光纤网络通信技术

1、第九章第九章 光纤网络通信技术光纤网络通信技术主要内容：主要内容：1. 信息高速公路的概念信息高速公路的概念2. 同步数字系列同步数字系列3. 异步传输模式异步传输模式4. 光纤有线电视系统的设计示例光纤有线电视系统的设计示例第一节、信息高速公路的概念第一节、信息高速公路的概念信息高速公路：信息高速公路：1993年年9月，美国克林顿政府提出的月，美国克林顿政府提出的“国国家信息基础结构家信息基础结构(N)：行动计划：行动计划”， “国家信息基础结国家信息基础结构构”俗称为俗称为信息高速公路。信息高速公路。优点：优点：交互式、宽带（高速）、智能、个人的综合业务数交互式、宽带（高速）、智能、个人的

2、综合业务数字网，缩写为字网，缩写为IBIPISDN N的技术设施包括：的技术设施包括：应用信息系统和公用通信网络应用信息系统和公用通信网络。 应用信息系统应用信息系统包括：政府信息系统、金融信息系统、包括：政府信息系统、金融信息系统、科技教育信息系统，等等。科技教育信息系统，等等。 公用通信网络公用通信网络由交换节点、传输系统、终端设备组成由交换节点、传输系统、终端设备组成的智能网络。的智能网络。异步传输模式同步数字序列传输模式一、基本概念一、基本概念 光光同步数字传输网同步数字传输网（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）是有关通过物理（主要为光）的传输网络传送

3、适配的）是有关通过物理（主要为光）的传输网络传送适配的净荷（净荷（Payload）的标准化数字传送结构的一系列集。）的标准化数字传送结构的一系列集。 宽带网络的物理传输媒介是光纤宽带网络的物理传输媒介是光纤，SDH将成为宽带网络将成为宽带网络的骨干网，的骨干网，它它是一种全新技术体制，是一种全新技术体制，具有路由自动选择能力，具有路由自动选择能力，上下电路方便、维护、控制、管理功能强、标准统一、便于上下电路方便、维护、控制、管理功能强、标准统一、便于传输更高速率的业务等优点。传输更高速率的业务等优点。 SDH的推出使电视、图像、话音、数据以及数字微波传的推出使电视、图像、话音、数据以及数字微波

4、传输发生了重大改变。输发生了重大改变。SDH网络的引入和使用，就可以比较容网络的引入和使用，就可以比较容易地实现高智能的、高效的、维护功能齐全、操作运行廉价易地实现高智能的、高效的、维护功能齐全、操作运行廉价的信息高速公路。的信息高速公路。第二节第二节 同步数字序列同步数字序列1.1 PDH的缺陷的缺陷 以往的以往的准同步数字传输网络准同步数字传输网络(Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)系统已越来越不适应电信网的发展，因为系统已越来越不适应电信网的发展，因为PDH体制有以下固有的一些缺点。体制有以下固有的一些缺点。 (1)PDH标准不统一标准不统一 目

5、前世界上有三种异步复接体制目前世界上有三种异步复接体制(表表91)，三者互不，三者互不兼容，国际互联时必须进行转换。兼容，国际互联时必须进行转换。 另外，目前只有统一的电接口标准另外，目前只有统一的电接口标准(G.703)，而没有统，而没有统一的光接口标准，即使在同一种异步复接体制中，也不能一的光接口标准，即使在同一种异步复接体制中，也不能保证光接口的互通。保证光接口的互通。 二、二、 SDH的产生的产生六次群六次群（MbS-1）五次群五次群（MbS-1）四次群四次群（MbS-1）三次群三次群（MbS-1）二次群二次群（MbS-1）北美北美日本日本中国中国西欧西欧基群基群（MbS-1）国家或地

6、区国家或地区ch30048.2ch120448. 84ch480368.344ch1920264.1394ch7680992.5644chch307204.241536013.12ch24544.1ch96312. 64ch480064.325ch1440728.973ch576020.3974ch230405888. 14ch24544.1ch96312. 64ch672736.447chchch604843298064992.564124032176.2746chsGbsGb32256/4 . 2416128/13. 12表表9.1 世界各国商用光纤通信制式世界各国商用光纤通信制式 对于以

7、对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路数按为基础速率的制式，各次群的话路数按4倍递增，速率的关系略大于倍递增，速率的关系略大于4倍。倍。 对于以对于以1.544 Mb/s为基础速率的制式，在为基础速率的制式，在3次群以上，日本次群以上，日本和北美各国又不相同，和北美各国又不相同， 看起来很杂乱。看起来很杂乱。 PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源的，通常且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。采用正码速调整方法实现准同步复用。 1次群至次群至4次群接口比特率早在次群接口比特率早在1976年就实现了

8、标准化，并年就实现了标准化，并得到各国广泛采用。得到各国广泛采用。 PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。主要适用于中、低速率点对点的传输。可见：可见： 在这种形势下，现有在这种形势下，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有：主要有： (a) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。(b) 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。使网络设计缺乏灵活性。(c) 复接复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。分接设备结构复杂，上下

9、话路价格昂贵。 (2)PDH复用结构复杂复用结构复杂 要完成数字复接，各低速数字支路必须彼此同步，有两要完成数字复接，各低速数字支路必须彼此同步，有两种方法可以保证这一点：建立同步网种方法可以保证这一点：建立同步网 络和采用异步复接。络和采用异步复接。 在准同步网络中，各群次独立定时，因此高次群复接都在准同步网络中，各群次独立定时，因此高次群复接都采用以比特为单位的异步复接。异步复接实际上是通过两个采用以比特为单位的异步复接。异步复接实际上是通过两个步骤实现的：先用码速调整将各支路信息码流调整到速率、步骤实现的：先用码速调整将各支路信息码流调整到速率、相位都一致，然后进行同步复接。相位都一致，

10、然后进行同步复接。 一般采用正码速调速，这样在发送端就要插入一些码速一般采用正码速调速，这样在发送端就要插入一些码速调整比特，一路低速信号往往要经过多次码速调整，使得在调整比特，一路低速信号往往要经过多次码速调整，使得在高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号，要上下话路，高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号，要上下话路，只能采用一系列背靠背的复接器，将高次群信号一步步地解只能采用一系列背靠背的复接器，将高次群信号一步步地解复用到所要解出的低次群上，上下路后，再重新一步步地复复用到所要解出的低次群上，上下路后，再重新一步步地复用到高次群上。显然，这种异步复用方式结构复杂、成本高、用到高次群

11、上。显然，这种异步复用方式结构复杂、成本高、设备利用率低，硬件所占的成分大，因此很不灵活。设备利用率低，硬件所占的成分大，因此很不灵活。 图图 9.3 分插信号流程的比较分插信号流程的比较光/电光信号分接分接分接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s复接复接复接电/光光信号2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s(电信号)SDHADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口2 Mb/s(电信号)PDH 采用采用SDH分插复用器分插复用器(ADM)，可以利用软件一次直接分，可以利用软件一次直接分出和插入出和插入 2 Mb/s支路信号，十分简便。支

12、路信号，十分简便。 (3)PDH缺乏强大的网络管理功能缺乏强大的网络管理功能 在光纤通信系统中必须有辅助工作系统及相应的辅助在光纤通信系统中必须有辅助工作系统及相应的辅助信道，而目前的信道，而目前的PDH网络已很难挖掘出足够的辅助信道容网络已很难挖掘出足够的辅助信道容量，因为量，因为PDH网的运行、管理和维护主要采用人工数字交网的运行、管理和维护主要采用人工数字交叉连接和暂停业务进行测试的方法，因此帧结构中没有过叉连接和暂停业务进行测试的方法，因此帧结构中没有过多设置多设置OAM比特。比特。 现代通信网的发展要求网络管理功能越来越强。现代通信网的发展要求网络管理功能越来越强。网络网络管理功能的

13、缺乏使管理功能的缺乏使PDH网络已无法支持新一代电信网。网络已无法支持新一代电信网。要要在原有的技术体制中对在原有的技术体制中对PDH网进行修补已是得不偿失。网进行修补已是得不偿失。只只有进行根本的改革才是出路，于是就出现了光同步传输网。有进行根本的改革才是出路，于是就出现了光同步传输网。 SONET和和SDH的提出的提出 美国贝尔公司首先提出了美国贝尔公司首先提出了同步光网络同步光网络(SONET)，美国，美国国家标准协会国家标准协会(ANSI)于于20世纪世纪80年代制定了有关年代制定了有关SONET的国家标准。当时的的国家标准。当时的CCITT采纳了采纳了SONET的概念，进行的概念，进

14、行了一些修改和扩充，重新命名为同步数字体系了一些修改和扩充，重新命名为同步数字体系(SDH)，并，并制定了一系列的国际标准。制定了一系列的国际标准。 SDH和和SONET的基本原理完全相同，标准也兼容，的基本原理完全相同，标准也兼容，但还是略有差别但还是略有差别(附后附后表表)。 SONET的电信号称同步传递信号的电信号称同步传递信号STS(Synchronous Transport Signal)，光信号称光载体，光信号称光载体OC(Optical Carrier Level)，它的基本比特率是，它的基本比特率是51.840 Mbps；SDH的基本速率的基本速率 为为 155.520 Mbp

15、s，其速率分级名称为，其速率分级名称为同步传递模块同步传递模块STM (Synchronous Transport Module)。SDH的优点的优点(与与PDH相比相比)： (1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级最低的等级也就是最基本的模块称为也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为，传输速率为155.520 Mb/s； 4个个STM-1 同步复接组成同步复接组成STM-4，传输速率为，传输速率为622.080 Mb/s； 16个个STM-1 组成组成STM-16, 传输速率为传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。，以此类

16、推。 (2) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，因此， 光光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。 标标准的光接口综合进各种不同的网络单元，准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件，降低了简化了硬件，降低了网络成本。网络成本。 (3) 在在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维维护和管理。护和管理。便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。管理功能。 (4) 采用采

17、用SDH，不必进行码速调整，简化了复接分接的，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备。实现设备。由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。低速信号，不必逐级进行。 (5) 采用数字交叉连接设备采用数字交叉连接设备DXC，可以对各种端口速率，可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化调度和管理。进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化调度和管理。既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。 SDH采用了采用了DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种后，大大

18、提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。水平。SDHSDHSONETSONET等级等级速率速率( (Mbps)Mbps)速率速率( (Mbps)Mbps)等级等级51.84051.840STMSTM1 1OC-1OC-1STMSTM1 1155.520155.520155.520155.520STMSTM3 3OC-3OC-3466.560466.560STMSTM9 9OC-9OC-9STMSTM4 4622.080622.080622.080622.080STMSTM1212OC-12OC-12

19、933.120933.120STMSTM1818OC-18OC-181244.1601244.160STMSTM2424OC-24OC-241866.2401866.240STMSTM3636OC-36OC-36STMSTM16162488.3202488.3202488.3202488.320STMSTM4848OC-48OC-48STMSTM64649953.2809953.2809953.2809953.280STMSTM192192OC-192OC-192 SDH网的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能、非常灵活的网络，这体现在以下几

20、个方面。网管功能、非常灵活的网络，这体现在以下几个方面。(1)支持多种业务支持多种业务 SDH的复用结构中定义了多种容器的复用结构中定义了多种容器C和虚容器和虚容器VC，各种业务只要装入虚容器就可作为一个独立各种业务只要装入虚容器就可作为一个独立 的实体在的实体在SDH网中进行传送。网中进行传送。C、VC以及联和复帧结构的定义使以及联和复帧结构的定义使SDH可以灵活地支持多种电路可以灵活地支持多种电路 层业务，包括各种速率的层业务，包括各种速率的异步数字系列、异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及将来可能等，以及将来可能出现的新业务。另外，段开销中大量的备用通道也增强了出现的新业务。

21、另外，段开销中大量的备用通道也增强了SDH网的可扩展性。网的可扩展性。SDH的这种灵活性和可扩展性的这种灵活性和可扩展性 使它使它成为宽带综合业务数字网理所当然的基础传送网络。成为宽带综合业务数字网理所当然的基础传送网络。 SDH的优势的优势(2)迅速、灵活地更改路由，具有很强的生存性迅速、灵活地更改路由，具有很强的生存性 PDH中改变网络连接要靠人工更改配线架的接线，中改变网络连接要靠人工更改配线架的接线，耗时长、成本高且易出错。在耗时长、成本高且易出错。在SDH网中，大规模采用软网中，大规模采用软件控制，通过软件就可以控制网络中的所有交叉连接设件控制，通过软件就可以控制网络中的所有交叉连接

22、设备和复用设备，需要改变备和复用设备，需要改变 路由时，通过软件更改交叉连路由时，通过软件更改交叉连接设备和分插复用器的连接，只要几秒钟就可灵活地重接设备和分插复用器的连接，只要几秒钟就可灵活地重组网络。组网络。 特别是特别是SDH的自愈环，在某条链路出现故障时，的自愈环，在某条链路出现故障时，可以迅速地改变路由，从而大大提高了可以迅速地改变路由，从而大大提高了SDH网网 的可靠性。的可靠性。(3)定义了标准的网络接口和标准网络单元。定义了标准的网络接口和标准网络单元。提高了不同提高了不同厂商之间设备的兼容性，使组网时厂商之间设备的兼容性，使组网时 有更大的灵活性。有更大的灵活性。 三、三、

23、SDH的的NNINNI及帧结构及帧结构 网络节点接口网络节点接口(NNI：Network Node Interface)网络节网络节点之间的接口。点之间的接口。在实际中也可看成是传输设备与网络节点之间在实际中也可看成是传输设备与网络节点之间的接口。的接口。 图图94给出了一种可能的网络配置，以说明网络节点接给出了一种可能的网络配置，以说明网络节点接口的位置。规范一个口的位置。规范一个统一的统一的NNI标准标准，应使它不受限于特定的应使它不受限于特定的传输媒质，不受限于网络节点所完成的功能，同时对局间通信传输媒质，不受限于网络节点所完成的功能，同时对局间通信或局内通信的应用场合也不加限定。或局内

24、通信的应用场合也不加限定。 图图 9-4SDHSDH的网络节点接口的网络节点接口NNI的基本特征是：的基本特征是：具有国际标准化具有国际标准化的接口速率和信号帧结构。的接口速率和信号帧结构。 NNI标准化的优势：标准化的优势：(a) 可以使可以使3种地区性种地区性PDH系列在系列在SDH网中实现统一；网中实现统一；(b) 而且在建设而且在建设SDH网和开发应用新设备产品时可使网网和开发应用新设备产品时可使网络节点设备功能模块化、系列化；络节点设备功能模块化、系列化；(c) 能根据电信网络中心规模大小和功能要求灵活地进行能根据电信网络中心规模大小和功能要求灵活地进行网络配置，从而使网络配置，从而

25、使SDH网络结构更加简单、高效和网络结构更加简单、高效和灵活，并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。灵活，并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。四、四、SDH同步复用原理及帧结构同步复用原理及帧结构同步复用原理：同步复用原理： 把多个低阶通道的信号适配进高阶通道层，以及把多个高把多个低阶通道的信号适配进高阶通道层，以及把多个高阶通道层适配进阶通道层适配进STM-1（N）的过程。）的过程。 图图 9- 5SDH帧结构帧结构 STM1的帧结构的帧结构(右右图图)，其其比特率为比特率为155. 520Mbps，帧长为，帧长为125s，因此一帧包括，因此一帧包括19 440比特，比特，即即2430字节

26、。如图字节。如图排列成排列成9行行270列列，发送顺序为，发送顺序为从左至右从左至右；从上从上至下至下依次发送。依次发送。 每行的前每行的前9个字节个字节(前前9列列)，共共81字节中放置了段开销字节中放置了段开销(SOHSection Over head)和管理单元和管理单元指针指针(AU PTR) 每行的后每行的后261个字节构成了信个字节构成了信息净负荷区息净负荷区(Payload)，其中有，其中有9字节为通道开销字节为通道开销(POHPath Overhead)。图图96（1 1）把多个同等级的相）把多个同等级的相同支路单元、支路单元同支路单元、支路单元组、管理单元及管理单组、管理单元

27、及管理单元组集装元组集装(复用复用)起来构成起来构成一个大型集装箱；一个大型集装箱；（2 2）利用管理单元指针）利用管理单元指针指明地址，然后再附上指明地址，然后再附上段开销，便于在运营段段开销，便于在运营段上进行运行中的操作维上进行运行中的操作维护和管理；护和管理；（3 3）各种信息将十分灵）各种信息将十分灵活、方便、准确、可靠活、方便、准确、可靠地被送往目的地。地被送往目的地。图图96 复用结构的过程复用结构的过程SDH的复用过程的复用过程集装箱运输集装箱运输SDH的复用过程的复用过程 为便于理解为便于理解SDH的复用结构，现用集装箱运载货物作的复用结构，现用集装箱运载货物作比喻，如图比喻

28、，如图96所示。所示。 将容器视为运输用的将容器视为运输用的标准包装箱标准包装箱C ，C-n表示不同的表示不同的容量规格容量规格，以便能适配装进，以便能适配装进PDH的各种物品的各种物品(信息信息)，在容器，在容器的包封上面附上称作的包封上面附上称作通道开销通道开销(POH)的一些码字，如此处的一些码字，如此处理后的箱体称为理后的箱体称为虚容器虚容器(VC)。而包封上的。而包封上的POH只是用来指只是用来指示箱内物品在端到端运送过程中的状态、性能以及装载情示箱内物品在端到端运送过程中的状态、性能以及装载情况等，因而是为运营者操作维护而设。况等，因而是为运营者操作维护而设。 在虚容器基础上在虚容

29、器基础上再附上指针再附上指针(PTR)就构成就构成支路单元支路单元(TU)或管理单元或管理单元(AU)。PTR是用来指明虚容器在支路单元内或是用来指明虚容器在支路单元内或在在STM帧结构内的准确位置，根据帧结构内的准确位置，根据PTR所指示的地址可以所指示的地址可以实现灵活转移实现灵活转移VC，或在需要时直接取下，或在需要时直接取下(或插入或插入)物品而不物品而不必拆卸整车物资。必拆卸整车物资。 SDH网同步结构采用网同步结构采用主从同步主从同步方式，方式，即要求所有网络单即要求所有网络单元时钟都能最终跟踪到全网的基准主时元时钟都能最终跟踪到全网的基准主时 钟。钟。 SDH网同步方式一般有网同

30、步方式一般有网同步方式、伪同步方式、准同网同步方式、伪同步方式、准同步方式步方式等三种。等三种。 局内同步分配一般用星形拓扑，即局内所有时钟由本局最局内同步分配一般用星形拓扑，即局内所有时钟由本局最高质量的时钟获取定时，只有高质量的时钟由外部定时同步。高质量的时钟获取定时，只有高质量的时钟由外部定时同步。获取的定时由获取的定时由SDH网络单元经同步链路送往其他的局域网络单网络单元经同步链路送往其他的局域网络单元。元。 由于由于TU(支路单元支路单元)指针调整引起的抖动会影响时钟性能，指针调整引起的抖动会影响时钟性能，因而不再推荐在因而不再推荐在TU内传送的一次群信号作为局间同步分配，内传送的一

31、次群信号作为局间同步分配，而直接用而直接用STMN传送同步信息。局间同步分配一般采用树形传送同步信息。局间同步分配一般采用树形拓扑。拓扑。五、五、SDH的网同步的网同步六、 SDH的拓扑结构的拓扑结构 自愈环的作用是提高网络的生存性，即在无人工自愈环的作用是提高网络的生存性，即在无人工参与的情况下，网络能及时地发现错误，并能在极短参与的情况下，网络能及时地发现错误，并能在极短的时间内自动恢复承载的业务，而用户根本感觉不到的时间内自动恢复承载的业务，而用户根本感觉不到网络的故障。自愈环的结构有许多种，主要有路由保网络的故障。自愈环的结构有许多种，主要有路由保护、二纤单向环、二纤双向环和利用护、二

32、纤单向环、二纤双向环和利用DXC保护的自愈保护的自愈环。环。 路由保护即采用主备份路由，这要求两条光纤在路由保护即采用主备份路由，这要求两条光纤在地理位置上是分开的，因此铺设成本高，而且这种方地理位置上是分开的，因此铺设成本高，而且这种方法只能对传输链路进行保护，而无法对网络节点的失法只能对传输链路进行保护，而无法对网络节点的失效进行保护，所以只能适用于两点间有稳定的较大业效进行保护，所以只能适用于两点间有稳定的较大业务量的点到点保护。务量的点到点保护。 自愈自愈 SDH的拓扑结构的保护的拓扑结构的保护第三节第三节 异步传输模式异步传输模式(ATM) 近年来随着程控时分交换和时分复用的发展，电

33、信网中的传近年来随着程控时分交换和时分复用的发展，电信网中的传输、复用和交换这三个部分已越来越紧密地联系在一起了，开始输、复用和交换这三个部分已越来越紧密地联系在一起了，开始使用传递使用传递(transfer mode)来统一描述。目前通信网上的传递方式来统一描述。目前通信网上的传递方式可分为可分为同步传递方式同步传递方式(STM)和和异步传递方式异步传递方式(ATM)两种。两种。STM：如如ISDN（综合业务网）（综合业务网）用户线路上的数字电话网中的数用户线路上的数字电话网中的数字复用等级，属于此方式。特点是字复用等级，属于此方式。特点是在由在由N路原始信号复合成的时路原始信号复合成的时分

34、复用信号中，各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现。分复用信号中，各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现。所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。ATM：各路原始信号不一定按照一定时间间隔周期性地出现，因各路原始信号不一定按照一定时间间隔周期性地出现，因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。例如采用在信元前附加信头的标志就是异步传递方式。宽带例如采用在信元前附加信头的标志就是异步传递方式。宽带ISDN中中ATM信元的信头就是一个例子。信元的信头就是一个例

35、子。ATM与与STM传输方式示意图如下所示。传输方式示意图如下所示。图图STMATM 现代通信网中广泛使用的是现代通信网中广泛使用的是电路交换和分组交换两电路交换和分组交换两种方式种方式。电路交换方式适用于电话业务。分组交换适用。电路交换方式适用于电话业务。分组交换适用于数据业务。于数据业务。 ATM信元中承载的是宽带综合业务，既有电话业信元中承载的是宽带综合业务，既有电话业务、数据业务，还有其他业务。务、数据业务，还有其他业务。ATM采用的是采用的是ATM交交换方式，这种新的交换方式，它既像电话交换方式那样换方式，这种新的交换方式，它既像电话交换方式那样适用于电话业务，又像分组交换方式那样适

36、用于数据业适用于电话业务，又像分组交换方式那样适用于数据业务，并且还能适用于其他业务。务，并且还能适用于其他业务。 电路交换是以电路连接为目的的交换方式。电路交换是以电路连接为目的的交换方式。电路交电路交换的过程，就是在通信时建立电路的连接，通信完毕时换的过程，就是在通信时建立电路的连接，通信完毕时断开电路。至于在通信过程中双方是否在互相传送信息，断开电路。至于在通信过程中双方是否在互相传送信息，传送什么信息，这些都与交换系统无关。传送什么信息，这些都与交换系统无关。二、二、 ATM与电路交换和分组交换的比较与电路交换和分组交换的比较电路交换方式最大的缺点就是电路利用率低。电路交换方式最大的缺

37、点就是电路利用率低。 在电话通信由于讲话双方总是一个在说，一个在听，在电话通信由于讲话双方总是一个在说，一个在听，因此电路空闲时间大约是因此电路空闲时间大约是50%，如果考虑到讲话过程中的，如果考虑到讲话过程中的停顿，空闲时间还要多。停顿，空闲时间还要多。 当把电路交换方式用在计算机通当把电路交换方式用在计算机通信中，由于人机交互信中，由于人机交互(键盘输入、阅读观察屏幕输出等键盘输入、阅读观察屏幕输出等)时时间长，电路空闲的时间比间长，电路空闲的时间比50%还大，甚至可高达还大，甚至可高达90%。 分组交换分组交换是以信息分发为目的，把从输入端进来的数是以信息分发为目的，把从输入端进来的数据

38、分组，根据其标志的地址域和控制域，把它们分发到各据分组，根据其标志的地址域和控制域，把它们分发到各个目的地，而不是以电路为目的的交换方式。个目的地，而不是以电路为目的的交换方式。 分组交换是把信息分为数据组，并且需要在每个信息分组交换是把信息分为数据组，并且需要在每个信息分组中增加信息头及信息尾，表示该段信息的开始及结束，分组中增加信息头及信息尾，表示该段信息的开始及结束，还要加上地址域和控制域，表示这段信息的类型和送往何还要加上地址域和控制域，表示这段信息的类型和送往何处；加上错误校验码以检验传送中发生的错误。处；加上错误校验码以检验传送中发生的错误。 可见，可见，电路交换只管电路而不管电路

39、上传送的信息。电路交换只管电路而不管电路上传送的信息。电路交换的主要电路交换的主要缺点是在通信过程中独占一条信道。缺点是在通信过程中独占一条信道。 分组交换则对传送的信息进行管理。分组交换则对传送的信息进行管理。 分组交换中，交换机根据数据分组上的地址域来确定分组交换中，交换机根据数据分组上的地址域来确定送到目的地，送到目的地，优点是可以有许多个通信过程共享一个信道。优点是可以有许多个通信过程共享一个信道。 分组交换却具有信息传送的随机时延的缺点。分组交换却具有信息传送的随机时延的缺点。 因为在电路交换中，如果电路忙，呼叫就被拒绝，只因为在电路交换中，如果电路忙，呼叫就被拒绝，只要电路一旦连通

40、，就可以随时把信息传送过去。在分组交要电路一旦连通，就可以随时把信息传送过去。在分组交换中，其共享的电路有时可能很空，信息可以马上就传送换中，其共享的电路有时可能很空，信息可以马上就传送过去，有时可能很忙，信息就要在分组交换机中排队等候，过去，有时可能很忙，信息就要在分组交换机中排队等候，排队的长度和等候时间是由电路的忙闲来决定的，这就是排队的长度和等候时间是由电路的忙闲来决定的，这就是不确定的随机时延。不确定的随机时延。 电路交换、分组交换和电路交换、分组交换和ATM交换方式的比较交换方式的比较 优优 点点 缺缺 点点电路交换电路交换1 1适合固定速率的业务。适合固定速率的业务。2 2没有接

41、入时延。没有接入时延。1 1信息速率种类较少。信息速率种类较少。2 2网络资源及电路利用率不网络资源及电路利用率不 高高分组交换分组交换1 1适合可变速率的业务。适合可变速率的业务。2 2通过合并若干个分组，通过合并若干个分组， 可以达到各种速率可以达到各种速率 1 1由于时延大，不适合实时由于时延大，不适合实时 业务。业务。2 2可变的分组长度增加了处可变的分组长度增加了处 理成本。理成本。ATMATM交换交换1 1通过给一个逻辑连接分配通过给一个逻辑连接分配 若干个信元，可以达到各若干个信元，可以达到各 种速率。种速率。2 2可以更好地利用网络资源，可以更好地利用网络资源，如动态容量分配，

42、统计复用如动态容量分配，统计复用等不同速率的连接。等不同速率的连接。1 1面向分组，对于实时业务面向分组，对于实时业务 需要附加的机制。需要附加的机制。2 2分组装拆会引起一些时延。分组装拆会引起一些时延。三、三、 ATM的信元结构的信元结构 ATM信元结构如下图所示。信元结构如下图所示。其中其中UNI为用户网络为用户网络接口；接口；NNI为网络节点接口；为网络节点接口；GFC为一般流量控制域；为一般流量控制域；VPI为虚路径为虚路径 标识符；标识符；VCI为虚通道标识符；为虚通道标识符；PT为净荷为净荷类型，即后面类型，即后面48个字节信息域的信息类型；个字节信息域的信息类型；RES为保留为

43、保留位，可以用作将来扩展定义，现在指定它恒为位，可以用作将来扩展定义，现在指定它恒为0；CLP为为信元丢弃优先权，在发生信元冲突时，信元丢弃优先权，在发生信元冲突时，CLP用来说明该用来说明该信元是否可以丢掉；信元是否可以丢掉；HEC为信头校验码，检验多项式，为信头校验码，检验多项式，这个字节用来保证整个信头的正确传输。这个字节用来保证整个信头的正确传输。 ATM的信元结构的信元结构 来自不同信息源的信元在缓冲器排队，速率高的频繁；速率来自不同信息源的信元在缓冲器排队，速率高的频繁；速率低的稀疏，但都在排队。队列的输出是根据信号到达的快慢随机低的稀疏，但都在排队。队列的输出是根据信号到达的快慢

44、随机插入到插入到ATM复用线上。复用线上。 如果排完了所有信元，将有未分配信元，即空闲信道。如果如果排完了所有信元，将有未分配信元，即空闲信道。如果排满了所有信元，后来的将进入缓冲区，优先级低的信元将丢失。排满了所有信元，后来的将进入缓冲区，优先级低的信元将丢失。ATM在模拟电视系统中的应用在模拟电视系统中的应用UNI: 用户网络接口用户网络接口; SNI: 业务结点接口业务结点接口; ONU： 光网络单元光网络单元; OLT: 光线路终端光线路终端图图 模拟光网络模拟光网络(APON)模型结构模型结构 PSTN/ISDN SNB-ISDN SN非非ATM SN( (视频服务器）视频服务器）非

45、非ATM SN( (IP 路由器）路由器）OLTONUATM-PONSNIUNI ONU: 光网络单元光网络单元 MUX: 复用器复用器; VOD: 视频点播视频点播 图图 一个一个APON系统结构系统结构 译码译码器器信元信元装拆装拆通道选择控制通道选择控制计算机计算机电话电话ATM接口接口信元装拆信元装拆MUXPONLTPONLTATMMUX节目节目选择选择分支分支ATM接口接口ATM MUXATM接口接口供住宅用户使用供住宅用户使用前端切换装置前端切换装置计算机计算机ATM接口接口信元装拆信元装拆MUXPONLT供商业用户使用供商业用户使用LANPBXPONLTATMMUX150 Mb/

46、s 接口插件接口插件150 Mb/s 接口插件接口插件信元信元装拆装拆接接口口V-接接口口ATM接口接口OLTCATV中心中心专用线专用线交换机交换机标准接口标准接口150 Mb/s1.55 m mm1.31 m mmIP 路由器路由器VOD 服务器服务器ONUONU6 Mb/s 图为一个图为一个ATMPON系统结构，系统结构， 该系统为各种业务提供该系统为各种业务提供ATM标准的接入平台。标准的接入平台。 交换结构将决定交换结构将决定ATM网络的规模和性能，其设计方网络的规模和性能，其设计方法将影响它的吞吐量、信元阻塞、信元丢失以及交换延法将影响它的吞吐量、信元阻塞、信元丢失以及交换延迟等。

47、交换机路由来自输入端口的信元到输出端口的方迟等。交换机路由来自输入端口的信元到输出端口的方法。交换机性能和扩展法。交换机性能和扩展 特性、支持广播和多点转发的能特性、支持广播和多点转发的能力等都取决于交换结构。力等都取决于交换结构。 交换机主要功能是提供将来自输入端口的信元快速交换机主要功能是提供将来自输入端口的信元快速有效地路由到输出端的方法。而有效地路由到输出端的方法。而ATM交换机将进行单个交换机将进行单个信元的输入处理，信头的转换以及信元输出处理，以确信元的输入处理，信头的转换以及信元输出处理，以确保信头按输出端口要求转换和信元进入合适的物理链路。保信头按输出端口要求转换和信元进入合适

48、的物理链路。交换设计可分为下列两大类：交换设计可分为下列两大类： 时分交换结构：包括共享存储和共享总线；时分交换结构：包括共享存储和共享总线； 空分交换结构：包括空分交换结构：包括Banyan、Delta以及循环交换。以及循环交换。 四、四、 ATM交换结构交换结构五、五、ATM的标准的标准 宽带业务的发展，尤其是宽带宽带业务的发展，尤其是宽带ISDN的建立，其传输的建立，其传输的基础是同步数字体系的基础是同步数字体系(SDH)，其交换，其交换 的基础就是的基础就是ATM，所以所以ITUT在制定在制定BISDN的标准中，就开始涉及一些的标准中，就开始涉及一些ATM的标准，如的标准，如ATM的的

49、 基本原理建议基本原理建议I-150，ATM层技层技术规范建议术规范建议I-361，ATM信元传递性能建议信元传递性能建议I-351等。等。 除了除了IT UT制定制定ATM的一些建议标准外，的一些建议标准外，欧洲电信欧洲电信标准化委员会标准化委员会(ETSI)和和ATM论坛也制定了一些建议标准。论坛也制定了一些建议标准。 ATM论坛于论坛于1991年成立，全世界已有年成立，全世界已有400个以上成员个以上成员参加，参加，它是一个全球的非盈利性的组织，宗旨是通过运营它是一个全球的非盈利性的组织，宗旨是通过运营与生产的合作加速与生产的合作加速ATM产品和服务标准等的研究与开发。产品和服务标准等的

50、研究与开发。由于由于ATM是一个崭新的，正在不断发展的技术，许多标是一个崭新的，正在不断发展的技术，许多标准尚待制定和完善，目前已有的标准如下表所示。准尚待制定和完善，目前已有的标准如下表所示。 标准提出部门标准提出部门标准内容标准内容 ITU ITUT T（原（原CCI TT)CCI TT)ETSIATMATM用户网络接口用户网络接口(UNI)(UNI)物理层物理层I I413413I I432432Pr ETS 300 299Pr ETS 300 299Pr ETS 300 300Pr ETS 300 300UNIUNI规范规范(3.0(3.0版本，版本，19931993年年9 9月月)

51、)资源管理及业务量控制资源管理及业务量控制I I432432DEDENANA5280752807Pr ETS 300 301Pr ETS 300 301UNIUNI规范规范(3 (3 0 0版版本，本，19931993年年9 9月月) )ATMATM自适应层自适应层( (AAL)AAL) I I362362 I I363363DEDENANA52617(AAL1)52617(AAL1)DEDENANA5 2618(AAL35 2618(AAL34)4)DEDENANA52619(AAL5)52619(AAL5)DEDENANA5262052620运行及维护运行及维护( (OAM)OAM)网路管

52、理网路管理 I I610610DEDENANA5220952209DTRDTRNANA5220452204DEDENANA5280652806在制定中在制定中信令信令( (UNI)UNI)Q Q93B93B( (基本信元基本信元) )Q Q9393* * * *( (超级业务超级业务) )DEDESPSSPS5024 (5024 (基本信元基本信元) )DEDESPCSSPCS5034(5034(超级业务超级业务) )UNIUNI规范规范(3.0(3.0版版本，本，19931993年年9 9月月) )信令信令AALAALQ QSAAL0SAAL0Q QSAAL1(SSCOP)SAAL1(SSC

53、OP)Q QSAAL2 (SSCF)SAAL2 (SSCF)DEDESPSSPS50265026 1 1DEDESPSSPS50265026 2 2UNIUNI规范规范(3.0(3.0版版本，本，19931993年年9 9月月) )ATMATM上的无连接数据业务上的无连接数据业务I I364364DTRDTRNANA5320353203DEDENANA5320553205DEDENANA5320653206B BICIICI规范规范(1.0(1.0版本，版本，19931993年年8 8月月) )ATMATM由的帧中继由的帧中继I I555555I I3653651 1DEDENANA53204

54、53204B BICIICI规范规范(1 0(1 0版本，版本，19931993年年8 8月月) )第四节第四节 有源光网络有源光网络 在一些土地辽阔的国家，用户线有时比较长，在接入网中也在一些土地辽阔的国家，用户线有时比较长，在接入网中也用用有源光网络有源光网络(AON)。 一般有源光网络属于一点到多点光通信系统，按其传输体制一般有源光网络属于一点到多点光通信系统，按其传输体制可分为可分为PDH和和SDH两大类。两大类。 通常有源光网络采用星形网络结构，通常有源光网络采用星形网络结构， 它将一些网络管理功能它将一些网络管理功能(如倒换结口、宽带管理如倒换结口、宽带管理)和高速复分接功能和高速

55、复分接功能在远端终端中完成，端局在远端终端中完成，端局和远端间通过光纤通信系统传输，然后和远端间通过光纤通信系统传输，然后再从远端将信号分配给用户。再从远端将信号分配给用户。 图图 光接入网的参考配置光接入网的参考配置ONUONUODNOLTAFaS/RR/ST业务结业务结点功能点功能ONUONUODTOLTAF业务结业务结点功能点功能(AON)UNI(PON)SNI接入网系统管理功能接入网系统管理功能Q3用户侧用户侧接入链路群接入链路群网络侧网络侧V如图所示，有源光网络由如图所示，有源光网络由OLT(Optical Line Terminal；OLT)、ODT、ONU(Optical Net

56、work Unit)，和光纤传输线路构成，和光纤传输线路构成，ODT可以是一个有源复用设备，远端集中器可以是一个有源复用设备，远端集中器(HUB)，也可为一个环网。，也可为一个环网。光纤同轴电缆混合网光纤同轴电缆混合网(HFC) 接入网除了电信部门的环路接入网以外，还有广播电视接入网除了电信部门的环路接入网以外，还有广播电视部分的部分的CATV接入网。接入网。 随着社会的发展，要求在一个随着社会的发展，要求在一个CATV网内能够传送多种网内能够传送多种业务并且能够双向传输，为此一种新兴的业务并且能够双向传输，为此一种新兴的光接入网光接入网HFC(Hybrid Fiber Coax)网应运而生。

57、网应运而生。 从传统的同轴电缆从传统的同轴电缆CATV网到网到HFC网，经历了单向光纤网，经历了单向光纤CATV网，双向光纤网，双向光纤CATV网最后发展到网最后发展到HFC网。网。HFC网的基本原理网的基本原理 在双向光纤在双向光纤CATV网的基础上，根据光纤的宽频带特性，网的基础上，根据光纤的宽频带特性，用空余的频带来传输话音业务、数据业务或个人信息，以充用空余的频带来传输话音业务、数据业务或个人信息，以充分利用光纤的频谱资源。分利用光纤的频谱资源。图图 8.30 HFC原理图原理图 前前 端端HDT光光纤纤结结点点抽头抽头ISU18用户用户同轴分配网同轴分配网同轴电缆同轴电缆光纤光纤IS

58、UHFC的原理：由前端出来的视频业务信号和由电信部门中心局出来的电信的原理：由前端出来的视频业务信号和由电信部门中心局出来的电信业务信号在业务信号在主数字终端主数字终端(HDT)处混合在一起，调制到各自的传输频带上，通处混合在一起，调制到各自的传输频带上，通过光纤传输到光纤结点，过光纤传输到光纤结点， 在光纤结点处进行光在光纤结点处进行光/电转换后由同轴电缆分配到电转换后由同轴电缆分配到每个用户。每个光纤结点能够服务的用户数大约每个用户。每个光纤结点能够服务的用户数大约500个左右。个左右。 1. HFC系统的频谱安排系统的频谱安排 HFC采用副载波频分复用方式。采用副载波频分复用方式。其频谱

59、安排目前国际上其频谱安排目前国际上还没有统一标准，但在实际应用中存在一种趋势：还没有统一标准，但在实际应用中存在一种趋势：HFC系统系统有有750 MHz系统，系统， 也有也有1000 MHz系统，其频率资源采用低分系统，其频率资源采用低分割分配方案，将下行和上行的各种业务信息划分到不同的频段，割分配方案，将下行和上行的各种业务信息划分到不同的频段， 如图如图8.31所示。所示。通常安排通常安排50750 MHz(或或1000 MHz)为下行通为下行通道道；540 MHz为上行通道为上行通道。 50550 MHz这段频谱用来传输模拟电视，对于这段频谱用来传输模拟电视，对于PAL制式制式每个信道

60、的频带为每个信道的频带为8 MHz，这段频谱能传输，这段频谱能传输(550-50)860信信道的模拟电视。道的模拟电视。图图 HFC系统频谱安排系统频谱安排 0542 505507501000话音数据等话音数据等非广播业务非广播业务模拟电视模拟电视数字电视数字电视话音或数据话音或数据个人通信个人通信MHz 550750 MHz这段频谱用来传输数字电视，也可以用其中一部分来传输数字电视，另一部分来传输下行电话和数据信号。 530 MHz这段频谱用来传输上行电话信号， 由于每个光纤结点能服务的用户数约为500个，所以每个用户的上行回传信道频带为25 MHz500=50 kHz；也有另一种分配上行频