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第二章數(shù)字程控交換系統(tǒng)回顧一、通信系統(tǒng)的基本模型點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)通信網(wǎng)是通信系統(tǒng)的一種形式。本節(jié)課中通信系統(tǒng)特指使用光信號(hào)或電信號(hào)傳遞信息的通信系統(tǒng)。為了更好地理解通信網(wǎng),我們從點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)開(kāi)始介紹??朔r(shí)間、空間的障礙,有效而可靠地傳遞信息是所有通信系統(tǒng)的基本任務(wù)。實(shí)際應(yīng)用中存在各種類(lèi)型的通信系統(tǒng),它們?cè)诰唧w的功能和結(jié)構(gòu)上各不相同,然而都可以抽象成如圖1.1所示的模型,其基本組成包括:信源、發(fā)送器、信道、接收器和信宿五部分。圖1.1簡(jiǎn)單通信系統(tǒng)模型(a)模型圖;(b)實(shí)例通信網(wǎng)需解決問(wèn)題:任意兩個(gè)用戶(hù)間的通信通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn):任意兩個(gè)用戶(hù)之間提供點(diǎn)到點(diǎn)的連接(見(jiàn)圖1.2a)構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)成本太高每一對(duì)用戶(hù)之間獨(dú)占一個(gè)永久的通信線路,信道資源無(wú)法共享難以實(shí)施集中的控制和管理。交換式網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖1.2b)圖1.2通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)終端都通過(guò)用戶(hù)線與交換節(jié)點(diǎn)相連交換節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)中繼線相連任何兩個(gè)用戶(hù)之間的通信都要通過(guò)交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)接交換在網(wǎng)絡(luò)中,交換節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)用戶(hù)的接入、業(yè)務(wù)量的集中、用戶(hù)通信連接的創(chuàng)建、信道資源的分配、用戶(hù)信息的轉(zhuǎn)發(fā),以及必要的網(wǎng)絡(luò)管理與控制功能的實(shí)現(xiàn)。交換式網(wǎng)絡(luò)“交換”概念背后的思想是:按需分配讓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶(hù)實(shí)際的需求為其分配通信所需的網(wǎng)絡(luò)資源,即用戶(hù)有通信需求時(shí),網(wǎng)絡(luò)為其分配資源,通信結(jié)束后,網(wǎng)絡(luò)再回收分配給用戶(hù)的資源,讓其他用戶(hù)使用,從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源共享,降低通信成本的目的。從資源分配的角度來(lái)看,不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的差異,主要體現(xiàn)在分配、管理網(wǎng)絡(luò)資源策略上的差異,它們直接決定了網(wǎng)絡(luò)中交換、傳輸、控制等具體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式。簡(jiǎn)單的控制策略——資源利用率不高提高資源利用率——提高網(wǎng)絡(luò)控制復(fù)雜度交換式網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn):

(1)大量的用戶(hù)可以通過(guò)交換節(jié)點(diǎn)連到骨干通信網(wǎng)上,由于大多數(shù)用戶(hù)并不是全天候需要通信服務(wù),因此骨干網(wǎng)上交換節(jié)點(diǎn)間可以用少量的中繼線路以共享的方式為大量用戶(hù)服務(wù),這樣大大降低了骨干網(wǎng)的建設(shè)成本。

(2)交換節(jié)點(diǎn)的引入也增加了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的方便性,便于網(wǎng)絡(luò)的控制與管理。實(shí)際中的大型交換網(wǎng)絡(luò)都是由多級(jí)復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的,為用戶(hù)建立的通信連接往往涉及多段線路、多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)。二、通信網(wǎng)的定義和構(gòu)成

1.定義什么是通信網(wǎng)?對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng),站在不同的角度,應(yīng)該有不同的觀點(diǎn)。從用戶(hù)的角度來(lái)看,通信網(wǎng)是一個(gè)信息服務(wù)設(shè)施,甚至是一個(gè)娛樂(lè)服務(wù)設(shè)施,用戶(hù)可以使用它獲取信息、發(fā)送信息、娛樂(lè)等;而從工程師的角度來(lái)看,通信網(wǎng)則是由各種軟硬件設(shè)施按照一定的規(guī)則互連在一起,完成信息傳遞任務(wù)的系統(tǒng)。工程師希望這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該可測(cè)、可控,便于管理和擴(kuò)充。

這里,我們?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng)下一個(gè)通俗的定義:通信網(wǎng)是由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)(包括終端節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn))和連接這些節(jié)點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)有機(jī)地組織在一起的,按約定的信令或協(xié)議完成任意用戶(hù)間信息交換的通信體系。用戶(hù)使用它可以克服空間、時(shí)間等障礙來(lái)進(jìn)行有效的信息交換。

在通信網(wǎng)上,信息的交換可以在兩個(gè)用戶(hù)間進(jìn)行,在兩個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)程間進(jìn)行,還可以在一個(gè)用戶(hù)和一個(gè)設(shè)備間進(jìn)行。交換的信息包括用戶(hù)信息(如話(huà)音、數(shù)據(jù)、圖像等)、控制信息(如信令信息、路由信息等)和網(wǎng)絡(luò)管理信息三類(lèi)。由于信息在網(wǎng)上通常以電或光信號(hào)的形式進(jìn)行傳輸,因而現(xiàn)代通信網(wǎng)又稱(chēng)電信網(wǎng)。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是,網(wǎng)絡(luò)不是目的,只是手段。網(wǎng)絡(luò)只是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)的一種手段。與簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)相比,它的基本任務(wù)并未改變,通信的有效性和可靠性仍然是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)要解決的兩個(gè)基本問(wèn)題,只是由于用戶(hù)規(guī)模、業(yè)務(wù)量、服務(wù)區(qū)域的擴(kuò)大,因此使解決這兩個(gè)基本問(wèn)題的手段變得復(fù)雜了。例如,網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、管理、監(jiān)控、信令、路由、計(jì)費(fèi)、服務(wù)質(zhì)量保證等都是由此而派生出來(lái)的。

2.通信網(wǎng)的構(gòu)成要素實(shí)際的通信網(wǎng)是由軟件和硬件按特定方式構(gòu)成的一個(gè)通信系統(tǒng),每一次通信都需要軟硬件設(shè)施的協(xié)調(diào)配合來(lái)完成。從硬件構(gòu)成來(lái)看:通信網(wǎng)由終端節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和傳輸系統(tǒng)構(gòu)成,它們完成通信網(wǎng)的基本功能:接入、交換和傳輸。

軟件設(shè)施則包括信令、協(xié)議、控制、管理、計(jì)費(fèi)等,它們主要完成通信網(wǎng)的控制、管理、運(yùn)營(yíng)和維護(hù),實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)的智能化。這里我們重點(diǎn)介紹通信網(wǎng)的硬件構(gòu)成。

1)終端節(jié)點(diǎn)最常見(jiàn)的終端節(jié)點(diǎn)有電話(huà)機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、視頻終端和PBX等,它們是通信網(wǎng)上信息的產(chǎn)生者,同時(shí)也是通信網(wǎng)上信息的使用者。其主要功能有:

(1)用戶(hù)信息的處理:主要包括用戶(hù)信息的發(fā)送和接收,將用戶(hù)信息轉(zhuǎn)換成適合傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)以及相應(yīng)的反變換。

(2)信令信息的處理:主要包括產(chǎn)生和識(shí)別連接建立、業(yè)務(wù)管理等所需的控制信息。

2)交換節(jié)點(diǎn)交換節(jié)點(diǎn)是通信網(wǎng)的核心設(shè)備,最常見(jiàn)的有電話(huà)交換機(jī)、分組交換機(jī)、路由器、轉(zhuǎn)發(fā)器等。交換節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)集中、轉(zhuǎn)發(fā)終端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的用戶(hù)信息,但它自己并不產(chǎn)生和使用這些信息。其主要功能有:

(1)用戶(hù)業(yè)務(wù)的集中和接入功能。通常由各類(lèi)用戶(hù)接口和中繼接口組成。

(2)交換功能。通常由交換矩陣完成任意入線到出線的數(shù)據(jù)交換。

(3)信令功能。負(fù)責(zé)呼叫控制和連接的建立、監(jiān)視、釋放等。

(4)其他控制功能。路由信息的更新和維護(hù)、計(jì)費(fèi)、話(huà)務(wù)統(tǒng)計(jì)、維護(hù)管理等。圖1.3交換節(jié)點(diǎn)的基本功能結(jié)構(gòu)

3)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)最常見(jiàn)的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)有智能網(wǎng)中的業(yè)務(wù)控制節(jié)點(diǎn)(SCP)、智能外設(shè)、語(yǔ)音信箱系統(tǒng),以及Internet上的各種信息服務(wù)器等。它們通常由連接到通信網(wǎng)絡(luò)邊緣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成。其主要功能是:

(1)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于交換節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)的執(zhí)行和控制。

(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)交換節(jié)點(diǎn)呼叫建立的控制。

(3)為用戶(hù)提供智能化、個(gè)性化、有差異的服務(wù)。目前,基本電信業(yè)務(wù)的呼叫建立、執(zhí)行控制等由于歷史的原因仍然在交換節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn),但很多新的電信業(yè)務(wù)則將其轉(zhuǎn)移到業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)中了。

4)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)為信息的傳輸提供傳輸信道,并將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在一起。通常傳輸系統(tǒng)的硬件組成應(yīng)包括:線路接口設(shè)備、傳輸媒介、交叉連接設(shè)備等。傳輸系統(tǒng)一個(gè)主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是如何提高物理線路的使用效率,因此通常傳輸系統(tǒng)都采用了多路復(fù)用技術(shù),如頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用等。另外,為保證交換節(jié)點(diǎn)能正確接收和識(shí)別傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流,交換節(jié)點(diǎn)必須與傳輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致,這包括保持幀同步和位同步、遵守相同的傳輸體制(如PDH、SDH等)等。

3.通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)在我們?nèi)粘5墓ぷ骱蜕钪校?jīng)常接觸和使用各種類(lèi)型的通信網(wǎng)。例如電話(huà)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。電話(huà)網(wǎng)是目前我們最熟悉和最普及的通信網(wǎng),它主要用來(lái)傳送用戶(hù)的話(huà)音信息;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則是辦公場(chǎng)所最為常見(jiàn)的一種網(wǎng)絡(luò),它主要用于信息發(fā)布、程序和數(shù)據(jù)的共享、設(shè)備共享等(如打印機(jī)、繪圖儀、掃描儀等)。Internet是計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),它將全球絕大多數(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連在一起,以實(shí)現(xiàn)更為廣泛的信息資源共享,目前Internet已成為電子商務(wù)和娛樂(lè)的一個(gè)基礎(chǔ)支撐平臺(tái)。上述網(wǎng)絡(luò)雖然在傳送信息的類(lèi)型,傳送的方式,所提供服務(wù)的種類(lèi)等方面各不相同,但是它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、基本功能、實(shí)現(xiàn)原理上都是相似的,它們都實(shí)現(xiàn)了以下四個(gè)主要的網(wǎng)絡(luò)功能:

(1)信息傳送。它是通信網(wǎng)的基本任務(wù),傳送的信息主要分為三大類(lèi):用戶(hù)信息、信令信息、管理信息。信息傳輸主要由交換節(jié)點(diǎn)和傳輸系統(tǒng)完成。

(2)信息處理。網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息的處理方式對(duì)最終用戶(hù)是不可見(jiàn)的,主要目的是增強(qiáng)通信的有效性、可靠性和安全性,信息最終的語(yǔ)義解釋一般由終端應(yīng)用來(lái)完成。

(3)信令機(jī)制。它是通信網(wǎng)上任意兩個(gè)通信實(shí)體之間為實(shí)現(xiàn)某一通信任務(wù),進(jìn)行控制信息交換的機(jī)制,例如電話(huà)網(wǎng)上的No.7信令、Internet上的各種路由信息協(xié)議、TCP連接建立協(xié)議等均屬此范疇。

(4)網(wǎng)絡(luò)管理。它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)管理、維護(hù)管理、資源管理,以保證網(wǎng)絡(luò)在正常和故障情況下的服務(wù)質(zhì)量。它是整個(gè)通信網(wǎng)中最具智能的部分。已形成的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)有:電信管理網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)TMN系列,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)SNMP等。因此,從功能的角度看,一個(gè)完整的現(xiàn)代通信網(wǎng)可分為相互依存的三部分:業(yè)務(wù)網(wǎng)、傳送網(wǎng)、支撐網(wǎng),如圖1.4所示。圖1.4現(xiàn)代通信網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)

1)業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)負(fù)責(zé)向用戶(hù)提供各種通信業(yè)務(wù),如基本話(huà)音、數(shù)據(jù)、多媒體、租用線、虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)(VPN)等,采用不同交換技術(shù)的交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過(guò)傳送網(wǎng)互連在一起就形成了不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)網(wǎng)。構(gòu)成一個(gè)業(yè)務(wù)網(wǎng)的主要技術(shù)要素有以下幾方面內(nèi)容:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交換節(jié)點(diǎn)技術(shù)、編號(hào)計(jì)劃、信令技術(shù)、路由選擇、業(yè)務(wù)類(lèi)型、計(jì)費(fèi)方式、服務(wù)性能保證機(jī)制等,其中交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備是構(gòu)成業(yè)務(wù)網(wǎng)的核心要素。各種交換技術(shù)的異同將在下一節(jié)介紹。表1.1主要業(yè)務(wù)網(wǎng)的類(lèi)型

2)傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)是隨著光傳輸技術(shù)的發(fā)展,在傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入管理和交換智能后形成的。傳送網(wǎng)獨(dú)立于具體業(yè)務(wù)網(wǎng),負(fù)責(zé)按需為交換節(jié)點(diǎn)/業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的互連分配電路,在這些節(jié)點(diǎn)之間提供信息的透明傳輸通道,它還包含相應(yīng)的管理功能,如電路調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)視、故障切換等。構(gòu)成傳送網(wǎng)的主要技術(shù)要素有:傳輸介質(zhì)、復(fù)用體制、傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)等,其中傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)主要有分插復(fù)用設(shè)備(ADM)和交叉連接設(shè)備(DXC)兩種類(lèi)型,它們是構(gòu)成傳送網(wǎng)的核心要素。傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與業(yè)務(wù)網(wǎng)的交換節(jié)點(diǎn)相似之處在于:傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)也具有交換功能。不同之處在于:業(yè)務(wù)網(wǎng)交換節(jié)點(diǎn)的基本交換單位本質(zhì)上是面向終端業(yè)務(wù)的,粒度很小,例如一個(gè)時(shí)隙、一個(gè)虛連接;而傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的基本交換單位本質(zhì)上是面向一個(gè)中繼方向的,因此粒度很大,例如SDH中基本的交換單位是一個(gè)虛容器(最小是2Mb/s),而在光傳送網(wǎng)中基本的交換單位則是一個(gè)波長(zhǎng)(目前骨干網(wǎng)上至少是2.5Gb/s)。另一個(gè)不同之處在于:業(yè)務(wù)網(wǎng)交換節(jié)點(diǎn)的連接是在信令系統(tǒng)的控制下建立和釋放的,而光傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的連接則主要是通過(guò)管理層面來(lái)指配建立或釋放的,每一個(gè)連接需要長(zhǎng)期化維持和相對(duì)固定。目前主要的傳送網(wǎng)有SDH/SONET和光傳送網(wǎng)(OTN)兩種類(lèi)型。

3)支撐網(wǎng)支撐網(wǎng)負(fù)責(zé)提供業(yè)務(wù)網(wǎng)正常運(yùn)行所必需的信令、同步、網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)管理、運(yùn)營(yíng)管理等功能,以提供用戶(hù)滿(mǎn)意的服務(wù)質(zhì)量。支撐網(wǎng)包含三部分:

(1)同步網(wǎng)。它處于數(shù)字通信網(wǎng)的最底層,負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間和節(jié)點(diǎn)設(shè)備與傳輸設(shè)備之間信號(hào)的時(shí)鐘同步、幀同步以及全網(wǎng)的網(wǎng)同步,保證地理位置分散的物理設(shè)備之間數(shù)字信號(hào)的正確接收和發(fā)送。

(2)信令網(wǎng)。對(duì)于采用公共信道信令體制的通信網(wǎng),存在一個(gè)邏輯上獨(dú)立于業(yè)務(wù)網(wǎng)的信令網(wǎng),它負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳送業(yè)務(wù)相關(guān)或無(wú)關(guān)的控制信息流。

(3)管理網(wǎng)。管理網(wǎng)的主要目標(biāo)是通過(guò)實(shí)時(shí)和近實(shí)時(shí)來(lái)監(jiān)視業(yè)務(wù)網(wǎng)的運(yùn)行情況,并相應(yīng)地采取各種控制和管理手段,以達(dá)到在各種情況下充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,以保證通信的服務(wù)質(zhì)量。另外,從網(wǎng)絡(luò)的物理位置分布來(lái)劃分,通信網(wǎng)還可以分成用戶(hù)駐地網(wǎng)(CPN)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)三部分,其中用戶(hù)駐地網(wǎng)是業(yè)務(wù)網(wǎng)在用戶(hù)端的自然延伸,接入網(wǎng)也可以看成傳送網(wǎng)在核心網(wǎng)之外的延伸,而核心網(wǎng)則包含業(yè)務(wù)、傳送、支撐等網(wǎng)絡(luò)功能要素。三、通信網(wǎng)的類(lèi)型

1.按業(yè)務(wù)類(lèi)型分按業(yè)務(wù)類(lèi)型,可以將通信網(wǎng)分為電話(huà)通信網(wǎng)(如公共交換電話(huà)網(wǎng)絡(luò)(

PSTN)、移動(dòng)通信網(wǎng)等)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)(如X.25、Internet、幀中繼網(wǎng)等)、廣播電視網(wǎng)等。

2.按空間距離分按空間距離,可以將通信網(wǎng)分為廣域網(wǎng)(WAN:WideAreaNetwork)、城域網(wǎng)(MAN:MetropolitanAreaNetwork)和局域網(wǎng)(LAN:LocalAreaNetwork)。

3.按信號(hào)傳輸方式分按信號(hào)傳輸方式,可以將通信網(wǎng)分為模擬通信網(wǎng)和數(shù)字通信網(wǎng)。

4.按運(yùn)營(yíng)方式分按運(yùn)營(yíng)方式,可以將通信網(wǎng)分為公用通信網(wǎng)和專(zhuān)用通信網(wǎng)。需要注意的是,從管理和工程的角度看,網(wǎng)絡(luò)之間本質(zhì)的區(qū)別在于所采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不同,其主要包括三方面:交換技術(shù)、控制技術(shù)以及業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式。而決定采用何種技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的主要因素則有:用戶(hù)的業(yè)務(wù)流量特征、用戶(hù)要求的服務(wù)性能、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的物理范圍、網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、當(dāng)前可用的軟硬件技術(shù)的信息處理能力等。四、通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖1.5通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1.5(a)所示。它是一種完全互連的網(wǎng),網(wǎng)內(nèi)任意兩節(jié)點(diǎn)間均由直達(dá)線路連接,N個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)需要N(N-1)/2條傳輸鏈路。其優(yōu)點(diǎn)是線路冗余度大,網(wǎng)絡(luò)可靠性高,任意兩點(diǎn)間可直接通信;缺點(diǎn)是線路利用率低,網(wǎng)絡(luò)成本高,另外網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容也不方便,每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn),就需增加N條線路。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)目少,又有很高可靠性要求的場(chǎng)合。

2.星型網(wǎng)星型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1.5(b)所示。星型網(wǎng)又稱(chēng)輻射網(wǎng),該結(jié)構(gòu)與網(wǎng)狀網(wǎng)相比,增加了一個(gè)中心轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn),其他節(jié)點(diǎn)都與轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)有線路相連。N個(gè)節(jié)點(diǎn)的星型網(wǎng)需要N-1條傳輸鏈路。其優(yōu)點(diǎn)是降低了傳輸鏈路的成本,提高了線路的利用率;缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的可靠性差,一旦中心轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或轉(zhuǎn)接能力不足時(shí),全網(wǎng)的通信都會(huì)受到影響。通常在傳輸鏈路費(fèi)用高于轉(zhuǎn)接設(shè)備,可靠性要求又不高的場(chǎng)合,可以采用星型結(jié)構(gòu),以降低建網(wǎng)成本。

3.復(fù)合型網(wǎng)復(fù)合型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1.5(c)所示。它是由網(wǎng)狀網(wǎng)和星型網(wǎng)復(fù)合而成的。它以星型網(wǎng)為基礎(chǔ),在業(yè)務(wù)量較大的轉(zhuǎn)接交換中心之間采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu),因而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì),且穩(wěn)定性較好。由于復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)兼具了星型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn),因此目前在規(guī)模較大的局域網(wǎng)和電信骨干網(wǎng)中廣泛采用分級(jí)的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),但應(yīng)注意在設(shè)計(jì)時(shí)要以轉(zhuǎn)接設(shè)備和傳輸鏈路的總費(fèi)用最小為原則。

4.總線型網(wǎng)總線型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1.5(d)所示。它屬于共享傳輸介質(zhì)型網(wǎng)絡(luò),總線型網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)都連至一個(gè)公共的總線上,任何時(shí)候只允許一個(gè)用戶(hù)占用總線發(fā)送或接送數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是需要的傳輸鏈路少,節(jié)點(diǎn)間通信無(wú)需轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn),控制方式簡(jiǎn)單,增減節(jié)點(diǎn)也很方便;缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能的穩(wěn)定性差,節(jié)點(diǎn)數(shù)目不宜過(guò)多,網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍也較小??偩€結(jié)構(gòu)主要用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、電信接入網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)中。

5.環(huán)型網(wǎng)環(huán)型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1.5(e)所示。該結(jié)構(gòu)中所有節(jié)點(diǎn)首尾相連,組成一個(gè)環(huán)。N個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)需要N條傳輸鏈路。環(huán)網(wǎng)可以是單向環(huán),也可以是雙向環(huán)。該網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),雙向自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動(dòng)保護(hù);缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)轉(zhuǎn)接時(shí)延無(wú)法控制,并且環(huán)型結(jié)構(gòu)不好擴(kuò)容,每加入一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要破環(huán)。環(huán)型結(jié)構(gòu)目前主要用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、光纖接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)中。五、通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)目前各種網(wǎng)絡(luò)為用戶(hù)提供了大量的不同業(yè)務(wù),業(yè)務(wù)的分類(lèi)并無(wú)統(tǒng)一的方式,一般會(huì)受到實(shí)現(xiàn)技術(shù)和運(yùn)營(yíng)商經(jīng)營(yíng)策略的影響。業(yè)務(wù)應(yīng)根據(jù)所依賴(lài)的技術(shù)、業(yè)務(wù)提供的信息類(lèi)型、用戶(hù)的業(yè)務(wù)量特性、對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求特征等方面分類(lèi),如圖1.6所示。好的業(yè)務(wù)分類(lèi)有助于運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)管理(例如對(duì)商業(yè)用戶(hù)和個(gè)人用戶(hù)制定不同的價(jià)格策略和資源分配策略)。這里我們借鑒傳統(tǒng)ITU-T建議的方式,根據(jù)信息類(lèi)型的不同將業(yè)務(wù)分為四類(lèi):話(huà)音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、圖像業(yè)務(wù)、視頻和多媒體業(yè)務(wù)。圖1.6通信業(yè)務(wù)的帶寬需求

1.電話(huà)業(yè)務(wù)目前通信網(wǎng)提供固定電話(huà)業(yè)務(wù)、移動(dòng)電話(huà)業(yè)務(wù)、VoIP、會(huì)議電話(huà)業(yè)務(wù)和電話(huà)語(yǔ)音信息服務(wù)業(yè)務(wù)等。該類(lèi)業(yè)務(wù)不需要復(fù)雜的終端設(shè)備,所需帶寬小于64kb/s,采用電路或分組方式承載。

2.?dāng)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要包括電報(bào)、電子郵件、數(shù)據(jù)檢索、Web瀏覽等。該類(lèi)業(yè)務(wù)主要通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)承載,所需帶寬小于64kb/s。高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括局域網(wǎng)互連、文件傳輸、面向事務(wù)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù),所需帶寬均大于64kb/s,采用電路或分組方式承載。

3.圖像業(yè)務(wù)圖像業(yè)務(wù)主要包括傳真、CAD/CAM圖像傳送等。該類(lèi)業(yè)務(wù)所需帶寬差別較大,G4類(lèi)傳真需要2.4~64kb/s的帶寬,而CAD/CAM則需要64kb/s~34Mb/s的帶寬。

4.視頻和多媒體業(yè)務(wù)視頻和多媒體業(yè)務(wù)包括可視電話(huà)、視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、普通電視、高清晰度電視等。該類(lèi)業(yè)務(wù)所需的帶寬差別很大,例如,會(huì)議電視需要64k~2Mb/s,而高清晰度電視需要140Mb/s左右。目前通信網(wǎng)業(yè)務(wù)存在的主要問(wèn)題是:大多數(shù)業(yè)務(wù)都是基于舊的技術(shù)和現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此除了基本的話(huà)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外,大多數(shù)業(yè)務(wù)的服務(wù)性能都與用戶(hù)實(shí)際的要求存在不小的差距。

5.承載業(yè)務(wù)與終端業(yè)務(wù)目前,還有另外一種廣泛使用的業(yè)務(wù)分類(lèi)方式,即按照網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)的方式,將業(yè)務(wù)分為三類(lèi):承載業(yè)務(wù)、用戶(hù)終端業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。

(1)承載業(yè)務(wù):網(wǎng)絡(luò)提供的單純的信息傳送業(yè)務(wù),具體地說(shuō),是在用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口處提供的。網(wǎng)絡(luò)用電路或分組交換方式將信息從一個(gè)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口透明地傳送到另一個(gè)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口,而不對(duì)信息做任何處理和解釋?zhuān)c終端類(lèi)型無(wú)關(guān)。一個(gè)承載業(yè)務(wù)通常用承載方式(分組還是電路交換)、承載速率、承載能力(語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、多媒體)來(lái)定義。

(2)用戶(hù)終端業(yè)務(wù):所有各種面向用戶(hù)的業(yè)務(wù),它在人與終端的接口上提供。它既反映了網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞能力,又包含了終端設(shè)備的能力,終端業(yè)務(wù)包括電話(huà)、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)、多媒體等。一般來(lái)講,用戶(hù)終端業(yè)務(wù)都是在承載業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上增加了高層功能而形成的。

(3)補(bǔ)充業(yè)務(wù):又叫附加業(yè)務(wù),是由網(wǎng)絡(luò)提供的,在承載業(yè)務(wù)和用戶(hù)終端業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上附加的業(yè)務(wù)性能。補(bǔ)充業(yè)務(wù)不能單獨(dú)存在,它必須與基本業(yè)務(wù)一起提供。常見(jiàn)的補(bǔ)充業(yè)務(wù)有主叫號(hào)碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、三方通話(huà)、閉合用戶(hù)群等。圖1.7承載業(yè)務(wù)和用戶(hù)終端業(yè)務(wù)未來(lái)通信網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)應(yīng)呈現(xiàn)以下特征:(1)移動(dòng)性,包括終端移動(dòng)性、個(gè)人移動(dòng)性;(2)帶寬按需分配(3)多媒體性;(4)交互性。第2章電話(huà)通信網(wǎng)

——數(shù)字程控交換系統(tǒng)2.1電話(huà)網(wǎng)概述2.2電話(huà)通信網(wǎng)的特點(diǎn)2.3電話(huà)通信網(wǎng)分類(lèi)2.4電話(huà)通信網(wǎng)的發(fā)展

2.1電話(huà)通信網(wǎng)概述

2.1.1電話(huà)通信的起源

1.電話(huà)的問(wèn)世電話(huà)通信是我們生活中應(yīng)用最廣泛、使用最頻繁的一種通信方式。電話(huà)通信的起源要追溯到1876年,由美國(guó)科學(xué)家貝爾發(fā)明。最初的電話(huà)通信只能完成一部話(huà)機(jī)與另一部話(huà)機(jī)的固定通信,如圖2.1所示。這種僅涉及到兩個(gè)終端的通信稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。圖2.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信存在以下缺點(diǎn):

(1)任意兩個(gè)用戶(hù)之間的通話(huà)都需要一條專(zhuān)門(mén)的線路直接連接,當(dāng)存在N個(gè)終端時(shí)需要的傳輸線數(shù)為N(N-1)/2對(duì),傳輸線的數(shù)量隨終端數(shù)的增加而急劇增加。如圖2.2所示。

(2)每個(gè)終端都有N-1對(duì)線與其他終端相接,因而每個(gè)終端需要N-1個(gè)線路接口。

(3)增加第N+1個(gè)終端時(shí),必須增設(shè)N對(duì)線路。

(4)當(dāng)終端間相距較遠(yuǎn)時(shí),線路信號(hào)衰耗大。圖

2.2多個(gè)終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

2.交換設(shè)備的誕生

1892年,美國(guó)人阿爾蒙·B·史端喬的提出了交換的設(shè)想。其基本思想是將多個(gè)終端與一個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備相連,當(dāng)任何兩個(gè)終端要傳遞信息時(shí),該轉(zhuǎn)接設(shè)備就把連接這兩個(gè)用戶(hù)的有關(guān)開(kāi)關(guān)電路合上,通信完畢,再把相應(yīng)的電路斷開(kāi)。我們稱(chēng)這個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備為交換機(jī),如圖2.3所示。

2.3有交換設(shè)備的通信

第一個(gè)階段是人工交換階段。第二個(gè)階段是機(jī)電式自動(dòng)交換階段。第三個(gè)階段是電子式自動(dòng)交換階段。第四個(gè)階段是信息包交換發(fā)展階段。當(dāng)前在通信網(wǎng)中主要的業(yè)務(wù)是電話(huà)業(yè)務(wù),因此電話(huà)網(wǎng)是通信網(wǎng)的基礎(chǔ),那么什么是電話(huà)通信網(wǎng)呢?

1.電話(huà)通信網(wǎng)的定義

電話(huà)通信網(wǎng)是以電路交換為基礎(chǔ),以電話(huà)業(yè)務(wù)為主體的電信網(wǎng)。在電話(huà)通信網(wǎng)中還可以包含一些非話(huà)業(yè)務(wù),例如傳真、數(shù)據(jù)等。如果把其他一些業(yè)務(wù)(如電報(bào)、圖像等)都包括進(jìn)去就是我們通常所說(shuō)的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)。

2.2電話(huà)通信網(wǎng)特點(diǎn)

2.電話(huà)通信網(wǎng)的組成

(1)終端設(shè)備位于電話(huà)網(wǎng)中的起點(diǎn)和終點(diǎn),其任務(wù)是將含有信息的消息轉(zhuǎn)換成可被傳輸媒介接受的電信號(hào)形式,同時(shí)將來(lái)自傳輸媒介的電信號(hào)還原成原始消息。此外,終端設(shè)備還用于產(chǎn)生和識(shí)別網(wǎng)內(nèi)所需的信令,以便相互連系和應(yīng)答。電話(huà)網(wǎng)中的終端設(shè)備主要指電話(huà)機(jī)。

(2)傳輸系統(tǒng)是傳輸媒介(傳輸線路)和傳輸設(shè)備的總稱(chēng),其任務(wù)是把電信號(hào)從一個(gè)地點(diǎn)傳輸至另一地點(diǎn)。常用的傳輸媒介有電纜、

光纜等,相應(yīng)的傳輸設(shè)備有PCM端機(jī)、

光端機(jī)等。

(3)交換設(shè)備承擔(dān)了為所有終端提供連接通路的任務(wù),它根據(jù)地址信息和信令進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)鏈路的連接,以使電話(huà)網(wǎng)中的多對(duì)用戶(hù)建立信號(hào)通路,實(shí)現(xiàn)任意通信雙方的話(huà)音信號(hào)交換。早期的交換設(shè)備有人工交換機(jī)、步進(jìn)制交換機(jī)、縱橫制交換機(jī)、空分式模擬程控交換機(jī)等,目前先進(jìn)的交換機(jī)有時(shí)分式數(shù)字程控交換機(jī)、ATM交換機(jī)等。在電話(huà)通信網(wǎng)中,當(dāng)用戶(hù)分布的地域較廣時(shí),就設(shè)置多個(gè)交換設(shè)備(如市話(huà)分局交換機(jī)設(shè)備),當(dāng)電話(huà)網(wǎng)的范圍更大時(shí),就要引入?yún)R接交換設(shè)備。一個(gè)典型的市話(huà)通信網(wǎng)如圖2.4所示。

2.4典型的市話(huà)通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3.電話(huà)網(wǎng)特點(diǎn)電話(huà)網(wǎng)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)很簡(jiǎn)單,就是要支持話(huà)音通信,因此話(huà)音業(yè)務(wù)的特點(diǎn)也就決定了電話(huà)網(wǎng)的技術(shù)特征。歸納起來(lái),電話(huà)網(wǎng)的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn):

(1)同步時(shí)分復(fù)用。在電話(huà)網(wǎng)中,廣泛采用同步時(shí)分復(fù)用方式。它是將多個(gè)用戶(hù)信息在一條物理傳輸媒介上以時(shí)分的方式進(jìn)行復(fù)用,來(lái)提高線路利用率。在復(fù)用時(shí),每個(gè)用戶(hù)在一幀中只能占用一個(gè)時(shí)隙,且是固定的時(shí)隙,因此每個(gè)用戶(hù)所占的帶寬是固定的。這一點(diǎn)與話(huà)音通信的恒定速率是相適應(yīng)的。

(2)同步時(shí)分交換。在交換時(shí),直接將一個(gè)用戶(hù)所在時(shí)隙的信息同步地交換到對(duì)端用戶(hù)所占用的時(shí)隙中,以完成兩用戶(hù)之間話(huà)音信息的交換。

(3)面向連接。在用戶(hù)開(kāi)始呼叫時(shí),先要為兩用戶(hù)之間建立起一條端到端的連接,并進(jìn)行資源的預(yù)留(預(yù)留時(shí)隙)。這樣,當(dāng)雙方用戶(hù)進(jìn)入通話(huà)狀態(tài)在進(jìn)行用戶(hù)信息傳輸時(shí),不需要再進(jìn)行路由選擇和排隊(duì)過(guò)程,因此時(shí)延非常小,最大時(shí)延不超過(guò)125μs。

(4)接口功能:能連接不同種類(lèi)和性質(zhì)的終端設(shè)備。

(5)運(yùn)行、管理和維護(hù)功能:通過(guò)信令系統(tǒng)和維護(hù)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電話(huà)網(wǎng)的配置以及對(duì)性能、故障、安全、統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)等的管理與維護(hù)。

1.按照電話(huà)網(wǎng)所管轄的范圍分類(lèi)

(1)公用電話(huà)網(wǎng):它又叫公眾網(wǎng),指的是由國(guó)家電信主管部門(mén)經(jīng)營(yíng)的、向全社會(huì)開(kāi)放的通信網(wǎng)。公用電話(huà)網(wǎng)又可以按地理范圍劃分為國(guó)際長(zhǎng)途電話(huà)網(wǎng)、國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途電話(huà)網(wǎng)、本地電話(huà)網(wǎng)、城市電話(huà)網(wǎng)和農(nóng)村電話(huà)網(wǎng)等。

(2)專(zhuān)用電話(huà)網(wǎng):它是為具有特殊業(yè)務(wù)性質(zhì)的單位進(jìn)行內(nèi)部通信所設(shè)置的通信網(wǎng),有各行業(yè)自己的通信特點(diǎn)。常見(jiàn)的專(zhuān)用網(wǎng)有軍隊(duì)網(wǎng)、公安網(wǎng)、鐵路網(wǎng)和銀行交易通信網(wǎng)等。

2.3電話(huà)通信網(wǎng)分類(lèi)

2.按照不同的信號(hào)類(lèi)型分類(lèi)按照不同的信號(hào)類(lèi)型分為數(shù)字網(wǎng)、模擬網(wǎng)和數(shù)?;旌暇W(wǎng)。

(1)模擬網(wǎng):指的是通信網(wǎng)的三要素都是按模似信號(hào)工作的。

(2)數(shù)字網(wǎng):指的是通信網(wǎng)的三要素都是按數(shù)字信號(hào)工作的。

(3)數(shù)?;旌暇W(wǎng):指的是通信網(wǎng)的三要素中有用模似信號(hào)工作的,也有用數(shù)字信號(hào)工作的。

3.按照傳輸媒介分類(lèi)

按照傳輸系統(tǒng)中所使用的傳輸媒介分為有線傳輸網(wǎng)和無(wú)線傳輸網(wǎng)。

(1)有線傳輸網(wǎng):有載波傳輸系統(tǒng)、PCM傳輸系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)等。

(2)無(wú)線傳輸網(wǎng):有微波傳輸系統(tǒng)、

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等。

4.按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類(lèi)

根據(jù)電話(huà)網(wǎng)交換節(jié)點(diǎn)互連的不同方法分為樹(shù)型結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、

蜂窩結(jié)構(gòu)等。

5.按照復(fù)用方式分類(lèi)

(1)頻分復(fù)用方式:是指把傳輸頻帶分割成若干部分,每個(gè)部分均可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用,每個(gè)用戶(hù)所占用的僅僅是其中的一個(gè)頻段。

(2)時(shí)分復(fù)用方式:是指把傳輸信道按時(shí)間分割成若干部分,每個(gè)部分均可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用,每個(gè)用戶(hù)在信道上所占用的僅僅是其中的一段使用信道時(shí)間。隨著復(fù)用技術(shù)的發(fā)展,還有碼分多址、

空分多址等方式。

6.按照用戶(hù)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)分類(lèi)

按照用戶(hù)業(yè)務(wù)和和管理業(yè)務(wù)分為業(yè)務(wù)網(wǎng)和支撐網(wǎng)。電話(huà)網(wǎng)屬于業(yè)務(wù)網(wǎng)。支撐網(wǎng)是在業(yè)務(wù)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,為增強(qiáng)業(yè)務(wù)網(wǎng)的功能,保證全網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量,快速、方便、經(jīng)濟(jì)、靈活地提供新的電信業(yè)務(wù)而設(shè)置的附加網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。支撐網(wǎng)包括信令網(wǎng)、同步網(wǎng)、智能網(wǎng)和管理網(wǎng)。

(1)信令網(wǎng)。它是專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳輸信令的公共網(wǎng)絡(luò),可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信令的傳輸和轉(zhuǎn)接。

(2)同步網(wǎng)。為提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)耐暾?必須使數(shù)字設(shè)備中的時(shí)鐘速率同步。同步網(wǎng)的功能就是使全網(wǎng)中的數(shù)字交換系統(tǒng)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)工作于相同的時(shí)鐘頻率。

(3)管理網(wǎng)。在業(yè)務(wù)網(wǎng)中為防止由于某一路由或局站(節(jié)點(diǎn))的阻塞而引起全網(wǎng)阻塞,必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)行自動(dòng)監(jiān)控。管理網(wǎng)的功能就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),保證網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行,控制異常狀態(tài)的擴(kuò)散。同時(shí)做好網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的調(diào)度,以達(dá)到在任何情況下,最大限度地使用網(wǎng)絡(luò)中一切可以利用的設(shè)備。

(4)智能網(wǎng)。它

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