通信部分1打印版.ppt

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1、第1章 通信技术概述第2章 有线通信第3章 无线通信第4章 计算机网络,计算机与通信工程学院 通信工程系2013年3月,现代通信概论,1.1 通信的基本概念1.2 多路复用技术1.3 通信交换技术1.4 通信发展趋势,第1章 通信技术概述,引言：通信发展历史,远古通信手段,烽火台击鼓信鸽旗语驿站航行用的信号灯等工具,现代通信发展历史回顾,1838年，莫尔斯发明有线电报，标志着人类从此 进入了电通信时代。,现代通信发展历史回顾,1876年，贝尔发明电话波士顿大学，声音生理学教授,现代通信发展历史回顾,1895年 马克尼(意大利)，波波夫（俄国）发明无线电报为人类通信技术开辟了一个崭新的领域,曾获

2、诺贝尔奖金,现代通信发展历史回顾,1906年，发明电子管，进入了电子时代，开辟了模拟通信的新纪元。,现代通信发展历史回顾,1925年 载波电话系统问世1938年 电视广播开播，单一声音到实 时图像1940-1945年 微波通信系统的发展（二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展）1946年 第一台电子计算机在美国出现1948年 晶体管问世(导致小型化)1950年 时分多路通信应用于电话,现代通信发展历史回顾,1958年 发射第一颗人造卫星，太空通信时代到来1961年 集成电路问世，使得数字通信得到进一步发展，对电子产品的发展更新（高速、微小）起非常重要的作用1963年 发射第一颗同步通信卫星，开

3、辟了空间通信的新纪元 1969年 因特网（Internet）的前身ARPAnet出现，被后人称为网络之父（巴兰）,现代通信发展史的回顾,20世纪通信技术高速发展：双绞线同轴电缆微波光纤卫星长波中波短波超短波微波毫米波21世纪 通信与信息 融入生活 改变生活 不可缺少,1.1 通信的基本概念,一、通信的基本定义（P1-4）1.通信：信息的传递与交换。（香农如是说：.）通信的基本形式：是在信源与信宿之间建立一个传输（转移）信息的通道（信道），实现信息的传输。,1.1 通信的基本概念,2.消息、信息与信号消息：语言、声音、音乐、文字和符号、数据、图像等统称为消息(Message)。信息：消息中给予收

4、信者的新知识称为信息（Information）信息可以被理解为消息中包含的有意义的内容 信号：信息的符号表示是传递消息的载体，从通信的角度指与消息相对应的电信号或光信号。消息或信号所载荷的信息量可度量。电信号最常用的表示形式是电流或电压。由话筒输出的电压波形是电信号的一个例子,3.信号的特征：与消息相对应的电信号或光信。（1）信号的电参数：幅值、频率或相位,1.1 通信的基本概念,频谱图,时域图,（2）信号频谱：信号所含有的频率成分。（3）信号带宽:信号所含最高频率fH与最低频率fL之差，即信号所含频率的宽度。例如人讲话声音包含有许许多多频率成份：808000 Hz 电话语音信号的频率范围为3

5、003400Hz，则其信号带宽为3100 Hz。,1.1 通信的基本概念,4.信号的分类：计时的钟表表示时间信息的两种方式：指针式钟表是以指针的连续走动指示时间，所以它是一种“模拟”方式；数字式钟表每隔一定时间跳一个数，是一种非连续计时方式，即“数字”方式,1.1 通信的基本概念,电信号表示信息的两种不同方式：模拟信号和数字信号模拟信号用“连续变化的数值”来表示要说明的信息；数字信号是用“离散（不连续）的数字”来表示信息。,（1）模拟信号幅度取值连续的信号为模拟信号（函数值随时间连续变化）以电话为例，由于声音信号“模拟”了声压的变化，因此叫做“模拟信号”。,1.1 通信的基本概念,模拟信号波形

6、特点：信号的波形在时间、幅度上均是连续的（即在一定的时间内取无限个值），所以又称之为“连续信号”。它连续地“模拟”着信息的变化。如发话者的话音改变时，信号的波形也改变。模拟信号将待传递的信息包含在信号的波形之中。,1.1 通信的基本概念,（2）数字信号幅度取值离散的信号。电报是用数字信号传递信息的最简单的方式。,1.1 通信的基本概念,早期的莫尔斯电报，其电报信号是用“点”和“划”组成的电码（叫做莫尔斯电码）来代表文字和数字。如果用“1”代表有电流、“0”代表无电流，那么“点”就是1、0，“划”就是1、1、1、0。莫尔斯电码是用一点一划代表A，用一划三点代表B，所以A就是101110，B就是1

7、110101010。如现在要拍发一份电报，含有“中国”两字，用“0022”代表中。,1.1 通信的基本概念,图中的“1”和“0”可对应电流开启或关闭两种状态或其他能表示两种状态的电压取值（如正负电压两种取值），分别称为“1”码或“0”码，由于每个码都有一定的持续时间Ts，因此每个码又称为数字脉冲或码元。,1.1 通信的基本概念,数字信号的特点:波形从时间和幅度上都是离散的（取值是有限个）、不连续的。数字信号将待传递的信息包含在码元的不同组合之中。对数字信号来讲，信号的数据率越高，信号的带宽也就越宽。,1.1 通信的基本概念,1.1 通信的基本概念,（3）模数（A/D）转换：模拟信号可通过数字化

8、的方法转化成数字信号；反之，数字信号又可通过模拟化的方法转化成模拟信号。完成这两种转化的器件分别称为“模数转换”（A/D）器和“数模转换”（D/A）器。,1.1 通信的基本概念,通信系统：传递信息所需要的一切技术、设备和传输媒介的集合。通信系统基本模型：必要的通信流程：消息信号处理传输信号还原消息技术设备包括硬件和软件,二、通信系统（P4-15）,1.1 通信的基本概念,通信系统实例,1.1 通信的基本概念,1.信源和信宿信源：发送信息的一端。信宿：是传输信息的归宿（目的地）。信源、信宿可以是人或设备，发出的消息可以是声音、文本、图像等。,1.1 通信的基本概念,2.发送设备和接收设备（1）发

9、送设备：将非电信号转换成电信号。将电信号进行变换处理，变成适宜某种信道传输的信号。,（2）接收设备 对接收信号进行与发送设备相反的变换处理，如解调、译码、转换等，以便恢复出消息供受信者接收。尽可能的抑制干扰，使所恢复的信号尽可能准确。,1.1 通信的基本概念,1.1 通信的基本概念,3.信道(channel)信号传输媒介的总称。（1）信道的带宽：信道容许通过的最高与最低信号频率之差。若要求信道无失真地传输信号，则要求信道带宽B 信号的带宽B。,1.1 通信的基本概念,（2）信道的分类 按物理特性来分：有线信道：电磁信号被约束在有线传输线上。架空明线、双绞线、同轴电缆及光纤等无线信道：电磁信号沿

10、自由空间传输。无线信道可利用的频段从长波、中波、短波到激光，有较宽的频段。,1.1 通信的基本概念,架空明线指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电缆相比，它的优点是低频信号传输损耗低，但高频信号易于辐射，衰耗较大，所以容许传输的信号频率受到限制。易受气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感、串话严重。,1.1 通信的基本概念,双绞线由两根各自封闭在塑料皮内的铜线相互扭绞而成。双绞的目的：减少相邻线对的干扰。分类屏蔽双绞线（Shielded Twisted pair，STP）非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted pair，UTP）,1.1 通信的基本概念,1.1 通信的基本概念,两

11、种制作标准,1.1 通信的基本概念,同轴电缆：特点：抗干扰性能很强。50的同轴电缆：局域网基带传输。传输带宽为120M传输距离11.2km75的同轴电缆：闭路电视系统（CATV）。支持的带宽：300450MHz。距离：100km,1.1 通信的基本概念,光纤,1.1 通信的基本概念,光缆：多根光纤外加防护层光纤带宽非常宽，通信容量非常大。1310nm 1550nm,1.1 通信的基本概念,(3)信道的损耗:信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰或噪声。,信道的损耗对传输距离的影响传输的距离越远，信号的衰减就越严重。增加中继站数，提高了系统成本。,1.1 通信的基本概念,4.干扰（或噪声源）：

12、一种电信号，由噪声引起的对通信产生的不良影响的效应。,1.1 通信的基本概念,通信系统中的噪声可分成以下三类：第一类是通信系统的外部噪声一部分是人为的例如，各种电器开关通断时产生的短促脉冲，荧光灯闪烁产生的脉冲串等，这是一种常见的现象；另一部分是非人为的比如：雷电干扰、其他邻近通信系统（如无线电发射机）的干扰、宇宙辐射等。,1.1 通信的基本概念,第二类是通信系统的内部噪声它主要包括通信设备中使用的电子元器件（例如，电阻和半导体元器件）、转换器以及天线或传输线等。例如，电阻及各种导体都会在分子热运动的影响下产生热噪声，电子管或晶体管等电子器件会由于电子发射不均匀等产生器件噪声。,1.1 通信的

13、基本概念,第三类是信道的特性不理想所引起的噪声在有线信道中，它主要表现为多对传输线间产生的不必要的耦合。在无线信道中例如，电离层和对流层的随机变化引起信号的随机变化，而构成对信号的干扰。为了分析问题的方便，一般将系统内所存在的上述三类噪声全部折合到信道中去，用噪声源来表示。,1.1 通信的基本概念,信噪比：是指接收端信号的平均功率和噪声的平均功率之比(S/N)。S/N=10lg(信号功率/噪声功率)(dB)信噪比是衡量传输系统的重要参数。在相同的条件下，系统的输出端的信噪比越大，则系统抗干扰的能力越大。,1.1 通信的基本概念,三、通信系统分类1.按信源产生消息的物理特征分类 通信可分为电话通

14、信系统、电报通信系统、数据通信系统、图像通信系统、广播电视通信系统和多媒体通信系统。2.按传输信号的特征分类模拟通信系统数字通信系统,数字通信系统与模拟通信系统相比较，有如下特点：抗干扰能力强，无噪声积累(数字信号可多次中继再生，可通过纠、检错）,1.1 通信的基本概念,电路易于集成化，使通信设备体积小、功耗低。便于采用各种数字信号处理技术，易于与计算机接口。便于实现多种业务综合通信，使通信系统的功能增强。数字信号易于加密处理，保密性能强。数字信号占用信道频带较宽,模拟系统 数字系统,1.1 通信的基本概念,3.按传输媒介和系统组成特点分类短波通信系统、微波通信系统、卫星通信系统、光纤通信系统

15、、移动通信系统。,1.1 通信的基本概念,四、通信系统的主要性能指标性能指标衡量系统的质量优劣的标准。通信系统的性能指标涉及其有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等等，从研究消息的传输来说，通信的有效性与可靠性将是衡量通信系统性能的主要的指标。有效性：指给定信道内传送信息的能力。可靠性：指系统接收端恢复信息的准确度。,1.1 通信的基本概念,1.模拟通信系统的有效性和可靠性（1）有效性：模拟通信系统中，有效性通常可用有效传输带宽来衡量。工程上常用给定信道内可同时传输的电话路数来衡量传输信息的多少。（2）可靠性：常用系统输出端的信噪比来衡量。信噪比：是指接收端信号的平均功率和噪声的平

16、均功率之比。S/N=10lg(信号功率/噪声功率)(dB)信噪比是衡量传输系统的重要参数。在相同的条件下，系统的输出端的信噪比越大，则系统抗干扰的能力越大。信噪比越高，通信质量就越好。,1.1 通信的基本概念,2.数字通信系统的有效性和可靠性,（1）有效性数字信号的传输速率又称信息速率和传信率，信道每秒种所传送的信息量。单位是“比特/秒”（bit/s或b/s或bps）。用二进制数字0和1取值时，规定传送一个二进制数字时的信息量就是1bit，所以信息速率又称为比特率。,（2）可靠性用误码率来衡量误码率，收信机收到的数字信号码元出现错误的概率。常用误比特率来表示：是指错误接收的比特数在总传送比特数

17、中所占的比例。误比特率=错误比特数/传输总比特数,1.1 通信的基本概念,数字信号的传输可靠性要求与模拟信号的要求不同模拟信号的传输要求接收端无波形失真较高信噪比。数字信号的传输要求接收端无差错地恢复成原来的二进数码(可以允许接收波形失真，只要不影响正确恢复信码即可)较低的误码率。现代数字微波通信要求误码率 PS10-6；数字光纤通信要求误码率Ps10-11 10-9。例如对于数字光纤通信而言，要求光收信机每接收1091011个码元，只允许一个码元出错。,小结:（同学自己总结整理）,1.1 通信的基本概念1.2 多路复用技术1.3 通信交换技术1.4 通信发展趋势,第1章 通信技术概述,复用技

18、术：将多个用户的信息用某种方式连接在一起，用同一信道传输，这就是多路复用。,1.2 通信复用技术（P38-43）,复用方式,频分复用,时分复用,码分复用,(FDM),(TDM),(CDM),频分多路复用：各路信号同时在同一信道传输时占用不同频带。即把各路信号通过调制搬移到不同的频段，然后在同一信道上同时传输。,时分多路复用：各路信号同时在同一信道传输时占用不同的时间间隔。具体说，就是把时间分成均匀的时间间隔(称为时隙)，每路信号分配在不同的时间间隔内传送。,码分多路复用(码分多址)：起源于扩频通信原理，信息传输时不分频道，也不分时隙，而是采用不同的PN码序列对每路数字信号序列进行调制，扩展频带

19、，并在一个公共的频带上进行传输。,1.2 通信复用技术,f,频分多路复用通信,1.2 通信复用技术,时分多路复用通信,1.2 通信复用技术,码分多路复用通信,1.2 通信复用技术,码分多路复用(码分多址)：起源于扩频通信原理，信息传输不分频道，也不分时隙，而是采用不同的PN码序列对每路信息（数字信号序列）进行调制，扩展频带，并在一个公共的频带上进行传输。在接收端，只要采用相同的PN码进行解调，收缩频谱，可取出相应的信号，而干扰和其他用户的信号，因PN码不同而滤除。,码分复用以容量大（理论分析和实践证明，是FDM的1020倍，TDM的5倍)，抗干扰性能好，保密性强等突出优点，成为国际上研究的一大

20、热点，是多路复用技术发展的一大趋势。,1.2 通信复用技术,其它用户信号及干扰,码分多路复用通信,1.2 通信复用技术,发送端PN码调制是异或处理，即,信道传输为,接收端PN码解调也是异或处理，只有相应PN码可以解调出相应路的信息。如路1：,1.2 通信复用技术,1.2 通信复用技术,二次群复接器,三次群复接器,四次群复接器,五次群复接器,彩色电视编码器,主群编码器,PCM 120路,超群编码器,可视电话编码器,PCM 30路,基群编码器,宽带数据编码器,电视信号,载波300路,电话120路,载波60路,可视电话,电话30路,载波12路,传真电报,1234,1234,1234,1234,高次群

21、复接等级,数字复接原理,1.2 通信复用技术,在通信网中，为了提高通信线路的利用率，需要把若干个低速数字信号和并成为一个高速的数字信号流，然后通过高速数字信道传输。其传输可以是基带传输，也可以调制后用频带传输。,复接就是把两个以上的低速数字信号合并成一个高速数字信号。分接就是把高速数字信号分解成低速数字信号。同一时钟产生的信号为同源信号，同源信号的复接称为同步复接。不同时钟产生的信号为异源信号，异源信号的复接称为异步复接。,1.2 通信复用技术（P67-77）,复接器有定时单元、调整单元和同步复接单元组成，分接器是由帧同步单元、定时单元、同步分接单元和恢复单元组成。,同步复接各支路的信号速率一

22、致，但因传输距离不同，相位可能不同，需要设置缓冲器在复接前进行相位调整。对于异源信号的支路的码速率有些偏差，需要进行码速调整后，再进行复接。,1.2 通信复用技术,(a)一次群(基群),(b)二次群(按位数字复接),(c)二次群(按字复接),复接方式,1.2 通信复用技术,时分多路复用数字电话通信，CCITT推荐了两种制式的数字复接方案，即按律编码的PCM-24路和按A律编码的PCM-30/32路复接方案。,PCM-30/32路数字复接结构：把时间均匀分成32个时间间隔(时隙)，每路占用一个时隙。32个时隙的分配32个时隙组成一个传输的帧；帧同步码（偶帧、奇帧）；信令、复帧帧流,1.2 通信复

23、用技术,帧同步,信令,复帧同步 复帧对告,偶帧,同步：A=0失步：A=1,同步：A=0失步：A=1,PCM-30/32路数字复接结构,1.2 通信复用技术,PCM-30/32制式每路码速率：64kbit/s基群码速率：2048kbit/s,PCM-30/32路数字复接结构,1.2 通信复用技术,PCM-30/32路 数字复接对于300Hz3400Hz的话音信号，CCITT规定抽样频率为8000Hz，即每1/8000=12510-6s=125s传送一个样值。帧周期为125s，每帧256bit。每帧分为32个路时隙，每时隙占用125s/32=3.9s抽样频率为8kHz，每个样值编8位码(A律13折

24、线)，每话路的码速率为88=64kbit/s。PCM-30/32数据流的传输码速率为6432=2048kbit/s。,1.2 通信复用技术,PCM-24路数字复接结构,PCM-24制式每路码速率：64kbit/s基群码速率：1544kbit/s,1.2 通信复用技术,PCM-24路数字复接结构：对于300Hz3400Hz的话音信号，CCITT规定抽样频率为8000Hz，即每1/8000=12510-6s=125s传送一个样值。帧周期为125s，每帧248+1=193bit。每帧分有24个路时隙，每时隙占用125s/24=5.208s(或125s1938=5.18s)F比特为位同步码第6帧、第1

25、2帧、为信令帧，在信令帧中各路时隙的第8比特用来传送该路的信令，也就是每6帧中有5帧按8比特编码，有一帧按7比特编码。传输码速率为193/(12510-6)=1544kbit/s,1.2 通信复用技术,高次群复接系列,1.2 通信复用技术,小结：（同学自己总结整理）,1.1 通信的基本概念1.2 多路复用技术1.3 通信交换技术1.4 通信发展趋势,第1章 通信技术概述,内容:什么是交换?为什么在通信网中一定要引入交换的功能?通信网中交换设备究竟完成哪些功能?在现有通信网中都有哪些交换方式?不同交换方式之间的区别是什么?,1.3 通信交换技术,一、交换的引入,一个最简单的通信系统是只有两个用户

26、终端和连接这两个终端的传输线路所构成的通信系统，这种通信系统所实现的通信方式，我们称之为点到点通信方式，如图1所示。,点到点通信方式,1.3 通信交换技术,用户个个相连,交换节点的引入,1.3 通信交换技术,采用多个交换节点,1.3 通信交换技术,对应于各种传送模式的交换方式，是交换节点为了完成交换功能所采用的互通技术。现在已经出现了多种交换方式，如下图：,多种交换方式,电路传送模式（CTM）或同步传送模式（STM）,分组传送模式（PTM）,1.3 通信交换技术,连接释放阶段,建立阶段,信息传送（通话）,二、电路交换1、电路交换的基本过程：,1.3 通信交换技术,电路交换的基本过程,1.3 通

27、信交换技术,2、电路交换的特点,仅当呼叫建立与释放时间相对于通信的持续时间很小时才呈现高效率,1)信息传送的最小单位是时隙,在通信前要有连接建立过程,只要用户不发出释放信号即使通信暂时停顿物理连接仍然保持；,物理连接的任何部分发生故障都会引起通信的中断；,2)要在通信的用户间建立专门的物理连接通路，从而又引起以下的特点：,1.3 通信交换技术,3)信息具有透明性:对通信信息不做处理（信令除外），而是原封不动地传送，用低速数据传送时不进行速率、码型的变换。4)同步时分复用（固定分配带宽）如图:,同步时分复用的基本原理,1.3 通信交换技术,5）对传送的信息无差错控制措施6）用基于呼叫损失制的方法

28、来处理业务流量，过负荷时呼损率增加，但不影响已建立的呼叫,通过上述对电路交换特点的分析：1.通信网的业务特性决定了所采用的交换方式的特点:电话通信网中的话音业务，具有实时性强、可靠性要求不高的特点，而电路交换不管是其面向连接的特点，还是对信息无差错控制、透明传输以及基于呼叫损失制的流量控制特点，都满足了话音业务的特性，因而电话通信网采用电路交换方式。2.电路交换由于无差错控制机制,因而对数据交换的可靠性没有分组交换高，不适合对差错敏感的数据业务；3.由于电路交换采用固定带宽分配方式，因而其电路利用率低、不适合突发（burst）业务。电路交换适合于实时性、恒定速率的业务。,1.3 通信交换技术,

29、电路交换,一种传输速率(例如64kbit/s),为了适应多种业务需要,多速率电路交换,多种传输速率,1.3 通信交换技术,在交换节点内部的交换网络及其控制必须适应多速率交换的要求，有两种实现方法，如下：,1.3 通信交换技术,采用多种基本信道速率的多速率电路交换系统,采用不同基本信道速率的帧结构,1.3 通信交换技术,多速率电路交换缺点,基本速率较难确定速率类型不能太多不适应突发业务控制较复杂,为了克服电路交换固定分配带宽的缺点，提高灵活性，在1982年提出了快速电路交换（FCS）方式,1.3 通信交换技术,3、快速电路交换的基本过程：,发送信息时,信息要传送时,呼叫建立时,分配带宽和资源,在

30、相应路由上分配所需宽带，并且“记忆”所分配的带宽和去向建立“虚电路”或称“逻辑电路”,激活虚电路，建立物理连接,1.3 通信交换技术,1.3 通信交换技术,快速电路交换特点,由于并不为每个呼叫专门分配和保留其所需的宽带，因此提高了带宽的使用效率；物理连接的建立和拆除要有相当高的速度；由于只有当信息发送时才建立真正的连接，因此时延比通常的电路交换要大。,1.3 通信交换技术,分组交换（PS）采用存储转发方式为此，先介绍报文交换,1.3 通信交换技术,三、分组交换,1、报文交换的基本概念,报文交换（又称存储转发交换）：,传送内容:用户信息+目的地址+源地址,交换节点:分析目的地址和选择路由,应用：

31、公用电信网的电报自动交换,与电路交换的原理不同，不需要提供通信双方 的物理连接，而是将所有接收的报文暂时存储；,可进行速率、码型变换，具有差错控制措施,发送多目的地址的报文,1.3 通信交换技术,报文交换的时延,1.3 通信交换技术,2、分组交换的基本概念,分组交换：也采用存储转发方式；,分组内容:分组头（选路信息+控制信息）,分组交换节点:对各个分组分别处理，按其中的 选路信息选择去向,应用：非实时的数据业务,与报文交换不同在于：将用户信息分割为若干分组,1.3 通信交换技术,分组交换的时延,1.3 通信交换技术,分组交换可以提供两种服务方式：虚电路方式数据报方式,1.3 通信交换技术,3、

32、虚电路方式和数据报方式,虚电路:,特点：,逻辑连接(通过通信连接上的所有交换节点保存选路结果和路由连接关系来实现连接的)不独占线路，同一物理线路可同时建立多个虚电路。,建立：,拆除：,在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到段之间的虚电路，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，,通过呼叫清除分组来拆除虚电路,1.3 通信交换技术,虚电路方式特点,1.3 通信交换技术,种类：,交换虚电路（SVC）：,应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，不需要在呼叫时临时建立虚电路可以直接进入数据传送阶段，,永久虚电路（PVC）：,通过用户发送呼叫请求分组来建立虚电路，,1.3 通信交换技

33、术,数据报:,不需要预先建立连接，而是按照每个分组头的目的地址对各个分组独立进行选路,称为无连接方式；,1.3 通信交换技术,图 数据报方式特点,1.3 通信交换技术,面向连接工作方式和无连接工作方式的特点,（1）面向连接工作方式的特点：不管是面向物理的连接还是面向逻辑的连接，其通信过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连接拆除。一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连接路径传送，且保证信息的有序性（发送信息顺序与接收信息顺序一致）信息传送的时延相比无连接工作方式要小。一旦所建立的连接出现故障，信息传送就要中断，必须重新建立连接，因此对故障敏感。,1.3 通信交换技术,（2）无连接工作方式

34、的特点：没有连接建立过程，一边选路、一边传送信息。属于同一个通信的信息沿不同路径到达目的地，该路径事先无法预知，无法保证信息的有序性（发送信息顺序与接收信息顺序不一致）。信息传送的时延相比面向连接工作方式要大。对网络故障不敏感。,1.3 通信交换技术,虚电路与数据报的比较：,1.3 通信交换技术,分组交换具有以下6个特点,信息传送的最小单位是分组（Packet）分组由分组头和用户信息组成(分组头含有选路和控制信息)面向连接（逻辑连接）和无连接两种工作方式:(虚电路采用面向连接的工作方式，数据报是无连接工作方式。)统计时分复用（动态分配带宽）,统计时分复用的基本原理,1.3 通信交换技术,统计时

35、分复用的基本原理:是把时间划分为不等长的时间片，长短不同的时间片就是传送不同长度分组所需的时间，对每路通信没有固定分配时间片，而是按需来使用。当某路通信需要传送的分组多时，所占用的时间片的个数就多；传送的分组少时，所占用的时间片的个数就少。这也就意味着使用这条复用线传送分组时间的长短，由此可见统计时分复用是动态分配带宽的。信息传送有差错控制 信息传送不具有透明性 基于呼叫延迟制的流量控制 分组交换的技术特点决定了它不适合对实时性要求较高 的话音业务，而适合突发（burst）和对差错敏感的数据业务。,1.3 通信交换技术,帧交换:,是一种帧方式的承载业务，在数据链路层上以简化的方式来传送和交换数

36、据单元,帧方式：是将用户信息流以帧为单位在网络内传送；,帧：在第2层传送的数据单元；分组：在第3层传送的数据单元,1.3 通信交换技术,分组交换、帧交换、帧中继协议处理的不同,1.3 通信交换技术,电路交换,多速率电路交换,快速电路交换,ATM交换,快速分组交换,帧交换,分组交换,帧交换:,特点：,在第二层进行复用和传送；,将用户面与控制面分离：,用户面：提供用户信息的传送；,控制面：提供呼叫和连接的控制，主要是信令功能；,1.3 通信交换技术,帧中继(FR),帧中继与帧交换方式相比，其协议进一步简化，它不仅没有三层协议功能，而且对二层协议也进行了简化。它只保留了二层数据链路层的核心功能,没有

37、了流量控制、重发等功能，以达到为用户提供高吞吐量、低时延特性，并适合突发性的数据业务的目的。,分组交换、帧交换、帧中继技术特点比较,1.3 通信交换技术,快速分组交换（FPS）：,可理解为尽量简化协议，只具有核心的网络功能，以提供高速、高吞吐量、低时延的服务交换方式；,专指ATM交换，但广义的FPS包括帧中继和信元中继两种方式；,只具有核心的网络功能的条件：,高带宽、高传输质量的光纤系统的应用；,终端系统的日益智能化；,只具有核心的网络功能，,只具有核心的网络功能的条件：,1.3 通信交换技术,ATM交换：,CTM技术特点是固定分配带宽、面向物理连接、同步时分复用，适应实时话音业务，具有较好的

38、时间透明性；PTM技术特点是动态分配带宽、面向无连接或逻辑连接、统计时分复用，适应可靠性要求较高、有突发特性的数据通信业务，具有较好的语义透明性。ATM交换技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式的优点发展而来的，兼具分组传送模式和电路传送模式的优点。,1.3 通信交换技术,概念：,异步传输模式，用于宽带综合业务数字网的复用、传输和交换；,ATM交换：,1.3 通信交换技术,特点：,固定长度的信元中继：,信元：信头信息域，固定长度，53字节,采用很短的信元可以减少交换节点内部的 缓冲器容量以及排队时延和时延抖动；,有利于简化交换控制和缓冲器处理，,特点：,固定长度的信元中继：,信头简化：

39、,面向连接：,异步时分交换:,虚连接标识、优先级、信头的差错检验,需先建立虚连接，分为VCC和VPC两个等级,一个信元占有一个位置，但不固定分配；,信头中的差错检验时针对信头本身的；,STD:按时间位置来区分连接；ATD:按信元的信头来区分连接,1.3 通信交换技术,ATM交换,综述:ATM技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式高速化的优点发展而成的。采用异步时分复用方式，实现了动态分配带宽，可适应任意速率的业务；固定长度的信元和简化的信头，使快速交换和简化协议处理成为可能，从而极大地提高了网络的传输处理能力，使实时业务应用成为可能。,1.3 通信交换技术,叠加模型的IP交换技术主要有

40、:CIP、LANE和MPOA在叠加模式中:IP层运行于ATM层之上;实现信息传送需要:两套地址ATM地址和IP地址;两种选路协议ATM选路协议和IP选路协议，还需要地址解析功能，完成IP地址到ATM地址的映射。,IP交换：,是指一类IP与ATM融合的技术它主要有两大类：叠加模型、集成模型。,1.3 通信交换技术,1.3 通信交换技术,集成模型的IP交换技术主要有:IP交换、Tag交换和MPLS 在集成模式中，只需要:一种地址:IP地址;一种选路协议-IP选路协议，无需地址解析功能，不涉及ATM信令，但需要专用的控制协议来完成3层选路到2层直通交换机构的映射。,IP交换：,1.3 通信交换技术,

41、光交换：,转换过程不仅效率低下，而且由于涉及到电信号的处理，要受到电子器件速率“瓶颈”的制约。,光信号的电交换,1.3 通信交换技术,光交换是基于光信号的交换;在整个光交换过程中，信号始终以光的形式存在，在进出交换机时不需要进行光/电转换或者电/光转换，从而大大提高了网络信息传送和处理能力。,光交换：,1.3 通信交换技术,软交换：,NGN（Next Generation Network）即下一代网络，实现了传统的以电路交换为主的PSTN网络向以分组交换为主的IP电信网络的转变，从而使在IP网络上发展语音、视频、数据等多媒体综合业务成为可能。软交换是下一代网络的控制功能实体，它独立于传送网络，

42、主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力，它是下一代网络呼叫与控制的核心。,1.3 通信交换技术,软交换最核心的思想:是业务/控制与传送/接入相分离。,特点:应用层和控制层与核心网络完全分开，以利于快速方便的引进新业务；传统交换机的功能模块被分离为独立的网络部件，各部件功能可独立发展；部件间的协议接口标准化，使自由组合各部分的功能产品组建网络成为可能，使异构网络的互通方便灵活；具有标准的全开放应用平台，可为客户定制各种新业务和综合业务，最大限度的满足用户需求。,软交换：,1.3 通信交换技术,

43、电信交换系统的基本结构,交换系统的基本结构:电信交换系统主要由信息传送子系统和控制子系统组成。,1.3 通信交换技术,1、信息传送子系统:,包括交换网络和各种接口:交换网络:对于信息传送子系统来说，交换就是信息（话音、数据等）从某个接口进入交换系统经交换网络的交换从某个接口出去;交换系统中完成交换功能的主要部件就是交换网络，交换网络的最基本功能就是实现任意入线与出线的互连，它是交换系统的核心部件。,1.3 通信交换技术,互连技术,任意入线与任意出线之间的互连,可以是物理连接，也可以是虚连接,主要涉及硬件技术,包括拓扑结构、选路策略、控制机理、多播方法、阻塞特性和故障防卫,1.3 通信交换技术,

44、拓扑结构：,互连网络都有一定的拓扑结构，是互连技术要解决的第一个主要问题,分为两类：时分结构和空分结构,时分结构：包括共享媒体和共享存储器,空分结构：由交换单元构成的单级或多级拓扑结构,1.3 通信交换技术,选路策略：,主要针对多级空分拓扑结构，是交换节点的互连网络内部的选路；,条件选择与逐级选择,条件选择：从全盘考察，在指定的入端和出端之间选择一条可用的通路；,逐级选择：不从全盘考察，逐级选择一条出线，直到出端；,1.3 通信交换技术,选路策略：,自由选择与指定选择,指定选择：只能选择某一级出线中指定的一条或 一小群，才能到达出端；,条件选择与逐级选择,自由选择：指某一级出线可以任意选择，无

45、论 哪一条出线都可以到达出端；,1.3 通信交换技术,阻塞特性：,连接阻塞与传送阻塞,反映了在呼叫建立或用户信息传送时，由于互连网络的拥塞而遭受损失的现象；,连接阻塞：,在呼叫建立阶段，呼叫遭到拒绝，要重新发起呼叫，可称为损失制,传送阻塞：,在信元传送阶段产生的阻塞，,对于ATM更为重要,1.3 通信交换技术,阻塞特性：,连接阻塞与传送阻塞,有阻塞与无阻塞,有阻塞网络：,电话交换,无阻塞网络：,严格无阻塞：,广义无阻塞：,再配置无阻塞：,任意占用状态,连接遵循特定的选路规则,通过对已建立的连接进行调整,1.3 通信交换技术,信令技术：,用户信令和局间信令,主要为了实现任意用户之间的呼叫连接，完

46、成交换功能；,用户信令：,在用户与交换节点之间的用户线上传送的信令,监视信令,地址信令：直流脉冲、双音多频,局间信令：,电信网中各个交换节点之间传送的信令,1.3 通信交换技术,信令技术：,用户信令和局间信令,随路信令：,信令与话音在同一条通路上传送,线路信令：,记发器信令：,随路信令和共路信令,按传送方向分：,按传送媒介分：,1.3 通信交换技术,信令技术：,用户信令和局间信令,随路信令：,随路信令和共路信令,共路信令：,信令通路与用户信息通路分离,标记型信令：,信令消息中必须包含用来识别属于哪个呼叫连接的标记；,分层协议结构：,1.3 通信交换技术,1、信息传送子系统:,包括交换网络和各种

47、接口:接口:,功能主要是将进入交换系统的信号转变为交换系统内部所适应的信号，或者是相反的过程，这种变换包括信号码型、速率等方面的变换;接口主要分两大类：用户接口和中继接口，用户接口是交换机连接用户线的接口，中继接口是交换机连接中继线的接口，主要有数字中继接口和模拟中继接口;,1.3 通信交换技术,由处理机及其运行的系统软件、应用软件和OAM软件所组成的。控制子系统使用信令与用户和其它交换系统（交换节点）进行“协调和沟通”，以完成对交换的控制。信令是通信网中规范化的控制命令，它的作用是控制通信网中各种通信连接的建立和拆除，并维护通信网的正常运行。,2、控制子系统,1.3 通信交换技术,通信网中通

48、信接续的类型，即交换节点需要控制的基本接续类型主要有4种：即本局接续出局接续入局接续转接（汇接）接续,交换系统的接续类型,交换系统的基本功能,1.3 通信交换技术,本局接续：只在本局用户之间建立的接续，即通信的主、被叫都在同一个交换局;出局接续：是主叫用户线与出中继线之间建立的接续，即通信的主叫在本交换局，而被叫在另一个交换局;入局接续：是被叫用户线与入中继线之间建立的接续，即通信的被叫在本交换局，而主叫在另一个交换局;转接（汇接）接续：是入中继线与出中继线之间建立的接续，即通信的主被叫都不在本交换局;,交换系统的基本功能,1.3 通信交换技术,能正确识别和接收从用户线或中继线发来的通信发起信

49、号 能正确接收和分析从用户线或中继线发来的通信地址信号能按目的地址正确地进行选路以及在中继线上转发信号能控制连接的建立与拆除能控制资源的分配与释放,为了完成上述的交换接续,交换节点必须具备的最基本的功能如下:,1.3 通信交换技术,根据通信网支持业务的不同进行分类：电话通电报通信网数据通信网 综合业务数字网（ISDN）等 根据通信网采用的传送模式的不同进行分类：电路传送网：PSTN、ISDN分组传送网：PSPDN、FRN异步传送网：B-ISDN,通信网的分类:,1.3 通信交换技术,根据通信网采用传输媒介的不同进行分类：有线通信网：架空明线、电缆、光缆;无线通信网：电磁波;根据通信网使用场合的

50、不同进行分类：公用通信网：专用通信网：根据通信网传输和交换采用信号的不同进行分类：数字通信网：模拟通信网：,通信网的分类:,1.3 通信交换技术,通信网的分层结构,通信网的分层体系结构:,1.3 通信交换技术,业务网的种类及其应用特点,1.3 通信交换技术,通信网的组网结构:,星型网环型网网状网树型网总线型网复合型网,基本组网结构主要有:,1.3 通信交换技术,星型网:这种网络结构简单，节省线路，但中心交换节点的处理能力和可靠性会影响整个网络，因而全网的安全性较差，网络覆盖范围较小，适于网径较小的网络。,星形网,通信网的组网结构:,1.3 通信交换技术,环型网:环型网的结构简单,容易实现，但可