交換技術(shù)與原理

1、精選ppt1三、窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)N-ISDN: Narrowband-Integrated Services Digital Network1.產(chǎn)生背景(1)80年代中期，國外發(fā)達國家數(shù)字程控電話交換機廣泛采用，電話普及率達到較高的程度。結(jié)論是：電話業(yè)務(wù)趨于飽和，發(fā)展曲線相對平穩(wěn)。(2)對非電話業(yè)務(wù)的要求逐步提高，如用戶電報、數(shù)據(jù)通信、傳真、圖像等，相對來講更調(diào)整的業(yè)務(wù)還有：可視電話，會議電視等。(3) 當時(80年代初、中期)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀是：電話網(wǎng)與各專業(yè)網(wǎng)并存 電話網(wǎng) 用戶網(wǎng) 數(shù)據(jù)網(wǎng) 傳真網(wǎng) 電纜電視(CATV)網(wǎng) 這些網(wǎng)絡(luò)在物理上可能是重疊的，但在邏輯上是分離的。精選ppt

2、21.N-ISDN產(chǎn)生背景/2.基本概念(4) 人們要求對已有的業(yè)務(wù)進行綜合(5)未來通信業(yè)務(wù)的多樣化以及人們對新業(yè)務(wù)的需求是不可預(yù)見的。結(jié)論結(jié)論：導(dǎo)致了：導(dǎo)致了ISDN思的產(chǎn)生思的產(chǎn)生2.ISDN的基本概念I(lǐng)SDN是這樣一種網(wǎng)絡(luò)，它由電話綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(IDN)演變而成，提供端到端的數(shù)字連接，以支持一系列廣泛的業(yè)務(wù)(包括話音和非話業(yè)務(wù))，它為用戶進網(wǎng)提供一組有限的標準多用途用戶網(wǎng)絡(luò)接口。精選ppt33.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)/基本特征三個基本特征： 端到端的數(shù)字連接 綜合的業(yè)務(wù) 標準的入網(wǎng)接口ISDNswitchISDNswitchSubscribersite orserviceproviderTermi

3、nalequipment(TE)Networktermination(NT)SubscriberpremisesSubscriberinterfaceto ISDNDigital subscriberloop tocentral officeUser-networksignalingUser-usersignaling 64 kbpsnonswitchedcapabilities 64 kbpsswitchedcapabilities 64 kbps circuitnonswitchedcapabilities 64 kbpscircuit-woitchedcapabilitiesPacket

4、-switchingcapabilitlesFrame modecapabilitiesCommon-channetsignalingcapabilitiesNetwork精選ppt44. N-ISDN 用戶網(wǎng)絡(luò)接口（1）基本速率接口BRA（Basic Rate Interface）2B+D16 : 2*64kb/s+16kb/s=144kb/s 實際192kb/s物理速率（2）一次群速率接口PRI（Primary Rate Interface）T1例：23BD6423*64kb/s+64kb/s 1.544Mb/sE1例：30BD6430*64kb/s+64kb/s 2.048Mb/s（包括

5、64kb/s線路同步）精選ppt5N-ISDN用戶網(wǎng)絡(luò)接口(Cont.)UNIUser Network InterfaceBRIPRITelephoneTE1NT-1SwitchTAUS/TRTE1SwitchPBXNT-1TAUTRSTelephone精選ppt6N-ISDN-用戶網(wǎng)絡(luò)接口(ISDNGrowth)YEARBRIPRITOTAL1997933K(+30%)49K(+60%)982K(+29%)19981.25M(+35%)79K(+60%)1.229M(+36%)19991.637M(+30% )119K(+50%)1.757M(+30%)20002.047M(+25% )16

6、7K(+40%)2.214M(+26%)20012.456M(+20% )217K(+30%)2.674M(+21%)20022.824M(+15% )261K(+15%)3.086M(+15%)引自 Telephony Magazine, July 1998精選ppt7N-ISDN-用戶網(wǎng)絡(luò)接口配置Network(SS7,packet, cellular,satellite,etc.)TE1LT/ETNT1NT2TE2NT1NT2TALT/ETSTURSTUTypical ISDN topology精選ppt8S-T-and U-interface reference points and

7、functional groupsTE2TE1TANT-2NT-2ISDNSwitchSUTTE2TE1TANT-2NT-1ISDNSwitchSUTNon-ISDNDevicesNon-ISDN Interfaces(same as Basic Rate)May also be Non-ISDN T14-wire1.544 Mbps(23B+D)2.048Mbps(30B+D)4-wireT1 orCEPT/G.703Primary RateBasic RateNon-ISDN Interfacese.g.,RS-232C4-wire2B+D14.4Kbps4-wire2B+D14.4Kbp

8、s2-wire(metallic)EchoCancellation精選ppt9Function Group and Reference Point功能群： 定義了ISDNUNT接口上一些獨立(邏輯)的功能實體。 如：TE1/TE2，TA，NT2/NT1，LT/ET等。 NT-1(Network Termination 1): NT-1 provides the physical interface between the CPE and the carriers network NT-2(Network Termination2): NT-2 handles the logical inter

9、face between the customers premises and the carriers network; it may offer provisions for channel switching and multiple access. NOTE: Functional groupings of NT-1 and NT-2 can easily be provided by the same physical device; this device can be called NT-12(NT-one-two),or simply,NT.精選ppt10功能群和參考點(Con

10、t.) TA(Terminal Adapter): TA is any device that allows terminals and telephones that dont conform to ISDN standards to connect to the ISDN. TE(Terminal Equipment): TE is any voice, data, or other terminal that conforms to ISDN interface requirements. LT: Line Termination ET: Exchange Termination 精選p

11、pt11參考點(Cont.) 參考點：功能群之間的相對邏輯/物理接口點 R、S、T、U R：ISDN非標準終端（TE2）與終端適配器（TA）之間的接口 S/T： U：NT1的工線側(cè)接口：國際標準接口NT1/2TE1TANT1/2TE2T/STSFour Wire(two Twisted Pair)精選ppt12Definition of ReferenceU: The interface at reference point U is the two-wire connection between the customers premises (NT-1)and local exchange

12、office. The standard for the U interface specifies a special compressed transmission format called 2B 1Q.S: The interface at reference point S connects NT-2(or NT) with ISDN terminal equipment(TE or TA). Signals and data formats at the S interface and the T interface are identical.T: The interface a

13、t reference point T connects NT-1 and NT-2. It method. Where NT-1 and NT-2 are implemented in the same device, on T1-interface is required.精選ppt135.N-ISDN LayersISDN的C、U、M平面結(jié)構(gòu)主體的分離平面模型OSIC、U、M單平面模型帶外信令帶內(nèi)信令(out-band signaling)(in-band signaling)B信道：U平面D信道：平面/signalingD信道：分組平面(packet)M平面：負責管理和溝通C、U兩平面

14、PHY Medium12345677654321C(control)U(User)M(management)精選ppt14ISDN協(xié)議的相互關(guān)聯(lián)用 戶應(yīng)用用戶設(shè)備A7A6A5A3A4A2A1用戶網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)用戶平面U用戶觀點用戶協(xié)議用戶數(shù)據(jù)流(B信道)信令協(xié)議信令流(D信道)控制平面C網(wǎng)絡(luò)觀點用戶之間交換的數(shù)據(jù)信令協(xié)議信令信息控制應(yīng)用64Kbit/s交換網(wǎng)絡(luò)C3C1C2C1C2C3連接控制精選ppt15ISDN協(xié)議參考模型(B信道的電路連接)聯(lián)絡(luò)AS/TS/TNT1NT1UCMUCMCCMCCM終端S/T終端聯(lián)絡(luò)B聯(lián)絡(luò)D聯(lián)絡(luò)C分組交換網(wǎng)絡(luò)1237654123123765412312312376

15、54765476547654UUUU精選ppt16ISDN協(xié)議參考模型(D信道的電路連接)聯(lián)絡(luò)AS/TS/TNT1NT1UCMUCMCCMCCM終端S/T終端聯(lián)絡(luò)B聯(lián)絡(luò)D聯(lián)絡(luò)C網(wǎng)絡(luò)123765412312376542311231237654765476547654UUUU精選ppt17用戶網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議結(jié)構(gòu)應(yīng)用層表示層會話層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層端到端用戶信令呼叫控制I.451X.25分組級待研究LAP-D(I.441)I.430，I.431信令X.25分組級X.25LAP-B分組遙測電路交換租用電路分組交換D信道B信道telemetryleasedcircalit精選ppt186.N-I

16、SDN協(xié)議單元User DefinedQ.931LAPDBRII.430PRII.431Protocl StackNetwork(I.4N呼叫控制)Data Link(Q.921I.441)PhysicalLAPD: Link access procedure for D channel精選ppt19ISDNPDU(LAPD 幀格式)EAEAC/RSAPITEIFlagAddressControlInformation(ISDN Layer 3)FCSFlagLink ControlField(Sequence No.,ACK,NAK,flowaddress,SAPin the termina

17、l)Q.9331 Message foresfablishment/disertablishment of BchannelSAPI: Service access point identififier(業(yè)務(wù)接入點)TEI:Terminal endpoint identifier(終端端點標志)FA: 地址擴展比特C/R: Command/Response精選ppt20Why TE1?TEI0-6364-126127(Before logging on )固定TEI/P-to-P(During logon Dro.)動態(tài)自動分配/multipointA broadcast connection

18、All Is精選ppt21Why TEI? Using TEI identify terminalsTEP-to-PNodeTEI=64P-to-MPNodeTEI=65TEI=126BRI最多允許接8 個T E ，3個a cti v e/ 同時精選ppt22Why SAPI?SAPI=0SAPI=16SRPIOtrafficSAPI16trafficSAPI0SAPI16signalinguserSAPI=7SAPI=21SAPI=7trafficSAPI=21T(a)from TE to Node(b)from Node to TE精選ppt23SAPI ValueSAPI ValueFr

19、ame Carrier0Signaling (call control )Information1-15Reserved16User traffic17-31Reserved63Management InformationOthersNot available for Layer 2 operations精選ppt247.N-ISDN Layer 3, Location of ISDN layer 3User of ISDNISDNLayer 3User of ISDNISDNLayer 3ITU-TQ.931精選ppt25Modeling of Basic and Supplementary

20、 ServicesTermnal callprocessingBasic serviceprotocol(Q.931)Supplementaryservicesprotocol(facility)Q.931 messagesLAPDI.430/I.431Exchange callprocessingSupplementaryservicesprotocol(facility)Q.931 messagesLAPDI.430/I.431Basic serviceprotocol(Q.931)精選ppt26The Q.931 Message format/structure bit8 7 6 5 4

21、 3 2 1協(xié)議鑒別語Protocoldiscrimnator0 0 0 0length of callReferonce ValueCall Reforence Value0消息型( m e sage type)Other Inro. elements(as reguired)信息單元1234n精選ppt27三個重要參數(shù) 1)協(xié)議鑒別語(Protocol Discriminator) 用于區(qū)分是ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)呼叫控制消息呢？還是其它類型的消息(如 X.25呼叫)。對Q.931 ISDN000010002)呼叫參考(Call Reference) 用于標記Local ISDN的某一個特定的

22、ISDN呼叫。 亦即：在一個UNI接口上每個呼叫僅存在唯一的一個標識符(identifier)3)消息類型(Message Type) 該參數(shù)用于標記消息的功能類型，如：Setup,disconnect,. etc.精選ppt28ISDN Layer3 MessageCall Establishment MessagesCall Disestablishment MessagesALERTINGDETACHCALL PROCEEDINGDETACH ACKNOWLENGECONNECTDISCONNECTCONNECT ACKNOWLEDGERELEASESETUPRELEASE COMPLE

23、TESETUP ACKNOWLEDGECall Information Phase MessagesMiscellaneous messagesRESUMECANCELRESUME ACKNOWLEDGECANCEL ACKNOWLEDGERESUME REJECTCANCEL REJECTSUSPENDCONGESTION CONTROLSUSPEND ACKNOWLEDGE FACILITYSUSPEND REJECTFACILITY ACKNOWLENGEUSER INFORMATIONFACILITY REJECTINFORMATIONREGISTERREGISTER ACKNOWLE

24、DGEREGISTER REJECTSTATUSSTATUS ENQUIRY精選ppt29例1.正常的ISDN呼叫過程PersonCallingTerminalETETCallingTerminalPersonOff-nook&DtatRing backIndicationStopRing backSETUPSETUP ACKINFOCALLPROCEEOINGALERTINGCONNECTCONNECTACKSETUPRongingALERTINGCONNECTACKCONNECTOff-nookPick-upOngoing connectionHang-upDISCONNECTRE

25、LEASEDISCONNECTRELEASERELEASERELEASECOMPLETECOMPLETEExample of an ISDN connection establishmetn andtormination精選ppt30例2. ISDN的keypad 協(xié)議過程AISDNBCACTIVE CALLA-B ACTIVEINFOINFOKeypadHOLDKeypadHOLDINFORMDisptayHOLD ACKCall progresstonesProceedindicationA-B HELDINFO(Keypad-Addressdigrts)INFOINFOCall prog

26、resstonesDisplayALERTINGDisplayALERTINGSETUPALERTINGCONNECTCONNECTACKACTIVE CALLA-B HELDA-C ACTIVEThe keypad protocol operation精選ppt31N-ISDN參考閱讀1.William Stallings, ISDN and Broadband ISDN, Ind Ed, MacMillan Publishing Company, 1992精選ppt32N-ISDN的優(yōu)點(1) 提供電路交換與分組交換兩種通信模式(2)通過一組有限的標準多用途用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)提供 各種

27、通信業(yè)務(wù)(3)提供智能化的通信業(yè)務(wù)精選ppt33N-ISDN的局限性1. 傳輸速率低，1.5Mb/s2Mb/s。然而，最吸引人們的業(yè) 務(wù)2Mb/s，包括視頻通信和高速LAN互連2.中繼網(wǎng)絡(luò)種類繁多 僅僅實現(xiàn)了用戶網(wǎng)絡(luò)接口上的綜合，而在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部仍 由許多分離的網(wǎng)絡(luò)實體來為各種對應(yīng)的業(yè)務(wù)提供服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)綜合不徹底。3.靈活性差 只能以64Kb/s為單位(n*64Kb/s)提供恒定比特率(CBR)的 業(yè)務(wù)，很難適應(yīng)未來業(yè)務(wù)的變化，如編碼變化，PCM 64Kb/sADPCM 32Kb/s 16Kb/s 8Kb/s(移動通信編碼 信道13Kb/s)結(jié)論結(jié)論：需要有新的傳輸、交換體制誕生精選ppt34B-

28、ISDN的基本概念1.寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的思想 四大方面的原因產(chǎn)生B-ISDN： 各專業(yè)網(wǎng)單一服務(wù)有優(yōu)勢，但是提供綜合服務(wù)有缺陷 N-ISDN有局限性 不能采取單純的層次式信道速率分配帶寬的方法 對未來的寬帶網(wǎng)有新的要求精選ppt35各專業(yè)網(wǎng)并存多套技術(shù)多套管理維護體制資源不能共享精選ppt36N-ISDN有局限性(1) 支持的業(yè)務(wù)帶寬有限(2.048Mb/s)，有限的帶寬不能傳送 電視信號，因此需要專門的電視網(wǎng)，包括CATV網(wǎng)和衛(wèi) 星廣播。各網(wǎng)之間不能互通、共享資源。(2) N-ISDN僅僅實現(xiàn)了用戶網(wǎng)絡(luò)接口處的綜合，而在網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)部仍由多個分離的物理網(wǎng)絡(luò)為用戶提供性質(zhì)不同的服務(wù)。(3) N*

29、64Kb/s交換能力仍不夠靈活。 革命尚未成功，同志仍需努力。精選ppt37SDH不能作為交換技術(shù)，現(xiàn)有局域網(wǎng)需要延伸1. SDH的層次式帶寬分配方法不靈活，適合作為底層網(wǎng)絡(luò)傳 輸體制，如果把SDH作為交換技術(shù)將會造成網(wǎng)絡(luò)交換資源 的低效率，網(wǎng)絡(luò)交換要求：無級變倍式的為用戶應(yīng)用提供 服務(wù)。2. 原有/現(xiàn)有局域網(wǎng)(LAN)雖然大于2Mbit/s，但有問題： 不能延伸到廣域范圍內(nèi)。 不能把業(yè)務(wù)“Integrated”。精選ppt38技術(shù)進步對B-ISDN網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生重大影響 壓縮技術(shù) 編碼算法 芯片制造技術(shù)精選ppt39未來寬帶網(wǎng)的開放性人們要求未來的寬帶網(wǎng)絡(luò)要做到與業(yè)務(wù)獨立 靈活與未來安全 有效的

30、利用資源 收費低廉B-ISDN應(yīng)能體現(xiàn)出三大特征 寬帶(bandwidth) Broad band 交換式(switched) 智能(Intelligent)精選ppt40B-ISDN是一元化網(wǎng)絡(luò)于是人們尋求一種集業(yè)務(wù)表示、網(wǎng)絡(luò)傳輸、利用和交換于一體的一元化網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)不僅能滿足現(xiàn)在通信業(yè)務(wù)的要求，而且能在未來相對較長的時間內(nèi)滿足新(出現(xiàn))的業(yè)務(wù)通信的要求，這樣一個理想的網(wǎng)絡(luò)稱之為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，即B-ISDN。精選ppt41B-ISDN業(yè)務(wù)的分類 居民(Residential Subscriber)：如電視、可視 電話、多媒體(視頻點播VOD)、其它視頻業(yè) 務(wù)etc.寬帶業(yè)務(wù) 商業(yè)(

31、Business Subscriber)：如LAN互連、分 布協(xié)同工作.etc.ITU-T I.113建議中明確規(guī)定：寬帶(Broad band)為要求傳輸信道的速率起過一次群速率 的或系統(tǒng)精選ppt42B-ISDN業(yè)務(wù)分類I.211建議把寬帶業(yè)務(wù)交互型業(yè)務(wù)(interactive)分配型業(yè)務(wù)(distributive)寬帶業(yè)務(wù)交互型業(yè)務(wù)分配型業(yè)務(wù)會話型業(yè)務(wù)消息型業(yè)務(wù)檢索型業(yè)務(wù)可由用戶參與控制型分配業(yè)務(wù)不能由用戶參與控制型業(yè)務(wù)Conversational ServicesMessagingServicesRetrialserviceswith user-individualpresentati

32、on controlwithout user-individual control精選ppt43B-ISDN業(yè)務(wù)的特征/業(yè)務(wù)比特率(Bit Rate)寬帶業(yè)務(wù)的速率跨度大，突發(fā)性強，實時性要求嚴格。業(yè) 務(wù) 名 稱速 率 （ bit/s）報 警 /監(jiān) 控 系 統(tǒng)4計 算 機 終 端 應(yīng) 用256K數(shù) 字 化 電 話 編 碼16-64KS0接 口144KS1接 口1536KS2接 口 或 圖 像 電 話2M塊 文 件 送8-32M處 理 機 總 路16-64M彩 色 電 視34MFDDI互 連100MHDTV140M(未 壓 縮 )超 高 清 晰 度 的 圖 像 業(yè) 務(wù)512MHIPPI接 口80

33、0-1600M精選ppt44B-ISDN業(yè)務(wù)的特征/業(yè)務(wù)比特率(Bit Rate)High QualityVideoHigh Speed Data Hifi SoundVideophonyVoiceTelemetrylow speeddata100100108107106105104103102101103104105106102101109holding time(s)Fig. Range of services Expected in Brodband Network bit rate (bit/s)精選ppt45B-ISDN業(yè)務(wù)的特征/突發(fā)特性(Burstiness)ServiceEsl

34、tBVoiceInteractive dataBulk dataStandard quality videoHigh definition TV (HDTV)High quality video telephony32Kbit/s1-100Kbit/s1-10Mbit/s1.5-15Mbit/s15-150Mbit/s0.2-2Mbit/s2101-102-31-25精選ppt46B-ISDN業(yè)務(wù)的特征/多媒體業(yè)務(wù)成份(Multimedia Components)寬帶業(yè)務(wù)由多種媒體成份組成，如會議電視(寬帶)由聲音(Voice)、圖像(Image)、文本(Text)和視頻(Video)等組成；

35、個呼叫對應(yīng)多個連接、并且多個連接之間需要保持交叉同步。 ComponentServiceDataTeletextAudioStandardvideoHighdefinitionvideooverheadTelephonyXVideo telephonyXXXStandard definition TVXXXXHigh definition TV(HDTV)XXXXXVideo libraryXXXHigh quality ratioXXHigh speed dataX精選ppt47B-ISDN業(yè)務(wù)的特征/多媒體業(yè)務(wù)成份(Cont.)圖文電視超高分辯率高分辯率中等分辯率低分辯率HDTV16/9-

36、4/3縱橫比HIFi音響實況廣播聲音層次化非層次化HDTV廣播質(zhì)量一般通信質(zhì)量監(jiān)視圖像同步Fig.Architectural Model for Video Services精選ppt48B-ISDN業(yè)務(wù)的特征/應(yīng)用要求寬帶業(yè)務(wù)差別懸殊大，分門別類劃成四類：恒定比特率(CBR)業(yè)務(wù)可變比特率(VBR)業(yè)務(wù)，rt-VBR, nrt-VBR可得到比特率(ABR)業(yè)務(wù)非特定比特率(UBR)業(yè)務(wù)精選ppt49ATM異步傳遞方式/(Spectrum of Switching Technologies)1. 為什么需要ATM(Asynchronous Transfer Mode)簡單?。欤?fù)雜慢電路交換

37、XMRCSXFCS？ATMFPSFRFSwitehig X.25Fig.Spectrum of Switching Techniques固定比特率可變比特率精選ppt50傳遞方式的變更電路交換(Circuit Switching)STMSynchronous Transfer Mode, 采用時隙(Time Slot)交換的概念XbaXbaVZVZfcfcYYYVXZYVX時隙幀t幀同步afbaI1I2InO1O2On時 隙 / 鏈 路翻 譯 表 翻翻譯譯表表輸入鏈路時隙輸出鏈路時隙I1123mO2O1OnO223m1I2123mIn12mO1O1On”212精選ppt51電路交換用固定資源分

38、配方式對速率變化大的寬帶業(yè)務(wù)是不合適的電路交換很不靈活簡單的電路交換方式對通用寬帶網(wǎng)是完全不合適的精選ppt52傳遞方式的變更多速率電路交換(Multirate Circuit Switching)MRCS兩種方式： 完全多速率電路交換，nx基本信道速率，如N-ISDN (突出特征是一個基本速率) 改進型MRCS，H1，H2Hn多個信道等級 (特征是多個基本速率)精選ppt53MRCS多速率并行交換器H4H1H130B+D64SYNCNISDNSynchronigationS tereo soundH igh Speed data. .Video phone/TVdistribution139.264Mbit/s8*2.048Mbit/s1.024Kbit/s156.672Mbit/sFig.Multirate Circuit Switching with different Basic Rates精選ppt54MRCS多速率并行交換器EOSubscriber line156.672Mbit/sMux/DeMuxH4H1NISDNControlH4H1NISDNFig. Switch