网络多媒体技术(西电版)第5章-多媒体通信网络课件

第5章多媒体通信网络5.1多媒体通信对传输网络的要求5.2电路交换和分组交换网络5.3现有网络对多媒体通信的支持情况5.4NGN与多媒体通信5.5接入网技术5.6本章小结思考练习题

目前绝大部分的多媒体业务都是在现有的各种网络上运行的，所以多媒体通信网络并不是一个新建的专门用于多媒体通信的网络，而是按照多媒体通信的要求对现有的网络进行改造和重组后形成的网络。

目前的通信网络大体上可分为三类：电信网络、计算机网络和电视传播网络，这些通信网络虽然可以传输多媒体信息，但都不同程度地存在着各种缺陷。为了适应多媒体通信的应用，需要将这些针对不同应用目标设计的网络“融合”在一起，以形成理想的多媒体业务网。虽然多媒体通信网络近年来已经取得了长足的进展，但要达到最终的目标还需要相当的过程。本章首先分析多媒体通信对传输网络的要求，然后讨论不同网络对多媒体通信的支持状况，重点介绍ATM网和宽带IP网络，最后对接入网技术进行分析。

5.1.1概述

多媒体通信对通信系统的要求是相当高的。它要求实现一点对多点或者多点对多点的实时不间断的信息传输。在多媒体通信系统中，在网络上运行的不再是单一的媒体，而是多种媒体综合而成的一种复杂的数据流。多媒体信息在传输时对网络提出了很高的要求，主要原因是：5.1多媒体通信对传输网络的要求

(1)多媒体数据的海量性。多媒体数据包含文本、音/视频等，数据量非常大，尤其是图像、视频，尽管采用了压缩算法，但是在保证图像质量的前提下还是有很大的数据量，因此不仅需要很大的存储容量，在传输时也需要很大的带宽。

(2)多媒体数据的集成性。多媒体数据所包含的多媒体对象有多种类型，比如文本、声音、图像等，不同类型的对象具有各自不同的特点，通信时需要对它们共同进行存储、传输、处理及显现，因而必须将它们有机地结合在一起。

(3)多媒体通信的实时性。多媒体数据中有相当一部分数据是连续的媒体数据，如音/视频，这些媒体数据对多媒体传输设备、传输网络的要求很高，即使在传输带宽足够宽的条件下，若采用了不适当的通信协议，也会对实时性造成影响。

(4)多媒体通信的交互性。多媒体通信的关键特点就是交互性，它要求通信网络提供双向的数据传输通道，体现人与系统之间的相互控制能力。根据具体应用的不同，通信网络提供的双向通道的带宽或者功能可以是不对称的。

(5)多媒体数据的同步性。在多媒体对象内部，各媒体对象之间存在着时空约束关系，如果在传输过程中破坏了这种关系，则会妨碍对多媒体数据内容的理解，所以在通信时需要对这种约束关系进行维持，以保证多媒体信息在终端上的正确显现。

可见，多媒体数据的特殊性使得其在传输过程中对网络提出了特殊要求，主要体现在网络的吞吐量、延时、延时抖动、错误率等方面。5.1.2多媒体传输网络的性能指标

1.吞吐量(Throughout)

网络吞吐量指的是有效的网络带宽，定义为物理链路的数据传输速率减去各种传输开销。吞吐量反映了网络所能传输数据的最大极限容量。吞吐量可以表示成在单位时间内处理的分组数或比特数，它是一种静态参数，反映了网络负载的情况。在实际应用中，人们习惯于将网络的传输速率作为吞吐量。实际上，吞吐量要小于网络的传输速率。

多媒体通信的吞吐量的需求与传输网的网络传输速率、接收端的缓冲容量和数据流量有关。多媒体传输网络必须为多媒体信息的传输提供足够的传输带宽，当网络提供的传输带宽不足时，就会产生网络拥塞，从而导致端到端数据传输延迟的增加，并会造成数据分组的丢失。在多媒体通信系统的接收端，必须提供足够大的缓冲区容量；当缓冲区容量不够大时就很容易产生缓冲区的数据溢出，造成数据分组丢失。对于视频和音频这类对实时性有高要求的媒体流，多媒体传输网络必须提供足够宽的带宽；而对非实时性的数据信息则要求网络满足其对流量的需求。如对于数据量为50Gb的数据信息流，如果网络只能提供1.5MB/s的有效带宽和6s的时间，则对于数据的传输显然是不够的。如果用户对1.5MB/s的数据信道可以使用足够长的时间，则用户对数据流量的需求是可以得到满足的。

多媒体对象的数据量通常较大，所以对带宽的需求也较大。若就单个媒体而言，实时传输的活动图像对网络的带宽要求最高，其次是声音。

(1)视频对网络带宽的要求。对于运动图像而言，人们能感觉到的质量参数有两个，分别是每秒的帧数和每幅图像的分辨率，因此衡量视频服务质量的好坏通常用这两种参数的组合来表示。根据不同条件下的实时视频传输的要求，可以将视频的服务质量分为以下5个等级：

①高清晰度电视(HDTV)质量。高清晰度电视质量的分辨率为1920×1080，帧率为60帧/s。若每个像素量化为24bit，则总数据率约为3Gb/s。当采用MPEG-2压缩时，其数据率约为20～40MB/s。

②演播室数字电视质量。对于PAL制式，演播室数字电视质量的分辨率为ITU-R601格式720×576，帧率为25帧/s，采用隔行扫描方式。若每个像素量化为16个比特，则总数据率约为166MB/s。当采用MPEG-2压缩编码时，数据率约为6～8MB/s。

③广播电视质量。根据理论分析，广播电视质量与演播室数字电视的质量有相同的质量，即分辨率为720×576，帧率为25帧/s，但是由于接收机的分辨率受到限制以及其他原因，实际在接收机上显示的图像质量要比演播室数字电视的质量稍差一些，结果是广播电视质量相当于模拟电视机显示出的图像质量，经MPEG-2压缩后数据率为3～6MB/s。

④录像机(VCR)质量。录像机质量是指具有VHS(家庭录像系统)格式的录像机放映广播质量的节目时所能观察到的质量。其分辨率为广播电视质量分辨率的1/2，即360×288，经MPEG-1压缩后的数据率约为1.4MB/s(其中包括200kb/s的伴音)。

⑤视频会议质量。视频会议可以采用不同的分辨率，如果采用H.261标准的CIF(CommonlntermediateFormat，通用中间格式)，则分辨率为352×288，帧率可以到10帧/s以上，这是5个质量等级中最差的一个等级。由于目前IP网络带宽的限制，基于IP网络的多媒体通信的应用多采用这个质量等级。

(2)声音对网络带宽的要求。声音是另一种对带宽要求较高的媒体，可以分为以下4个等级：

①电话质量话音。电话质量话音的带宽在300~3400Hz之间，模/数变换时的采样率为8kHz，量化精度为8bit，从而获得64kb/s数据率，压缩后可降为32kb/s、16kb/s，甚至4kb/s。

②高质量话音。高质量话音的带宽在50Hz～7kHz之间，其质量相当于FM调频广播质量，模/数变换时采样率为37.8kHz，量化精度为16bit，压缩后的数据率在48～64kb/s范围内。

③CD质量的音乐，双声道的立体声。其带宽限制在20kHz以内。当采样率为44.1kHz，量化精度为16bit时，可获得每声道为705.6kb/s的数据率，经MPEG-1的音频压缩算法压缩之后，两个声道的总数据率可降为192kb/s或128kb/s。

④5.1声道立体环绕声。5.1声道立体环绕声的采样率为48kHz，量化精度为22bit，压缩方式采用AC-3(杜比公司开发的数字音频编码技术)编码技术，压缩后的总数据率为320kb/s。

综上所述，不同媒体对网络带宽的要求是不一样的，一般实时的视频和音频对带宽的要求较高，而以非实时的以文件方式传送的图文或者文本对带宽的要求相对较低，这里不再讨论。

2.延时(Delay)

多媒体通信系统对延时的要求主要体现在多媒体通信的实时传输方面。

网络的传输延时(TransmissionDelay)是指信源发出最后一个比特到信宿接收到第一个比特之间的时间差。它由两部分组成：一个是信号在物理介质中的传播延时，该延时的大小与具体的物理介质有关；另一部分是数据在网中的处理延时，因为数据在网中传输时，除了物理介质产生的延时之外，网络的节点设备或其他数字处理设备对信号进行交换、处理时均会产生延时。

端到端的延时(End-to-EndDelay)包含三部分：第一部分是信源数据准备好而等待网络接收这组数据的时间；第二部分是信源传送这组数据(从第一个比特到最后一个比特)的时间；最后一部分就是网络的传输延时。根据不同的网络负载状况，端到端的延时会发生变化。

不同的多媒体应用，对延时的要求是不一样的。对于实时的会话应用，在有回波抵消的情况下，网络的单程传输延时应在100~500ms之间；而在交互式的实时多媒体应用中，系统对用户指令的响应时间应小于1～2s，端到端的延时在100~500ms之间，此时通信双方才会有“实时”的感觉。

3.延时抖动(DelayJitter)

网络传输延时的变化称为网络的延时抖动，即不同数据包延时之间的差别。延时抖动可以用一段时间内(例如一次会话过程中)最大和最小的传输延时之差来度量。

产生延时抖动的原因有很多，包括：传输系统引起的延时抖动，如金属导体随温度的变化引起传播延时的变化从而产生抖动；共享传输介质的局域网(如以太网或FDDI等)引起的延时抖动，这是由于不同终端只有在介质空闲时才能发送数据，这段等待时间通常被称为介质访问时间，介质访问时间的不同会产生抖动；广域网(如IP网或帧中继网)主要是由于流量控制的等待时间以及节点拥塞引起的排队延时的变化而产生抖动的。

延时抖动会对实时通信中多媒体的同步造成破坏，最终影响到音/视频的播放质量。从人类的主观特性上来看，人耳对音频的抖动更敏感，而人眼对视频的抖动则不太敏感。为了削弱或消除延时抖动造成的这种影响，可以采取在接收端设立缓冲器的办法，即在接收端先缓冲一定数量的媒体数据，然后再播放，但是这种解决办法又会引入额外的端到端的延时。综合上述各种因素，实际的多媒体应用对延时抖动有不同的要求，如表5-1所示。表5-1延时抖动要求

4.错误率

在传输系统中产生的错误有以下几种度量方式：

(1)误码率(BitErrorRate,BER)。BER是指在传输过程中发生误码的码元数与传输的总码元数之比。通常，BER的大小直接反映了传输介质的质量。例如光缆传输系统的BER范围就在10－9~10－12之间。

(2)包错误率(PacketErrorRate，PER)。包错误是指同一个包两次接收、包丢失或包的次序颠倒。包错误率则是指在传输过程中发生差错的包与传输的总包数之比。

(3)包丢失率(PacketLossRate，PLR)。PLR是指由于包丢失而引起的包错误率。包在传输过程中丢失的原因有多种，通常最主要的原因就是网络拥塞，致使包的传输延时过长，超过了设定到达的时限从而被接收端丢弃。

在多媒体应用中，数据对误码率的要求比活动的音/视频对误码率的要求更高，比如银行转账的传输是不允许有任何差错的，而活动的、不断更新的音/视频即使产生错误也会很快被覆盖。所以对于数据的传输应通过检错、纠错机制使误码率减小到零。对于音/视频的误码率指标要求可以宽松一些。例如，对于话音，BER小于10－2；对于未压缩的CD质量音乐，BER小于10－3；对于已压缩的CD质量音乐，BER小于10－4；对于已压缩的HDTV，BER小于10－10。由此可见，已压缩的音/视频数据对误码率的要求比未压缩的音/视频数据对误码率的要求要高。

根据数据交换方式的不同，现有通信网络大致可分为电路交换网络和分组交换网络。

电路交换网络是指在网络中，当两个终端在相互通信之前，需要建立起一条实际的物理链路，在通信中自始至终使用该条链路进行数据信息的传输，并且不允许其他终端同时共享该链路，通信结束后再拆除这条物理链路。5.2电路交换和分组交换网络可见，电路交换网络属于预分配电路资源，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，而且这两个用户终端之间单独占据了一条物理信道。由于在电路交换网络中要求事先建立网络连接，然后才能进行数据信息的传输，因此电路交换网络是面向连接的网络。公用电话网络(PSTN)就属于电路交换网络。在采用分组交换方式的网络中是以分组作为其传输基本单位的。在这种网络的交换节点处采用“存储—转发”方式，当用户分组从信源出发到达网络的交换节点时，节点先将整个分组存储下来，并根据分组头中所含的信宿标识进行路由选择，确定输出路由，等输出排队表一旦出现空闲，就将分组转发出去，直至到达信宿。在采用分组交换方式的网络中，同一个信源发出的分组可以经过不同的路径到达信宿，在信宿中按序号将分组排列成正确的顺序。而当两终端之间的数据量较大时，适于采用虚电路方式。虚电路是主叫终端与被叫终端之间建立的一种逻辑连接，主叫或被叫的任何一方都可以通过这种连接发送和接收数据。这种逻辑连接常称为虚连接(VC)，此时网络呈现面向连接的特征。虚电路并不独占线路和交换节点的资源，在一条物理线路上可以同时有多条虚电路。以太网、IP网等都属于采用无连接方式的分组交换网络。当通过现有通信网络传输多媒体信息时，电路交换网络和采用分组交换方式的网络呈现出不同的优缺点。电路交换网络的优点是：在整个通信过程中，网络能够提供固定路由，保障固定的比特率，传输延时短，延时抖动只限于物理抖动。这些优点有利于多媒体的实时传输。其缺点是不支持组播，因为电路交换网络的设计思想是用于点到点通信的。采用分组交换方式的网络在传输多媒体信息时的最大优点是复用的效率高，当采用无连接方式时省去了由呼叫建立产生的延时，从而有利于多媒体数据传输的实时性。但其不利之处是网络性能的不确定性，即不容易得到固定的比特率，传输延时受网络负荷的影响较大，因而延时抖动大。

目前的通信网络大体上分为三类：一类为电信网络，如公用电话网(PSTN)、分组交换网(PSPDN)、数字数据网(DDN)、窄带和宽带综合业务数字网(N-ISDN和B-ISDN)等；一类为计算机网络，如局域网(LAN)、广域网(WAN)、光纤分布式数据接口(FDDI)、分布列队双总线(DQDB)等；还有一类为电视传播网络，如有线电视网(CATV)、混合光纤同轴网(HFC)、卫星电视网等。5.3现有网络对多媒体通信的支持情况这些通信网络虽然可以传输多媒体信息，但都不同程度地存在着各种缺陷，因为这些网络都是在一定历史条件下为了某种应用而建立的，有的是网络本身的结构不适合传输多媒体信息，有的则是网络协议不能满足多媒体通信的要求。从总体上说，一个真正能为各种多媒体信息服务的通信网络必须达到数据传输速率大于100MB/s，连接时间从秒级到几个小时这两个主要方面的要求；还需要增加语音、数据图像、视频信息的检索服务以及有用户参与控制和无用户参与控制的分布服务能力；增加网络控制能力，以适应不同媒体传输的需要；提供多种网络服务，以适应不同应用的要求；提高网络交换能力，以适应不同数据流的需要。下面分析现有通信网络对多媒体通信的支持情况。5.3.1基于电信网络的多媒体信息传输

1.公共交换电话网(PSTN)

PSTN是目前普及程度最高、成本最低的公用通信网络，它在网络互联中有广泛的应用。PSTN以电路交换为基础，即通过呼叫，在收、发端之间建立起一个独占的物理通道，该通道有固定的带宽。由于路由固定，延时较低，而且不存在延时抖动问题，因此PSTN对保证连续媒体的同步和实时传输是有利的。但是电话信道带宽较窄，且用户线是模拟的，所以多媒体信息需要经过调制解调器(Modem)接入。

2.分组交换公众数据网(PSPDN)

PSPDN是基于X.25协议的网络，它可以动态地对用户的信息流分配带宽，有效地解决突发性、大信息流的传输问题。需要传输的数据在发送端被分割成单元(分组或称打包)，各节点交换机存储来自用户的数据包，等待电路空闲时发送出去。由于路由的不固定和线路繁忙程度的不同，各个数据包从发送端到接收端经历的延时可能很不相同，而且网络由软件完成复杂的差错控制和流量控制，造成较大的延时，这些都使连续媒体的同步和实时传输成为问题。随着光纤越来越普遍地作为传输媒介在使用，传输出错的概率越来越小。在这种情况下，重复地在链路层和网络层实施差错控制，不仅显得冗余，而且浪费带宽，增加报文传输延迟。由于PSPDN是在早期低速、高出错率的物理链路基础上发展起来的，其特性已不再适应目前多媒体应用所需要的高速远程链接的要求，因此，PSPDN不适合于开放多媒体通信业务。

3.数字数据网(DDN)

DDN利用电信数字网的数字通道传输，采用时分复用技术，提供固定或半永久连接的电路交换型链接，传输速率为n×64kb/s(n＝1～31)或更高，其传输通道对用户数据完全“透明”，可支持其他协议。它的延时低且固定(在10个节点转接条件下最大延时不超过40ms)，带宽较宽，适于多媒体的实时传输。但是，无论开放点对点还是点对多点的通信，DDN都需要网管中心来建立和释放连接，这就限制了它的服务对象必须是大型用户。

4.帧中继网络(FR)

FR是一种简化的帧交换模式。由于信息转移仅在链路层处理，因此FR简化了交换过程和协议，具有较高的吞吐量和较低的延时；同时，FR利用统计复用技术向用户动态提供网络资源，提高了网络资源的利用率，可靠性高，灵活性强，对中高速、突发性强的多媒体业务极具吸引力。利用FR作为多媒体用户接入方式是非常经济有效的方案。在当前LAN迅速发展以及帧中继网不断完善的情况下，帧中继网将是开放视频会议业务的LAN远程互联的一种优选技术。

5.交换多兆比特数据服务(SMDS)

SMDS是由远程通信运营者设计的服务，可满足对高性能无连接局域网互联日益增长的需求。SMDS是高速服务，用户利用它可通过交换SMDS数据报进行通信。SMDS是面向无连接的网络，被交换的信息块长度可变。用户可借助路由器通过SMDS连接不同的局域网。为了避免无连接服务专用性方面的问题，SMDS提供了一个封闭的用户组服务，可提供多点广播服务。SMDS控制了用户接口输出的比特率，规定用户必须服从的速率为1.5～45MB/s。SMDS的比特率、延时和多点广播性能适合大多数多媒体应用。

6. 窄带综合业务数字网(N-ISDN)

N-ISDN也是以电路交换为基础的网络，因此也具有延时低而固定的特点。它的用户接入速率有两种：基本速率(BRI)144kb/s(2B＋D)和基群速率(PRI)2.048kb/s(30B＋D)。由于ISDN实现了端到端的数字连接，从而可以支持话音、数据、图像等各种多媒体业务，能够满足不同用户的要求。通过多点控制单元建立多点连接，在N-ISDN上开放较高质量的可视电话会议和电视会议是目前最成熟的技术。5.3.2基于计算机网络的多媒体信息传输

1.计算机局域网(LAN)

LAN是在许多范围内(例如大的部门、系统及集团中)普遍使用的网络。LAN的特点是：首先利用一个单独的媒体将所有的端系统连接起来；其次以基带方式传输，在这种模式中，时间片被分给所有站和每个站的所有通信，之后数据流被分成帧，利用帧进行传输。以太网、令牌环传送网和FDDI为3种常见的共享媒体LAN。

(1)100Base-T快速以太网。这种以太网使用常规以太网存取共享媒体的模式(CSMA-CD)，但它却运行于100MB/s工作段。现在100Base-T快速以太网已有两种变形：一种运行在优质的非屏蔽双绞线上；而另一种则适合于低质的双绞线。后者仍在使用，并且可以重新加以利用。

(2)100VG-AnyLAN。不同于100Base-T，这种LAN仅仅使用以太网的帧格式，而不使用面向连接的CSMA-CD媒体的存取方法，且所有的段都被连接到一个集线器上。这种技术有一种支持基于服务的多媒体应用的潜能，其复杂点是内部集线器的连接容量有可能成为瓶颈。

(3)FDDI-Ⅱ。FDDI-Ⅱ又称等时FDDI。它是一项完全不同的技术，和FDDI不兼容，用来处理实时多媒体服务。它在带宽为6MB/s的16个信道上支持完全的等时性机制(这是一种专用带宽技术，设计支持等时的固定位速率(CBR)应用)。这些信道与线路类似，而且完全适合要求固定比特率的多媒体应用。

(4)等时以太网。等时以太网除了提供一个10MB/s的常规以太网服务外，还提供一个运行于被分成96条线路的附加6MB/s的信道。每条这样的线路仿真一条ISDN的线路，于是一个连接于等时以太网上的站通过单一连接器可得到常规数据服务和ISDN服务。一个中心集线器可把局部的站点和外部的公用ISDN服务互联起来，并提供一个网关功能，使每个站可以在无附加连线或装备的情况下实现存取功能。从上面的LAN技术可以看出，LAN在其通信机制下实现多点连接不成问题，但是每个包的延时时间不能保证相等，因为延时时间与网络的拥塞程度有很大的关系，这显然不适合于连续媒体的实时传输。为了解决这个问题，将目前通信领域中较为先进的ATM交换技术引入LAN的主干网，解决了主干网的带宽、等待时间和延时抖动等问题，这就是ATM局域网仿真技术(LANE)。这种方法允许现有应用软件在ATM局域网上运行。可采用不同的技术在ATM网上仿真局域网。LANE支持传统局域网数据帧结构以无连接模式传输，也支持局域网多点发送与广播发送功能，还允许ATM局域网通过标准网桥或路由器连接现有的局域网。在概念上，LANE较接近于100MB/s交换以太网。它们的差别在于可提供的设备范围以及对某些多媒体服务的最大存取速度；而且LANE技术在用户端通过局域网仿真技术仍然使用原有的无连接方式的通信协议，同时采取对实时性有要求的数据包以及高的传输优先级等，使改进后的LAN可以提供桌面多媒体会议和其他宽带多媒体业务。

2.ATM

ATM(AsynchronousTransferMode，异步传输模式)是一种面向连接的交换式网络，是一种多路复用和交换技术。ATM采用定长短信元和面向连接的技术，综合了电路交换和分组交换的优点，适合传输话音、视频和数据。它支持多种不同的服务类别，提供155MB/s、622MB/s或者更高的传输速率，可以利用各种传输介质。ATM作为宽带综合业务数字网(B-ISDN)的核心技术，将WAN和LAN综合在一个统一的公共网络基础平台上，以满足不断增长的多媒体通信业务的需要。

1) ATM的原理

信息的传递方式(也叫转移模式)包括传输、复用和交换三个部分。传输模式可分为同步传输模式(STM)和异步传输模式(ATM)两种。STM的主要特征是采用时分复用，各路信号都是按一定时间间隔周期性地出现，所以可以根据时间来识别每路信号。ATM则采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性地出现，而是需要根据标志识别每路信号,所以这种方式是异步传递方式。

ATM的具体定义为：ATM是一种转移模式(即传输模式)，在这一模式中信息被组织成固定长度信元，来自某用户的一段信息的各个信元并不需要周期性地出现。从这个意义上说，这种转移模式是异步的。一个ATM信元具有53个字节的固定长度，其中前5个字节是信头，后48个字节是数据。

ATM采用异步时分复用方式的原理如图5-1所示。来自不同信息源(不同业务和不同发源地)的信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队。队列中的信元按输出次序时分复用在传输线路上。具有统一标志的信元(例如A)在传输线上并不对应着某个固定的时隙，也不按周期出现。在ATM网内，不管有无用户信息，都要传信元。如果某时刻没有用户信息，线路上就会出现代表“无有用信息”的信元Φ；反之，如果在某个时刻传输线上的信元都已排满，队列也已经充满缓冲区，则后面到来的信元就会丢失。

图5-1ATM信元的复用从用户的角度来看，来自某用户的一段信息的各个信元并不是周期性地出现，所以ATM是异步时分复用方式，但是从传输线上看，各个信元却是定时出现的。

2) ATM网的网络结构

ATM网的网络结构如图5-2所示。

一个典型的ATM网是由ATM交换、传输、复用系统和ATM业务终端等几部分组成的，其中UNI为用户—网络接口，NNI为网络—网络接口。

ATM复用系统的作用是将用户端产生的各类业务变换成ATM信元的形式，并进行统计时分复用，按照每个用户终端的实际需要动态分配带宽，而在接收端则完成相反的变换。图5-2ATM网的网络结构

ATM网的传输信道采用光纤信道，最主要的传输方式是基于SDH(同步数字体系)的传输方式。SDH是同步的传输系统，但ATM采用异步时分复用方式，这意味着ATM信元中的每个比特要以同步时钟为基准。但是就某一用户而言，这个用户信息的各个ATM信元是异步的。

ATM交换系统是ATM网的核心。ATM网是一种分组交换的网络。前面介绍过，分组交换网络有无连接和面向连接两种，ATM网是面向连接的网络，这种连接是指两个终端之间存在的是逻辑信道而不是物理信道，所以是虚连接。在ATM网络中，虚连接又有两种连接方式：虚通道(VirtuaIChannel，VC)和虚路径(VirtuaIPath，VP)。虚通道(VC)是ATM网络链路端点之间的一种逻辑联系，是在两个终端之间传送ATM信元的通信通路，可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移。所以，任意两个终端可以通过ATM的虚通道(VC)相互连接。虚路径(VP)是指两个终端之间存在的一组虚通道，这些虚通道(VC)聚合在一起，就像一条虚拟的管道。不同的VC通过VCI(虚通路标识符)来标识，不同的VP通过VPI(虚路径标识符)来标识。

ATM交换有VP交换和VC交换两种。VP交换仅对信元的VPI进行处理和变换，即信元经过VP交换设备，VPI值改变，而VCI值不变。VC交换是同时对VPI和VCI进行处理和变换，即信元经过VC交换设备，VPI和VCI值均改变。两个VC交换点之间的链路称为VC链路，若干段VC链路链接成VCC(虚通路链接)。同样，两个VP交换点之间的链路称为VP链路，若干段VP链路链接成VPC(虚路径链接)。

ATM网虽然是分组交换网络，但是它在一条链路上同时汇集了多个信源，使得多个信源共享链路的带宽，这就是统计时分复用方式。这种方式的优点是当其中一个信源的数据速率低于链路的平均速率时，该链路的剩余带宽就可以被其他信源使用，从而提高了通信链路的利用率。当然，一个信源的数据速率也可以短时间内高于链路的平均速率。

3) ATM多媒体信息传输

ATM的目标是通用网，即网络使用统一的比特率，并通过与信息类型无关的接入来提供所有的服务。ATM网追求两方面的最佳性能——在拥有计算机网络的灵活性和高效率的同时，为实时服务的可靠传输提供充分保证。对于多媒体通信的要求，ATM最重要的特性包括以下三个方面：

不变的、可变的或面向突发的比特流；

灵活地分配网络容量，动态选择路由以及带宽重用；

统一的、不依赖于比特率的传输和交换系统。

ATM基于分组交换，虽然被设计用来高速处理较大的话音、音频和视频通信量，但仍保留了处理突发数据的功能。ATM虚电路交换(VirtualCircuitSwitching，VCS)既像电话交换方式那样适用于话音业务，又像分组交换方式那样适用于数据业务。对于要求低延时的通信，长度仅为53B的ATM信元便于排列成序列，也便于一个多媒体应用中的各种不同信息类型间的同步。在话音、视频等固定比特速率(CBR)业务的接收端，ATM信元应该每隔一个固定的时间间隔就出现一次。例如，速率为64kb/s的话音信号装入速率为155.52MB/s的ATM信元，因为每个信元内有48×8＝384b用户信息，所以每秒钟内只出现64000/384≈167个装载该话音信号的ATM信元，即每隔约6ms出现一次。如果这些ATM信元在经过网络到达接收端的随机性延时不大于某一规定值，那么就可以将它们在接收端重新组合成无失真的话音信号。

ATM允许灵活地分配网络容量，动态选择路由以及带宽重用。因为视频压缩算法将产生可变的比特速率，所以在一个视频源的低活动周期内，同一信道中空余出来的带宽可以分配给其他源使用。ATM交换取消了信息反馈重发，这可以从ATM信元的定义中看出，它没有对整个信元作错误检验，而只对信头部分作错误检验。实际上，当某一个ATM信元的信头部分错了，也不会反馈重发，而是把该ATM信元丢弃。这是因为一方面光纤传输线路质量很高，出现差错的可能性很小，另一方面，对于要求实时性高的话音和电视图像，小部分的差错对其影响不大。对于不能容忍差错的数据业务，则可以通过在终端上附加反馈重发功能的办法来消除通信网中发生的传送差错。

尽管有这些优势，ATM在多媒体通信上也有一些限制。除了反馈重发造成的随机延时外，ATM信元还可能会在交换机内部及中继线路上延时，中继线路上的延时主要是排队造成的。此外，语音的分组和去分组会产生额外的延时，可能要求相应的补偿措施。而且对于ATM网络来说，要提供真正的VBR(变化比特速率)业务也是有困难的。一种满足VBR通信量QoS要求的方法是为其分配等于其峰值通信量速率的带宽，这样就提供了一个硬QoS保证，但是其效率很低。可以利用ATM网络的统计复用，分配一个等于其平均通信量速率的带宽，但是这就只能提供统计上的QoS保证。另一种解决办法是用缓冲器对通信量进行平滑或整形，使其近似于CBR通信量。例如，为容纳压缩视频所呈现的多时间尺度(MultipleTimeScale)突发性，可使用一种准静止的带宽分配方案。在这种为VOD系统开发的方案中，开始时为该连接分配一定量的带宽，随着通信量的波动，视频缓冲器内的视频数据量发生变化，如果即将发生缓冲器上溢或下溢，就发出改变该连接带宽分配的请求。此外，因为VBR通信量对分组丢失敏感，就需要有一种限制分组丢失的准入控制方案，或使用差错恢复方案。例如，接收机可以尝试通过时间或空间上的内插，重建丢失的数据。当线路上没有足够的通信能力来满足用户的通信要求时，ATM交换机可以发送一个信令信元给终端，告诉它现在“忙”。ATM可以根据用户业务类型规范对其通信能力的要求，使有的业务在“忙”时可以丢掉一些信元，使有的业务可以在交换机中多等一会儿。但在那些可以丢掉一些信元的业务中，也可能会有一些信元比较重要，绝不可以丢掉，这样的信元可以用信头中的信元丢弃优先级(CLP)予以标志。

3.宽带IP网

为了适应多媒体通信业务的不断发展，提供一个可扩展的多媒体通信网络来支撑多媒体业务的发展，是通信服务提供者以及相关技术人员追求的目标。随着基于IP的业务种类的增加，采用基于IP的宽带网络技术建立支持多媒体业务的统一网络平台已经成为一种经济的、高效率的做法。基于IP的宽带网络是以光纤为传输介质，大容量的密集波分复用(DWDM)为传输通道，SDH/SONET、ATM或千兆以太网为组网模式，第三层/第四层路由交换机为交换平台，综合提供基于IP的各种多媒体业务的数据通信网络。基于IP的宽带多媒体通信网络是一个在运行实时业务时能保证服务质量的IP网，各种宽带多媒体业务可以直接在宽带IP网上运行。这种宽带IP网是一个真正的综合业务网，它可以提供数据、语音、视频的综合传输业务，并能为企事业单位以及个人用户接入因特网提供多种宽带接入。新一代的宽带网络技术必须建立在当前最先进的网络传输和交换的基础上。目前实现宽带的IP网络的典型技术有IPoverSDH、IPoverATM、IPoverWDM、IPoverDWDM等。

1) IPoverATM

IPoverATM的基本原理和工作方式是将IP数据报在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据报时，它首先根据IP数据报的IP地址，通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发，然后按已计算的路由在ATM网上建立虚电路(VC)。以后的IP数据报将在此虚电路上以直通(CutThrough)方式传输，再经过路由器，从而有效地解决了IP的路由器瓶颈问题，并将IP数据报的转发速度提高到交换速度。IPoverATM的特点如下：

(1)IPoverATM的优点：

由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP业务的服务质量；

具有良好的流量控制均衡能力及故障恢复能力，网络可靠性高；

适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力；

对其他几种网络协议(如IPX等)能提供支持。

(2)IPOverATM具有如下缺点：

目前，IPoverATM还不能提供完全的QoS保证；

对IP路由的支持一般，IP数据报被分割后加入了大量的头信息，造成很大的带宽浪费(20%~30%)；

在复制多路广播方面缺乏高效率；

由于ATM本身技术复杂，导致管理复杂。

2) IPoverSDH

IPoverSDH也称为PacketoverSDH(POS)，即直接以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络，它是IP与SDH技术的结合。其工作原理是：首先使用点到点(PPP)协议，按照RFC1662规范将IP分组插入PPP帧中的信息段，从而完成IP数据报的封装，然后用HDLC协议对封装后的PPP帧进行定界，进而形成HDLC帧，再由SDH通道层的业务适配器将封装的HDLC帧映射到SDH的净负荷中，最后经过SDH传输层、复用段和再生段层，并插入各种所需的管理开销，从而形成一个完整的SDH帧结构，这样才能到达光层，可在光纤中传输。它保留了IP不面向连接的特性。IPoverSDH的特点如下：

(1)IPoverSDH的优点：

· 对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率；

· 符合Internet业务的特点，有利于实施多路广播方式；

· 能利用SDH技术本身的环路，即自愈环(Self-healingRing)能力达到链路纠错，同时又能利用OSPF协议防止链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性；

· 省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。

(2)IPoverSDH的缺点：

· 仅对IP业务提供好的支持，不适用于多业务平台；

· 不能像IPoverATM技术那样提供较好的服务质量保障(QoS)；

· 对IPX等其他主要网络技术的支持有限。

3) IPoverWDM

随着DWDM光传输技术和宽带IP技术的不断完善，特别是太比特路由交换机和DWDM系统初步进入商用阶段，骨干传输网络的传输容量获得了大幅度的提高，再加上各种宽带接入技术取得重大的发展，原有的利用SDH、PSTN等传统电信网构建城域数据通信网和接入Internet的方式已不能满足人们对高速、低价网络服务的要求。这主要体现在以下几个方面：进一步可扩展带宽的能力受到限制；严格的定时要求导致设备的复杂度和成本的增加；无论是SDH还是PSTN，原来都是为话音业务设计的，不适应数据业务的突发性和不对称性，由此导致效率降低；主要结构为环形网络结构，节点数有限，不适用于网状网结构；所需业务准备时间长(数周以上)，不适应数据业务传输多变的要求；自愈恢复备用环路浪费资源。基于上述原因，IPoverWDM方案被提出。

IPoverWDM是IP与WDM技术相结合的标志。其工作原理是：首先在发送端对不同波长的光信号进行复用，然后将复用信号送入一根光纤中传输，在接收端再利用解复用器将不同波长的光信号分开，送入相应的终端，从而实现IP数据报在多波长光路上的传输。由此可见，IPoverWDM将是一个真正意义上的链路层数据网，即在IP层和物理层之间省去了ATM层和SDH层，将IP数据直接放到光路上进行传播。此时高性能的路由器可通过光ADM或WDM耦合器与WDM光纤相连，完成波长接入控制功能以及交换、路由选择和保护功能。从以上分析可以看出，IPoverWDM具有以下特点：

(1)IPoverWDM的优点：

充分利用光纤的带宽资源，提高带宽和相对的传输速率；

对传输码率、数据格式及调制方式透明，可以传送不同码率的ATM、SDH／SONET和千兆以太网格式的业务；

不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。

(2)IPoverWDM的缺点：

目前，对波长的标准化还没有实现，一般取193.1THz为参考频率，间隔取100GHz；

WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离，但在光域上其开销很大，再加上光信号的处理技术还不完善，从而导致WDM系统的网络管理还不成熟；

目前，WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式，还没有形成“光网”。根据网络宽带化、光学化的发展趋势，随着WDM或DWDM技术的不断进步，不少专家指出：新建的宽带综合业务网(尤其是大型骨干网)应是架构在DWDM系统上的IP网络(IPoverDWDM)。基于DWDM的IP网主要通过适当的数据链路层格式将IP数据报直接映射到密集波分复用光层中，省去了中间的ATM层和SDH层，消除了功能重复。由于可充分利用DWDM通道巨大的传输带宽和吉比特或太比特路由交换机强大的交换能力，在IP层和光层之间能合理配置流量工程、保护恢复、网管、QoS等功能，因而该技术方案是目前最优的网络体系结构。从目前来看，宽带IP网络的业务架构应是一个混合结构，应综合汇聚以上技术方案的优点。在宽带IP网的核心层，应采用IPoverDWDM或IPoverSDH技术建立骨干网，提供充足的主干带宽，提供全网的关键业务和运营管理；而在其边缘汇聚层，可采用IPoverSDH技术来汇集各种业务；在网络的接入层，应采用吉比特以太网技术提供和局域网的平滑过渡。应该说，IPoverDWDM将代表宽带IP主干网的明天。5.3.3基于有线电视网的多媒体信息传输

有线电视(CATV)网是已经建立起来的伸展到千家万户的宽频带网络，能否利用这一设施提供宽带多媒体服务自然是人们关心的问题。但是CATV网是分配型的网络，不具备电信网的交换功能，因此难以开展非分配型(例如多媒体会议)的多媒体业务。要解决这个问题，必须对CATV网络进行双向改造。当光纤铺设到小区后，结合经双向改造后的CATV网络，从小区到用户的短距离同轴电缆的带宽可以拓宽到750MHz以上，然后通过频分多路复用技术，可以实现电话、模拟电视广播和交互式数字点播电视(VOD)等业务的共网传输，从而实现宽带多媒体业务。

5.4.1下一代网络

随着通信技术的快速发展，新技术和新业务层出不穷，给人们的工作和生活带来了便利，但是目前的通信网络所提供的业务仍不能满足人们不断增长的需求。因此，有必要开发新的网络结构来提供新的网络环境，这种网络结构就是下一代网络的基本框架。5.4NGN与多媒体通信

1. 现有网络存在的问题

传统的基于TDM的PSTN网络，其设计目标是专为用户提供话音服务。该网络自产生以来便将传送网络和业务网络合为一体，其业务和控制都是由交换机来完成的，因此PSTN不能快速地传送图像数据等具有突发性、业务量大的业务。智能网的出现实现了呼叫连接和业务提供的分离，交换机负责呼叫连接，智能网通过一个公共的业务平台完成业务的提供，从而提高了网络的业务供给能力，使提供新业务的周期缩短。但是随着承载的多样化，非常有必要实现呼叫控制和承载的分离，即业务与呼叫控制分离，呼叫与承载分离。

随着计算机技术的发展，人们通过基于IP技术的分组交换网络来传送数据信息。但是IP网络并没有考虑与安全有关的机制，仅提供“尽力而为”型的服务，不适于传送对实时性要求较高的话音业务和多媒体业务。

ATM技术综合了电路交换和分组交换的特点，充分考虑到了安全、服务质量的保证以及端到端的宽带化等方面，但又使该技术过于复杂，并且价格偏高。

在目前的通信网络中，不同的网络所提供的业务往往也不同，而且它们之间的互通非常不便。因而未来努力的目标就是要使一个网络既能为用户提供话音、数据和多媒体等多种业务，同时又能提供各种服务质量的保证和安全。由此可见，话音网络和数据网络的融合便是下一代网络(NextGenerationNetwork，NGN)所要研究的方向。

2.NGN的概念

目前，国际上对NGN仍有不同认识，运营商、制造商、业务提供商对NGN看法各异。

ETSI对NGN的定义是：“NGN是一种规范和部署网络的概念，通过使用分层、分面和开放接口的方式，给业务提供者和运营者提供一个平台，借助这一平台逐步演进以生成、部署和管理新的业务。”

ITU-T也在一些文件中对NGN进行了解释：“NGN表示了实现全球信息基础设施(GII)的关键技术。NGN被看做是GII的‘网络联邦’(即IP能力增强的传统电信、广播和数据网的联合)的一部分，这一概念使人们能够在任何时间、任何地方，以可接受的价格与质量安全地使用一组包括所有信息模式和支持开放式多种应用的通信业务。”

我国信息产业部在《软交换设备规范》中对软交换定义的同时也给出了NGN的解释，认为“NGN是一个以软交换设备为控制核心的新的交换体系架构”。

随着相关研究和应用的发展，被业界逐渐接受的一个解释是：NGN是指PSTN、1SDN、第二代移动通信阶段之后的网络发展，它是为业务提供者或运营商提供的开放接口和分层结构，能够逐步生产、实施及管理各种创新业务的一种平台。其目标是使运营商能针对自身及其客户的需求来量身定做，设计、生成、实施和运营通信业务。

3.NGN的特征

下一代网络(NGN)研究的内容非常广泛，其概念在不同领域有不同含义。从不同角度和层面上分析，对下一代网络的表述也不相同。从业务角度看，NGN是集话音、数据、多媒体等各种业务于一体的智能化多业务平台；从网络控制层面看，NGN是以软交换为核心的网络；从移动通信的角度看，NGN就是3G、超3G、4G的无线解决方案；从交换层面看，NGN就是基于MPLS和IPv6的有QoS保障的IP分组交换网络；从基础传输层面看，NGN是以智能光网络(ASON)和通用帧协议(GFP)为基础的网络。通常意义上讲，NGN是指基于软交换技术的NGN语音和多媒体解决方案，因此NGN的特点就是满足和提供多媒体宽带网的一系列灵活的业务。其主要特征如下：

(1)NGN采用开放的分布式网络体系架构。NGN将传统交换机的功能用彼此独立的网络部件来实现，各部件可以独立发展、扩容和升级。各部件间的接口标准化，可以实现各种异构网之间的互通。这种部件化使得电信网络逐步走向开放，运营商可以自由组合各部分的网络部件，从而构建新的网络以满足不同业务的需要，如采用业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离技术，实现开放分布式的网络结构，使业务独立于网络。

(2)NGN是业务驱动的网络。NGN能够提供灵活的业务创建以及业务管理功能。NGN将业务与呼叫控制分离，呼叫控制与承载分离，从而使业务真正独立于承载网络。各种承载技术和接入手段对业务来说都是透明的，用户能够定义自己的业务特征，并自行配置，而不必关心承载业务的具体网络的结构形式和终端类型，使得NGN能够灵活有效地实现业务的提供，满足用户不断发展的新业务需求。

NGN能够与智能网的SCP(业务控制点)互通，从而继承并融合了现有智能网业务。由于NGN采用了分层体系架构，各层之间相互独立，因此提供新业务时无需对网络其他各层进行改动，一经生成，只需经网络任一边缘接入即可迅速供给全网。

(3)NGN是基于统一协议、基于分组的网络。NGN采用基于IP的分组交换方式作为业务的承载方式，可以将语音和多媒体信息进行分组化传送。ATM技术本身的特性，例如ATM技术的复杂性、当前业务和终端的IP化等，使得ATM技术不可能成为NGN业务承载的核心技术。NGN将电信网、计算机网及有线电视网汇集成统一的IP网络，使它们都接受统一的通信协议，使得各种基于IP的业务能够在不同网络上进行互通，从而实现业务融合。综上所述，NGN是以业务驱动为特征的网络，使现有的电信网络、有线电视网络和计算机网络融合在一起，这样便将原有三种网络上的语音、视频、数据等各种业务统一构建在一个开放平台上。

4.NGN的体系结构

NGN的出发点是在统一的网络架构上灵活地提供各种综合业务，它强调网络的开放性。NGN采用分层的体系架构，使业务层面和业务控制层面相分离，使业务的各种接入手段与传送业务的分组网络平台分离。

一般认为，NGN在功能上可以分为四个开放的网络层次，如图5-3所示，自下往上分别为接入和传输层、媒体层、控制层、业务/应用层，各层之间彼此分离，实现全开放的体系结构。图5-3NGN的分层结构

(1)接入和传输层(Access/TransportLayer)。接入和传输层的功能是将不同应用的用户终端连接至网络，然后集中用户业务并将它们传递至目的地。该层允许用户以现有的各种接入方式接入，如无线接入、光纤接入、IP汇聚等。接入和传输层由各种媒体网关或智能接入终端设备组成，如信令网关、综合接入网关、媒体资源服务器等。

(2)媒体层(MediaLayer)。媒体层提供基于IP的分组交换，将来自不同用户的各种信息格式转换为适于在网络上传递的信息格式，例如将语音信号打包成IP分组。此外，该层还可以为媒体流进行路由选择并将其送至目的地。

(3)控制层(ControlLayer)。控制层提供呼叫控制、连接控制、资源管理等功能，其核心采用软交换技术，为NGN提供统一的控制平台，以实现各种信令协议的互通和转换。

(4)业务/应用层(NetworkService/ApplicationLayer)。业务/应用层在呼叫建立的基础上提供增值业务、业务开发平台和第三方可编程接口，此外，它还具有与业务相关的管理功能，如业务认证和计费等。该层由一系列业务应用服务器组成。

5.NGN体系涉及的协议

NGN功能实体之间需要采用标准的通信协议，这些协议主要由ITU-T和IETF等国际标准化组织制定。NGN体系中主要涉及的协议有以下6个方面：

(1)呼叫控制协议。呼叫控制协议包括SIP、SIP-T和BICC协议。其中：SIP由IETF制定，用来建立、修改和终结多媒体会话的应用层协议，有较好的扩展能力；SIP-T(SIPforTelephones)将传统的电话网信令(目前仅对ISUP消息)通过“封装”和“翻译”转化为SIP消息，提供了用SIP实现传统PSTN网与SIP网络的互联机制；BICC协议由ITU-T制定，源于N-ISUP信令。为了实现与现有网络的互通，软交换设备还需支持传统电话网和早期VoIP网络使用的ISUP、H.323等呼叫控制协议。

(2)媒体网关控制协议。媒体网关控制协议包括MGCP和Megaco/H.248协议。其中：MGCP(媒体网关控制协议)是IETF的一个草案，是目前使用最多的媒体网关控制协议；Megaco/H.248协议由IETF和ITU-T联合开发，是在MGCP协议的基础上，结合了其他媒体网关控制协议的一些特点发展而成的，提供了控制媒体建立、连接、释放的信令与保证这些信令执行的机制，同时也可以携带一些随路呼叫信令。

(3)基于IP的媒体传送协议。NGN使用RTP/RTCP协议作为媒体传送协议。

(4)业务层协议。可使用的业务层协议和API包括SIP、PARLAY、JAIN。为实现传统的智能网业务，软交换设备还应支持INAP协议。

(5)基于IP的PSTN信令传送协议。基于IP的PSTN信令传送协议主要有IUA、M3UA、M2PA，这些信令协议均基于SCTP/IP进行传递。

(6)其他类型协议。除上述协议外，另外还包括网络管理协议(SNMP)、资源配置管理协议(COPS)、认证计费鉴权协议(RADIUS)、网络时间同步协议(NTP)。5.4.2NGN与多媒体通信的关联

1.多业务的需求

NGN应满足多业务的需求，显然也应满足多媒体业务的需求。NGN还有一个要求，即要满足通信业务不断发展、不断升级的需求，这对多媒体业务也是十分重要的。如人们对多媒体业务的传播方式可能并不限于点对点，可能用于点对多点、多点对多点，还可能用于点播方式(VOD)、多播方式(多媒体业务只传送给有需求的用户)和广播方式(如广播电视、话音广播等)。NGN为丰富多媒体通信业务奠定了基础，并提供了开放式的业务平台。

2.多连接的需求

NGN既要满足多业务，也要实现“多连接”。NGN采用全开放的分层体系结构，使得承载与接入分离、控制与承载分离、业务与控制分离，有利于各个不同的专业化网络部件厂商和运营商之间的战略合作，有利于同类网络部件厂商之间的竞争和发展。

总之，如何在NGN中提供具有QoS保障的多媒体通信业务以及快速开发多媒体通信业务成为问题的关键。此外，还要研究如何利用NGN技术保障多媒体通信的良好传输特性、高可靠性和QoS等。尤其应该指出的是，NGN的发展有赖于建立一个信息内容提供商(ICP)、信息网络服务商(ISP)和电信运营商之间的“生态价值链”。如何能在大力发展多业务的前提下，按各自提供的服务质量和数量，进行利润的合理分配，是目前发展宽带综合业务的一个急需解决的关键问题。

现代电信技术正向着宽带化、综合化、智能化和个人化的方向发展，向用户提供声、像、图、文综合通信服务是世界各国通信界奋斗的目标。多媒体通信就是典型的例子，但怎样把宽带信息沿用户线送到各用户终端乃至千家万户，就成为多媒体通信中亟待解决的关健问题之一。5.5接入网技术目前，宽带多媒体业务进入千家万户的瓶颈在于通信网络进入用户前的部分，即通常所说的“最后一千米”。对于传统的电信网络来说，用户线(即最后一级交换设备到用户的连接线)目前还采用双绞铜线，是最后一个没有数字化的部分，它严重地影响了多媒体业务的应用。接入网技术用来解决如何将带宽较小的用户双绞线改造成能够传输宽带多媒体业务的网络。对于传统的CATV网络来说，虽然它具有较宽的带宽，但目前它只是一个分配型的网络，不能进行双向的信息交流，限制了多媒体业务的开展。接入网技术可对这种网络进行双向改造，以适应多媒体业务的需求。5.5.1接入网基础

接入网(AccessNetwork，AN)，也称为用户接入网，是由业务节点接口(SNI)和相关用户网络接口(UNI)及为传送电信业务所需承载能力的系统组成的，经维护管理接口(Q3接口)进行配置和管理。因此，接入网可由三个接口界定，即网络侧经由SNI与业务节点相连，用户侧由UNI与用户相连，管理方面则经Q3接口与电信管理网(TMN)相连。它的目标是建立一种标准化的接口方式，以一个可监控的接入网络，使用户能够获得音频、图像和数据等综合业务。接入网的重要特征可以归纳为以下几点：

· 接入网对于所接入的业务提供承载能力，可实现业务的透明传送；

· 接入网对用户信令是透明的，除了一些用户信令的格式转换外，信令和业务处理的功能依然在业务节点中；

· 接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务，接入网应通过有限的标准化的接口与业务节点相连；

· 接入网有独立于业务节点的网络管理系统，该系统通过标准化的接口连接TMN实施对接入网的操作、维护和管理。根据ITU-T建议，接入网的功能结构如图5-4所示。它位于交换端局和用户终端之间，可以支持各种交换型和非交换型业务，并将这些业务流组合后沿着公共的传输通道送往业务节点，其中包括将UNI信令转换为SNI信令，但接入网本身并不解释和处理信令的内容。原则上，接入网可支持的UNI和SNI的类型和数目没有限制。不同的UNI支持不同的业务，如模拟电话、ISDN、数字或模拟租用业务等的接入。SNI有模拟接口(Z接口)和数字接口(V接口)两类。特别需要注意的是，继原有的V1~V4接口之后，ITU-T又制定了新的可同时支持多种用户接入业务的V5接口，以便在接入段实现不同厂商设备的互连。

图5-4接入网的功能结构接入网具有以下5大功能：

(1)传送功能(TF)：提供由多接入段(如馈送段、分配段、引入段等)组成的公共传输通道，并完成不同传输媒体间的适配。具体功能包括交叉连接、复用、提供物理媒体等。

(2)核心功能(CF)：完成UNI承载体或SNI承载体至公共承载体的适配，如复用和协议处理等。

(3)用户端口功能(UPF)：完成UNI的特定要求及核心功能和系统管理功能的适配，如信令转换、A/D转换、UNI承载信道和承载能力的处理。

(4)业务端口功能(SPF)：完成SNI的特定要求至公共承载体的适配，供核心功能处理；同时提取相关信息供系统管理功能处理。

(5)系统管理功能(SMF)：通过Q3接口、中介设备与电信管理网接口、SNI协议和SN的操作、UNI协议和用户终端的操作，协调接入网各种功能的提供、运行和维护，包括配置和控制、故障检测和指示、性能数据采集等。

接入网传送结构的物理参考模型如图5-5所示。各段分界点就是熟知的配线架、交接箱、分线盒和电话插座。在一般情况下，传输媒体可以是双绞铜线、同轴电缆、光纤、无线通道或它们的组合。虽然接入网改造的核心也是数字化和宽带化，但是和中继网相比，这一过程更为复杂，因为它是和大量用户相连的一点到多点的连接，必须充分考虑经济性能和用户需求，采取因地制宜、逐步演进的方式。为此，各国电信界综合运用现有技术，提出了许多不同的接入传输技术。下面我们介绍几种目前研究得较多的接入网技术。图5-5接入网的物理参考模型5.5.2ISDN用户接入技术

ISDN是综合业务数字网的简称，它由电话综合数字网(IDN)发展而来，它是在现有电话网上开发的一种集语音、数据和图像于一体的综合业务，即能在一对普通电话双绞线上实现多种功能。

1.ISDN用户—网络接口

1) ISDN用户—网络接口功能

ISDN用户—网络接口的作用是使用户终端与ISDN网络之间或网络与用户之间能够相互交换信息，该接口主要具有以下功能：

(1)利用同一接口提供多种业务的能力。根据用户需求，在呼叫的基础上，选择信息的比特速率、交换方式或编码方式等。

(2)多终端配置功能。多个终端可以连接在同一个接口上，允许同时使用这些不同的终端。

(3)终端的移动性。利用标准插座，使终端能够在通信过程中移动和重新恢复通信的连接。

(4)在主叫用户和被叫用户终端之间进行兼容性检查。为了检验主叫与被叫终端是否能够相互通信，例如，保证电话与电话终端、传真与传真终端等高层的一致性，需要具有兼容性检验的功能。

2) ISDN用户—网络接口配置

用户—网络接口是用户设备与通信网的接口。ISDN用户—网络接口和业务接入点配置如图5-6所示。用户—网络接口的参考配置是国际电信标准化组织为上述接口进行标准化而建立的一种抽象化的接口安排，它给出了需要标准化的参考点(R、S、T)和与之相关的各种功能组(NT1、NT2、TE1、TE2、TA)。功能组是在ISDN用户接入口上可能需要的各种功能的组合和安排。在实际应用中，用户—网络接口的配置根据用户的要求可能是多种多样的，若干个功能群可能由一种设备来实现。参考点是划分功能组的概念性参照点，它可以是用户接入中各设备单元间的物理接口。当多个功能组组合在一个设备中实现时，它仅在概念上存在，而实际上没有物理接口存在。参考点R和T是ISDN标准化的对象。参考点R涉及所有非ISDN终端与适配器的相接点，范围极广，没有统一的规范。图5-6用户—网络接口和业务接入点配置在参考配置的基础上，用户—网络接口的实际配置可能是多种多样的。五个功能组可以分别作为一种设备来实现，这时三种参考点都将作为物理接口而实际存在，但这不是必需的，可以将某些或全部功能组组合在一个设备中实现。例如，可以将NT2和NTl组合在一个设备中实现，这时参考点T在物理上将不复存在；也可以将TA和NT2组合在一起来实现，这时参考点S在物理上将不存在。

NT2是用户的网络设施。因为不是所有用户都需要用户交换机或局域网等网络设施，所以当用户不需要NT2时，可以将用户终端直接与NT1相接。这样，工作于同一速率上的S接口和T接口的特性在规范上是完全相同的，S接口与T接口将重叠在一起，称为S或T接口。

ISDN用户—网络接口参考配置图对设备的数量也未作限制。例如，用户可以有多个NTl，一起供NT2使用。用户终端的数量可以从一至成千上万个。

2. ISDN的通路及用户接入方式

1) ISDN通路

通路是提供业务使用的具有标准传输速率的传输信道。通路有两种主要类型：一种类型是信息通路，它为用户传送各种信息流；另一种是信令通路，它是为了进行呼叫控制而传送信令的通路。根据ITU-T标准，通路有以下类型：

(1)B通路：传输速率为64kb/s，供传递用户信息用。

(2)D通路：传输速率为16kb/s或64kb/s，供传输信令和分组数据使用。

(3)H0通路：传输速率为384kb/s，供传递用户信息用(如立体声节目、图像和数据等)。

(4)H11通路：传输速率为1536kb/s，供传递用户信息用(如高速数据传输、会议电视等)；

(5)H12通路：传输速率为1920kb/s，供传递用户信息用(如高速数据、图像和视频会议等)。使用最普遍的是B通路。它可以利用已经和正在形成中的64kb/s交换网络传递语音、数据等各类信息，还可以作为用户接入分组数据业务的入口信道。在B通路上可以建立下述四种类型的连接：

(1)电路交换。这是目前常用的交换式数字服务。用户通过呼叫，和网络中的另一个用户建立电路交换连接，但建立电路交换连接的呼叫控制信息不是经过B通路，而是经过D通路。

(2)分组交换。用户连接到分组交换节点，和网络中的其他用户通过X.25交换数据。

(3)帧中继模式。用户连接到帧中继交换节点，和网络中的其他用户通过LAPF交换数据。

(4)半永久连接方式。与网络中其他用户的连接事先建立，不需要呼叫控制协议，这种方式等同于点对点专用线路。

2) ISDN用户接入方式

按照速率和用户配置可以将ISDN用户接入方式分为以下两种：

(1)基本速率接入。基本速率接口是把现有电话网的普通用户线作为ISDN用户线而规定的接口，它是ISDN最常用、最基本的用户—网络接口。它由两个B通路和一个D通路(2B＋D)构成。B通路的速率为64kb/s，D通路的速率为16kb/s，所以，用户可以利用的最高信息传递速率是64×2＋16＝144kb/s。这种接口是为广大用户使用ISDN而设计的。它与用户线的二线双向传输系统相配合，可以满足千家万户对ISDN业务的需求。使用这种接口，用户可以获得各种ISDN的基本业务和补充业务。

(2)一次群速率接入。一次群速率接入方式主要提供给有大容量通信要求的用户，例如数字化PBX和局域网的出口等。一次群速率接口的传输速率与PCM的基群相同。由于国际上有两种规格的PCM制式，即1.544MB/s的T1和2.048MB/s的E1，因此ISDN一次群速率接口也有两种速率。

一次群速率的用户—网络接口的结构根据用户对通信的不同要求可以有多种安排。一种典型的结构是nB＋D。n的数值对应于2.048MB/s和1.544MB/s的基群，分别为30或23。在此，B通路和D通路的速率都是64kb/s。这种接口结构，对于NT2为综合业务用户交换机的用户而言，是一种常用的选择。当用户需求的通信容量较大时(例如大企业或大公司的专