1、lxm,1,第2章 复用与交换基本原理,2.1 PCM基本原理 2.2 电路交换 2.3 分组交换 2.4 ATM交换,lxm,2,2.1 PCM基本原理,2.1.1 时分复用 2.1.2 PCM基本原理 2.1.3 32路PCM 2.1.4 PCM的高次群,lxm,3,2.1.1 时分复用,多路复用的概念 时分复用原理 统计时分复用原理,lxm,4,多路复用的概念,信号： 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。 数字信号：是离散的信号 多路复用 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 多路复用的基础是分割原理，信号分割的依据是信号差异 复
2、用的目的是为了节省介质，提高线路利用率 根据不同的参量，多路复用的类型有 频分复用FDM:各路信号频率分开，时间重叠 时分复用TDM:各路信号时间分开，频率重叠 码分复用CDM:各路信号时间、频率重叠，特征码不同,lxm,5,时分复用原理（1）,时分复用TDM（通常指同步时分复用） 把传输信道按时间分割成若干时隙，以传送若干路信号。 发送方，在抽样脉冲的控制下，时隙1时将第1路信号打入信道，时隙2是将第2路信号打入信道， 依此类推 接收方，在发送方同步信号的作用下，在时隙1时接收第1路信号，时隙2时接收第2路信号.,第1路,第2路,第n路,第1路,第2路,第n路,发送,接收,lxm,6,时分复
3、用原理（2）,TDM按帧结构（固定时长，时隙个数固定）传送 每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置） 每个用户只能在自己的时隙内发送数据 当某用户无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，不能作为他用 可能造成线路资源的浪费,a,b,a,b,b,c,c,a,d,用户,A,B,C,D,t,t,t,t,#1,#2,#3,#4,时分复用帧,t,b,c,a,d,c,时隙1,时隙2,时隙3,时隙4,4路复用,lxm,7,统计时分复用原理,STDM：Statistic TDM，统计时分复用，又叫异步时分复用 每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙 STDM按帧结构进行传送，帧长固定（不同系统
4、帧长可能不同） 组帧按收到数据的先后顺序进行 一个用户可以连续占用多个时隙 能显著提高信道的利用率,lxm,8,2.1.2 PCM基本 原理（1）,PCM：Pulse Code Modulation 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 PCM发送端包括：抽样、量化和编码 PCM 接收端包括：解码、量化样值解调,模拟 信源,低通 滤波器,量化 器,抽样 器,编码 器,解码 器,低通 滤波器,模拟 信宿,发送端,接收端,lxm,9,2.1.2 PCM基本原理（2）,抽样,量化,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,编码,1,011,
5、2,010,001,000,3,4,5,000,6,7,8,001,010,011,9,100,10,101,110,111,11,12,13,111,14,15,16,110,101,100,将时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号。,将时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号。带限信号连续抽样，要求抽样频率不小于所传信号的最高频率的2倍。,量化后的信号通过编码器变成一组码元,lxm,10,2.1.3 32路PCM复用,话音信号的PCM 1、话音的有效带宽：3003400Hz 2、抽样频率8000Hz即抽样间隔（抽样周期）为125us 3、每个抽样值为8位
6、二进制编码 PCM信号的复用 每路抽样占用的时间远小于其抽样周期 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 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,11,话音复用的原理,每路话音抽样占用的时间很短，在n=32路PCM复用中为3.91us,lxm,12,2.1.3 32路PCM复用,几个基本概念： 时隙：每路话路抽样所花的时间。 帧：每32个时隙组成一个帧。 复帧：16个帧合成一个复帧。,lxm,13,32路PCM复用的帧结构,1复帧=16帧,话路时隙,15路,30路,lxm,14,帧结构描述,帧重复频率抽样频率8kHz 抽样周期125us 时隙数32
7、，时隙编号TS0TS31 每路时隙3.91us 每路时隙传送8位码组，位时间488ns 每帧传送位数328=256 每路数码率8bit/125us64kbit/s 总码率256bit/125us2048kbit/s,lxm,15,帧结构描述,各时隙内容 TS1TS15：话路时隙，传送115路话音信号编码 TS17TS31：话路时隙，传送1630路话音信号编码 TS0：帧同步时隙，传送同步码组 TS16：信令时隙，传送30路话路的信令码和复帧码 信令时隙TS16 传送信令信号（如摘机、挂机、振铃等） 一帧中只传送8位码组，每路占4位，每帧只能传2路 提高信道利用率，一个基群有30个话路，一个信令
8、信号控制2个话路，故引入复帧概念 信令信号必须按复帧处理（16帧组成一个复帧） 信令4位码组含义a、b、c、d，目前只用了前3位,lxm,16,复帧结构描述,由16帧组成一个复帧 复帧频率8000Hz/16500Hz，周期2ms 各帧信令 F0的TS16 前4位为复帧同步吗0000 第6位为复帧失步告警码，同步为0,失步为1 其他位保留，暂定位1 F1F15的TS16 前4位依次传送115路话路信令 后4位依次传送1630路的话路信令,lxm,17,32 PCM帧的传输与处理,逐帧传输 按复帧处理 因为每帧只能传送2个话路的信令 30路话路的信令在一个复帧内才能包含完,lxm,18,2.1.4
9、 PCM高次群,制式,群路,lxm,19,2.1.4 PCM高次群,高次群是由低次群通过数字复用设备汇接而成,基群 （一次群）,二次群,一次群复 用 设 备,2048kbit/s,8448kbit/s,2048kbit/s,2048kbit/s,2048kbit/s,34.368Mbit/s,三次群,lxm,20,2.2 电路交换,电路交换的概念 电路交换的特点 电路交换的工作过程,lxm,21,电路交换的概念,用户在相互通信前，根据信令将主、被叫之间的链路逐段连接起来，形成一条实际的物理链路（一对实线、时隙或频段），连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
10、换方式成为电路交换。,lxm,22,电路交换的特点,一定是面向连接的，且是实连接 必须有建立连接数据传输释放连接三个过程 连接后占用的是实际物理电路 所有信息传输沿着同一路径（建立连接的路径） 信道独占 在释放连接以前 两个用户一直占用端到端的固定带宽（资源） 即使这两个用户并没有通信，别的用户也不能占用 优点：传输可靠、实时，不乱序 缺点：信道利用率低 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。,lxm,23,电路交换的工作过程,呼叫请求,呼叫接受,报文,确认,B,A,C,D,建立连接,数据传输,释放连接,lxm,24,2.3 分组交换,分组交换概念 分组
11、交换的形式 虚电路 数据报,lxm,25,分组交换概念,分组交换（Packet Switching)利用存储/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和交换。这种方式称为分组交换。 分组交换的形式 虚电路交换 数据报交换,lxm,26,分组交换虚电路方式,面向连接的方式，但为虚连接（逻辑连接） “虚”的含义：只有传送分组时才占用物理电路 意味着一条物理电路可以同时建立多条虚电路 信道不独占，采用统计复用方式，实现信道共享 同一虚电路的分组通信路径相同，故通信有序 一个用户可与多个用户建立虚连接 每个虚电路都由一个虚电路号或虚电路标识来表征 建立虚电路时需要传送源、目地
12、址 建立虚电路后，则传输数据时，只需携带虚电路号或标识 虚电路分为两种： 永久性虚电路PVC 事先已建立连接，可直接进行通信，通信后不需拆链交换性虚电路SVC 通信前建立连接，通信后拆除连接,lxm,27,虚电路方式,4,5,2,7,3,1,6,通信网络,主机2,主机1,主机1与主机2之间的通信,主机3,主机4,主机3与主机4之间的通信也类似,通信前建立连接 所有主机1到主机2的的分组都按同一虚电路（路径）到达主机2 通信结束后拆除连接（PVC除外）,lxm,28,分组交换数据报方式,无连接方式 通信前无需建链，通信后也无需拆链 每个分组单独选路，造成： 不同的分组可能传输路径不同 到达同一目
13、的地的数据可能乱序 分组必须携带源、目地址 不能保证时延和时延抖动，是一种“尽力传送”方式 特别适合突发的数据传输，不适合实时业务的传输,lxm,29,数据报方式,4,5,2,7,3,1,6,通信网络,主机1,主机2,主机到主机2的分组沿不同路径到达主机2 出现乱序（先发后到）,1,lxm,30,2.4 ATM交换,ATM（asynchronous transfer modeswitching）异步转移模式 基本特征： 传输、复用和交换都是以信元为基本单位进行的 信元长度固定：53字节（5字节头部48字节载荷） 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 采用虚连接方式，异步
14、时分复用 按时隙交换，每时隙交换一个信元 用户信元传输不按固定时隙（无周期性） 信元传递过程中不需源、目地址，只用虚连接标识VPI/VCI 支持多种业务（实时、非实时、不同速率）,lxm,31,ATM信元,ATM对等层实体传送PDU：53字节长信元ATM层与上层的SDU： 48字节长的信息块ATM信元头部结构分为两种：UNI信头与NNI信头,lxm,32,VPI ：Virtual Path Identifier虚通路标识符（ NNI信头12位，UNI信头8位）,VCI：Virtual Channel Identifier虚通道标识符（16位）,1） VPI/VCI：标识一个信元的路径信息2）一
15、个信元在传输过程中，其VPI/VCI是变化的3）ITU为特定应用规定了VPI/VCI值（不得他用）,ATM信元,lxm,33,GFC：Generic Flow Control一般流控 ，只用于UNI接口，不使用时，置0,HEC：Header Error Control PTI: Payload Type Identifier负荷类型识别器（3位）1）区分普通信元和管理信元2）拥塞状态指示,CLP: Cell Loss priority 信元丢弃优先级 （1位）1）0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,ATM信元,lxm,34,ATM用户终端
16、,用户终端ATM层功能发端：给高层信息加上帧头，形成UNI信元给UNI信元分配VPI/VCI 将信元复用形成信元流 收端：识别VPI/VCI，将信元进行分流去掉帧头，恢复上层数据，并交上层,lxm,35,ATM交换机（网络节点）,ATM交换机ATM层功能1）选路根据虚电路表进行选路虚电路表连接建立时创建2）变换信头、转发信元VPI、VCI、HEC在 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 VPI/VCI标识，改写信头和重新计算HEC然后向下一个节点转发信元,lxm,36,VP交换,VP交换指信元经过交换节点向下转发时，只改变VPI的值将一个VP内的所有虚拟连接交换到另一
17、个VP内可由网管系统建立半永久性VPC，以达到快速高效传输,VP交换示意图,lxm,37,VC交换,VC交换指信元经过交换节点向下转发时，VPI/VCI都会发生改变VC 交换点终止于VC链和VP链,VP3,VP1,VP2,VP4,ATM 交换机,VC15,VC12,端口1 VP1/VC1 VP1/VC2 VP3/VC3 VP3/VC4,端口2 VP4/VC3 VP2/VC12 VP2/VC4 VP2/VC12,交换,VC交换示意图,lxm,38,ATM交换原理,一个虚连接由多段虚电路（VPI/VCI）串联组成。 VPI/VCI标识值已存于该虚连接中的各ATM交换机中 ATM交换的实质是逐段交换不同的VPI/VCI标识,VPI=1 VCI=3,ATM交换机1,ATM交换机3,ATM交换机2,端口1,端口3,端口2,端口3,端口2,端口1,VPI=4 VCI=3,VPI=2 VCI=1,
