《第2章 复用与交换基本原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章 复用与交换基本原理.ppt（38页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 lxm lxm1 1第第2章章 复用与交换基本原理复用与交换基本原理2.1 PCM基本原理基本原理2.2 电路交换电路交换2.3 分组交换分组交换2.4 ATM交换交换 lxm lxm2 22.1 PCM基本原理基本原理2.1.1 时分复用时分复用2.1.2 PCM基本原理基本原理2.1.3 32路路PCM2.1.4 PCM的高次群的高次群 lxm lxm3 32.1.1 时分复用时分复用n多路复用的概念多路复用的概念n时分复用原理时分复用原理n统计时分复用原理统计时分复用原理 lxm lxm4 4多路复用的概念多路复用的概念n信号：信号：n模拟信号：是数值上连续变化的信号。例如话音信号，图
2、模拟信号：是数值上连续变化的信号。例如话音信号，图象信号等。象信号等。n数字信号：是离散的信号数字信号：是离散的信号n多路复用多路复用n将多个信号源发出的信号组合，并由一个信道传输，传输将多个信号源发出的信号组合，并由一个信道传输，传输中各信号之间彼此独立中各信号之间彼此独立n多路复用的基础是分割原理，信号分割的依据是信号差异多路复用的基础是分割原理，信号分割的依据是信号差异n复用的目的是为了节省介质，提高线路利用率复用的目的是为了节省介质，提高线路利用率n根据不同的参量，多路复用的类型有根据不同的参量，多路复用的类型有n频分复用频分复用FDM:各路信号频率分开，时间重叠各路信号频率分开，时间
3、重叠n时分复用时分复用TDM:各路信号时间分开，频率重叠各路信号时间分开，频率重叠n码分复用码分复用CDM:各路信号时间、频率重叠，特征码不同各路信号时间、频率重叠，特征码不同 lxm lxm5 5时分复用原理（时分复用原理（1）时分复用时分复用TDM（通常指同步时分复用）（通常指同步时分复用）n把传输信道按时间分割成若干时隙，以传送若干路信号。把传输信道按时间分割成若干时隙，以传送若干路信号。n发送方，在抽样脉冲的控制下，时隙发送方，在抽样脉冲的控制下，时隙1时将第时将第1路信号打入路信号打入信道，时隙信道，时隙2是将第是将第2路信号打入信道，路信号打入信道，依此类推依此类推n接收方，在发送
4、方同步信号的作用下，在时隙接收方，在发送方同步信号的作用下，在时隙1时接收第时接收第1路信号，时隙路信号，时隙2时接收第时接收第2路信号路信号.传输介质传输介质第第1路路第第2路路第第n路路第第1路路第第2路路第第n路路发送发送接收接收 lxm lxm6 6时分复用原理（时分复用原理（2）nTDM按帧结构（固定时长，时隙个数固定）传送按帧结构（固定时长，时隙个数固定）传送n每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置）每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置）n每个用户只能在自己的时隙内发送数据每个用户只能在自己的时隙内发送数据n当某用户无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于当某用户无数据发
5、送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，不能作为他用空闲状态，不能作为他用n可能造成线路资源的浪费可能造成线路资源的浪费aba bb ccad用户用户ABCDtttt#1#2#3#4时分复用帧时分复用帧tbcadc时时隙隙1时时隙隙2时时隙隙3时时隙隙44路复用路复用 lxm lxm7 7统计时分复用原理统计时分复用原理nSTDM：Statistic TDM，统计时分复用，又叫异步时分复用，统计时分复用，又叫异步时分复用n每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙nSTDM按帧结构进行传送，帧长固定（不同系统帧长可能不同）按帧结构进行传送，帧长固定（不同
6、系统帧长可能不同）n组帧按收到数据的先后顺序进行组帧按收到数据的先后顺序进行n一个用户可以连续占用多个时隙一个用户可以连续占用多个时隙n能显著提高信道的利用率能显著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用户用户ABCDtttt#1#2#3STDM帧帧统计时分复用统计时分复用t lxm lxm8 82.1.2 PCM基本基本 原理（原理（1）PCM：Pulse Code Modulation 脉冲编码调制脉冲编码调制PCM是一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式是一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式PCM发送端包括：抽样、量化和编码发送端包括：抽样、量化和编码PCM 接收端包括：解码、量
7、化样值解调接收端包括：解码、量化样值解调模拟模拟信源信源低通低通滤波器滤波器量化量化器器抽样抽样器器编码编码器器解码解码器器低通低通滤波器滤波器模拟模拟信宿信宿发送端发送端接收端接收端 lxm lxm9 92.1.2 PCM基本原理（基本原理（2）抽样量化123456789101112 13141516编码10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100 将时间离散、幅将时间离散、幅度连续的抽样信号转度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度换成时间离散、幅度离散的数字信号。离散的数字信号。将时间连续的模拟
8、将时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号。度连续的抽样信号。带限信号连续抽样，带限信号连续抽样，要求抽样频率不小于所传要求抽样频率不小于所传信号的最高频率的信号的最高频率的2倍。倍。量化后的信号量化后的信号通过编码器变通过编码器变成一组码元成一组码元 lxm lxm10102.1.3 32路路PCM复用复用n话音信号的话音信号的PCM1、话音的有效带宽：、话音的有效带宽：3003400Hz2、抽样频率、抽样频率8000Hz 即抽样间隔（抽样周期）为即抽样间隔（抽样周期）为125us3、每个抽样值为、每个抽样值为8位二进制编码位二进制编码nPCM信号的复用信号
9、的复用n每路每路抽样占用的时间抽样占用的时间远小于其远小于其抽样周期抽样周期n利用时分复用原理，在下一个周期到来前的空闲时间内，利用时分复用原理，在下一个周期到来前的空闲时间内，对其他路进行抽样对其他路进行抽样n一个周期内抽样的路数取决于每路抽样占用时间的多少一个周期内抽样的路数取决于每路抽样占用时间的多少 lxm lxm1111话音复用的原理话音复用的原理123n123每路抽样周期每路抽样周期125us每路话音抽样占每路话音抽样占用的时间很短，用的时间很短，在在n=32路路PCM复用中为复用中为3.91us lxm lxm12122.1.3 32路路PCM复用复用几个基本概念：几个基本概念：
10、n时隙：每路话路抽样所花的时间。时隙：每路话路抽样所花的时间。n帧：每帧：每32个时隙组成一个帧。个时隙组成一个帧。n复帧：复帧：16个帧合成一个复帧。个帧合成一个复帧。lxm lxm131332路路PCM复用的帧结构复用的帧结构F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10 F11F14 F151 2 3 4 5 6 7 8 1复帧复帧=16帧帧TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS31
11、1帧帧=32时隙时隙话路时隙话路时隙1 0 0 1 1 0 1 11 1 0/1 1 1 1 1 1同步时隙同步时隙帧定位码组帧定位码组偶帧偶帧奇帧奇帧区别偶帧区别偶帧帧对告码帧对告码保留保留15路路30路路0 0 0 0 1 0/1 1 1a b c d a b c d标志信号时隙标志信号时隙F0F1F2F15a b c d a b c da b c d a b c d复帧复帧定位码组定位码组复帧复帧对告码和备用对告码和备用1路路16路路2路路17路路局间线路信令局间线路信令 lxm lxm1414帧结构描述帧结构描述n帧重复频率抽样频率帧重复频率抽样频率8kHzn抽样周期抽样周期125us
12、n时隙数时隙数32，时隙编号，时隙编号TS0TS31n每路时隙每路时隙3.91usn每路时隙传送每路时隙传送8位码组，位时间位码组，位时间488nsn每帧传送位数每帧传送位数328=256n每路数码率每路数码率8bit/125us64kbit/sn总码率总码率256bit/125us2048kbit/s lxm lxm1515帧结构描述帧结构描述n各时隙内容各时隙内容nTS1TS15：话路时隙，传送：话路时隙，传送115路话音信号编码路话音信号编码nTS17TS31：话路时隙，传送：话路时隙，传送1630路话音信号编码路话音信号编码nTS0：帧同步时隙，传送同步码组：帧同步时隙，传送同步码组n
13、TS16：信令时隙，传送：信令时隙，传送30路话路的信令码和复帧码路话路的信令码和复帧码n信令时隙信令时隙TS16n传送信令信号（如摘机、挂机、振铃等）传送信令信号（如摘机、挂机、振铃等）n一帧中只传送一帧中只传送8位码组，每路占位码组，每路占4位，每帧只能传位，每帧只能传2路路n提高信道利用率，一个基群有提高信道利用率，一个基群有30个话路，一个信令信号控个话路，一个信令信号控制制2个话路，故引入复帧概念个话路，故引入复帧概念n信令信号必须按复帧处理（信令信号必须按复帧处理（16帧组成一个复帧）帧组成一个复帧）n信令信令4位码组含义位码组含义a、b、c、d，目前只用了前，目前只用了前3位位
14、lxm lxm1616复帧结构描述复帧结构描述n由由16帧组成一个复帧帧组成一个复帧n复帧频率复帧频率8000Hz/16500Hz，周期，周期2msn各帧信令各帧信令nF0的的TS16n前前4位为复帧同步吗位为复帧同步吗0000n第第6位为复帧失步告警码，同步为位为复帧失步告警码，同步为0,失步为失步为1n其他位保留，暂定位其他位保留，暂定位1nF1F15的的TS16n前前4位依次传送位依次传送115路话路信令路话路信令n后后4位依次传送位依次传送1630路的话路信令路的话路信令 lxm lxm171732 PCM帧的传输与处理帧的传输与处理n逐帧传输逐帧传输n按复帧处理按复帧处理n因为每帧只
15、能传送因为每帧只能传送2个话路的信令个话路的信令n30路话路的信令在一个复帧内才能包含完路话路的信令在一个复帧内才能包含完 lxm lxm18182.1.4 PCM高次群高次群北美北美 日本日本欧洲欧洲 中国中国数码率数码率Mbps话路数话路数 数码率数码率Mbps话路数话路数基群基群1.544242.04830二次群二次群6.312968.448120三次群三次群32.06448034.368480四次群四次群139.2641920五次群五次群5657680制式制式群路群路 lxm lxm19192.1.4 PCM高次群高次群n高次群是由低次群通过数字复用设备汇接而成高次群是由低次群通过数字
16、复用设备汇接而成 基群基群（一次群）（一次群）二次群二次群一一次次群群复复 用用 设设 备备2048kbit/s8448kbit/s2048kbit/s2048kbit/s2048kbit/s一一次次群群复复 用用 设设 备备8448kbit/s8448kbit/s8448kbit/s34.368Mbit/s三次群三次群 lxm lxm20202.2 电路交换电路交换n电路交换的概念电路交换的概念n电路交换的特点电路交换的特点n电路交换的工作过程电路交换的工作过程 lxm lxm2121电路交换的概念电路交换的概念 用户在相互通信前，根据信令将主、被用户在相互通信前，根据信令将主、被叫之间的链
17、路逐段连接起来，形成一条实际叫之间的链路逐段连接起来，形成一条实际的物理链路（的物理链路（一对实线、时隙或频段一对实线、时隙或频段），连），连接期间通信双方始终使用并独占该条物理链接期间通信双方始终使用并独占该条物理链路，结束后拆除这条物理链路。将该种交换路，结束后拆除这条物理链路。将该种交换方式成为电路交换。方式成为电路交换。lxm lxm2222电路交换的特点电路交换的特点n一定是面向连接的，且是实连接一定是面向连接的，且是实连接n必须有必须有建立连接数据传输释放连接建立连接数据传输释放连接三个过程三个过程n连接后占用的是实际物理电路连接后占用的是实际物理电路n所有信息传输沿着同一路径（建
18、立连接的路径）所有信息传输沿着同一路径（建立连接的路径）n信道独占信道独占n在释放连接以前在释放连接以前n两个用户一直占用端到端的固定带宽（资源）两个用户一直占用端到端的固定带宽（资源）n即使这两个用户并没有通信，别的用户也不能占用即使这两个用户并没有通信，别的用户也不能占用n优点：传输可靠、实时，不乱序优点：传输可靠、实时，不乱序n缺点：信道利用率低缺点：信道利用率低n使用场合：特别适合实时业务，不适合突发性强的使用场合：特别适合实时业务，不适合突发性强的数据传输和频繁更换通信对象的场合。数据传输和频繁更换通信对象的场合。lxm lxm2323电路交换的工作过程电路交换的工作过程呼叫请求呼叫
19、请求呼叫接受呼叫接受报文报文确认确认BACD建立连接建立连接数据传输数据传输释放连接释放连接 lxm lxm24242.3 分组交换分组交换n分组交换概念分组交换概念n分组交换的形式分组交换的形式n虚电路虚电路n数据报数据报 lxm lxm2525分组交换概念分组交换概念n分组交换（分组交换（Packet Switching)利用存储利用存储/转发的方式，将数据报文分割转发的方式，将数据报文分割成一个个分组（包），以分组为单位进行传输成一个个分组（包），以分组为单位进行传输和交换。这种方式称为分组交换。和交换。这种方式称为分组交换。n分组交换的形式分组交换的形式n虚电路交换虚电路交换n数据报交
20、换数据报交换 lxm lxm2626 分组交换分组交换虚电路方式虚电路方式n面向连接的方式，但为虚连接（逻辑连接）面向连接的方式，但为虚连接（逻辑连接）n“虚虚”的含义：只有传送分组时才占用物理电路的含义：只有传送分组时才占用物理电路n意味着一条物理电路可以同时建立多条虚电路意味着一条物理电路可以同时建立多条虚电路n信道不独占，采用统计复用方式，实现信道共享信道不独占，采用统计复用方式，实现信道共享n同一虚电路的分组通信路径相同，故通信有序同一虚电路的分组通信路径相同，故通信有序n一个用户可与多个用户建立虚连接一个用户可与多个用户建立虚连接n每个虚电路都由一个虚电路号或虚电路标识来表征每个虚电
21、路都由一个虚电路号或虚电路标识来表征n建立虚电路时需要传送源、目地址建立虚电路时需要传送源、目地址n建立虚电路后，则传输数据时，只需携带虚电路号或标识建立虚电路后，则传输数据时，只需携带虚电路号或标识n虚电路分为两种：虚电路分为两种：n永久性虚电路永久性虚电路PVCn事先已建立连接，可直接进行通信，通信后不需拆链事先已建立连接，可直接进行通信，通信后不需拆链n交换性虚电路交换性虚电路SVCn通信前建立连接，通信后拆除连接通信前建立连接，通信后拆除连接 lxm lxm2727虚电路方式虚电路方式4527316通信网络主机2主机1主机主机1与主机与主机2之间的通信之间的通信 主机3主机4主机主机3
22、与主机与主机4之之间的通信也类似间的通信也类似n 通信前建立连接通信前建立连接n所有主机所有主机1到主机到主机2的的分组都按同的的分组都按同一虚电路（路径）到达主机一虚电路（路径）到达主机2n通信结束后拆除连接（通信结束后拆除连接（PVC除外）除外）lxm lxm2828 分组交换分组交换数据报方式数据报方式n无连接方式无连接方式n通信前无需建链，通信后也无需拆链通信前无需建链，通信后也无需拆链n每个分组单独选路，造成：每个分组单独选路，造成：n不同的分组可能传输路径不同不同的分组可能传输路径不同n到达同一目的地的数据可能乱序到达同一目的地的数据可能乱序n分组必须携带源、目地址分组必须携带源、
23、目地址n不能保证时延和时延抖动，是一种不能保证时延和时延抖动，是一种“尽力传送尽力传送”方方式式n特别适合突发的数据传输，不适合实时业务的传输特别适合突发的数据传输，不适合实时业务的传输 lxm lxm2929数据报方式数据报方式4527316通信网络主机1主机2n主机到主机主机到主机2的分组沿不同路径到达主机的分组沿不同路径到达主机2n出现乱序（先发后到）出现乱序（先发后到）121112221 lxm lxm30302.4 ATM交换交换ATM（asynchronous transfer modeswitching）异步转移模式异步转移模式n基本特征：基本特征：n传输、复用和交换都是以信元为
24、基本单位进行的传输、复用和交换都是以信元为基本单位进行的n信元长度固定：信元长度固定：53字节（字节（5字节头部字节头部48字节载荷）字节载荷）n异步是指属于同一用户的信元不一定按固定的时间间隔周异步是指属于同一用户的信元不一定按固定的时间间隔周期性地出现期性地出现n采用虚连接方式，异步时分复用采用虚连接方式，异步时分复用n按时隙交换，每时隙交换一个信元按时隙交换，每时隙交换一个信元n用户信元传输不按固定时隙（无周期性）用户信元传输不按固定时隙（无周期性）n信元传递过程中不需源、目地址，只用虚连接标识信元传递过程中不需源、目地址，只用虚连接标识VPI/VCIn支持多种业务（实时、非实时、不同速
25、率）支持多种业务（实时、非实时、不同速率）lxm lxm3131 ATMATM信元信元 ATM ATM对等层实体传送对等层实体传送PDUPDU：5353字节长信元字节长信元 ATMATM层与上层的层与上层的SDUSDU：4848字节长的信息块字节长的信息块 ATMATM信元头部结构分为两种：信元头部结构分为两种：UNIUNI信头与信头与NNINNI信头信头 48字节载荷字节载荷 HEC（8）PTI（3）CLPVCI（4）VCI（8）VCI（4）VPI（4）VPI（4）GFC（4）48字节载荷字节载荷 HEC（8）PTI（3）CLPVCI（4）VCI（8）VCI（4）VPI（4）VPI（8）终端
26、终端ATMATM交换机交换机UNIUNI信元信元ATMATM交换机交换机ATMATM交换机交换机NNINNI信元信元 lxm lxm3232 VPI：Virtual Path Identifier 虚通路标识符虚通路标识符（NNI信头信头12位，位，UNI信头信头8位）位）VCI：Virtual Channel Identifier 虚通道标识符（虚通道标识符（虚通道标识符（虚通道标识符（1616位）位）位）位）1）VPI/VCI：标识一个信元的路径信息：标识一个信元的路径信息 2）一个信元在传输过程中，其）一个信元在传输过程中，其VPI/VCI是变化的是变化的 3）ITU为特定应用规定了为特
27、定应用规定了VPI/VCI值值（不得他用）（不得他用）ATM信元信元 lxm lxm3333 GFC：Generic Flow Control 一般流控一般流控一般流控一般流控 ，只用于，只用于，只用于，只用于UNIUNI接口，不使用时，置接口，不使用时，置接口，不使用时，置接口，不使用时，置0 0HEC：Header Error ControlPTI:Payload Type Identifier 负荷类型识别器（负荷类型识别器（3位）位）1）区分普通信元和管理信元）区分普通信元和管理信元 2）拥塞状态指示）拥塞状态指示CLP:Cell Loss priority 信元丢弃优先级信元丢弃优先
28、级 （1位）位）1）0表示信元丢弃优先级低，需要尽最大努力传送表示信元丢弃优先级低，需要尽最大努力传送 2）1 表示信元丢弃优先级高，拥塞时首先将其丢弃表示信元丢弃优先级高，拥塞时首先将其丢弃ATM信元信元 lxm lxm3434 ATMATM用户终端用户终端 用户终端用户终端ATMATM层功能层功能 发端：发端：n 给高层信息加上帧头，形成给高层信息加上帧头，形成UNI信元信元n 给给UNI信元分配信元分配VPI/VCI n 将信元复用形成信元流将信元复用形成信元流 收端：收端：n 识别识别VPI/VCI，将信元进行分流，将信元进行分流n 去掉帧头，恢复上层数据，并交上层去掉帧头，恢复上层数
29、据，并交上层 lxm lxm3535 ATM交换机交换机（网络节点）（网络节点）ATM ATM交换机交换机ATMATM层功能层功能 1）选路）选路 根据虚电路表进行选路根据虚电路表进行选路 虚电路表连接建立时创建虚电路表连接建立时创建 2）变换信头、转发信元）变换信头、转发信元 VPI、VCI、HEC在在 每个节点都可能变每个节点都可能变 根据虚电路表中信元的转发出口，以及下一虚链路的根据虚电路表中信元的转发出口，以及下一虚链路的 VPI/VCI标识，改写信头和重新计算标识，改写信头和重新计算HEC 然后向下一个节点转发信元然后向下一个节点转发信元 lxm lxm3636 VP VP交换交换A
30、TM交换机交换机VP1VP3VP2VP4 VC1VC1VC2VC2 VC1VC1VC2VC2 VC3VC3VC4VC4 VC3VC3VC4VC4 VP VP交换指信元经过交换节点向下转发时，交换指信元经过交换节点向下转发时，只改变只改变VPIVPI的值的值 将一个将一个VP内的所有虚拟连接交换到另一个内的所有虚拟连接交换到另一个VP内内 可由网管系统建立半永久性可由网管系统建立半永久性VPC，以达到快速，以达到快速 高效传输高效传输 VP VP交换示意图交换示意图 lxm lxm3737 VC VC交换交换 VC VC交换指信元经过交换节点向下转发时，交换指信元经过交换节点向下转发时，VPI/
31、VCIVPI/VCI都会发生改变都会发生改变 VC 交换点终止于交换点终止于VC链和链和VP链链VP3VP1 VP2 VP4ATM交换机交换机 VC1VC1VC2VC2 VC15VC15VC12VC12 VC3VC3VC4VC4 VC3VC3VC4VC4端口端口1 1VP1/VC1 VP1/VC1 VP1/VC2 VP1/VC2 VP3/VC3VP3/VC3VP3/VC4VP3/VC4端口端口2 2VP4/VC3 VP4/VC3 VP2/VC12 VP2/VC12 VP2/VC4VP2/VC4VP2/VC12VP2/VC12交换交换 VC VC交换示意图交换示意图 lxm lxm3838ATM
32、交换原理交换原理n一个虚连接由多段虚电路（一个虚连接由多段虚电路（VPI/VCI）串联组成。）串联组成。nVPI/VCI标识值已存于该虚连接中的各标识值已存于该虚连接中的各ATM交换机中交换机中nATM交换的实质是逐段交换不同的交换的实质是逐段交换不同的VPI/VCI标识标识VPI=1VPI=1VCI=3VCI=3ATM交换机交换机1ATM交换机交换机3ATM交换机交换机2端口端口1 1端口端口3 3端口端口2 2端口端口3 3端口端口2 2端口端口1 1VPI=4VPI=4VCI=3VCI=3VPI=2VPI=2VCI=1VCI=1输入端口输入端口VPI/VCI输出端口输出端口 VPI/VCI 11/324/3 11/537/8