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1、第九章第九章 光纤网络通信技术光纤网络通信技术 温州大学物理与电子信息学院温州大学物理与电子信息学院 韦文生韦文生 （一）本章内容简介(1)信息高速公路的概念(2)同步数字系列(SDH)(3)异步传输模式(ATM)(4)光纤有线电视系统的设计示例（二）学习者分析：本章为光纤通信系统网络的基础知识和综合应用。学生学习了前面各章的知识，应该对光通信系统网络的概念有综合的认识。（三）教学目标：使学生掌握信息高速公路的概念，同步数字系列(SDH)的构成和优点、基本原理，以及对光纤有线电视系统设计的认识。（四）主要内容（重点、难点）和方法：(1)掌握同步数字系列(SDH)的构成和优点；(2)分析光纤有线
2、电视系统的设计原理和基本步骤。(3)措施：通过理论知识讲授、动画演示、图形解释、例题分析使学生牢记光发射机与光接收机的基本原理和结构组成；光纤通信系统的基本原理和结构组成。（五）基本要求：(1)掌握同步数字系列(SDH)的基本原理和组成结构；(2)掌握光纤有线电视系统设计的基本要点。（六）教学要点：重点阐述同步数字系列(SDH)的基本原理框图和组成结构，分析光纤有线电视系统设计的基本要点；（七）教学特点：是本课程中光源、探测器、光传输等内容的综合；为本课程其它学习内容的概括总结，为光通信系统的理解奠定基础。（八）教学安排：第一、二、三节 2 课时；第六、七节 1 课时。1 第一节、信息高速公路
3、的概念第一节、信息高速公路的概念 信息高速公路：1993 年 9 月，美国克林顿政府提出的“国家信息基础结构(N)：行动计划”，“国家信息基础结构”俗称为信息高速公路。优点：交互式、宽带（高速）、智能、个人的综合业务数字网（缩写 ISDN）。N的技术设施包括：应用信息系统和公用通信网络。应用信息系统包括：政府信息系统、金融信息系统、科技教育信息系统，等等。公用通信网络由交换节点、传输系统、终端设备组成的智能网络。异步传输异步传输模模式式同步数字序列传输模式同步数字序列传输模式 第二节第二节 同步数字序列同步数字序列 一、基本概念一、基本概念 光同步数字传输网（Synchronous Digit
4、al Hierarchy，SDH）是有关通过物理（主要为光）的传输网络传送适配的净荷（Payload）的标准化数字传送结构的一系列集。宽带网络的物理传输媒介是光纤，SDH 将成为宽带网络的骨干网，它是一 2种全新技术体制，具有路由自动选择能力，上下电路方便、维护、控制、管理功能强、标准统一、便于传输更高速率的业务等优点。SDH 的推出使电视、图像、话音、数据以及数字微波传输发生了重大改变。SDH 网络的引入和使用，就可以比较容易地实现高智能的、高效的、维护功能齐全、操作运行廉价的信息高速公路。二、二、SDH 的产生的产生 1.1 PDH 的缺陷 以往的准同步数字传输网络(Plesiochron
5、ous Digital Hierarchy,PDH)系统已越来越不适应电信网的发展，因为 PDH 体制有以下固有的一些缺点。(1)PDH 标准不统一 目前世界上有三种异步复接体制(表 91)，三者互不兼容，国际互联时必须进行转换。另外，目前只有统一的电接口标准(G.703)，而没有统一的光接口标准，即使在同一种异步复接体制中，也不能保证光接口的互通。六次群六次群（MbS-1）五次群五次群（MbS-1）四次群四次群（MbS-1）三次群三次群（MbS-1）二次群二次群（MbS-1）北美北美 日本日本 中国中国 西欧西欧 基群基群（MbS-1）国家或地区 ch30048.2ch120448.84ch
6、480368.344ch1920264.1394ch7680992.5644chch307204.241536013.12ch24544.1ch96312.64ch480064.325ch1440728.973ch576020.3974ch230405888.14ch24544.1ch96312.64ch672736.447chchch604843298064992.564124032176.2746chsGbsGb32256/4.2416128/13.12表表9.1 世界主要地区商用光纤通信制式的比较世界主要地区商用光纤通信制式的比较 可见：3对于以 2.048 Mb/s 为基础速率的制式，
7、各次群的话路数按 4 倍递增，速率的关系略大于 4 倍。对于以 1.544 Mb/s 为基础速率的制式，在 3 次群以上，日本和北美各国又不相同，看起来很杂乱。PDH 各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。1 次群至 4 次群接口比特率早在 1976 年就实现了标准化，并得到各国广泛采用。PDH 主要适用于中、低速率点对点的传输。在这种形势下，现有 PDH 的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有：(a)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。(b)各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。(c)复接/分接
8、设备结构复杂，上下话路价格昂贵。(2)PDH 复用结构复杂 要完成数字复接，各低速数字支路必须彼此同步，有两种方法可以保证这一点：建立同步网 络和采用异步复接。在准同步网络中，各群次独立定时，因此高次群复接都采用以比特为单位的异步复接。异步复接实际上是通过两个步骤实现的：先用码速调整将各支路信息码流调整到速率、相位都一致，然后进行同步复接。一般采用正码速调速，这样在发送端就要插入一些码速调整比特，一路低速信号往往要经过多次码速调整，使得在高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号，要上下话路，只能采用一系列背靠背的复接器，将高次群信号一步步地解复用到所要解出的低次群上，上下路后，再重新一步步地复
9、用到高次群上。显然，这种异步复用方式结构复杂、成本高、设备利用率低，硬件所占的成分大，因此很不灵活。PDH 和 SDH 分插信号流程的比较如图 9-3 所示。4图 9.3 分插信号流程的比较 光/电 光信号 分接 分接 分接140/34 Mb/s 34/8 Mb/s 8/2 Mb/s复接复接复接电/光 光信号2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s 2 Mb/s(电信号)SDH 采用 SDH 分插复用器(ADM)，可以利用软件一次直接分出和插入 2Mb/s 支路信号，十分简便。(3)PDH 缺乏强大的网络管理功能 在光纤通信系统中必须有辅助工作系统及相应的辅助信道，而目前的 P
10、DH网络已很难挖掘出足够的辅助信道容量，因为 PDH 网的运行、管理和维护主要采用人工数字交叉连接和暂停业务进行测试的方法，因此帧结构中没有过多设置OAM 比特。现代通信网的发展要求网络管理功能越来越强。网络管理功能的缺乏使PDH 网络已无法支持新一代电信网。要在原有的技术体制中对 PDH 网进行修补已是得不偿失。只有进行根本的改革才是出路，于是就出现了光同步传输网。SONET 和 SDH 的提出 美国贝尔公司首先提出了同步光网络(SONET)，美国国家标准协会(ANSI)于20世纪80年代制定了有关SONET的国家标准。当时的CCITT采纳了SONET的概念，进行了一些修改和扩充，重新命名为
11、同步数字体系(SDH)，并制定了一系列的国际标准。SDH 和 SONET 的基本原理完全相同，标准也兼容，但略有差别，见表 9-2。ADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口PDH 2 Mb/s(电信号)5 SONET 的电信号称同步传递信号 STS(Synchronous Transport Signal)，光信号称光载体 OC(Optical Carrier Level)，它的基本比特率是 51.840 Mbps；SDH 的基本速率 为 155.520 Mbps，其速率分级名称为同步传递模块 STM(Synchronous Transport Module)。SDH 的优点(与 P
12、DH 相比)：(1)SDH 采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为 STM-1，传输速率为 155.520 Mb/s；4 个 STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为 622.080 Mb/s；16 个 STM-1 组成 STM-16,传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。(2)SDH 各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。标准的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，降低了网络成本。(3)在 SDH 帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理。便于实现性能监测、故障检测和定位、故
13、障报告等管理功能。SDH SDH SONET SONET 等级 等级 速率速率速率(Mbps)速率(Mbps)等级 等级 51.840 51.840 STM1 STM1 OC-1 OC-1 STM1 STM1 155.520 155.520 155.520 155.520 STM3 STM3 OC-3 OC-3 466.560 466.560 STM9 STM9 OC-9 OC-9 STM4 STM4 622.080 622.080 622.080 622.080 STM12 STM12 OC-12 OC-12 933.120 933.120 STM18 STM18 OC-18 OC-18 1
14、244.160 1244.160 STM24 STM24 OC-24 OC-24 1866.240 1866.240 STM36 STM36 OC-36 OC-36 STM16 STM16 2488.320 2488.320 2488.320 2488.320 STM48 STM48 OC-48 OC-48 STM64 STM64 9953.280 9953.280 9953.280 9953.280 STM192 STM192 OC-192 OC-192 6(4)采用 SDH，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备。由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。(5)
15、采用数字交叉连接设备 DXC，可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化调度和管理。既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH 采用了 DXC 后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。SDH 网的主要特点 是同步复用、标准光接口和强大的网管功能、非常灵活的网络，这体现在以下几个方面。(1)支持多种业务 SDH 的复用结构中定义了多种容器 C 和虚容器 VC，各种业务只要装入虚容器就可作为一个独立 的实体在 SDH 网中进行传送。C、VC 以及联和复帧结构的定义使 SDH 可以灵活地支持多种电路 层业务，包括各种速
16、率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM 等，以及将来可能出现的新业务。另外，段开销中大量的备用通道也增强了 SDH 网的可扩展性。SDH 的这种灵活性和可扩展性 使它成为宽带综合业务数字网理所当然的基础传送网络。(2)迅速、灵活地更改路由，具有很强的生存性 PDH 中改变网络连接要靠人工更改配线架的接线，耗时长、成本高且易出错。在 SDH 网中，大规模采用软件控制，通过软件就可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备，需要改变 路由时，通过软件更改交叉连接设备和分插复用器的连接，只要几秒钟就可灵活地重组网络。特别是 SDH 的自愈环，在某条链路出现故障时，可以迅速地改变路由，从而大大提高
17、了 SDH 网 的可靠性。(3)定义了标准的网络接口和标准网络单元。提高了不同厂商之间设备的兼容性，使组网时 有更大的灵活性。三、三、SDH 的的 NNI 及帧结构及帧结构 网络节点接口(NNI：Network Node Interface)网络节点之间的接口。在实际中也可看成是传输设备与网络节点之间的接口。7图 94 给出了一种可能的网络配置，以说明网络节点接口的位置。规范一个统一的 NNI 标准，应使它不受限于特定的传输媒质，不受限于网络节点所完成的功能，同时对局间通信或局内通信的应用场合也不加限定。图 9-4 SDH 的网络节点接口 NNI 的基本特征是：具有国际标准化的接口速率和信号帧
18、结构。NNI 标准化的优势：(a)可以使 3 种地区性 PDH 系列在 SDH 网中实现统一；(b)而且在建设 SDH 网和开发应用新设备产品时可使网络节点设备功能模块化、系列化；(c)能根据电信网络中心规模大小和功能要求灵活地进行网络配置，从而使SDH 网络结构更加简单、高效和灵活，并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。四、四、SDH 同步复用原理及帧结构同步复用原理及帧结构 同步复用原理：把多个低阶通道的信号适配进高阶通道层，以及把多个高阶通道层适配进STM-1（N）的过程。要通过 SDH 网络传输业务信号，必须先将业务信号复用进 STM-N 信号帧当中。ITU-T 规定了一整套完整的信号
19、复用结构（也就是复用途径），通过这些途径可将PDH 3个系列的数字信号以及其它信号通过多种形式复用成STM-N信号。ITU-T 规定的复用结构如图 9-5 所示。8 图 9-5 ITU-T 规定的 SDH 复用结构。从上图可以看出，从一个有效负荷到 STM-N 的复用途径不是唯一的。例如：2Mbit/s 的信号可通过两种途径复用成 STM-N 信号。SDH 网络中的复用包括三种情况：(1)低阶 SDH 信号复用成高阶 SDH 信号。(2)低速支路信号（例如 E1、E3、E4）复用成 SDH 信号 STM-N。(3)大于 C-4 容量（139.760Mbit/s）的高速信号（如高清晰度电视信号和
20、 IP 路由信号）复用进 STM-4 和 STM-16。第一种情况在前面已经提及，复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的。复用的个数是 4 合一，即 4STM-1STM-4，4STM-4STM-16。在复用过程中保持帧频不变（8000 帧/秒），这就意味着高一级的 STM-N 信号是低一级的 STM-N 信号速率的 4 倍。在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的 STM-N帧中，段开销并不是所有低阶 SDH 帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销，其具体的复用方法在下一节中讲述。第二种情况用得最多的就是将
21、PDH 信号复用进 STM-N 信号中去。SDH 网络的兼容性要求 SDH 的复用方式既能满足异步复用（例如：将 PDH 信号复用进 STM-N），又能满足同步复用（例如 STM-1STM-4），而且能方便地由高速 STM-N 信号分/插出低速信 9号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤。这就要求 SDH 网络需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构。在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代 125s 缓存器用以校正支路信号频差和实现相位对准，各种业务信号复用进STM-N 帧的过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）三个步骤。第三种情况通过级联的
22、方法实现。级联是一种结合过程，把多个虚容器组合起来，使得它们的组合容量可以当作一个保持比特序列完整性的单个容器使用。级联分为相邻级联和虚级联。VC-4 相邻级联就是将相邻的 X个 C-4 的容量拼在一起，相当于形成一个大的容器，来满足大于 C-4 的大容量客户信号传输的要求。VC-4 级的虚级联就是把 X 个不同的 STM-N 中 VC-4 拼在一起形成一个大的虚容器作为一个整体使用。我国制定的复用结构 尽管低速信号复用成 STM-N 信号的途径有多种，但是对于一个国家或地区则必须使复用途径唯一化。中国的光同步传输网技术体制规定了以 2Mbit/s 信号为基础的 PDH 系列作为 SDH 的有
23、效负荷，并选用 AU-4 的复用途径，其结构见图 9-6 所示。图 9-6 中国的 SDH 基本复用映射结构。SDH 帧结构 STM1 的帧结构(如图 9-7)，其比特率为 155.520Mbps，帧长为 125 s，因此一帧包括 19 440 比特，即 2430 字节。如图排列成 9 行 270 列，发送顺序为从左至右；从上至下依次发送。每行的前9个字节(前9列)，共81字节中放置了段开销(SOHSection Over head)和管理单元指针(AU PTR)10每行的后 261 个字节构成了信息净负荷区(Payload)，其中有 9 字节为通道开销(POHPath Overhead)。图
24、97 SDH 的复用过程（1）把多个同等级的相同支路单元、支路单元组、管理单元及管理单元组集装(复用)起来构成一个大型集装箱；（2）利用管理单元指针指明地址，然后再附上段开销，便于在运营段上进行运行中的操作维护和管理；（3）各种信息将十分灵活、方便、准确、可靠地被送往目的地。为便于理解 SDH 的复用结构，现用集装箱运载货物作比喻，如图 98 所示。11图98 复用结构的过程 将容器视为运输用的标准包装箱 C，C-n 表示不同的容量规格，以便能适配装进 PDH 的各种物品(信息)，在容器的包封上面附上称作通道开销(POH)的一些码字，如此处理后的箱体称为虚容器(VC)。而包封上的 POH 只是
25、用来指示箱内物品在端到端运送过程中的状态、性能以及装载情况等，因而是为运营者操作维护而设。在虚容器基础上再附上指针(PTR)就构成支路单元(TU)或管理单元(AU)。PTR 是用来指明虚容器在支路单元内或在 STM 帧结构内的准确位置，根据 PTR所指示的地址可以实现灵活转移 VC，或在需要时直接取下(或插入)物品而不必拆卸整车物资。12五、SDH 的网同步 SDH 网同步结构采用主从同步方式，即要求所有网络单元时钟都能最终跟踪到全网的基准主时 钟。SDH 网同步方式一般有网同步方式、伪同步方式、准同步方式等三种。局内同步分配一般用星形拓扑，即局内所有时钟由本局最高质量的时钟获取定时，只有高质
26、量的时钟由外部定时同步。获取的定时由 SDH 网络单元经同步链路送往其他的局域网络单元。由于 TU(支路单元)指针调整引起的抖动会影响时钟性能，因而不再推荐在TU 内传送的一次群信号作为局间同步分配，而直接用 STMN 传送同步信息。局间同步分配一般采用树形拓扑。六、SDH 的拓扑结构 网络的物理拓扑结构即网络节点和传输线路的几何排列，也就是将维护和实际连接抽象为物理上的连接。如果通信是从一点到另一点进行传输，这就是点到点拓扑结构，常规 PDH 系统和早期 PDH 系统即基于这种物理拓扑结构。除此之外，还有五种基本类型的物理拓扑结构，如图 9-9 所示。1.线形 将通信网络中的所有点一一串联，
27、而使首尾两点开放，这就形成了线形拓扑结构，有时也称为链形拓扑结构。这种拓扑结构的特点是其间所有点都应具有完成连接的功能。这也是 SDH 早期应用的比较经济的网络拓扑结构。2.星形（枢纽形）这一种拓扑结构即是通信中某一特殊点与其他各点直接相连，而其他各点间不能直接相连接，即星形拓扑结构。在这种拓扑结构中，特殊点之外的两点通信一般应通过特殊点进行。这种网络拓扑结构形成的优点是可以将多个光纤终端统一成一个终端，并利用分配带宽来节约成本。但也存在着特殊点的安全保障问题和潜在瓶颈问题。3.树形 所谓树形拓扑结构可以看成是线形拓扑结构和星形拓扑结构的结合。即将通信的末端点连接到几个特殊点。这种拓扑结构可用
28、于广播式业务，但它不利于提 13供双向通信业务，同时还存在瓶颈问题和光功率限制问题。4.环形 环形的拓扑结构实际上就是将线型拓扑结构的首尾之间相互连接，即为环形拓扑结构。这种环形拓扑结构在 SDH 网中应用比较普遍，主要是因为它具有一个很大的优点，即很强的生存性，这在当今网络设计、维护中尤为重要。图 9-9 基本物理拓扑结构模型 5.网孔形 当涉及通信的许多点直接互相连接时就形成了网孔形拓扑结构，若所有的点都彼此连接即称为理想的网孔形拓扑结构。这种拓扑结构为两点间通信提供多种可选路由，有可靠性高、生存性强且不存在瓶颈问题和失效问题的好处，但结构复杂、成本也高。从以上可看出，各种拓扑结构各有其优
29、点。在作具体的选择时，应综合考虑网络的生存性、网络配置的容量，同时考虑网络结构应当适于新业务的引进等多种实际因素和具体情况。一般来说，星形拓扑结构和树形拓扑结构适合用户接入网，环形拓扑结构和线形拓扑结构适用于中继网，树形和网孔形相结合的拓扑结构适用于长途网。14 除此之外，还有复合型结构，如图 9-10 所示。图 9-10SDH 复合型物理拓扑结构。自愈 SDH 的拓扑结构的保护 自愈环的作用是提高网络的生存性，即在无人工参与的情况下，网络能及时地发现错误，并能在极短的时间内自动恢复承载的业务，而用户根本感觉不到网络的故障。自愈环的结构有许多种，主要有路由保护、二纤单向环、二纤双向环和利用 D
30、XC 保护的自愈环。路由保护即采用主备份路由，这要求两条光纤在地理位置上是分开的，因此铺设成本高，而且这种方法只能对传输链路进行保护，而无法对网络节点的失效进行保护，所以只能适用于两点间有稳定的较大业务量的点到点保护。图 9-11 第三节第三节 异步传输模式异步传输模式(ATM)近年来随着程控时分交换和时分复用的发展，电信网中的传输、复用和交换这三个部分已越来越紧密地联系在一起了，开始使用传递(transfer mode)来统一描述。目前通信网上的传递方式可分为同步传递方式(STM)和异步传递方式 15(ATM)两种。STM：如 ISDN（综合业务网）用户线路上的数字电话网中的数字复用等级，属
31、于此方式。特点是在由 N 路原始信号复合成的时分复用信号中，各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现。所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。ATM：各路原始信号不一定按照一定时间间隔周期性地出现，因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。例如采用在信元前附加信头的标志就是异步传递方式。宽带 ISDN 中 ATM 信元的信头就是一个例子。ATM 与 STM 传输方式比较如图 9-12 所示。图图 9-12 一、ATM 与电路交换和分组交换的比较 现代通信网中广泛使用的是电路交换和分组交换两种方式。电路交换方式适用于电话业务。分组交换适用于数据业务。ATM 信元中承载
32、的是宽带综合业务，既有电话业务、数据业务，还有其他业务。ATM 采用的是 ATM 交换方式，这种新的交换方式，它既像电话交换方式那样适用于电话业务，又像分组交换方式那样适用于数据业务，并且还能适用于其他业务。电路交换是以电路连接为目的的交换方式。电路交换的过程，就是在通信时建立电路的连接，通信完毕时断开电路。至于在通信过程中双方是否在互相传送信息，传送什么信息，这些都与交换系统无关。电路交换方式最大的缺点就是电路利用率低。在电话通信由于讲话双方总是一个在说，一个在听，因此电路空闲时间大约是 50%，如果考虑到讲话过程中的停顿，空闲时间还要多。当把电路交换方式用在计算机通信中，由于人机交互(键盘
33、输入、阅读观察屏幕输出等)时间长，电 16路空闲的时间比 50%还大，甚至可高达 90%。分组交换是以信息分发为目的，把从输入端进来的数据分组，根据其标志的地址域和控制域，把它们分发到各个目的地，而不是以电路为目的的交换方式。分组交换是把信息分为数据组，并且需要在每个信息分组中增加信息头及信息尾，表示该段信息的开始及结束，还要加上地址域和控制域，表示这段信息的类型和送往何处；加上错误校验码以检验传送中发生的错误。可见，电路交换只管电路而不管电路上传送的信息。电路交换的主要缺点是在通信过程中独占一条信道。分组交换则对传送的信息进行管理。分组交换中，交换机根据数据分组上的地址域来确定送到目的地，优
34、点是可以有许多个通信过程共享一个信道。分组交换却具有信息传送的随机时延的缺点。因为在电路交换中，如果电路忙，呼叫就被拒绝，只要电路一旦连通，就可以随时把信息传送过去。在分组交换中，其共享的电路有时可能很空，信息可以马上就传送过去，有时可能很忙，信息就要在分组交换机中排队等候，排队的长度和等候时间是由电路的忙闲来决定的，这就是不确定的随机时延。表 9-3 电路交换、分组交换和 ATM 交换方式的比较。优 点 缺 点 电路交换 1 适合固定速率的业务。2 没有接入时延。1 信息速率种类较少。2 网络资源及电路利用率不高。分组交换 1 适合可变速率的业务。2 通过合并若干个分组，可以达到各种速率。1
35、 由于时延大，不适合实时业务。2 可变的分组长度增加了处理成本。ATM交换 1 通过给一个逻辑连接分配若干个信元，可达到各种速率。2 可以更好地利用网络资源，如动态容量分配，统计复用等不同速率的连接。1 面向分组，对于实时业务需要附加的机制。2 分组装拆会引起一些时延。二、ATM 的信元结构 ATM 信元结构如下图 9-13 所示。其中 UNI 为用户网络接口；NNI 为网络节点接口；GFC 为一般流量控制域；VPI 为虚路径 标识符；VCI 为虚通道标识符；PT 为净荷类型，即后面 48 个字节信息域的信息类型；RES 为保留位，可 17以用作将来扩展定义，现在指定它恒为 0；CLP 为信元
36、丢弃优先权，在发生信元冲突时，CLP 用来说明该信元是否可以丢掉；HEC 为信头校验码，检验多项式，这个字节用来保证整个信头的正确传输。图 9-13 来自不同信息源的信元在缓冲器排队，速率高的频繁；速率低的稀疏，但都在排队。队列的输出是根据信号到达的快慢随机插入到 ATM 复用线上，如图 9-14所示。如果排完了所有信元，将有未分配信元，即空闲信道。如果排满了所有信元，后来的将进入缓冲区，优先级低的信元将丢失。图 9-14 ATM 在模拟电视系统中的应用，如图 9-15 所示。18图 9-15 模拟光网络(APON)模型结构，如图 9-16 所示。UNI:用户网络接口;SNI:业务结点接口;O
37、NU：光网络单元;OLT:光线路终端 图9-16 模拟光网络(APON)模型结构 PSTN/ISDN B-ISDN 非非ATM(视视频服务频服务器器）非非ATM(I 路由路由器器）OLTONATM-POSNUN 三、ATM 交换结构 交换结构将决定 ATM 网络的规模和性能，其设计方法将影响它的吞吐量、信元阻塞、信元丢失以及交换延迟等。交换机路由来自输入端口的信元到输出端口的方法。交换机性能和扩展 特性、支持广播和多点转发的能力等都取决于交换结构。交换机主要功能是提供将来自输入端口的信元快速有效地路由到输出端的方法。而 ATM 交换机将进行单个信元的输入处理，信头的转换以及信元输出处理，以确保
38、信头按输出端口要求转换和信元进入合适的物理链路。交换设计可分为下列两大类：19时分交换结构：包括共享存储和共享总线；空分交换结构：包括 Banyan、Delta 以及循环交换。五、ATM 的标准 宽带业务的发展，尤其是宽带 ISDN 的建立，其传输的基础是同步数字体系(SDH)，其交换 的基础就是 ATM，所以 ITUT 在制定 BISDN 的标准中，就开始涉及一些 ATM 的标准，如 ATM 的 基本原理建议 I-150，ATM 层技术规范建议 I-361，ATM 信元传递性能建议 I-351 等。除了 ITUT 制定 ATM 的一些建议标准外，欧洲电信标准化委员会(ETSI)和 ATM 论
39、坛也制定了一些建议标准。ATM 论坛于 1991 年成立，全世界已有 400 个以上成员参加，它是一个全球的非盈利性的组织，宗旨是通过运营与生产的合作加速 ATM 产品和服务标准等的研究与开发。由于 ATM 是一个崭新的，正在不断发展的技术，许多标准尚待制定和完善，目前已有的标准如下表 9-4 所示。四节四节 有源光网络有源光网络 标准提出部门标准提出部门 第第 ITUT ITUT ETSI ATMATM 用户网络接口(UNI)物理层用户网络接口(UNI)物理层 I413；I432I413；I432 Pr ETS 300 299 Pr ETS 300 299 PETS 300 300PETS
40、300 300UNI规范(3.0版本，UNI规范(3.0版本，19931993年年9 9月月)资源管理及业务量控制资源管理及业务量控制 I432I432 DENA52807 DENA52807 PETS 300 301PETS 300 301UNI规范(3 0版UNI规范(3 0版本本19931993年年9 9月月)ATM自适应层(AAL)ATM自适应层(AAL)I362 I363 I362 I363 DENA52617(AAL1)DENA5 2618(AAL34)DENA52619(AAL5)DENA52617(AAL1)DENA5 2618(AAL34)DENA52619(AAL5)运行及
41、维护(OAM)网路管理运行及维护(OAM)网路管理 I610 I610 DENA52209 DTRNA52204 DENA52209 DTRNA52204 在制定中在制定中 信令(UNI)信令(UNI)Q 93B(基本信元)Q 93*(超级业务)Q 93B(基本信元)Q 93*(超级业务)DESPS5024(基本信元)DESPCS5034(超级业务)DESPS5024(基本信元)DESPCS5034(超级业务)UNI规范(3.0版本，1993年9月)UNI规范(3.0版本，1993年9月)信令AAL信令AAL QSAAL0QSAAL0 QSAAL1(SSCOP)QSAAL1(SSCOP)Q Q
42、SAAL2(SSCF)SAAL2(SSCF)DESPS5026 1 DESPS5026DESPS5026 1 DESPS5026 2 2 UNI规范(3.0版本，1993年9月)UNI规范(3.0版本，1993年9月)ATM上的无连接数据业务 ATM上的无连接数据业务 I364I364 DTRNA53203 DENA53205 DTRNA53203 DENA53205 BICI规范(1.0版本，1993年8月)BICI规范(1.0版本，1993年8月)ATM由的帧中继ATM由的帧中继 I555I555 I3651I3651DENA53204 DENA53204 BICI规范(1 0BICI规范
43、(1 0版本版本，19931993年年8 8月月)20在一些土地辽阔的国家，用户线有时比较长，在接入网中也用有源光网络(AO源光网络属于一点到多点光通信系统，按其传输体制可分为 PDH 和SDHinal；OLT)、ODT、ONU环路接入网以外，还有广播电视部分的 CATV 接入网。着社会的发展，要求在一个 CATV 网内能够传送多种业务并且能够双向传输向光纤 C图9-17 光接入网的参考配置 N)。一般有两大类。通常有源光网络采用星形网络结构，它将一些网络管理功能(如倒换结口、宽带管理)和高速复分接功能在远端终端中完成，端局和远端间通过光纤通信系统传输，然后再从远端将信号分配给用户。如图 9-
44、17 所示，有源光网络由 OLT(Optical Line Term(Optical Network Unit)，和光纤传输线路构成，ODT 可以是一个有源复用设备，远端集中器(HUB)，也可为一个环网。光纤同轴电缆混合网(HFC)接入网除了电信部门的 随，为此一种新兴的光接入网HFC(Hybrid Fiber Coax)网应运而生。从传统的同轴电缆 CATV 网到 HFC 网，经历了单向光纤 CATV 网，双ATV 网最后发展到 HFC 网。ONU ONU ODNOLTAF a S/RR/ST 业务结点功能ONU ONU ODTOLTAF 业务结点功能(AON)UNI(PON)SNI Q3接
45、入网系统管理功能V 用户侧 接入链路群网络侧 21HFC 网的基本原理：在双向光纤 CATV 网的基础上，根据光纤的宽频带特性，用空余的频带来传输.HFC 系统的频谱安排 用方式。其频谱安排目前国际上还没有统一标准，但在段频谱用来传输模拟电视，对于 PAL 制式每个信道的频带为 8 图9-18 HFC原理图 话音业务、数据业务或个人信息，以充分利用光纤的频谱资源。如图 9-18所示：由前端出来的视频业务信号和由电信部门中心局出来的电信业务信号在主数字终端(HDT)处混合在一起，调制到各自的传输频带上，通过光纤传输到光纤结点，在光纤结点处进行光/电转换后由同轴电缆分配到每个用户。每个光纤结点能够
46、服务的用户数大约 500 个左右。1HFC 采用副载波频分复实际应用中存在一种趋势：HFC 系统有 750 MHz 系统，也有 1000 MHz 系统，其频率资源采用低分割分配方案，将下行和上行的各种业务信息划分到不同的频段，如图 8.31 所示。通常安排 50750 MHz(或 1000 MHz)为下行通道；540 MHz 为上行通道。50550 MHz 这MHz，这段频谱能传输(550-50)860 信道的模拟电视。前 前 端 端 H D T 光纤结点光纤结点抽抽头头ISU18用户用户 同轴分配网同轴电缆同轴分配网同轴电缆光纤光纤 ISU 22图9-19 HFC系统频谱安排 0 5 42
47、50 5507501000 话音数据等话音数据等 非广播业务非广播业务 模拟电视数字电视话音或数据个人通信模拟电视数字电视话音或数据个人通信 MHz 550750 MHz 这段频谱用来传输数字电视，也可以用其中一部分来传输数字电视，另一部分来传输下行电话和数据信号。530 MHz 这段频谱用来传输上行电话信号，由于每个光纤结点能服务的用户数约为 500 个，所以每个用户的上行回传信道频带为 25 MHz500=50 kHz；也有另一种分配上行频段的方法，将其扩展为 542 MHz,其中 58 MHz 传输状态监视信息，812 MHz 传输VOD(视频点播)信令，1540 MHz 用来传输上行电
48、话信号。7501000 MHz 这段频谱用于各种双向通信业务，其中 695735 MHz 和9701000 MHz 可用于个人通信业务，其它未分配的频段可以有各种应用，也可用于将来可能出现的新业务。2.HFC 的调制和复用方式 对模拟视频信号的调制，主要采用模拟的 VSBAM 调制方式和 FDM 复用方式，便于与家庭使用的电视机兼容；对于长距离传输，也可采用 FMSCM(副载波调频)方式。对于数字视频信号的调制，可以将数字视频进行 BPSK、QPSK 或 64 QAM调制到载波上，再使用 FDM 或 SCM 复用方式。下行的数字话音或数据经 QPSK调制到下行副载波上，上行的数字话音或数据经
49、QPSK 调制到上行副载波上。经 FDM 或 SCM 复用后的射频信号或微波信号再对光源进行直接强度调制，经光纤传输后再在接收端解调。当然，光信号也可采用 WDM、DWDM 甚至OFDM 复用方式。3.HFC 网的结构和功能 23图9-20 HFC网的结构图 交交换换机机HDT光光纤纤结结点点抽头抽头ISU1同轴同轴分配分配网网电话电话数据数据电视电视电话电话数据数据电视电视电话电话数据数据电视电视M-ISU前前端端V5.2MPEG-2服务服务器器HFC8HFC 网主要由前端(HE)、主数字终端(HDT)、传输线路、光纤结点(FN)和综合业务单元(ISU)等组成。HFC 网的功能：将各种模拟的
50、和数字的视频信号源处理后混合起来。主数字终端的作用是：将 CATV 前端出来的信息流和交换机出来的电话业务信息流合在一起。主数字终端主要功能有：通过 V5.2 接口与交换机进行信令转换，对网络资源进行分配，对业务信息进行调制与解调和合成与分解，光发送与光接收，提供对 HFC 网进行管理的管理接口。光纤结点的主要作用是：接收来自 HDT 的光形式的图像和电话信号，将其转换为射频电信号，再由射频放大器放大后送给各个同轴电缆分配网；并且还能对上行信号进行频谱安排，对信令进行转换。综合业务单元(ISU)是一个智能的网络设备，分为单用户的 ISU 和多用户的ISU，主要提供各种用户终端设备与网络之间的接