（通信与信息系统专业论文）铁路光纤通信系统的数字调度业务接口设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 鉴于我国铁路区间通信的基本需要以及铁路区间通信的特殊性，本研究中心已经开 发出一套基于光时分复用技术、无源光网络结构的铁路区间光纤通信系统。此光纤通信 系统站端设备的主控制单元与铁路数字调度通信系统之间需要一个业务接口对接，以保 证两系统之间的正常通信。此接口就是数字调度业务接口。铁路区间的工作人员在必要 的情况下可以通过此接口接通行调、电调等调度电话。本文主要介绍数字调度业务接口 的设计。 通过对目前铁路数字调度通信系统中交换机类型的考察，本设计采用i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i s t a ln e t w o r k ，综合业务数字网) 用户网络接口标准的基本速率接口 来实现数字调度业务接口。i s d n 用户网络接口的基本速率接口是一种通用的数字化接口 技术，包括两个b 通道和一个d 通道，其中2 b 通道用来传输语音及数据信息，d 通道用来 传输控制信息，所以又1 1 4 2 b + d 接口。传输速率达到1 4 4 k b i t s ，能够满足基本语音通信以 及其他调度通信。 本文首先简要分析了i s d n 用户网络接口标准的基本理论和相关协议，然后根据基本 协议以及协议分层结构设计了完整的数字调度业务接口板的实现方案。本方案遵循软硬 结合的设计原则。协议分层中网络层的功能在m c u ( m i c r oc o n t r o lu n i t ，微控制单元) 中软 件实现，主要功能是将d 通道的控制信息的产生和解析。数据链路层功能通过 h d l c ( h i g h l e v e ld a t al i n kc o n t r o l ，高级数据链路控制) 协议控制芯片m t 8 9 5 2 硬件实现， 主要功能是将网络层的产生的消息按照l a p d ( l i n ka c c e s sp r o c e d u r eo fd c h a n n e l ，d 通道 链路接入规程) 帧格式打包和解包。物理层的功能通过i s d nu 接口收发器芯片m c l 4 5 5 7 2 硬件实现，主要作用是把2 b 通道信息和d 通道信息复用在一起发送到物理链路上以及接 收网络发送来的标准编码数据。2 b 通道信息通过语音编解码芯片产生和接收，通过 c p l d ( c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ，复杂可编程逻辑器件) 实现s t - b u s ( s e r i a l t e l e c o mb u s ，串行通信总线) 上指定时隙数据的插入和提取。实验测试结果表明本设计可 以实现n i s d n 在u 参考点的物理接入，保证线路的全双工通信。 关键词：数字调度业务：i s d n 用户网络接口；激活与去激活；基本呼叫控制 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a bs t r a c t a c c o r d i n gt ot h eb a s i cn e e d sa n ds p e c i a ln a t u r eo fc h i n ar a i l w a ys e c t i o nc o m m u n i c a t i o n ， as e to fr a i l w a ys e c t i o no p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sh a v ed e v e l o p e di no u rr e s e a r c h c e n t e r ，w h i c hi sb a s e do no p t i c a lt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n gt e c h n o l o g ya n dp a s s i v eo p t i c a l n e t w o r ks t r u c t u r e a ni n t e r f a c ei sn e e d e db e t w e e nt h em a i nc o n t r o lu n i to ft h eo p t i c a lf i b e r c o m m u n i c a t i o ns y s t e ms t a t i o n - s i d ee q u i p m e n ta n dr a i l w a yd i g i t a ld i s p a t c h i n gc o m m u n i c a t i o n s y s t e mi no r d e rt oe i ：1 s u r et h en o r m a lc o m m u n i c a t i o no ft h et w os y s t e m s t h i si n t e r f a c ei s d i g i t a ld i s p a t c h i n gb u s i n e s si n t e r f a c e t h es t a f fo ft h er a i l w a ys e c t i o nc a l lg e tt h r o u g ht ot h e d i s p a t c ht e l e p h o n es u c ha st r a f f i cd i s p a t c h i n ga n dp o w e rd i s p a t c h i n gt h r o u g ht h i si n t e r f a c ei n t h en e c e s s a r yc i r c u m s t a n c e s t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ed e s i g no fd i g i t a ld i s p a t c h i n gb u s i n e s s i n t e r f a c ef o rt h en o r m a lc o m m u n i c a t i o no ft h et w os y s t e m s a c c o r d i n gt os w i t c ht y p eo ft h er a i l w a yd i g i t a ld i s p a t c h i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h i s d e s i g na d o p t sb a s i cr a t ei n t e r f a c eo fi s d nu s e r s n e t w o r ki n t e r f a c es t a n d a r dt or e a l i z ed i g i t a l d i s p a t c hb u s i n e s si n t e r f a c e n eb a s i cr a t ei n t e r f a c eo fi s d nu s e r j n e t w o r ki n t e r f a c ei s a l l u n i v e r s a ld i g i t a li n t e r f a c et e c h n o l o g ya n di n c l u d et w ob c h a n n e l sa n do n e d c h a n n e l ，w h o s e b - c h a n n e l si si n t e n d e dt oc a r r yd i g i t a lv o i c eo rd a t ai n f o r m a t i o na n dd - c h a n n e li si n t e n d e dt o c a r r yc o n t r o li n f o r m a t i o n s oi ti sa l s ok n o w na s2 b + di n t e r f a c e t h e2 b + dd a t ar a t e 。r e a c h e s t o1 4 4 k b i f f sw h i c hc a nm e e tt h eb a s i cv o i c ec o m m u n i c a t i o na n do t h e r d i s p a t c hc o m m u n i c a t i o n ? t h i sp a p e rb e g i n sw i t hab r i e fa n a l y s i so ft h eb a s i ct h e o r ya n dr e l e v a n tp r o t o c o lo ft h e i s d nu s e r - n e t w o r ki n t e r f a c es t a n d a r d s ，a f t e r w a r di n t r o d u c e sas c h e m eo fd i g i t a ld i s p a t c h i n g b u s i n e s si n t e r f a c eb o a r dc o m p l e t e l y t h es c h e m ef o l l o w st h ed e s i g np r i n c i p l e sw h i c hc o m b i n e h a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h ef u n c t i o no fn e t w o r kl a y e rp r o t o c o li si m p l e m e n t e db ys o f t w a r ei n m c u t h ed c h a n n e lc o n t r o li n f o r m a t i o ni sg e n e r a t e do rp a r s e di nt h i sl a y e r t h ef u n c t i o no f d a t al i n kl a y e rp r o t o c o li si m p l e m e n t e db yt h eh d l cp r o t o c o lc o n t r o l l e rc h i pm t 8 9 5 2 t h i s l a y e rf r a m e sa n df o r m a t sd a t ap a c k e t sg e n e r a t e db yt h en e t w o r kl a y e ra c c o r d i n gt ol a p d f r a m ef o r m a tr e c o m m e n d a t i o n sf r o mt h ei t u t t h ef u n c t i o n so f p h y s i c a ll a y e ri si m p l e m e n t e d b yt h ei s d nui n t e r f a c et r a n s c e i v e rc h i pm c l 4 5 5 7 2 t h i sl a y e rs e n d s2 b + dd a t at ot h e p h y s i c a ll i n ka n dr e c e i v e st h es t a n d a r de n c o d e dd a t as e n tf r o mt h en e t w o r k 2 b c h a n n e l s i n f o r m a t i o ni sg e n e r a t e do rr e c e i v e db yt h ev o i c ec o d e cc h i pa n dt h ed a t ai si n s e r t e di n t o s p e c i f yt h et i m es l o to fs t - b u so re x t r a c t e df r o ms p e c i f yt h et i m es l o to fs t - b u s a l l o p e r a t i o na b o u t2 bc h a n n e lm u s tb ec o u n t r o l e db yc p l d e x p e r i m e n tr e s u l t si n d i c a t et h a tt h i s d e s i g nc o u l de a r lyo u tt h ep h y s i c a lc o n n e c t i o ni nt h eur e f e r e n c ep o i n to fn - i s d na n de n s u r e t h el i n ef u l l d u p l e xd i g i t a lc o m m u n i c a t i o n s k e yw o r d s ：d i g i t a ld i s p a t c h i n gb u s i n e s s ；i s d nu s e r - n e t w o r ki n t e r f a c e ；t h ea c t i v a t i o na n d d e a c t i v a t i o n ；b a s i cc a l lc o n t r o l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 鼍i 一i i ii 一一一一 一_ i i i 皇曼曼曼鼍曼量舅皇曼鼍曼曼量皇曼曼曼曼鼍 第1 章绪论 1 1 铁路区间通信及数字调度通信概念简述 铁路运输在我国国民经济中占有极其重要的地位，是国家命脉产业。铁路专用通信 是直接保证铁路运输的重要基础设施，它的质量好坏直接影响到铁路运输的效率以及运 输速度和运输安全。铁路运输包含运、机、工、电、辆等专业部门，各部门围绕铁路运 输协同动作，为保证各部门之间的信息通畅，指挥列车的运行和编解列车，铁路历来有 一套完整的专用通信【l 】。传统的铁路专用通信业务主要包括干局线通信，区段通信，站场 通信，无线专用通信，应急通信和列车通信【l 】。铁路区间通信和数字调度通信均属于区段 通信业务。 铁路区间通信主要是为区间铁路工作人员提供铁路区间的通信功能。区间通信应该 能通过电话连通临近车站值班员的联系，并且能够接通区段内的列车调度，电力调度， 车务、电务、工务、水电等专用电话回线以及通过有关回线接通长途台【2 1 。根据铁路运 输通信设计规范( t b l 0 0 0 6 2 0 0 5 ) 对铁路区间通信系统有如下要求：第一，区间电话应能 构成与车站值班员的联系，并能接通该区段内的列车调度、牵引供电调度电话，以及自 动电话；第二，区间应急抢险回线在抢险及事故救援时应能直达“1 1 7 ”事故救援台：第三， 区间通话柱的设置间隔不应大于2 k m ，与轨道中心的水平距离不应小于3 1m 【3 1 。 铁路区间数字调度通信是铁路区段通信的重要组成组成部分，它主要是指行车调度 员与其所管辖的指挥区间内各车站值班员之间有关列车调度业务的专用通信系统。按业 务性质可以分为行车调度、货运调度、电力牵引调度以及无线列车调度【2 1 。 1 2 本课题研究背景及意义 随着科学技术的快速发展，特别是信息科学的飞速发展，我国铁路区间通信大致经 过了三个阶段。第一阶段，2 0 世纪5 0 年代到6 0 年代末，主要器件是电子管，基本技术 是脉冲选叫技术，传输线路主要采用架空明线。第二阶段是2 0 世纪7 0 年代初至9 0 年代 末，主要器件是晶体管，基本技术是双音频选叫技术。7 0 年代末至8 0 年代末传输线路主 要采用对称或同轴电缆，8 0 年代末至9 0 年代末大量应用光纤，实现以光纤为主，电缆为 辅。第三阶段是2 0 世纪9 0 年代末至今，以大规模集成电路芯片为主要元器件，主要采 用数字程控交换和计算机通信技术。1 9 9 8 年铁道部颁发的铁路专用通信技术体制确 定了“车站通信设备一体化”、“专用通信数字化、综合化、智能化、宽带化”的发展 方向p j 。2 0 0 0 年，铁道科学研究院针对数字化铁路通信进行了铁路数字专用通信系统的 研究。后来很多生产厂家针对区段通信数字化研制开发了铁路数字专用通信系统。传输 线路已经基本全部实现光纤通信。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 光纤通信具有通信容量大、衰减小、重量轻、中继距离长、抗干扰性能强等优点， 而且光纤耐腐蚀、原材料来源丰富、价格优秀明显及光纤通信技术的逐渐成熟使用光纤 通信的成本逐渐下降【3 7 】。这使得铁路专用通信得到迅速的发展。到目前为止，除了铁路 区间通信还在采用金属线作为媒介外，其他铁路专用通信基本实现了光纤化。 铁路区间通信是铁路专用通信的一个分支，其通信的方式也是趋向光纤通信，但由 于铁路区间通信的通信节点是沿铁路呈线性分布，大约1 5 公里分布一个，按目前的光纤 通信的组网方式主要有点到点型、星型和环网型的方式。如果采用点到点或星型的组网 方式，则每个通信的节点都要单独拉一根光纤，铺设光纤的数量大，成本高；如果采用 环网型的方式，如目前的铁路区段调度通信网络中的2 m 数字自愈环，则每个通信终端 节点必须把所有数据接收下来，然后加上自己通信数据一起在传给下一个通信节点，每 个通信节点对信号都有中继的作用。这种通信方式数据处理复杂，成本比较高。在通信 节点之间距离比较远的情况下，该通信方式的性价比比较合适，但是在目前的铁路区间 通信，通信节点距离仅有1 5 公里，采用这种通信方式的成本就会太高【6 】。 鉴于铁路区间通信的需求以及铁路区间通信条件的特殊性，实现铁路区间通信的光 进铜退，本研究中心自主研发了一套用于铁路区间的光纤通信系统【3 7 1 。其组网方式如图 1 。l 所示。 站间通信节点 图1 - 1 铁路区间光通信系统的组网方式 本系统组网采用单向环形方式。两站端间采用一对光纤连接，数字信号沿光纤以时 分复用的方式单向环形传输，站间通信节点采用t 型光纤链路连接的方式实现单光纤通 信。接在通信节点的终端只需要下载自己需要的时隙数据，上传自身要发出的数据到指 定的时隙，数据处理简单方便。设计的便携式的节点通信终端，支持即插即用功能，方 便系统维护。本通信系统在满足铁路区间通信业务带宽要求下，节约了光纤资源并且实 现了铁路区间的无源光网络，使系统维护成本低，可靠性很高。系统提供丰富的业务接 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 口，满足铁路区间的多种业务接入需求，如语音、视频、各种监测数据等的综合接入【3 7 1 。 如图1 2 所示，此铁路区间光纤通信系统的主要由三部分组成：铁路区间站端设备， 上下行站端之间的光纤通信链路，站端之间光通话柱上的手持式终端。 铁路区间站端设备放置于铁路车站处，主要包括区间通信的主控制单元和区间通信 的辅控制单元。区间终端为手持便携式即用即插设备，主要实现铁路区间语音通信、数 据和图像业务接入功能。通信链路是数据传输通道，包括数据主传输通道光纤和方便区 间终端接入的光通话柱。通信链路承载不同业务种类，包括柱间互通、呼叫值班员、区 间直通、传送区间的数据和图像等业务。不同业务可同时进行，互不干扰。 鞋 话 耋哞 一上行 一上行 2 m 视广1 吒i 鼍f 行调，龟 i ，数据l = ：= ：调等调度 萎犀 鞫| 铁路区问端站设备 萄睦；慝 篓i 盛l 匿! ；麦 1 蓄 比jl 板ji 板| i 板 l 板ji 扳jl 板l 板 搿匕= = 二= 罐 u 站端设各 弱 冀 垒! 譬 2 m 视广f i j 尹f 行调电 i 频，致据l = 三= 调等调度 值 班 员 圈漱 图1 2 铁路区间光纤通信的结构功能图【3 刀 铁路区间光纤通信系统主要实现以下功能： ( 1 ) 区间通话柱之间互通或多通话柱通话。任何一个终端接入系统中，都可发起多方 通话的请求操作，其它接入系统中的终端就可以加入到多方通话中通话键。目前本系统 最多可以实现5 路柱间终端同时通话。 ( 2 ) 区间通话柱终端呼叫上下行站值班员，相反车站值班员也可以呼叫各通话柱终端。 接入通话柱上的终端即可呼叫上行站值班员电话，也可呼叫下行站值班员电话，相反， 车站值班员也可以通过直通电话呼叫各接入通话柱的终端。 ( 3 ) 区间通话柱终端呼叫外线自动电话。接入通话柱上的终端，直接拨打要呼叫的电 话号码，通过区间主控制单元上的外线自动电话业务板转发呼叫外线电话。 ( 4 ) 2 m 数据或视频的传输。一些接入通话柱的终端可以提供2 m 数据或视频，然后通 过e 1 接口，可以实现与战端设备中的主控单元端互通，实现2 m 数据或视频的传输。目 前的设计只提供两对收发数据通道。如果主控单元上的e 1 口通过e 1 转换以太网装置接 入网络，则终端可以通过该业务实现上网功能。 ( 5 ) 提供数字调度业务。区间通信系统战端设备的主控制单元部分与数字调度通信系 一对望二一 石一漩旧版一一 砑蓬蓟潞一圈赢 耍。刮引旦一 匿渊 髓乏1 通 一 光 一 r 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 统相连，通过数字调度业务接口可以提供数字调度业务。区间的工作人员在必要情况下 可以通过终端呼叫行调，电调等调度电话。 本铁路区间光纤通信系统的数字调度业务接口在站端设备的主控制单元里实现。 主控制单元由主控底板和业务子板构成。底板上分布有光收发模块、主控制m c u 、 数据处理模块、混音电路、时钟模块等 3 7 】。业务子板有支持外线自动电话业务的业务子 板、支持e 1 数据业务的子板、值班员电话接口板和与数字调度通信系统对接的数字调度 业务接口板。如图1 3 所示。 自 动 电 话 业 务 板 e l 数 据 业 务 板 值 班 员 电 话 接 口 板 蓑掣卜一数掂处理模块 主控制单元底板 光收发模块 数 字 调 度 业 务 接 口 板 混音 电路 时钟 模块 各 业 务 子 板 图l - 3 站端设备主控制单兀结构图 本文主要介绍系统中实现数字调度业务的数字调度业务接口设计。通过对目前铁路 数字调度通信系统中程控交换机类型的考察以及本设计中的功能需要，本设计采用i s d n 用户一网络接口标准的基本速率接口来实现数字调度业务接口。i s d n 用户网络接口是一 种通用的数字化接口，不同的终端均可以通过此标准接口接入i s d n 网络，方便移动终 端设备。设备厂商可以不断提高网络的性能却不会对用户设备的使用造成影响。 1 3 本文的结构安排 本论文的主要工作是介绍实现铁路区间光纤通信系统的数字调度业务的方案设计。 本设计中，通过对数字调度通信系统的调研，决定选择i s d n 用户网络接口实现数字调 度业务接口。文中首先介绍了本研究中心的铁路区间光纤通信系统的研究背景以及整体 功能，引出实现数字调度业务的数字调度业务接口。然后对数字调度业务接口板的基本 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 原理和协议功能进行简单介绍。最后详细介绍了数字调度业务接口板的硬件设计、软件 编程以及调试结果。 具体分章结构安排如下： 第一章：绪论。首先简单介绍了铁路专用通信及数字调度通信概念，然后介绍了本 研究中心的铁路区间光纤通信系统的研究背景以及整体功能，然后介绍通信系统站端设 备中主控制单元的结构，最后引出本设计中的数字调度业务接口。 第二章：系统原理介绍。首先介绍了本设计采用的i s d n 用户网络接口的基本理论， 然后简单分析了i s d n 用户网络接口的协议分层及各层协议功能。 第三章：数字调度业务接口板的整体方案以及硬件设计。首先介绍了实现数字调度 业务接口板的整体方案，然后就硬件设计根据功能模块划分进行了详细讲述。各模块内 容主要包括芯片选型、功能模式选择、电路连接等。 第四章：数字调度业务接口板的软件设计。本章首先根据整个接口板的方案设计将 软件设计划分为四部分：一是各个协议层功能实现软件设计；二是t e i 管理控制软件设 计；三是电路交换呼叫控制协议实现软件设计；四是b 信道信息的发送以及接收功能实 现软件设计。然后分别详细介绍四部分的软件。 第五章：实验调试结果分析。本章就整个业务接口设计中的某些关键环节进行实验 测试，主要包括u 接口收发器激活测试、d 通道信息发送测试和b 通道信息发送测试。 最后是结论、致谢、参考文献、附录和攻读硕士学位期间发表的论文。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章系统原理介绍 本设计中数字调度业务接口的主要理论依据是国际电信联盟通信标准化组织( i t u t i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a f i o n su n i o nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ) 建议中关 于i s d n 用户网络接口的内容。所以本章要专门介绍相关的i s d n 用户网络接口概念和 建议。 2 1i s d n 接入系统介绍 2 1 1i s d n 基本定义 为了解决传统的不同业务各自成网的缺陷，从根本上改变网络之间的隔离状况，可 以用个统一的网络来提供各种不同类型的业务，实现完全的开放系统互联和通信【1 2 】。 也就是说，各种终端不论其传输特性多么不同( 比如，速率不同，信号格式不同，通信 协议不同等等) ，也不管他们是模拟设备还是数字设备，只要他们处理的信息是兼容的， 就都可以通过一个统一网络就能通信。其中传输特性的差别可以通过终端适配器进行协 调和装换来解决。这个统一的网络就叫做综合业务数字网( i s d n ) 1 2 】。 i t u t 将i s d n 定义为：i s d n 是以综合数字电话网( i d n ) 为基础发展演变而成的通信 网，能够提供端到端的数字连接，用来支持包括话音和非话音在内的多种电信业务，用 户能够通过有限的一组标准化的多用途用户网络接口接入网络【1 0 】。 j 。 2 1 2i s d n 基本结构 ； i s d n 的基本结构如图2 1 所示，它包括i s d n 的用户网络接口、网络功能和i s d n 信令系统【l 到。i s d n 终端设备( t e ) 必须通过标准用户网络接口接入i s d n 。在i t u t 参考 建议中，n i s d n 有两种标准接口，一种是基本速率接口，另外一种是基群速率接口； b i s d n 的用户网络接口的传输速率要高于p c m 基群速率，一般利用p d h 与s d h 的标 准速率【l2 | 。 i s d n 网络具有多种能力，包括电路交换能力、分组交换能力、非交换能力和公共信 道能力。通常情况下，i s d n 网络只提供低层( o s i 第1 3 层) 的功能。当一些增值业务需 要高层( o s i 第4 7 层) 功能支持时，这些高层功能可以在i s d n 网络内部实现，也可以由 单独的服务中心或终端来提供【1 2 】。 i s d n 具有三种不同的信令：用户一网络信令、网络内部信令和用户用户信令。三种 信令的工作范围不同，用户一网络信令是用户终端设备与网络之间的控制信号，网络内部 信令是交换机之间的控制信号，用户用户信令则是透明的穿过整个i s d n 网络，是用户 终端设备之间的控制信掣1 2 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 量鼍舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼a m ! r am 皇皇曼寰 用户用户信令 2 2i s d n 用户网络接口 图2 1i s d n 的基本结构图 标准用户- 网络接口是i s d n 终端设备( t e ) 接入i s d n 网络的唯一手段。一个多用途 的i s d n 用户网络接口是实现i s d n 的重要因素之一。 2 2 1i s d n 用户一网络接口参考配置 在i t u - t1 4 1 1 建议中，i s d n 用户网络接口的参考配置是以参考点和功能群的概念 规定的，即用户接口功能结构。如图2 2 所示。 rstuv 廿 t e 2l n t 2n t l l te t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ m ， l s t e l ：终端设备i ( i s d n 终端) t e 2 - 终端设备2 ( t e i s d n 终端) t a ：终端适配器 n t 2 ：网络终端2 ( o s l 第2 层和第3 层) n t i ：网络终端l ( 仅o s i 第1 层) l t ：线路终端( 线卡) e t - 交换终端( 交换机) 图2 - 2i s d n 用户网络接口的参考配置 如图2 - 2 所示，功能群是以方框的形式表示的，如t e l ，t e 2 ，n t l ，n t 2 ，t a 等。功能群 表示用户接入i s d n 所需要的组功能。在不同的接入方案中，某些功能群可能存在也 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 可能不存在。每个功能群可以由个或者多个设备实现。 根据图2 2 所示参考配置，用户接入i s d n 的功能可以分为下列几种功能群。 ( 1 ) 终端设备1 ( t e l ，t e r m i n a le q u i p m e n t1 ) t e l 是具有i s d n 参考接口标准的标准终端设备。比如，数字话机和4 类传真机。 t e l 具有协议处理、维护功能、接口功能和与其他设备相连的功能。 ( 2 ) 终端设备2 ( t e 2 ，t e r m i n a le q u i p m e n t2 ) t e 2 是不具有i s d n 参考接口标准的终端设备。它包含满足v 2 4 ( r s 2 3 2 ) ，x 2 1 ，x 2 5 等接口的现有通信网中的终端设备几其他任何非i s d n 标准设各。t e 2 必须通过终端适配 器t a 的转换才能跟标准i s d n 接口相连，实现面向某些应用的高层功能以及非标准接口 ( r 参考点) 有关的低层功能。 ( 3 ) 终端适配器( t a ，t e r m i n a la d a p t e r ) t a 终端适配器，顾名思义，就是完成适配功能，使非i s d n 终端设备能够接入i s d n 标准接口。它主要位于参考点r 与s 或者r 与t 之间。 ( 4 ) 网络终端1 叫t 1 ，n e t w o r kt e r m i n a t i o n1 ) 网络终端1 功能群拥有o s l ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ，开放式互联系统) 第1 层的功 能，即物理层的有关功能。n t l 主要功能是实现用户的终端设备和i s d n 交换机的连接。 n t l 还支持多个终端设备同时接入i s d n 网络，但是n t l 必须解决d 通路竞争的问题。 ( 5 ) 网络终端2 叫t 2 ，n e t w o r kt e r m i n a t i o n2 ) 网络终端2 可以包含o s l l 3 层的功能，具有交换和集中的能力。例如，n t 2 可能是 专用小交换机( p a b x ) 或集中器局域网以及终端控制器等。现实中通常将n t l 和n t 2 合 并为一个功能群n t , 这时参考点s 和t 合并为s t 参考点。 在图2 2 中，r ，s ，t ，u 等点表示参考点( r e f r e n c ep o i n t ) 。这些参考点主要功能是在概 念上把功能群分隔开。在实际的接入实现方案中，一个参考点可以对应或不可以对应于 某个实际物理接口。网络终端1 和网络终端2 之间的参考点t 是用户与网络的分割点。 终端设备t e 与网络终端之间的分割点是s 参考点，对应于i s d n 终端入网的接口，它将 用户终端设备和网络通信功能分割开来。参考点r 为非i s d n 终端提供入网接口，这个 接口应该符合x 系列或者v 系列建议。用户传输线对应参考点u ，在其上传输双向数字 信号，到目前为止，i t u t 还没有建立统一的u 接口标准。 目前，i t u t 仍坚持把s t 参考点作为网络和用户之间的分界点。由于u 接口在国 际上并没有统一的标准，所以网络与用户的通信信息经过网络终端n t 之后，在s t 参考 点上必须遵守i t u t 规定的统一的标准，这样才能实现世界范围内用户终端设备的通用 性、网络隔离性以及可移动性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 2 通路类型和接口结构 通路类型和接口结构是i s d n 用户网络接口中的两个重要因素。通路是表示接口传 送信息的能力。通路根据速率、信息性质以及容量又可以分成几种类型，称为通路类型【3 1 】。 通路类型的组合称为接口结构，它规定了在这个结构上最大的数字信息传送能力【3 1 1 。 1 通路类型 通路是一种传输信道，它的主要功能是为业务传输标准速率的信息。其主要有两种 类型。一种是数据信息通路，为用户传送各种数据信息，比如，话音信息、图像信息和 视频信息等。另外一种是控制信息通路，为各路呼叫控制而传送控制信令信息。根据i t u t 1 4 1 2 标准中的建议，用户和网络之间的通路如表2 1 所示，主要通路如下： b 通路：速率是6 4 k b i t s ，用于传送数字语音或数据等用户信息。 d 通路：速率为1 6 k b i t s 或6 4 k b i t s ，用于传输控制信息和分组数据信息。 h 通路：包含几种通路，如h o 通路( 3 8 4 k b i t s ) ，h 1 1 ( 1 5 3 6 k b i t s ) ，h 1 2 ( 1 9 2 0 k b i t s ) ，以 及与p c m 2 ，3 ，4 次群相对应的h 2 ，h 3 和h 4 通路。这些通路主要用于传输高速数据、语 音、图像和视频或者宽带业务。 表2 1 通路类型表 通路速率( k b i t s )主要应用 b6 4 数字语音( 8 6 4 k b i v s ) ，其他数据等 d1 6 6 4 分组数据，控制信息信令 e6 4交换信令 h o ( 6 b ) 3 8 4 高质量语音，压缩图像等 h 1 1 ( 2 4 b ) l5 3 6 t 1 ( 1 5 4 4 m b i t s ) 数字语音，图像信息 h 1 h 1 2 ( 3 0 b ) 19 2 0 e 1 ( 2 0 4 8 m b i t s ) 数字语音，图像信息 h 2 l ( 5 1 2 b ) 3 27 6 8 e 3 ( 3 4 3 6 8 m b i t s ) 数字语音，图像 h 2 h z z ( 6 9 0 b ) 4 41 6 0 t 3 ( 4 4 7 3 6 m b i t s ) 数字语音，图像 h 4 ( 2 11 2 b ) 1 3 51 6 8 e 4 ( 1 3 9 2 6 4 m b i t s ) ，b i s d n b h o 混合p c m 高次群，s o n e t s d h 2 接口结构 i s d n 用户网络接口有两类标准化的接口结构，一类是基本速率接口( b r i ，b a s i cr a t e i n t e r f a c e ) ，另一类是基群速率接1 2 ( p r i ，p r i m a r yr a t ei n t e r f a c e ) 。在p r i 中，有b ，h 和b h 混合信道接口。i t u t 对接口结构的规定如表2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 表2 - 2i s d n 用户网络接口类型表 用户网络接口类型接口结构 d 通路速率( k b i t s ) 信息速率( k b i t s ) 传输速率( k b i v s ) 1 9 2 ( s ) 基本速率接口( b i u ) 2 b + d1 6】“ 1 6 0 ( u ) 2 3 b + d6 415 3 615 4 4 3 0 b + d6 4 19 8 420 4 9 4 8 0l5 3 615 4 4 基群速率接i s i ( p r i ) 5 h o + d 6 4 l9 8 420 4 8 h l l l5 3 615 4 4 h i ：+ d 6 419 8 420 4 8 ( 1 ) 基本速率接口( b r i ) 基本速率接口即2 b + d 接口，是i s d n 最常用、最基本的用户一网络接口。其中b 通 路的速率为6 4 k b i t s ，d 通路的速率为1 6 k b i f f s 。两个b 通路可以联合传送用户信息，也 可以分别传送用户信息，可以自由选择。用户可以利用的最高信息传递速率是6 4k b i f f s 2 + 16k b i t s = 1 4 4 k b i t s 。 “ 在新型程控数字交换系统或n i s d n 中，已经广泛使用基本速率接口将现有普通电 话用户线作为i s d n 数字用户线，可以双向传输数字语音和数据信息。使用这种接口， 用户可以获得各种i s d n 的基本业务和补充业务。 ( 2 ) 基群速率接口( p r i ) 基群速率接口( p r i ) 主要有两种接口。一种是b 通路构成2 3 b + d ，3 0 b + d 接口，另外 一种是h 通路构成的4 h o ，5 h o + d ，h i l ，h 1 2 + d 接口。国际上主要采用第一种形式的基 群速率接口。由于本设计采用基本速率接口，所以关于集群速率接口的内容不再介绍。 2 2 3i s d n 用户网络接口的业务能力 由于i s d n 是综合业务数字网，是将很多通信网络的业务综合在一起，统一接入一 个网络，所以其能够提供的业务很多。i s d n 电信业务可以分为以下三种：承载业务( b e a r e r s e r v i c e s ) 、包含终端功能的用户终端业务( t e l e s e r v i c e s ) 和变更或补充基本业务的补充业务 ( s u p p l e m e n t a r ys e r v i c e s ) 。 i s d n 在参考点s 以及t 提供的电信业务称为承载业务。用户与用户之间通过承载业 务传递信息，而不改变信息本省所包含的内容。也就是说，i s d n 网络仅仅是一个载体， 主要作用是传输信息。承载业务对应o s i 参考模型的低3 层。不同类型的终端可以使用 相同的承载业务，这说明通信网的通信能力，却与终端的类型无关。承载业务按照交换 方式可以分为：电路交换方式的承载业务，分组交换的承载业务，帧方式的承载业务。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 mmm_i 用户终端业务包括网络提供的通信能力和终端自身具有的通信能力。用户终端业务 对应于o s i 参考模型的1 7 层的功能，由此我们可以知道，用户终端业务一定包括了承 载业务的功能。 很多情况下，仅仅是承载业务或者用户终端业务不能完全满足用户对网络的需要， 此时需要i s d n 提供额外的功能，这种由i s d n 网络提供的业务功能称为补充业务。通常， 一个补充业务跟一个或者多个基本业务结合应用，这给通信带来极大的方便。 2 3i s d n 用户网络接口的协议分析 2 3 1 协议分层结构 根据i s d n 的基本速率接口( b r i ) 的参考配置，i s d n 基本速率接口分层结构对应o s i 参考模型的1 3 层，分别是物理层、数据链路层、网络层。如图2 3 所示。 s 厂ru t e l 或n 他 彩母 i s d n 交换机 第3 层第3 层 网络层 1 4 5 0 ，i 4 51 ( q 9 3 0 ，q 9 3 1 ) 。 网络层 第2 层第2 层 数据链路层 。1 4 4 0 ，i 4 41 ( q 9 2 0 ，q 9 2 1 ) 数据链路层 第1 层 1 4 3 0 ( b r i ) a n s lt 1 6 0 1 第1 层 1 4 3 1 ( p r i ) 物理层物理层 图2 3i s d n 基本速率接口协议分层结构图 由图2 3 可以看出，在第一层物理层有两种不同的接口，一种是s t 口，另外一种是 u 口。这是因为i t u t 没有建立u 接口标准，只有s t 接口标准，并且i t u t 以s t 口 作为用户和网络的分界点。而有些国家( 比如美国) 将参考点u 作为用户设备和网络交 换机的分界点，并且建立了自己的国家标准。所以在物理层可以采用两种不同的接口， 当然参考协议也是不同的。s t 口在基本速率接口时，采用i t u t1 4 3 0 协议，在基群速 率接口时采用i t u t1 4 31 协议。u 接口采用a n s i ( a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r d si n s t i t u t e ， 美国国家标准委员会) 制定的t 1 6 0 1 协议。 第二层是数据链路层，采用1 4 4 0 ，i 4 4 1 ( q 9 2 0 ，q 9 2 1 ) 协议，也就是采用i s d n 的d 通 路链路接入规程l a p d ( l i n ka c c e s sp r o c e d u r eo nt h ed c h a n n e l ) 。l a p d 规程主要是处理d 信道信息，规定了b r i 的数