楼宇智能化技术应用

1、楼宇智能化技术应用第一章 信息传输网络技术第一节 功能及传输对象 第二节 网络传输介质 第三节 网络技术基础第四节 通信网络(广域网) 第一节 功能及传输对象一、网络的基本功能二、数据与信号三、模拟传输和数字传输一、 网络的基本功能 楼宇的信息传输是楼宇智能化的基础功能，信息传输网络是智能楼宇的神经系统，它不仅能实现话音通信，而且能实现话音、数据、图像的综合传输、交换、处理和利用，它包括: 1)支持建筑物内部有线 、有线电视、电信会议等话音和图像通信。 2)支持楼宇设备自动监控、楼宇运营管理、住户共用信息处理、住户专用信息处理等系统中设备之间的数据通信。 3)支持各种广域网连接，包括具有与公用

2、 网、公用数据网、移动通信网和各种计算机通信网的接口。 智能楼宇对信息传输的需求，可从以下几方面分析 1)商用个人计算机(PC)、 机、文字处理机、工作站的安装量和生产量 2)数据通信需求状况 3)多媒体通信的需求 适用于智能楼宇的信息传输网络，目前主要有三种技术 1)程控用户交换机PABX(Private Automatic Branch eXchange)网 2)计算机局域网络LAN(Local Area Network) 3）PABX与LAN的综合以及综合业务数字网ISDN(Integrated Services Digital Network) 二、数据与信号 数据：定义为有意义的实体

3、。数据涉及到事物的形式，而信息涉及的是这些数据的内容和解释。 信号：信号是数据的电子或电磁编码。信号发射是指沿传输介质传播信号的动作。 传输：指传播和处理信号的数据通信。 模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据数据可以分为模拟数据和数字数据两种形式。模拟数据是连续的值。例如：声音和电视图像就是强度连续变化的，大多数用传感器搜集的数据，例如温度和压力，都是连续取值的，它们都是模拟数据。数字数据是离散的值。不仅在时间上离散，而且在幅度上也是离散的值（即幅度只取有限个离散的值）模拟数据可以通过“数字化”处理，转变成数字数据. 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号是电磁波，这种电磁波可以按照不同

4、频率在各种介质上传输。例如，话音经过声-电转换器变成一个模拟电信号。数字信号是一系列的电脉冲。模拟数据可以用模拟信号来表示，数字数据可以用数字信号表示。三、模拟传输和数字传输 数字传输称为基带传输，模拟传输称为宽带传输。 模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而也可以用这些形式传播，右图为示意图。 模拟信号用连续变化的电磁波来表示数据模拟数据声音电 话模拟信号数字数据 二进制电压脉冲MODEM模拟信号数字信号用电压脉冲序列来表示数据模拟数据模拟信号数字信号数字数据直接表示或编码编码/解码器第二节 网络传输介质 一、 信道和传输损耗 二、 双绞线 三、 同轴电缆 四、 光纤 五、

5、 无线信道 六、 传输介质的选择 一、 信道和传输损耗 信道分类信道分类 按信道的用途分按信道的用途分 例如用于例如用于 的叫的叫 信道，用于电信道，用于电报的叫电报信道，用于电视的叫电视信道等报的叫电报信道，用于电视的叫电视信道等 按传输介质分按传输介质分 分为有线信道和无线信道，有线信道分为有线信道和无线信道，有线信道中的双绞线、同轴电缆和光纤，以及无线信道中的无线中的双绞线、同轴电缆和光纤，以及无线信道中的无线微波接力和卫星中继通信系统。微波接力和卫星中继通信系统。 按传输信号的频谱分按传输信号的频谱分 分为基带传输信道和载波信道分为基带传输信道和载波信道 按允许通过的信号分按允许通过的

6、信号分 分为模拟信道和数字信道分为模拟信道和数字信道 按使用的方法分按使用的方法分 分为专用分为专用( (租用租用) )信道和公共信道和公共( (交换交换) )信道信道信源发送装置传输介质接收装置受信者狭义信道广义信道 信道容量信道容量 一个给定信道的信道容量是在传输差错概率趋于零的条件下，单位时间内可以传输的信息量，或把信道能够传送信息的最大速率信道容量。 香农导出了一个公式来计算理论上的信道容量,它与信道带宽以及分布于该有限带宽上的信噪比有关。该公式如下式所示: C=log2 1+S/N 在这个公式中，S是信号通过信道的功率，以W为单位;N是信道上噪声的功率，单位为W;而则是信道的带宽，单

7、位为Hz。 传输损耗传输损耗 信号在信道中传输时，面临许多损耗，其中，最重要的是衰减、延迟畸变和噪声。 二、 双绞线 物理描述物理描述 双绞线由两条绝缘铜导线排成匀称的螺旋状组成，一对线作为一条通信线路。通常，一定数量这样的导线对捆成一个电缆，外面包着硬保护性护套。电缆中可以有多对线。导线对的绞纽可以减少线对之间的电磁干扰。以提供相对稳定的导电特性。电缆的粗细为17mm不等，如图1-3所示。无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP塑料外壳色标塑料绝缘层铜导线铜导线塑料外壳金属屏蔽层2.特性传输 双绞线可以用于传输模拟及数字信号。对于模拟信号，每隔56km需要放大器，对于数字信号，每隔23km需要转发

8、器。与其他传输介质相比，双绞线的传输距离、带宽和数据率有限。当频率增高时，信号衰减增大。 其他损耗对双绞线也很严重。由于其易于和电磁场藕合，它对于干扰和噪声相当敏感。例如，与交流电力线平行的线会获得50Hz的交流干扰。脉冲噪声也易于侵入双绞线。 可以采取一些措施来减少损耗。如用金属编织网来屏蔽，可减少干扰;线的绞纽可减少低频干扰，相邻的线对采用不同的纹纽长度可减少串音。另一个技术是使用平衡传输线。对于非平衡线路，双绞线的一条是地电位，而对于平衡传输，二条线都高于地电位，它们携带信号(例如表示二进制0和1)的幅度相同，但相位相反，接收端是用相位差来判断而不是用幅度差来判断，因而可有效降低加性噪声

9、的干扰，增加传输距离。 双绞线最常用于声音的模拟传输。虽然语音的频谱在20Hz20kHz之间，但是进行可理解的语音传输所需要的带宽却窄得多。一条全双工音频通道的标准带宽是300Hz4kHz。在一根双绞线上，使用频分多路复用技术可以进行多个音频通道的多路复用。每个通道4kHz的带宽，并在通道间提供适当的隔离。双绞线的带宽可达268kHz，具有24条音频通道的容量。 使用Modem就可以在模拟音频通道上传输数字数据。根据目前Modem的设计，使用移相键控法PSK，实用的速度达到9600bps以上。在一条24通道的双绞线上，总的数据传输率是230kbps. 也可以在双绞线上发送数字信号。目前，3类标

10、准的无屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair)数据传输率达到10Mbps,5类标准的UTP数据传输率达到100Mbps,150的屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）数据传输率超过100Mbps。 应用应用 到目前为止，用于模拟和数字数据通信中非常普遍的传输介质仍是双绞线。它是 系统的支柱。双绞线也被广泛用于微机局域网络的传输介质，双绞线最适合用于局域网络内点点之间的设备连接，但很少用于作为广播方式传输的共用媒体。因为广播方式的总线通常需相当长距离的非失真传输。另外，要想不影响其他用户，又不较大地改变传输特性，而同时要对双绞线进行抽头是比较困难

11、的。 三、 同轴电缆物理描述物理描述 像双绞线一样，同轴电缆也是由两个导体组成，但其结构不同。它能在一个较宽的频率范围内工作。同轴电缆的基本结构如图1-4所示。它由一个空心的外圆柱面导体包着一条内部线形导体组成。外导体可以是整体的或金属编织的，内导体是整体的或多股的。用均匀排列的绝缘环或整体的绝缘材料将内部导体固定在合适的位置，外部导体用绝缘护套覆盖。单根同轴电缆的直径大约为2.5cm,几个同轴电缆线往往套在一个大的电缆内，有些里面还装有2芯纽绞线或4芯线组，用于传输控制信号。同轴电缆的外导体是接地的，由于它的屏蔽作用，外界噪声很少进入其内。外套屏蔽层（外导体）绝缘层内导体内导体绝缘层屏蔽层（

12、外导体）外套传输特性传输特性同轴电缆可以传输模拟和数字信号。同轴电缆比双绞线有着优越的频率特性，因而可以用于较高的频率和数据传输率。由于其屏蔽的同轴心结构，比起双绞线来，它对于干扰和串音就不敏感。影响性能的主要因素是衰减、热噪声和交调噪声。对于模拟信号的长途传输，每隔几千米就需要设置一个放大器。如果使用的频率较高，则此距离还要缩短。模拟信号传输的可用频率大约可达到400MHz,对于长距离的数字信号传输来说，每km左右需设置转发器，而要达到较高的传输速率，转发器的间隔还要近些。在实验室里，转发器间距为16km时，传输数据率可达到800Mbps。应用应用 同轴电缆是用途非常广的传输介质，它广泛地应

13、用于长距离的 或电报传输、有线电视(电缆电视)、局部网络和短距离系统连接的通信线路等。同轴电缆是长途 系统中的一种重要传输介质，虽然面临光纤、微波和卫星等传播信道的竞争，但是同轴电缆仍然是普遍应用的介质。利用频分多路复用技术，一条同轴电缆可以同时传送一万多个话音信道。 有线电视网使用视频电缆传送电视信号，在它上面可以开通视频图像通信和交互式信息服务。 同轴电缆极为广泛的用途是被许多局域网络选为广播式传播介质。用粗电缆或细电缆以及标准的接口器件可以连接大量的计算机设备和外部设备。 四、 光纤光纤的物理描述及光纤传光原理光纤的物理描述及光纤传光原理 光纤是能传导光线的一种媒质。多种玻璃和塑料可用于

14、制造光纤。超纯纤维制造成本高，损耗稍高的多成分玻璃纤维也能达到较好的传输性能，并且成本低。塑料纤维更是便宜，可用作短距离的传输媒质。 图1-5是目前己经实用化的一种多模光纤的结构。它由直径为5075m的玻璃纤维芯线和适当厚度的玻璃包层构成。芯线的折射率n1略大于包层的折射率n2,在芯与包层之间形成良好的光学界面。单芯光纤4芯光纤分散型多芯光纤光纤缓冲层抗拉线外壳抗拉线外壳纤芯纤芯剥皮线抗拉线外壳 当光以某一角度射到纤维端面时，光的传播情形取决于入射角的大小，如图1-6所示。入射光线与纤维轴线夹角称为端面入射角。光线入芯线后又射到包层与芯线的界面上，而入射光线与包层法线夹角称为包层界面入射角。由

15、于n1n2,当大于某一临界角a时，光线在包层界面上发生全反射。与此a对应的端面临界入射角为a，当a，即a时，不会产生全反射，这部分光线将射入包层而跑到光纤维外面去，如图中射线。如果a，满足全反射条件，那么，入射到芯线的光线将在包层界面上不断地发生全反射，从而向前传播，如图中的射线、所示。n1n2a 多模方式 指的是多条满足全反射角度的光线在光纤里传播。由于存在多条传播路径，每一条路径长度不等，因而传过光纤的时间不同。这就造成信号码元在时间上分散开，从而限制了数据率。 单模方式 如果光纤芯体减小，必须减小入射角才能入射而向前传播。当芯体半径减小到波长数量级时，可以在光纤里传播的只有一个角度的光波

16、。 多模变率方式 芯体的折射率是变化的，光线传播的路径像正弦曲线。与不变折射率多模方式比较，它具有更有效的射线聚焦效果，因而性能有较大的改善。包层包层（n2)包层包层包层芯(n1)芯芯ABCDABCA单模光纤多模变率光纤多模光纤折射率折射率折射率光纤信道的组成光纤信道的组成 光纤信道的简化框图如图1-8所示。它由光源、光纤线路和光探测器等三个基本部件组成。 光纤信道可以传送模拟和数字信息。但目前由于光源特别是激光器的非线性比较严重，模拟光纤系统用得较少，而广泛采用的是数字光纤信道，即用光载波脉冲的有无来代表二进制数据。光纤信道是典型的数字信道。光源光调制器光纤线路调制电信号电信号处理电信号输入

17、光检测器解调电信号电信号处理电信号输出传输特性传输特性 光纤利用光的全反射来传输携带电信号的光线，光波覆盖可见光频谱和部分红外频谱。与其他信道一样，光纤信道也存在传输损耗，而且有时延失真。 时延失真(畸变) 时延失真表现为输入的信号脉冲经光纤传输后，输出的脉冲展宽，限制了传输数据率，因为高的数据率使脉冲间距减小，那么输出脉冲就会重叠，发生码间串扰现像。导致时延失真的原因是色散和时散。 传输损耗 产生传输损耗的主要原因是瑞利散射和材料吸收。如果光纤发生弯曲，还可能带来附加的损耗，这是由介质不均匀以及光入射角度的变化引起的。但实测表明，当弯曲半径大于8cm时，其损耗可以忽略。 目前有一种多点使用光

18、导纤维的方法，它在商业上是实用的，称为无源星形耦合器。这种构形在物理上是星形结构，但是在逻辑上是总线结构。无源星形耦合器实际上是许多光导纤维熔化在一起制造而成的。任何输入到耦合器一边的一条纤维上的光线都被等分，并从另一边的所有纤维上输出。这样，每一台设备需要有两条纤维连接到耦合器。应用及特点应用及特点 实用的光纤通信系统已在国内外普遍应用。单模光纤不仅适用于长距离大容量点到点的通信，在广域网和局域网中的应用尤为乐观，许多厂家推出了光纤局域网产品。光纤分布式数据接口(FDDI)标准、快速以太网标准支持1O0Mbps的数据率, 千兆以太网标准支持1O00Mbps的数据率。同双绞线和同轴电缆相比,光

19、纤具有下列优点： 较大的带宽 尺寸小而重量轻 较低的衰减 电磁隔离 较大的转发器间距 由于光纤通信具有损耗低、频带宽、数据率高、抗电磁干扰强等特点，对高速率、距离较远的局域网也是很适用的。 五、 无线信道微波信道微波信道 微波（130GHz）的波长很短，它具有类似光的传播特性，在自由空间里只能像光波一样沿直线传播，即所谓的视线传播，其绕射能力、穿透性很弱。在传播过程中遇到不均匀介质时，将产生折射和反射现像。微波要在更远距离传输信息，就需要采用“接力”方式了。 微波信道具有如下特点： 微波信道频段的频带很宽，传输数据率较高，可以容纳同时工作的无线电设备就多。 在高频段，受工业、无线电(中、长、短

20、波)和宇宙等外部干扰的影响小，可使其传输能力大大提高。 在lOGHz以下的波段受风雨雪等恶劣气像条件的影响小，可使其稳定度大大提高。 发射波束在视线范围内直线、定向传播，保密性较全向的无线电波高。 与电缆通信相比，其通信质量相当，并且具有初期投资少，建设速度快，便于翻山过水和机动灵活等优点，但保密性和日常维护不及电缆通信。卫星中继信道卫星中继信道 卫星中继构成的信道可视为无线接力信道的一种特殊形式，它是以距地面35860km的同步卫星为中继站，实现地球上18000km范围内的多点之间的联接。 卫星通信信道中传输的最适宜频率范围是11OGHz，低于1GHz时，相当大的噪声来自于自然界，包括银河系

21、、太阳系及大气层的噪声，还有来自各种电子装置的人为噪声。高于1OGHz时，由于大气吸收和降雨，信号严重衰减。 现在提供点到点业务的大多数卫星用的频带从地面向卫星(上行线路)传输，用的带宽从卫星到地面(下行线路)传输。这是4/6GHz卫星使用频率波段。上下行线路频率是不同的，以提供全双工通信方式。 通信卫星是与光纤同样重要的一个技术革命。通信卫星用于处理长距离的 、用户电报及电视业务，卫星是高利用率的国际中继线上最适宜的媒介(中继站)。另外，地面上的计算机通信网络可以由卫星覆盖网加以补充，这种大型网络提供跨越国家、跨越洲际的联网通信服务功能。六、 传输介质的选择 传输介质的选择是由许多因素决定的

22、。它受网络拓扑结构的约束。其他因素也将起作用，例如： 容量 支持所期望的网络通信量。 可靠性 满足可用的要求。 支持的数据类型 根据应用特定的。 环境范围 在所要求的环境范围内提供服务。 传输介质的选择是设计信息传输网络整个任务的一部分。 双绞线是一种众所周知的价格便宜的介质。在智能楼宇中使用量占主要地位,典型的用法是用五类或超五类双绞线作为语音和数据传输的介质,提供优质的 网系统和100Mbps到桌面的以太网服务。 同轴电缆在智能楼宇中主要用于视频信号的传输,如有线电视系统,闭路监控系统等的应用.第三节第三节 网络技术基础网络技术基础一、 编码与解码二、 多路复用三、 异步传输和同步传输四、

23、 交换技术 一、一、 编码与解码编码与解码 数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号 模拟信号发送的基础是载波。它是频率恒定的连续信号。用以下几种不同载波特性的调制方法对数字数据进行编码：振幅、频率、相位、或者这些特性的某种组合。图1-11给出了对数字数据的模拟信号进行调制的三种基本形式：移幅键控法ASK,移频键控法FSK,移相键控法PSK。 a b图1-11 数字数据的模拟信号调制a)移幅键控法ASK b)移频键控法FSK c)移相键控法PSK101101ttv101101ttv101101ttv 数字数据，数字信号数字数据，数字信号 对于传输数字信号来说，最普遍而且最容易的办法是用两个电压电平

24、来表示两个二进制数字:使用负电压（低）表示0，使用正电压（高）表示1称为不归零制。不归零制NRZ传输也有若干缺点。它难以决定一位的结束和另一位的开始。克服此缺点的一个编码方案是曼彻斯特编码: 每一位的中间有一个跳变, 位中间的跳变既作为时钟，又作为数据；从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示0。而差分曼彻斯特编码位中间的跳变仅提供时钟定时。用每位周期开始时有无跳变来表示0（1）的编码。由于时钟和数据包含在信号数据流中，所以这种编码称为自同步编码。图1-12 数字信号编码a) NRZ编码 b) 曼彻斯特编码 c) 差分曼彻斯特编码 00110HLHLHLa)b)c) 模拟数据，数字信号模拟数据

25、，数字信号 利用数字信号对模拟数据进行编码的最常见的例子是脉码调制PCM（Pluse Code Modu lation)，它常用于对声音信号进行编码。脉码调制是以采样定理为基础的。采样定理指出：如果在规则的时间间隔内，以高于两倍最高有效信号频率的速率对信号f(t)进行采样的话，那么这些采样值包含了原始信号的全部信息。利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出函数f(t)。 如果声音数据限于4000Hz以下的频率，那么每秒8000次的采样可以满足完整的表示声音信号的特征。然而，值得注意的是，这只是模拟采样，为了转换成数字采样，必须把每一个模拟采样值转换成一个二进制代码。图1-13表示这样一个例子，

26、每个采样值都近似地量化为16个不同级中的一个。这样，每个采样值都能用4位二进制数表示。当然，精确地恢复成原始信号是不可能的了。如果使用7位二进制表示采样值的话，就允许有128个量化级，那么所恢复的声音信号的质量就比得上模拟传输所达到的质量。这意味着，仅仅是声音信号就需要每秒钟8000次采样每个采样7位56000bps的数据传输率。图1-13 脉码调制5121514119765321505.0112.3515.0514.211.29.37.156.44.63.011.97数字信号模拟数据数字数据PCM0101 1100 1111 1110 1011 1001 0111 0110 0101 001

27、1 0010ttv二、二、 多路复用多路复用 为了有效地利用传输系统，人们设法通过同时携带多个信号来高效率地使用传输介质，这就是多路复用 . 若介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽，就采用频分多路复用FDM技术; 若介质能达到的位传输速率超过传输数字数据所需的数据传输率，就采用时分多路复用TDM技术。 a)频分多路复用 b)时分多路复用 1号信道(f1)2号信道(f2)3号信道(f3)4号信道(f4)5号信道(f5)6号信道(f6)保护频带MUX复合器DEMUX分离器112345665234传输介质传输介质输入输出MUX复合器DEMUX分离器112345665234传输介质传输介质输入输出时隙

28、1时隙2时隙3时隙4时隙5时隙6时隙1时隙2时隙3时隙4 图1-14b中描述的时分多路复用TDM方案 ，也就是众所周知的同步（Synchronous)时分多路复用TDM。它的时间片是预先分配好的，而且是固定不变的。因此，各种信息源的传输定时是同步的。与此相反，异步时分多路复用TDM允许动态地分配传输介质的时间片。时分多路复用TDM不仅局限于传输数字信号，也可以同时交叉传输模拟信号。另外，对于模拟信号，把时分多路复用TDM和频分多路复用FDM结合起来使用也是可能的。一个传输系统可以频分许多条通道，每条通道再用时分多路复用来细分。Bell系统的T1载波就是利用PCM和TDM技术提供24路(话音）采

29、样声音信号复用一个通道。帧结构如图1-15所示。图1-15 T1载波帧结构 信道各自轮流将编码后的8位数字信号插入帧中，其中7位是编码的数据，第8位是控制信号，每帧除了248192位外，另加一位帧同步位，这样一帧中就包含193位。每一帧用125s 传送，因此T1系统的数据率为。 一 帧C1C2C247位数据位第8位是控制位193位第193位是帧编码三、 异步传输和同步传输 异步传输一般以字符为单位，不论所采用的字符代码长度为多少位，在发送每一字符代码时，前面均加上一个“起”信号，其长度规定为1个码元。字符码后面均加上一个“止”信号，止信号一般为1个或2个码元。 同步传输是以固定的时钟节拍来发送

30、数据信号的。因此，在一个串行的数据流中，各信号码元间的相对位置都是固定的，接收方为了从收到的数据流中正确地区分出一个个信号码元，首先必须建立准确的时钟信号。 图1-16 异步传输和同步传输a)异步传输 b)同步传输起始位停止码 字符间的不确定延迟1Byte数据起始位停止码一个或多个SYN和其它控制字符多个数据字符结束控制字符 四、四、 交换技术交换技术 电路交换电路交换 电路交换是指根据请求在一对站之间建立电气连接的过程。在该连接被拆除之前，该线路不得被其他站使用。电路交换最常见的例子是共用 网。利用电路交换进行通信包括三个阶段，参考图1-17说明如下: 建立电路 传送数据 拆除电路 图1-1

31、7 交换通信网络示意图1234567ABCDEF通信网节点站 报文交换报文交换 报文交换是一种接收报文之后，把它存储起来，等到有合适的输出线路时再发送出去的一种技术, 它主要用于非实时的通信。对于报文交换来说，它不需要在两个站之间建立一条专用线路，如果一个站要发送一份报文，它就把一个目的地址附在报文上，然后这个报文通过网络一个节点一个节点地传送到目的地。在每个节点，整个报文都被接收，并作短暂存储，然后传送到下一个节点。 仍以图1-17为例，设把报文从A站送到E站。A站把E站的地址附加到报文上，然后把它送给节点4。该节点把报文接收并存储起来，并确定下一个支路，比如说选择向节点5的传输路径。然后节

32、点4让报文排队等待通过4 5链路进行传输，当链路空闲时把报文传送给节点5。节点5再以同样方式把报文传送给节点6，最终送到E站。在某些情况下，与站相连的节点或某些中间节点还可以保存该报文，用于出错时重发或建立永久性记录等用途。 分组交换分组交换 分组交换又称报文分组交换, 是将每份较长的报文分解成若干长度的“段”，每一段报文加上交换时所需的地址、控制和差错校验信息，按规定的格式构成一个数据单位，通常称之为“报文分组”，或叫“包”，有时简称为“分组”。在通信网络中，报文分组作为一个整体进行交换。在传输时，各个分组可以断续地传送，也可以经不同的路径传送到目的地。分组到达收信点后，再把它们按原来的顺序

33、装配起来。在报文分组交换系统中，暂存报文分组仅仅是为了校正错误，一旦报文分组已被接收并确认无误就立即把它从存储器中清除。 利用图1-17说明分组交换网络的工作过程。设A站发送一个报文分组到节点4，节点4把它暂存一下，然后再把它传到节点5，并继续传到终点E站。可见，分组交换也属于“存储转发”方式。初看起来，分组交换和报文交换相似，只是简单地把数据单元的最大长度限制到一个较小的长度而已，似乎无特别超过报文交换之处。然而这一简单的措施对于网络的传输性能有显著的影响。在说明这点之前，先介绍两个重要的概念。即在分组交换网中，为了控制和管理通过网络的“报文分组流”，目前有两种主要方法:“数据报”和“虚电路

34、”。 分组交换的数据报方式分组交换的数据报方式 在数据报方式中，每个报文分组作为一个独立的信息单位来对待，这正像在报文交换网中每个报文独立对待一样。下面以一个例子来说明数据报的概念。 图1-18 分组交换的数据报方式1234567ABCDEF1 2 31233121 2 3分组交换虚电路方式分组交换虚电路方式 在虚电路方式中，在送出任何分组之前，先要建立一条逻辑连接。除了分组交换网络资源不是永久地分配给特定的虚电路外，虚电路与经由电路交换系统所建立的物理电路相类似。虚电路技术的主要特点是:在数据传送之前必须在发送和接收站之间建立一条路由。 图1-19 分组交换虚电路方式 1234567ABCD

35、EF1 2 3123121 2 33虚电路（路由）交换技术的比较交换技术的比较 三种技术的主要特点： 电路交换 在数据传送开始之前必须先设置一条完全的通路。在线路释放以前，该通路将由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。 报文交换 报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，在传送报文时，同时只占用一段通道。在交接结点中需要缓冲存储，报文需要排队。因此，报文交换不能满足实时通信的要求。 分组交换 交换方式与报文交换类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大的分组长度。在数据报分组交换中，在目的地需要重新组装报文。分组交换技术是在数据网络中最广泛使用的一种交换技术。 不同的交换技术适

36、用于不同的场合： 1)对于交互式通信来说，报文交换是不合适的。 2)对于较轻的和间歇式负载来说，电路交换是最合适的。因为可以通过 拨号线路来使用公用 系统。 3)对于两个站之间很重要的和持续的负载来说，使用租的线路交换线是最合算的。 4)当必须交换中等数量数据到大量的数据时，可用分组交换方法，这种技术的线路利用率是最有效的。 5)数据报分组交换适用于短报文和具有灵活性的特点。 6)虚电路分组交换适用于长报文和减轻各站的处理负担。第四节第四节 通信网络通信网络(广域网广域网)一、 公用电信网简介二、 PABX通信网络三、 ISDN网络四、 宽带网络技术五、 宽带接入技术(xDSL,FTTB) 一

37、、 公用电信网简介电信网的组成与分类电信网的组成与分类 电信网一般是指由许多电信设备构成的一个总体，它使得网内位于不同地点的用户可以通过它来交换信息。它是由用户终端设备、交换设备和传输设备组成的。图1-20是一个由两级交换中心组成的网。端局至汇接局的传输设备一般称中继电路，端局至终端用户的传输设备称为用户线路。端局用户既可通过端局交换设备与本局范围内的用户相互接续，也可通过瑞局和汇接局交换设备与本地区任一端局的用户完成接续。一般将这种类型的网称为汇接式的星形网。 图1-20 电信网的基本组成汇接局端局端局端局用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户 网网 市话通信网 在一个中小城市或一个县

38、，只设一个交换局，为全网所有用户服务，构成单局制 网络，如图1-21所示。单局制网一般只适用于发展初期，当城市用户不断发展，服务范围不断扩大情况下，将会出现多个交换局，这时的网路结构如图1-22所示 图1-21 单局制 网络 用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块PABX中继线交换机长话局长途线路图1-22 多局制 网络用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块中继线交换机长话局长途线路用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线交换机用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线交换机对于大城市来说， 用户

39、多且分布很广，最终网路容量可达数十万或几百万用户，也就是说可能采用6、7位或8位数字的编号计划。这时的网路结构将为两级式，即除端局外还要设一个或多个汇接局，一般组成集中式汇接网, 如图1-23所示 图1-23 单汇接局集中式汇接网用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线端局端局端局汇接局高效直达电路当网中用户容量继续增长，端局增多时就要实行分区汇接制，即设多个汇接局 图1-24 多汇接局汇接网 用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块用户用户用户用户用户用

40、户远端模块中继线端局端局汇接局用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线端局端局汇接局用户用户用户用户用户用户远端模块端局汇接局用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块端局通信网中开放的业务通信网中开放的业务 当前通信网中开放的业务主要有 、电报、数据、 、电视 会议、各类移动通信、遥控遥测报警等。另外，还有专用的通信业务如宇航通信、高保真度电视广播等业务也已开始使用。 数据业务是与计算机的发展密切结合的一种通信业务，发展很快。目前，国内国外已建立起许多专用数据网。这些网大都租用公用通信网的电路，也有少数由专用部门自建电路。在公

41、用网中的数据业务一部分利用 网传输，另一部分在公用分组数据交换网中传输，从传输速率来看，低中速数据多在 网中传输，高速数据多在数字信道或在分组网中传输。 可视 业务是同时传送图像和话音的业务，当前有些国家已使用，但因费用较贵还不能普及。可视 有两种类型，一种双方用户通话的同时，可看到对方的活动头部图像，有时也称电视 ，另一种类型双方用户通话时可看对方头部静止图像。但每过一分钟换一次画面。在可视 基础上又开放了电视会议 ，这种业务专为召开会议的用户单位提供服务，除会议主会场外可设多个远地的分会场，各会场间不仅可听到发言人的话音还可看到发言人的图像及会场的场景。 二、二、 PABX通信网络通信网络

42、 PABX的基本原理的基本原理 PABX的硬件一般由外围接口电路、信号设备、数字交换网络、控制设备、话务台及维护终端组成，如图1-25所示。 图1-25 PABX的结构用户电路用户集线器用户处理器用户电路远端用户集线器用户处理器数字中继数字中继模拟中继数字中继数字中继线模拟中继线话务台接口话务台信号单元中央处理器数字交换网络存储器I/O设备控制电路维护终端 PABX的主要技术性能的主要技术性能 内部呼叫功能 出局呼叫功能 非话音业务 话务台主要接续功能 维修测试功能 故障检测功能 PABX的入网方式的入网方式 (1)全自动直拨中继方式 1) DOD1+DID中继方式 2) DOD2+DID中继

43、方式 用户级交换网络数字出中继数字入中继数字入中继数字出中继交换网络PABX市话局程控交换机PCM数字中继线路用户级交换网络数字出中继数字入中继数字出中继交换网络PABX市话局程控交换机PCM数字中继线路用户级 (2)半自动中继方式 3)混合中继方式 DODl+DID+BID中继方式 用户级交换网络模拟出中继模拟入中继交换网络PABX市话局程控交换机模拟中继线路用户级话务台用户级交换网络数字出中继数字入中继数字入中继数字出中继交换网络PABX市话局程控交换机PCM数字中继线路模拟入中继模拟中继线路用户级话务台 PABX网络结构网络结构 智能楼宇的PABX网络是一个星形拓扑结构通信网 PABX远

44、端模块远端模块远端模块用户终端用户终端用户终端公用电话网 三、三、 ISDN网络网络 2B+D信道信道 一个B信道正好可以传送1路 。除 外，在B信道上还可以使用用户电报、文件 、智能用户电报和可视图文等业务。在D信道上，还可以利用先进的分组交换网来传送数据。B1,8bitB2,8bitD,2bitBBDDB1B2125微秒，20bit1帧时间是125微秒2B+D时分复用设备 ISDN的特点的特点 (1)多种业务的兼容性 (2)数字传输 (3)标准化的用户接口 (4)使用便利 (5)终端移动性 (6)费用低廉 四、四、 宽带网络技术宽带网络技术 宽带宽带ISDN 宽带ISDN和窄带ISDN在技

45、术上存在较大区别。 窄带ISDN用户线路上的信息传输速率是 16Okbps，宽带ISDN用户线路上的信息传输速率则可高达 ，为窄带ISDN的800倍以上。宽带ISDN的一个主要目标是传送电视信号。一路模拟电视信号，数字化以后大约是14OMbit/s信息量，采用信息压缩的方法，可使其降到34Mbit/s左右。对于下一代的高清晰度电视，经压缩后的信息量为 14OMbit/s左右。由此可见，在宽带ISDN用户线路上可以传送一路数字化的高清晰度电视信号。 异步转送方式（异步转送方式（ATM） ATM的基本特征是信息的传输、复用和交换都以信元(Cell)为基本单位。按国际电报 咨询委员会(CCITT)的

46、建议，每个信元长53个字节。其中前面5个叫信头(Header)，用来表示这个信元来自何处，去往哪里，是什么类型等等。后面48个字节是要在线路上传送的信息，信元的结构如图1-33所示。在宽带ISDN用户线路上传送的,就全是这种信元。依据信头，就可以把宽带ISDN用户线路上的各个信元区分开，并把它们送往不同的目的地。不过，在使用ATM后，会有一部分线路传输能力用在信头上。因此，用户能够使用的传输速率将不再是，而是(155.525348) Mbps=140Mbps。 5字节信头48字节信息域ATM信元GFCVPIVPIVCIVCIVCIPTRES CLPHEC87654321VPIVCIVCIVCI

47、VCIPTRES CLPHEC87654321字节1字节2字节3字节4字节5UNINNI信头对UNI和NNI来说有不同之处GFC(Generic Flow Control)：一般流量控制域。只有UNI定义了这个域。VPI(Virtual Path Identifier)：虚路径标识符。VCI(Virtual Channel Identifier)：虚通道标识符。PT(Payload Type)：净荷类型，即后面48字节信息域的信息类型。当PT为00时，表示为用户信息。RES(Reserved)，保留位，可以用作将来扩展定义，现在指定它恒为0。CLP(Cell Loss Priority)：信元

48、丢弃优先级。 HEC(Header Error Control)：信头校验码 。为什么使用ATM后可以适应用户的不同速率分配的要求。Mbps的信息传输能力，即使用每秒大约lO0Mbit的速率与某用户A进行通信,使用每秒大约5OMbit的速率与另一用户B进行通信。这种情况下，在宽带ISDN用户线路上每传输两个送给用户A的信元时，传送一个送给用户B的信元，如图所示。AAAABB信元1信元2信元3信元4信元5信元6ATMMbps就可以了。 宽带宽带ISDN和宽带交换和宽带交换 宽带ISDN是由现在的电信网演变过来的。宽带交换技术也是由现在的交换技术发展出来的。宽带ISDN交换机与电路交换很不相同。因

49、为在宽带ISDN用户线路上传送的信息是ATM信元，这一个ATM信元是送往A的，下一个ATM信元可能就是送往B的。因此，交换机要逐个地分析ATM信元的信头，然后确定把它们送到哪里去。这个工作，很像邮局里分拣信函的工作。对于这种处理ATM信元的交换机，我们常常叫作ATM交换机。宽带交换技术就是指宽带ISDN中的交换技术。由此我们可以说，宽带交换就是ATM交换。 ATM交换交换 分组交换不适于宽带ISDN的主要原因是信息分组的随机性延迟。ATM交换可以看作是对分组交换的这个问题进行改进的结果 反馈重发是造成随机性延迟的一个重要原因。在ATM交换中取消了反馈重发。我们注意到，在ATM信元的定义中，就没

50、有对整个信元作错误检验，而只有对信头部分的错误检验(HEC)。实际上，即使一个ATM信元的信头部分错了，也不会在宽带ISDN中进行反馈重发，而只是把这个ATM信元丢掉就行了。2143214321同步时分复用数据分组ATM信元123146ms6msTTT321终端收到的信号网上的延时都小于T终端发出的信号话音、活动图像等恒定速率的实时性信号，在装入一个个ATM信元后，应该是每隔一个固定的时间间隔串现一次。例如:64kbpsMbps的ATM信元，因为每个信元内有488bit=384bit用户信息，所以每秒内共出现64000384=167个装载该语音信号的ATM信元。即每隔6毫秒出现一次。假如这些A

51、TM信元在经过宽带ISDN后的随机性延迟都不大于某一定值T，那么它们就可以在接收端重新组织成无失真的话音信号。 根据信号的实际要求，就可以确定一个最大延迟值T。剩下的问题就是如何设计ATM交换系统，使它能满足随机性延迟不大于T的要求。根据对分组交换方式中产生随机性延迟的原因的分析，我们想到可以由下面一些方面来改进。1）反馈重发是造成随机性延迟的一个重要原因。在ATM交换中取消了反馈重发。 2）ATM信元还可能会在交换机内部和在中继线路上被延迟，而中继线路上的延迟主要是排队造成的。在ATM交换方式中，借用了 交换中的方法，先要用信令信元去申请建立虚路径和虚通道，允许了才能开始通信，因此可以避免排

52、队造成过大的随机延迟。 3）最后要考虑的是ATM信元在交换机内部的延迟。这个延迟的大小取决于ATM交换机的能力。为了使ATM信元在交换机中获得快速及时的处理，ATM交换机就不能再使用普通的分组交换机的结构。关于ATM交换结构的研究，是宽带交换中的热点。五、五、 宽带接入技术宽带接入技术(XDSL,FTTB) l)铜环接入技术，即数字用户线DSL（Digital Subscriber Line）技术。它是一个系列，称xDSL，用于分布在全球的几百万千米的现存铜环基础设施. 是最具前景及竞争力的一种,将在未来十几年甚至几十年内占主导地位。 2)在光纤/同轴电缆上的接入技术。Cable Modem是

53、广电系统普遍采用的接入方式，也就是通常意义上的有线电视网络接入方法。由于原来铺设的有线电视网就是一个高速宽带网，所以仅对入户线路进行改造，就可以提供理论上上行8Mbps、下行30Mbps的接入速率。目前美国50%以上的宽带用户就采用Cable Modem方式接入。但是致命的缺点是Cable Modem采用共享结构，带宽资源随着用户的增多，个人的接入速率会有所下降，安全保密性也欠佳。 3)在无线介质上的卫星接入技术。它是广播电视部门的无线部分开发的，用于分布在全球的为电缆电视头端提供视频信道的卫星基础设施。1)HDSL/HDSL2（High-data-rate Digital Subscribe

54、r Line） 高数据速率数字用户线。这是一种上下行速率相同的DSL技术，它在两对铜双绞线上的两个方面上均匀传送T1(1.544Mbps)带宽的数据，若是使用三条双绞线时速度还可以提升到E1（2.048Mbps）的传输速率。因为HDSL的传送速率刚好与T1管线的速率相匹配，所以在北美本地电信局已经在可能的情况下使用该技术提供本地接入T1业务。HDSL的传送距离比ADSLkm时，电信局需要安装信号再生器以延长业务范围。由于HDSL需要两对双绞线，它最开始被用于PABX网络连接、数字环路载波系统、Internet业务和专用数据局。 2)ADSL（Asymmetric Digital Subscri

55、ber Line） 非对称数字用户线ADSL被设计成向下流（下行，即从中心局到用户侧）比向上流（上行，即从用户侧到中心局）传送的带宽宽，因而最适合于InternetMbps到8Mbps，而上行速率则从16640kbps。在一对铜双绞线上的传送距离可达5km左右。除了用于Internet接入外，电信部门还希望利用ADSL接入远端LAN或接入视频点播（VOD）业务。它可说是目前xDSL领域中最成熟的技术，这种上下传输速度不一致的情况非常符合用户上网使用网络情况，并且已被ANSI及ETSI组织标准化了，所以ADSL是现在宽带上网主要方式。3)RADSL（Rate-Adaptive Digital S

56、ubscriber Line） RADSL（自适应可调传输率数位用户线路）是一种ADSL技术的延伸，可以自动测试线路品质及线路长度，并调整线路速率。 4)SDSL（Single-line Digital Subscriber Line） HDSL类似，可以在两个方向上（上行和下行）传送1-544Mbps的带宽，但它利用一对铜双绞线。一对铜双绞线的使用使其传送距离受到限制，SDSL应用的传送范围为3km左右。它可在小范围的应用上找到位置，如住宅电视会议或远端LAN接入等。5)IDSL (ISDN DSL 综合数字业务用户环路)技术也与HDSL相同,它可以提供ISDN的基本速率(2B+D)或基群速

57、率(30B+D)的双向业务,但IDL与ISDN完全不同,ISDN是交换技术，ISDL是网络技术. 不同于ISDN的最大特性是交换数据不通过交换机。 6)VDSL（Very-high-data-rate Digital Subscriber Line），甚高数据速率数字用户线。VDSL是不对称的,它的传送范围在300mkm左右，但它的传送带宽很宽：在一对铜双绞线上，其下行速率可达352Mbps，Mbps。很宽的带宽可以使电信部门能够用VDSL技术传送高清晰度电视（HDTV）节目。 7)UDSL (Ultrahigh bit-rate DSL 超高速数字用户环路)也是ADSL技术的一种,但其传输速

58、率更高，可达155Mbps,不过传输距离只有数十米,Internet用户使用价值不大.目前仅处于实验阶段。ADSL采用了高级的数字信号处理技术和新的算法压缩数据，使大量的信息得以在铜制双绞线(普通 线)上高速传输。为了在 线上分隔有效带宽，产生多路信道，ADSL调制解调器一般采用两种方法实现，频分多路复用(FDM)和回波消除(Echo Cancellation)技术。ADSL与以往调制解调技术的主要区别在于其上下行速率是非对称的，即上下行速率不等， ADSL技术的高下行速率和相对而言较慢的上行速率非常适于做 Internet浏览使用,使在现有 Internet 网上提供多媒体服务成为可能。它无

59、需修改任何现有协约和网络结构 (实际上要做的就是在电信公司的线路出口和用户的 线路入口各加一台 ASDL调制解调器)，即可在电讯公司与最终用户间架起一座高速通道。目前ADSL 共有 3 种国际标准 , 提供 2 种不同的传输速度 。ANSI T1-413 issue 2 (full rate) ITU-T G.992.1 (Full rate)ITU-T G.992.2 (Lite rate) Full rate ADSL 传输速度高达 8Mbps (下传) 和 640kbps (上传) 。 而 Lite rate ADSL Mbps (下传) 和 512kbps (上传) 。 线路的距离和线

60、路品质影响实际的传输速度。ADSLADSL与与Cable ModemCable Modem及普通拨号及普通拨号 Modem Modem、N-ISDNN-ISDN的比较：的比较： 1 1）与）与Cable ModeCable Mode相比，相比，ADSLADSL技术具有着相当大的优势。技术具有着相当大的优势。Cable ModemCable Modem的的HFCHFC接入方案采用分层树形结构，其优势是带宽比较高（接入方案采用分层树形结构，其优势是带宽比较高（10Mbps10Mbps），但这），但这种技术本身是一个较粗糙的总线型网络，这就意味者用户要和邻近用户分种技术本身是一个较粗糙的总线型网络，