1、第5章 多媒体通信网络技术内容5.1 多媒体通信对传输网络的要求5.2 多媒体通信的服务质量5.3 现有网络对多媒体通信的支持5.4 多媒体通信用户接入5.1.1 多媒体信息的特点 由于多媒体信息具有和单个媒体信息不同的特性，所以其对网络的要求也与单个媒体信息不同。多媒体信息的特点主要有：1.类型多类型多 多媒体信息有多种形式，而同一种信息类型在速率、时延以及误码等方面也可能有不同的要求，比如，同样是声音信息，不同的人的声音可能有很大不同。因而，多媒体通信系统必须采用多种形式的编码器、多种传输媒体接口以及多种显示方式，并能和多种存储媒体进行信息交换。2.数据量大数据量大 多媒体信息包含了音频、
2、视频、文本等数据，数据量非常大，尤其是图像和视频等，尽管在传输和存储之前进行了压缩，但是在达到用户认可的图像质量情况下，其数据量还是非常巨大的。例如，经MPEG-2标准压缩后的一段2小时左右的视频在平均码率为3Mb/s时，需要约3GB的存储量。3.连续性和突发性连续性和突发性 多媒体通信系统中，各种媒体信息数据具有不同的特征。一般来说，数据信息的传输是突发的、离散的、非实时的，而活动图像的传输速率高，是突发的、连续的、实时的，语音信号数据率低，是非突发的、实时的。4.数据速率可变数据速率可变 多种传输信息要求具有多种传输速率，例如，低速数据的码率仅每秒几百比特，而活动图像的传输码率高达每秒几十
3、兆比特。因此，多媒体通信系统必须提供可变的传输速率。5.时延可变时延可变 压缩后的语音信号处理时延较少，而压缩后的图像信号处理时延较大，由此产生变化的时延也是在使用网络传输多媒体信息是需要考虑的问题。6.同步性同步性 在多媒体数据之间存在着时空约束关系，这种关系与人们对多媒体信息的理解密切相关，所以，如果在传输过程中破坏了这种约束关系，则会妨碍对多媒体数据内容的理解。因此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。综合以上特点，多媒体信息的传输对网络提出了较高的要求，如高带宽、低延迟、支持QoS等。5.1.2多媒体传输网络的性能指标 多媒体通信对网络环境要求较高，这
4、些要求必然涉及一些关键性的网络性能参数，它们是网络的吞吐量、差错率、传输延时及延时抖动等。1.吞吐量吞吐量 网络吞吐量（Throughout）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。多媒体通信对网络的吞吐需求具体有以下三个方面：传输带宽的要求。由于多媒体传输由大量突变数据组成，并且常包括实时音频和视频信息，所以对于传送多媒体信息的网络来讲，它必须有充足可用的传输带宽来完成多媒体信息的传送。当网络提供的传输带宽不足时，就会产生网络拥塞，
5、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；存储带宽的要求。在吞吐量大的网络中，接收端系统必须保证有足够的缓冲空间来接收不断送来的多媒体信息。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。另外，缓冲区的数据输入速率也必须足够大，以便容纳从网络不断传来的数据流。这种数据输入速率有时被看作缓冲区存储带宽；流量的要求。多媒体通信网络必须能够处理一些诸如视频、音频信息之类的冗长信息流，简要来讲，就是网络必须有足够的吞吐能力来确保大带宽信道在延长的时间段内的有效性。例如，如果用户要发送流量为50Gbit的信息流，而网络只提供给用户1.5Mb/s的吞吐能力及6s的时间片
6、是肯定不够的。但是如果网络允许用户持续不断地使用这个1.5Mb/s的信道，则这个流量要求就能够得以满足，如果网络在任何时刻都存在许多数据流，那么该网络的有效吞吐能力就必须大于或等于所有这些数据流的比特率的总和。持续的、大数据量的传输是多媒体信息传输的一个特点。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。对于运动图像而言，人们能感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。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5个等级，如表5-1所示：等级名 称分辨率帧率（帧/s）量化比特数总数据率压缩后数据率1高清晰度电视质量192010806024
7、3Gb/s2040Mb/s（MPEG-2压缩）2演播室数字电视质量7205762516166 Mb/s68Mb/s（MPEG-2压缩）3广播电视质量72057636Mb/s（MPEG-2压缩）4录像机质量3602881.4Mb/s（MPEG-1压缩）5会议电视质量35228810帧/s以上128384kb/s（H.261压缩）声音是另一种对带宽要求较高的媒体，可以将音频的服务质量分为4个等级，如表5-2所示：等级名 称带宽取样频率量化比特数总数据率压缩后数据率1电话质量话音300Hz3400Hz8kHz864kb/s32kb/s、16kb/s甚至4kb/s2高质量话音50Hz7kHz37.8k
8、Hz164864kb/s3CD质量的音乐20kHz以内44.lkHz16每声道的数据率为705.6kb/s192kb/s或128kb/s（MPEG-1压缩）45.1声道立体环绕声36028848kHz22320kb/s（AC-3压缩）2.传输延时 网络的传输延时（Transmission Delay）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。它包括信号在物理介质中的传播延时（延时的大小与具体的物理介质有关）和数据在网中的处理延时（如复用/解复用时间、在节点中的排队等）。另一个经常用到的参数是端到端的延时（end-to-end Delay），它通常指一组数据在信源终端上准备好发
9、送的时刻，到信宿终端接收到这组数据的时刻之间的时间差。它包含三部分：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。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100ms到500ms之间，而在查询等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12s，端到端的延时在100ms到500ms之间，此时通信双方才会有“实时”的感觉。3.延时抖动延时抖动 网络传输延时的变化称为网络的延时抖动（Delay Jitter），即不同数据包
10、延时之间的差别。度量延时抖动的方法有多种，其中一种是用在一段时间内（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：n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。这些因素所引起的抖动称为物理抖动，其幅度一般只在微秒量级，甚至于更小。例如，在本地范围之内，ATM工作在155.52Mb/s时，最大的物理延时抖动只有6ns左右（不超过传输一个比特的时间）；n对于电路交换的网络（如N-ISDN），只存在物理抖动。在本地网之内，抖动在毫微秒量级；对于远距离跨越多个传输网络的链路，抖动在微秒的量级；n对于共享传输介质的局域网（如以太网或
11、FDDI等）来说，延时抖动主要来源于介质访问时间的变化。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。n对于广域网（如IP网或帧中继网），延时抖动主要来源于流量控制的等待时间及节点拥塞而产生的排队延时的变化。在有些情况中，后者可长达秒的数量级。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
12、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5-3所示。数据类型或应用延时抖动（ms）CD质量的声音100电话质量的声音400高清晰度电视50广播质量电视100会议质量电视400表5-3 延时抖动要求4.错误率错误率 在传输系统中产生的错误有以下几种度量方式：n误码率（Bit Error Rate，BER）。是指在传输过程中发生误码的码元个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。例如对于光缆传输系统，BER通常在10-1210-9之间；n包错误率（Packet Error Rate，PER）。是指在传输过程中发生错误的包与传输
13、的总包数之比（包错误是指同一个包两次接收、包丢失或包的次序颠倒）；n包丢失率（Packet Loss Rate，PLR）。是指由于包丢失而引起的包错误。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。5.2 多媒体通信的服务质量 服务质量（Quality of Service，QoS）是一种抽象概念，用于说明网络服务的“好坏”程度。由于不同的应用对网络性能的要求不同，对网络所提供的服务质量期望值也不同。这种期望值可以用一种统一的QoS概念来描述。从支持QoS的角度，多媒体网络系统必须提供QoS参数定义和相应的管理机制。用
14、户能够根据应用需要使用QoS参数定义其QoS需求，网络系统要根据系统可用资源（如CPU、缓冲区、I/O带宽以及网络带宽等）容量来确定是否能够满足应用的QoS需求。经过双方协商最终达成一致的QoS参数值应该在数据传输过程中得到基本保证，或者在不能履行所承诺QoS时应能提供必要的指示信息。5.2.1 QoS参数体系结构 在一个分布式多媒体系统中，通常采用层次化的QoS参数体系结构来定义QoS参数，如图5-1所示：应用层QoS传输层网络层数据链路层1.应用层应用层 QoS参数是面向端用户的，应当采用直观、形象的表达方式来描述不同的QoS，供端用户选择。例如，通过播放不同演示质量的音频或视频片断作为可
15、选择的QoS参数，或者将音频或视频的传输速率分成若干等级，每个等级代表不同的QoS参数，并通过可视化方式提供给用户选择。表5-4给出一个应用层QoS分级的示例。表5-4一个视频分级的示例 QoS级视频帧传输速率(帧/秒)分辨率/%主观评价损害程度5253065100很好细微415245064好可察觉36143549一般可忍受2352034较差很难忍受11219差不可忍受2.传输层传输层 传输层协议主要提供端到端的、面向连接的数据传输服务。通常，这种面向连接的服务能够保证数据传输的正确性和顺序性，但以较大的网络带宽和延迟开销为代价。传输层QoS必须由支持QoS的传输层协议提供可选择和定义的QoS
16、参数。传输层QoS参数主要有：吞吐量、端到端延迟、端到端延迟抖动、分组差错率和传输优先级等。3.网络层网络层 网络层协议主要提供路由选择和数据报转发服务。通常，这种服务是无连接的，通过中间点（路由器）的“存储-转发”机制来实现。在数据报转发过程中，路由器将会产生延迟（如排队等待转发）、延迟抖动（选择不同的路由）、分组丢失及差错等。网络层QoS同样也要由支持QoS的网络层协议提供可选择和定义的QoS参数，如吞吐量、延迟、延迟抖动、分组丢失率和差错率等。网络层协议主要是IP协议，其中IPv6可以通过报头中优先级和流标识字段支持QoS。一些连接型网络层协议，如RSVP和ST II等可以较好地支持Qo
17、S，其QoS参数通过保证服务（GS）和被控负载服务（CLS）两个QoS类来定义。它们都要求路由器也必须具有相应的支持能力，为所承诺的QoS保留资源（如带宽、缓冲区等）。4.数据链路层数据链路层 数据链路层协议主要实现对物理介质的访问控制功能，也就是解决如何利用介质传输数据问题，与网络类型密切相关，并不是所有网络都支持QoS，即使支持QoS的网络其支持程度也不尽相同。各种Ethernet都不支持QoS。Token Ring、FDDI和100VG-AnyLAN等是通过介质访问优先级定义QoS参数的。ATM网络能够较充分地支持QoS，它是一种面向连接的网络，在建立虚连接时可以使用一组QoS参数来定义
18、QoS。主要的QoS参数有峰值信元速率、最小信元速率、信元丢失率、信元传输延时、信元延时变化范围等。在QoS参数体系结构中，通信双方的对等层之间表现为一种对等协商关系，双方按所承诺的QoS参数提供相应的服务。同一端的不同层之间表现为一种映射关系，应用的QoS需求自顶向下地映射到各层相对应的QoS参数集，各层协议按其QoS参数提供相对应的服务，共同完成对应用的QoS承诺。5.2.2 QoS的管理 在多媒体通信中，仅在建立连接时说明QoS参数值并且要求它们在整个连接生命期内保持不变是不够的，并且在实际应用中也不易实现。完整的QoS保障机制应包括QoS规范和QoS的管理两大部分。QoS规范表明应用所
19、需要的服务质量，而如何在运行过程中达到所要求的质量，则由QoS的管理机制来完成。系统应提供一种较灵活的机制和界面，允许用户可根据实际情况在连接活跃的时候动态地变更连接的QoS参数值。为了支持QoS协商和动态控制能力，网络基本设施和传输协议内部必须提供必要的支持机制，以实现对链路级带宽的动态变更、对中间节点资源的控制和动态调整。网络对QoS的支持和保证实际上反映了网络中间节点（如路由器、交换机等）的资源分配策略。目前，主要采用为特定媒体流保留资源（如带宽、缓存及排队时间等）的资源分配策略来保证其QoS。QoS的管理分为静态和动态两大类。静态资源管理负责处理流建立和端到端QoS再协商过程，即QoS
20、提供机制。动态资源管理处理媒体传递过程，即QoS控制和管理机制。QoS提供机制 QoS提供机制包括以下内容：nQoS映射。QoS映射完成不同级（如操作系统、传输层和网络）的QoS表示之间的自动转换，即通过映射，各层都将获得适合于本层使用的QoS参数，如将应用层的帧率映射成网络层的比特率等，供协商和再协商之用，以便各层次进行相应的配置和管理；nQoS协商。用户在使用服务之前应该将其特定的QoS要求通知系统，进行必要的协商，以便就用户可接受、系统可支持的QoS参数值达成一致，使这些达成一致的QoS参数值成为用户和系统共同遵守的“合同”；n接纳控制。接纳控制首先判断能否获得所需的资源，这些资源主要包
21、括端系统以及沿途各节点上的处理机时间、缓冲时间和链路的带宽等。若判断成功，则为用户请求预约所需的资源。如果系统不能按用户所申请的QoS接纳用户请求，那么用户可以选择“再协商”较低的QoS；n资源预留与分配。按照用户QoS规范安排合适的端系统、预留和分配网络资源，然后根据QoS映射，在每一个经过的资源模块（例如存储器和交换机等）进行控制，分配端到端的资源。QoS控制机制控制机制 QoS控制机制是指在业务流传送过程中的实时控制机制，主要包括以下内容：n流调度控制机。调度机制是向用户提供并维持所需QoS水平的一种基本手段，流调度是在终端以及网络节点上传送数据的策略；n流成型。流成型基于用户提供的流成
22、型规范来调整流，可以给予确定的吞吐量或与吞吐量有关的统计数值。流成型的好处是允许QoS框架提交足够的端到端资源，并配置流安排以及网络管理业务；n流监管。流监管是指监视观察是否正在维护提供者同意的QoS，同时观察是否坚持用户同意的QoS；n流控制。多媒体数据，特别是连续媒体数据的生成、传送与播放具有比较严格的连续性、实时性和等时性，因此信源应以目的地播放媒体量的速率发送。即使发收双方的速率不能完全吻合，也应该相差甚微。为了提供QoS保证，有效的克服抖动现象的发生，维持播放的连续性、实时性和等时性，通常采用流控制机制，这样做不仅可以建立连续媒体数据流与速率受控传送之间的自然对应关系，使发送方的通信
23、量平稳地进入网络，以便与接收方的处理能力相匹配，而且可以将流控和差错控制机制解耦；n流同步。在多媒体数据传输过程中，QoS控制机制需要保证媒体流之间、媒体流内部的同步。QoS管理机制管理机制 QoS管理机制和QoS控制机制类似，不同之处在于，QoS控制机制一 般是实时的，而QoS管理机制是在一个较长的时间段内进行的。当用户和系统就QoS达成一致之后，用户就开始使用多媒体应用。然而在使用过程中，需要对QoS进行适当的监控和维护，以便确保用户维持QoS水平。QoS维护可通过QoS适配和再协商机制实现，如由于网络负载增加等原因造成QoS恶化，则QoS管理机制可以通过适当地调整端系统和网络中间节点的C
24、PU处理能力、网络带宽、缓冲区等资源的分配与调度算法进行细粒度调节，尽可能恢复QoS，即QoS适配。如果通过QoS适配过程依然无法恢复QoS，QoS管理机制则把有关QoS降级的实际情况通知用户，用户可以重新与系统协商QoS，根据当前实际情况就QoS达成新的共识，即QoS再协商。另外，可以使用QoS过滤，降低QoS要求。过滤可以在收、发终端上进行，也可以在数据流通过时进行。在终端进行过滤的一个例子是，当源端接到QoS失败的指示后，通过丢帧过滤器丢掉MPEG码流中的B帧/P帧，将输出数据流所需的带宽降低。值得指出的是，要在传送层实现QoS过滤，数据打包的方式必须能够反映出数据的特征。5.3 现有网
25、络对多媒体通信的支持现有网络对多媒体通信的支持 根据数据交换方式的不同，可以将现有的网络分成电路交换网络和分组交换网络。电路交换网络是指网络中，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。可见，电路交换网络属于预分配电路资源，即在一次接续中，电路资源就预先分配给一对用户固定使用，而且这两个用户终端之间是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，所以电路交换网络是面向连接的网络。普通公用电话网络网（PSTN）、窄带综合业务
26、网（N-ISDN）、数字数据网（DDN）等都属于电路交换网络。分组交换也称为包交换。在分组交换网络中，信息不是以连续的比特流的方式来传输的，而是将数据流分割成小段，每一段数据加上头和尾，构成一个包，或称为分组（在有的网络中称为帧或信元），一次传送一个包。如果网络中有交换节点的话，节点先将整个包存储下来，然后再转发到适当的路径上，直至到达信宿，这通常称为存储转发机制。分组交换网络的一个重要特点是，多个信源可以将各自的数据包送进同一线路，当其中一个信源停止发送时，该线路的空闲资源（带宽）可以被其他信源所占用，这就提高了网络资源的使用效率。以太网、无线局域网、帧中继和IP网等都属于分组交换的网络。当
27、通过现有通信网络传输多媒体信息时，电路交换网络和分组交换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。其缺点是不支持多播，因为电路交换网络的设计思想是用于点到点通信的。当多媒体应用需要多播功能时，必须在网络中插入特定的设备，称为多点控制单元（Multi-point Control Unit，MCU）。分组交换网络的最大优点是复用的效率高，这对多媒体信息的传输很有利。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。
28、5.3.1电路交换网络电路交换网络1.公共电话交换网公共电话交换网 公共电话交换网(Public Switched Telephone Network，PSTN)是普及率最高、覆盖范围最广的通信网。由于路由固定，延时较低，而且不存在延时抖动问题，因此对保证连续媒体的同步和实时传输是有利的。其主要缺点是信道带宽较窄，而且用户线是模拟的，多媒体信息需要通过调制/解调器（Modem）接入。Modem的速率一般为56kb/s，可以支持低速率的多媒体业务，例如低质量的可视电话和多媒体会议等。近年来得到迅速发展的xDSL技术使用户可以通过普通电话线得到几百kb/s以上的传输速率，基本上可以支持多媒体通信的
29、所有业务，但此时它是作为IP网的一种宽带接入方式，并不在电路交换的模式下工作。2.窄带综合业务数字网窄带综合业务数字网 窄带综合业务数字网（N-ISDN）是以电路交换为基础的网络，因此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144kb/s(2B+D)和基群速率2.048kb/s(30B+D)。由于ISDN实现了端到端的数字连接，从而可以支持包括话音、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上开放中等质量或较高质量的可视电话会议和电视会议已经是相当成熟的技术。3.数字数据网数字数据网 数字数据网（DDN）利用电信数字网的数字
30、通道传输，采用时分复用技术、电路交换的基本原理实现，提供永久或半永久连接的数字信道，传输速率为n64kb/s(n=132)，其传输通道对用户数据完全“透明”。DDN半永久性连接是指DDN提供的信道是非交换型的，用户可提出申请，在网络允许的情况下，由网络管理人员对用户提出的传输速率、传输数据的目的地和传输路由进行修改。DDN的传输媒体有光缆、数据微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。DDN的延时较低而且固定（在10个节点转接条件下最大时延不超过40ms），带宽较宽，适于多媒体信息的实时传输。但是，无论开放点对点、还是点对多点的通信，都需要由网管中心来建立和释放连接，这就限制了它的服务对
31、象必须是大型用户。会议室型的电视会议系统常常使用DDN信道。DDN由数字传输电路和相应的数字交叉连接复用设备组成。数字传输电路主要以光缆传输为主，数据交叉连接复用设备对数字电路进行半固定交叉连接和子速率的复用。它主要由DTE、DSU、NMC几部分组成。nDTE：数据终端设备(用户端设备)，接入DDN网的用户端设备可以是局域网(通过路由器连至对端)，也可以是一般的异步终端或图像设备，传真机、电话机等。DTE和DTE之间是全透明传输。nDSU：数据业务单元。一般可以是调制解调器或基带传输设备以及时分复用、语音数据复用等设备。nNMC：网管中心。可以方便地进行网络结构和业务的配置，实时地监视网络运行
32、情况，进行网络信息、网络节点告警、线路利用情况等收集统计报告。图5-2 DDN网的结构DDN的功能服务及适用范围1.租用专线业务点对点业务：提供2.4Kbps、4.8Kbps、9.6Kbps、19.2Kbps、Nx64Kbps(N=l-31)及2Mbps的全透明传输通道，适用于信息量大、实时性强的数据通信，特别适合金融、保险领域客户的需要。如图5-3所示。多点业务：n广播多点。主机同时向多个远程终端发送信息，适用于金融、证券等集团用户总部与其分支机构的业务网，发布证券行情、外汇牌价等行业信息。n双向多点。多个远程终端通过争用或轮询方式与主机通信，适用于各种会话式、查询式的远程终端与中心主机互连
33、，可应用于集中监视、信用卡验证、金融事务、多点销售、数据库服务、预定系统、行政管理等领域。n多点会议。可以利用任意一点作为广播源组建电视会议系统。图5-3 DDN点对点业务的组网模型2.帧中继业务 用户以一条物理专线接入DDN，可以同时与多个点建立帧中继电路(PVC)。多个网络互连时，实现传输带宽动态分配，可大大减少网络传输时延，避免通信瓶颈，加大网络通信能力，适用于具有突发性质的业务应用，如大中小型交换机的互连、局域网的互连。3.话音传真业务 支持话音传输，提供带信令的模拟连接El，用户可以直接通话或接到自已内部交换机进行通话，也可以连接传真机。适用于需要远程热线通话和话音与数据复用传输的用
34、户。4.虚拟专网功能 用户可通过DDN提供的虚拟专用网VPN(Virtual Private Network)功能，利用公用网的部分资源组成本系统的专用网，在用户端设立网管中心，用户自已管理自已的网络。该业务主要适用于集团客户(如银行、铁路等)。DDN的网络结构按网络的组建、运营、管理和维护的责任地理区域，可分为一级干线网、二级干线网和本地网三级。各级网络根据其网络规模、网络和业务组织的需要，参照DDN节点类型，选用适当类型的节点，组建多功能层次的网络。可由2兆节点组成核心层，主要完成转接功能；由接入节点组成接入层，主要完成各类业务接入；由用户节点组成用户层，完成用户入网接口。一级干线网由设置
35、在各省、自治区和直辖市的节点组成，它提供省间的长途DDN业务。一级干线节点设置在省会城市，根据网络组织和业务量的要求，一级干线网节点可与省内多个城市或地区的节点互联。在一级干线网上，选择有适当位置的节点作为枢纽节点，枢纽节点具有E1数字通道的汇接功能和El公共备用数字通道功能。网络各节点互联时，应遵照下列要求：n枢纽节点之间采用全网状连接；n非枢纽节点应至少保证两个方向与其它节点相连接，并至少与一个枢纽节点连接；n出入口节点之间、出入口节点到所有枢纽节点之间互联；n根据业务需要和电路情况，可在任意两个节点之间连接。二级干线网由设置在省内的节点组成，它提供本省内长途和出入省的DDN业务。根据数字
36、通路、DDN网络规模和业务需要，二级干线网上也可设置枢纽节点。当二级干线网在设置核心层网络时，应设置枢纽节点。本地网是指城市范围内的网络。本地网为其用户提供本地和长途DDN业务。根据网络规模、业务量要求，本地网可以由多层次的网络组成。本地网中的小容量节点可以直接设置在用户的室内。DDN作为数据通信的支撑网络，是为用户提供高速、优质的数据传输通道，为用户网络的互连提供了桥梁作用。如果离开了客户的接入，也就失去了存在的意义。但由于客户是千变万化的，其终端设备或网络设备的接入也存在差异，这里就常用的几种用户接入方式进行说明，不局限于具体的哪种用户终端设备。用户终端可以是一般异步终端、计算机或图像设备
37、，也是电话机、电传机或传真机，它们接入DDN的方式依其接口速率和传输距离而定。一般情况下，用户端设备距DDN的网络设备相距有一定的距离，为了保证数据通信的传输质量，需要借助辅助手段，如调制解调器、用户集中器等，下面就分5个方面来说明，它们分别是：1.通过调制解调器接入DDN 这种接入方式在数据通信领域应用最为广泛，如图5-4所示。在模拟专用网和电话网上开放的数据业务都是采用这种方式。这种方式一般是在客户距DDN的接入点比较远的情况下采用。在这种接入方式里，位于DDN局内的调制解调器从接收信号中提取定时标准，并产生本地调制解调器和用户终端设备所用的定时信号。当模拟线路较长时，由于环路时延的变化，
38、使接入局内的调制解调器的接收输出定时与DDN设备提供的改善定时之间会有较大的相位差，因此需要加入一缓冲存储器来加以补偿。调制解调又器分为基带和频带传输两种。基带传输是一种重要的数据传输方式，其作用是形成适当的波形，使数据信号在带宽受限的传输通道上通过时，不会由于波形迭加而产生码间干扰；频带是利用给定线路中的频带，作为通道进行数据传输，它的应用范围要比基带广泛得多，传输距离也较基带要长。调制解调器根据收、发信号占用电缆芯数的不同，可以分为二线、四线。在要求传输距离长、速率高的情况下，应选择四线。随着科学技术的发展调制解调器不仅能够满足ITU-T V.24、G.703(64kbs)、V.35和X.
39、21建议所能支持的端口速率，而且支持G.703 2048kbs的高速速率。图5-4 通过调制解调器接入DDN2.通过DDN的数据终端设备接入DDN 这种方式是客户直接利用DDN提供的数据终端设备接入DDN，而无需增加单独的调制解调器，如图5-5所示。这种方式的优点有：n在局端无需增加调制解调器而只在客户端放置数据终端设备；nDDN网络管理中心能够对其所属的数据终端设备进行远端系统配置、日常维护管理，使设备本身或所连实线的邦联提高了系统可靠性运行程度。DDN提供的数据终端设备接口标准符合ITU-T V.24，V.35，X.2l建议，接口速率范围在2.4kb/s到128kb/s之间。图5-5 通过
40、数据终端设备接入DDN3.用户集中设备接入 DDN这种方式适合于用户数据接口需要量大或客户已具备用户集中设备的情况。用户集中设备可以是零次群复用设备，也可以是DDN所提供的小型复用器。零次群复用设备是通过子速率复用，将多个2.4kb/s，4.8kb/s，9.6kb/s的数据速率复用成64kb/s的数字流经过一定的手段接入DDN，如图5-6所示。子速率复用格式可以是X.50复用格式，也可以是客户双方自行约定的格式。DDN提供的小型复用器具有比零次群复用设备更为灵活的特点，不仅可以支持2.4kb/s，4.8kb/s，9.6kb/s的数据速率，而且可以支持更高速率，如图5-6所示。在客户需要的情况下
41、也可以提供话音、传真业务，可适用于V.24、V.35、X.2l和音频接口。此外，DDN对其所属的小型复用器具有检测、高度和管理能力。图5-6 通过小型复用器接入DDN4.通过模拟电路接入DDN 这种方式主要适用于电话机、传真机和用户交换机(PBX)经模拟电路传输后接入DDN音频接口的情形。在这里，实现模拟传输的手段可以是市话音频电缆，也可以是无线模拟特高频。5.通过2048kb/s数字电路接入DDN 在DDN中，网络设备都配置了标准的符合ITU-T建议的G.703 2048kb/s数字接口。如果用户设备能提供同样的接口的可以就近接入DDN。在这种接入方式中，业务所需的数字传输电路可以和其他的通
42、信业务(如电话)统一进行建设，如合建PCM电缆系统、传输系统。在线路条件比较差的地区，还可以采用合建数字微波、数字特高频等。5.3.2分组交换网络分组交换网络1.分组交换公众数据网分组交换公众数据网 分组交换公众数据网（Packet Switched Public Data Network，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
43、，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，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。2.帧中继帧中继 分组交换是提供低速分组服务的有效工具，但是由于受到X.25网络体系的限制，它不能很好的提供高速服务，所以帧中继（Frame Relay，FR）就在这样的基础和
44、期望上诞生了，它是在X.25基础上改进的一种快速分组交换技术。为了适应高速交换网的体系结构，帧中继在OSI模型的第二层用简单的方法传送和交换数据单元。帧中继的特点是：n适用于传送数据业务（要求传输速率高，信息传输的突发性大），对各类LAN通信规程的包容性好。n使用的传输链路是逻辑连接，而不是物理连接。n简化了X.25的第三层协议。n在链路层完成统计复用、透明传输和错误监测（不重复传输）功能。n帧中继的用户接入速率在64kbps2Mbps之间，最高可提高到810Mbps，今后将达到45Mbps。n有合理的带宽管理机制。用户除实现预约带宽外，还允许突发数据预定的带宽。n采用面向连接的交换方式，可提
45、供SVC（交换虚电路）业务和PVC（永久虚电路）业务。初期的帧中继只允许建立永久性的虚连接（Permanent Virtual Connection，PVC），而且对带宽和延时抖动没有什么保障，难以支持实时多媒体信息的传输。近年来，一些厂家在帧中继中引入了资源分配机制，以虚电路来仿真电路交换的网络，从而使带宽或延时抖动的限制得到了一定程度的保障。在帧中继中也有可能加入优先级机制，以便给予声音和图像数据流以高优先级，有利于它们的实时传输。还有一些厂家建议将实时数据的压缩和解压缩部件集成到帧中继设备中构成所谓的帧中继交换机。从以上可以看出，帧中继对多媒体信息传输的支持程度主要取决于实现它的具体环境
46、和设备。3.交换多兆比特数据服务交换多兆比特数据服务 交换多兆比特数据服务SMDS（Switched Multimegabit Data Service）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连日益增长的需求，其接入速率可达34Mb/s或45Mb/s，甚至更高。SMDS的比特率、延时和多点广播性能适合大多数多媒体应用。4.ATM网网 在高速分组交换基础上发展起来的异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）是ITU-T为宽带综合业务数字网（B-ISDN）所选择的传输模式。ITU-T曾断言，基于ATM的B-ISDN是网络发展的必然趋势。但20世
47、纪90年代以来，互联网以其业务丰富、使用便利、费用低廉等特点得到了迅猛发展。与此同时，B-ISDN因业务价格高昂等原因未能得到预期的发展。不过ATM作为一种高速包交换和传输技术在构建多业务的宽带传输平台方面仍具有一定的位置。ATM网是面向连接的网络，终端（或网关）通过ATM的虚通道相互连接。ATM虚电路交换既适用于话音业务，又适用于数据业务。ATM继承了电路交换网络中高速交换的优点，信元在硬件中交换。当发送端和接收端之间建立起虚通道以后，沿途的ATM交换机直接按虚通道传输信元，而不必像一般分组网的路由器那样，利用软件寻找每个数据包的目的地址，再寻找路由。同时，它还继承了分组交换网络中利用统计复
48、用提高资源利用率的优点，几个信源可以被结合到一条链路上，网络给该链路分配一定的带宽。与一般的分组交换网络有所不同的是，它有一定的措施防止由于过多的信源复用同一链路或信源送入过多的数据而导致网络的过负荷。ATM的流量控制对用户的QoS要求得到统计性的保障有重要的意义。ATM网具有高吞吐量、低延时和高速交换的能力。它所采用的统计复用能够有效地利用带宽、允许某一数据流瞬时地超过其平均速率，这对于突发度较高的多媒体数据是很有利的。此外，它具有明确定义地服务类型和同时建立多个虚通道的能力，既能满足不同媒体传输的QoS要求，又能有效地利用网络资源。尽管有这些优势，ATM在多媒体通信上也有一些限制。一个值得
49、注意的问题是信元丢失率，一般来说，ATM网的信元丢失在10-1010-8左右，可以在接收端通过时间或空间上的内插重建丢失的数据。此外，ATM的标准支持多播，但ATM全网的多播目前并没有实现，只有某些ATM交换机具有局部的复制信元的功能。5.传统传统IP网网 IP网是指使用一组Internet协议（Internet Protocol）的网络。从传统意义上说，IP网是指人们熟悉的因特网（Internet）。除此之外，IP网还包括其他形式的使用IP协议的网络，例如企业内部网（Intranet）等。Internet以其丰富的网上资源、方便的浏览工具等特点发展成在世界内广泛使用的信息网络。IP网在发展初
50、期并没有考虑在其网络中传输实时多媒体通信业务。它是一个“尽力而为”的、无连接的网络，注重的是传输的效率而非质量，不提供QoS保障。当网络拥塞时，即将过剩的数据包丢弃，因此会发生数据丢失或失序现象，从而影响通信质量。又由于网络中的路由器采用存储-转发机制，会产生传输延时抖动，不利于多媒体信息的实时传输。由于在传统IP网上多媒体传输的带宽和延时抖动等要求都得不到保障，因此在IP网络上开展实时多媒体应用存在一定问题。由于IP网在当今和下一代网络中占用重要的位置，因此从某种意义上可以说，研究和改善多媒体信息在IP网上传输的性能是多媒体通信领域的一个核心问题。分组交换网络协议分组交换网络协议n通信协议是
