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智能楼宇信息传输网络技术 信息传输网络技术 2 信息传输网络技术 楼宇信息传输网络的功能通信系统的组成数据通信的基本术语传输介质及传输特性网络技术基础通信网络 广域网技术 计算机网络 局域网技术 3 楼宇信息传输网络的功能 楼宇信息传输是 楼宇智能化 的基础功能 信息传输网络是智能楼宇的神经系统 它不仅能实现话音通信 而且能实现话音 数据 图像的综合传输 交换 处理和利用 支持建筑设备监控 面向设备管理的系统集成 面向用户的系统集成等业务需求的数据通信 支持建筑物内部有线电话 有线电视 电信会议等话音和图像通信 支持各种广域网连接 支持建筑物内多种业务通信需求 支持多媒体通信需求 具备相当的面向未来传输业务的冗余 4 通信系统的组成 通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和 用于将信息从一方传递给另一方 一般由信息源 信源 发送设备 传输介质 接收设备和信息接受者 信宿 组成 单向数字通信系统组成 将信息源与传输介质匹配起来 发送设备的编码常分为信源编码和信道编码 从带有噪声的信号中正确分离出原信号 实现原始信息的恢复 包括无线介质和有线介质 5 数据通信的基本术语 数据与信号 数据 用来表示客观事物的文字 数字和符号 能被人类识别和处理 可分为模拟数据和数字数据 信息 是经过数据处理得到的 反映的是这些数据的内容和解释 信号 是数据的电磁或者电子编码 信号发送 信号沿传输介质传播的动作 传输 传播和处理信号的数据通信 6 数据通信的基本术语 模拟和数字通信 模拟数据和数字数据模拟信号和数字信号模拟传输和数字传输 模拟数据是连续的值 数字数据是离散的值 模拟数据可以通过 数字化 处理 转变为数字数据 模拟信号是电磁波 可以按照不同频率在各种介质上传输 数字信号是一系列的电脉冲 模拟数据可以用模拟信号来表示 数字数据可以用数字信号表示 也可以用模拟信号表示 数字传输是传输数字信号的方法 数字信号可以表示为模拟数据或数字数据 为了实现长距离传输 要加中继器 数字传输也称基带传输 模拟传输是传输模拟信号的方法 模拟信号可以表示模拟数据或表示数字数据 为实现长距离传输 模拟传输系统均设有放大器 模拟传输也称宽带传输 7 传输速率 通信系统每秒钟传输的信息量 用每秒钟所传输的二进制信号脉冲个数称为比特率 b s或bps 来表示 误码率 是用来衡量数字通信系统可靠性的重要指标 是被传输错的码元数与传输总码元数的比值 信噪比 是信道功率与噪声功率的比值 用10lgS N表示 单位为分贝 dB 数据通信的基本术语 通信系统的性能 8 数据通信的基本术语 信号传输方式 基带传输 在基本不改变数据信号频率的情况下 采用数字数据编码直接传输数据信号的传输方式 传输速率1Mb s 10Mb s 载波传输 采用数字信号对载波信号进行调制后传输 宽带网 传输速率0Mb s 400Mb s 宽带网可划分为多条基带网 异步传输模式ATM 是实现高速网的主要技术 支持多媒体通信 按需分配频带 具有吞吐量大 速度快和时延低等特点 传输速率155Mb s 2 4Gb s 9 数据通信的基本术语 通信方式 单工通信 信息只能沿一个方向传输 不能实现反向传输 半双工通信 信息在某一时刻只能沿一个方向传输 另一时刻可以按反方向传输 全双工通信 系统可以同时进行双向传输 10 数据通信的基本术语 信道 信道狭义信道广义信道信道容量传输损耗 以传输介质为基础的信号通路 具体的讲 它是由有线或者是无线提供的信号通路 抽象的讲 是指定的一段频带 信号的传输介质 传输介质和传输设备 如发送接收设备 馈线 天线 调制解调器及转发器等 构成的信道 传输差错概率趋于零的条件下 单位时间内可以传输的信息量 或者信道能够传送信息的最大速率 信号在信道中传输时的损耗 最重要的是衰减 延迟畸变 和噪声干扰 11 狭义信道与广义信道的关系 12 传输介质及传输特性 双绞线 传输特性 主要用于传输模拟及数字信号 与其它传输介质相比传输距离 带宽和数据率受限 频率增高时 信号衰减增大 一般几千米内需设信号放大器 易与电磁场耦合 对干扰和噪声敏感 13 减少损耗的措施 屏蔽双绞线 可减少干扰 线的绞扭可减少低频干扰 相邻线对采用不同的绞扭长度可减少串音 采用平衡传输线 减少低噪声干扰 增加传输距离 应用 模拟和数字数据通信中最常用的传输介质 广泛用于有线电话网 微机局域网的传输介质 传输介质及传输特性 双绞线 14 传输特性 可以传输模拟和数字信号 模拟信号的长途传输 需每隔几千米加放大器 数字信号的传输 长距离传输 每千米需加转发器 可以在较宽的频率范围内工作 模拟信号的传输频率可以达到400MHz 传输损耗主要是衰减 热噪声和交流噪声 对干扰和串音相对不敏感 传输介质及传输特性 同轴电缆 15 应用 广泛用于长距离的电话 电报传输 有线电视 局部网络和短距离系统连接的通信线路等 广泛应用于局域网络的广播式传播介质 用粗电缆或细电缆及标准的接口器件可以连接大量的计算机设备和外部设备 传输介质及传输特性 同轴电缆 16 传输介质及传输特性 光纤 端面入射角 包层界面入射角 17 传输介质及传输特性 光纤 光纤传输方式多模方式 数据率受限单模方式多模变率方式 芯体折射率变化 18 光纤传输特性时延失真 色散和时散传输损耗 瑞利散射和材料吸收光纤通信 损耗低 频带宽 数据率高 抗电磁干扰 广泛应用于高速数据通信网 目前很多厂家推出了光纤局域网产品 光纤分布式数据接口标准 传输介质及传输特性 光纤 发光二极管和半导体激光二极管 光电二极管 移幅键控即亮度调制 19 传输介质及传输特性 无线信道 微波信道1 30GHz 频带宽 传输数据率较高 高频段 抗工业 无线电等干扰能力强 10GHz以下波段 受恶劣气象条件影响小 稳定性较好 发射波束在视线范围内直线 定向传播 安全性比全向传播的无线电波高 与电缆通信相比 在通信质量相当的情况下 初期投资少 建设速度快 便于翻山越水 机动灵活 但保密性差 日常维护也不及电缆通信方便 卫星中继信道无线接力信道的一种形式 以距离地面35860km的同步卫星为中继站 实现地球上18000km范围内的多点之间的连接 20 传输介质及传输特性 传输介质的选择 传输介质的选择受很多因素的影响网络拓扑结构的约束 容量 支持所期望的网络通信量可靠性 满足可用的要求支持的数据类型 根据应用特定环境范围 在所要求的环境范围内服务 21 对比选择 双绞线 便宜 在智能楼宇中使用量占主要地位 典型应用是 类或超 类双绞线作为语音和数据传输的介质 提供优质电话网和100Mbps到桌面的以太网服务 同轴电缆 在智能楼宇中主要用于视频信号的传输 光纤主要用于高速数据通信 传输介质及传输特性 传输介质的选择 22 网络技术基础 数据的编码与解码 数字数据 模拟信号数字数据 数字信号模拟数据 数字信号 图示 图示 图示 脉码调制 PulseCodeModulation 基于香浓采样定理 采样频率高于最高有效频率的2倍 的采样量化编码 23 数字数据的模拟信号调制 24 数字信号编码 25 模拟数据的数字信号调制 26 网络技术基础 多路复用 多路复用 通过同时携带多个信号提高传输介质的使用效率的技术 频分多路复用FDM 介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽 时分多路复用TDM 如果介质能达到的位传输速率超过传输数字数据所需的数据传输率 则可采用时分多路复用技术 频分和时分的复用技术 先频分为多个通道 各通道再用时分复用技术细分 27 介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽 各信号带宽不重叠 信道间采用保护带 无用的频谱区 隔离 同一介质上同时携带多个不同频率的信号 频分多路复用FDM技术 28 时分多路复用TDM 介质可达到的位传输速率超过传输数字数据所需的数据传输率 每个信号源分配一个时间片序列 利用每个信号在时间上的交叉实现一条传输通路上传多路数字信号 TDM可以传输数字信号 也可以交叉传输模拟信号 29 频分和时分的复用技术 Bell系统的T1载波 利用PCM和TDM技术提供24路话音采样声音信号复用一个通道 信道各自轮流将编码后的8位数字数据插入帧中 7位数据 第8位控制 每帧除24 8位外 加一个同步位 这样1帧193位 每帧用125微秒传送 故T1系统的数据率为1 544Mbps PCM载波标准 PCM24 1 544MbpsPCM30 2 048Mbps 30 网络技术基础 异步和同步传输 异步传输 同步传输 31 网络技术基础 交换技术 电路交换 是指根据请求在一对站之间建立电气连接的过程 在该连接被拆除之前 该线路不得被其它站使用 包括建立电路 传送数据和拆除电路三个阶段 报文交换 也叫 存储 转发 方式 即在接收报文后 把它存储起来 等到有合适的输出线路时再发送出去 分组交换 报文被分组独立传送 并规定了最大的分组长度 有两种方法 数据报方式虚电路方式 32 建立电路 必须建立一条端到端 站到站 的电路 A 4 5 6 E传送数据A 4 内部交换 5 内部交换 6 内部交换 E拆除电路 数据传送完 或出现异常就要终止连接 通常由1个站完成 拆线信号必须要送到4 5 6节点 电路交换 特点 数据交换前 连接通路已建立 信道容量在连接期间专用 即使无传输也不能他用 仅有建立连接的延迟 数据交换时 两个站必须同时可以使用 传输效率较低 33 发送报文时 将目的地址附上报文经网络节点一个一个传送每个节点均接收整个报文 并作短暂存储 然后排队传到下一节点报文交换节点通常是一台计算机 有足够存储容量来缓冲进入的报文 报文交换 特点 不需要专用线路 线路效率高不要求收发站同时可用业务量大时仍可接收报文在节点中需要缓冲存储 可1报多发建立报文优先级差错恢复报文交换网可以进行速率和码型变换报文传送到不工作的站点 可以截住 存储或改线到其他终端传送延迟可能大 不适合实时和会话式业务 34 将较长的报文分解成若干固定长度的段 每段报文加上交换时所需要的地址 控制和差错校验信息 按规定的格式构成一个数据单位 通常称为报文分组或者包 有时简称分组 在通信网络中 报文分组作为一个整体进行交换 传输时 各分组可以断续的传送 也可以经不同的路径送到目的地 分组到达目的地后 再按原来的顺序装配起来 分组交换 35 独立处理的每个报文分组称为数据报 每个报文分组作为一个独立的信息单位对待 分组交换 数据报方式 不建立呼叫连接 灵活 可靠用于少量数据发送 36 分组交换 虚电路方式 送出任何分组之前 先建立一条逻辑连接 分组交换网络资源不是永久的分配给特定的虚电路 报文在每个节点上需要缓冲 传送报文分组 虚电路标志符各节点不需要为每个分组作一次路由选择 用于较长时间的数据交换 37 电路交换 数据交换前 必须设置一条完全的连接通路 线路释放前 该通路由一对用户专用 交互式通信 较轻的负载和间歇式负载 两站之间重要和持续的数据交换 报文交换 采用存储转发方式 传送报文仅占用一段通道 报文在节点中需要缓冲存储 报文需要排队 可用于负载量大 实时性要求不高的情况分组交换 报文分组传送 数据报方式 需要在目的地重新组装报文 虚电路方式 数据交换前要建立虚电路连接 但不专用 报文分组仍需排队 公用数据交换网 局域网 三种交换技术的比较 网络技术基础 交换技术 38 通信网络 广域网 我国有三大类广域网 中国电信网 中国计算机网和中国广播电视网 其中常见的有 公用电信网 公用分组交换网 公用数字数据网 宽带综合业务数字网 公用帧中继网和大量专用网 传输速率为几kb s到几Mb s 可使用光纤 双绞线 同轴电缆 微波 红外 卫星和激光等介质 与局域网相比 覆盖范围较大 传输数据时延较大 数据传输质量不高 网络管理和维护困难 广域网协议涉及ISO OSI的低三层 物理层 数据链路层和网络层协议 智能建筑内的有线通信系统主要包括电话系统 电视系统 计算机网络系统 39 通信网络 公用电信网 公用电信网由用户终端设备 交换设备和传输设备组成 终端设备的作用是原始信号的转换和接收信号的识别 对其要求是符合进网的接口规定 传输设备 以尽可能低的代价 最有效的方式 最小的数据失真 将数据从一地传到另一地 交换设备 使传输设备能为全网用户公用 根据需要接通线路 进行两地数据传输 要求是处理速度快 可靠 不带来附加失真 同时使网络内资源得到合理应用 40 通信网络 PABX通信网络 程控电话是由电子式自动化电话交换机等设备所组成的电话通信系统 它兴起于20世纪70年代 程控数字交换机 PABX 是由计算机程序控制接续的交换设备 即把各种控制功能 步骤 方法编成程序 放入存储器 利用程序来控制整个电话交换机的工作 楼宇内的PABX网是以PABX为中心构成的一个星形网 可以看作是电信网在楼宇内的延伸 它既可以连接模拟电话网 也可以连接计算机 终端 传感器等数字设备和数字电话机 还可以方便地与公用电话网 公用数据网等广域网连接 41 用于智能楼宇的PABX有两层意义具有共享出租功能 可以为租用者提供廉价服务 可以由用户利用PABX自由构建自己的通信网络 同一条传输线可以复用 具有智能接口 可以与建筑物外部的网络接口 智能化水平更高 在以话音为主要媒介进行交换的PABX上增加非话音业务 且能够与广域网连接 通信网络 PABX通信网络 42 PABX的基本原理程控电话交换机主要由话路部分和控制部分组成 其话路部分由交换网络 外围接口及信号设备 话务台及维护终端等构成 而控制部分则是一台电子计算机 包括中央处理机 存储器和输入 输出设备 其结构图如下 通信网络 PABX通信网络 43 44 PABX的主要技术性能内部呼叫功能出局呼叫功能非话音业务话务台主要接续功能维修测试功能故障检测功能电源故障转接功能时间监视 通信网络 PABX通信网络 45 PABX的入网方式全自动直拨中继DOD1 DirectOutwardDialingOne 1指听1次拨号音 DID DirectInwordDialing 直拨呼出 呼入中继方式分机用户的电户号码要纳入当地电户网的编码呼出或呼入均接到市话局的选组级上 通信网络 PABX通信网络 DOD2 DID直拨呼出听二次拨号音 直接呼入中继方式呼出的中继方式是接到电话局的用户电路而不是选组级 这种中继方式在出局呼叫时一般要加一个字冠 0 或 9 46 半自动中继方式DOD2 BID BoardInwardDialing 通信网络 PABX通信网络 混合中继方式DOD1 DID BID 全自动直拨为主 辅以半自动拨入方式 47 信号传输方式可以是模拟信号传输 PCM数字信号传输 采用PCM数字信号传输时 用户线路是数字化的 信道通常是2B D 即2个64kbps的B信道 可以传送2路话音或计算机数据 和1个速率为16kbps的信道 传送控制信号 2B D信道的基本速率为2 64 16 144kbps PABX的网络结构 智能楼宇中的PABX一般采用星形拓扑结构通信网 通信网络 PABX通信网络 48 综合业务数字网的定义综合业务数字网就是具有高度数字化 智能化和综合化的通信网 它将电话网 电报网 传真网 数据网和广播电视网用数字程控交换机和数字传输系统联合起来 实现信息收集 存储 传送 处理和控制一体化 综合业务数字网是一种新型的电信网 用一个网路 只占用一个号码就可以为用户提供包括电话 高速传真 智能用户电报 可视图文 电子邮政 会议电视 电子数据交换 数据通信 移动通信等多种电信服务 用户只需通过一个标准插口就能接入各种终端 传递各种信息 通信网络 综合业务数字网ISDN 49 窄带综合业务数字网N ISDN Narrow ISDN 窄带ISDN用户线路上的传输速率是160kbps 提供给用户的是采用同步时间分割复用的方法得到2B D的线路 通信网络 综合业务数字网ISDN 50 通信网络 综合业务数字网ISDN ISDN特点多种业务的兼容数字传输标准化的用户接口使用便利终端移动性费用低廉 51 ISDN的主要应用网络互联远程视频服务远程教学 科研 计算及事务处理多媒体信息检索DDN 数字数据网 备用线路 通信网络 综合业务数字网ISDN 52 宽带综合业务数字网B ISDN Broadband ISDN B ISDN的传输速率可以达到155 52Mbps 采用异步传送方式 ATM 传送信息 其主要目标是传送电视信号 B ISDN既承担电话业务 又有数据业务 还有其他业务 如果B ISDN终端是多媒体计算机 期望它具有电话功能 但音质大大优于电话 可以接收文稿 但质量远远高于传真 还可以欣赏立体声音乐和高清电视节目 B ISDN的用户线路是光纤的 高速的 数字的 ATM的 通信网络 宽带网络技术 53 B ISDN中 用户可以按照不同的需要划分不同速率的信道 采用了异步时间分割 称异步传送方式ATMATM的基本特征是信息的传输 复用和交换均以信元为单位 每个信元的长度为53个字节 5个字节的信头 表明信元来自何处 去往哪里 类型等 48字节数据信息用户能够使用的传输速率为155 52 53 48 140Mbps宽带交换技术即ATM交换 可以看作是电路交换 改进使其灵活适配不同速率业务 和分组交换 改进使其满足实时性业务 的一种结合 通信网络 宽带网络技术 54 N ISDN与B ISDN的区别速率不同 N ISDN传输速率为160Kbps 而B ISDN的传输速率可以达到155 52Mbps 传输线路 N ISDN采用改造电话线路传输 B ISDN采用光纤 传送方式 N ISDN采用同步时分复用向用户提供2B D信道 B ISDN采用异步传送方式ATM 可以灵活的配置用户不同的传输速率的要求 通信网络 宽带网络技术 55 要享受Internet上的各种服务 用户必须以某种方式接入internet 目前宽带接入有三种重要的技术 卫星接入技术光纤 同轴电缆接入技术铜环接入技术xDSL为提高电话网中铜导线传输的性能 并降低成本 Bellcore发明了第一代数字用户技术并创造了术语DSL DigitalSubscriberLine 即数字用户线路 DSL技术是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术 它利用了在电话系统中没有被利用的高频信号传输数据 还利用了更加先进的调制技术 在现有铜线网络上达到至少2Mbps的带宽 DSL是一种不断发展的