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1、7.1为什么要研究和开发高速计算机网络 多媒体传输需要高速网络提供支持 带宽要求高：CD质量音频，带宽128-192Kbps； VCD质量视频，带宽1.5Mbps。 实时性要求高。CD质量音频和VCD质量视频，网络传输延时与延时抖动：100ms。即使有足够的带宽，也很难保证实时性。(包交换、共享、 VBR突发)。 对于CSCW类的应用，端到端传输延时要求很高，而对VoD类应用，对主干网的带宽要求很高，如同时支持200路点播MPEG-1流的系统，其带宽要求为300Mbps。 传统的数据通信对性能保证考虑不多。分布式多媒体的应用要求高速交互式网络提供服务质量(QoS)的保证。 多媒体传输网必须是双

2、向的且应支持多播。 允许一定的传输误差。,第7章 多媒体通信,当前网络的局限性 带宽仍然是高性能计算机互连,特别是Internet网上开展分布式计算、分布式多媒体服务的瓶颈。 网络延迟时间难以预测。因采用存储转发机制和变长信息包，报文交换延迟长，等待延迟过长。 共享信道网络，特别是局域网，带宽较充足，但难以保证传输实时性。 电路交换电信网提供的带宽和代价不能开展高质量的多媒体传输,无法适配各种速率的业务。 网络路由选择的限制。在IP网中，路由速度已经成为通信瓶颈。 用户宽带接入仍不能满足高质量多媒体传输需要。,为什么要研究和发高速计算机网络,网络技术的发展使多媒体通信成为可能 光纤通信特别是D

3、WDM和光纤接入网提供了高带宽 DWDM技术使一根光纤可达40-160个信道,每信道的带宽10G/s。40G/纤的技术早已工程化，并在地县级骨干网使用。 光纤接入FTH技术已经成熟。如EPON可提供30M/户带宽。 ADSL、HFC、3G等接入技术已经大量应用。 Everything On IP:宽带IP将取代B-ISDN提供多媒体综合业务 路由器速度是IP的通信瓶颈之一。 通过改善寻径和内部交换技术(如使用ATM交换)、改进调度算法等，千兆位路由器已经出现。 IP交换技术、IP Over ATM或IP Over DWDM构建高速 IP。 QoS机制的成熟,为什么要研究和发高速计算机网络,第7

4、章 多媒体通信,7.2 局域网、广域网技术的新发展 100Base-VG AnY-LAN AT Class C:UBR服务(Unspecified Bit rate); Class D:ABR服务，网络拥塞时可以向信源反馈信息，以降低输出速率。 AAL规定了几种不同的协议以支持不同的服务。每种协议定义一种AAL头，占用信元用户数据的一部分。AAL1支持CBR，AAL2支持VBR-RT,AAL3/4适用于处理长数据包，AAL5无附加AAL头，开销较小，被广泛用于TCP/IP数据和低造价的实时媒体传输。,局域网、广域网技术的新发展,DWDM骨干网技术 增加信道容量的方法：提高光缆的时分复用TDM的

5、速率（伸缩性差）和密集波分复用(DWDM)。 波分复用：波长在1200-1600nm范围之内的光波在单模光纤中的传输损耗都比较小，可用于数据传输的光带宽有30THz。在同一光纤中利用该范围内的多个波长的光波分别进行TDM传输的技术称为WDM。目前可支持多达160个波长。 波分复用可以提供灵活的扩展信道的方法，已铺设的光纤增加波长增添/删除复用器后即可实现WDM。近年出现的密集波分复用(DWDM)使一根光纤可达40-160个信道,每信道带宽10G/s。,局域网、广域网技术的新发展,通用DWDM网络结构图,DWDM技术及系统的组成,DWDM系统，共分为三大部分：合波分波、光线路放大、光分插复用。

6、合波分波:包括光发射单元和光接收单元。在发射单元中，利用合波器合成多路光信号经光功率放大器放大后输入到光纤中传输。在接收单元中，先由光前置放大器放大经传输而衰减的光信号，再采用分波器将合波信号分开送入到不同的光接收机中。 光线路放大部分:采用光纤放大器对长距离传输光信号进行功率补偿。这是全光网的关键技术之一。根据放大器在系统中的位置及作用，可以分成以下三种类型: 功率放大器（BA）：处于合波器之后，用于对合波以后的多个波长信号进行功率提升，然后再进行传输。要求有比较大的输出功率。,线路放大器（LA)，处于功率放大器之后，用于周期性地补偿线路传输损耗，一般要求比较小的噪声指数，较大的输出光功率。

7、 前置放大器（PA)，处于分波器之前，线路放大器之后，用于信号放大，提高接收机的灵敏度。要求噪声指数很小，对输出功率没有太大的要求。 光分插复用部分：完成可配置的光波长上下或是固定波长的上下。 为了使波分复用设备和其他通用设备（如SDH、PDH、ATM等）互联，需要光接口变换(OTU)，以实现与其他通用设备互联。 OUT最主要的功能是将各类复用终端光接口转换成具有指定标准波长可在DWDM系统中运行的光接口。 如子速率汇聚板SRM，实现对低速率信号的汇聚和分解功能，提供4路155Mb/s和622Mb/s的SDH信号或者ATM信号的分插复用功能。GEM2/8完成波长转换的同时实现两路千兆以太网业务

8、的汇聚。,DWDM技术及系统的组成,宽带IP网 千兆位路由器：通过改善路径查找算法、内部交换机构使用ATM交换机构为核心、改进调度算法等途径，使数千兆比特/秒、甚至万兆位的IP路由器成为可能。 IP交换：采用了完整的ATM交换模块，使一部分数据(长时间的业务流，如多媒体业务)可以直接通过ATM进行交换，不必由传递引擎逐个包地为其确定输出端口。 IP Over ATM 和MPOA：将ATM网络看做是异构子网的一种，为IP提供链路连接。方法是：发送主机将产生的IP包整个地送至AAL5，AAL5附加上一个8B的尾信息，然后将其分割成信元送上虚电路；在接收端，AAL5将信元重新装配成IP包送出。MPO

9、A(Multiple Protocol Over ATM)综合了LANE、IPOA等技术，使IP在ATM上的传输更为有效。 IP Over SDH和IP over DWDM(密集波分复用Dense Wave-devision Multiplexing):在SDH或DWDM上直接传输IP包。,局域网、广域网技术的新发展,宽带接入技术-基于PSTN的宽带入户技术 高速数据传输对线路特性的要求高。需解决：回波抑制-从接收信号中去除反射引起的干扰；均衡-通过加入均衡滤波器的方法，对不同频率成分的传播衰减和延时进行补偿。 大规模集成电路技术可将数字滤波器集成到芯片上，加上自适应(温、湿度及电子器件老化)

10、滤波技术的发展，形成了利用铜线传输高速数据的数字用户线路DSL(Digital Subscriber Line)。DSL是N-ISDN中基本速率接入技术。 HDSL:高速数字用户环路，利用现有2对双绞铜线，提供2Mbps速率的双向传输。距离为2.7km-3.6km。,局域网、广域网技术的新发展,ADSL:不对称数字用户环路，使用1对双绞铜线即可，比较适于家庭使用。上行信道与下行信道不对称，可提供6Mbps的下行速率，134K上行速率，距离可达5.5km。 UADSL和VDSL:UADSL是一种简化的ADSL标准，提供上行32-35Kb/s和下行64Kb/s-1.5Mb/s速率。VDSL常用在光

11、缆到路边、或光缆到企业的网络中，作为最后一段连接到用户终端的铜线。传输速率25-51Mb/s，距离500m-1km。 宽带接入技术-基于HFC的宽带入户技术。 HFC：Hybird Fiber/Coax，混合光纤/同轴网，是目前有线电视(CATV)普遍采用的传输方式：在CATV网的干线上使用光缆，在住宅小区附近通过混合节点与通往各个家庭的树状小型电缆相连。,局域网、广域网技术的新发展,HFC可利用的带宽为750MHz-1GHz，模拟电视只占50-550MHz这一段频带。所以用频分复用技术可以加入多媒体传输服务。 一种典型的分配方案：550-750MHz用于传送下行数据，5-42MHz传输上行数

12、据，750-1000MHz用于未来双向业务。 可提供35M上行、200M下行传输带宽，尚有250M带宽保留给新业务。但该带宽是混合节点后所有用户共享。 需解决的问题：将HFC改造为双向(同轴电缆段将单向放大器改造成双向放大器、光缆段增加上行的光端设备和光缆)；家用电器和无线设备对上行信道干扰的抑制；上行子信道多址接入等。,局域网、广域网技术的新发展,宽带接入技术-EPON光接入 EPON: 以太无源光网络。采用以太网传输格式，由IEEE 802.3完成的光接入技术协议。 点对多点结构，由三个部分组成：光线路终端OLT(局端)、光分配网络ODN和光网络终端ONU(用户端)组成。带宽1Gb、32用

13、户/分配器。 下行采用广播时分复用传输方式（TDM）,上行采用时分多址传输方式（TDMA）。 MAC扩展：多点控制协议(MPCP)；MAC下加了一个仿真层：点到多点仿真为多个点到点链路。,局域网、广域网技术的新发展,下行：OLT根据802.3协议将可变长数据包以广播方式传输给所有ODN上的ONU，每个包包含目的地址的信头。ONU接受属于自己的包，丢弃其它包。 上行：采用TDMA技术将多个 ONU的上行信息组配成一个TDM信息流传送到OLT (将合理的时隙分配给某ONU)。 其它无源光网络接入技术 APON：采用 ATM技术的PON。 GPON：架构同EPON，采用GFP(Generic Fra

14、ming Procedure，通用成帧规程)的PON。支持对称/非对称工作方式，以 ATM信元或GFP帧承载多业务，有QoS保证，带宽Gbit。,局域网、广域网技术的新发展,WCDMA宽带无线接入网 CDMA 无线接入技术有TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)、OFDM(正交频分复用)等。 CDMA是扩频通信的一种：码分、扩频 信道共享技术是码分多址，即每个用户信号被分配一个伪随机二进制序列( 地址码或PN码)进行调制(扩频)；接收端，信号被相关器加以分离，它只接收选定的PN码序列并压缩其频谱。 发送时信号被扩频，接收解扩为原始信号。解扩信号经窄带滤波后，信躁比得到极大提高。 CDMA的

15、特点： 大容量：是 GSM的3-4倍，模拟网的8-10倍。 抗干扰：用户共享频点、不分时隙，采用分集技术。,局域网、广域网技术的新发展,3G的频谱分配：230MHz(比较GSM 50MHz) 下行：2110-2200MHz 上行：1885-2025MHz WCDMA的系统构成 UE(User Equipment):由 ME(Mobile Equipment)和USIM（SIM）组成。 陆地无线接入网(UTRN) Node B:基站，功能为扩频/解扩、信道编码/解码、基带信号与射频信号的转换等。 无线网络控制器(RNC),用于控制UTRN的无线资源，如建立、断开、切换等。 核心网(CN):负责对UE的通信和管理及与其他网络的连接。,WCDMA,CDMA网络单元构成示意图,WCDMA,MSC(移动交换中心)/VLR(访问用户位置寄存器)：提供CS域的呼叫控