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1.4.1 通信网络基础

视频信息的传输必须借助于现有的通信网进行,不可能为视频信息重新建立一个专门的通信网络。因此,要了解视频的网络传输,必须对现有的通信网络的相关内容有所了解。

1.网络拓扑和信息交换

1)网络的拓扑结构

简单地说,多用户互连的通信体系称为通信网。通信网按其业务不同可分为电话通信网、计算机通信网、数据通信网及广播电视网等;按其通信范围的不同可分为局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)等;按其传输介质不同可分为微波通信网、光纤通信网、同轴电缆通信网和无线通信网等。但是在讨论通信网络结构时,往往注重网络中最本质的连接,按通信网络链路的拓扑形状来分类,如网状网、星形网、树状网、环形网和总线网等。在实际应用中,常常将多种网络拓扑结构混合使用,产生结构复杂的通信网络。

2)信息的交换方式

以何种方式实现信息交换,是现代通信系统的核心技术之一。它们的基本任务就是提供信息流动的通路,完成用户信息、控制信息的交互。目前,通信网应用的主要交换方式有两种:电路交换和分组交换。

(1)电路交换。在电路交换中,需要为一对用户在通信过程中建立一条专用的传输通路,并在整个通信过程中一直维持不变。

电路交换包括空分交换和时分交换两种方式。空分交换比较简单,不同的通信信道占用不同空间的电路。而在时分交换系统中,多路信息是以时分的方式进行复用的,也称为时分复用(TDM),它把一条线路按时间划分为若干相等的片段,每个片段称为时隙(TS)。相继的 n 个时隙组成一帧,一帧的 n 个时隙可分配给 n 个用户。尽管只有一条线路,但这条线路通过时间分割,可供 n 个用户同时使用。

电路交换效率较低,信道在连接期间是专用的,即使没有信息发送,别人也不能利用。这种交换方式双方通信的时延很小,能为对端通信的用户提供可靠的带宽保证,适用于图像、语音、高速数据等实时通信场合。以往的电信网大多采用电路交换方式。

(2)分组交换。分组交换也称“包交换”,它把要传送的数据分解成若干个较短的信息单位——分组或信息包,对每个分组附加上地址信息、传输控制信息、校验信息及表示各分组头尾的标志信息。先把这些要传送的分组或信息包存储起来,然后等到线路空闲时再发送出去,传至接收端。显然,它是一种非实时的交换方式。在通信线路中,数据分组作为一个整体进行交换。在传输时,各个分组可以断续地传送,也可以经不同的途径送到目的地,到达目的地的顺序也不一定和原来一样。分组达到目的地后,再把它们按原来的顺序装配起来。

分组交换主要有两个优点:一是多用户可以同时共享线路(统计时分复用),提高了线路利用率,降低通信费用;二是能自适应地为各个信息包选择路由。

由于分组交换的上述优越性,数据网、计算机网大多采用分组交换的方式。不仅如此,一贯采用电路交换方式的电话等业务现在也在向分组交换的方式发展,这已成为通信发展的一大趋势。

2.传输媒介

在通信中,目前最常用的信息传输媒介有以下几种:双绞线传输(电话线)、微波传输、卫星传输、同轴电缆传输、无线传输、光纤传输等。

1)普通导线传输

用普通的铜芯导线作为信息传输媒介(如电话网)的应用广泛,历史悠久。在铜导线类媒介中,有两种最常见的类型。一类是平行双导线,彼此是相互绝缘的,它们对自由空间是开放的;另一类是双绞线(Twisted Pair,TP)传输,即把两根导线紧紧地绞合在一起,外部干扰源对双绞线产生的干扰被两根线同时接收,结果使产生的感应信号有一部分被抵消而大为减弱,因而双绞线比平行双导线的抗干扰能力强。同样,双绞线对外界的干扰也比平行双导线小。为了节省成本,大部分的双绞线是不加屏蔽的,如在计算机联网中应用十分广泛的非屏蔽双绞线(Unshielded TP,UTP)。有的双绞线外部还加上了屏蔽层,可进一步减少外来信号的干扰。

2)微波传输

在微波传输中,采用波长在5~20cm数量级的微波波段进行通信,只在视距范围内直线传播。如果要进行长距离的传输,必须采用接力传送的方式,将信号多次转发,这就是微波中继。相邻两微波站之间的距离一般为50km左右。

微波传输还可以用作短距离无线通信,如本地多点分配服务(Loacal Multipout Distribute Service,LMDS)技术,工作在24~38GHz频段,带宽从数百MHz到1GHz,可实现高容量点对点微波传输,提供高速媒体数据的综合接入服务。

3)卫星传输

卫星传输算是一种特殊的微波传输,主要是利用同步卫星作为中继站。在数字传输时,常采用多相相位键控和正交调幅的调制方式。载波频段常选4/6GHz、12/14GHz等,其带宽约为500MHz。同步卫星距地面大约40,000km,使用地球覆盖天线时(夹角为17.3°)可覆盖地球上1/3的区域,因此用三颗同步卫星就可以实现全球通信。

4)同轴电缆和HFC传输

在长距离传输中,以光纤传输为主。在短距离传输中,可以采用光纤和同轴电缆混合系统(Hybrid Fiber Coax,HFC)来满足用户对宽带视频传输的需求。HFC系统的主干线用光纤传输,用户线则利用现有的CATV同轴电缆。HFC成本较低、实施比较容易,既保留原有的电视传输,还可以提供综合宽带业务,如Internet、电话、数据、数字视频和VOD等。

5)无线传输

利用有线方式组网传输往往会因地理环境或流动性等原因不容易实现。此时采用无线传输便可以有效地克服这些不足,实现无线数据通信的组网,如中波、短波、超短波通信网,微波中继通信网等。目前,无线数据网有以地面区域及蜂窝服务设计的网,也有以微小区设计的局域或广域计算机网。

移动通信是最大的无线传输网络,现处在2G、3G并存的阶段。尽管3G还在普及阶段,但第4代移动通信(4G)已经开始应用,对第5代移动通信的研究、开发和实验也已开始。

6)光纤传输

与无线电波相似,光在本质上也是一种电磁波,只是它的波长比普通的电磁波波长短得多(300μm~6nm)。在光纤传输系统中,传输媒体就是光导纤维(Optical Fiber),简称光纤,它由纤芯和包层两部分组成。由于纤芯和包层的折射率不同,纤芯的折射率大于包层的折射率,于是光波就沿着纤芯传播。光纤传输的优点是速率高、距离远、抗干扰能力强。速率高是由于光频率很高,以波长为1.3mm的光纤为例,传输速率可达200 Gb/s,因此频带很宽;传输距离远是因为光在光纤中传输的衰减小,一般光纤的无中继传输距离比同轴电缆要长3倍以上;抗干扰能力强是因为光纤是非金属光导纤维,不会产生电磁感应,能在强电磁干扰环境中很好地工作。

3.网络的服务质量

表征通信网络性能的重要参数之一就是通信服务质量QoS,它也是网络传输效果的主要表示参数,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、网络传输的稳定性、可用性、可靠性、传输延迟、传输码率、出错率、传输失败率和安全性等。传输码率只是其中的主要参数之一,不同的系统强调的参数往往不同,而且QoS参数的设置一般采用分层方式,不同层的参数有不同的表现形式。例如,用户层中,针对音频、视频信息的采集和重显,QoS参数表现为采样率和每秒帧数。在网络层中,QoS表现为传输码率、传输延迟等表示传输质量的参数。描述网络管理的QoS时,应主要考虑网络资源的共享、参数的动态管理和重组等。 n2tK7o+4QAC5x1eFkNqmQJyGYBDfVjI7KxWBrgmfFqHIkZTgshlnoVz5S1pv0eQx

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