第4章+宽带综合业务数字网技术.ppt

1、第4章 宽带综合业务数字网技术,4.1 概述 4.2 ATM技术 4.3 ATM交换机 4.4 ATM通信网接口 4.5 ATM通信网信令 4.6 宽带接入网技术 4.7 宽带综合业务数字实验网络实例 4.8 ATM现状及技术展望 思考与练习,4.1 概 述,4.1.1 ISDN基本思想传统的电信网都被专门设计为适用于其特定业务的各种独立的网， 其通信的方式是将语音、 数据、 视频和图像等信号按相关业务分开传输。ISDN的初期是窄带综合业务数字网（NISDN）， 其标准经ITU-T（国际电信联盟电信标准部）建议形成了一整套完整的系列标准。,4.1.2 BISDN的概念宽带综合业务数字网（BIS

2、DNBroadband ISDN）在提供综合业务服务的基本思想上与NISDN完全一致。 不同的是NISDN支持速率低于2.048 Mbs的业务， 传递方式和媒质主要是以准同步传递方式（PDHPlesiochronous Digital Hierarchy）和双绞线为基础的。,同步数字系列（SDH）技术规范是宽带综合业务数字网的重要部分， 它是光纤传输网各种接口标准速率和格式的模块化系列。 SDH具有以下优点： 设备的兼容性； 多路复用和多路分组的简单性； 低速业务无需适配的直接接入性； 对未来高速业务的容易扩展性（可从STM-1 155 Mb/s到STM-16 2.5 Gb/s）。,图4-1

3、基于ATM的宽带多媒体网络业务,4.2 ATM 技 术,4.2.1 ATM产生的背景BISDN为通信网解决了两大难题， 一是高速宽带传输， 二是网络内的高速交换。 光纤通信技术以及光纤到用户给高速传输提供了极好的支持。,总结ATM的优点主要有下列几点： 导入现行业务和未来业务的灵活性； 带宽的动态分配性； 信息传输的综合性； 网络资源的有效利用性； 保证服务质量(QoS-Quality of Service)的宽带应用性。,4.2.2 ATM网络功能1. 建立逻辑通路ATM用虚连接代替固定的物理信道， 即以一种建立虚电路的方式向用户提供服务。 2. 允许收发时钟异步工作通过同步残留时间标志法（

4、SRTSSynchronous Residual Time Stamp）、 自适应时钟法（ACMAdaptive Clock Method）等业务时钟控制方法， 解决收发端业务时钟差异的问题。,3. 提供动态带宽分配， 最有效地利用网络资源， 以适应BISDN的灵活性ATM是一种能处理复用在同一网络上所有类型业务的技术， 因此在ATM网络中不存在任何资源专门化的情况， 而是根据各虚电路中所要传递的数据量大小变化情况及时地、 动态地分配带宽， 即按不同业务需要实时地分配带宽。,4. 最大程度地减少网络中节点的数目， 从而降低交换的复杂性5. 传输信息采用短信元格式， 保证实时业务所要求的时延小和

5、抖动少短信元经网络后形成的时延抖动要比长信元小， 有利于图像、 视频等时延变化有苛刻要求的业务。 6. 网络资源管理BISDN必须能够支持包括语音、 视频、 数据、 图像和多媒体在内的多种业务， 在进行这些信息传送时必须占用网络资源如传输、 交换、 缓存和计算资源。,7. 取消了每条链路上的差错保护和流量控制， 以适应BISDN的高速性传统的网络中（如分组交换）， 反馈重传的差错保护和流量控制等复杂的协议是引起传输时延过大的一个主要原因。,关于信息透明性和时间透明性可做如下解释： 信息透明性： 决定网络无差错地将信息从发源地送到目的地的能力， 即网络所引入的端到端差错数能被业务所接受的可能性。

6、 时间透明性： 决定网络无时延、 无时延抖动的能力， 即网络以最小时间将信息从发源地传送到目的地的可能性。,4.2.3 ATM信元传输和格式ATM的传输模式是一种面向分组的模式， 它使用异步时分复用技术将不同速率的各种数字业务（如语音、 图像、 数据、 视频）的混合信息流分割成固定字节长度的信元（Cell）， 在网络中进行快速分组传输和交换。 1. ATM信元格式ATM的基本单位是信元， 其格式如图4-2所示。,图4-2 ATM信元传输和格式,每个信元长度为53个字节， 前5个字节为信元头， 后48个字节为信息域（数据块）。 信元的大小与业务类型无关， 任何业务的信息都经过切割封装成相同长度、

7、 统一格式的信元分组， 在每个分组中加上头标， 以到达目的地。 信元通过一条虚信道进行传输， 路由的选择由信头中的标号决定， 如图4-3所示。,图4-3 信息分组与统计复用,2. ATM信元头ATM层的全部功能由信头来实现。 在传送信息时， 网络只对信头进行操作而不处理信息域的内容。 接收端对信元的识别不再靠严格的参考定时， 而是靠信元中的信头标记信息来识别该信元究竟属于哪一个连接。因此， 在ATM信元中， 信头载有地址信息和控制功能信息， 完成信元的复用和寻路， 具有本地意义， 它在交换处被翻译、 重新组合。 图4-4（a）、 (b)分别是用户网络接口（UNI-User To Network

8、 Interface）的信头结构和网络节点接口（NNI-Network Node Interface）的信头结构。,图4-4 ATM信头结构（a） UNI信头结构； （b） NNI信头结构,ATM信头各部分功能分述如下： GFC： 一般流量控制， 占4 bit。 在BISDN中， 为了控制共享传输媒体的多个终端的接入而定义了GFC， 由GFC控制产生于用户终端方向的信息流量， 减小用户侧出现的短期过载。VPI： 虚路径标识码。 UNI和NNI中的VPI字段分别含有8 bit和12 bit， 可分别标识28条和212条虚路径。 VCI： 虚信道标识码。 用于虚信道路由选择， 它既适用于用户网络接

9、口， 也适用于网络节点接口。 该字段有16 bit， 故对每个VP定义了216条虚信道。,图4-5 ATM中的VC和VP关系,PT(Payload Type)： 信息类型指示段,也叫净荷类型指示段， 占3 bit， 用来标识信息字段中的内容是用户信息还是控制信息。 CLP(Cell Loss Priority)： 信元丢失优先级， 占1 bit， 用于表示信元的相对优先等级。 HEC(Header Error Control)： 信头差错控制， 占8 bit， 用于信头差错的检测、 纠正以及信元定界。,4.2.4 基于ATM的BISDN协议参考模型ATM技术的目的是给出一套对网络用户服务的系统

10、。 通常这些服务系统是由ATM协议参考模型的定义给出的。 基于ATM的BISDN协议模型由三个主要区域组成， 即用户面、 管理面、 控制面， 见图4-6所示。,图4-6 BISDN协议参考模型,1.物理层物理层位于BISDN的最底层， 负责信元编码， 并将信元交给物理介质。 为了实现信元无差错的传输， 物理层又被分为物理媒体子层和传输会聚子层， 由它们分别保证在光、 电信号级和信元级上对信元的正确传送。 1） 物理媒体子层（PM-Physical Media Sublayer）2） 传输会聚子层（TC-Transmission Convergence Sublayer）,TC子层所做的工作实际

11、上是链路层的工作， 完成ATM信元流与物理媒体上传输的比特流的转换工作， 即把从PM子层传来的光电信号恢复成信元， 并将它传送给ATM层处理或进行相反的操作。 主要功能解释如下： (1) 传输帧的生成和恢复。(2) 信元速率适配。 (3) 信元定界。 (4) 信头差错校正。,2. ATM层ATM层为异步传递方式层， 位于物理层之上， 负责生成与业务类型无关的、 统一的信元标准格式， 完成交换选路由和复用。 ATM层利用信头中各个功能字段可实现下列4种功能。 1） 信元的复用与分解ATM层相当于网络层， 主要做路由工作， 它提供了虚路径（VP）和虚信道（VC）两种逻辑信息传输线路。,2） 利用V

12、PI和VCI寻路路由功能由虚路径识别码（VPI）和虚信道识别码（VCI）完成。 3） 信头的产生和提取信头的产生和提取在ATM层和上层交互位置完成。 4） 一般流量控制在接有多个终端的多端口中， 根据GFC对各个终端间的流量进行控制。,3. ATM适配层（AAL）BISDN协议模型通过ATM适配层（AAL）使ATM层提供的服务能适应于上层应用的要求。 AAL介于ATM层和高层之间， 负责将不同类型业务信息适配成ATM流。适配的原因是由于各种业务（语音、 数据和图像）所要求的业务质量（如时延、 差错率等）不同。,AAL按其功能进一步分为两个子层： 信元拆装子层和会聚子层。 1） 信元拆装子层（S

13、AR-Segmentation and Reassembly Sublayer）SAR位于AAL层的下面， 其作用是将一个虚连接的全部信元组装成数据单元并交给高层或在相反方向上将高层信息拆成一个虚连接上的连续的信元。,2） 会聚子层（CS-Convergence Sublayer）CS位于AAL层的上面， 其作用是根据业务质量要求的条件控制信元的延时抖动， 在接收端恢复发送端的时钟频率以及对帧进行差错控制和流控。 SAR、 CS所支持的业务划分为4类： AAL1、 AAL2、 AAL34、 AAL5。,(1) AAL1。 AAL1用来适配实时、 恒定比特率的面向连接的业务流， 比如未经压缩的语

14、音、 图像。 主要功能如下： 用户信息的分段和重装； 信元时延抖动的处理； 信元负载重装时延的处理； 丢失信元和误插信元的处理； 接收端对信源时钟频率的恢复； 接收端对信源数据结构的恢复； 监控用户信息域的误码和对误码的纠错。,(2) AAL2。 AAL2用来适配实时、 可变比特率业务流， 如压缩过的图像、 语音等。(3) AAL34。 AAL3与AAL4结合形成了公共部分AAL34 。 AAL34主要用来支持对丢失比较敏感的数据传输。 (4) AAL5。 AAL5是高效数据业务传送适配协议， 支持收发端之间没有时间同步要求的可变比特率业务。,4.高层高层根据不同的业务（数据、 信令或用户信息

15、）特点， 完成其端到端的协议功能。 如支持计算机网络通信和LAN的数据通信， 支持图像和电视业务及电话业务等。表4-1简述了BISDN协议中的各层功能。,表4-1 BISDN各层的功能,4.3 ATM交换机,4.3.1 宽带业务对ATM交换机的要求1. 多速率交换从几kb/s150 Mb/s范围内的许多速率都要在宽带交换机中进行交换。,2. 多点交换多点交换要求提供点到点与点到多点的选播组播广播连接功能， 使ATM交换机可以实现将一条入线的信元输出到多条出线上的操作， 即信息由源点向任意目标广播。,3. 多媒体业务支持ATM网络中允许接入的业务有不同形式， 为了满足每一种媒体的质量要求， 对交

16、换机的性能同样有很高要求。,1） 信元丢失信元误码率在ATM交换机中， 有时会出现许多信元争用同一链路的情况， 这种情况如果超出了交换机的处理能力， 可能会产生信元丢失、 信元误码。 2） 连接阻塞率在ATM网络中， 通信双方采用面向连接方式， 因此， 在输入/输出之间必须通过交换矩阵建立连接。,3） 交换时延交换时延是指通过交换机交换一个ATM信元时所用的时间。 要求ATM交换机的交换时延值在1001000 s之间， 时延抖动为几百微秒。,4.3.2 ATM交换机的任务 ATM交换机是ATM宽带网络中的核心设备， 需要完成物理层和ATM层的功能。 对于物理层， 它的主要工作是对不同传送介质电

17、器特性的适配。 VC在终端间建立， 在交换机上对VPIVCI进行变换。 VP在交换机与终端建立， 在交叉连接设备(XC)上对VPI进行变换。 VPI和VCI的赋值方法是： 由终端对VPI和VCI赋值， 交换机对VPI赋值并对VCI变换， XC只对VPI进行变换。, VPIVCI变换； 信元从输入端交换到指定输出端。 为了完成上述任务， ATM交换机的交换路由选择方式普遍采用两种控制方法： 自选路由（Self-Routing）法和表格控制（Table-Controlled）法。 目前还有一种自适应控制法， 正在试用中。,1. 自选路由法通过给信元加一些寻路标识来提供快速的选路功能。 图4-7是自

18、选路由交换单元构成的交换网络对信头的处理过程。,图4-7 自选路由交换模块,2. 表格控制法在表格控制方法中需要在交换矩阵（SF）内存储大量的路由表， 每个表项都包括新的VPIVCI和对应的输出端或链路号。当信元到达ATM交换机后， 如果交换机读到的VPIVCI与路由表中的一致， 就会很快自动找到输出口并更新信头的VPIVCI值， 发往下一个节点（信头必须按输出端口的要求进行转换）。 图4-8是表格控制法交换单元构成的交换网络对信头的处理过程。,图4-8 表格控制交换模块,4.3.3 ATM交换机模块ATM交换机的基本单元是交换模块（Switching Element）。 交换模块通常由三部分

19、组成： 互连网络、 对应于每条输入线的输入控制器（IC）、 对应于每条输出线的输出控制器（OC）， 如图4-9所示。,图4-9 交换模块一般模型,ATM交换模块的结构常有下列几种类型：,1.矩阵型交换结构下面以矩阵型结构为例， 介绍缓冲器的几种不同配置位置。 1） 输入缓冲型交换结构图4-10表示的是输入缓冲型交换结构。 2） 输出缓冲型交换结构图4-11表示的是输出缓冲型交换结构。 在这种结构中， 信元缓冲器放置在每条线路的输出控制器之前。,图4-10 输入缓冲型交换结构,图4-11 输出缓冲型交换结构,图4-12 共享缓冲型交换结构,3） 共享缓冲型交换结构图4-12表示的是共享缓冲型交换

20、结构。 在这种方式中， 来自多条入线上的信元写入共享缓冲器。 4） 交叉缓冲型交换结构图4-13表示的是交叉缓冲型交换结构。,图4-13 交叉缓冲型交换结构,5） 输入/输出缓冲型结构输入/输出缓冲型结构见图4-14所示。 在这种结构中， 由于在输入/输出线上都放置了缓冲器， 使得交换单元内部的交换速度高于入线和出线的传输速率， 所以能避免内部冲突。 也可从输入缓冲器中重传被阻塞的信元来挽回信元的丢失。,图4-14 输入/输出缓冲型交换结构,2.总线型交换结构总线型交换结构见图4-15所示。 总线型交换结构是指所有交换模块间的连接都通过一个高速时分复用（TDM）总线提供的通道完成。 其特点是：

21、 总线机制完成输入/输出线上的信息交换， 总线通过总线管理器进行管理。,图4-15 总线型交换结构,3. 令牌环交换结构令牌环交换结构见图4-16所示。 在这种结构中， 所有输入和输出控制器通过环形网络相连。 环形网络按时隙方式进行工作， 为每个入线分配时隙以减少开销。 入线占用相应的时隙将其上的信元送上环路， 而在任意出线上进行VCIVPI判断， 看信元是否由该出线接收。,图4-16 令牌环交换结构,4.3.4 ATM交换机结构TM交换机的核心部件应该由三部分组成： ATM线路接口部件； ATM交换网络； ATM控制结构。 三者的关系如图4-17所示。,图4-17 ATM交换机基本结构,1.

22、 ATM线路接口部件ATM线路接口部件的作用是为ATM信元的物理传输媒质和ATM交换结构提供接口， 完成入线处理和出线处理。,2. 交换网络ATM交换网络完成的工作是将特定入线的信元根据交换路由选择指令输出到特定的输出线路上。 要求ATM交换网络具有： 缓冲存取、 话务集中和扩展、 处理多点接续、 容错、 信元复制、 调度、 信元丢失选择和延迟优先权等功能。 ATM交换网络由基本交换模块构成。 与传统的交换网络一样， ATM交换网络也可分为时分和空分两大类。,3. 管理控制处理器管理控制处理器的功能是指与端口控制器通信， 从而对ATM交换单元的动作进行控制和对交换机操作管理。 其控制结构由线路

23、板软件以及其它两层高级控制功能组成， 对应ATM协议参考模型。 控制结构基于分布式处理， 以便实现交换能力的模块式扩展。,4.4 ATM通信网接口,4.4.1 ATM通信网接口概念 ATM作为BISDN的支撑技术的原因之一是因为同步传递方式（STM）接口结构难以应付日益复杂多变的网络环境， 而ATM接口结构才可在一个单一的主体网络上携带多种信息媒体进行多种业务通信， 即在业务的信息速率方面， 既可以适应低速数据业务（几个至几十kb/s），也可以适应高速数据或图像业务（10150 Mb/s）， 还可以适应可变速率的业务。,4.4.2 ATM通信网接口结构1. 用户-网络接口（UNI）UNI完成用

24、户-网络接口的信令处理和VPVC交换操作。 用户-网络接口技术规范包括各种物理接口、 ATM层接口、 管理接口和相关信令的定义。 ITU-T对BISDN的用户-网络接口的参考配置定义与ISDN的接口参考配置的定义相似， 见图4-18所示。,图4-18 ISDN/BISDN用户-网络接口的参考配置,图4-18中的B-UNI的功能描述如下： （1） B-NT1(Network Terminational)。 B-NT1是网络终端1， 具有用户传输线路用户侧的终端功能和B-UNI第一层的功能。 （2） B-NT2。 B-NT2是网络终端2， 具有第一层和高层的功能。 (3) B-TE1(Termin

25、al Equipment)。 B-TE1是BISDN标准功能的终端。,（4） B-TE2。 B-TE2是非BISDN标准功能的终端。 （5） B-TA(Terminal Adaptor)。 B-TA是终端适配器， 对非标准终端提供协议转换功能。 即非标准BISDN终端加上B-TA就可实现B-TE1的功能。 B-UNI在两个方向上的接口速率可以是对称的， 也可以是不对称的。,2. 网络节点接口（NNI）NNI完成网络节点接口的信令处理和VPVC交换操作。网络节点接口标准包括各种物理接口、 ATM层接口、 管理接口和相关信令的定义。,3. 数据交换接口（DXI-Data Exchange Inte

26、rface）ATM数据交换接口允许利用路由器等数据终端设备与ATM网互连， 数据业务用户接入ATM公用网时可用公用UNI标准接口。 数据终端设备和数据通信设备协议提供用户-网络接口。 数据交换接口技术规范包括数据链路协议、 物理层接口、 本地管理接口和管理信息库的定义。,4. 宽带互连接口（B-ICI-Broadband-Intercarrrier Interface）宽带互连接口用于两个ATM公用网之间， 其技术规范包括各种物理层接口、 ATM层管理接口和高层功能接口。,5. LAN接口（LANI-Local Area Network Interface）ATM论坛近年来对PUNI上的第二代

27、局域网（ATM-LAN）的物理接口进行了标准化。 ATM-LAN用作校园网或企业内部网络时可采用100 Mb/s多模光纤接口， 即传统的FDDI（基于光纤分布式数据接口）的物理规范。 ATM网络接口结构见图4-19所示。,图4-19 ATM网络接口结构,4.4.3 典型ATM物理层接口介绍1. SONETSDH接口同步光纤网（SONET-Sychronous Optical Network）接口是为公用网应用开发的， 具有满足未来交换需求的可伸缩能力。 传输媒体是单模光纤。 2. E3接口E3接口也是一种典型的ATM网络物理接口， 其速率是34 Mb/s， 传输媒体为同轴电缆， 线路编码形式为

28、三阶高密度二进码HDB3。,3. DS-3接口DS-3接口是同ATM网广域连接的一种可广泛使用的高速服务接口， 术语DS-n代表Digital Signal-n。 4. 基于FDDI-4B5B的接口ATM论坛为专用UNI定义了FDDI物理层的125 MBaud（兆波特）多模光纤接口。 5. 8B10B接口8B10B接口用于本地ATM网连接， 其接口以155.52 Mb/s的数据速率工作。,图4-20 ATM骨干交换机与用户机接口,4.5 ATM通信网信令,4.5.1 ATM信令基本概念传输网络中各部件遵循的协议称为信令。 信令是BISDN协议参考模型中控制面和管理面的重要组成部分， 它完成AT

29、M端用户之间通路的建立、 监控和拆除操作。 ATM的信令有下列特点：, ATM信令是带外信令。 ATM使用独立的信令信道传送信令消息。 信令信元以与用户数据信元相同的方式在ATM层传递。 对于点到点信令， 信令信元被分配到信令虚信道， 在信令接入配置中， 可以只用一条预先建立的信令虚信道。 点到多点信令结构用于UNI中。 如一个用户-网络接口被多个用户分享。 广播式的信令虚信道是从网络到用户的单向信道， 可用于点至多点方向的呼叫。,1. UNI信令UNI信令实现用户和网络的交互过程， 是端用户操作的可见部分， 完成所有与用户通信的相关操作。 UNI信令提供点到点、 点到多点连接的能力， 协议规

30、定了传送各种参数和通知相应判定的结果的过程和信息格式。,所有的信令消息都由信息单元组成， 信息单元有必选和可选两种。 两种单元的内容为： （1） 必选信息单元有： 连接标志（VCIVPI值）； 被叫方号码（目的地址）； 请求的ATM信元速率； 请求的服务质量（QoS）等级。,（2） 可选信息单元有： AAL参数； 主叫方号码； 承载能力。,2. NNI信令NNI信令实现网络中节点之间的交互， 是端用户操作不可见部分， 根据用户和网络交互的结果完成相应网络中各节点的操作和命令的传递。,4.5.2 基于ATM的BISDN信令体系 ATM网络UNI、 NNI信令的各种分层结构如图4-21所示。 各层

31、的主要功能为： (1) 物理层： 提供的是有效信元的传送， 如实现速率耦合、 信头差错控制、 信元定界、扰码以及比特适配物理媒体功能。 (2) ATM层： 提供信令和用户信息VCC的连接和释放。,图4-21 基于ATM的BISDN信令协议体系结构,(3) SAAL： ATM适配层信令。 (4) Q.2931： 高层信令协议。 (5) MTP-1、 MTP-2、 MTP-3： 分别为7号信令信息转移部分1层、 2层、 3层功能， 完成物理层、 数据链路层和网络层的功能。 (6) BISUP： 提供B-ISDN局间业务呼叫的建立、 释放以及用户补充业务的信令程序。 (7) MS： 点-多点信令接入

32、配置中， 需使用元信令（MS）管理UNI处的信令虚连接。,4.5.3 ATM的信令信息格式 ATM通用信令信息格式如表4-2所示。(1) 协议鉴别符是每个消息的第一个8 bit， 指明使用的协议标准， 用于区别B-UNI用户网络接口信令信息和其它协议信息类型。 (2) 呼叫参考由呼叫参考长度和呼叫值两部分组成， 用以区别用户网络接口上的呼叫， 呼叫参考是在呼叫开始时分配， 一直保持到呼叫结束。,表4-2 通用信令信息格式,(3) 呼叫参考长度域表示呼叫参考的长度。 (4) 呼叫参考标记符表示呼叫方向是呼入或呼出。 (5) 呼叫参考值是每个消息的第二部分， 由呼叫发起方赋值， 它在一个特定的信令

33、虚信道中是惟一的， 并在呼叫生存期中保持不变， 呼叫释放后其值可以重新使用。 (6) 信息类型是每条消息的第三部分。 (7)信息长度是信息内容的字节数。 根据需要， 信令信息可以包含一个或者多个信息元素。 信息元素格式如表4-3所示。,(8) 可变长度信息元素作为Q.2931消息的备选域， 主要用以传递消息所需要的参数和其它说明信息。,表4-3 信息元素格式,4.6 宽带接入网技术,4.6.1 接入网（AN）概念用户到本地交换端局之间的连接称为接入环路。 传统的电信网络只是将这段连接作为各种业务的接入路由（即接入环路）， 在网络研究和设计方面侧重于电信干线网络部分。 随着主干网络的宽带化， 接

34、入环路成了各种宽带业务的瓶颈， 被列为解决用户如何接入宽带传输网络的问题。,4.6.2 接入网的主要功能接入网功能结构如图4-22所示。 其主要功能有5个。 1) 用户端口功能（UPF-User Port Function）用户端口功能完成特定的UNI要求与核心功能和系统管理功能的适配。,图4-22 接入网功能结构,2) 核心功能（CF-Center Function）核心功能完成UNI承载通路和SNI（业务节点接口）承载通路的要求与公用传送承载通路的适配， 其功能还包括通过AN传送所需要的协议适配和复用所进行的对协议承载通路的处理。 3) 传送功能（TF-Transmission Funct

35、ion）传送功能为接入网提供了由多接入段（如馈送段、 分配段和引入段等）组成的公共传送通道， 完成不同传输媒体间的适配。,4) 业务端口功能（SPF-Service Port Function）业务端口功能完成特定SNI要求与公共承载通路的适配， 以便核心功能处理。 5) 接入网系统管理功能（AN-SMF-Access Network System Management Function）接入网系统管理功能通过Q3管理接口和电信管理协调工作， 完成接入网各种功能的指配、 运行和维护， 也负责协调用户终端（经UNI）和业务节点（经SNI）的操作功能。,4.6.3 宽带接入网的设计 1. 设计要求

36、在宽带环境中， 设计接入网必须考虑的条件有： 业务量估算， 接入协议， 拓扑结构， 以及业务、 特性和功能要求， 接入路由的多样化。 1） 业务量估算在宽带网中， 由用户产生的各种业务， 各有其模型和使用特性， 特别是对每个用户的未来业务量需求很难把握。,2） 接入协议为了接入公用网， 接入协议除应满足ITU-T制定的国际标准和国内标准外， 还应具备处理用户现有和将来不同业务内容的能力， 避免不必要的协议转换， 以减少公用网带宽的浪费。 3） 拓扑结构根据协议， 选择与之相应的拓扑结构。,4） 业务、 特性和功能要求 用户的业务、 特性和功能因使用的协议不同而不同。 5） 接入路由的多样性 宽

37、带网用户与外界通信的接口只有一个。,2. 拓扑结构在接入网环境中， 网络的拓扑结构关系到网络的效能、 可靠性、 经济性和适用性。 所以有着十分重要的意义。 网络的拓扑结构可以分为物理配置结构和逻辑配置结构。,图4-23 星型结构,1） 星型结构星型结构也叫点对点星型结构， 如图4-23所示。 在接入网环境中， 各个用户最终都要与本地交换机相连， 业务量最终都集中在本地交换机这个特殊节点上， 因而光缆接入网同样可以继承传统的电缆接入网的星型结构。,图4-24 多星型结构,2） 多星型结构多星型结构也叫分布式星型结构。 这种结构是把传统的电缆接入网的交接箱换成远端节点（RN）， 如图4-24所示。

38、 RN可以采用有源电子设备， 也可以采用无源器件， 若干用户经过多路复用和RN相接， 完成选择通路、 交接处理工作， 最终接入本地交换机。,图4-25 树型结构,3） 树型结构树型结构也叫分支结构， 适合于单向广播式业务， 如CATV网。 图4-25为无源光网络技术的树型结构。,图4-26 总线结构,4） 总线结构总线结构是指将涉及通信的所有点串联起来， 并使首末两个点开放， 中间各个点可以上下完成业务往来， 如图4-26所示。,图4-27 环型结构,5） 环型结构环型结构是指将涉及通信的所有点串联起来， 没有任何点开放， 形成一个闭合的环路， 如图4-27所示。,4.6.4 宽带接入网的物理

39、传输媒质 1. 混合光纤双绞线铜缆网这种方案发挥了铜缆、 光纤各自的特长， 是一种既现实经济又可解决光纤到路边（FTTC）和光纤到远端（FTTR）的选择。 2. 混合光纤同轴电缆网（HFC）这是一种新型的接入网系统， 这种方案把光纤尽量从交换局铺设到靠近用户附近的多路复用器。 多路复用器由一群家庭用户（单位办公室）共用。,4.7 宽带综合业务数字实验网络实例,1. 标准化网络使用国际通信统一的同步数字体系（SDH）标准， 可适应未来通信的发展， 不同的通信系统之间可以进行互通。 在本网上可做各种网络接口的互通实验。,图4-28 宽带多媒体综合业务实验网络组成示意图,2. 综合化该实验网能够适应

40、速率从低于几千比特到高达数百兆比特的各种业务。 它集语音、 图像、 数据等信息于一体， 易于开发从窄带到宽带的各种综合数字业务的实验和多媒体实验。 其中增强型多媒体平台（EMMI）具有以下功能： （1） 全动态NTSC或PAL制图像输入输出； （2） 全立体声输入输出； （3） 数据控制接口（含SCSI ）。,3. 宽带化1） 交换的宽带化ATM是实现BISDN的关键技术， ATM的核心是ATM交换机， 在本网络采用了目前国际先进的ATM主干交换机和边缘交换机， 最大吞吐量可达10 G。 2） 传输的宽带化该网络采用了光纤和SDH作为宽带传输的骨干网络， 可适应各种不同速率的传输。,4. 智能

41、化由于该网络采用了支持BISDN的ATM技术和光传输SDH技术， 使得各种接口技术、 信令系统、 业务接入、 生成和开发等等， 都可以通过智能化终端来设置和开放。 5. 网络管理为了更加发挥现有通信网的潜力， 本网采用了国际上先进的网络管理系统。,4.8 ATM现状及技术展望,4.8.1 ATM面临的若干问题1. 统计复用带来的信元瞬时丢失ATM是面向连接的传输服务， 允许接入的用户数大于按峰值速率分配的数。 2. 多目标控制增加了系统的复杂性宽带网络覆盖业务的范围十分广泛， 允许接入的业务有不同形式。,3. ATM网络的路由选择问题由于ATM网中传输的信息种类繁多， 有目前在电话网中传输的数

42、据， 有大量的静态、 动态图像信息等多媒体信息， 这就决定了不能直接采用电信网或计算机网中的路由选择方法。,4. 用户接口的简化问题ATM技术把物理层以上大部分协议所执行的功能都移到端设备中去完成， 仅保留信元的概念以简化交换节点的处理， 提高传输能力。 5. IP对ATM的挑战以IP技术为核心的Internet网络的超常发展使Internet无处不在。,4.8.2 ATM网与千兆以太网技术比较 在很多技术性方面， ATM网将比千兆以太网优越， 其优越性表现在以下几个方面： （1） 千兆以太网在本质上没有有效处理不同服务类型和服务质量（QoS）的能力。 （2） 千兆以太网的实际带宽仅能使用30

43、0到400 Mb/s， 而ATM622 Mb/s却具有极高的有效使用带宽。 （3） 在传输介质和传输距离上要比千兆以太网好。,（4） 千兆以太网和ATM网都可以通过虚拟网（VLAN）来控制无效广播信息的蔓延， 并实现数据量的分流， 但由于ATM网对通信连接的控制能力更加灵活一些， 所以基于ATM连接的VLAN显得更加有效。,4.8.3 ATM与Internet融合 1. 叠加模型叠加模型是指IP协议由IP路由器实现， ATM路由协议由ATM网络实现。 2. 集成模型集成模型是指IP协议和ATM协议集成在一起， 使ATM交换机与IP路由器合二为一， 仅使用IP地址， 不需要地址解析， 由此简化了

44、ATM路由选择过程。,4.8.4 宽带通信网展望1. 光技术的应用1） 电交换向光交换过渡应用光技术通信仍然大有潜力可挖。 所谓光交换（Photonic Switching）， 是指对光纤传送的光信号直接进行交换。 图4-29描述的是一种光输入缓冲ATM交换机示意结构。,图4-29 光ATM交换机结构示意,2） 传输系统使用光中继器目前的光纤传输系统中需每100 km设置一个电中继器， 并且输入中继器的光信号要转变成电信号， 然后由中继器放大电信号的能量， 在输出口再变回光信号。 这种电光的转换必然引发时延和损耗， 为了避免这种时延和损耗， 一种光中继器也正在研究之中。 图4-30给出了这种中

45、继器的示意图。,图4-30 光中继器或光放大器示意图,2. 接入网技术1） 纯光纤接入网宽带业务的需求是发展以FTTH、 FTTO为基础的宽带接入网的主要推动力。 FTTH、 FTTO消除了FTTC（光纤到路边）中的金属引入线和HFC（混合光纤同轴网）中的同轴电缆， 避免了金属缆的腐蚀问题， 减少了故障率和维护工作量。,2） 无线接入网无线接入网以其经济和灵活特性受到人们的青睐， 对于低密度的分散小用户群以及有地理障碍的地区， 无线接入网将占有重要地位。,3. 宽带无线ATM技术通用移动通信系统和无线局域网有时已不能满足所有数据用户的需要。 蜂窝电话、 笔记本电脑的迅速普及以及国防、 野战的需

46、要都在呼唤宽带无线技术。宽带无线通信采用基于ATM的传输技术与交换技术是一种比较好的选择方式， 因为借助于ATM交换技术可方便地与BISDN网络互联与互操作， 从而支持无线环境下的综合业务服务。,图4-31 无线ATM网络协议参考模型,1） 无线ATM协议结构为了达到有线网和无线网的无缝互联， 无线ATM网络应采用与固定ATM网对应的协议结构。 但与固定ATM网高质量传输介质相比， 无线ATM网络要对付信道高比特误码率（BER）并考虑多址协议等问题， 一种可取的方式是在ATM平台上采用新的无线子层协议。 具体做法是在现有的固定ATM网络协议结构中为无线信道制定特定的协议子层， 如增加介质访问控

47、制层（MAC）、 数据链路控制层和无线网络控制层， 如图4-31所示。,2） 无线ATM网络的体系结构无线ATM网络参考结构的主要组成部分应该由无线ATM移动台（终端）、 无线ATM终端适配器、 无线ATM基站、 移动ATM交换机、 固定ATM网络、 标准的ATM主机组成， 如图4-32所示。,图4-32 无线ATM网络结构示意,思考与练习,4-1 推动宽带综合业务数字网实现的因素是什么？4-2 简述ATM产生的背景及传递方式的演变。 4-3 ATM的目的是什么？为什么说ATM是BISDN的支撑技术？4-4 基于ATM的宽带多媒体网络业务主要有哪些？4-5 ATM网络具有怎样的功能？,4-6

48、信息透明性和时间透明性的含义是什么？ 4-7 什么是ATM信元？ATM的信元格式是怎样的？ 4-8 为什么ATM信元格式要选用短小、 固定长度的数据单元？ 4-9 ATM信头有什么意义？UNI与NNI信头结构有什么区别？ 4-10 简述ATM信元的发送顺序。 4-11 什么是虚路径？什么是虚信道？二者有什么关系？,4-12 BISDN的协议模型是怎样的？简述用户面、 管理面、 控制面的功能。4-13 解释BISDN的物理层、 ATM层、 ATM适配层的含义及功能。 4-14 ATM交换机的任务是什么？其交换模块的结构有哪些类型？4-15 简述ATM交换机的组成及各部分作用。 4-16 宽带业务对ATM交换机有哪些要求？4-17 ATM通信网接口大致有哪些种类？举例说明其应用场合。,4-18 ATM通信网信令的作用是什么？其信令有什么特点？ 4-19 ATM网络信令信息格式是怎样的？ 4-20 什么叫接入网？试分析接入网的现状。 4-21 简述接入网功能。 4-22 设计宽带接入网应遵循怎样的原则？ 4-23 接入网的拓扑结构主要有哪些？,4-24 你认为在实现纯光纤接入网的条件还不具备时， 采用什么样的物理传输媒质有利于宽带接入网的实现？4-25 简述ATM网络与千兆以太网的关系及技术比较。 4-26 Internet与ATM的互联有什么意义？实现二者的互联目前有什么困难？,