網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)(西電版)第5章-多媒體通信網(wǎng)絡(luò)課件

第5章多媒體通信網(wǎng)絡(luò)5.1多媒體通信對傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求5.2電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)5.3現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對多媒體通信的支持情況5.4NGN與多媒體通信5.5接入網(wǎng)技術(shù)5.6本章小結(jié)思考練習(xí)題

目前絕大部分的多媒體業(yè)務(wù)都是在現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的，所以多媒體通信網(wǎng)絡(luò)并不是一個(gè)新建的專門用于多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)，而是按照多媒體通信的要求對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造和重組后形成的網(wǎng)絡(luò)。

目前的通信網(wǎng)絡(luò)大體上可分為三類：電信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電視傳播網(wǎng)絡(luò)，這些通信網(wǎng)絡(luò)雖然可以傳輸多媒體信息，但都不同程度地存在著各種缺陷。為了適應(yīng)多媒體通信的應(yīng)用，需要將這些針對不同應(yīng)用目標(biāo)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)“融合”在一起，以形成理想的多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)。雖然多媒體通信網(wǎng)絡(luò)近年來已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展，但要達(dá)到最終的目標(biāo)還需要相當(dāng)?shù)倪^程。本章首先分析多媒體通信對傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求，然后討論不同網(wǎng)絡(luò)對多媒體通信的支持狀況，重點(diǎn)介紹ATM網(wǎng)和寬帶IP網(wǎng)絡(luò)，最后對接入網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析。

5.1.1概述

多媒體通信對通信系統(tǒng)的要求是相當(dāng)高的。它要求實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)或者多點(diǎn)對多點(diǎn)的實(shí)時(shí)不間斷的信息傳輸。在多媒體通信系統(tǒng)中，在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的不再是單一的媒體，而是多種媒體綜合而成的一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)流。多媒體信息在傳輸時(shí)對網(wǎng)絡(luò)提出了很高的要求，主要原因是：5.1多媒體通信對傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求

(1)多媒體數(shù)據(jù)的海量性。多媒體數(shù)據(jù)包含文本、音/視頻等，數(shù)據(jù)量非常大，尤其是圖像、視頻，盡管采用了壓縮算法，但是在保證圖像質(zhì)量的前提下還是有很大的數(shù)據(jù)量，因此不僅需要很大的存儲容量，在傳輸時(shí)也需要很大的帶寬。

(2)多媒體數(shù)據(jù)的集成性。多媒體數(shù)據(jù)所包含的多媒體對象有多種類型，比如文本、聲音、圖像等，不同類型的對象具有各自不同的特點(diǎn)，通信時(shí)需要對它們共同進(jìn)行存儲、傳輸、處理及顯現(xiàn)，因而必須將它們有機(jī)地結(jié)合在一起。

(3)多媒體通信的實(shí)時(shí)性。多媒體數(shù)據(jù)中有相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)據(jù)是連續(xù)的媒體數(shù)據(jù)，如音/視頻，這些媒體數(shù)據(jù)對多媒體傳輸設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求很高，即使在傳輸帶寬足夠?qū)挼臈l件下，若采用了不適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，也會對實(shí)時(shí)性造成影響。

(4)多媒體通信的交互性。多媒體通信的關(guān)鍵特點(diǎn)就是交互性，它要求通信網(wǎng)絡(luò)提供雙向的數(shù)據(jù)傳輸通道，體現(xiàn)人與系統(tǒng)之間的相互控制能力。根據(jù)具體應(yīng)用的不同，通信網(wǎng)絡(luò)提供的雙向通道的帶寬或者功能可以是不對稱的。

(5)多媒體數(shù)據(jù)的同步性。在多媒體對象內(nèi)部，各媒體對象之間存在著時(shí)空約束關(guān)系，如果在傳輸過程中破壞了這種關(guān)系，則會妨礙對多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)容的理解，所以在通信時(shí)需要對這種約束關(guān)系進(jìn)行維持，以保證多媒體信息在終端上的正確顯現(xiàn)。

可見，多媒體數(shù)據(jù)的特殊性使得其在傳輸過程中對網(wǎng)絡(luò)提出了特殊要求，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、延時(shí)、延時(shí)抖動、錯(cuò)誤率等方面。5.1.2多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)

1.吞吐量(Throughout)

網(wǎng)絡(luò)吞吐量指的是有效的網(wǎng)絡(luò)帶寬，定義為物理鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率減去各種傳輸開銷。吞吐量反映了網(wǎng)絡(luò)所能傳輸數(shù)據(jù)的最大極限容量。吞吐量可以表示成在單位時(shí)間內(nèi)處理的分組數(shù)或比特?cái)?shù)，它是一種靜態(tài)參數(shù)，反映了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的情況。在實(shí)際應(yīng)用中，人們習(xí)慣于將網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率作為吞吐量。實(shí)際上，吞吐量要小于網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。

多媒體通信的吞吐量的需求與傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、接收端的緩沖容量和數(shù)據(jù)流量有關(guān)。多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)必須為多媒體信息的傳輸提供足夠的傳輸帶寬，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)提供的傳輸帶寬不足時(shí)，就會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，從而導(dǎo)致端到端數(shù)據(jù)傳輸延遲的增加，并會造成數(shù)據(jù)分組的丟失。在多媒體通信系統(tǒng)的接收端，必須提供足夠大的緩沖區(qū)容量；當(dāng)緩沖區(qū)容量不夠大時(shí)就很容易產(chǎn)生緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)溢出，造成數(shù)據(jù)分組丟失。對于視頻和音頻這類對實(shí)時(shí)性有高要求的媒體流，多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)必須提供足夠?qū)挼膸?；而對非?shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)信息則要求網(wǎng)絡(luò)滿足其對流量的需求。如對于數(shù)據(jù)量為50Gb的數(shù)據(jù)信息流，如果網(wǎng)絡(luò)只能提供1.5MB/s的有效帶寬和6s的時(shí)間，則對于數(shù)據(jù)的傳輸顯然是不夠的。如果用戶對1.5MB/s的數(shù)據(jù)信道可以使用足夠長的時(shí)間，則用戶對數(shù)據(jù)流量的需求是可以得到滿足的。

多媒體對象的數(shù)據(jù)量通常較大，所以對帶寬的需求也較大。若就單個(gè)媒體而言，實(shí)時(shí)傳輸?shù)幕顒訄D像對網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求最高，其次是聲音。

(1)視頻對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。對于運(yùn)動圖像而言，人們能感覺到的質(zhì)量參數(shù)有兩個(gè)，分別是每秒的幀數(shù)和每幅圖像的分辨率，因此衡量視頻服務(wù)質(zhì)量的好壞通常用這兩種參數(shù)的組合來表示。根據(jù)不同條件下的實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)囊螅梢詫⒁曨l的服務(wù)質(zhì)量分為以下5個(gè)等級：

①高清晰度電視(HDTV)質(zhì)量。高清晰度電視質(zhì)量的分辨率為1920×1080，幀率為60幀/s。若每個(gè)像素量化為24bit，則總數(shù)據(jù)率約為3Gb/s。當(dāng)采用MPEG-2壓縮時(shí)，其數(shù)據(jù)率約為20～40MB/s。

②演播室數(shù)字電視質(zhì)量。對于PAL制式，演播室數(shù)字電視質(zhì)量的分辨率為ITU-R601格式720×576，幀率為25幀/s，采用隔行掃描方式。若每個(gè)像素量化為16個(gè)比特，則總數(shù)據(jù)率約為166MB/s。當(dāng)采用MPEG-2壓縮編碼時(shí)，數(shù)據(jù)率約為6～8MB/s。

③廣播電視質(zhì)量。根據(jù)理論分析，廣播電視質(zhì)量與演播室數(shù)字電視的質(zhì)量有相同的質(zhì)量，即分辨率為720×576，幀率為25幀/s，但是由于接收機(jī)的分辨率受到限制以及其他原因，實(shí)際在接收機(jī)上顯示的圖像質(zhì)量要比演播室數(shù)字電視的質(zhì)量稍差一些，結(jié)果是廣播電視質(zhì)量相當(dāng)于模擬電視機(jī)顯示出的圖像質(zhì)量，經(jīng)MPEG-2壓縮后數(shù)據(jù)率為3～6MB/s。

④錄像機(jī)(VCR)質(zhì)量。錄像機(jī)質(zhì)量是指具有VHS(家庭錄像系統(tǒng))格式的錄像機(jī)放映廣播質(zhì)量的節(jié)目時(shí)所能觀察到的質(zhì)量。其分辨率為廣播電視質(zhì)量分辨率的1/2，即360×288，經(jīng)MPEG-1壓縮后的數(shù)據(jù)率約為1.4MB/s(其中包括200kb/s的伴音)。

⑤視頻會議質(zhì)量。視頻會議可以采用不同的分辨率，如果采用H.261標(biāo)準(zhǔn)的CIF(CommonlntermediateFormat，通用中間格式)，則分辨率為352×288，幀率可以到10幀/s以上，這是5個(gè)質(zhì)量等級中最差的一個(gè)等級。由于目前IP網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，基于IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體通信的應(yīng)用多采用這個(gè)質(zhì)量等級。

(2)聲音對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。聲音是另一種對帶寬要求較高的媒體，可以分為以下4個(gè)等級：

①電話質(zhì)量話音。電話質(zhì)量話音的帶寬在300~3400Hz之間，模/數(shù)變換時(shí)的采樣率為8kHz，量化精度為8bit，從而獲得64kb/s數(shù)據(jù)率，壓縮后可降為32kb/s、16kb/s，甚至4kb/s。

②高質(zhì)量話音。高質(zhì)量話音的帶寬在50Hz～7kHz之間，其質(zhì)量相當(dāng)于FM調(diào)頻廣播質(zhì)量，模/數(shù)變換時(shí)采樣率為37.8kHz，量化精度為16bit，壓縮后的數(shù)據(jù)率在48～64kb/s范圍內(nèi)。

③CD質(zhì)量的音樂，雙聲道的立體聲。其帶寬限制在20kHz以內(nèi)。當(dāng)采樣率為44.1kHz，量化精度為16bit時(shí)，可獲得每聲道為705.6kb/s的數(shù)據(jù)率，經(jīng)MPEG-1的音頻壓縮算法壓縮之后，兩個(gè)聲道的總數(shù)據(jù)率可降為192kb/s或128kb/s。

④5.1聲道立體環(huán)繞聲。5.1聲道立體環(huán)繞聲的采樣率為48kHz，量化精度為22bit，壓縮方式采用AC-3(杜比公司開發(fā)的數(shù)字音頻編碼技術(shù))編碼技術(shù)，壓縮后的總數(shù)據(jù)率為320kb/s。

綜上所述，不同媒體對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求是不一樣的，一般實(shí)時(shí)的視頻和音頻對帶寬的要求較高，而以非實(shí)時(shí)的以文件方式傳送的圖文或者文本對帶寬的要求相對較低，這里不再討論。

2.延時(shí)(Delay)

多媒體通信系統(tǒng)對延時(shí)的要求主要體現(xiàn)在多媒體通信的實(shí)時(shí)傳輸方面。

網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時(shí)(TransmissionDelay)是指信源發(fā)出最后一個(gè)比特到信宿接收到第一個(gè)比特之間的時(shí)間差。它由兩部分組成：一個(gè)是信號在物理介質(zhì)中的傳播延時(shí)，該延時(shí)的大小與具體的物理介質(zhì)有關(guān)；另一部分是數(shù)據(jù)在網(wǎng)中的處理延時(shí)，因?yàn)閿?shù)據(jù)在網(wǎng)中傳輸時(shí)，除了物理介質(zhì)產(chǎn)生的延時(shí)之外，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備或其他數(shù)字處理設(shè)備對信號進(jìn)行交換、處理時(shí)均會產(chǎn)生延時(shí)。

端到端的延時(shí)(End-to-EndDelay)包含三部分：第一部分是信源數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好而等待網(wǎng)絡(luò)接收這組數(shù)據(jù)的時(shí)間；第二部分是信源傳送這組數(shù)據(jù)(從第一個(gè)比特到最后一個(gè)比特)的時(shí)間；最后一部分就是網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時(shí)。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況，端到端的延時(shí)會發(fā)生變化。

不同的多媒體應(yīng)用，對延時(shí)的要求是不一樣的。對于實(shí)時(shí)的會話應(yīng)用，在有回波抵消的情況下，網(wǎng)絡(luò)的單程傳輸延時(shí)應(yīng)在100~500ms之間；而在交互式的實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用中，系統(tǒng)對用戶指令的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1～2s，端到端的延時(shí)在100~500ms之間，此時(shí)通信雙方才會有“實(shí)時(shí)”的感覺。

3.延時(shí)抖動(DelayJitter)

網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)的變化稱為網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)抖動，即不同數(shù)據(jù)包延時(shí)之間的差別。延時(shí)抖動可以用一段時(shí)間內(nèi)(例如一次會話過程中)最大和最小的傳輸延時(shí)之差來度量。

產(chǎn)生延時(shí)抖動的原因有很多，包括：傳輸系統(tǒng)引起的延時(shí)抖動，如金屬導(dǎo)體隨溫度的變化引起傳播延時(shí)的變化從而產(chǎn)生抖動；共享傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)(如以太網(wǎng)或FDDI等)引起的延時(shí)抖動，這是由于不同終端只有在介質(zhì)空閑時(shí)才能發(fā)送數(shù)據(jù)，這段等待時(shí)間通常被稱為介質(zhì)訪問時(shí)間，介質(zhì)訪問時(shí)間的不同會產(chǎn)生抖動；廣域網(wǎng)(如IP網(wǎng)或幀中繼網(wǎng))主要是由于流量控制的等待時(shí)間以及節(jié)點(diǎn)擁塞引起的排隊(duì)延時(shí)的變化而產(chǎn)生抖動的。

延時(shí)抖動會對實(shí)時(shí)通信中多媒體的同步造成破壞，最終影響到音/視頻的播放質(zhì)量。從人類的主觀特性上來看，人耳對音頻的抖動更敏感，而人眼對視頻的抖動則不太敏感。為了削弱或消除延時(shí)抖動造成的這種影響，可以采取在接收端設(shè)立緩沖器的辦法，即在接收端先緩沖一定數(shù)量的媒體數(shù)據(jù)，然后再播放，但是這種解決辦法又會引入額外的端到端的延時(shí)。綜合上述各種因素，實(shí)際的多媒體應(yīng)用對延時(shí)抖動有不同的要求，如表5-1所示。表5-1延時(shí)抖動要求

4.錯(cuò)誤率

在傳輸系統(tǒng)中產(chǎn)生的錯(cuò)誤有以下幾種度量方式：

(1)誤碼率(BitErrorRate,BER)。BER是指在傳輸過程中發(fā)生誤碼的碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比。通常，BER的大小直接反映了傳輸介質(zhì)的質(zhì)量。例如光纜傳輸系統(tǒng)的BER范圍就在10－9~10－12之間。

(2)包錯(cuò)誤率(PacketErrorRate，PER)。包錯(cuò)誤是指同一個(gè)包兩次接收、包丟失或包的次序顛倒。包錯(cuò)誤率則是指在傳輸過程中發(fā)生差錯(cuò)的包與傳輸?shù)目偘鼣?shù)之比。

(3)包丟失率(PacketLossRate，PLR)。PLR是指由于包丟失而引起的包錯(cuò)誤率。包在傳輸過程中丟失的原因有多種，通常最主要的原因就是網(wǎng)絡(luò)擁塞，致使包的傳輸延時(shí)過長，超過了設(shè)定到達(dá)的時(shí)限從而被接收端丟棄。

在多媒體應(yīng)用中，數(shù)據(jù)對誤碼率的要求比活動的音/視頻對誤碼率的要求更高，比如銀行轉(zhuǎn)賬的傳輸是不允許有任何差錯(cuò)的，而活動的、不斷更新的音/視頻即使產(chǎn)生錯(cuò)誤也會很快被覆蓋。所以對于數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)通過檢錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制使誤碼率減小到零。對于音/視頻的誤碼率指標(biāo)要求可以寬松一些。例如，對于話音，BER小于10－2；對于未壓縮的CD質(zhì)量音樂，BER小于10－3；對于已壓縮的CD質(zhì)量音樂，BER小于10－4；對于已壓縮的HDTV，BER小于10－10。由此可見，已壓縮的音/視頻數(shù)據(jù)對誤碼率的要求比未壓縮的音/視頻數(shù)據(jù)對誤碼率的要求要高。

根據(jù)數(shù)據(jù)交換方式的不同，現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)大致可分為電路交換網(wǎng)絡(luò)和分組交換網(wǎng)絡(luò)。

電路交換網(wǎng)絡(luò)是指在網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)終端在相互通信之前，需要建立起一條實(shí)際的物理鏈路，在通信中自始至終使用該條鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸，并且不允許其他終端同時(shí)共享該鏈路，通信結(jié)束后再拆除這條物理鏈路。5.2電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)可見，電路交換網(wǎng)絡(luò)屬于預(yù)分配電路資源，即在一次接續(xù)中，電路資源預(yù)先分配給一對用戶固定使用，而且這兩個(gè)用戶終端之間單獨(dú)占據(jù)了一條物理信道。由于在電路交換網(wǎng)絡(luò)中要求事先建立網(wǎng)絡(luò)連接，然后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸，因此電路交換網(wǎng)絡(luò)是面向連接的網(wǎng)絡(luò)。公用電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)就屬于電路交換網(wǎng)絡(luò)。在采用分組交換方式的網(wǎng)絡(luò)中是以分組作為其傳輸基本單位的。在這種網(wǎng)絡(luò)的交換節(jié)點(diǎn)處采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式，當(dāng)用戶分組從信源出發(fā)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)先將整個(gè)分組存儲下來，并根據(jù)分組頭中所含的信宿標(biāo)識進(jìn)行路由選擇，確定輸出路由，等輸出排隊(duì)表一旦出現(xiàn)空閑，就將分組轉(zhuǎn)發(fā)出去，直至到達(dá)信宿。在采用分組交換方式的網(wǎng)絡(luò)中，同一個(gè)信源發(fā)出的分組可以經(jīng)過不同的路徑到達(dá)信宿，在信宿中按序號將分組排列成正確的順序。而當(dāng)兩終端之間的數(shù)據(jù)量較大時(shí)，適于采用虛電路方式。虛電路是主叫終端與被叫終端之間建立的一種邏輯連接，主叫或被叫的任何一方都可以通過這種連接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這種邏輯連接常稱為虛連接(VC)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)面向連接的特征。虛電路并不獨(dú)占線路和交換節(jié)點(diǎn)的資源，在一條物理線路上可以同時(shí)有多條虛電路。以太網(wǎng)、IP網(wǎng)等都屬于采用無連接方式的分組交換網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)通過現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)傳輸多媒體信息時(shí)，電路交換網(wǎng)絡(luò)和采用分組交換方式的網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點(diǎn)。電路交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是：在整個(gè)通信過程中，網(wǎng)絡(luò)能夠提供固定路由，保障固定的比特率，傳輸延時(shí)短，延時(shí)抖動只限于物理抖動。這些優(yōu)點(diǎn)有利于多媒體的實(shí)時(shí)傳輸。其缺點(diǎn)是不支持組播，因?yàn)殡娐方粨Q網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想是用于點(diǎn)到點(diǎn)通信的。采用分組交換方式的網(wǎng)絡(luò)在傳輸多媒體信息時(shí)的最大優(yōu)點(diǎn)是復(fù)用的效率高，當(dāng)采用無連接方式時(shí)省去了由呼叫建立產(chǎn)生的延時(shí)，從而有利于多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。但其不利之處是網(wǎng)絡(luò)性能的不確定性，即不容易得到固定的比特率，傳輸延時(shí)受網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的影響較大，因而延時(shí)抖動大。

目前的通信網(wǎng)絡(luò)大體上分為三類：一類為電信網(wǎng)絡(luò)，如公用電話網(wǎng)(PSTN)、分組交換網(wǎng)(PSPDN)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)、窄帶和寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN和B-ISDN)等；一類為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)、分布列隊(duì)雙總線(DQDB)等；還有一類為電視傳播網(wǎng)絡(luò)，如有線電視網(wǎng)(CATV)、混合光纖同軸網(wǎng)(HFC)、衛(wèi)星電視網(wǎng)等。5.3現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對多媒體通信的支持情況這些通信網(wǎng)絡(luò)雖然可以傳輸多媒體信息，但都不同程度地存在著各種缺陷，因?yàn)檫@些網(wǎng)絡(luò)都是在一定歷史條件下為了某種應(yīng)用而建立的，有的是網(wǎng)絡(luò)本身的結(jié)構(gòu)不適合傳輸多媒體信息，有的則是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不能滿足多媒體通信的要求。從總體上說，一個(gè)真正能為各種多媒體信息服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)必須達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸速率大于100MB/s，連接時(shí)間從秒級到幾個(gè)小時(shí)這兩個(gè)主要方面的要求；還需要增加語音、數(shù)據(jù)圖像、視頻信息的檢索服務(wù)以及有用戶參與控制和無用戶參與控制的分布服務(wù)能力；增加網(wǎng)絡(luò)控制能力，以適應(yīng)不同媒體傳輸?shù)男枰?；提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以適應(yīng)不同應(yīng)用的要求；提高網(wǎng)絡(luò)交換能力，以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)流的需要。下面分析現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)對多媒體通信的支持情況。5.3.1基于電信網(wǎng)絡(luò)的多媒體信息傳輸

1.公共交換電話網(wǎng)(PSTN)

PSTN是目前普及程度最高、成本最低的公用通信網(wǎng)絡(luò)，它在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中有廣泛的應(yīng)用。PSTN以電路交換為基礎(chǔ)，即通過呼叫，在收、發(fā)端之間建立起一個(gè)獨(dú)占的物理通道，該通道有固定的帶寬。由于路由固定，延時(shí)較低，而且不存在延時(shí)抖動問題，因此PSTN對保證連續(xù)媒體的同步和實(shí)時(shí)傳輸是有利的。但是電話信道帶寬較窄，且用戶線是模擬的，所以多媒體信息需要經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器(Modem)接入。

2.分組交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)

PSPDN是基于X.25協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，它可以動態(tài)地對用戶的信息流分配帶寬，有效地解決突發(fā)性、大信息流的傳輸問題。需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在發(fā)送端被分割成單元(分組或稱打包)，各節(jié)點(diǎn)交換機(jī)存儲來自用戶的數(shù)據(jù)包，等待電路空閑時(shí)發(fā)送出去。由于路由的不固定和線路繁忙程度的不同，各個(gè)數(shù)據(jù)包從發(fā)送端到接收端經(jīng)歷的延時(shí)可能很不相同，而且網(wǎng)絡(luò)由軟件完成復(fù)雜的差錯(cuò)控制和流量控制，造成較大的延時(shí)，這些都使連續(xù)媒體的同步和實(shí)時(shí)傳輸成為問題。隨著光纖越來越普遍地作為傳輸媒介在使用，傳輸出錯(cuò)的概率越來越小。在這種情況下，重復(fù)地在鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層實(shí)施差錯(cuò)控制，不僅顯得冗余，而且浪費(fèi)帶寬，增加報(bào)文傳輸延遲。由于PSPDN是在早期低速、高出錯(cuò)率的物理鏈路基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特性已不再適應(yīng)目前多媒體應(yīng)用所需要的高速遠(yuǎn)程鏈接的要求，因此，PSPDN不適合于開放多媒體通信業(yè)務(wù)。

3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)

DDN利用電信數(shù)字網(wǎng)的數(shù)字通道傳輸，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，提供固定或半永久連接的電路交換型鏈接，傳輸速率為n×64kb/s(n＝1～31)或更高，其傳輸通道對用戶數(shù)據(jù)完全“透明”，可支持其他協(xié)議。它的延時(shí)低且固定(在10個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接條件下最大延時(shí)不超過40ms)，帶寬較寬，適于多媒體的實(shí)時(shí)傳輸。但是，無論開放點(diǎn)對點(diǎn)還是點(diǎn)對多點(diǎn)的通信，DDN都需要網(wǎng)管中心來建立和釋放連接，這就限制了它的服務(wù)對象必須是大型用戶。

4.幀中繼網(wǎng)絡(luò)(FR)

FR是一種簡化的幀交換模式。由于信息轉(zhuǎn)移僅在鏈路層處理，因此FR簡化了交換過程和協(xié)議，具有較高的吞吐量和較低的延時(shí)；同時(shí)，F(xiàn)R利用統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)向用戶動態(tài)提供網(wǎng)絡(luò)資源，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，可靠性高，靈活性強(qiáng)，對中高速、突發(fā)性強(qiáng)的多媒體業(yè)務(wù)極具吸引力。利用FR作為多媒體用戶接入方式是非常經(jīng)濟(jì)有效的方案。在當(dāng)前LAN迅速發(fā)展以及幀中繼網(wǎng)不斷完善的情況下，幀中繼網(wǎng)將是開放視頻會議業(yè)務(wù)的LAN遠(yuǎn)程互聯(lián)的一種優(yōu)選技術(shù)。

5.交換多兆比特?cái)?shù)據(jù)服務(wù)(SMDS)

SMDS是由遠(yuǎn)程通信運(yùn)營者設(shè)計(jì)的服務(wù)，可滿足對高性能無連接局域網(wǎng)互聯(lián)日益增長的需求。SMDS是高速服務(wù)，用戶利用它可通過交換SMDS數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行通信。SMDS是面向無連接的網(wǎng)絡(luò)，被交換的信息塊長度可變。用戶可借助路由器通過SMDS連接不同的局域網(wǎng)。為了避免無連接服務(wù)專用性方面的問題，SMDS提供了一個(gè)封閉的用戶組服務(wù)，可提供多點(diǎn)廣播服務(wù)。SMDS控制了用戶接口輸出的比特率，規(guī)定用戶必須服從的速率為1.5～45MB/s。SMDS的比特率、延時(shí)和多點(diǎn)廣播性能適合大多數(shù)多媒體應(yīng)用。

6. 窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)

N-ISDN也是以電路交換為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，因此也具有延時(shí)低而固定的特點(diǎn)。它的用戶接入速率有兩種：基本速率(BRI)144kb/s(2B＋D)和基群速率(PRI)2.048kb/s(30B＋D)。由于ISDN實(shí)現(xiàn)了端到端的數(shù)字連接，從而可以支持話音、數(shù)據(jù)、圖像等各種多媒體業(yè)務(wù)，能夠滿足不同用戶的要求。通過多點(diǎn)控制單元建立多點(diǎn)連接，在N-ISDN上開放較高質(zhì)量的可視電話會議和電視會議是目前最成熟的技術(shù)。5.3.2基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多媒體信息傳輸

1.計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)(LAN)

LAN是在許多范圍內(nèi)(例如大的部門、系統(tǒng)及集團(tuán)中)普遍使用的網(wǎng)絡(luò)。LAN的特點(diǎn)是：首先利用一個(gè)單獨(dú)的媒體將所有的端系統(tǒng)連接起來；其次以基帶方式傳輸，在這種模式中，時(shí)間片被分給所有站和每個(gè)站的所有通信，之后數(shù)據(jù)流被分成幀，利用幀進(jìn)行傳輸。以太網(wǎng)、令牌環(huán)傳送網(wǎng)和FDDI為3種常見的共享媒體LAN。

(1)100Base-T快速以太網(wǎng)。這種以太網(wǎng)使用常規(guī)以太網(wǎng)存取共享媒體的模式(CSMA-CD)，但它卻運(yùn)行于100MB/s工作段?，F(xiàn)在100Base-T快速以太網(wǎng)已有兩種變形：一種運(yùn)行在優(yōu)質(zhì)的非屏蔽雙絞線上；而另一種則適合于低質(zhì)的雙絞線。后者仍在使用，并且可以重新加以利用。

(2)100VG-AnyLAN。不同于100Base-T，這種LAN僅僅使用以太網(wǎng)的幀格式，而不使用面向連接的CSMA-CD媒體的存取方法，且所有的段都被連接到一個(gè)集線器上。這種技術(shù)有一種支持基于服務(wù)的多媒體應(yīng)用的潛能，其復(fù)雜點(diǎn)是內(nèi)部集線器的連接容量有可能成為瓶頸。

(3)FDDI-Ⅱ。FDDI-Ⅱ又稱等時(shí)FDDI。它是一項(xiàng)完全不同的技術(shù)，和FDDI不兼容，用來處理實(shí)時(shí)多媒體服務(wù)。它在帶寬為6MB/s的16個(gè)信道上支持完全的等時(shí)性機(jī)制(這是一種專用帶寬技術(shù)，設(shè)計(jì)支持等時(shí)的固定位速率(CBR)應(yīng)用)。這些信道與線路類似，而且完全適合要求固定比特率的多媒體應(yīng)用。

(4)等時(shí)以太網(wǎng)。等時(shí)以太網(wǎng)除了提供一個(gè)10MB/s的常規(guī)以太網(wǎng)服務(wù)外，還提供一個(gè)運(yùn)行于被分成96條線路的附加6MB/s的信道。每條這樣的線路仿真一條ISDN的線路，于是一個(gè)連接于等時(shí)以太網(wǎng)上的站通過單一連接器可得到常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)和ISDN服務(wù)。一個(gè)中心集線器可把局部的站點(diǎn)和外部的公用ISDN服務(wù)互聯(lián)起來，并提供一個(gè)網(wǎng)關(guān)功能，使每個(gè)站可以在無附加連線或裝備的情況下實(shí)現(xiàn)存取功能。從上面的LAN技術(shù)可以看出，LAN在其通信機(jī)制下實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連接不成問題，但是每個(gè)包的延時(shí)時(shí)間不能保證相等，因?yàn)檠訒r(shí)時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度有很大的關(guān)系，這顯然不適合于連續(xù)媒體的實(shí)時(shí)傳輸。為了解決這個(gè)問題，將目前通信領(lǐng)域中較為先進(jìn)的ATM交換技術(shù)引入LAN的主干網(wǎng)，解決了主干網(wǎng)的帶寬、等待時(shí)間和延時(shí)抖動等問題，這就是ATM局域網(wǎng)仿真技術(shù)(LANE)。這種方法允許現(xiàn)有應(yīng)用軟件在ATM局域網(wǎng)上運(yùn)行?？刹捎貌煌募夹g(shù)在ATM網(wǎng)上仿真局域網(wǎng)。LANE支持傳統(tǒng)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)以無連接模式傳輸，也支持局域網(wǎng)多點(diǎn)發(fā)送與廣播發(fā)送功能，還允許ATM局域網(wǎng)通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)橋或路由器連接現(xiàn)有的局域網(wǎng)。在概念上，LANE較接近于100MB/s交換以太網(wǎng)。它們的差別在于可提供的設(shè)備范圍以及對某些多媒體服務(wù)的最大存取速度；而且LANE技術(shù)在用戶端通過局域網(wǎng)仿真技術(shù)仍然使用原有的無連接方式的通信協(xié)議，同時(shí)采取對實(shí)時(shí)性有要求的數(shù)據(jù)包以及高的傳輸優(yōu)先級等，使改進(jìn)后的LAN可以提供桌面多媒體會議和其他寬帶多媒體業(yè)務(wù)。

2.ATM

ATM(AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式)是一種面向連接的交換式網(wǎng)絡(luò)，是一種多路復(fù)用和交換技術(shù)。ATM采用定長短信元和面向連接的技術(shù)，綜合了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，適合傳輸話音、視頻和數(shù)據(jù)。它支持多種不同的服務(wù)類別，提供155MB/s、622MB/s或者更高的傳輸速率，可以利用各種傳輸介質(zhì)。ATM作為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)的核心技術(shù)，將WAN和LAN綜合在一個(gè)統(tǒng)一的公共網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺上，以滿足不斷增長的多媒體通信業(yè)務(wù)的需要。

1) ATM的原理

信息的傳遞方式(也叫轉(zhuǎn)移模式)包括傳輸、復(fù)用和交換三個(gè)部分。傳輸模式可分為同步傳輸模式(STM)和異步傳輸模式(ATM)兩種。STM的主要特征是采用時(shí)分復(fù)用，各路信號都是按一定時(shí)間間隔周期性地出現(xiàn)，所以可以根據(jù)時(shí)間來識別每路信號。ATM則采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，各路信號不是按照一定時(shí)間間隔周期性地出現(xiàn)，而是需要根據(jù)標(biāo)志識別每路信號,所以這種方式是異步傳遞方式。

ATM的具體定義為：ATM是一種轉(zhuǎn)移模式(即傳輸模式)，在這一模式中信息被組織成固定長度信元，來自某用戶的一段信息的各個(gè)信元并不需要周期性地出現(xiàn)。從這個(gè)意義上說，這種轉(zhuǎn)移模式是異步的。一個(gè)ATM信元具有53個(gè)字節(jié)的固定長度，其中前5個(gè)字節(jié)是信頭，后48個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)。

ATM采用異步時(shí)分復(fù)用方式的原理如圖5-1所示。來自不同信息源(不同業(yè)務(wù)和不同發(fā)源地)的信元匯集到一起，在一個(gè)緩沖器內(nèi)排隊(duì)。隊(duì)列中的信元按輸出次序時(shí)分復(fù)用在傳輸線路上。具有統(tǒng)一標(biāo)志的信元(例如A)在傳輸線上并不對應(yīng)著某個(gè)固定的時(shí)隙，也不按周期出現(xiàn)。在ATM網(wǎng)內(nèi)，不管有無用戶信息，都要傳信元。如果某時(shí)刻沒有用戶信息，線路上就會出現(xiàn)代表“無有用信息”的信元Φ；反之，如果在某個(gè)時(shí)刻傳輸線上的信元都已排滿，隊(duì)列也已經(jīng)充滿緩沖區(qū)，則后面到來的信元就會丟失。

圖5-1ATM信元的復(fù)用從用戶的角度來看，來自某用戶的一段信息的各個(gè)信元并不是周期性地出現(xiàn)，所以ATM是異步時(shí)分復(fù)用方式，但是從傳輸線上看，各個(gè)信元卻是定時(shí)出現(xiàn)的。

2) ATM網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ATM網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。

一個(gè)典型的ATM網(wǎng)是由ATM交換、傳輸、復(fù)用系統(tǒng)和ATM業(yè)務(wù)終端等幾部分組成的，其中UNI為用戶—網(wǎng)絡(luò)接口，NNI為網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口。

ATM復(fù)用系統(tǒng)的作用是將用戶端產(chǎn)生的各類業(yè)務(wù)變換成ATM信元的形式，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，按照每個(gè)用戶終端的實(shí)際需要動態(tài)分配帶寬，而在接收端則完成相反的變換。圖5-2ATM網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ATM網(wǎng)的傳輸信道采用光纖信道，最主要的傳輸方式是基于SDH(同步數(shù)字體系)的傳輸方式。SDH是同步的傳輸系統(tǒng)，但ATM采用異步時(shí)分復(fù)用方式，這意味著ATM信元中的每個(gè)比特要以同步時(shí)鐘為基準(zhǔn)。但是就某一用戶而言，這個(gè)用戶信息的各個(gè)ATM信元是異步的。

ATM交換系統(tǒng)是ATM網(wǎng)的核心。ATM網(wǎng)是一種分組交換的網(wǎng)絡(luò)。前面介紹過，分組交換網(wǎng)絡(luò)有無連接和面向連接兩種，ATM網(wǎng)是面向連接的網(wǎng)絡(luò)，這種連接是指兩個(gè)終端之間存在的是邏輯信道而不是物理信道，所以是虛連接。在ATM網(wǎng)絡(luò)中，虛連接又有兩種連接方式：虛通道(VirtuaIChannel，VC)和虛路徑(VirtuaIPath，VP)。虛通道(VC)是ATM網(wǎng)絡(luò)鏈路端點(diǎn)之間的一種邏輯聯(lián)系，是在兩個(gè)終端之間傳送ATM信元的通信通路，可用于用戶到用戶、用戶到網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的信息轉(zhuǎn)移。所以，任意兩個(gè)終端可以通過ATM的虛通道(VC)相互連接。虛路徑(VP)是指兩個(gè)終端之間存在的一組虛通道，這些虛通道(VC)聚合在一起，就像一條虛擬的管道。不同的VC通過VCI(虛通路標(biāo)識符)來標(biāo)識，不同的VP通過VPI(虛路徑標(biāo)識符)來標(biāo)識。

ATM交換有VP交換和VC交換兩種。VP交換僅對信元的VPI進(jìn)行處理和變換，即信元經(jīng)過VP交換設(shè)備，VPI值改變，而VCI值不變。VC交換是同時(shí)對VPI和VCI進(jìn)行處理和變換，即信元經(jīng)過VC交換設(shè)備，VPI和VCI值均改變。兩個(gè)VC交換點(diǎn)之間的鏈路稱為VC鏈路，若干段VC鏈路鏈接成VCC(虛通路鏈接)。同樣，兩個(gè)VP交換點(diǎn)之間的鏈路稱為VP鏈路，若干段VP鏈路鏈接成VPC(虛路徑鏈接)。

ATM網(wǎng)雖然是分組交換網(wǎng)絡(luò)，但是它在一條鏈路上同時(shí)匯集了多個(gè)信源，使得多個(gè)信源共享鏈路的帶寬，這就是統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)其中一個(gè)信源的數(shù)據(jù)速率低于鏈路的平均速率時(shí)，該鏈路的剩余帶寬就可以被其他信源使用，從而提高了通信鏈路的利用率。當(dāng)然，一個(gè)信源的數(shù)據(jù)速率也可以短時(shí)間內(nèi)高于鏈路的平均速率。

3) ATM多媒體信息傳輸

ATM的目標(biāo)是通用網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)使用統(tǒng)一的比特率，并通過與信息類型無關(guān)的接入來提供所有的服務(wù)。ATM網(wǎng)追求兩方面的最佳性能——在擁有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的靈活性和高效率的同時(shí)，為實(shí)時(shí)服務(wù)的可靠傳輸提供充分保證。對于多媒體通信的要求，ATM最重要的特性包括以下三個(gè)方面：

不變的、可變的或面向突發(fā)的比特流；

靈活地分配網(wǎng)絡(luò)容量，動態(tài)選擇路由以及帶寬重用；

統(tǒng)一的、不依賴于比特率的傳輸和交換系統(tǒng)。

ATM基于分組交換，雖然被設(shè)計(jì)用來高速處理較大的話音、音頻和視頻通信量，但仍保留了處理突發(fā)數(shù)據(jù)的功能。ATM虛電路交換(VirtualCircuitSwitching，VCS)既像電話交換方式那樣適用于話音業(yè)務(wù)，又像分組交換方式那樣適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。對于要求低延時(shí)的通信，長度僅為53B的ATM信元便于排列成序列，也便于一個(gè)多媒體應(yīng)用中的各種不同信息類型間的同步。在話音、視頻等固定比特速率(CBR)業(yè)務(wù)的接收端，ATM信元應(yīng)該每隔一個(gè)固定的時(shí)間間隔就出現(xiàn)一次。例如，速率為64kb/s的話音信號裝入速率為155.52MB/s的ATM信元，因?yàn)槊總€(gè)信元內(nèi)有48×8＝384b用戶信息，所以每秒鐘內(nèi)只出現(xiàn)64000/384≈167個(gè)裝載該話音信號的ATM信元，即每隔約6ms出現(xiàn)一次。如果這些ATM信元在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端的隨機(jī)性延時(shí)不大于某一規(guī)定值，那么就可以將它們在接收端重新組合成無失真的話音信號。

ATM允許靈活地分配網(wǎng)絡(luò)容量，動態(tài)選擇路由以及帶寬重用。因?yàn)橐曨l壓縮算法將產(chǎn)生可變的比特速率，所以在一個(gè)視頻源的低活動周期內(nèi)，同一信道中空余出來的帶寬可以分配給其他源使用。ATM交換取消了信息反饋重發(fā)，這可以從ATM信元的定義中看出，它沒有對整個(gè)信元作錯(cuò)誤檢驗(yàn)，而只對信頭部分作錯(cuò)誤檢驗(yàn)。實(shí)際上，當(dāng)某一個(gè)ATM信元的信頭部分錯(cuò)了，也不會反饋重發(fā)，而是把該ATM信元丟棄。這是因?yàn)橐环矫婀饫w傳輸線路質(zhì)量很高，出現(xiàn)差錯(cuò)的可能性很小，另一方面，對于要求實(shí)時(shí)性高的話音和電視圖像，小部分的差錯(cuò)對其影響不大。對于不能容忍差錯(cuò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則可以通過在終端上附加反饋重發(fā)功能的辦法來消除通信網(wǎng)中發(fā)生的傳送差錯(cuò)。

盡管有這些優(yōu)勢，ATM在多媒體通信上也有一些限制。除了反饋重發(fā)造成的隨機(jī)延時(shí)外，ATM信元還可能會在交換機(jī)內(nèi)部及中繼線路上延時(shí)，中繼線路上的延時(shí)主要是排隊(duì)造成的。此外，語音的分組和去分組會產(chǎn)生額外的延時(shí)，可能要求相應(yīng)的補(bǔ)償措施。而且對于ATM網(wǎng)絡(luò)來說，要提供真正的VBR(變化比特速率)業(yè)務(wù)也是有困難的。一種滿足VBR通信量QoS要求的方法是為其分配等于其峰值通信量速率的帶寬，這樣就提供了一個(gè)硬QoS保證，但是其效率很低?？梢岳肁TM網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，分配一個(gè)等于其平均通信量速率的帶寬，但是這就只能提供統(tǒng)計(jì)上的QoS保證。另一種解決辦法是用緩沖器對通信量進(jìn)行平滑或整形，使其近似于CBR通信量。例如，為容納壓縮視頻所呈現(xiàn)的多時(shí)間尺度(MultipleTimeScale)突發(fā)性，可使用一種準(zhǔn)靜止的帶寬分配方案。在這種為VOD系統(tǒng)開發(fā)的方案中，開始時(shí)為該連接分配一定量的帶寬，隨著通信量的波動，視頻緩沖器內(nèi)的視頻數(shù)據(jù)量發(fā)生變化，如果即將發(fā)生緩沖器上溢或下溢，就發(fā)出改變該連接帶寬分配的請求。此外，因?yàn)閂BR通信量對分組丟失敏感，就需要有一種限制分組丟失的準(zhǔn)入控制方案，或使用差錯(cuò)恢復(fù)方案。例如，接收機(jī)可以嘗試通過時(shí)間或空間上的內(nèi)插，重建丟失的數(shù)據(jù)。當(dāng)線路上沒有足夠的通信能力來滿足用戶的通信要求時(shí)，ATM交換機(jī)可以發(fā)送一個(gè)信令信元給終端，告訴它現(xiàn)在“忙”。ATM可以根據(jù)用戶業(yè)務(wù)類型規(guī)范對其通信能力的要求，使有的業(yè)務(wù)在“忙”時(shí)可以丟掉一些信元，使有的業(yè)務(wù)可以在交換機(jī)中多等一會兒。但在那些可以丟掉一些信元的業(yè)務(wù)中，也可能會有一些信元比較重要，絕不可以丟掉，這樣的信元可以用信頭中的信元丟棄優(yōu)先級(CLP)予以標(biāo)志。

3.寬帶IP網(wǎng)

為了適應(yīng)多媒體通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，提供一個(gè)可擴(kuò)展的多媒體通信網(wǎng)絡(luò)來支撐多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，是通信服務(wù)提供者以及相關(guān)技術(shù)人員追求的目標(biāo)。隨著基于IP的業(yè)務(wù)種類的增加，采用基于IP的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立支持多媒體業(yè)務(wù)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺已經(jīng)成為一種經(jīng)濟(jì)的、高效率的做法?；贗P的寬帶網(wǎng)絡(luò)是以光纖為傳輸介質(zhì)，大容量的密集波分復(fù)用(DWDM)為傳輸通道，SDH/SONET、ATM或千兆以太網(wǎng)為組網(wǎng)模式，第三層/第四層路由交換機(jī)為交換平臺，綜合提供基于IP的各種多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。基于IP的寬帶多媒體通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)在運(yùn)行實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)能保證服務(wù)質(zhì)量的IP網(wǎng)，各種寬帶多媒體業(yè)務(wù)可以直接在寬帶IP網(wǎng)上運(yùn)行。這種寬帶IP網(wǎng)是一個(gè)真正的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)，它可以提供數(shù)據(jù)、語音、視頻的綜合傳輸業(yè)務(wù)，并能為企事業(yè)單位以及個(gè)人用戶接入因特網(wǎng)提供多種寬帶接入。新一代的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須建立在當(dāng)前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換的基礎(chǔ)上。目前實(shí)現(xiàn)寬帶的IP網(wǎng)絡(luò)的典型技術(shù)有IPoverSDH、IPoverATM、IPoverWDM、IPoverDWDM等。

1) IPoverATM

IPoverATM的基本原理和工作方式是將IP數(shù)據(jù)報(bào)在ATM層全部封裝為ATM信元，以ATM信元形式在信道中傳輸。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)接收到一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，它首先根據(jù)IP數(shù)據(jù)報(bào)的IP地址，通過某種機(jī)制進(jìn)行路由地址處理，按路由轉(zhuǎn)發(fā)，然后按已計(jì)算的路由在ATM網(wǎng)上建立虛電路(VC)。以后的IP數(shù)據(jù)報(bào)將在此虛電路上以直通(CutThrough)方式傳輸，再經(jīng)過路由器，從而有效地解決了IP的路由器瓶頸問題，并將IP數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到交換速度。IPoverATM的特點(diǎn)如下：

(1)IPoverATM的優(yōu)點(diǎn)：

由于ATM技術(shù)本身能提供QoS保證，因此可利用此特點(diǎn)提高IP業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量；

具有良好的流量控制均衡能力及故障恢復(fù)能力，網(wǎng)絡(luò)可靠性高；

適應(yīng)于多業(yè)務(wù)，具有良好的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展能力；

對其他幾種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如IPX等)能提供支持。

(2)IPOverATM具有如下缺點(diǎn)：

目前，IPoverATM還不能提供完全的QoS保證；

對IP路由的支持一般，IP數(shù)據(jù)報(bào)被分割后加入了大量的頭信息，造成很大的帶寬浪費(fèi)(20%~30%)；

在復(fù)制多路廣播方面缺乏高效率；

由于ATM本身技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致管理復(fù)雜。

2) IPoverSDH

IPoverSDH也稱為PacketoverSDH(POS)，即直接以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)，它是IP與SDH技術(shù)的結(jié)合。其工作原理是：首先使用點(diǎn)到點(diǎn)(PPP)協(xié)議，按照RFC1662規(guī)范將IP分組插入PPP幀中的信息段，從而完成IP數(shù)據(jù)報(bào)的封裝，然后用HDLC協(xié)議對封裝后的PPP幀進(jìn)行定界，進(jìn)而形成HDLC幀，再由SDH通道層的業(yè)務(wù)適配器將封裝的HDLC幀映射到SDH的凈負(fù)荷中，最后經(jīng)過SDH傳輸層、復(fù)用段和再生段層，并插入各種所需的管理開銷，從而形成一個(gè)完整的SDH幀結(jié)構(gòu)，這樣才能到達(dá)光層，可在光纖中傳輸。它保留了IP不面向連接的特性。IPoverSDH的特點(diǎn)如下：

(1)IPoverSDH的優(yōu)點(diǎn)：

· 對IP路由的支持能力強(qiáng)，具有很高的IP傳輸效率；

· 符合Internet業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，有利于實(shí)施多路廣播方式；

· 能利用SDH技術(shù)本身的環(huán)路，即自愈環(huán)(Self-healingRing)能力達(dá)到鏈路糾錯(cuò)，同時(shí)又能利用OSPF協(xié)議防止鏈路故障造成的網(wǎng)絡(luò)停頓，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；

· 省略了不必要的ATM層，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了運(yùn)行費(fèi)用。

(2)IPoverSDH的缺點(diǎn)：

· 僅對IP業(yè)務(wù)提供好的支持，不適用于多業(yè)務(wù)平臺；

· 不能像IPoverATM技術(shù)那樣提供較好的服務(wù)質(zhì)量保障(QoS)；

· 對IPX等其他主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持有限。

3) IPoverWDM

隨著DWDM光傳輸技術(shù)和寬帶IP技術(shù)的不斷完善，特別是太比特路由交換機(jī)和DWDM系統(tǒng)初步進(jìn)入商用階段，骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量獲得了大幅度的提高，再加上各種寬帶接入技術(shù)取得重大的發(fā)展，原有的利用SDH、PSTN等傳統(tǒng)電信網(wǎng)構(gòu)建城域數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和接入Internet的方式已不能滿足人們對高速、低價(jià)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：進(jìn)一步可擴(kuò)展帶寬的能力受到限制；嚴(yán)格的定時(shí)要求導(dǎo)致設(shè)備的復(fù)雜度和成本的增加；無論是SDH還是PSTN，原來都是為話音業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，不適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性和不對稱性，由此導(dǎo)致效率降低；主要結(jié)構(gòu)為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)數(shù)有限，不適用于網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)；所需業(yè)務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間長(數(shù)周以上)，不適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸多變的要求；自愈恢復(fù)備用環(huán)路浪費(fèi)資源?；谏鲜鲈颍琁PoverWDM方案被提出。

IPoverWDM是IP與WDM技術(shù)相結(jié)合的標(biāo)志。其工作原理是：首先在發(fā)送端對不同波長的光信號進(jìn)行復(fù)用，然后將復(fù)用信號送入一根光纖中傳輸，在接收端再利用解復(fù)用器將不同波長的光信號分開，送入相應(yīng)的終端，從而實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)在多波長光路上的傳輸。由此可見，IPoverWDM將是一個(gè)真正意義上的鏈路層數(shù)據(jù)網(wǎng)，即在IP層和物理層之間省去了ATM層和SDH層，將IP數(shù)據(jù)直接放到光路上進(jìn)行傳播。此時(shí)高性能的路由器可通過光ADM或WDM耦合器與WDM光纖相連，完成波長接入控制功能以及交換、路由選擇和保護(hù)功能。從以上分析可以看出，IPoverWDM具有以下特點(diǎn)：

(1)IPoverWDM的優(yōu)點(diǎn)：

充分利用光纖的帶寬資源，提高帶寬和相對的傳輸速率；

對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式透明，可以傳送不同碼率的ATM、SDH／SONET和千兆以太網(wǎng)格式的業(yè)務(wù)；

不僅可以與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)兼容，還可以支持未來的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)升級，并具有可推廣性、高度生存性等特點(diǎn)。

(2)IPoverWDM的缺點(diǎn)：

目前，對波長的標(biāo)準(zhǔn)化還沒有實(shí)現(xiàn)，一般取193.1THz為參考頻率，間隔取100GHz；

WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)與其傳輸?shù)男盘柕木W(wǎng)管分離，但在光域上其開銷很大，再加上光信號的處理技術(shù)還不完善，從而導(dǎo)致WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理還不成熟；

目前，WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是基于點(diǎn)對點(diǎn)的方式，還沒有形成“光網(wǎng)”。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)寬帶化、光學(xué)化的發(fā)展趨勢，隨著WDM或DWDM技術(shù)的不斷進(jìn)步，不少專家指出：新建的寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)(尤其是大型骨干網(wǎng))應(yīng)是架構(gòu)在DWDM系統(tǒng)上的IP網(wǎng)絡(luò)(IPoverDWDM)?；贒WDM的IP網(wǎng)主要通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)鏈路層格式將IP數(shù)據(jù)報(bào)直接映射到密集波分復(fù)用光層中，省去了中間的ATM層和SDH層，消除了功能重復(fù)。由于可充分利用DWDM通道巨大的傳輸帶寬和吉比特或太比特路由交換機(jī)強(qiáng)大的交換能力，在IP層和光層之間能合理配置流量工程、保護(hù)恢復(fù)、網(wǎng)管、QoS等功能，因而該技術(shù)方案是目前最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。從目前來看，寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)架構(gòu)應(yīng)是一個(gè)混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)綜合匯聚以上技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)。在寬帶IP網(wǎng)的核心層，應(yīng)采用IPoverDWDM或IPoverSDH技術(shù)建立骨干網(wǎng)，提供充足的主干帶寬，提供全網(wǎng)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)和運(yùn)營管理；而在其邊緣匯聚層，可采用IPoverSDH技術(shù)來匯集各種業(yè)務(wù)；在網(wǎng)絡(luò)的接入層，應(yīng)采用吉比特以太網(wǎng)技術(shù)提供和局域網(wǎng)的平滑過渡。應(yīng)該說，IPoverDWDM將代表寬帶IP主干網(wǎng)的明天。5.3.3基于有線電視網(wǎng)的多媒體信息傳輸

有線電視(CATV)網(wǎng)是已經(jīng)建立起來的伸展到千家萬戶的寬頻帶網(wǎng)絡(luò)，能否利用這一設(shè)施提供寬帶多媒體服務(wù)自然是人們關(guān)心的問題。但是CATV網(wǎng)是分配型的網(wǎng)絡(luò)，不具備電信網(wǎng)的交換功能，因此難以開展非分配型(例如多媒體會議)的多媒體業(yè)務(wù)。要解決這個(gè)問題，必須對CATV網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造。當(dāng)光纖鋪設(shè)到小區(qū)后，結(jié)合經(jīng)雙向改造后的CATV網(wǎng)絡(luò)，從小區(qū)到用戶的短距離同軸電纜的帶寬可以拓寬到750MHz以上，然后通過頻分多路復(fù)用技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電話、模擬電視廣播和交互式數(shù)字點(diǎn)播電視(VOD)等業(yè)務(wù)的共網(wǎng)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體業(yè)務(wù)。

5.4.1下一代網(wǎng)絡(luò)

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)和新業(yè)務(wù)層出不窮，給人們的工作和生活帶來了便利，但是目前的通信網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)仍不能滿足人們不斷增長的需求。因此，有必要開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來提供新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就是下一代網(wǎng)絡(luò)的基本框架。5.4NGN與多媒體通信

1. 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的問題

傳統(tǒng)的基于TDM的PSTN網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是專為用戶提供話音服務(wù)。該網(wǎng)絡(luò)自產(chǎn)生以來便將傳送網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)合為一體，其業(yè)務(wù)和控制都是由交換機(jī)來完成的，因此PSTN不能快速地傳送圖像數(shù)據(jù)等具有突發(fā)性、業(yè)務(wù)量大的業(yè)務(wù)。智能網(wǎng)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了呼叫連接和業(yè)務(wù)提供的分離，交換機(jī)負(fù)責(zé)呼叫連接，智能網(wǎng)通過一個(gè)公共的業(yè)務(wù)平臺完成業(yè)務(wù)的提供，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)供給能力，使提供新業(yè)務(wù)的周期縮短。但是隨著承載的多樣化，非常有必要實(shí)現(xiàn)呼叫控制和承載的分離，即業(yè)務(wù)與呼叫控制分離，呼叫與承載分離。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們通過基于IP技術(shù)的分組交換網(wǎng)絡(luò)來傳送數(shù)據(jù)信息。但是IP網(wǎng)絡(luò)并沒有考慮與安全有關(guān)的機(jī)制，僅提供“盡力而為”型的服務(wù)，不適于傳送對實(shí)時(shí)性要求較高的話音業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。

ATM技術(shù)綜合了電路交換和分組交換的特點(diǎn)，充分考慮到了安全、服務(wù)質(zhì)量的保證以及端到端的寬帶化等方面，但又使該技術(shù)過于復(fù)雜，并且價(jià)格偏高。

在目前的通信網(wǎng)絡(luò)中，不同的網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)往往也不同，而且它們之間的互通非常不便。因而未來努力的目標(biāo)就是要使一個(gè)網(wǎng)絡(luò)既能為用戶提供話音、數(shù)據(jù)和多媒體等多種業(yè)務(wù)，同時(shí)又能提供各種服務(wù)質(zhì)量的保證和安全。由此可見，話音網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合便是下一代網(wǎng)絡(luò)(NextGenerationNetwork，NGN)所要研究的方向。

2.NGN的概念

目前，國際上對NGN仍有不同認(rèn)識，運(yùn)營商、制造商、業(yè)務(wù)提供商對NGN看法各異。

ETSI對NGN的定義是：“NGN是一種規(guī)范和部署網(wǎng)絡(luò)的概念，通過使用分層、分面和開放接口的方式，給業(yè)務(wù)提供者和運(yùn)營者提供一個(gè)平臺，借助這一平臺逐步演進(jìn)以生成、部署和管理新的業(yè)務(wù)?！?/p>

ITU-T也在一些文件中對NGN進(jìn)行了解釋：“NGN表示了實(shí)現(xiàn)全球信息基礎(chǔ)設(shè)施(GII)的關(guān)鍵技術(shù)。NGN被看做是GII的‘網(wǎng)絡(luò)聯(lián)邦’(即IP能力增強(qiáng)的傳統(tǒng)電信、廣播和數(shù)據(jù)網(wǎng)的聯(lián)合)的一部分，這一概念使人們能夠在任何時(shí)間、任何地方，以可接受的價(jià)格與質(zhì)量安全地使用一組包括所有信息模式和支持開放式多種應(yīng)用的通信業(yè)務(wù)。”

我國信息產(chǎn)業(yè)部在《軟交換設(shè)備規(guī)范》中對軟交換定義的同時(shí)也給出了NGN的解釋，認(rèn)為“NGN是一個(gè)以軟交換設(shè)備為控制核心的新的交換體系架構(gòu)”。

隨著相關(guān)研究和應(yīng)用的發(fā)展，被業(yè)界逐漸接受的一個(gè)解釋是：NGN是指PSTN、1SDN、第二代移動通信階段之后的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，它是為業(yè)務(wù)提供者或運(yùn)營商提供的開放接口和分層結(jié)構(gòu)，能夠逐步生產(chǎn)、實(shí)施及管理各種創(chuàng)新業(yè)務(wù)的一種平臺。其目標(biāo)是使運(yùn)營商能針對自身及其客戶的需求來量身定做，設(shè)計(jì)、生成、實(shí)施和運(yùn)營通信業(yè)務(wù)。

3.NGN的特征

下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)研究的內(nèi)容非常廣泛，其概念在不同領(lǐng)域有不同含義。從不同角度和層面上分析，對下一代網(wǎng)絡(luò)的表述也不相同。從業(yè)務(wù)角度看，NGN是集話音、數(shù)據(jù)、多媒體等各種業(yè)務(wù)于一體的智能化多業(yè)務(wù)平臺；從網(wǎng)絡(luò)控制層面看，NGN是以軟交換為核心的網(wǎng)絡(luò)；從移動通信的角度看，NGN就是3G、超3G、4G的無線解決方案；從交換層面看，NGN就是基于MPLS和IPv6的有QoS保障的IP分組交換網(wǎng)絡(luò)；從基礎(chǔ)傳輸層面看，NGN是以智能光網(wǎng)絡(luò)(ASON)和通用幀協(xié)議(GFP)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)。通常意義上講，NGN是指基于軟交換技術(shù)的NGN語音和多媒體解決方案，因此NGN的特點(diǎn)就是滿足和提供多媒體寬帶網(wǎng)的一系列靈活的業(yè)務(wù)。其主要特征如下：

(1)NGN采用開放的分布式網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。NGN將傳統(tǒng)交換機(jī)的功能用彼此獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件來實(shí)現(xiàn)，各部件可以獨(dú)立發(fā)展、擴(kuò)容和升級。各部件間的接口標(biāo)準(zhǔn)化，可以實(shí)現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)之間的互通。這種部件化使得電信網(wǎng)絡(luò)逐步走向開放，運(yùn)營商可以自由組合各部分的網(wǎng)絡(luò)部件，從而構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)以滿足不同業(yè)務(wù)的需要，如采用業(yè)務(wù)與呼叫控制分離、呼叫控制與承載分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)開放分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使業(yè)務(wù)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)。

(2)NGN是業(yè)務(wù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)。NGN能夠提供靈活的業(yè)務(wù)創(chuàng)建以及業(yè)務(wù)管理功能。NGN將業(yè)務(wù)與呼叫控制分離，呼叫控制與承載分離，從而使業(yè)務(wù)真正獨(dú)立于承載網(wǎng)絡(luò)。各種承載技術(shù)和接入手段對業(yè)務(wù)來說都是透明的，用戶能夠定義自己的業(yè)務(wù)特征，并自行配置，而不必關(guān)心承載業(yè)務(wù)的具體網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式和終端類型，使得NGN能夠靈活有效地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的提供，滿足用戶不斷發(fā)展的新業(yè)務(wù)需求。

NGN能夠與智能網(wǎng)的SCP(業(yè)務(wù)控制點(diǎn))互通，從而繼承并融合了現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)。由于NGN采用了分層體系架構(gòu)，各層之間相互獨(dú)立，因此提供新業(yè)務(wù)時(shí)無需對網(wǎng)絡(luò)其他各層進(jìn)行改動，一經(jīng)生成，只需經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任一邊緣接入即可迅速供給全網(wǎng)。

(3)NGN是基于統(tǒng)一協(xié)議、基于分組的網(wǎng)絡(luò)。NGN采用基于IP的分組交換方式作為業(yè)務(wù)的承載方式，可以將語音和多媒體信息進(jìn)行分組化傳送。ATM技術(shù)本身的特性，例如ATM技術(shù)的復(fù)雜性、當(dāng)前業(yè)務(wù)和終端的IP化等，使得ATM技術(shù)不可能成為NGN業(yè)務(wù)承載的核心技術(shù)。NGN將電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)及有線電視網(wǎng)匯集成統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡(luò)，使它們都接受統(tǒng)一的通信協(xié)議，使得各種基于IP的業(yè)務(wù)能夠在不同網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行互通，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)融合。綜上所述，NGN是以業(yè)務(wù)驅(qū)動為特征的網(wǎng)絡(luò)，使現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)融合在一起，這樣便將原有三種網(wǎng)絡(luò)上的語音、視頻、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)統(tǒng)一構(gòu)建在一個(gè)開放平臺上。

4.NGN的體系結(jié)構(gòu)

NGN的出發(fā)點(diǎn)是在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上靈活地提供各種綜合業(yè)務(wù)，它強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的開放性。NGN采用分層的體系架構(gòu)，使業(yè)務(wù)層面和業(yè)務(wù)控制層面相分離，使業(yè)務(wù)的各種接入手段與傳送業(yè)務(wù)的分組網(wǎng)絡(luò)平臺分離。

一般認(rèn)為，NGN在功能上可以分為四個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)層次，如圖5-3所示，自下往上分別為接入和傳輸層、媒體層、控制層、業(yè)務(wù)/應(yīng)用層，各層之間彼此分離，實(shí)現(xiàn)全開放的體系結(jié)構(gòu)。圖5-3NGN的分層結(jié)構(gòu)

(1)接入和傳輸層(Access/TransportLayer)。接入和傳輸層的功能是將不同應(yīng)用的用戶終端連接至網(wǎng)絡(luò)，然后集中用戶業(yè)務(wù)并將它們傳遞至目的地。該層允許用戶以現(xiàn)有的各種接入方式接入，如無線接入、光纖接入、IP匯聚等。接入和傳輸層由各種媒體網(wǎng)關(guān)或智能接入終端設(shè)備組成，如信令網(wǎng)關(guān)、綜合接入網(wǎng)關(guān)、媒體資源服務(wù)器等。

(2)媒體層(MediaLayer)。媒體層提供基于IP的分組交換，將來自不同用戶的各種信息格式轉(zhuǎn)換為適于在網(wǎng)絡(luò)上傳遞的信息格式，例如將語音信號打包成IP分組。此外，該層還可以為媒體流進(jìn)行路由選擇并將其送至目的地。

(3)控制層(ControlLayer)。控制層提供呼叫控制、連接控制、資源管理等功能，其核心采用軟交換技術(shù)，為NGN提供統(tǒng)一的控制平臺，以實(shí)現(xiàn)各種信令協(xié)議的互通和轉(zhuǎn)換。

(4)業(yè)務(wù)/應(yīng)用層(NetworkService/ApplicationLayer)。業(yè)務(wù)/應(yīng)用層在呼叫建立的基礎(chǔ)上提供增值業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)開發(fā)平臺和第三方可編程接口，此外，它還具有與業(yè)務(wù)相關(guān)的管理功能，如業(yè)務(wù)認(rèn)證和計(jì)費(fèi)等。該層由一系列業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器組成。

5.NGN體系涉及的協(xié)議

NGN功能實(shí)體之間需要采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，這些協(xié)議主要由ITU-T和IETF等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定。NGN體系中主要涉及的協(xié)議有以下6個(gè)方面：

(1)呼叫控制協(xié)議。呼叫控制協(xié)議包括SIP、SIP-T和BICC協(xié)議。其中：SIP由IETF制定，用來建立、修改和終結(jié)多媒體會話的應(yīng)用層協(xié)議，有較好的擴(kuò)展能力；SIP-T(SIPforTelephones)將傳統(tǒng)的電話網(wǎng)信令(目前僅對ISUP消息)通過“封裝”和“翻譯”轉(zhuǎn)化為SIP消息，提供了用SIP實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)與SIP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)機(jī)制；BICC協(xié)議由ITU-T制定，源于N-ISUP信令。為了實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互通，軟交換設(shè)備還需支持傳統(tǒng)電話網(wǎng)和早期VoIP網(wǎng)絡(luò)使用的ISUP、H.323等呼叫控制協(xié)議。

(2)媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議。媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議包括MGCP和Megaco/H.248協(xié)議。其中：MGCP(媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議)是IETF的一個(gè)草案，是目前使用最多的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議；Megaco/H.248協(xié)議由IETF和ITU-T聯(lián)合開發(fā)，是在MGCP協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合了其他媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議的一些特點(diǎn)發(fā)展而成的，提供了控制媒體建立、連接、釋放的信令與保證這些信令執(zhí)行的機(jī)制，同時(shí)也可以攜帶一些隨路呼叫信令。

(3)基于IP的媒體傳送協(xié)議。NGN使用RTP/RTCP協(xié)議作為媒體傳送協(xié)議。

(4)業(yè)務(wù)層協(xié)議?？墒褂玫臉I(yè)務(wù)層協(xié)議和API包括SIP、PARLAY、JAIN。為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的智能網(wǎng)業(yè)務(wù)，軟交換設(shè)備還應(yīng)支持INAP協(xié)議。

(5)基于IP的PSTN信令傳送協(xié)議。基于IP的PSTN信令傳送協(xié)議主要有IUA、M3UA、M2PA，這些信令協(xié)議均基于SCTP/IP進(jìn)行傳遞。

(6)其他類型協(xié)議。除上述協(xié)議外，另外還包括網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)、資源配置管理協(xié)議(COPS)、認(rèn)證計(jì)費(fèi)鑒權(quán)協(xié)議(RADIUS)、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議(NTP)。5.4.2NGN與多媒體通信的關(guān)聯(lián)

1.多業(yè)務(wù)的需求

NGN應(yīng)滿足多業(yè)務(wù)的需求，顯然也應(yīng)滿足多媒體業(yè)務(wù)的需求。NGN還有一個(gè)要求，即要滿足通信業(yè)務(wù)不斷發(fā)展、不斷升級的需求，這對多媒體業(yè)務(wù)也是十分重要的。如人們對多媒體業(yè)務(wù)的傳播方式可能并不限于點(diǎn)對點(diǎn)，可能用于點(diǎn)對多點(diǎn)、多點(diǎn)對多點(diǎn)，還可能用于點(diǎn)播方式(VOD)、多播方式(多媒體業(yè)務(wù)只傳送給有需求的用戶)和廣播方式(如廣播電視、話音廣播等)。NGN為豐富多媒體通信業(yè)務(wù)奠定了基礎(chǔ)，并提供了開放式的業(yè)務(wù)平臺。

2.多連接的需求

NGN既要滿足多業(yè)務(wù)，也要實(shí)現(xiàn)“多連接”。NGN采用全開放的分層體系結(jié)構(gòu)，使得承載與接入分離、控制與承載分離、業(yè)務(wù)與控制分離，有利于各個(gè)不同的專業(yè)化網(wǎng)絡(luò)部件廠商和運(yùn)營商之間的戰(zhàn)略合作，有利于同類網(wǎng)絡(luò)部件廠商之間的競爭和發(fā)展。

總之，如何在NGN中提供具有QoS保障的多媒體通信業(yè)務(wù)以及快速開發(fā)多媒體通信業(yè)務(wù)成為問題的關(guān)鍵。此外，還要研究如何利用NGN技術(shù)保障多媒體通信的良好傳輸特性、高可靠性和QoS等。尤其應(yīng)該指出的是，NGN的發(fā)展有賴于建立一個(gè)信息內(nèi)容提供商(ICP)、信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商(ISP)和電信運(yùn)營商之間的“生態(tài)價(jià)值鏈”。如何能在大力發(fā)展多業(yè)務(wù)的前提下，按各自提供的服務(wù)質(zhì)量和數(shù)量，進(jìn)行利潤的合理分配，是目前發(fā)展寬帶綜合業(yè)務(wù)的一個(gè)急需解決的關(guān)鍵問題。

現(xiàn)代電信技術(shù)正向著寬帶化、綜合化、智能化和個(gè)人化的方向發(fā)展，向用戶提供聲、像、圖、文綜合通信服務(wù)是世界各國通信界奮斗的目標(biāo)。多媒體通信就是典型的例子，但怎樣把寬帶信息沿用戶線送到各用戶終端乃至千家萬戶，就成為多媒體通信中亟待解決的關(guān)健問題之一。5.5接入網(wǎng)技術(shù)目前，寬帶多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)入千家萬戶的瓶頸在于通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入用戶前的部分，即通常所說的“最后一千米”。對于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)來說，用戶線(即最后一級交換設(shè)備到用戶的連接線)目前還采用雙絞銅線，是最后一個(gè)沒有數(shù)字化的部分，它嚴(yán)重地影響了多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用。接入網(wǎng)技術(shù)用來解決如何將帶寬較小的用戶雙絞線改造成能夠傳輸寬帶多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。對于傳統(tǒng)的CATV網(wǎng)絡(luò)來說，雖然它具有較寬的帶寬，但目前它只是一個(gè)分配型的網(wǎng)絡(luò)，不能進(jìn)行雙向的信息交流，限制了多媒體業(yè)務(wù)的開展。接入網(wǎng)技術(shù)可對這種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造，以適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)的需求。5.5.1接入網(wǎng)基礎(chǔ)

接入網(wǎng)(AccessNetwork，AN)，也稱為用戶接入網(wǎng)，是由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口(SNI)和相關(guān)用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)及為傳送電信業(yè)務(wù)所需承載能力的系統(tǒng)組成的，經(jīng)維護(hù)管理接口(Q3接口)進(jìn)行配置和管理。因此，接入網(wǎng)可由三個(gè)接口界定，即網(wǎng)絡(luò)側(cè)經(jīng)由SNI與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連，用戶側(cè)由UNI與用戶相連，管理方面則經(jīng)Q3接口與電信管理網(wǎng)(TMN)相連。它的目標(biāo)是建立一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口方式，以一個(gè)可監(jiān)控的接入網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠獲得音頻、圖像和數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)。接入網(wǎng)的重要特征可以歸納為以下幾點(diǎn)：

· 接入網(wǎng)對于所接入的業(yè)務(wù)提供承載能力，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的透明傳送；

· 接入網(wǎng)對用戶信令是透明的，除了一些用戶信令的格式轉(zhuǎn)換外，信令和業(yè)務(wù)處理的功能依然在業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)中；

· 接入網(wǎng)的引入不應(yīng)限制現(xiàn)有的各種接入類型和業(yè)務(wù)，接入網(wǎng)應(yīng)通過有限的標(biāo)準(zhǔn)化的接口與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連；

· 接入網(wǎng)有獨(dú)立于業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口連接TMN實(shí)施對接入網(wǎng)的操作、維護(hù)和管理。根據(jù)ITU-T建議，接入網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。它位于交換端局和用戶終端之間，可以支持各種交換型和非交換型業(yè)務(wù)，并將這些業(yè)務(wù)流組合后沿著公共的傳輸通道送往業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，其中包括將UNI信令轉(zhuǎn)換為SNI信令，但接入網(wǎng)本身并不解釋和處理信令的內(nèi)容。原則上，接入網(wǎng)可支持的UNI和SNI的類型和數(shù)目沒有限制。不同的UNI支持不同的業(yè)務(wù)，如模擬電話、ISDN、數(shù)字或模擬租用業(yè)務(wù)等的接入。SNI有模擬接口(Z接口)和數(shù)字接口(V接口)兩類。特別需要注意的是，繼原有的V1~V4接口之后，ITU-T又制定了新的可同時(shí)支持多種用戶接入業(yè)務(wù)的V5接口，以便在接入段實(shí)現(xiàn)不同廠商設(shè)備的互連。

圖5-4接入網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)具有以下5大功能：

(1)傳送功能(TF)：提供由多接入段(如饋送段、分配段、引入段等)組成的公共傳輸通道，并完成不同傳輸媒體間的適配。具體功能包括交叉連接、復(fù)用、提供物理媒體等。

(2)核心功能(CF)：完成UNI承載體或SNI承載體至公共承載體的適配，如復(fù)用和協(xié)議處理等。

(3)用戶端口功能(UPF)：完成UNI的特定要求及核心功能和系統(tǒng)管理功能的適配，如信令轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、UNI承載信道和承載能力的處理。

(4)業(yè)務(wù)端口功能(SPF)：完成SNI的特定要求至公共承載體的適配，供核心功能處理；同時(shí)提取相關(guān)信息供系統(tǒng)管理功能處理。

(5)系統(tǒng)管理功能(SMF)：通過Q3接口、中介設(shè)備與電信管理網(wǎng)接口、SNI協(xié)議和SN的操作、UNI協(xié)議和用戶終端的操作，協(xié)調(diào)接入網(wǎng)各種功能的提供、運(yùn)行和維護(hù)，包括配置和控制、故障檢測和指示、性能數(shù)據(jù)采集等。

接入網(wǎng)傳送結(jié)構(gòu)的物理參考模型如圖5-5所示。各段分界點(diǎn)就是熟知的配線架、交接箱、分線盒和電話插座。在一般情況下，傳輸媒體可以是雙絞銅線、同軸電纜、光纖、無線通道或它們的組合。雖然接入網(wǎng)改造的核心也是數(shù)字化和寬帶化，但是和中繼網(wǎng)相比，這一過程更為復(fù)雜，因?yàn)樗呛痛罅坑脩粝噙B的一點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，必須充分考慮經(jīng)濟(jì)性能和用戶需求，采取因地制宜、逐步演進(jìn)的方式。為此，各國電信界綜合運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)，提出了許多不同的接入傳輸技術(shù)。下面我們介紹幾種目前研究得較多的接入網(wǎng)技術(shù)。圖5-5接入網(wǎng)的物理參考模型5.5.2ISDN用戶接入技術(shù)

ISDN是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的簡稱，它由電話綜合數(shù)字網(wǎng)(IDN)發(fā)展而來，它是在現(xiàn)有電話網(wǎng)上開發(fā)的一種集語音、數(shù)據(jù)和圖像于一體的綜合業(yè)務(wù)，即能在一對普通電話雙絞線上實(shí)現(xiàn)多種功能。

1.ISDN用戶—網(wǎng)絡(luò)接口

1) ISDN用戶—網(wǎng)絡(luò)接口功能

ISDN用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的作用是使用戶終端與ISDN網(wǎng)絡(luò)之間或網(wǎng)絡(luò)與用戶之間能夠相互交換信息，該接口主要具有以下功能：

(1)利用同一接口提供多種業(yè)務(wù)的能力。根據(jù)用戶需求，在呼叫的基礎(chǔ)上，選擇信息的比特速率、交換方式或編碼方式等。

(2)多終端配置功能。多個(gè)終端可以連接在同一個(gè)接口上，允許同時(shí)使用這些不同的終端。

(3)終端的移動性。利用標(biāo)準(zhǔn)插座，使終端能夠在通信過程中移動和重新恢復(fù)通信的連接。

(4)在主叫用戶和被叫用戶終端之間進(jìn)行兼容性檢查。為了檢驗(yàn)主叫與被叫終端是否能夠相互通信，例如，保證電話與電話終端、傳真與傳真終端等高層的一致性，需要具有兼容性檢驗(yàn)的功能。

2) ISDN用戶—網(wǎng)絡(luò)接口配置

用戶—網(wǎng)絡(luò)接口是用戶設(shè)備與通信網(wǎng)的接口。ISDN用戶—網(wǎng)絡(luò)接口和業(yè)務(wù)接入點(diǎn)配置如圖5-6所示。用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的參考配置是國際電信標(biāo)準(zhǔn)化組織為上述接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化而建立的一種抽象化的接口安排，它給出了需要標(biāo)準(zhǔn)化的參考點(diǎn)(R、S、T)和與之相關(guān)的各種功能組(NT1、NT2、TE1、TE2、TA)。功能組是在ISDN用戶接入口上可能需要的各種功能的組合和安排。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的配置根據(jù)用戶的要求可能是多種多樣的，若干個(gè)功能群可能由一種設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。參考點(diǎn)是劃分功能組的概念性參照點(diǎn)，它可以是用戶接入中各設(shè)備單元間的物理接口。當(dāng)多個(gè)功能組組合在一個(gè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)時(shí)，它僅在概念上存在，而實(shí)際上沒有物理接口存在。參考點(diǎn)R和T是ISDN標(biāo)準(zhǔn)化的對象。參考點(diǎn)R涉及所有非ISDN終端與適配器的相接點(diǎn)，范圍極廣，沒有統(tǒng)一的規(guī)范。圖5-6用戶—網(wǎng)絡(luò)接口和業(yè)務(wù)接入點(diǎn)配置在參考配置的基礎(chǔ)上，用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)際配置可能是多種多樣的。五個(gè)功能組可以分別作為一種設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，這時(shí)三種參考點(diǎn)都將作為物理接口而實(shí)際存在，但這不是必需的，可以將某些或全部功能組組合在一個(gè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。例如，可以將NT2和NTl組合在一個(gè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，這時(shí)參考點(diǎn)T在物理上將不復(fù)存在；也可以將TA和NT2組合在一起來實(shí)現(xiàn)，這時(shí)參考點(diǎn)S在物理上將不存在。

NT2是用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。因?yàn)椴皇撬杏脩舳夹枰脩艚粨Q機(jī)或局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，所以當(dāng)用戶不需要NT2時(shí)，可以將用戶終端直接與NT1相接。這樣，工作于同一速率上的S接口和T接口的特性在規(guī)范上是完全相同的，S接口與T接口將重疊在一起，稱為S或T接口。

ISDN用戶—網(wǎng)絡(luò)接口參考配置圖對設(shè)備的數(shù)量也未作限制。例如，用戶可以有多個(gè)NTl，一起供NT2使用。用戶終端的數(shù)量可以從一至成千上萬個(gè)。

2. ISDN的通路及用戶接入方式

1) ISDN通路

通路是提供業(yè)務(wù)使用的具有標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率的傳輸信道。通路有兩種主要類型：一種類型是信息通路，它為用戶傳送各種信息流；另一種是信令通路，它是為了進(jìn)行呼叫控制而傳送信令的通路。根據(jù)ITU-T標(biāo)準(zhǔn)，通路有以下類型：

(1)B通路：傳輸速率為64kb/s，供傳遞用戶信息用。

(2)D通路：傳輸速率為16kb/s或64kb/s，供傳輸信令和分組數(shù)據(jù)使用。

(3)H0通路：傳輸速率為384kb/s，供傳遞用戶信息用(如立體聲節(jié)目、圖像和數(shù)據(jù)等)。

(4)H11通路：傳輸速率為1536kb/s，供傳遞用戶信息用(如高速數(shù)據(jù)傳輸、會議電視等)；

(5)H12通路：傳輸速率為1920kb/s，供傳遞用戶信息用(如高速數(shù)據(jù)、圖像和視頻會議等)。使用最普遍的是B通路。它可以利用已經(jīng)和正在形成中的64kb/s交換網(wǎng)絡(luò)傳遞語音、數(shù)據(jù)等各類信息，還可以作為用戶接入分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的入口信道。在B通路上可以建立下述四種類型的連接：

(1)電路交換。這是目前常用的交換式數(shù)字服務(wù)。用戶通過呼叫，和網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)用戶建立電路交換連接，但建立電路交換連接的呼叫控制信息不是經(jīng)過B通路，而是經(jīng)過D通路。

(2)分組交換。用戶連接到分組交換節(jié)點(diǎn)，和網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶通過X.25交換數(shù)據(jù)。

(3)幀中繼模式。用戶連接到幀中繼交換節(jié)點(diǎn)，和網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶通過LAPF交換數(shù)據(jù)。

(4)半永久連接方式。與網(wǎng)絡(luò)中其他用戶的連接事先建立，不需要呼叫控制協(xié)議，這種方式等同于點(diǎn)對點(diǎn)專用線路。

2) ISDN用戶接入方式

按照速率和用戶配置可以將ISDN用戶接入方式分為以下兩種：

(1)基本速率接入?；舅俾式涌谑前熏F(xiàn)有電話網(wǎng)的普通用戶線作為ISDN用戶線而規(guī)定的接口，它是ISDN最常用、最基本的用戶—網(wǎng)絡(luò)接口。它由兩個(gè)B通路和一個(gè)D通路(2B＋D)構(gòu)成。B通路的速率為64kb/s，D通路的速率為16kb/s，所以，用戶可以利用的最高信息傳遞速率是64×2＋16＝144kb/s。這種接口是為廣大用戶使用ISDN而設(shè)計(jì)的。它與用戶線的二線雙向傳輸系統(tǒng)相配合，可以滿足千家萬戶對ISDN業(yè)務(wù)的需求。使用這種接口，用戶可以獲得各種ISDN的基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。

(2)一次群速率接入。一次群速率接入方式主要提供給有大容量通信要求的用戶，例如數(shù)字化PBX和局域網(wǎng)的出口等。一次群速率接口的傳輸速率與PCM的基群相同。由于國際上有兩種規(guī)格的PCM制式，即1.544MB/s的T1和2.048MB/s的E1，因此ISDN一次群速率接口也有兩種速率。

一次群速率的用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的結(jié)構(gòu)根據(jù)用戶對通信的不同要求可以有多種安排。一種典型的結(jié)構(gòu)是nB＋D。n的數(shù)值對應(yīng)于2.048MB/s和1.544MB/s的基群，分別為30或23。在此，B通路和D通路的速率都是64kb/s。這種接口結(jié)構(gòu)，對于NT2為綜合業(yè)務(wù)用戶交換機(jī)的用戶而言，是一種常用的選擇。當(dāng)用戶需求的通信容量較大時(shí)(例如大企業(yè)或大公司的專