多媒体通信技术第5章+多媒体通信用户接入+.ppt

第5章多媒体通信用户访问，5.1简介5.2基于局域网的访问5.3基于交互式电视网络的访问5.4基于电话网络的ADSL访问，5.1简介，从多媒体通信支持的角度看，广域网技术发展为三网融合。三网融合是指基于分组交换的数据网络、基于电路交换的电话网络和有线电视网络根据业务需要相互融合。三大网络的基础结构不同，很难整合每个应用程序。随着数据业务的增长，大量的语音和视频信息需要在数据网络中传输。三网融合解决了基于宽带IP网络的数据、语音和视频流的统一传输和资源调整问题，实现了多种应用程序的有机集成，在整个广域网中提供了优异的适应性、开放性和可扩展性。目前宽带IP网络技术在高速网络(如ATM、SONET、SDH和DWDM)的基础上取得了重要进展，可提供高达10Gb/s的传输速率。IPOverATM、IPOverSONET、IPOverSDH和IPOverDWDM等技术提供了基于IP的统一平台。网络还支持多媒体流的融合、网络资源调整、各种媒体流的无缝传输，以及QoS和特性化服务，以通过IPv6、RSVP和差别化服务等协议满足应用程序对网络服务质量的需求。宽带IP网络也是下一代互联网(internet 2)的核心技术。基于5.2 LAN的访问，基于图5.1 LAN的访问，5.3交互式电视网络的访问，配置为图5.2ITV网络，传输系统通常是光纤电缆混合(hybridfiber/coix，HFC)介质，光纤作为主干线，宽带同轴电缆作为入口线从前端到客户端，每个放大器必须是双向的，并且能够同时放大上行链路和下行通道的信号。这是将单向CATV网络转换为双向ITV网络的关键点之一。HFC的频谱分配为：5到500MHz，用于常规电话服务。用于CATV的500-550 MHz可以传输6-100方向的PAL标准模拟视频信号。550-750 MHz 400-way压缩数字通道；保持在750-1000 MHz之间，将来用作个人通信。用户终端主要包括电缆调制解调器(CableModem)和机顶盒(SetTopBox)，适用于不同的应用程序以满足不同的用户需求。有线调制解调器主要用于将计算机连接到ITV网络，一端连接到电视端盒，另一端连接到计算机，为计算机用户提供10Mb/s上行链路和10Mb/s下行链路的网络带宽。机顶盒连接各种终端设备，如模拟视频接口、数字视频接口、电话接口和计算机接口，以提供双向通道，使现有模拟电视正常观看电视节目，并允许其他终端设备访问ITV网络。此通道的传输速率取决于接口。5.3.1ITV网络协议、5.3.1.1网络拓扑、图5.3IEEE802.14网络结构，主线使用光纤/同轴电缆。采用同轴电缆的馈线；家庭线采用同轴电缆；前端到最远客户端的长度为80公里。最大级联放大器数为4 10。每个光纤可以连接的最大用户数为500到3000。5.3.1.2物理层协议基于实际有线电视网络的频率范围开发ITV网络的频带分配方案。例如，北美地区使用50 550mhz的频带发送NTSC标准模拟电视信号，下行信道频带为550750MHz，其中包括数字视频广播。上行链路信道采用低波特率和低频段，降低比特误码率。每个子网可以使用单独的光纤作为上行通道，并独占整个上行通道带宽。或者，多个子网可以使用一个光纤作为上行通道，并共享上行通道带宽。传输距离的长度会影响网络性能、光纤和同轴电缆的分布、活动设备的数量以及活动设备产生的噪音等。ITV是基于现有CATV系统构建的，因此ITV必须与现有CATV系统的设计标准兼容，如通道空间、系统性能等；用户终端的优缺点将直接影响网络系统的性能，家电的噪声、组件质量、安装过程和错误恢复过程等将直接影响物理层性能；在开发数字机顶盒等新用户终端时，必须考虑其他家电(如电视、录像机等)对物理层的影响。物理层必须具有容错功能，如故障诊断、传输控制、错误检查和故障隔离。灵活地利用空闲带宽提高传输速度。5.3.1.3MAC层协议MAC层协议定义在共享介质中从用户终端传输数据的方法和规范。有线电视网络是一种传输距离长、用户数量多、多种业务(视频、音频和数据)共存的分布式网络环境，MAC层协议充分满足了基于有线电视网络的用户传输需求，并提供以下功能：连接和无连接传输服务：面向连接的传输服务通过QoS支持，可以在建立连接时指定该连接所需的带宽、延迟和延迟抖动等要求。可以根据不同的业务类型动态分配带宽，并在同一服务级别平均分配带宽。支持多种传输模式，包括方向、多播和广播：可与ATM网络互连。IEEE802.14中定义的MAC协议称为MLAP(MacLevelAccessProtocol)，它仅用于ITV网络支持。该协议定义了上行链路和下行链路通道的信息格式、带宽请求和分配机制、竞争机制和同步机制。1 .基本原则确定MLAP对上游通道采用集中访问控制策略，从前端控制器集中计划、分配和计划上游通道的时间切片和带宽。前端控制器使用时分多路复用机制，将上行通道分为专用和竞争时间片两类。专用时间片是动态分配的，每个用户终端可以申请自己的专用时间片，在专用时间片内，用户终端可以不受干扰地传输数据。竞争时间片预分配并由所有用户终端共享使用，因此可能会发生冲突。当一个用户终端需要传输数据时，它首先利用竞争时间片向前端控制器发送带宽分配请求。前端控制器根据当前接收的单个用户带宽请求情况规划上行带宽，并根据用户的不同业务类型和QoS要求动态分配单个用户终端的专用时间片。然后，向通过下行信道发送请求的每个用户终端广播上行链路信道时间片分配信息。这样，每个用户终端就可以获得其自己的专用时间片，并依次使用专用时间片传输数据，而不会发生冲突。前端控制器在分配上行链路通道带宽时，可以按业务等级设置适当的优先级，并优先分配高优先级业务的带宽。在相同的优先级下公平分配带宽。在传输数据的过程中，数据封装在MLAP帧中，MLAP帧长度可变，ATM单元也可以封装在MLAP帧中，以便与ATM网络兼容。MLAP通过错误检测和恢复机制确保数据传输的准确性。一窝，二窝。通道访问控制MLAP集中控制前端控制器用于用户终端的上行通道，因此需要协商和协调前端控制器和用户终端之间上行链路通道的使用。MLAP将此协商和协调控制功能定义为协议原语，协议原语分为上行链路通道原语和下行链路通道原语两类，用户终端使用将相关信息发送到前端控制器上行链路通道原语，前端控制器使用将信息发送到用户终端的下行链路通道原语。所有协议原语必须按边界对齐8位。(1)上行链路通道基元US。REQ:请求用户终端用于向从竞争时间胶片传输的前端控制器请求专用时间板的原语。用于将数据帧从用户终端发送到前端控制器的专用设备。FRAME:数据帧基元(由于用户终端请求的时间切片是专用时间切片，因此数据帧通常使用专用时间切片发送)。用户终端还使用竞争时间片US。可以发送FRAME，但它将承载用户的带宽请求。(2)下行通道基元DS。SYNC:同步基元，前端控制器上的用户终端用于保持与前端控制器的时间同步的同步标志。半实物DS。ALLOC:分配基元、前端控制器开发的上行链路通道时间片分配方案、每个ALLOC基元对应于一个时间片，该时间片规定了该片的时间位置、要使用的用户、使用方法等。前端控制器是美国。用于响应REQ原语的DS。ACK:响应原语使用此US。表示使用竞争时间片的状态，包括描述REQ原语是否崩溃的信息。前端控制器用于向用户终端发送数据帧的驱动器，DS。FRAME:数据帧基元。DS。ACK:响应原语为美国。响应REQ原语，相应的US。指示REQ原语使用竞争时间片的操作状态，其中包含说明冲突情况的信息。定义下行通道数据帧传输的DS。FRAME:数据传输基元。(3)使用协议基元在用户终端和前端控制器之间通过上述协议基元协商和调整通道使用的过程，在：用户终端需要传输数据时，首先利用竞争时间片将US作为前端控制器。发送REQ原语以要求带宽分配。前端控制器确定竞争时间片是否发生冲突，DS。使用ACK原语，用户终端的US。响应REQ原语并包含描述冲突的信息。用户终端是DS。收到ACK原语后，说明自己的请求已被接受，如果未被接受，则说明发生了冲突，并使用竞争仲裁算法分解冲突。用户终端将推迟一段时间，直到请求被接受，然后US。发送REQ。前端控制器是DS。使用ALLOC原语向用户终端广播上行链路通道时间片分配，其中包含用户终端使用的专用时间片。用户终端在其自己的专用片内使用US。使用FRAME原语将数据帧传输到前端控制器。前端控制器是DS。使用FRAME原语向用户终端发送数据帧，5.3.1.4网络互连用户节点之间进行通信。通常，源节点通过上行链路通道将信息发送到前端，前端通过下行通道发送到目标节点，或广播到所有节点。但是，IEEE802.14协议没有定义节点间通信模式。前端节点之间的通信。在大型有线网络中，您可能需要执行各种任务，如电话、internet访问、数据库访问等，这需要通过前端节点之间的互连来交换信息。前端节点之间的互连可以通过SONET或ATM网络进行。5.3.2用户终端设备、5.3.2.1机顶盒用户使用电视显示服务提供商提供的服务项目菜单，以供选择。将用户的选择信息传递给服务提供商。为用户提供基本控制。例如，选择观看视频点播(VOD)节目时，可以进行快进、后退、暂停和缓出等控制。可以连接到电话、计算机等其他用户终端，提供双向信息交换功能。图5.4机顶盒功能图、5.3.2.2电缆调制解调器、图5.5电缆调制解调器功能框图、电缆调制解调器和电话网络中使用的电话调制解调器与：传输介质有很大区别。有线调制解调器使用同轴电缆连接到ITV网络，电话调制解调器使用双绞线连接到电话网络。载波频率不同。电缆调制解调器的载波工作频率高，上行链路信道的载波频率范围为5至42米Hz，下行信道的载波频率范围为550至750MHz。电话调制解调器的载波频率通常约为几十kHz。功能特性不同。电缆调制解调器除了提供调制解调器功能外，还提供ITV网络和与一个网桥相对应的计算机之间的数据存储转发功能。电话调制解调器仅提供调制解调器功能。通信协议不同。电缆调制解调器和计算机之间通常使用以太网接口连接，通信协议是CSMA/CD协议，使用ITV网络和802.14协议或UniLINK协议进行通信。电话调制解调器和计算机之间使用RS232C接口连接，通信协议是启动和关闭异步协议，电话网络之间使用ITU-TV系列建议的通信。通信速度不同。电缆调制解调器下行通道高达30Mb/s，上行通道高达10Mb/s。电话调制解调器的通信速度最高可达56kb/s。电缆调制解调器中常用的数字调制技术包括4相位调制(QPSK)调制和密钥移动控制交叉幅度调制(m-QAM，m=32，64，128)，)调制。在QPSK中，不同的拓扑具有不同的二进制代码：55，11，135，01，225，00，315表示10。通过载波的相位变化传输不同的数据信息，具有抗干扰能力强、调制效率低的缺点。上下通道的最大通信速度为10Mb/s。M-QAM中通过载波的幅度变化传输不同的数据信息的缺点是调制效率高，抗干扰能力低。下行通道的最大通信速度达到30Mb/s，上行通道的通信速度通常低于1Mb/s。ITV网络采用树型网络结构。实际上是总线形状网络的变体。这意味着很多用户终端必须共享有限的带宽。一行中用户激增会降低传输速度。数据显示，电缆调制解调器的实际操作速度为1-2 MB/s，甚至只有400-500 kb/s，不能达到理论传输速率(10Mb/s)。但是，它比当前常用的访问方法快得多，如电话调制解调器(56kb/s)、DDN专线(64kb/s)和ISDN(128kb/s)。通过HFC，您可以将现有CATV网络转换为双向ITV网络，并通过机顶盒或有线调制解调器将用户终端连接到ITV网络，从而集成家庭有线电视、internet访问和电话三个网络。基于5.4电话网络的ADSL访问，图5.