[理学]第2章现代通信网技术基础.ppt

2.1 现代通信终端（不讲移动电话） 2.3 数字通信技术（AD转换等） 2.2 现代传输技术（SDH与PDH体制） 2.4 现代交换技术（概述）,课次2： 固定电话机和PCM帧结构 课次3：复接传输技术概述 课次4：交换技术概述,2.1.1 固定电话机 1组成原理 按照电话机各部分的功能分，它由三个基本部分组成：通话设备、信号设备和转换设备。电话机的基本组成示意图如图2.1所示。,2.1 现代通信终端,图2.1 固定电话机的基本组成,1) 通话设备 通话设备包括送话器、受话器及其相关电路，是电话机达到电话通信目的的主要设备。 送话器是把声音转换成电流的器件，按使用材料可分为炭精送话器、压电陶瓷送话器和驻极体式送话器等。 受话器是把语音电流转换成声音的器件，一般有电磁式、动圈式和压电式等类型。电磁式受话器主要由永久磁铁、振动膜片、铁芯和线圈等零件组成。 目前，电话机的通话电路多数由集成电路芯片实现，芯片内已集成了电话变量器、平衡网络等功能，不再需要感应线圈和平衡网络电路。,2) 信号设备 信号设备包括发信设备和收信设备。发信设备即发号电路，用户通过号盘或键盘拨打出被叫用户的号码或其他信息。发信时，话机处于摘机状态。收信设备即振铃电路，其任务是接收交换机送来的铃流电流，通过话机中的电铃或扬声器发出振铃声。 转盘拨号盘(或按键盘)用于向交换机发送被叫用户号码。按键盘里的脉冲通断装置将表示被叫号码的直流脉冲信号发往交换机，按键盘与相应的发号集成电路配合发出直流脉冲信号或双音多频(DTMF)信号。按键盘一般由12个按键和开关接点组成，其中10个为数字键，2个为特殊功能键，分别为“*”、“#”键。,电话与交换机连接关系示意图,中继线,用户线,用户线,用户线传送的信号：话音业务信号+用户线信令信号 话音业务信号：模拟话音信号 用户线信令信号：拨号音回铃音、振铃信号、馈电电压等 中继线传送的信号：PCM30/32中继信号+局间信令信号 PCM30/32中继信号：2.048Mbit/s 局间信令信号：控制业务交换连接的信息,用户线,DTMF,拨号盘的脉冲要求,脉冲速度：表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数，按照我国电话交换设备用户信令的相关规定，入网电话机的脉冲速度应为8-14个/s。 脉冲断续比：表示在一个脉冲周期里，断开电流的时间和接通电流的时间之比，按照我国电话交换设备用户信令的相关规定，入网电话机的脉冲断续比t断/t续=（1.3-2.5）:1。 位间隔：用户每拨一个数字，拨号盘就发出一串脉冲，脉冲个数与拨号数字相同（0为10个脉冲）。在拨两个数字之间，也就是在发两个脉冲串之间应有一个时间间隔，以使交换机能正确区分所拨数字，这个间隔就叫做位间隔。按照我国用户信令的相关规定位间隔应350ms。,振铃器用于接收交换机送来的呼叫振铃信号。老式话机采用电磁式交流铃，其结构和工作原理与电磁式受话器的结构和原理相似。新式电子电话机的振铃装置为音调式振铃器，由振铃集成电路和电声换能器件组成。振铃集成电路的功能是把1525 Hz 、90 V左右振铃电压转换为几百到上千赫兹的两种音频电压，并且按一定周期(如每秒10次)轮流送出。振铃集成电路内部包含有转换器和放大器，放大器可直接带动高阻的电声换能器。,3) 转换设备 转换设备也称叉簧，它主要起转换作用。电话机的摘机状态和挂机状态依靠转换设备交替工作，并经过用户线使交换机识别。挂机状态即处于收信状态，这时的话机可作为被叫，可以接收交换机送来的铃流电流；而用户摘机后，叉簧往上弹，话机状态得到转换，由收信状态变为通话状态(作为被叫)或听拨音、拨号、通话(作为主叫)等状态。转换设备的两种状态是互不相容的。 叉簧开关的作用是挂机时将振铃电路接在外线上，摘机时断开振铃电路，将通话电路接在外线上，并完成直流环路，向交换机发出表示要打电话的用户启呼信号。,2种类和功能 到目前为止，绝大多数电话机属于模拟电话机。数字电话机除了具有模拟电话机的功能外，还具有发送、接收及处理文字、数据和图像等信息的功能。 按照使用方式，电话机可分为桌式、墙式、墙桌两用式和携带式电话机等。 按照制式电话机可分为磁石式、共电式和自动式等。,(1) 磁石式电话机是通话电源和呼叫信号电源完全自备的电话机。通话电源一般采用1.53 V的原电池，呼叫信号装置采用手摇发电机，向对方用户(另一磁石电话机)或磁石交换机发送90 V左右、1625 Hz的交流信号作为呼叫信号。 磁石式电话机对传输线路要求低，不经交换机转接就可直接通话，适用于野战条件下或无供电情况下的电话通信。 (2) 共电式电话机是由共电交换机集中供给通话电源和呼叫信号电源的电话机。电源电压通常为直流24 V。信号部分采用交流电铃与电容器串联跨接在线路上，随时接收交换机送来的呼叫信号。利用叉簧接点的断开与闭合，向交换机发送直流呼叫信号。共电式电话机结构简单，使用方便，适用于团体内部的电话通信。,磁石式电话机和共电式电话机都没有自动选择被叫用户的功能。仅在一些特殊场合中使用。 (3) 自动式电话机有转盘拨号式和按钮(键)式两种。转盘拨号式自动电话机通过拨号转盘向自动交换机发出表示被叫号码的直流脉冲信号，按钮(键)式自动电话机上的按钮(键)与相应的发号集成电路配合，发出直流脉冲信号或双音多频(DTMF)信号给自动交换机，实现自动选择被叫用户的功能。自动电话机使用的电源也是自动电话交换机集中供给的，电源电压通常为48 V或60 V。自动电话机使用方便，应用广泛。,图 多台交换机组成的通信网,2.2.1 传输介质 所谓传输介质，是指传输信号的物理通信线路。任何数据在实际传输时都会被转换成电信号或光信号的形式在传输介质中传输。数据能否成功传输则依赖于两个因素：被传输信号本身的质量和传输介质的特性。 有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤； 无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外线等。,2.2 现代传输技术,1有线介质 1) 架空明线 架空明线是最早的有线信道(信道由架在一系列竖立电杆上的绝缘子上的导线而构成)。这种信道容易建设，低频信号的衰减也较小，但高频部分易于发射出去，衰耗较大；允许传输信号的频带受限，通信容量很小。此外，由于架设在室外，易受外界因素的破坏，干扰大且可靠性差，容易被窃听。为了减小费用和扩大容量，会在一系列电杆上架设多对信道，但这样会带来串音问题。由于架空明线存在的干扰大、易损坏、可利用的频带过窄等缺点，因此，在现代通信网中基本不再使用这种方式。,2) 平衡电缆 平衡电缆又称双绞线，其中每对信号传输线间的距离比明线小，而且包扎在绝缘体内。容量也不能太大。这类平衡电缆通常制成多芯电线，就是很多对线路包扎成一条电线。从两对四芯起，直到200对，形成多层结构，包成一条电缆，外面还有铠装，保护芯线和绝缘体不被侵蚀和破坏，也起着屏蔽外界干扰的作用。现代通信网中双绞线广泛使用在用户环路，即从用户终端至复接设备或交换机之间，如现代电话通信网中，电话机至交换机，计算机至集线器。目前经过专门设计的双绞线，短距离的数字传输速率可达100 Mb/s。,3) 同轴电缆 同轴电线是容量较大的有线信道。常用的同轴电缆有两种：一种是管外径为4.4 mm的小同轴；另一种是管外径为9.5 mm的中同轴。在同轴电线中，电磁波在外管和内芯之间传播，基本上与外界隔开，因而无发射损耗，也较少受外界干扰，可靠性和传输质量都很好。这类线路每公里衰减的分贝数大致与频率的平方根成正比，所以在高频端可传输足够的信号能量，带宽可以做得较大，传输容量也较大。其缺点是造价很高，施工复杂。,4) 光纤 光纤是一种很细的可传送光信号的有线介质，它可以用玻璃、塑料或高纯度的合成硅制成。目前使用的光纤多为石英光纤，它以纯净的二氧化硅材料为主，为改变折射率，中间掺有锗、磷、硼、氟等。 光纤主要有以下优点： (1) 大容量。 (2) 体积小、重量轻。 (3) 低衰减、抗干扰能力强。 目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm为中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优的传输特性。在局域网中较常采用850 nm波长，而在长距离和高速率传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm波长。,2无线介质 无线传输介质中的信息主要是以无线电波的形式在空间自由传输。根据无线电波的频率范围，一般可把无线电波分为长波、中波、短波、超短波和微波。 1) 长波 长波所使用的频率是在300 kHz以下，波长在1000 m以上。这种电磁波沿着地面，尤其是沿海平面的传播损耗较小，并具有较好的对海水渗透性。但可用的带宽较小，不宜用作传送大容量的通信系统之用，而且由于波长和发、收天线的大小成正比，因此，使用长波通信手段进行通信所使用的发射天线和接收天线都很庞大，难于架设。故此，长波方式传输信息一般只用于航海导航和对潜通信系统。,2) 中波信道 中波的频率在0.33 MHz或波长在1001000 m范围内。中频频段内的电磁波还是以地面波为主要传播方式，传播损耗比长波稍大，传播距离比较远。 3) 短波信道 短波的频段为330 MHz，波长为10100 m，也称为高频信道。这个频段的地面传播损耗已较大，地面传播距离较短；但借助地球上空的电离层反射，可进行远距离通信，这种传播方式通常称为天波。,短波波长比较短，因而，天线设备及天线高度可做得比较小，建立两点之间通信所需费用也较小。因为它的通信距离远，可以在几千公里以上，所以在卫星通信尚未出现之前，短波通信是国际通信的主要手段。由于短波信道具有机动灵活、廉价和架设比较方便的特点，在现代通信中得到了广泛应用，是现代通信网中较为重要的通信信道。特别是大功率短波电台作为远距离通信手段的补充和备用而备受重视。,4) 超短波信道 超短波的频率范围通常认为是303000 MHz，波长为0.110 m。更细一些划分，其中30300 MHz或110 m波长称为甚高频(Very High Frequency，VHF)，3003000 MHz或0.11 m波长称为特高频(Ultra High Frequency，UHF)。在这个频段中，因为频率高，电离层已不能反射，地面损耗又较大，因此传播的主要方式是空间直射波和地面反射波的合成。一般而论，这一频段只能作为近距离的通信手段，有效通信距离不超过100 km，这一频段较适宜建立移动通信网。,5) 微波 微波的频段范围是300 MHz30 GHz，波长小于0.1 m。因为其波长在毫米范围内，所以被称为微波。 在这个频段中，波长很短，天线的方向性相当强，在自由空间传播时，能量对一定发射方向沿直线传播，传播效率较高，容许调制的频带较宽，适用于大容量的信息传输，特别是作为视距范围内实现点对点通信。通常微波中继距离应在80 km范围内，具体由地理条件、气候等外部环境决定。,微波的主要缺点是信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易衰减。 微波通信适合于地形复杂和特殊应用需求的环境，目前主要的应用有专用网络、应急通信系统、无线接入网、陆地蜂窝移动通信系统，卫星通信也可归入微波通信的一种特殊形式。,6) 红外线 红外线指10121014 Hz范围的电磁波信号(在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线。所有高于绝对零度（-273.15）的物质都可以产生红外线)。与微波相比，红外线最大的缺点是不能穿越固体物质，因而它主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。由于红外线无法穿越障碍物，也不会产生微波通信中的干扰和安全性等问题，因此使用红外传输，无需向专门机构进行频率分配申请。 红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。,2.2.2 多路复用 常用的多路复用技术有频分多路复用、时分多路复用和波分多路复用等。 1频分多路复用(FDM) 为了防止各路信号之间的相互干扰，相邻两个子频带之间需要留有一定的保护频带。频分多路复用的原理图如图2.5所示。 其缺点是保护频带占用了一定的信道带宽，从而大大降低了FDM的效率；信道的非线性失真改变了它的实际频率特性，易造成串音和互调噪声干扰。因此，在实际应用中，FDM正在逐步被时分多路复用所代替。,图2.5 频分多路复用示意图,2时分多路复用(TDM) 时分多路复用是将信号按规定的间隔在时间上相互错开，即复用信道每帧的时间分成n个时隙，然后将时隙以某种方式分配给多路信号占用。这是一种按照时间区分信号的方法，只要发送端和接收端同步地切换所连接的设备，就能保证各路设备共用一条信道进行相互通信而且彼此互不干扰。时分多路复用的工作原理图如图2.6所示。 时分多路复用的主要优点是：不存在保护频带，可有效地提高信息传输效率；信道占用频带窄，容量大。其主要缺点是：通信双方时隙必须严格保持同步。,图2.6 时分多路复用的原理图,3波分多路复用(WDM) 波分多路复用的本质是光域上的频分复用(FDM)技术，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，每一信道占用不同的光波频率(或波长)，在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。 如在1550 nm波长区段选用每波道相差1.6 nm、0.8 nm或0.5 nm甚至更小间隔，相当频率间隔相差200 GHz、100 GHz或频带间隔更窄的多波道复用。由于频率过高不便表示，因此采用波长来代表每一信道。我们称在一个波长窗口下的多波道复用为密集型波分复用(DWDM)。,图2.7 双纤单向传输示意图,图2.8 单纤双向传输示意图,2.3.1 数字通信过程 将模拟信号转换为数字信号的方法有多种，如脉冲编码调制(PCM)、差值编码(DPCM)、自适应差值编码(ADPCM)以及增量调制(M)。其中PCM是最常用的一种方法。 PCM数字通信过程主要包括三大部分：第一部分是发送端的模/数变换(A/D)，其中有抽样、量化和编码过程；第二部分是信道，包括信道传输和再生中继；第三部分是接收端的数/模变换(D/A)部分，主要指再生、解码和低通滤波平滑过程。,2.3 数字通信技术,图2.9 PCM数字通信过程示意图,1发送端的模/数变换 1) 抽样,图2.10 模拟信号的抽样过程,语音信号的最高频率限制在3400 Hz，这时满足抽样定理的最低抽样频率应为fs=6800 Hz。 为了留有一定的防卫带，ITU-T规定语音信号的抽样频率为fs=8000 Hz，这样，留出8000-6800 Hz=1200 Hz作为防卫带，信号的抽样周期T=125 s。 2) 量化 由于抽样后的样值序列的幅度仍然是连续的，还要采用量化的办法，将其变换成幅度离散的样值序列。 目前我国使用的是A律13折线特性量化,图2.11 A律13折线,3) 编码 编码是把抽样并量化的量化值变换成一组(8位)二进制码组。此信号称为脉冲编码调制信号，即PCM信号。从概念上讲，编码过程可以用天平称某一物体重量的过程来类比。 对于一个数字话路来说，每秒钟抽取8000个样值，每个样值编为8位二进制代码，则每一话路的数码率为 88000=64 000 b/s。,2信道及再生中继 1) 信道传输的码型 PCM编码后是NRZ码，这种码序列的频谱中含有丰富的直流成分和较多的低频成分，不适合直接送入变压器耦合的有线信道。而RZ具有直流分量小等优点，适合在金属导线上传输。所以信道上传输的PCM信号需由NRZ码变换成RZ码。 2) 再生中继 PCM数字信号在信道上传输的过程中会受到衰减和噪声干扰的影响，使得波形失真。因此在信道上每隔一段距离就要对数字信号波形进行一次“修整” 再生后进行传输。,3. 接收端的数/模转换 1) 再生、解码 接收端收到数字信号后，首先经整形再生，然后将双极性RZ反变换成单极性RZ，再送至解码电路进行数/模变换，它把二进制码元还原成与发送端一致抽样后的量化值近似的重建信号。 2) 低通滤波(平滑) 解码后的量化值信号送入低通滤波器，输出量化值信号的包络线。此包络线与原始的模拟信号极其相似，即还原为(或称重建)原始语音的模拟信号，送给接收端用户。,2.3.2 PCM 30/32系统简介 1PCM 30/32系统的时隙分配和帧结构 我国的时分复用设备采用的是典型的PCM 30/32系统，称为一次群或基群。PCM 30/32的含义是把整个系统共分为32个路时隙，其中30个路时隙分别用来传送30路语音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码。PCM 30/32系统帧结构中时隙分配如图2.12所示。 从图2.12中可以看出，PCM 30/32每一帧占用的时间是125s，每帧的频率为8000帧/s。一帧包含32个时隙，其编号为 TS0、TS1、TS2TS31，则PCM 30/32系统的总数码率fb=2048 kb/s，而每一路的数码率为64 kb/s。,图2.12 PCM 30/32系统帧结构中时隙分配示意图,2PCM 30/32设备在市话通信中的应用 PCM 30/32设备最初用于市话中继线的扩容。现用的模拟电话网，一个话路占用一对中继线，若拿出两对中继线开通一套PCM 30/32系统，在这两对线上就可以同时传送30个话路，线路的利用率为原来的15倍。显然同样的方法也可以用于其他方面，以提高线路的利用率。,作业题2,1、 试画出固定电话机的组成框图，并简要说明各部分的作用？ 2、 写出交换机送给固定电话机的铃流信号的频率和大小，交换机送给固定电话机的馈电电压有何作用？大小是多少？固定电话机发出的直流脉冲或双音多频(DTMF)信号起什么作用，试列出DTMF信号频率？ 3、模拟信号变换为数字信号需经过哪几步？电话信号的工作频带、抽样频率和信号速率各是多少？试画出PCM 30/32系统帧结构图。,通信网按功能来划分：业务网+信令网+管理网 通信网按地域来划分：用户驻地网+接入网+核心网 通信网按设备来划分：终端设备+交换设备+传输设备,传输设备：1、用于连接终端设备与交换设备的接入设备 2、用于连接交换设备与交换设备的中继设备,2.3.3 数字复接 1数字复接及码速调整 为了充分发挥长途通信线路的效率，总是把若干个小容量的低速数字流以时分复用的方法合并成一个大容量的高速数字流再传送，传到对方后再分开，这就是数字复接。数字复接是解决PCM信号由低次群到高次群合成的技术。 数字复接系统包括数字复接器和数字分接器。数字复接器是把两个或两个以上支路的数字信号按时分复用方式合并成为单一的合路数字信号的设备。数字分接器是把一个合路数字信号分解为原来支路数字信号的设备。数字复接和分接设备的构成框图如图2.13所示。,图2.13 数字复接和分接设备的构成框图,复接交错方式有按位复接、按帧复接和按路复接三种方式。从总体上说复接方法有两种：同步复接和异步复接。 如果被复接支路的时钟都是由同一个主振荡源所供给的，这时的复接就是同步时钟复接。在同步时钟复接中各被复接信号的时钟源是同一个，所以可保证各支路的时钟频率 相等。 异步时钟复接也叫准同步复接，指的是参与复接的各支路码流时钟不是出于同一时钟源。对异源基群信号的复接首先要解决的问题就是使被复接的各基群信号在复接前有相同的数码率，这一过程叫做码速调整。,2准同步数字复接系列(PDH) ITU-T推荐了两类准同步数字复接系列。北美和日本等国采用24路系统，即以1.544 Mb/s作为一次群(基群)的数字速率系列；欧洲国家和我国等采用30/32路系统，即以2.048 Mb/s作为一次群的数字速率系列，如表2.1所示。从表中可以看出24路高次群和低次群之间没有固定的整数比，而30路系列高次群和低次群之间都是4倍关系。,表2.1 数字复接系列表,我国和欧洲国家使用的复接情况，二次群由4个一次群复接而成，但8.448 Mb/s42.048 Mb/s，这是因为各支路标称的2.048 Mb/s都是有一定误差的，实际并不完全相同。在复接之前进行速率调整，4个支路的速率统一为同一时钟上的2.112 Mb/s，并嵌入帧同步码标志，然后进行真正的同步复接。 随着现代通信网的发展和用户要求的日益提高，PDH暴露出以下几个问题，难以适应长距离和大容量数字业务的发展，难以满足网络控制和管理的需要。,异步复接： 各路不必完全同步于复用设备， 各路先码速调整（塞入bit）匹配， 调整后的信号同步于复用设备时钟。 比特间插；,接口方面与设备互连有关 电接口地区性的电接口规范，无世界标准。 光接口无光接口规范，各厂家独自开发（如光口，我国5B6B码型）。,PDH的固有缺陷,PDH的固有缺陷,复用方式（PDH采用异步复用方式）： 低速信号在高速信号中的位置无规律性；分叉不便。,运行维护功能（OAM）用于OAM开销少，OAM功能弱； 无统一的网管接口无法形成统一的TMN。,(1) 国际上1.544 Mb/s和2.048 Mb/s这两种系列难以兼容，给国际连网带来困难。 (2) 没有世界性的标准光接口规范，导致各国厂商开发的不同光接口无法在光路上互通。 (3) 从组网角度看，PDH难于从高次群信号中直接分出低次群甚至基群的信号，因此对中继站上、下话路很不方便。 (4) 现有的PDH各级帧结构所预留的少量比特已经不能适应网络控制和管理需要的发展要求。,3同步复接数字系列 SDH技术有一系列标准速率接口，其标准速率STM-1为155.5201 Mb/s。对于STM-1以上的更高速率都采用正好4倍的关系，即STM-4为622.0804 Mb/s、STM-16为2488.3216 Mb/s。 同时，SDH允许接入各种不同速率的PDH信号、B-ISDN和ATM信号。由于各种支路信号间存在一定的差异，为了实现同步复用，在形成STM-1速率信号时，需要进行适配。我国的SDH基本复用映射结构如图2.14所示。,图2.14 SDH基本复用结构示意图,在STM-1中，可以映射1条140 Mb/s或3条34 Mb/s或63条2 Mb/s信号。 图中的C-4、C-3、C-12等是标准容器，是一种信息结构，分别用来接收PDH系列不同速率的支路信号，完成速率适配等功能。可以理解信息容器C是一个接口，在上述标准容器基础上，再加上用于通道维护管理的比特后，即构成了相应的虚容器VC。数字流接着进入支路单元TU，我们可以理解TU是一个设备实体。一般而言，要进行码速调整，在TU之上，还可设置支路单元组TUG。对于高阶VC再加上管理指针组成管理单元AU。 相比于PDH的条状帧格式，SDH的帧格式是页面帧。帧周期同样是125 s，如图2.15所示。其中，SOH是段开销，POH是通过维护开销，AU PTR是管理单元指针。,电接口 STM-1是SDH的第一个等级，又叫基本同步传送模块，比特率为155.520Mb/s ，统一CMI码。 STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块，比特率是STM-1的N倍(N=4n=1，4，16，64，256)。 光接口 仅对电信号扰码。光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的标准扰码。,接口方面,SDH的特点,复用方式同步复用和灵活的映射结构 采用字节间插复用方式。,OAM功能强开销字节多,SDH的特点,SDH的特点,SDH帧格式是由纵向9行、横向270N列的8bit字节组成的码块，故帧长为9270N8 =19 440N bit，传送速率为9270N88000 =155.520N Mb/s。字节的传输从左到右按行进行，从上往下。 SDH主要有以下优点： (1) 把世界上现在并存的两种数字系列融合在统一的标准之中，在STM-1等基础上达到统一，实现数字通信传输体制上的世界性标准。 (2) 采用同步数字复接，适应交换技术的发展。 (3) 安排了丰富的用于维持管理的比特，使网络的维护管理能力大大加强。,映射：业务信号VC 140MVC4，34MVC3，2MVC12 定位：低阶VCTU ，高阶VCAU 复用：TUTUG ，AUAUG STM-N,复用步骤(复用方式、复用结构),1）段开销（SOH）：用于网络管理、复用段监视和保护倒换。 2）净荷区（Payload）：装载业务，包含业务通道监视功能字节。 3）管理单元指针（AU-PTR）：指示业务信息帧的第一字节的位置。,帧结构,G.707新的SDH复用路径图,中国的SDH基本复用映射结构,SDH监控的实现开销 段开销RSOH、MSOH 通道开销HPOH、LPOH 指针 管理单元指针AU-PTR 支路单元指针TU-PTR,开销,开销 OH,段开销 SOH,再生段开销 RSOH,复用段开销 MSOH,通道开销 POH,高阶通道(VC4)开销HPOH,低阶通道(VC12)开销LPOH,RSOH、MSOH、HPOH、LPOH完成层层细化的监控功能。,开销,分插复用器（ADM）,SDH信号 （ STM-1/4/16/64 ）,SDH信号 （ STM-1/4/16/64 ）,PDH/ATM/Ethernet/低速率SDH信号等 （E1/E3/E4/ATM/FE/GE/STM-1）,1）线路接口：实现VC4到STM-N的复用和解复用。 2）支路接口：实现业务信号到VC4的复用和解复用。 3）交叉单元：实现业务的上下、穿通等连接。 4）主控时钟：实现设备和网络管理、网络定时同步,SDH设备结构示意图,小结：,传输设备用于：（如：交换设备之间传输业务） PDH特点：（如：比特间插，速率及接口不统一，逐级复分接，管理比特少，业务类型少，异步复用，码速调整） SDH特点：（如：字节间插，速率及接口统一，复分接灵活，管理字节多，业务类型多，同步复用，指针调整） SDH比PDH优点： （如：业务能力、组网能力、管理能力）,1、 PDH数字复接系列是怎样规定的？ 2、 SDH有哪几种标准速率？SDH帧结构图中每个字节可以传输几路数字电话？ 3、 SDH与PDH各有何特点？SDH比PDH有何优缺点？,作业题,图 当前电信网的概貌,2.4.1 交换技术概述 1面向连接和无连接 根据网络传递用户信息时是否预先建立源端到目的端的连接，我们将网络使用的交换技术分为两类：面向连接型和无连接型。使用相应交换技术的网络也依次称为面向连接型网络和无连接型网络。,2.4 现代交换技术,1. 面向连接网络 图1.6给出了面向连接网络的传送原理。,图 面向连接网络的传送原理,在面向连接型的网络中，两个通信节点间典型的一次数据交换过程包含三个阶段：连接建立、数据传输和连接释放。其中连接建立和连接释放阶段传递的是控制信息，用户信息则在数据传输阶段传输。三个阶段中最复杂和最重要的阶段是连接建立阶段，该阶段需要确定从源端到目的端的连接应走的路由，并在沿途的交换节点中保存该连接的状态信息，这些连接状态信息说明了属于该连接的信息在交换节点应被如何处理和转发。连接建立创建的连接可以是物理连接，也可以是一个逻辑连接，但这种区别用户并不关心，它本身也不是影响服务质量的主要因素。数据传输完毕后，网络负责释放连接。,面向连接网络建立的连接有两种: 实连接和虚连接。用户通信时，如果建立的连接由一条接一条的专用电路资源连接而成，无论是否有用户信息传递，这条专用连接始终存在，且每一段占用恒定的电路资源，那么这个连接就叫实连接；如果电路的分配是随机的，用户有信息传送时才占用电路资源(带宽根据需要分配)，无信息传送就不占用电路资源，对用户的识别改用标志，即一条连接使用相同标志统计占用的电路资源，那么这样一段又一段串接起来的标志连接叫虚连接。显然，实连接的电路资源利用率低，而虚连接的电路资源利用率高。,2. 无连接网络,图 无连接网络的信息传送过程,在无连接型的网络中，数据传输前，不需要在源端和目的端之间先建立通信连接，就可以直接通信。不管是否来自同一数据源，交换节点将分组看成互不依赖的基本单元，独立地处理每一个分组，并为其寻找最佳转发路由，因而来自同一数据源的不同分组可以通过不同的路径到达目的地。 两种方式各有优缺点，面向连接方式适用于大批量、可靠的数据传输业务，但网络控制机制复杂；无连接方式控制机制简单，适用于突发性强、数据量少的数据传输业务。,2交换节点的功能结构 交换式网络总是以交换节点为核心来组建的。一个交换节点要完成任意入线的信息到指定出线的交换功能，基本的前提是网络中的每一个交换节点都必须拥有当前网络的拓扑结构的信息。为便于叙述，我们将交换节点中存储的到每一个目的地的路由信息的数据结构称为“路由表”，路由表可以简单地理解为一张网络地图，交换节点依靠它来进行寻址 选路。 无连接型网络和面向连接型网络中交换节点的交换实现有较大差别，图2.16描述了它们的功能结构。,图2.16 交换节点中交换功能的实现 (a) 面向连接型；(b) 无连接型,在面向连接型的网络中: 在连接建立阶段，传递的控制数据中包含目的地址和连接标识，沿途交换节点以目的地址为关键字，查找路由表，就可以确定目的地相应入端口的信息应该交换到哪一个出端口，交换节点同时将该信息保存到一张转发表中。 在用户数据传输阶段，用户数据无需携带目的地址，只需携带一个短的连接标识，交换节点根据连接标识和转发表就可实现快速的数据交换。实际上，转发表记录的是一个交换节点当前维持的所有的连接状态信息，这些信息指明了一个连接上的用户信息在交换节点上应该如何转发，根据交换实现技术的不同，该表的内容和物理形式也不相同。,在无连接型的网络中， 由于无需建立连接，交换节点也就不需要呼叫处理功能和记录连接状态信息的转发表。 但要求每一个分组都携带目的地址，交换节点只需要根据路由表就可以完成从入端口到出端口的交换。 相比较而言，面向连接型的交换节点设备要比无连接型的复杂。,2.4.2 主要的交换技术 目前在广域通信网上使用的交换技术主要有电路交换、分组交换、帧中继、ATM技术。其中电路交换和分组交换是通信网中最基本的交换技术，后来发展起来的帧中继、ATM以及近来的各种IP交换技术和MPLS技术都是基于这两种技术综合或改进而成的，本节将不再介绍MPLS技术，相关的内容在后续章节有详细介绍。图2.17描述了目前的各种交换 技术。,图2.17 通信网的主要交换技术,需要说明的是，图中省略了报文交换，它在1970年以前曾广泛用于数据通信，然而很快就被性能更好、更灵活的分组交换技术所取代。而分组交换有两个分支： 在传统电信领域以X.25协议和分组交换机组网，采用面向连接的虚电路技术； 在计算机领域则以TCP/IP协议和路由器组网，使用无连接的数据报技术，并最终形成了目前的Internet。 我们也可以看到传统电信网和计算机网最终将基于分组交换技术汇聚在一起。总的来说，交换技术的发展趋势是：信道利用率越来越高，支持可变速率和多媒体业务，并且有复杂的协议体系来保证服务质量。,1电路交换 电路交换方式主要用于目前的电话通信网，它是一种面向连接的技术，一次通信过程分为连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。 在连接建立阶段，网络要完成两项工作：第一，确定本次通信从源端到目的地端用户业务信息应走的路由；第二，在该路由途经的交换节点进行全程的资源预留，预留的资源包括交换节点中从入端口到出端口的内部通道和交换节点间中继线路上的带宽资源，以这种方式建立一条端到端的专用通信连接，这个连接通常占用固定的带宽或时隙，有固定的传输速率。,图 交换网络的工作原理,在整个通信期间，不管实际有无数据传输，沿途的交换节点负责保持、监视该连接，直到用户明确地发出通信结束的信号，网络才释放被占用的资源，撤销该连接。电路交换在连接建立时，预先分配固定带宽资源的方式被称为静态复用方式。 电路交换的主要特点是：在连接建立阶段，为用户静态地分配通信所需的全部网络资源；并且在通信期间，资源将始终保持为该连接专用；在数据传输阶段，交换节点只是简单地将用户信息在预先建立的连接上进行转发，节点处理时延可忽略不计，效率极高。电路交换很适合实时性要求高的通信业务，传统电话通信网就采用这种方式，它很好地解决了实时语音通信问题。它的主要缺点是信道资源的利用率低。,2分组交换 分组交换方式主要用于计算机间的数据通信业务，它的出现晚于电路交换，采用分组交换而不是电路交换来实现数据通信，主要基于以下原因： (1) 数据业务有很强的突发性，采用电路交换方式，信道利用率太低。 (2) 电路交换只支持固定速率的数据传输，要求收发严格同步，不适应数据通信网中终端间异步、可变速率的通信要求。 (3) 语音传输对时延敏感、对差错不敏感，而数据传输则恰好相反，用户对一定的时延可以忍受，但关键数据细微的错误都可能造成严重的后果。,(4) 分组交换是针对数据通信而设计的，主要特点是：数据以分组为单位进行传输，分组长度一般在10002000字节左右；每个分组由用户信息部分和控制部分组成，控制部分包含差错控制信息，可以用于对差错的检测和校正；交换节点以“存储转发”方式工作，可以方便地支持终端间异步、可变速率的通信要求；为解决电路交换方式信道资源利 用率低的缺点，分组交换引入了统计时分复用技术。 根据网络处理分组方式的不同，分组交换分为两种类型，即数据报和虚电路。,1) 数据报 数据报属于无连接方式，主要的优点是：协议简单，无需建立连接，无需为每次通信预留带宽资源，电路交换中带宽利用率低的问题自然也就解决了。同时，由于每一分组在网上都独立寻路，因而抵抗网络故障的能力很强，特别适合于突发性强、数据量小的通信业务。实际上，数据报方式最先是在冷战时期美国军方的计算机通信网ARPA Net上实现的，是现代Internet的前身。,数据报的主要缺点是： 由于没有为通信建立相应的连接并预留所需的带宽资源，因此分组在网络上传输时，需要携带全局有效的网络地址，在每一个交换节点，都要经历一次存储、选路、排队等待线路空闲，再被转发的过程，因而传输时延大，并存在时延抖动问题。可见数据报不适用于大数据量、实时性要求高的业务。目前，通信网上该方式主要用于信令、控制管理信息和短消息等(例如SS7、SNMP、SMS等)的传递，Internet的IP技术也属于此类。,2) 虚电路 虚电路是一种面向连接的分组交换方式，其设计目标是将数据报和电路交换这两种技术的优点结合起来，以达到最佳的数据传输效果。 采用虚电路技术，用户之间在通信之前，需要在源端和目的地端先建立一条连接，分组交换中把它叫做虚电路。虚电路一旦建立，所有的用户分组都将在这一虚电路上传送。建立连接是它与电路交换的相同之处，也是它与数据报的不同之处。,虚电路的一次通信过程也分为三个阶段：虚电路建立、数据传输和虚电路释放。与电路交换的不同之处在于：虚电路建立阶段，网络完成的工作只是确定两个终端之间用户分组传输应走的路由，并不进行静态的带宽资源预留，沿途的交换节点只是将属于该连接的分组应