1、lxm,1,第2章 復(fù)用與交換基本原理,2.1 PCM基本原理 2.2 電路交換 2.3 分組交換 2.4 ATM交換,lxm,2,2.1 PCM基本原理,2.1.1 時(shí)分復(fù)用 2.1.2 PCM基本原理 2.1.3 32路PCM 2.1.4 PCM的高次群,lxm,3,2.1.1 時(shí)分復(fù)用,多路復(fù)用的概念 時(shí)分復(fù)用原理 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用原理,lxm,4,多路復(fù)用的概念,信號(hào)： 模擬信號(hào)：是數(shù)值上連續(xù)變化的信號(hào)。例如話音信號(hào)，圖象信號(hào)等。 數(shù)字信號(hào)：是離散的信號(hào) 多路復(fù)用 將多個(gè)信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)組合，并由一個(gè)信道傳輸，傳輸中各信號(hào)之間彼此獨(dú)立 多路復(fù)用的基礎(chǔ)是分割原理，信號(hào)分割的依據(jù)是信號(hào)差異 復(fù)

2、用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線路利用率 根據(jù)不同的參量，多路復(fù)用的類型有 頻分復(fù)用FDM:各路信號(hào)頻率分開(kāi)，時(shí)間重疊 時(shí)分復(fù)用TDM:各路信號(hào)時(shí)間分開(kāi)，頻率重疊 碼分復(fù)用CDM:各路信號(hào)時(shí)間、頻率重疊，特征碼不同,lxm,5,時(shí)分復(fù)用原理（1）,時(shí)分復(fù)用TDM（通常指同步時(shí)分復(fù)用） 把傳輸信道按時(shí)間分割成若干時(shí)隙，以傳送若干路信號(hào)。 發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時(shí)隙1時(shí)將第1路信號(hào)打入信道，時(shí)隙2是將第2路信號(hào)打入信道， 依此類推 接收方，在發(fā)送方同步信號(hào)的作用下，在時(shí)隙1時(shí)接收第1路信號(hào)，時(shí)隙2時(shí)接收第2路信號(hào).,第1路,第2路,第n路,第1路,第2路,第n路,發(fā)送,接收,lxm,6,時(shí)分復(fù)

3、用原理（2）,TDM按幀結(jié)構(gòu)（固定時(shí)長(zhǎng)，時(shí)隙個(gè)數(shù)固定）傳送 每個(gè)用戶分配固定時(shí)隙（在幀結(jié)構(gòu)中占固定位置） 每個(gè)用戶只能在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù) 當(dāng)某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，分配給該用戶的時(shí)隙只能處于空閑狀態(tài)，不能作為他用 可能造成線路資源的浪費(fèi),a,b,a,b,b,c,c,a,d,用戶,A,B,C,D,t,t,t,t,#1,#2,#3,#4,時(shí)分復(fù)用幀,t,b,c,a,d,c,時(shí)隙1,時(shí)隙2,時(shí)隙3,時(shí)隙4,4路復(fù)用,lxm,7,統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用原理,STDM：Statistic TDM，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，又叫異步時(shí)分復(fù)用 每個(gè)用戶不分配固定時(shí)隙，按需動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙 STDM按幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳送，幀長(zhǎng)固定（不同系統(tǒng)

4、幀長(zhǎng)可能不同） 組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行 一個(gè)用戶可以連續(xù)占用多個(gè)時(shí)隙 能顯著提高信道的利用率,lxm,8,2.1.2 PCM基本 原理（1）,PCM：Pulse Code Modulation 脈沖編碼調(diào)制 PCM是一種將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的編碼方式 PCM發(fā)送端包括：抽樣、量化和編碼 PCM 接收端包括：解碼、量化樣值解調(diào),模擬 信源,低通 濾波器,量化 器,抽樣 器,編碼 器,解碼 器,低通 濾波器,模擬 信宿,發(fā)送端,接收端,lxm,9,2.1.2 PCM基本原理（2）,抽樣,量化,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,編碼,1,011,

5、2,010,001,000,3,4,5,000,6,7,8,001,010,011,9,100,10,101,110,111,11,12,13,111,14,15,16,110,101,100,將時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度離散的數(shù)字信號(hào)。,將時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)。 帶限信號(hào)連續(xù)抽樣，要求抽樣頻率不小于所傳信號(hào)的最高頻率的2倍。,量化后的信號(hào)通過(guò)編碼器變成一組碼元,lxm,10,2.1.3 32路PCM復(fù)用,話音信號(hào)的PCM 1、話音的有效帶寬：3003400Hz 2、抽樣頻率8000Hz 即抽樣間隔（抽樣周期）為125us 3、每個(gè)抽樣值為

6、8位二進(jìn)制編碼 PCM信號(hào)的復(fù)用 每路抽樣占用的時(shí)間遠(yuǎn)小于其抽樣周期 利用時(shí)分復(fù)用原理，在下一個(gè)周期到來(lái)前的空閑時(shí)間內(nèi)，對(duì)其他路進(jìn)行抽樣 一個(gè)周期內(nèi)抽樣的路數(shù)取決于每路抽樣占用時(shí)間的多少,lxm,11,話音復(fù)用的原理,每路話音抽樣占用的時(shí)間很短，在n=32路PCM復(fù)用中為3.91us,lxm,12,2.1.3 32路PCM復(fù)用,幾個(gè)基本概念： 時(shí)隙：每路話路抽樣所花的時(shí)間。 幀：每32個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀。 復(fù)幀：16個(gè)幀合成一個(gè)復(fù)幀。,lxm,13,32路PCM復(fù)用的幀結(jié)構(gòu),1復(fù)幀=16幀,話路時(shí)隙,15路,30路,lxm,14,幀結(jié)構(gòu)描述,幀重復(fù)頻率抽樣頻率8kHz 抽樣周期125us 時(shí)隙數(shù)

7、32，時(shí)隙編號(hào)TS0TS31 每路時(shí)隙3.91us 每路時(shí)隙傳送8位碼組，位時(shí)間488ns 每幀傳送位數(shù)328=256 每路數(shù)碼率8bit/125us64kbit/s 總碼率256bit/125us2048kbit/s,lxm,15,幀結(jié)構(gòu)描述,各時(shí)隙內(nèi)容 TS1TS15：話路時(shí)隙，傳送115路話音信號(hào)編碼 TS17TS31：話路時(shí)隙，傳送1630路話音信號(hào)編碼 TS0：幀同步時(shí)隙，傳送同步碼組 TS16：信令時(shí)隙，傳送30路話路的信令碼和復(fù)幀碼 信令時(shí)隙TS16 傳送信令信號(hào)（如摘機(jī)、掛機(jī)、振鈴等） 一幀中只傳送8位碼組，每路占4位，每幀只能傳2路 提高信道利用率，一個(gè)基群有30個(gè)話路，一個(gè)

8、信令信號(hào)控制2個(gè)話路，故引入復(fù)幀概念 信令信號(hào)必須按復(fù)幀處理（16幀組成一個(gè)復(fù)幀） 信令4位碼組含義a、b、c、d，目前只用了前3位,lxm,16,復(fù)幀結(jié)構(gòu)描述,由16幀組成一個(gè)復(fù)幀 復(fù)幀頻率8000Hz/16500Hz，周期2ms 各幀信令 F0的TS16 前4位為復(fù)幀同步嗎0000 第6位為復(fù)幀失步告警碼，同步為0,失步為1 其他位保留，暫定位1 F1F15的TS16 前4位依次傳送115路話路信令 后4位依次傳送1630路的話路信令,lxm,17,32 PCM幀的傳輸與處理,逐幀傳輸 按復(fù)幀處理 因?yàn)槊繋荒軅魉?個(gè)話路的信令 30路話路的信令在一個(gè)復(fù)幀內(nèi)才能包含完,lxm,18,2.1

9、.4 PCM高次群,制式,群路,lxm,19,2.1.4 PCM高次群,高次群是由低次群通過(guò)數(shù)字復(fù)用設(shè)備匯接而成,基群 （一次群）,二次群,一次群復(fù) 用 設(shè) 備,2048kbit/s,8448kbit/s,2048kbit/s,2048kbit/s,2048kbit/s,34.368Mbit/s,三次群,lxm,20,2.2 電路交換,電路交換的概念 電路交換的特點(diǎn) 電路交換的工作過(guò)程,lxm,21,電路交換的概念,用戶在相互通信前，根據(jù)信令將主、被叫之間的鏈路逐段連接起來(lái)，形成一條實(shí)際的物理鏈路（一對(duì)實(shí)線、時(shí)隙或頻段），連接期間通信雙方始終使用并獨(dú)占該條物理鏈路，結(jié)束后拆除這條物理鏈路。將該

10、種交換方式成為電路交換。,lxm,22,電路交換的特點(diǎn),一定是面向連接的，且是實(shí)連接 必須有建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接三個(gè)過(guò)程 連接后占用的是實(shí)際物理電路 所有信息傳輸沿著同一路徑（建立連接的路徑） 信道獨(dú)占 在釋放連接以前 兩個(gè)用戶一直占用端到端的固定帶寬（資源） 即使這兩個(gè)用戶并沒(méi)有通信，別的用戶也不能占用 優(yōu)點(diǎn)：傳輸可靠、實(shí)時(shí)，不亂序 缺點(diǎn)：信道利用率低 使用場(chǎng)合：特別適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，不適合突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸和頻繁更換通信對(duì)象的場(chǎng)合。,lxm,23,電路交換的工作過(guò)程,呼叫請(qǐng)求,呼叫接受,報(bào)文,確認(rèn),B,A,C,D,建立連接,數(shù)據(jù)傳輸,釋放連接,lxm,24,2.3 分組交換,分組交換概念

11、分組交換的形式 虛電路 數(shù)據(jù)報(bào),lxm,25,分組交換概念,分組交換（Packet Switching) 利用存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)的方式，將數(shù)據(jù)報(bào)文分割成一個(gè)個(gè)分組（包），以分組為單位進(jìn)行傳輸和交換。這種方式稱為分組交換。 分組交換的形式 虛電路交換 數(shù)據(jù)報(bào)交換,lxm,26,分組交換虛電路方式,面向連接的方式，但為虛連接（邏輯連接） “虛”的含義：只有傳送分組時(shí)才占用物理電路 意味著一條物理電路可以同時(shí)建立多條虛電路 信道不獨(dú)占，采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，實(shí)現(xiàn)信道共享 同一虛電路的分組通信路徑相同，故通信有序 一個(gè)用戶可與多個(gè)用戶建立虛連接 每個(gè)虛電路都由一個(gè)虛電路號(hào)或虛電路標(biāo)識(shí)來(lái)表征 建立虛電路時(shí)需要傳送源

12、、目地址 建立虛電路后，則傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只需攜帶虛電路號(hào)或標(biāo)識(shí) 虛電路分為兩種： 永久性虛電路PVC 事先已建立連接，可直接進(jìn)行通信，通信后不需拆鏈 交換性虛電路SVC 通信前建立連接，通信后拆除連接,lxm,27,虛電路方式,4,5,2,7,3,1,6,通信網(wǎng)絡(luò),主機(jī)2,主機(jī)1,主機(jī)1與主機(jī)2之間的通信,主機(jī)3,主機(jī)4,主機(jī)3與主機(jī)4之間的通信也類似,通信前建立連接 所有主機(jī)1到主機(jī)2的的分組都按同一虛電路（路徑）到達(dá)主機(jī)2 通信結(jié)束后拆除連接（PVC除外）,lxm,28,分組交換數(shù)據(jù)報(bào)方式,無(wú)連接方式 通信前無(wú)需建鏈，通信后也無(wú)需拆鏈 每個(gè)分組單獨(dú)選路，造成： 不同的分組可能傳輸路徑不同 到

13、達(dá)同一目的地的數(shù)據(jù)可能亂序 分組必須攜帶源、目地址 不能保證時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)，是一種“盡力傳送”方式 特別適合突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，不適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的傳輸,lxm,29,數(shù)據(jù)報(bào)方式,4,5,2,7,3,1,6,通信網(wǎng)絡(luò),主機(jī)1,主機(jī)2,主機(jī)到主機(jī)2的分組沿不同路徑到達(dá)主機(jī)2 出現(xiàn)亂序（先發(fā)后到）,1,lxm,30,2.4 ATM交換,ATM（asynchronous transfer modeswitching） 異步轉(zhuǎn)移模式 基本特征： 傳輸、復(fù)用和交換都是以信元為基本單位進(jìn)行的 信元長(zhǎng)度固定：53字節(jié)（5字節(jié)頭部48字節(jié)載荷） 異步是指屬于同一用戶的信元不一定按固定的時(shí)間間隔周期性地出現(xiàn) 采用虛連接

14、方式，異步時(shí)分復(fù)用 按時(shí)隙交換，每時(shí)隙交換一個(gè)信元 用戶信元傳輸不按固定時(shí)隙（無(wú)周期性） 信元傳遞過(guò)程中不需源、目地址，只用虛連接標(biāo)識(shí)VPI/VCI 支持多種業(yè)務(wù)（實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)、不同速率）,lxm,31,ATM信元,ATM對(duì)等層實(shí)體傳送PDU：53字節(jié)長(zhǎng)信元 ATM層與上層的SDU： 48字節(jié)長(zhǎng)的信息塊 ATM信元頭部結(jié)構(gòu)分為兩種：UNI信頭與NNI信頭,lxm,32,VPI ：Virtual Path Identifier 虛通路標(biāo)識(shí)符（ NNI信頭12位，UNI信頭8位）,VCI：Virtual Channel Identifier 虛通道標(biāo)識(shí)符（16位）,1） VPI/VCI：標(biāo)識(shí)一個(gè)信

15、元的路徑信息 2）一個(gè)信元在傳輸過(guò)程中，其VPI/VCI是變化的 3）ITU為特定應(yīng)用規(guī)定了VPI/VCI值（不得他用）,ATM信元,lxm,33,GFC：Generic Flow Control 一般流控 ，只用于UNI接口，不使用時(shí)，置0,HEC：Header Error Control PTI: Payload Type Identifier 負(fù)荷類型識(shí)別器（3位） 1）區(qū)分普通信元和管理信元 2）擁塞狀態(tài)指示,CLP: Cell Loss priority 信元丟棄優(yōu)先級(jí) （1位） 1）0表示信元丟棄優(yōu)先級(jí)低，需要盡最大努力傳送 2）1 表示信元丟棄優(yōu)先級(jí)高，擁塞時(shí)首先將其丟棄,ATM

16、信元,lxm,34,ATM用戶終端,用戶終端ATM層功能 發(fā)端： 給高層信息加上幀頭，形成UNI信元 給UNI信元分配VPI/VCI 將信元復(fù)用形成信元流 收端： 識(shí)別VPI/VCI，將信元進(jìn)行分流 去掉幀頭，恢復(fù)上層數(shù)據(jù)，并交上層,lxm,35,ATM交換機(jī)（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）,ATM交換機(jī)ATM層功能 1）選路 根據(jù)虛電路表進(jìn)行選路 虛電路表連接建立時(shí)創(chuàng)建 2）變換信頭、轉(zhuǎn)發(fā)信元 VPI、VCI、HEC在 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可能變 根據(jù)虛電路表中信元的轉(zhuǎn)發(fā)出口，以及下一虛鏈路的 VPI/VCI標(biāo)識(shí)，改寫(xiě)信頭和重新計(jì)算HEC 然后向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信元,lxm,36,VP交換,VP交換指信元經(jīng)過(guò)交換節(jié)點(diǎn)向下轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)， 只改變VPI的值 將一個(gè)VP內(nèi)的所有虛擬連接交換到另一個(gè)VP內(nèi) 可由網(wǎng)管系統(tǒng)建立半永久性VPC，以達(dá)到快速 高效傳輸,VP交換示意圖,lxm,37,VC交換,VC交換指信元經(jīng)過(guò)交換節(jié)點(diǎn)向下轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)， VPI/VCI都會(huì)發(fā)生改變 VC 交換點(diǎn)終止于VC鏈和VP鏈,VP3,VP1,VP2,VP4,ATM 交換機(jī),VC15,VC12,端口1