計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)

在這部分我們主要講述：

?:?數(shù)據(jù)通信基本知識(shí)

?:?局域網(wǎng)技術(shù)

?:?城域計(jì)算機(jī)網(wǎng)和廣域計(jì)算機(jī)網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)

?:?端■端的通信

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學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過學(xué)習(xí)這部分知識(shí)，應(yīng)該做到：：

?:?掌握信道帶寬與傳輸速率之間的關(guān)系、通信子

網(wǎng)的組成、TCP/IP規(guī)程的主要內(nèi)容、網(wǎng)際互

連的基本技術(shù)和設(shè)備。

?:?了解編碼解碼技術(shù)，掌握中繼與交換的概念、

工SO-8802系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中的主要幾種局域網(wǎng)、

基于電話傳輸系統(tǒng)的工SDN接入方式、端口的概

念。

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是

計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合。

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通信子網(wǎng)概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)首先是一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，各計(jì)章

機(jī)之間通過通信媒體、通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)字通信,

在此基礎(chǔ)上各計(jì)算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)軟件共享其

它計(jì)算機(jī)上的硬件資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源。

從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各組成部件的功能來看，各部件

主要完成兩種功能，即網(wǎng)絡(luò)通信和資源共享。

把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能的設(shè)備及其

軟件的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)，而把網(wǎng)絡(luò)中

實(shí)現(xiàn)資源共享功能的設(shè)備及其軟件的集合稱為

資源子網(wǎng)。

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成■

的。

。通信子網(wǎng)：是由用作信息交換的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)NC

和通信線路組成的獨(dú)立的通信系統(tǒng)，它承擔(dān)全

網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)接、加工和交換等通信處理

工作。

。資源子網(wǎng)：主機(jī)和終端都處于網(wǎng)絡(luò)的外圍，它

們構(gòu)成了資源子網(wǎng)，資源子網(wǎng)的任務(wù)是負(fù)責(zé)信

息處理，向網(wǎng)絡(luò)提供可用的資源。

?:?注意子網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的概念。子網(wǎng)是相對(duì)

廣域網(wǎng)而言，一般指路由器和通信線路的集合。

子網(wǎng)和主機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。各種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成互展網(wǎng)。

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通信子網(wǎng)概述

因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以TCP/工P協(xié)議為核心。工叩

議用來給各種不同的通信子網(wǎng)層或局域網(wǎng)提供

一個(gè)統(tǒng)一的互連平臺(tái)，TCP協(xié)議用來為應(yīng)用程

序提供端到端的通信和控制功能。

網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP

網(wǎng)絡(luò)層

通信子網(wǎng)層

鏈路層

電話網(wǎng)…衛(wèi)星網(wǎng)x.25網(wǎng)局域網(wǎng)物理層

基于TCP/IP協(xié)議通信子網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

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數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成：它具有三個(gè)基本要素:

信源、信宿和信道。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本組成

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4

數(shù)字通信與模擬通信

⑴數(shù)據(jù)與信號(hào)

數(shù)據(jù)是傳遞信息的實(shí)體，它總是和一定的形式相聯(lián)系

O數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩大類。

信號(hào)是數(shù)據(jù)的電編碼或電磁編碼。它有模擬信號(hào)和數(shù)

字信號(hào)兩種基本形式，如圖所示。

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

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①模擬數(shù)據(jù)反映的是連續(xù)信息，取值是連續(xù)值，如語音

和圖像等。

②數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)反映的是離散信息，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的取值是離散

形式的并由字母、符號(hào)、數(shù)碼等表示的數(shù)據(jù)。

③模擬信號(hào)是在某一數(shù)值范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的電信

號(hào)。

④數(shù)字信號(hào)是一種離散信號(hào)，它的取值是有限的。

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數(shù)據(jù)通信

MM

信道

。信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?/p>

?:?模擬信道：傳輸模擬信號(hào)的通道

?:?數(shù)字信道：傳輸數(shù)字信號(hào)的通道

模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)

電話

(a)模擬數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸

模擬信號(hào)

H——」A調(diào)制/解調(diào)器V

(b)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸

模擬數(shù)噸|編碼解碼器J數(shù)字信號(hào)*

(C)模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸

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信道

?:?信道：是通信中傳遞信息的通

發(fā)送信息與接收信息的設(shè)備以及與這些發(fā)送和

接收信息的相關(guān)設(shè)備連接在一起的傳輸介質(zhì)組

成。

?:?信道有共享和獨(dú)占之分。

?:?信道帶寬與信道容量是信道的兩個(gè)基本參數(shù)，

它由信道的物理特性所決定。

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信道容量

?:?信道容量：是指單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)?/p>

最大比特?cái)?shù)，用bps（比特/秒）表示。

?:?信道帶寬的增加雖然可以增加信道的容量，但

在某些情況下，信道帶寬的無限增加并不能使

信道容量無限增大。

15山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

?:?信道容量(C)

-信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率

-信道容量的計(jì)算

■理想無噪聲信道的信道容量

奈奎斯特公式C=2Wlog2k(bps)

■理想有噪聲信道的信道容量

香農(nóng)公式C=Wlog2(1+S/N)(bps)

信噪比(dB)=101g(S/N)

例如：電話撥號(hào)線路，信道帶寬4000Hz,以信噪比30dB計(jì)算,

信道容量C=4000*log2(1+103)=40Kbps

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C=wlog2(l+5/2V)

其中，c為信道容量，W為信道帶寬，S為

信號(hào)功率，N為噪聲功率。

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影響信道容量的因素

?:?香農(nóng)公式C=Wlog2(1+S/N)(bps)

■市見

■信噪比(信號(hào)功率/噪聲功率)

18山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

影響信道容量的因素

。信道容量不僅由傳輸介質(zhì)決定，還受到信道上網(wǎng)絡(luò)設(shè)

備處理速度的影響。

。帶寬就像水管的粗細(xì)*

*4^

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就像水管的閥門、連接器等

iff_;-----

。數(shù)據(jù)就像水管中的水

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信道容量

?:?帶寬就像道路的寬窄

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。提高信號(hào)和噪聲之間的功率比能夠增加信道容量。

信道容量一定時(shí)，帶寬W與信噪比S/N之間可

以互換，即提高信噪比與提高帶寬具有等價(jià)意義。

?:?當(dāng)噪聲功率NfO,信道容量趨于無窮大，此時(shí)信

道傳輸信息的多少完全由帶寬決定，得到有限帶

寬無噪音信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的表達(dá)式：

D=2WTog2k(bps)

左為傳輸系統(tǒng)中所使用的邏輯值數(shù)

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香農(nóng)定理的實(shí)際應(yīng)用

?:?在近距離傳輸時(shí)，通常噪聲較小，信號(hào)功率鏟

低，可以采用未經(jīng)調(diào)制的電脈沖信號(hào)直接傳輸。

此時(shí)所傳輸?shù)男畔⒘恐慌c信號(hào)帶寬有關(guān)

(D=2W)o

?:?如果遠(yuǎn)距離傳輸，則必須提高信噪比。此時(shí)要

選擇好信號(hào)調(diào)制方式，還要注意增加信號(hào)的功

率。

?:?當(dāng)信道容量一定時(shí)，如果信號(hào)頻率過低，為避

免造成信道浪費(fèi)，此時(shí)可以采用信道復(fù)用。

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數(shù)據(jù)傳輸方式

?:?寬帶傳輸：在數(shù)據(jù)通信技術(shù)中，利用模擬通信

信道，通過調(diào)制解調(diào)器傳輸模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的方

法稱為寬帶傳輸。

?；鶐鬏敚豪脭?shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)

據(jù)信號(hào)的方法稱為基帶傳輸。

23山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

遠(yuǎn)距離通信與載波傳輸

。為了將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)捷^遠(yuǎn)的地方，必須對(duì)數(shù)

字信號(hào)進(jìn)行載波傳輸。否則，信號(hào)功率衰減或

干擾使得信號(hào)變?nèi)醵沟媒邮辗綗o法接收。

。與傳輸模擬信號(hào)時(shí)相同，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制采用

調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等三種不同的調(diào)制方法。

24Ih東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

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調(diào)制解調(diào)器（MODEM）

?:?接收一串?dāng)?shù)據(jù)位，并根據(jù)這些比特流虛最孰

的硬件線路稱為解調(diào)器。接收載波，并重新調(diào)

制在載波上的數(shù)據(jù)的硬件線路稱為解調(diào)器。將

這兩個(gè)線路組合在單個(gè)設(shè)備中，稱為MODEM。

?:?一對(duì)MODEM是遠(yuǎn)程通信所需的，每個(gè)

MODEM包含獨(dú)立的線路發(fā)送和接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，MODEM發(fā)出連續(xù)載波，并根據(jù)

待發(fā)送數(shù)據(jù)的各位二進(jìn)制數(shù)去調(diào)制載波。接收

數(shù)據(jù)時(shí)，MODEM檢測(cè)到達(dá)的載波中的調(diào)制信

息，并據(jù)此重新建數(shù)據(jù)的各位。

26山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

信號(hào)傳輸

■讓數(shù)字信號(hào)控制一個(gè)基本的電磁波（載

波），使得電磁波的特性隨數(shù)字信號(hào)的變

化而變化。

■解調(diào)

■從調(diào)制過的電磁波中去掉載波，取得數(shù)字

信號(hào)。

27山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

■調(diào)制信號(hào)到信道頻帶內(nèi)

?；鶐ODEM

-數(shù)字信號(hào)編碼

?:?無線MODEM

28山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

信道復(fù)用技術(shù)

?:?頻分多路復(fù)用

?:?時(shí)分多路復(fù)用

?:?波分多路復(fù)用

?:?碼分多路復(fù)用

29山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

頻分多路復(fù)用（FDM）

?:?頻分復(fù)用本質(zhì)上就是在頻率上并列地把云溫俞

的幾個(gè)信號(hào)合在一起，形成一個(gè)合成的信號(hào)進(jìn)

行傳輸。

?:?主要針對(duì)模擬信號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般不使

用頻分復(fù)用技術(shù)共享信道。

?:?主要問題就是串?dāng)_。

。使用時(shí)要注意：要求復(fù)用頻譜之間有足夠大的

保護(hù)間隔，調(diào)制系統(tǒng)要具有很高的線性濾波功

臺(tái)匕

30山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

頻分復(fù)用示意圖

31山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

頻分復(fù)用

34o

3O

15700

34oo

3OQ8600

7700

4600

3OI

40f

3004

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未復(fù)用

33

頻分復(fù)用

34山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

頻分多路復(fù)用

3E要應(yīng)用：

『1.傳統(tǒng)電話通信系統(tǒng)

2.ADSL

■將雙絞線劃分出3個(gè)頻段

1.0~4KHz傳統(tǒng)語音信號(hào)

2.20-50KHZ計(jì)算機(jī)上傳的信號(hào)

3.150-500KHZ計(jì)算機(jī)下載的信號(hào)

140-1100KHZ

35山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

■每個(gè)載波頻率是完全獨(dú)立的，即各個(gè)信道所占用的頻

率不相互重疊。

-相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離

?:?那么

■每個(gè)信道就能獨(dú)立的傳輸一路信號(hào)。

。信道被劃分成若干通道，每個(gè)通道互不重疊，

獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

36山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

時(shí)分多路復(fù)用（TDM）

?:?主要特點(diǎn)：是按信道內(nèi)傳送信號(hào)的最大周期后

為間隔，在Ts內(nèi)按信道帶寬劃分相應(yīng)的時(shí)隙，

并利用這些時(shí)隙來傳遞各路信號(hào)。廣泛應(yīng)用于

數(shù)字通信系統(tǒng)。多條低速線路輪流使用同一條

高速線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞

?:?特點(diǎn)：一個(gè)信道可供多少路信號(hào)共享與復(fù)用，

主要取決于信道的帶寬與每路信號(hào)的需求。

37山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

Tsi

時(shí)分復(fù)用示意圖

38山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

網(wǎng)絡(luò)TDM與電話系統(tǒng)TDM區(qū)別

?:?電話系統(tǒng)中發(fā)送和接收系統(tǒng)獨(dú)占一

占用一個(gè)固定的子信道。如果用戶沒有足夠多

的信息，則會(huì)造成該信道資源的浪費(fèi)。

。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則使用分組交換技術(shù)，即共享

信道的設(shè)備每次發(fā)送一組信息而不是一個(gè)比特

進(jìn)入信道，并不允許某臺(tái)設(shè)備獨(dú)占時(shí)隙，從而

提高了信道的利用率和傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

39山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

波分多路復(fù)用（WDM）

?:?是頻分多路復(fù)用的一個(gè)變種，即波分多蔽?

用。

。為了在同一時(shí)刻能進(jìn)行多路傳送，需要將光纖

可工作的有效波長(zhǎng)劃分為多個(gè)波段，這相當(dāng)于

頻分復(fù)用中的頻段。

。波分復(fù)用技術(shù)主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系

統(tǒng)，將是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)今后的主要通信傳輸

復(fù)用技術(shù)之一。

?:?在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，

以提高單根光纖的傳輸能力。

40山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

入1

1l+，2，，3+）、4

Long-haulsharedfiber

碼分多路復(fù)用（CDMA）

?:?碼分復(fù)用技術(shù)是一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù):

?:?原理是基于碼型分割信道，即每個(gè)用戶分配給

一個(gè)地址碼，且這些碼不重復(fù)。其特點(diǎn)是頻率

和時(shí)間資源均可共享。

42山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信連接方式

。點(diǎn)到點(diǎn)的連接：通信雙方處于信道的兩端，其

它通信設(shè)備不與其發(fā)生信息共享與交互。

。共享信道：多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接道同一信道，在同

一信道上傳播數(shù)據(jù)，可以被全體用戶接受，也

可只被指定的用戶接受。

。信道復(fù)用：在同一共享信道上實(shí)現(xiàn)多個(gè)互相獨(dú)

立的點(diǎn)到點(diǎn)連接。

43山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

異步通信與編碼

由于信號(hào)無論是在有線的方式還是在無線方

式下傳波都會(huì)受到一些因素的影響而衰減，

這就產(chǎn)生一個(gè)編碼問題和提高信號(hào)功率和提

高信噪比的問題。

?:?異步通信：指發(fā)送方和接收方之間不需要嚴(yán)

格的定時(shí)關(guān)系。相反，同步通信則要求發(fā)送

和接收數(shù)據(jù)的雙方有嚴(yán)格的定時(shí)關(guān)系。

PC機(jī)的RS-232口就是采用異步通信方式。

44山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

傳輸信號(hào)的編碼方式

?:?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時(shí)必須把信息進(jìn)行編碼后y

『進(jìn)行傳輸。

。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的編碼方法有三種：即RS?

232異步串行ASCH碼、曼徹斯特編碼和差分

曼徹斯特編碼。

。常見的標(biāo)準(zhǔn)化組織：ISO、ITU-T>E1A、

IEEEO

45山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

RS-232

?:?規(guī)定了詳細(xì)的物理連接方式（如最大連接距離

不超過15米）和電氣特性（傳輸電壓的范圍

+15V）o

表示高電平，1表示低電平，用7個(gè)比特表示

一個(gè)字符。

46山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

RS?232?C傳輸一個(gè)字符時(shí)的波形圖

47山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

曼徹斯特編碼

?:?將一個(gè)比特分成兩個(gè)相等的間隔，代表工信號(hào)用

比特的前一個(gè)間隔為高電平而后一個(gè)間隔為低

電平，0信號(hào)正好相反。即每個(gè)比特的周期T分

為前T/2與后T/2兩部分。

。前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特

的原碼。

48山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

曼徹斯特編碼時(shí)的字符

49山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

差分曼徹斯特編碼

?:?是曼徹斯特編碼的一個(gè)變種。r

?:?編碼規(guī)則是當(dāng)比特位為工時(shí)，前半個(gè)比特位的電

平與上一個(gè)比特位的后半個(gè)比特位的電平一樣，

若比特位為0,則前半個(gè)比特位的電平與上一個(gè)

比特位的后半個(gè)比特位的電平相反。

。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)。

50山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

51山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

交換技術(shù)

。遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)，不可能鋪設(shè)用戶到用戶的線酢

因此產(chǎn)生了交換技術(shù)。

。交換技術(shù)是指數(shù)據(jù)被從設(shè)備的一個(gè)端口送到另

一個(gè)端口所采用的技術(shù)。

52山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

交換技術(shù)的必要性

?:?現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、工作站和服務(wù)器對(duì)通信的需求增"

加。

?:?整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的增長(zhǎng)，同時(shí)也在考驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)

備。

因而會(huì)產(chǎn)生帶寬不夠、網(wǎng)絡(luò)堵塞、用戶的網(wǎng)上

應(yīng)用需求急劇增加。

?:?解決方案：采用交換技術(shù)。

53山東廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院

交換的技術(shù)特征

?:?整體數(shù)據(jù)傳送速度（交換機(jī)要快）。

數(shù)據(jù)的發(fā)送方法或電子邏輯智能化O