通信技术xiawu课件

通信技术在铁路的应用2010.5课程说明授课班级：全路通信干部继续教育培训班授课对象：全路通信干部授课课时：8课时授课目的：通过这次学习，让广大干部职工对铁路通信新技术在铁路的应用有一定的了解，对与通信相关的铁路业务有一个初步的认识，以便更好地适应铁路新形势、新格局的变革，更好地为铁路服务。课程内容

一

铁路通信应用

二数据通信基础

三通信网络协议一、铁路通信应用

1、铁路通信的重要性

（1）为铁路运输的重要组成部分，铁路运输的基础，是铁路实现集中统一指挥的重要手段，是保证行车安全、提高运输效率和改进管理水平的重要基础设施。提高整车重量、增加行车密度、提高行车速度和保证行车安全等方面做出重要贡献。铁路的中枢神经系统，在铁路运输中具有极为重要的地位。一、铁路通信应用

2、铁路通信的作用主要完成三方面的作用

（1）保证指挥列车运行的各种调度指挥命令信息的传输；（2）为旅客提供各种服务的通信；（3）为设备维修及运营管理提供通信条件。一、铁路通信应用

3、在高速铁路中，通信系统组成及技术应具有的特点：

（1）应具有高可靠性；（2）应保证运营管理的高效率；（3）通信信号一体化；（4）通信系统与计算机网相结合，形成一个现代化的运营、管理、服务系统；（5）通信应完成各种信息的传输，提供多种通信服务；

（6）多种通信方式结合形成统一的铁路通信网。一、铁路通信应用

4、通信在我国重载运输中的应用

大秦线GSM-R网络已实现的功能：（1）机车同步操纵控制功能；（2）调度通信；（3）调度命令、车次号、列车停稳信息的传送；（4）区间移动公务电话；（5）列尾信息传送。一、铁路通信应用

5、铁路通信在铁路其他系统中的应用

（1）有关行车安全与提高效率的通信系统；（2）为旅客服务的通信系统；（3）设备维修及运营管理用的通信系统。一、铁路通信应用

6、铁路专用通信业务

（1）干、局线通信（2）区段通信（3）站场通信（4）无线专用通信（5）应急通信（6）列车通信一、铁路通信应用7、铁路专用通信的特点和要求

（2）站场通信

大型车站多个作业场两类

小站站值班员与若干站内用户间特点和要求与调度通信相同。不同点：组网方式不同。一、铁路通信应用7、铁路专用通信的特点和要求

（3）站间通信

特点：点对点通信。

要求：固定直达电路（回线），不允许搭挂其他任何电话分机。一、铁路通信应用7、铁路专用通信的特点和要求

（4）区间通信

特点：受模拟通信设备的限制，区间电话只能呼叫车站、调度及本地自动电话；上行站可呼叫区间，其他用户无法呼入。

要求：在同一区间两个点之间可以相互呼叫并通话；区间可呼叫上行站、下行站、列调、电调；上、下行车站可以呼叫区间电话；具有接入铁路自动电话本地网的功能。一、铁路通信应用

8、铁路调度通信

（2）铁路调度通信的业务铁道部调度铁路局调度

一、铁路通信应用

8、铁路调度通信

（2）铁路调度通信的业务

①按机构分：干线通信铁道部调度、局线通信铁路局调度、区段调度、站调。

②按调度业务性质分：干线通信铁道部调度、行调、客调、军调、特调、车流、集装箱、机车、车辆、电力、工务、电务等。③局线调度分为：局线通信铁路局调度、总调主任、客调、军特、车调、篷布、机车、车辆、工务、电务等。④区段调度分为：列调、货调、电调、红外线调，以局调度员为中心，按管辖范围对所属调度对象以共线方式组成调度网络、区段通信、站场通信、站段调度。一、铁路通信应用

8、铁路调度通信

（2）铁路调度通信的业务

⑤公务专用电话⑥干线调度组网⑦局线调度组网⑧区段调度组网⑨站调组网一、铁路通信应用

10、铁路数据通信业务

铁通为铁路TMIS、TDCS、客票发售及预订系统、红外检测等信息系统提供了专用电路服务。（1）TMIS系统（2）TDCS系统（3）铁路客票发售及预订系统（4）铁路旅客运输收入清算及分析系统二、数据通信基础（一）通信基础知识（二）数据通信的基本概念（三）数据通信系统构成和分类（四）数据传输方式与应用（五）信道容量与数据传输速率（一）通信基础知识

1、通信的概念

通信即信息的传递与交换，由一个地方向另一个地方传输消息。其目的就是传输信息。信息：（一）通信基础知识3、通信系统的组成

通信系统：用电信号或光信号传递信息的系统。基本组成：信源、变换器、信道、反变换器、信宿。

（一）通信基础知识

4.通信系统分类：

模拟通信数字通信数据通信连续调制脉冲调制（一）通信基础知识

5、通信系统的质量要求（1）有效性

指在给定信道内所传送信息量的大小。

★在模拟信道内可用有效传输频带来衡量。

★在数字信道内采用信息传输速率Rb表示。

（2）可靠性

指在给定信道内接收到的信息的可靠程度。

★在模拟系统中用系统的输出信噪比来表示。

★在数字系统中衡量可靠性的指标是误码率。（二）数据通信的基本概念包括两方面的内容：数据传输和数据传输前后的处理。如：数据的集中、交换和控制等。数据传输是数据通信的基础，而数据传输前后的处理使数据的远距离交换得以实现。

（二）数据通信的基本概念相关技术通信技术:传输和交换数据；计算机技术:存储和处理数据。（三）数据通信系统组成与分类

数据通信系统

通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储、处理以及共享资源（包括通信线路、硬件、软件等）的系统。组成:数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分。数据通信系统组成图数据通信系统中各设备的作用

数据终端设备（DTE）作为人机接口设备，用于发送和接收数据的设备。包括数据终端和计算机系统。

功能：向计算机中心输出数据和从计算机中心接收数据。

组成：输入设备、输出设备及传输控制器。数据通信系统中各设备的作用计算机系统

作用：处理从数据终端设备来的数据信息，并将处理结果传回给数据终端设备。

主要功能：1.通信线路和终端设备的状态控制、终端的选择、传输的开始和结束等控制；2.传输过程的差错控制以及传输控制，包括与终端的连接、确认、传输任务及切断等；

3.传输线路的串行码与中央处理机所需要的并行码之间的变换；4.传输速度和处理速度的变换。数据通信系统中各设备的作用

数据电路

作用：为数据通信提供数字传输通道。（在数据电路两端收发的是二进制的数字信号，数据电路要能准确、迅速地连接两端设备，并能传输数据。）传输信道：模拟/数字、专用/交换。数据电路终接设备（DCE）：*用来连接DTE与数据通信网络,为用户设备提供入网的连接点。*对DTE输出的信号进行变换处理使其适于在信道上传输。数据电路和数据链路

数据电路物理链路：在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。

数据链路物理链路：数据电路。链路协议：实现链路协议的硬件和软件在已建立的基础上，通过发送方和接收方之间交换“握手”信号，使双方确认后方可开始传输数据的两个或两个以上的终端装置与互连线路的组合体。数据通信系统分类

根据处理形式的不同

1.联机实时系统：从终端输入的数据，在中央处理机上立即进行处理并将处理结果直接送回终端设备。适于传送大量突发性数据。2.远程批量处理系统：从远程终端向中央计算机投入批量作业，获得处理结果。3.分时处理系统：将中央处理机的时间分成若干时隙，远程终端按时隙轮流使用中央计算机。（四）数据传输方式与应用

传输方式复用方式传输信道接口内容1.数据传输方式单工传输vs双工传输

按信息传送的方向与时间。并行传输vs串行传输

按信息传输使用的信道数量。同步传输vs异步传输

按照信息传输的收发配合。数据传输方式

单工vs双工单工传输半双工传输全双工传输

单工传输

半双工传输

全双工传输

数据传输方式：并行vs串行

并行传输:以组的方式将数据在多条并行信道上同时传送、收发，双方无需另外措施即可保证码组同步。需要信道多，设备复杂。数据在计算机内部或距离较近时传输用。

数据传输方式：并行vs串行

串行传输：在一条信道上传送数据，收发双方需采取同步措施保证码组同步。占用信道少，设备简单，使用较多。

数据传输方式：同步vs异步

同步传输把字符组合成数据帧形式发送。速度快，开销小。数据传输方式：同步vs异步

异步传输：码组起止标志。开销比较多，用于键盘等低速设备。2.传输信道目前数据通信中所使用的多为有线信道。1.直接利用传输媒体的实线信道（如局域网中）。2.经调制解调器的频分信道（如部分地区用户线路中）。3.经调制解调器的时分信道。由于光纤通信技术的发展，现在绝大部分的数据传输在时分信道上，以同步数字体系SDH方式传输。3.复用方式多路复用提高信道的利用率。多个低速数据终端共同使用一条高速信道。频分复用将物理信道上分成若干个子频带作为子信道，固定分配给不同用户，各子信道间还保留一定的保护频带。适用于传输模拟信号：电话和有线电视（CATV）系统。与调制解调技术结合使用，且只在地区用户线上用到。复用方式

时分复用将物理信道分成若干时隙，每个时隙由一个用户占用。同步时分复用把时隙固定地分配给各个数据终端。DDN网统计（异步）时分复用当终端要传送数据时，才会动态地分配到时隙。用户数据传输速率可以高于平均传输速率，最高可以达到线路总的传输能力。X.25、ATM4.接口

不同的用户终端和计算机之间的连接需要标准的接口，即在插接方式、引线分配、电气特性及应答关系上均应符合统一的标准和规范。最通用的类型美国电子工业协会EIA的RSRS-232C接口：使用串行二进制方式进行交换的DTE和DCE间的接口标准，此标准共A、B、C、D四个版本，其中RSRS-232C标准使用很广泛。ITUITU-T的V系列接口和X系列接口；国际标准化组织ISO的ISO211O、ISO1177（五）信道容量与数据传输速率

信道容量

模拟信道容量数字信道容量数据传输速率

传码率传信率频带利用率

差错率误码率信道容量信道容量：信道在单位时间内能传送的最大信息量，单位b/s，即信道的最大传信率。模拟信道的信道容量C=Blog2(1+S/N)。

B信道带宽信噪比S/N：S信号功率，N噪声功率之比，单位分贝

(S/N)dB=10lg(S/N)。例：若信道带宽为3KHz，信道上仅存在加性白噪声，其信噪比为20dB,求信道容量。解：(S/N)dB=20dB=10lg(S/N)，S/N=100。C=Blog2(1+S/N)=3000log(1+100)(≈19975b/s)信道容量信道容量：信道在单位时间内能传送的最大信息量，单位b/s，即信道的最大传信率。模拟信道的信道容量C=Blog2(1+S/N)数字信道的信道容量C=2Blog2M（M进制，码元符号所能取值的个数）例：若信道带宽为3KHz，采用四进制传送数字信号,求信道容量。解：C=2Blog2M=2M=2×3000log24=12000b/s数据传输速率信息传输速率（Rb）:简称传信率，又称信息速率、比特率.表示单位时间内传输的信息比特数，单位:比特／秒，记为bit/s、b/s、bps.比特在信息论中作为信息量的度量单位.一般在数据通信中，如使用“1”和“0”的概率是相同的，则每个“1”和“0”就是一个比特的信息量。例：一个数据通信系统，每秒内传输9600bit，传信率为多少？解：Rb＝9600bit/s数据传输速率

码元传输速率（RB）:简称传码率，又称符号速率、波特率、调制速率.单位时间内信道传输码元个数，单位波特（Baud或记为B）。例：某系统每秒传送9600个码元，则该系统的传码率为9600B。码元传输速率与信息传输速率的关系Rb=RBlog2N，（N为码元的进制数）例:RB=9600BN=2，Rb=9600b/sN=4，Rb=19.2kbit/sN=8，Rb=28.8kbit/s数据传输速率频带利用率η指单位频带内的传输速率，η=传输速率/占用频带，单位：比特／秒·赫（b／s·Hz）例如某数据通信系统传信率为9600bit/s，占用频带为6kHz，则其频带利用率为η＝1.6bit/(s·Hz)。差错率衡量数据通信系统可靠性的主要指标是差错率。误码率又称码元差错率，是指在传输的码元总数中错误接收的码元数所占的比例，用字母Pe来表示，即Pe﹦错误接收的码元数/所传输的总码元数数据传输误码率一般都低于10-10。差错率衡量数据通信系统可靠性的主要指标是差错率。误码率又称码元差错率，是指在传输的码元总数中错误接收的码元数所占的比例，用字母Pe来表示，即Pe﹦错误接收的码元数/所传输的总码元数数据传输误码率一般都低于10-10。三、网络通信协议

（一）协议的概念与层次结构

（二）开放系统互连参考模型

（三）TCP/IP体系结构

（一）协议的概念与层次结构

通信网

硬件设备：终端+信道+交换设备。协议：为保证通信正常进行，通信双方必须认同一套用于信息交换的约定规则，并正确执行。电话网中的信令方式。数据通信中的传输控制协议。

协议（Protocol）是约定规则所使用的语言及表达的语义。1.协议的要素

语法规定通信双方“如何讲”；确定数据格式、数据码型、信号电平等。

语义规定通信双方“讲什么”；确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信息、执行什么动作和返回什么应答等。

定时关系规定事件执行的顺序；确定链路通信过程中通信状态的变化，如规定正确的应答关系等。2.协议栈协议栈

对所有通信的完整细节，设计人员不可能设计一个单一、巨大的协议，而是把通信问题划分成多个相对独立的问题，然后为每个问题设计一个单独的协议（称为协议子集）。

通信协议内容

数据信号传输、帧传输误码检测和纠错局域网通信协议路由选择拥塞和流量控制通信保密传输控制

3.网络体系结构

体系结构（层次结构）层次和协议的集合。提供足够信息使软件设计人员给每层编写实现该层协议的有关程序，即通信软件。国际标准组织ISO开放系统互连参考模型（简称OSIOSI-RMRM）。按照此标准设计和建成的计算机网络系统可以互相通信。20世纪80年代，ISO与ITU等组织为参考模型的各个层次制定了一系列的协议标准，组成了一个庞大的OSI基本协议集。我国也于1989年在《国家经济系统设计与应用标准化规范》中明确规定选定OSI标准作为我国网络建设标准。（二）开放系统互连参考模型

1.分层通信整个网络的通信功能分为7层；实通信：第N层的数据在垂直层次中自上而下地逐层传递直至物理层，在物理层的两个端点进行物理通信；虚拟通信：对等层由于通信并不是直接进行。（二）ISO的开放系统互连参考模型(OSI-RM)

（二）ISO的开放系统互连参考模型2.各层功能：

物理层（PH）通信线路上比特流的传输问题,描述传输媒质的电气、机械、功能和过程的特性。数据链路层（DL）数据链路上帧流的传输问题，以保障在相邻节点间正确有序有节奏地传输数据帧。面向字符的传输控制协议，如基本型传输控制协议（BSC）。面向比特的传输控制协议，如高级数据链路控制协议（HDLC）。网络层（N）处理分组在网络中的传输，描述路由选择，数据交换，网络连接建立和终止。ITUITU-T的X.25建议的第三层标准。（二）ISO的开放系统互连参考模型运输层运输层地址变换为网络层地址；运输连接的建立和终止；连接复用；端-端的次序控制、信息流控制、错误检测和恢复。OSI的三个底层可组成公共网络，可被很多设备共享。为防止传送错误，两个计算机之间可实现端到端控制。（二）ISO的开放系统互连参考模型

用邮政通信来类比运输层：用户部门的收发室，负责本单位各办公室信件的登记和收发工作，然后交邮局投送。网络层以下3个底层：邮局，尽管邮局之间有一套规章制度来确保信件正确、安全地投送，但难免在个别情况下会出错。收发用户间可经常核对流水号，如发现信件丢失就向邮局查询。（二）ISO的开放系统互连参考模型

会话层

用户与用户的连接，它通过在两台计算机间建立、管理和终止通信来完成对话。

表示层处理应用实体间交换数据的语法，解决格式和数据表示的差别，从而为应用层提供一个一致的数据格式，使字符、格式等有差异的设备之间相互通信。

应用层提供网络服务相关，这些服务包括文件传送、打印服务、数据库服务、电子邮件等。应用层提供了一个应用网络通信的接口。ISO的开放系统互连参考模型3.说明从七层的功能可见1-3主要是完成数据交换和数据传输，称之为网络低层，即通信子网；5-7层主要是完成信息处理服务的功能，称之为网络高层；低层与高层之间由第4层衔接。数据通信网只有物理层、数据链路层和网络层。（三）TCP/IP体系结构

1.TCP/IP分层体系结构;

2.

TCP/IP分层协议模型;3.TCP/IP的主要特点1.TCP/IP分层体系结构（1）TCP/IP与OSI模型来源不同OSI模型来自于标准化组织。

TCP/IP产生于Internet研究和应用实践。1.TCP/IP分层体系结构2.

TCP/IP分层协议模型

网络接入层：Ethernet,Tokenring等;网络层：IP协议;运输层：传输控制协议TCP,用户数据协议UDP;应用层:大量作为网络服务协议，如Telnet、FTP等.3.TCP/IP的主要特点

(1)高可靠性TCP/IP采用重新确认的方法保证数据的可靠传输，并采用“窗口”流量控制机制得到进一步保证。(2)安全性为建立TCP连接，在连接的每一端都必须与该连接的安全性控制达成一致。IP协议在它的控制分组头中有若干字段允许有选择地对传输的信息实施保护。(3)灵活性TCP/IP要求下层支持该协议，而对上层应用协议不作特殊要求。因此，TCP/IP的使用不受传输媒体和网络应用软件的限制。4.TCP/IP模型各层功能

(1)应用层应用层为用户提供访问Internet的应用高层协议，即一组应用程序，如FTP、Telnet等。对数据进行格式化以便于传输与接收，完成应用要求的服务。4.TCP/IP模型各层功能

(2)运输层

运输层是衔接通信子网（低3层）和资源子网（高3层）的桥梁，起到承上启下的作用。它对高层屏蔽，使高层用户的同等实体在交互过程中不受下层数据通信技术的影响。

任务：可根据子网的特性最佳地利用网络资