復(fù)用與交換基本原理課件

第2章復(fù)用與交換基本原理2.1PCM基本原理2.2電路交換2.3分組交換2.4ATM交換2.1PCM基本原理時(shí)分復(fù)用多路復(fù)用的概念時(shí)分復(fù)用原理異步時(shí)分復(fù)用原理PCM基本原理32路PCMPCM的高次群多路復(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)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，時(shí)間重疊時(shí)分復(fù)用TDM:各路信號(hào)時(shí)間分開，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

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)……….傳輸介質(zhì)第1路第2路第n路第1路第2路第n路發(fā)送接收時(shí)分復(fù)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)aabcdbcabbccad用戶ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四個(gè)時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用t統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用原理STDM：StatisticTDM，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)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abbccadaabcdbc用戶ABCDtttt①②③④#1#2#33個(gè)STDM幀統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用tPCM基本原理（1）PCM：PulseCodeModulation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PCM基本原理（2）抽樣量化12345678910111213141516編碼10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100

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)通過編碼器變成一組碼元話音信號(hào)的PCM1、話音的有效帶寬：300~3400Hz2、抽樣頻率8000Hz

即抽樣間隔為125us3、每個(gè)抽樣值為8位二進(jìn)制編碼32路PCM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。32路PCM的幀結(jié)構(gòu)F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS3110011011000010/11112345678110/111111abcdabcd1復(fù)幀=16幀1幀=32時(shí)隙同步時(shí)隙標(biāo)志信號(hào)時(shí)隙話路時(shí)隙F0F1F2F15abcdabcdabcdabcd幀定位碼組偶幀奇幀區(qū)別偶幀幀對(duì)告碼保留復(fù)幀定位碼組復(fù)幀對(duì)告碼和備用1路16路2路17路15路30路局間線路信令幀結(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)＝32，時(shí)隙編號(hào)TS0－TS31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)＝32×8=256每路數(shù)碼率＝8bit/125us＝64kbit/s總碼率＝256bit/125us＝2048kbit/s幀結(jié)構(gòu)描述各時(shí)隙內(nèi)容TS1－TS15：話路時(shí)隙，傳送1－15路話音信號(hào)編碼TS17－TS31：話路時(shí)隙，傳送16－30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)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/16＝500Hz，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1F1－F15的TS16前4位依次傳送1－15路話路信令后4位依次傳送16－30路的話路信令32PCM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P(guān)CM高次群北美日本歐洲中國數(shù)碼率Mbps話路數(shù)數(shù)碼率Mbps話路數(shù)基群1.544242.04830二次群6.312968.448120三次群32.06448034.368480四次群139.2641920五次群5657680制式群路PCM高次群高次群是由低次群通過數(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/s8448kbit/s2048kbit/s2048kbit/s2048kbit/s一次群復(fù)用設(shè)備8448kbit/s8448kbit/s8448kbit/s34.368Mbit/s三次群2.2電路交換電路交換的概念電路交換的特點(diǎn)電路交換的工作過程電路交換的概念

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，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。將該種交換方式成為電路交換。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。電路交換的工作過程呼叫請(qǐng)求呼叫接受報(bào)文確認(rèn)BACD建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接2.3分組交換分組交換概念分組交換的形式虛電路數(shù)據(jù)報(bào)

分組交換概念分組交換（PacketSwitching)

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

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)來表征建立虛電路時(shí)需要傳送源、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，通信后拆除連接虛電路方式4527316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）

分組交換——數(shù)據(jù)報(bào)方式無連接方式通信前無需建鏈，通信后也無需拆鏈每個(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)的傳輸數(shù)據(jù)報(bào)方式4527316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）1211122212.4ATM交換ATM（asynchronoustransfermodeswitching）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（無周期性）信元傳遞過程中不需源、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）

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48字節(jié)載荷HEC（8）PTI（3）CLPVCI（4）VCI（8）VCI（4）VPI（4）VPI（4）GFC（4）48字節(jié)載荷HEC（8）PTI（3）CLPVCI（4）VCI（8）VCI（4）VPI（4）VPI（8）終端ATM交換機(jī)UNI信元ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)NNI信元VPI：VirtualPathIdentifier

虛通路標(biāo)識(shí)符（NNI信頭12位，UNI信頭8位）VCI：VirtualChannelIdentifier

虛通道標(biāo)識(shí)符（16位）

1）VPI/VCI：標(biāo)識(shí)一個(gè)信元的路徑信息

2）一個(gè)信元在傳輸過程中，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GFC：GenericFlowControl

一般流控，只用于UNI接口，不使用時(shí)，置0HEC：HeaderErrorControlPTI:PayloadTypeIdentifier

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:CellLosspriority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信元

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

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

VP交換ATM交換機(jī)VP1VP3VP2