12多媒体通信与网络技术

1、1,第12章 多媒体通信与网络技术,早在1985年，Sun微系统公司就提出了那句至今仍为人称道的名言：“网络就是计算机”。今天看来，这是一个具有预见性的真知灼见。多媒体技术只有和网络技术相结合，才会真正有发展潜力。例如，一些比较诱人的多媒体应用:视频会议、多媒体电子邮件、家庭购物以及目前很热的信息高速公路等，都需要有相应的网络与通信技术的支持。,2,12.1 数据通信系统 12.1.1 通信系统模型 计算机网络与通信技术是密不可分的。通信技术的发展经历了一个漫长的过程。我国早在殷商时代就有了“烽火告警”的创举：在许多遥遥相望的山头筑起烽火台，一旦有外敌入侵，告急的信号就借助烽火逐台向远方的大本

2、营传递。1835年莫尔斯（S.F.B.Morse）发明了电报，1876年贝尔（A.G.Bell）发明了电话，从而开辟了近代通信的历史。,3,不管是烽火台还是现代的通信系统，通信系统模型都由图12-1所示几部分组成：,图12-1 通信系统模型,4,为理解通信系统模型的工作过程，可用“烽火告警”的例子说明。比如：驻守边关前线的将士(发送方)发现敌情(待发送信息)，采取燃烽火的方式(编码)通知远方的友军，烽火可在很远的地方被发现(传输介质为可见光)，远方的友军(接收方)发现烽火便知有敌情(解码)，如果天气不好，比如遇上有雾、下雨等天气(干扰)，远方的友军(接收方)可能未发现烽火(信息传输出错)。 不

3、同的通信系统有相同的模型，不同的是采取的具体技术(如编码技术、传输技术)不同，从而导致传输距离、速度及传输的可靠性各不相同。,5,12.1.2 数据通信的基本概念与术语 数据传输率与带宽 数据传输速率是衡量系统传输数据能力的主要指标，指单位时间内传送的信息量，即每秒钟传送的二进制位数，单位为每秒位，记作b/s。 带宽(Bandwidth) 用于衡量媒体传输数据的能力。从技术角度上说，带宽和比特速率是两个不同的概念。但是它们之间有重要联系。通信媒体能够容纳一定频率范围的信号。所谓带宽就是媒体能够传输的信号最高频率和最低频率的差值。如电话信号的频率是3003300Hz，它的带宽就是3000Hz。根

4、据可听见的声音的频率范围，频率太高或太低的声音将无法通过电话系统传播。,6,为什么传输系统有带宽的限制呢？因为没有一种电子设备能在瞬间将一个电压转换为另一个电压，电压的升或降都需要一小段时间。同样，也没有一种导线能完美地传导电流，当电流在导线上传输时信号能量会减弱。因此，每个传输系统都有其自身的极限带宽，也就是硬件改变信号的最大速率。当发送器企图以比带宽更高的速率改变信号，硬件将无法保持信号传输的正确性，因为在发送器企图送出下一个信号前没有足够的时间完成一次信号改变，导致接收方接收到的信号不完整，即通信错误。 带宽用每秒周数(cycles per second)或赫兹(Hz)来衡量。带宽可被看

5、成是硬件所能发出的最快的连续振荡信号。,7,奈奎斯特采样定理最先阐述了带宽与系统每秒能传输的最大位数之间的基本关系。它对数据传输的最大速率给出了一个理论上的上限。对于采用两种电压（高电位或低电位）编码数据的传输方案，奈奎斯特定理指出，在带宽为B的传输系统上所能达到的最大数据传输速率以每秒位数表示时可达到2B。更一般地，如果传输系统使用N种不同电压而不是两种，奈奎斯特定理指出以每秒位数表示的最大数据传输速率C为：,8,奈奎斯特定理给出了一个实际无法达到的绝对最大值。实际通信系统总是被一些称为噪声的背景干扰所限制，这些噪声使得达到理论极限传输速率成为不可能。香农推广了奈奎斯特的结果，指出了在噪声影

6、响下传输系统所能达到的最大数据传输速率。香农的结果即香农定理可以描述为： C = B log2（1+ S/N）其中C是用每秒位数表示的线路容量实际限制值，B是硬件带宽，S是平均信号强度，N是平均噪声强度。 计算时，信噪比S/N通常不直接给出，一般用数值10log10S/N来表示，其单位为分贝，缩写为dB。如，若S/N比值为100，则对应分贝值为20dB，若S/N比值为1000，则对应分贝值为30dB。,9,基带传输与宽带传输 在通信系统中，我们经常使用“信道”这一名词。信道和电路并不等同，通常将信道看作是以信号传输媒体为基础的信号通路，一般用来表示某一个方向传送信息的媒体。例如一条通信线路可以

7、包含一条发送信道和一条接收信道。按照信号在信道中的传输形式，我们可以将其分为基带传输和宽带传输。,10,基带是原始数字信号所占用的基本频带，在基带传输方式中，在任何时刻仅有一路信号在介质中传送。基带传输方式中，数字信号通过直流脉冲被发送，当没有数据传输或长时间传输0或1时，信号状态不发生改变，信号频率几乎为0；当0与1交错传输时，信号状态改变最频繁，即信号交变的次数达到频率的最大值。所以，基带传输占用的频率范围为信道提供的全部带宽。基带系统中的每个设备都共享相同的信道。当基带系统上的一个节点在传输数据，网络中所有的其他节点在发送数据前必须等待前面的传输结束。基带系统传输支持双向信号流，即基带系

8、统可在同一条线路上实现数据的发送和接收。,11,在宽带信号方式中，传输介质的带宽按频率分割成两个或多个子信道，每个子信道上都可以独立地传输一路信号,CATV(有线电视)便是宽带应用的一个例子。宽带传输要求信息在传送时通过载波信号调制，信号被调制到不同频率范围,这就要用到特殊类型的调制解调器。使用多个频率可以使一个宽带系统能接入几个信道，从而能够比基带系统传输更多的数据。在宽带系统中，信号仅仅只能进行单向传输。因此，宽带系统必须为数据的发送和接收提供独立的线路。,12,12.2 计算机网络 12.2.1 计算机网络的定义与组成 计算机网络是将地理位置不同的具有独立功能的计算机(系统)或计算机控制

9、的外设，通过通信设备和传输介质连接起来，在网络操作系统控制下，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。 计算机网络的突出特点是综合利用了当代所有重要信息技术的研究成果，通过对信息收集、识别、存储和处理等技术，把分散在广泛区域中的许多信息处理系统有机连接在一起，组合成一个规模更大、功能更强、可靠性更高的信息综合处理系统。以达到资源共享、分布处理和相互通信的目的。,13,计算机网络是网络结点和物理信道的集合，一般由资源子网和通信子网两部分组成。 资源子网 资源子网由主机、终端、I/O设备、各种软件资源和数据库等组成。资源子网负责全网数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。

10、主机系统可是微机、小型机、大中型计算机，它们是网络中最重要的资源，应该备有用户访问的数据库和其他软件系统，提供信息资源和具有网络管理功能。 终端是网络中面向用户的接口，是网络中数量最多分布最广的设备，它直接面对用户，为用户提供访问网络资源的接口。由于微机的普及，网络中传统意义上的终端现在往往是由一台配置齐全、功能较强的微机来担任。所以，终端设备可以不经主计算机而直接连到节点通信处理机上。,14,通信子网 通信子网包含传输介质和通信设备。它承担全网的数据传输、转接、加工和变换等处理工作。传输介质可以是专用的双绞线、同轴电缆及光纤，也可以是公用通信线路，如电话线、微波等。通信设备是指通信处理机、交

11、换设备和调制解调设备，以及用于卫星通信的地面站、微波站、集中器等。 网络用户通过终端对网络的访问有本地和远程访问两类。本地访问是对本地主机资源的访问，它不经过通信子网，只在资源子网内部进行。远程访问是指网络用户通过通信子网访问远程主机。,15,12.2.2 计算机网络的类型 对等网模式 对等网中每一台设备可同时是客户机和服务器。网络中所有设备可直接访问数据、软件和其他网络资源。即每台网络计算机与其他连网计算机是对等(peer)的，它们没有层次划分。“对等网” 是局域网中最基本的一种，许多管理功能不能实现。 客户机服务器（C/S）模式 客户机/服务器网络又叫服务器网络。基于服务器的网络引进了层次

12、结构，它是为了适应网络规模增大所需的各种支持功能而设计的。通常将基于服务器的网络都称为客户机/服务器网络。,16,浏览器/服务器(B/S)模式 在“CS”体系中，为客户安装前端应用程序的方式很麻烦，且限制客户端工作环境基于某种特定的操作系统亦不切实际。浏览器作为操作系统的一种扩展，充当用户计算机与Internet之间的一个接口，随着浏览器功能不断增强，有望成为将来应用程序运行的主要环境。对于浏览器而言，程序和数据的具体位置不那么重要，只要知道其在Internet上的地址或域名就能访问。这种B/S模式实际上为一种“瘦客户机服务器”模式，区别于传统的局域网的“C/S”模式，在于应用程序完全在服务器

13、端运行，客户端只进行简单的数据输入/输出，通过网络将数据和操作指令返回服务器端，在服务器端运行的应用程序处理后返回结果。因此，该模式对客户端硬件要求较低，系统维护方便，应用广泛。,17,分布式系统 (distributed system) 在分布式系统中，多台自主计算机的存在对用户是透明的。用户输入一条命令运行某个程序，分布式系统便会运行它。操作系统会选择合适的处理器，寻找所有的输入文件，然后传送给该处理器，并把结果放到合适的地方。 换而言之，分布式系统的用户觉察不到多个处理器的存在，用户所面对的是一台虚拟的单处理机。为处理器分配任务，为磁盘分配文件，把文件从存储的地方传送到需要的地方，以及其

14、他所有的系统功能都必须是自动完成的。系统中，若干台计算机可以互相协作来完成一个共同的任务。或者说，一个大型的程序可以分布于几台计算机上并行地运行。,18,而在网络中，用户必须明确指定在哪一台机器上登录；明确地远程递交任务；明确地指定文件传输的源和目的地，并且要管理整个网络。在分布式系统中，不需要明确地指定这些内容，系统会自动地完成而无须用户的干预。 从效果上讲，分布式系统是建立于网络之上的软件系统。它具有高度的整体性和透明性。因此，网络和分布式系统的区别更多地取决于软件(尤其是操作系统)而不是硬件。,19,12.2.3 计算机网络通信协议 所谓“协议”，就是指为了使网络中的不同设备能进行正常的

15、数据通信，预先制定的一整套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定。不同的计算机系统的产品，对数据表示、数据格式、数据编码等都不会相同，不同的计算机系统或不同应用软件之间对话、传递信息，必须遵守双方的约定和规则，以便保证能够相互联接和正确交换信息。这些约定和规程是事先制定的，并以标准的形式固定下来，这就是网络通信协议。而由若干个这类协议集合在一起形成的协议体系，则叫做“协议族”。,20,协议分层的概念 计算机通信本身是一个十分复杂的过程，而且通信的双方既可能存在着硬件体系的差异，也可能存在操作系统的差异。为减少协议设计和调试过程的复杂性，通常网络协议都按结构化的层次方式来进行组织，每层完成一定的

16、功能，每一层又都建立在它的下层之上。不同的网络，其层的数量、各层的名字、内容和功能不尽相同，然而在所有的网络中，每一层都是通过层间接口向上一层提供一定的服务，而把这种服务是如何实现的细节对上层屏蔽(如图12-2)。,21,图12-2 协议分层的概念,22,分层的意义 分层的重要意义源于一个简单的科学原理，称为分层原理(layering principle)。在目标计算机上的第N层软件必须恰好接收由发送计算机上的第N层软件所发送的数据。换句话说，在发送帧之前协议进行的任何转换必须在接收时完全地逆转换。如果在发送计算机上的一个特定层把一个头部放入帧中，在接收计算机上的相应层必须除去该头部。如果一个

17、层在发送帧前进行了加密，则接收计算机的相应层必须把该帧解密。,23,分层是一种很有用的思想，因为它简化了协议的设计和测试。分层避免了一层协议软件引入可为其他层所见的改变。这样做的结果是，每一层的发送和接收软件可独立于其他层进行设计、实现和测试。,24,12.2.4开放系统互联/参考模型(OSI/RM） 计算机网络发展过程中曾提出过各种网络协议。为把网络协议的制定规范化，国际标准化组织ISO (International Standards Organization)于1978年提出开放系统互联参考模型OSI/RM(Open System Interconnection/Reference Mo

18、del),它定义了连接异种计算机标准的主体结构,是设计和描述网络通信的基本框架。任何两个遵守参考模型和有关标准的系统都可进行互连，这样的系统称为开放系统。 OSI模型把计算机网络通信的组织与实现按功能划分为七层: 应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层(如图12-3)。,25,图12-3 OSI参考模型及协议,26,OSI参考模型各层次的主要功能分别是： 物理层：这一层标准化了连接在物理介质上的数据链路的电子、机械部件规范和功能控制，物理层只负责接收和发送比特流，而不考虑信息的格式和意义。 数据链路层：通过物理层建立的链路，将具有一定意义和结构的信息（帧的格式）正确地在实体

19、之间传输。 网络层：网络层也称通信子网层，主要任务是如何将源端发出的分组经过各种途径送到目的端，要解决路由选择、流量控制和网络互联等问题。,27,传输层：提供可靠的端到端（主机-主机）的通信，屏蔽由于通信子网技术的不同而带来的差异，为上层用户提供透明的运输服务。 会话层：会话层用于建立、管理以及终止两个应用系统之间的会话。 表示层：表示层负责把计算机内部的表示形式转换为网络通信中采用的表示形式。 应用层：提供了支持终端用户的各种应用，如电子邮件、远程登录和文件传输等机制。,28,OSI通过分层把一个庞大而复杂的通信问题分解成了多个独立的、比较容易解决的局部问题，这种系统分解的方法是结构化设计思

20、想的具体实现。在OSI模型中，下一层为上一层提供服务，而各层相对独立，彼此不需要知道对方的实现细节，而只要了解通过层间接口提供的服务。,29,12.2.5 TCP/IP协议 传输控制协议/网际协议TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是发展至今最成功的通信协议，它被用于当今最大的开放式网络系统Internet之上就是其成功的证明。 TCP/IP模型更侧重于互联设备间的数据传送，而不是严格的功能层次划分。它通过解释功能层次分布的重要性来做到这一点，但它仍为设计者具体实现协议留下很大余地。因此，OSI参考模型在解释互联网络通信

21、机制上比较适合，但TCP/IP成为了互联网络协议的实际标准。 TCP/IP参考模型是在它所解释的协议出现后才发展起来的，更重要的是，由于它强调功能分布而不是严格的功能层次的划分，因此它比OSI模型更灵活。,30,TCP/IP使跨平台或称为异构的网络互联成为可能。比如，一个Windows NT网络可以包含UNIX和Macintosh工作站，甚至可以包含UNIX网络或Macintosh组成的网络，TCP/IP具有如下的特性： 好的破坏恢复机制。 能够在不中断现有服务的情况下加入网络。 高效的错误率处理。 平台无关性。 低数据开销。,31,上面列出的特性实际上是TCP/IP的设计要求。“好的破坏恢复

22、机制”是指当网络被侵入或被攻击而遭破坏时，它的剩余部分仍能完全工作。在不中止已存在于某一处服务的前提下加入整个网络的能力基于同样的道理。处理高错误率是指如果报文信息使用一个路由丢失时，应该有一种机制使其能够通过另一路由到达目的地。平台无关性指网络和客户端可以是Windows 、UNIX、Macintosh或任何其他的平台或上面所述平台的组合。TCP/IP如此高效依赖于它的低开销。性能是任何网络的关键。在速度和简单性方面没有其他协议可以与TCP/IP相媲美。,32,12.2.6 网络互联及其设备 网络互联是计算机网络应用的重要研究课题。网络互联即是把分布在不同地理位置的多个局域网用网络互联设备连

23、接起来，形成一个较大规模的网络，网络上的所有用户都可以自由地访问各种局域网络所提供的资源，并在各工作站点之间互相传递信息。网络互联包括局域网与局域网互联（LANLAN）、局域网与广域网互联（LANWAN）、广域网与广域网互联（WANWAN），还包括局域网与小型机、大型机的之间的互联。Internet就是将分布在世界各地的网络连接起来，形成全球最大的互联网。,33,网络互联要解决两个问题：一是网络之间至少要有一条通信链路，二是要在保持原网络结构和提供的服务的基础上提供协议转换功能。为了实现网络互联，通常采用的设备包括中继器、网桥、路由器和网关。 中继器工作在OSI的物理层，具有信号放大再生之类的

24、功能。当网络的距离超过一个网段的最大长度时，为了扩展网络的距离就要用中继器来延伸。,34,网桥工作在OSI的数据链路层，连接两个同类型的网络。如连接两个以太网、两个令牌环网等。所谓同类型的网络是指运行同类型的网络操作系统，而网络的拓扑结构、网卡的选择以及通信介质和通信协议可以是不同类型的。 路由器在OSI模型的网络层实现互联，原则上它只能连接相同协议的网络。在互联网络环境下，信息从一个网络传到另一个网络时，有一个选择最佳路径进行通信的问题，这个最佳路径由路由器提供。 网关是工作在OSI传输层之上的设备，其功能是在异型网络(即采用不同协议的网络)互联时实现协议的转换。网关通常由一台网络通信专用计

25、算机担任。 为使网络能提供用户所需的性能，这些互联设备必须配合工作，提供灵活的扩充性及完善的应用服务，在各个网络之间进行无缝连接。,35,12.3多媒体网络的技术特征 多媒体网络本质上是一种计算机网络系统，利用现有或专门的网络来传输多种媒体信息就构成多媒体网络。多媒体网络技术中的多媒体是指把“感觉媒体”数字化后的数字化“表示媒体”。而“显示媒体”、“存储媒体”是多媒体网络上各结点显示、获取、存储、处理多媒体数据的重要设备，传输媒体是传输多媒体数据的通道。多媒体网络可以是局域网，也可以是广域网。多媒体网络技术关注的内容包括多媒体网络的传输机制、网络模型、通信协议和网络结构等。 多媒体网络应具备或

26、满足如下所述的技术特征和要求：,36,12.3.1 一体化的多媒体服务 网络节点能同时处理多种媒体信息，以实现多媒体数据处理。媒体的处理和传输是集成、综合地以一体化的方式进行。 多种媒体一体化服务必须做到多媒体技术与各种相关技术相结合，从而形成以网络为中心的服务系统。从技术发展角度看，随着网络性能不断提高，各种媒体服务系统的成熟，必然将向社会提供各种媒体信息相结合的服务，其中有代表性的是VOD系统和计算机合作支持的交互式协同工作。在此系统上，不仅要求多点之间的数据交互，而且还需要在音频和视频这样的连续媒体的多点之间进行协同合作。 虚拟现实技术的发展将进一步促进各种媒体一体化服务的进展。虚拟现实

27、技术不仅需要对声、图、文各种媒体信息进行综合处理和交互控制，而且需要考虑使用者的空间位置对声、视的作用和影响，如人工建立虚拟的多维空间，使用户有身临其境的立体感。,37,12.3.2 多媒体网络环境 多媒体网络是一个端到端、能提供多媒体性能服务的网络。因此，它由多媒体终端、多媒体接入网络、多媒体传输骨干网络以及能满足多媒体网络化应用的网络软件等4个部分组成。 多媒体网络终端系统是多媒体网络中的基本单元，是网络数据传送端或接收端或中转站，包括多媒体服务器和多媒体工作站，其基本结构包括多媒体硬件系统和软件系统。多媒体硬件系统要求是具网络功能的多媒体计算机，具备对多媒体数据的获取、接收、处理、存储和

28、传送能力;多媒体软件系统包括多媒体网络操作系统、多媒体工具软件(媒体数据处理软件、视频工作平台、多媒体编辑工具等)、多媒体信息控制软件(多媒体信息同步、信息流走向、信道控制、信息共享等)。目前常用的多媒体网络操作系统有UNIX、Windows视窗系统以及用于Macintosh计算机的Mac OS等。,38,多媒体终端应具备快速处理、交互性强等特点，特别是多媒体服务器，应具备如下三个要点:大存储量以满足多媒体数据存储要求；大吞吐量以满足大数量用户对多媒体数据的存取和共享，还要满足数据的高速存取与交换。 要实现全程的多媒体网络服务，多媒体接入网是一个重要环节，它应该满足覆盖面广、带宽充裕、手段灵活

29、、价格低廉等多种要求。随着计算机网络技术及通讯技术的高速发展，出现了许多高速网络，如B-ISDN(宽带综合业务数字网)、ATM网、HFC网(光纤和同轴电缆混合网)、FDDI(光纤分布式数据接口)及快速以太网(Fast Ethernet)等，这些使得多媒体信息的网络传输成为可能。这些都是多媒体网络所依托的关键性技术，解决好了这些问题，多媒体网络才能顺利地向前发展。,39,12.3.3 同步性 多媒体数据的音频、视频等媒体都是具有很强的时间相关性(即对时间敏感Time-sensitive)的连续媒体，只有表现同一对象的不同媒体在时间上同步才能自然、有效地表达关于对象的完整信息。各多媒体网络结点应能

30、同步地显示图、文、声、视信息，把它们构成一个完整的信息提供给用户。,40,多媒体通信的关键是多种媒体有机的组合，在多媒体通信网上传输信息给同步带来了新的困难。网络的延迟以及无法预料的网络阻塞，不仅影响到单个连续媒体传输和播放的稳定性(即单一媒体同步)，而且给各种媒体相互配合(多种媒体间的同步)设置了障碍。多媒体通信中信息同步的方法主要有三种:时间戳方法(多种媒体间的同步)、缓冲和反馈方法(对单媒体同步)。缓冲方法是通过设置一个缓冲区，在数据传输较快时，将超前的数据先存于缓冲区中，而在数据传输较慢时从缓冲区中取数据，这样来实现一种稳定的状态。反馈方法是通过将已到达媒体数据的一些情况反馈到发送方，

31、发送方根据协议，确定将要传输的数据，以此来控制数据的稳定传送。,41,对于多种媒体间的同步，有效的方法是采用时间戳。在采集相关的各媒体数据时，根据它们之间的相互关系，在数据上打上一些标记，即时间戳，具有相同标记的各媒体数据要求在同一时刻进行传输和播放。在实现中，一般都设有一个主媒体，其余为次媒体，通过主媒体与次媒体的同步达到各媒体之间的同步。,42,12.3.4 通信服务质量QoS(Quality of Service) QoS是对多媒体网络性能的描述，主要用于描述通信双方的传输质量。QoS基本参数包括系统吞吐率、网络传输稳定性、可用性、可靠性、传输延迟、传输位率、出错率、传输失败率、安全性等

32、。传输位率是其中最重要的参数，不同系统强调的参数往往不同，且QoS参数的设置一般采用分层方式，不同层的参数有不同表现形式。在用户层中，针对音、视频信息的采集和传输，QoS参数表现为采样率和每秒帧数；在网络层中，QoS表现为传输位率、传输延迟等表示传输质量的参数。多媒体网络的QoS同时还强调多媒体的时间关系，即同步性。,43,描述QoS时，应主要考虑网络资源的共享性、参数的动态管理和重组等。多媒体信息所包含的含义与时间密切相关，具有时间连续性和实时性的特点，因此要求信息的传输延迟很低。如用户利用视频会议系统进行交谈，就要求能实时地听到对方的语音和看到对方的影像，不能有太长延迟，否则对话很难进行。

33、,44,12.3.5 多方通信 对于大多数多媒体应用来说，通常要求多方同时进行多媒体信息交流。例如视频会议要求参加会议的任何成员可以和其他任何成员通信，具有多对多的特征。对于视频点播这类应用，则要求提供点播的视频服务器可以同时将视频数据发向多个提出要求的用户，具有一对多的特征。而传统的通信网络较多的是基于点对点的或广播式的，显然并不能完全适应多媒体通信的需求。,45,12.4 宽带网络接入技术 12.4.1 宽带接入网的概念 作为一般网络用户，是通过网络接入技术连接到Internet上的。自然人们最关心的就是它的接入技术。近年来，Internet以惊人的速度发展，网络用户不断增加，但现有的用户

34、网所能提供的用户接入速率太低，难以满足Internet飞速发展的需要，这为宽带网络的发展提供了一个机遇。在通信网、计算机网和有线电视网“三网合一”大趋势下，网络通信对带宽的要求越来越高，接入技术宽带化已成为发展的必然，适应需要的宽带接入技术将是发展的主流。,46,国际电联标准部(ITUT)根据近年来电信网的发展演变趋势，提出了接入网(Access Network)的概念。从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网(CPN)两部分，其中CPN属用户所有。因而，通常意义的电信网指的是公用电信网部分。公用电信网又可以划分为长途网、中继网和接入网3部分。长途网和中继网合称为核心网。相对于

35、核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务，接入网由业务节点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间一系列传送设备组成。接入网的引入给通信网带来新的变革，使整个通信网络结构发生了根本的变化。,47,经过对基础设施的不断改造和重新建设，我国的通信网络已实现了从模拟到数字，从铜缆到光纤的转变。其技术可以分为Modem接入，ISDN接入、DDN接入、ADSL接入、Cable MODEM接入、无线接入、光纤接入、电力线接入。属于宽带有线接入网技术包括：基于双绞线的ADSL技术、基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术、快速以太网接入技术以及光纤接

36、入技术。,48,12.4.2 ADSL技术 数字用户环路DSL(Digital Subscriber Line)是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，它包括高速数字用户线HDSL、高速不对称数字用户线VDSL和不对称数字用户线ADSL等，一般称之为xDSL技术。其中“x”代表各种数字用户线技术，它们主要的区别体现在信号传输速度和有效距离的不同以及上行速率和下行速率对称性不同这两个方面。ADSL是目前众多DSL技术中较为成熟的一种，其优点是带宽较大、连接简单、投资较小，因此发展很快。,49,ADSL是一种能通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，目前极具发展前景。ADSL具有传输速率高、频带宽、

37、性能优、安装方便、不需交纳电话费等特点，成为继Modem、ISDN(综合业务数字网)之后的又一种全新的、更快捷、更高效的接入方式。由于市话铜线现在已与所有Internet用户相连接，随着ADSL技术发展成熟，它将成为Internet用户的首选方案之一。,50,ADSL使用普通电话线作为传输介质，能够向终端用户提供8Mb/s的下行传输速率和1Mb/s的上行速率，比起普通拨号Modem最高56K速率以及N-ISDN(窄带-ISDN)128K速率，ADSL速率优势不言而喻。与普通拨号Modem或ISDN比，ADSL能在同一线上分别传送数据和语音信号，具体工作流程是：经ADSL Modem编码后的信号

38、通过电话线传到电话局后再通过一个信号识别/分离器，如果是语音信号就传到交换机上，如果是数字信号就接入Internet。数字信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机负载，并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式，这意味着使用ADSL上网并不需要缴付另外的话费。,51,12.4.3 Cable Modem技术 有线电视节目传输所占用带宽一般在42550MHz 范围，但仍有很多的频带资源没得到有效利用，此外大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络，使原有的550MHz CATV网扩展为750MHz的HFC双向CATV网，其中便有200MHz的带宽可用于数据传输，接入国际互联网。,52,为实

39、现Internet接入，有线电视公司一般从42MHz750MHz之间电视频道中分离出一条6MHz的信道用于下行传送数据，通常下行数据采用64QAM(正交调幅)调制方式，最高速率可达27Mb/s，若采用256QAM方式，最高速率可达40Mb/s。 通过Cable Modem系统，用户可在有线电视网络内实现国际互联网访问、IP电话、视频会议、视频点播、远程教育、网络游戏等功能。此外，电缆调制解调器也没有ADSL技术的严格距离限制。采用Cable Modem在有线电视网上建立数据平台，已成为有线电视业发展的必然趋势。,53,Cable Modem与以往的调制解调器在原理上都是将数据进行调制后变成模拟

40、信号在电缆的一个频率范围内传输，接收时进行解调，将模拟信号转换为数字信号，输入计算机，其传输机理与普通调制解调器相同。但Cable Modem本身不单纯是调制解调器，它一般有两个接口，一个用来接有线电视端口，另一个与计算机相联，它集调制解调器、调谐器、加密解密设备、桥接器、网络接口卡、简单网络管理协议（SNMP）代理和以太网集线器的功能于一身，且通过HFC网的某个传输频带进行调制解调。普通调制解调器的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通信介质。Cable Modem则属于共享介质系统，其他空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。,54,12.4.4 以太网接入技术 在已经有的电话网和

41、有线电视HFC网的基础上发展的宽带接入网，如ADSL和HFC电缆调制解调器等，可以满足宽带接入网的近期要求，但不能扩展满足今后更高的速率要求。人们开始将注意力转向速率扩展能力强，价格又便宜的以太网接入网（宽带LAN接入）。 以太网是在20世纪80年代发展的一种局域网技术，其带宽为10Mb/s，最初是共享媒体型，采用CSMA/CD访问控制协议,这就限制了其使用效率和传输距离。20世纪90年代发展了交换型以太网，解决了上述问题，并先后推出了快速以太网（100Mb/s）和千兆位以太网(1000Mb/s)。以太网由于具有使用简单方便、价格低、速度高等优点，很快成为局域网的主流。随着因特网的快速发展，以

42、太网被大量使用，目前全世界有6亿个以太网端口。随着千兆位以太网的成熟和万兆以太网(10Gb/s)的出现，以及低成本在光纤上直接架构千兆位和万兆位网技术的成熟，以太网开始进入城域网和广域网领域。,55,如果接入网也采用以太网将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构。采用与IP一致的统一的以太网帧结构，各网之间无缝连接，中间不需要任何格式转换。这将可提高运行效率、方便管理、降低成本。 宽带以太网接入技术具有强大的网管功能。与其他接入网技术一样，能进行配置管理、性能管理、故障管理和安全管理；还可以向计费系统提供丰富的计费信息，使计费系统能够按信息量、按连接时长或包月制等计费方式。 1

43、2.4.5 无线接入技术 伴随着互联网的蓬勃发展和人们对宽带需求的不断增多，原来羁绊人们手脚单一、烦人的电缆和网线接入已经无法满足人们对接入方式的需要。这时，因势而起的另一种联网方式悄然走入了人们视线，这就是无线接入技术。借助无线接入技术，无论在何时、何地，人们都可以轻松地接入互联网。,56,无线接入是指从交换节点到用户终端部分或全部采用无线手段接入。无线接入技术分为移动接入和固定接入两类。移动无线接入网包括蜂窝区移动电话网、无线寻呼网、无绳电话网、集群电话网、卫星全球移动通信网直至个人通信网等, 是当今通信业中最活跃领域之一。 GSM接入技术 GSM（Group Special Mobile

44、，移动通信特别小组）是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术。GSM是目前全球最成熟的数字移动通讯标准，它具有模拟移动电话系统无可比拟的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。 GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 基站子系统(简称基站BS)由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成(如图12-4)。,57,LSC 市话本地交换局 MSC 移动交换局 TSC 长途交换局 BSC 基站控制器 BTS 基站 A：甲地移动电话用户 B：乙地移动电话用户 C：甲地固定电话用户 D：乙地固定

45、电话用户 图12-4 GSM数字蜂窝通信系统结构,58,GSM采用窄带TDMA“时分多址分组”技术，允许在一个射频(即”蜂窝”)同时进行组通话。GSM数字网具有较强的保密和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强等优点。我国于20世纪90年代初引进此技术标准，此前采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术。目前，中国移动、中国联通的GSM网已成为世界最大的移动通信网络。,59,CDMA接入技术 码分多址分组数据传输技术CDMA(code division multiple access) ，称为第2.5代移动通信技术。CDMA与GSM一样，也是一种较成熟的无

46、线通信技术。与使用时分复用技术的GSM不同，CDMA不给每个通话者分配一个确定的频率，而是让每个频道使用所能提供的全部频谱。因此，CDMA数字网具有高效的频带利用率和更大的网络容量、简化的网络规程、通话质量高、保密性及信号覆盖好，不易掉线等优势。另外，CDMA系统采用编码技术，其编码有4.4亿种数字排列，每部手机的编码还随时变化，这使得盗码只能成为理论上的可能。,60,固定无线宽带（LMDS）接入技术 本地多点分配业务LMDS(Local Multipoint Distribution Services)是一种微波的宽带技术，由于工作在较高的频段(24GHz39GHz)，因此可提供很宽的带宽(

47、达1GHz以上)。LMDS可在较近距离实现双向传输话音、数据图像、视频、会议电视等宽带业务，并支持ATM、TCP/IP和MPEG2等标准。LMDS采用一种类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区，每个服务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。每个服务区覆盖范围为几公里至十几公里，并可相互重叠。,61,由于LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点，可提供多种宽带交互式数据及多媒体业务，克服传统的本地环路的瓶颈，满足用户对高速数据和图像通信日益增长的需求，因此是解决通信网接入问题的利器。,62,卫星接入技术 DBS技术也叫数字直播卫星接入技术，该技术利

48、用位于地球同步轨道的通信卫星将高速广播数据送到用户的接收天线，一般也称为高轨卫星通信。其特点是通信距离远，费用与距离无关，覆盖面积大且不受地理条件限制，频带宽，容量大，适于多业务传输，可为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务等。在DBS系统中，大量的数据通过频分或时分等调制后利用卫星主站的高速上行通道和卫星转发器进行广播，用户通过卫星天线和卫星接收Modem接收数据。,63,蓝牙技术 蓝牙 (Bluetooth)，实际上是一种实现多种设备之间无线连接的协议。通过这种协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑、相关外设和家庭Hub等包括家庭射频设备之间进行信息交换。蓝

49、牙应用于手机与计算机的相连，可节省手机费用，实现数据共享、因特网接入、无线免提、同步资料、影像传递等。,64,12.4.6 光纤接入技术 光纤接入网是使用光纤作为主要的传输介质的网络系统。在交换局一侧，要把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。在用户侧，要使用光网络单元（ONU）将光信号转换成电信号再传送到用户终端（如图12-5）。,图12-5 光纤接入网示意图,65,光纤接入网依主干系统和配线系统的交界点-光网络单元（ONU）的位置可划分为：光纤到路边（FTTC）、光纤到小区（FTTZ）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到家庭（FTTH）等几类，从运营角度看，目前常用到的是FTTC、FTTB和F

50、TTH三类。,66,FTTC光纤接入网主要为住宅用户提供服务，将ONU放置在路边，每个ONU一般可为几栋楼或十几栋楼的用户提供宽带服务，从ONU出来用同轴电缆提供电视服务，用双绞线提供电话服务；FTTB光纤接入网主要为大中型企事业单位及商业用户服务，将ONU放置在大楼内，以每栋楼为单位，提供高速数据通信、远程教育、远程医疗、电子商务等宽带业务；FTTH光纤接入网主要为家庭用户提供服务，将ONU放置在用户家中，由用户专用，为家庭提供多种宽带业务，如：电子邮件、视频点播（VOD）、公共图书馆、可视电话、股票实时操作、居家购物等。,67,目前，光纤接入网几乎都采用无源光网络(PON)结构，它主要使用

51、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDM）、光功率分高等复用技术。,68,12.5 多媒体网络技术的应用 多媒体网络技术应用领域很广,主要包括信息检索、远程教育、异地医疗诊治、娱乐、办公室自动化等。 信息检索是最简单的多媒体网络应用，这实际上是以文件为单位进行数据传输和共享，即将多媒体数据以文件的形式存储在多媒体文件服务器中，网络用户通过网络进行数据共享。这种应用要求的带宽较低。,69,多媒体网络能够实现真实、交互的远程教学，教师和学生不仅可“面对面”交谈，而且还能通过网络即时交换和共享教学信息，所以这种远程教学不仅具备面对面教学的交互、灵活、反应快等优点，

52、而且教师和学生能方便地共享信息，教师能简单地将教学内容以文字、图像、视频或文件的形式传输给学生，并能即时查阅、批改所有学生通过网络所提交的作业，这可从根本上改变现有的教育方式。,70,通过多媒体网络，医生、专家可真实地观察、诊断万里之外的病人，给出医疗处方或指导当地医生进行手术，实现异地医疗。这将大大减轻病人痛苦、使病人得到及时治疗，甚至能及时抢救病危的病人，同时也大大降低了医疗费用，发挥出大医院专家或名医的医疗水准，充分共享人类智慧。,71,娱乐是多媒体技术的重要应用领域。多媒体网络实现的交互电视VOD(Video-on-Demand)改变了传统电视由电视台单向控制的播放方式，用户可以选择播

53、放的节目甚至与电视台共同参与节目制作和播放;多媒体网络的宽带特征，使其可传输HDTV信息，网络用户可以享受高质量的电视影像；视频重放可以实现网络电影数据库，及在网络服务器上存储电影的数字视频信息。用户通过网络检索、选择需要的电影，并在自己的多媒体终端上重放电影的数字视频信息；多媒体网络中的两个或多个用户可参与进行声、视频同步的大型真实多媒体对抗游戏，其感觉比与计算机对抗要有趣得多。,72,视频会议系统(Video Conferencing System)是多媒体网络的重要应用，不同地点的人员， 可以通过显示器或电视屏幕来传达文件、进行讨论、协调工作、共享信息等。人们无需关心地理位置上的差异，只

54、需把自己的方案、档案资料准备好，就可以随时交与“与会”各方，“面对面”地讨论问题。 多媒体网络可以提高办公室自动化的质量和效率，除视频会议系统外，文件会议和白板应用是通过多媒体网络实现办公室自动化的主要方式。身处不同地理位置的双方可以共享、共同修改、存储、显示数据，并能存储成文件永久保存。文件会议和白板应用可以集语音、传真、文件、图像、视频于一体，可以直接将传真文字识别成文件保存，实现无纸办公。,73,Internet的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒体业务正变得日益流行。流媒体服务包括：视频点播（VOD）、音频点播（AOD）、多媒体信息点播（MOD）、信息传送、视频会

55、议及IP电话等。流媒体技术广泛用于互联网多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务的方方面面。例如，电视台采用RealNetworks公司的流媒体技术实现了视听在线、校园新闻直播系统；Oracle公司的OVS系统（支持机顶盒）实现视频点播。 流媒体技术在远程教育上的应用，如采用Cisco公司的IP/TV系统实现远程教育。,74,12.6 超文本与超媒体技术 在当今信息社会，信息以爆炸的方式不断增加，而且种类不断增长，除了文本、数字之外，图形、图像、视频、音频等多媒体信息已在信息处理领域占有越来越大的比重，如何对多媒体化的

56、海量信息进行存储和检索，以及像人类思维那样通过“联想”来明确不同信息块之间的连接关系和相似性，已成为重要课题。超文本超媒体技术的出现，为我们实现多媒体信息综合有效的管理带来了希望，尤其在Internet网飞速发展的今天，超文本/超媒体技术成为Internet网上信息检索的核心技术。,75,12.6.1超文本与超媒体的基本概念 科学研究表明，人类记忆是一种联想的记忆，它构成了人类记忆的网络结构。人类记忆这种联想结构不同于文本结构，文本最显著的特点是它在组织上是线性和顺序的。线性结构体现在阅读文本时只能按照固定的线性顺序先读第1页，然后读第2页，这样一页页读下去。但人类记忆具有的网状结构就可能有多

57、种路径，不同的联想检索必然导致不同的路径。网状信息结构用文本是无法管理的，必须采用一种比文本更高一次层的信息管理技术，即超文本(Hypertext)。 超文本可简单地定义为收集、存储和浏览离散信息，以及建立和表示信息之间关系的技术。超文本是针对传统的线性文本(text)而言的。计算机中传统的信息管理是一种线性和顺序的组织结构，在存储和检索信息时，表现出来的是一种固定的顺序结构，对大型的信息系统而言，检索信息的效率十分低下，信息定位困难。超文本追求的是克服了线性文本缺点的信息管理模式。,76,超文本结构可以按人脑的联想思维方式把相关信息联系在一起，通过信息块中的“热字”、“热区”等定义的链来打开

58、另一些相关的媒体信息，供用户浏览。超文本采用非线性的网状结构组织信息，没有固定的顺序，也不要求读者必须按照某种顺序来阅读。允许用户在阅读时随时对有关图形、图像或事物的内容进行阅读。超文本提供的灵活直观的人机交互方法，为开拓新的应用领域提供了先进的途径和手段。 由于超文本节点与链接的形式很容易推广到多媒体的形式，所以它自然成了支持多媒体信息管理的技术。同时多媒体信息的引入在某种程度上又为超文本带来了不同凡响的效果。超文本如果能支持基于时间变化的信息，如图形、图像、视频、音频等多媒体信息，则称为超媒体。超文本和超媒体只是研究对象不同，所以一般并不区别它们。在WWW上引入超媒体技术，实现了语音和图像

59、的实时获取，为我们展现了丰富多彩的世界。,77,12.6.2 超文本超媒体组成要素 超文本超媒体是由相对独立的节点信息和表达它们之间关系的链所组成的信息网络，所以节点、链和网络是超文本的三要素。 节点 节点是超文本超媒体表达信息的基本单位，是描述某个特殊主题的数据集合。节点中可定义链与其他节点相连接。实际上，超文本超媒体网络是由具有复杂的链接结构的节点所组成的。节点内容可是文本、图形、图像、视频、音频、计算机程序等，也可是它们的组合形式。文本本身可是一个文献或被定义成一个由节点表现的对象，一般链源是文本节点中的字词，称为热字。图形或图像也可以组成节点，在图像上建链，链源是图像上的某一敏感区，称之为热区；视频节点的一个特性是时间连续性，节点的链源与时间有关，即视频的某几帧，称为热点。音频节点也是基于时间的媒体。,78,链 链用来连接相关的节点，也是组成超文本超媒体的基本单位，是超文本超媒体的灵魂。链形式上是从一个节点指向另一个节点的指针，本质上表示不同节点间存在着信息联系。在超文本超媒体系统中，定义的各节点可用链连接起来，链的功能强弱，直接影响节点信息的表现力，也影响网络的结构。 链的一般结构分为：链源、链宿及链的属性。链源可以是热字、热区、热点、媒体对象或节点本身；链宿是链的目的，