综合业务数字宽带网BISDN的设计毕业论文.doc

综合业务数字宽带网（BISDN）设计摘要 综合业务数字宽带网（BISDN）是一项充满活力、对高速发展的信息产业有极强适应能力的技术。随着数字化浪潮步伐的加快、万维网的发展、多媒体应用的普及，BISDN必将得到更广泛的应用。在现代的通讯网络建设中应有超前意识，尽快掌握好这项技术，并利用它拓展网络的功能，创造出更美好的网络环境。目前MPLS正引起广泛关注,被认为是未来三网融合的关键术之一,可以使IP网从“无连接”向“有连接”过渡,实现“电信”的下一代互联网。国内外设备厂商正在加紧MPLS产品的研究。可以乐观地相信MPLS家族是实现通信宽带化、智能化的利器,是统一各种技术和服务发展方向,是NGN(下一代网络)的核心。因特网的巨大成功TCP/IP技术功不可没,但在当前迅速发展的情况下也有不适应之处,ATM技术以其高速和灵活的服务质量控制被B-ISDN选用。IP与ATM技术的结合符合双方的生存需要。传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展。关键字 B-ISDN TCP/IP协议 SDH 异步传输模式 MPLS 千兆以太网Broadband Integrated Services Digital Network（BISDN）DesignAcademy of Information, Huaibei Coalindustry Teachers College, 235000Abstract :Broad band integrated services digital network (BISDN) is a dynamic, high-speed development of the information industry is highly adaptable technologies. With the acceleration of the digital wave, Web development, multimedia application, BISDN will be more widely applied. In a modern communications network should be quick awareness building, as soon as mastering this technology and use it to expand network functions, and created a better network environment. Currently MPLS is causing widespread concern, the future integrate the three networks is considered to be one of the key techniques that can enable IP network from the no link to connect transition to telecommunications next generation Internet. Domestic and foreign equipment manufacturers are stepping up the MPLS products. MPLS can be optimistic that the family is a broadband communications technology, intelligent solution is for the uniform development of technologies and services, NGN (next generation network) core. Internet technology made TCP/IP huge success, but in the current circumstances of rapid development are not common. ATM technology, with its rapid and flexible service quality control was B-ISDN choice. IP and ATM technologies with the survival needs of both sides. Transmission system is an important component of the communications network, the transmission system will have a direct constraining communications network development. Key words：B-ISDN TCP/IP agreement SDH ATM MPLS Ethernet C the Internet IP and ATM integration.目次1引言12B-ISDN的设计思想22.1 ISDN的理论基础22.2 ISDN的设计23 ISDN的体系设计初构73. 1 B-ISDN的参考模型73.2 B-ISDN各层协议73. 3 ISDN标准的入网接口83. 4 异步传输模式(ATM)93.5千兆以太网对BISDN的贡献104从美军太空战机看发展我国航天迫切性125航天测控网管理系统的设计理论155.1 在航天系统中B-ISDN的必要性155.2 航天测控网管理系统的组成176航天测控网管理系统的性能测试196.1 模型特征196.2 队列模型196.3 性能分析20结论23参考资料24致谢251引言所谓综合业务数字宽带网( ISDN) 就是在一个统一的网络系统内传输和处理不同类型的数据，向用户提供多种业务服务如电话、电报、传真、可视化图文等。 ISDN 技术已经历了两代。第一代称为窄带ISDN (N-ISDN)，其业务主要针对64kbit/ s 电路交换，带宽有限不能适应新业务和新技术的要求。因此，第二代综合业务数字网便应运而生了。第二代综合业务数字网称为宽带ISDN (B-ISDN)，它支持更高的数据传输速率,发展趋势是采用报文分组交换技术，传递方式采用异步传输模式(ATM) 。ATM 面向连接，它需要在通信双方建立连接，通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，这样可以更有效地利用带宽。ATM 能够满足数据、语言以及视频应用的需求。较好地融合电路交换与报文交换的优点，具有较高的速率，能够支持各种应用。所以,ATM 具有通用性、高速性、有效性三大特点，目前正在以异乎寻常的速度发展。当前，组成我国航天测控网的主要测控设备有：国际S 频段微波统一测控通信系统(USB) 、国际S频段微波统一测控系统、超短波测控系统及引导和跟踪测量雷达等。由于不同航天器的飞行轨道及其测控需求各异，故组成我国航天测控网的测控站分布在祖国的东西南北及有关海域。同时，随着国际航天测控网联网合作事业的不断发展，我们的航天测控工作也得到了国际测控支持。航天测控网的正常运行离不开高性能通信网的支持，通信网的主要功能有:测控站与指挥、控制中心之间的数据互传；指挥、控制中心与测控站之间的语音互通；测控站与指挥、控制中心之间的的视频信号传输；指挥、控制中心通过测控站与航天器之间的各种信息传输。随着B-ISDN 的出现及通信网络技术的不断完善和发展,航天测控网管理系统应运而生，且其功能也将逐步趋于健全和强大。2B-ISDN的设计思想2.1 ISDN的理论基础ISDN的提出最早为了综合电信网的多种业务网络。由于传统通信网是业务需求推动的，所以各个业务网络如电话网、电报网和数据通信网等各自独立且业务的运营机制各异，这样对网络运营商而言运营、管理、维护复杂，资源浪费；对用户而言，业务申请手续复杂、使用不便、成本高；同时对整个通信的发展来说，这种异构体系对未来发展适应性极差。于是将话音、数据、图像等各种业务综合在统一的网络内成为一种必然，这就是综合业务数字网的提出。2.2 ISDN的设计2.2.1 ISDN设计准备按照原CCITT的定义，ISDN是以提供了端到端的数字连接的综合数字电话网ISDN为基础发展起来的通信网，用以支持电话及非话的多种业务；用户通过一组有限的标准用户网络接口接入ISDN网内。即ISDN： 是通信网；以电话网、ISDN为基础发展而成； 支持端到端(End-to-End)的数字连接；支持各种通信业务； 支持话音类及非话业务；提供标准的用户-网络接口(UNI)； 使得用户能通过一组有限个多用途的UNI接入ISDN。2.2.2 概念模型2.2.2.1 业务综合 ISDN概念中的业务综合的核心是从用户端出发，建立了一套标准的用户和网络接口协议体系(UNI：User-Network Interface)。同时给出了各ISDN网络间互联的NNI接口。这样，非常简单的统一了开发标准，提供了一个厂商间开放的竞争环境。见图1。 图1用户和网络接口协议体系2.2.2.2 ISDN的承载业务类型选择在ISDN概念模型中，各种业务类型按照业务的数据率分为两级(见图2)：基本速率接口(BRI：Basic Rate Interface)，该速率由两个承载信道和一个数据控制信道构成，称为2B+D，其中B(Bearer)为标准PCM速率64kbps，D(Data)为16kbps。该速率适用于家用或小型企业需要。基群速率接口(PRI：Primary Rate Interface)，该速率支持T1(23B+D：1.544Mbps)和E1(30B+D：2.048Mbps)，适用于大容量用户或集团用户。(D：64kbps) 其中T1主要适用于日本和北美地区，E1适用于欧洲和中国等地区。 B信道（64kbps）：话音.数据.视频B信道（64kbps）：话音.数据.视频D信道(6kbps):数据.信令BR：2B+D图2：ISDN概念模型2.2.2.3 ISDN协议模型的分析和设计ISDN协议分层 参照OSI参考模型，ISDN分为四层，如图3所示:端到端协议 网络层协议 数据链路层协议 物理层协议ISDN业务接入I.430(BRI)I.431(PRI)I.451或Q.931I.441或Q.921图3：OSI参考模型第一层：物理层，规定了ISDN各种设备的电气机械特性，及物理电气信号标准； 第二层：数据链路层，完成物理连接间的数据成帧/解帧及相应的纠错等功能，向上层提供一条无差错的通信链路； 第三层：网络层，进行路由选择、数据交换等，负责把端到端的消息正确地传递到对端。 第四层描述进程间通信、与应用无关的用户服务及其相关接口和各种应用，这部分协议不在ISDN规定之内，由相关应用决定。 层间信息交换 层间通信在各层提供的业务接入点(SAP)依靠消息原语（Message Primitives）进行。见图4。层的信息交换在各开放系统层的信息交换实体(Entity，称实体)间进行。实体按照协议和其他实体共同完成功能。实体利用实体提供的功能完成相互间的通信。层向提供的通信功能称作业务。实体向实体提供业务的逻辑接口称为业务接入点，记为-SAP（Service Access Point），位于各层的边界上。相邻层的通信实体间通过原语(Primitive)及其相关参数进行。原语包括：来自上层的请求(Request)图4层间信息交换和响应(Response)，来自下层的指示(Indication)和证实(Confirmation)四种。在这种相对独立的层间及层内逻辑结构下，开放系统的对等实体可以无需关心其上下层功能的实现方式，于是它们之间的信息交互进一步抽象为一种逻辑连接，称为连接。ISDN功能设备定义及参考点 ISDN提供如下各类的标准设备： TE1：ISDN标准终端设备； TE2：非标准ISDN终端设备； NT1：网络终端1，标志本地环路的物理终结，具有用户传输线终端和用户网络接口(UNI)功能；NT2：网络终端2，可以是PABX或局域网LAN；LE：本地交换设备，完成用户本地环路内的设备间信息交换；TA：终端适配器，完成非标准设备到ISDN速率的匹配及协议转换(它可以在TE2中内嵌实现)； 以上各类设备间的连接接口称为参考点(见图5)：R参考点：位于非标准ISDN设备（TE2）和TA间； S参考点：位于标准用户终端和NT2间； T参考点：位于NT1和NT2间； U参考点：只适用于北美地区，位于NT1和线路终端设备间； NT2NT1ISDN网络ISDN网络NT1NT2UTSRNT1NT2TA图5：设备间的连接接口3 ISDN的体系设计初构3. 1 B-ISDN的参考模型按照国际电报电话咨询委员会CCITTI 的建议，B-ISDN可以分层为：物理层( PHY) ,主要用来传输信息(比特/ 信元) ，它又分为物理媒体(PM) 子层支持只和媒体有关的比特功能，传输会聚( TC) 子层将ATM 信元流转换成可以在物理媒体上传输的比特；ATM 层,主要完成交换/ 选择路由和复用；ATM 适配层(AAL)主要负责将业务信息适配成ATM 流,即:拆装与会聚。如图6所示3.2 B-ISDN各层协议其中：用户面(U-plane) 用于用户信息传送,同时完成相关的控制,如流控、差错控制等。控制面(C-plane) 完成呼叫控制及面向连接的控制。管理面(M-plane) 分面管理和层管理。前者完成系统级管理及协调各平管理面控制面用户面高层高层ATM适配层ATM层物理层层管理面管理图6：B-ISDN参考模型面的操作，后者完成各层的资源及参数管理。如图7所示AALCPAALSSCFAALSDH,SONET,DSI,EI ATMQ93BTCP/IP等LMI,SNMP,CMIP管理面用户面控制面图7 B-ISDN各层的协议3. 3 ISDN标准的入网接口由图8可知：ISDN 向用户提供一组标准的多用途入网接口，使不同的的业务和不同的终端可以经过同一个接口(数字管道) 接入网络。用户从标准的多用途入网接口进入ISDN， 得到所需的各种各样的新老业务。正是由于这个多功能接口， ISDN 中的所有业务都可以采用同一个编号计划，一个号码不是分配给一个终端，而是分配给一个用户网络接口。在ISDN 用户网络接口上，所有的信息都以数字复用的形式出现，而同一接口存在多个时间分割的信道，可以连接多个终端，每个信道都可以独立地传送信息，向用户提供业务。在图8中，数字管道可以有不同的口径(即比特率) ，以适应不同用户的需求。用户以动态的信号和比特率接入网络，ISDN 需要相当复杂的控制信号来告诉网络怎样分离管道内的时分复用的数据以及怎样提供用户需要的业务，这些控制信号也复用在同一数字管道上传输。3. 4 异步传输模式(ATM) 电话数据终端PBX数据管道ISDN中心局分组交换网电路交换网其他交换网数据库图8 ISDN的用户接口和连接特性用户网络接口随着计算机网络应用范围的扩大，网络业务的发展趋于综合化，其主要表现是： 业务数据是集成图、文、声、像的多媒体数据； 数据交换的实时性、交互性要求；随着网络互连规模的扩大，业务的规模和复杂程度加大，以往传统的交换技术已经远远不能适应综合业务的需要，在这种情况下，信元交换方式产生并发展了起来。信元交换方式既具有电路交换的实时性和可靠性，又具有分组交换的灵活性和高效性。传统交换方式中的业务依赖性、安全性、对突发业务的不适应性、高效性与可靠性的对立等问题在信元交换中得到了彻底解决，使信元交换成为了一种与业务无关的数据交换技术。异步传输模式ATM 就是基于信元交换技术的数据传输模式。在标准的ATM 中，各种业务数据均被分割成小巧的定长信元(cell) ，每个信元由信元头(5 字节) 和信息段(48 字节) 组成。信元以连续比特流的形态在用户机和交换机之间、交换机和交换机之间传输。ATM把图、文、声、像数据转化为统一格式的信元序列，从而为计算机网络的综合业务应用提供了基础。 除了电路交换和分组交换等传统交换方式的优点之外，ATM 还具有其独特的先进性之处:第一，资源的动态分配；第二，网络的动态配置；第三，业务无关性；第四，业务质量的保证。复杂程度加大，以往传统的交换技术已经远远不能适应综合业务的需要，信元交换方式方面。信元交换方式既具有电路交换的实时性和可靠性，又具有分组交换的灵活性和高效性。随着信息化社会的到来，人们对通信的需示已远远超出电话及电报业务，数据通信、宽带通信需求日益增大，由于它们的带宽及业务量要求不同，传统通信手段已很难实现。例如，现有的网络都是为某种特定业务设计的，往往不适用其它业务：有线电视网不能传送电话业务，而电信网也不能传送电视信号。很显然这些网罗技术对新业务的支持能力不够。人们希望将来最好只有一个网络存在，它不依赖于业务，可灵活、安全、经济、有效地利用所有资源，ATM技术就被视为实现的关键技术。 ATM系统是使用异步时分复用技术的快速分组交换方式，它将信息流分割成固定长度的ATM信元，能比较容易地实现各种信息流混合在一起的多媒体通信，能根据业务类型、传输速率等要求动态分配有效容量，对高速信息元传输的交换方式，支持从窄带话音、数据传输到HDTV等范围极广的种业务。ATM信元由53B长度构成，其中5B是信头，48B是信息域，所以在线路上传输的信息都是ATM信元。为了完成传送ATM信地的工作，一个典型的ATM交换机应有入线和出线处理、ATM交换单元和ATM控制三个基本部分，其中ATM交换单元是关键，它按照要求将入线上的ATM信元转送到需要的出线上去，从而完成交换动作。控制单元对交换单元的动作进行控制；入线处理对输入 ATM信元进行处理，使之适合ATM交换单元的要求；出线处理对交换单元送出的信元进行处理，使之适合线路传输的要求。3.5千兆以太网对BISDN的贡献千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。 千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地投资保护。 为了能够侦测到64Bytes资料框的碰撞，Gigabit Ethernet所支持的距离更短。Gigabit Ethernet 支持的网络类型，如下表1所示： 表1： Gigabit Ethernet 支持的网络类型网络类型传输介质距离 1000BaseCXCopper STP25m 1000BaseTCopper Cat 5 UTP100m 1000BaseSXMulti-mode Fiber500m 1000BaseLXSingle-mode Fiber3000m千兆以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。 千兆以太网产品：千兆以太网也是以太网，其产品没多大变化，主要有：交换机、上连/下连模块、网卡、千兆以太网路由器，以及一种新设备，叫缓存式分配机（buffered distributor）。缓存式分配机是一种全双工、多端口的类似集线器的设备，将两个或工作在1Gbps以上的802.3链路连接起来。缓存式分配机把分组转发到除源链路外其它所有链路上，提供共享带宽域（与802.3的冲突域相对），也被称为“盒子中的CSMA/CD”。它与802.3的中继器（repeater）不同，允许在转发到达各链路的帧之前先加以缓冲。作为共享带宽设备，缓存式分配器应与路由器和交换机区分开。配有千兆以太网接口的路由器可以有支持高于或低于千兆速率的背板，而连到千兆以太网缓存式分配器背板的端口共享一千兆的带宽，对于多端口的千兆以太网交换机而言，其高性能背板可支持数千兆的带宽。4从美军太空战机看发展我国航天迫切性美国历时10年打造而成的全球首架“太空战斗机”雏形X-37B（如下图9），已经进行首次试飞。尽管美方对X-37B的细节讳莫如深，但相关消息仍在全球引起极大震动。专家说，X-37B的出现将拉开最新“太空武器时代”竞争大幕。图9：太空战斗机X-37B四月初，美国总统奥巴马为实现其“无核世界”的美好和平愿景，在华盛顿召开了全球核安全峰会。而几乎与此同时，美国又在向世界传递一个极为相反的信号。短短数天后，美国就将首次试飞其代号为X-37B的神秘空间飞行器。尽管美方称这是一种新型的空间运载工具，但国际社会却普遍认为，这将是世界首架“太空战斗机”的雏形。众所周知，美国很早就成立了太空司令部4年前美国空军“快速反应能力办公室”秘密地从美国航空航天局手中接管X-37B项目。中国社科院美国研究所军控与防扩散中心秘书长洪源向媒体指出，X-37B是由美国军方、研究所以及几个大学共同进行的绝密研究项目，其研制已进行多年。其实质就是一种从地面发射到近地轨道的“太空战斗机”，也就是俗话说的“空天一体机”。图10： X-37B结构图知名军事专家戴旭向媒体指出，X-37B的出现将让所有在大气层内作战飞机全部过时，等于吹响太空武器化的冲锋号。他强调：“美国率先采取太空军事化的步骤，在全球带了一个坏头。太空军事化再也不是一个概念，而已成为一个实实在在的问题。”戴旭认为，太空威胁是一种全面的整体威胁，将会是一个新时代对旧时代的压迫，涉及所有方面，其威力远远胜过核武器。洪源也认为，X-37B的出现具有里程碑式意义，将会使美国空军的空天作战一体化过程加速，相信美国空军未来也一定会投入全力尽早完成机型测试工作并促成其投入使用。进入新世纪以来，包括美国、俄罗斯、印度在内的世界主要国家相继加强了外空开发活动。专家指出，从各国外空发展规划看，未来10至20年，外空的和平利用和军事利用均将进入空前的活跃期，外空安全问题将格外突显。面对激烈竞争，中国应进一步加强基础能力建设，否则将会落伍。事实上，在离地球表面20公里到30公里以上的临近空间，以及更往上的外层空间，目前没有国际条约的限制，当中飞行的任何航天器等在国际法律上均不被认为侵犯领空。有中国“载人航天之父”美称的中科院院士戚发轫向媒体表示，外层空间资源有限，而目前世界太空技术发展很快，无论发达国家，还是发展中国家，都在加大投入。面对激烈竞争，中国应进一步加强能力建设，否则将会落伍。对于未来太空的和平利用以及太空非军事化和非武器化，国防大学教授李大光建议，作为联合国授权的裁军和军控条约谈判机构，裁军谈判会议是谈判和缔结防止太空武器化和军备竞赛法律文件的最佳场合。国际社会应该充分利用，加快完善和发展相关法律制度，弥补现行法律制度的不充分性和不明确性。可见发展航天技术强我国防的重要性。5航天测控网管理系统的设计理论5.1 在航天系统中B-ISDN的必要性其一，从前面的叙述中已知:航天测控网管理系统中的传输信息主要包括：数据、语音及图像。目前这些信息的传输均是通过专门链路实现的。因此存在网络的传输速率和特性各不相同、经济性差、效率低和使用不便等弊端。其二，由于现有管理系统的网络带宽受限，使得视频信号的传输质量大打折扣。其三，现有测控网管理系统的性能、形式不便于测控设备的集中管理和维护，给测控设备的无人职守带来困难，局限了测控设备自动化的水平。上述讨论说明现存的航天测控网管理系统将无法适应进一步提高测控网管理水平的需要。另外，如图11所示，给出了航天测控网管理系统中有关业务特性的定性描述。由图12 可知：测控网管理系统中不同信息的传输速率和持续时间均有差异。如果将这些信息以同样的方式在网络中传输和交换,共享网络资源。那么此测控网管理系统将是灵活的、高效的、经济的，且能够适应新技术和新业务的需要，使得网络资源得到充分有效的利用。此网络管理系统与以往的管理系统相比具有安装、运行和费用都比较低廉的优点。从信息传输的角度来看，描述信息更为一般的特征是自然信息率，而不是比特率。自然信息率是指在不考虑通信网功能或成本限制的条件下，信息源产生信息的速率。每种信息源(如话音、图像等) 的自然信息率与其使用的编码和压缩技术有很大关系。我们可以将自然信息率用一个随机过程S ( t ) 来表示。每个随机即过程有4 个重要参数: 峰值自然比特率S； 平均自然比特率E S ( t) ； 峰值持续时间d; 突发度B 。这4 个参数的含义,如图12所描述。这个随机过程的持续时间T 就是信息的传递时间。T 可以是普通电话的通话时间、计算机之间数据通信的计算机会话时间、可视电话会议的开会时间等。 6-14 3 2 1 遥测控制外测数据语音高质量数据s 1 2 3 4 5 6 7bit/s图11：测控管理系统业务特性s0Es（t）9dTt图12 自然信息率s（t）随时间变化情况 6-2我们将自然信息率的最大值S 和平均值E S ( t) 之比称为突发度B，即： 6-3从上述公式可以看出4 个参数中，有几个是关联的，例如已知突发度时，信息率的最大值和平均值的关系就确定了。在实际应用中，所有信息在平均比特率和突发度方面都有不同的特性，任何信息都具有一定的突发度( B1) 。如果网络用恒定的比特率来传送信息。结果不是降低信息传输质量就是浪费网络的资源。因此我们必须寻找一种适合航天测控网管理系统的可变速率传送方式。综上所述,将B2ISDN/ ATM 应用与航天测控网管理系统中是十分必要的。5.2 航天测控网管理系统的组成航天测控网管理系统是由测控站管理系统、航天器及指挥控制中心管理系统组成的。图13 所示为测控站管理系统的结构模型。ATM公共网HDLC数传分系统 测角分系统，测速/测距分系统,遥控/话音终端 中心计算机,数据传输设备,中心计算机 EthemetEthemetHUB 遥测终端操作终端 操作终端 图13测控站管理系统的结构模型 图13 中，数据传输设备(DTE) 通过局域网采集遥测终端、测角系统、测距/ 测速终端以及数据终端的数据，它还通过局域网将指挥控制中心的指令、测控计划发送到遥控指令终端。数据传输设备(DTE) 或通过简化的HDLC 链路,或通过局域网与中心机连接，成为中心机的对外通信控制器，此时的DTE 我们又称之为通信控制处理器(CCP) 。DTE 最后通过专用通信线路或邮电ATM 线路与指挥中心和测控中心连接,实现测控联网。指挥控制中心管理系统的主要作用是：接收测控网内各测控设备带时标的航天器数据，经处理得到轨道、姿态、航天器设备参数/ 状态以及一些专用目的的遥测、遥感数据、医学测量、生物实验、太空摄影等等；根据需要通过测控站向航天器发送遥控指令；对测控设备的运行参数、方式、状态和过程进行监测控制；接收测控网内各测控设备有关测试点的频谱及波形并以此为依据对测控设备的故障进行诊断等。图13 所 ATM公共网ATM交换机 虚拟仪器 数据传输设备 中心计算机 Etherner 操作终端显示器 图14：指挥控制中心管理系统结构模型示为指挥控制中心管理系统的结构模型。图14中，中心计算机根据各测控设备传送的航天器外测数据对航天器的轨道、姿态及控制量进行计算，对遥测、数传和遥感数据进行解包；频谱及有关波形数据通过数据传输设备送至虚拟仪器完成有数字信号至模拟信号的转换为有关专家提供设备的故障诊断信息。6航天测控网管理系统的性能测试在测控系统内部局域网采用总线型的以太网，在物理上采用集线器(HUB) 连接网上各计算机，似乎形成了以HUB 为中心的星型结构，实际上还是总线型。计算机之间采用点对点和广播两种方式兼有。在测控网内，各测控设备对指挥控制中心大多采用星型网络结构。计算机之间采用点对点的通信机制，在此我们建议采用信元交换技术，因为这种方式与以往采用的线路交换技术相比可以提高信道的利用率。在航天测控网管理系统基本构成的前提下，我们主要关心的是系统的性能。在交互式或实时应用中，主要关心的性能是响应时间。在其它情况下，吞吐率则成为主要问题。下面我们采用排队分析的方法对系统的性能进行研究。6.1 模型特征信息总数：我们假定信息总数是无限的。这意味着到达速率不会因为少了一些信息数而改变。如果信息总数是有限的，则可以到达的信息数就必须减去目前在系统中的信息数；这样，到达速率会成比例减小。连网和服务器可以在无穷信息数的假定下处理。队列大小：我们假定队列长度是无穷大。因此队列可以无限地增长。对于一个有限大小的队列来说,信息可能从系统中丢失。服务规则：我们采用基于优先级和FIFO 相结合的服务规则。6.2 队列模型在队列分析理论中，其模型包括:单服务员排队模型、多服务员排队模型和多个单服务员排队模型。根据航天测控网管理系统的具体特点，可采用图15 所示的一种排队模型，称之为复合型排队模型。针对图15定义如下与排队模型相关的一些重要参数。信息依某个平均速率(每秒到达的信息数)到达设备。在任何一个给定的时刻,一定数量的信息(零或更多) 将在队列中等待：平均等待信息数是W，而一个信息需要等待的平均时间是Tw 。服务员1服务员2服务员11服务员12服务员21服务员22到达图15：复合型排队模型Tw 是对于所有到来的信息取得的平均值，这包括那些根本没有排队的信息。“服务员”以平均服务时间Ts 的速率处理到来的信息,这段时间就是一个信息被交给“服务员”与该信息从“服务员”处离开之间的时间间隔。利用率是“服务员”忙碌的时间比例。它是在某一段时间上测量到的。另外，有两个参数是用于整个系统。系统中的平均信息数q，包括正在被服务的(如果有的话) 和等待的信息(如果有的话) ，一个信息在系统中停留的平均时间Tq，这包括等待时间和服务时间。若我们假设队列容量是无穷大的,那么就永远不会有信息从系统中丢失;它们在服务前最多只需要延迟一下。在这种情况下，离去速率就等于到达速率。随着到达速率(即经过系统的通信量速率) 的增加，系统的利用率增加,而拥塞也会增加。队列会变长从而增加了等待时间。当= 1 时，“服务员”就饱和了，它100 %的时间都在工作。因此，系统能够处理的最大的输入速率是： 6-16.3 性能分析由于某种原因，我们仅采用一些假设数据针对图8 进行如下的分析。对于指挥控制中心，来自公共网的数据通过一个局域网上的计算机将分组发到其它网络的系统。所有这些分组都必须经过一个连接这个局域网和一个广域网的路由器而发到外面的网络中。在此，我们关心的是局域网到路由器的通信量。如果：分组到达的平均速率是每秒5 个分组。平均分组长度是144字节，假定分组长度是指数分布。从路由器到广域网的线路速度是9600bit/ s。即有：TS = (144 字节8 比特/ 字节) / 9600 = 0. 12s=TS = 5 0. 12 = 0. 6Tq = TS / (1 - ) = 0. 3sq = = 1. 5 分组对于服从指数分布的服务时间，有： 6-2为了计算r %时间内的排队长度，有： 6-3这里， mq ( r) 表示r %时间内分组的最大数。对上式两端取对数可得： 6-4因此有：这就是说：90 %的时间排队中有少于4 个分组，95 %的时间排队中有少于5 个分组。若需要设计一个第95 %的标准，必须提供一个至少存储5 个分组的缓存。对于图14 中队列11 ，分组交换结点要传输两组话音信息数据流，假设两类分组的到达速率是相同的，且两种分组的长度都服从指数分布。第一组的平均长度是800 字节，服务时间是0. 1s ；第二组分组长度是80 字节，服务时间是0. 01s。两组分组的传输速率均为64kbit/ s。每类分组的到达速率是每秒8 个分组。现假设,给第二组分组分配更高的优先级。那么：由此看来,高优先级的分组得到比低优先级好得多的服务(对于队列12 的有相同的计算方法) 。结论B-ISDN 是国家信息基础的重要组成部分。ATM 作为B-ISDN 的核心技术，综合继承并发展了电路交换与报文交换的优点，具有速率可变，服务质量控制机制内含，拓扑结构灵活等多种优势，可支持帧中继、多兆位数字交换网等已有和正在发展中的技术，成为实现适应于多媒体传输的高性能局域网和广域网的重要技术。BISDN的创建是为了克服ISDN的某些局限，ISDN连接适合于家庭和小规模商业用户，而BISDN用作如广域网连接、电视会议、科学或医疗传输等高速数据传输。但是BISDN需要一个能够处理兆到千兆位信息的网络，这个网络可以利用电信服务。它的底部是光纤网（SONET）及异步传输模式（ATM）交换服务。 ATM是BISDN的交换技术，能够向BISDN用户提供对SONET光纤网的访问。ATM层所接收的信息被放入定长的报文分组中，在SONET网上编址并且传送。ATM可以在SONET网所连接的链路之间超高速交换这些报文分组。它充分利用了光缆的传输速度。 ATM是一项面向报文分组和多路复用服务，因而它能提供唯一将多节点的交换服务和来自不同源节点信息的多路复用相结合的服务。ATM不象时分多路复用，它在多路复用的流中设有专用时间片。这样，来自一个源节点的突发传送能够使用其它源节不用的时间片。ATM能够处理所有类型的信息，包括变长视频信息和局域网的突发传送信息。本文根据ISDN/ ATM 的理论，针对航天测控网管理系统的现状和未来航天测控任务的需求，作者对航天测控网管理系统的组成及性能进行了粗略的研究。这种研究对于航天测控网管理系统的发展具有一定的参考价值。参考资料1 马丁. 德. 谱瑞克著. 程时端,刘斌译. 异步传递方式宽带ISDN 技术. 北京:人民邮电出版社,1999. 11.2 贾世楼,王钢,杨铁军编著. ATM 技术与宽带综合业务网. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社. 1999. 43 卢锡城编著. ATM 网络原理与应用. 北京:电子工业出版社,1999. 9.4 William Stallings 著. 齐望东,薛卫娟等译. 高速网络TCP/ IP 和ATM 的设计原理. 北京:电子工业出版社1999. 12.5 W C Quan , E R Sive. POST2 2 0 0 0 Tactical Communication Systems for NATO J . IEEE Communications Magazine ,1995 .106 P F Sass , L Gorr. Communications for the Digitized Battlefield of the 21st CenturyJ . IEEE Communications Magazine ,1995 .107 胡广书. 数字信号处理- 理论算法与实现. 北京:清华大学出版社,1997.48 孙玉柱. 一种新型的全数字正交处理测距机. 北京:现代雷达,1999.59 蔡庆宇. 相控阵雷达数据处理及其仿真技术. 北京:宇航出版社,1997.610 李毅民等译. TMS320 第三代数字信号处理器用户指南. 中国科学院声学研究所语言与通信研究室,1998.811 TMS320C32 USERS GUIDE ADDENDUM TO THE TMS320C3X USERS GUIDE. TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATE ,1995.3致谢在此论文完成之际，我的心里充满了喜悦与感激。本论文是在导师的悉心指导下完成的。在论文的完成期间，导师给了我详尽的指导，提出了许多宝贵意见，无论是在理论学习阶段，还是在论文的开题，资料查询，研究和撰写的每一个环节，都倾注了导师的心血和汗水，在此，向导师表示最衷心的感谢，导师严谨的治学理念和一丝不苟的工作态度将是我在今后的工作和学习中效仿的楷模。感谢各位领导和老师，是他们用爱心和无私奉献给予我知识教会我做人。感谢与我朝夕相处的同学，是你们带给我快乐，在学习和生活中一直给予我帮助和支持，我的每一点进步都与你们分不开。在今后的学习和研究过程中，我会以更加丰厚的成果来答谢所有给予我关怀和帮助的老师，同学和朋友。袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁