第 5 章 多媒体通信用户接入
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.1 引言
5.2 基于 LAN的接入
5.3 基于交互式电视网的接入
5.4 基于电话网的 ADSL接入
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.1 引 言
从支持多媒体通信的角度,广域网技术朝着三网融合的方向
发展 。 所谓三网融合,是指基于分组交换的数据网, 基于电路交
换的电话网以及有线电视网由于业务的需要而相互融合 。 由于三
大网的基础结构不同,各自的应用难以集成 。 随着数据业务量的
发展,大量的话音和视频信息需要在数据网上传输 。 三网融合就
是以宽带 IP网络为基础,从网络基础结构上解决数据, 话音和视频
流的综合传输和资源协调问题,实现各种应用的有机集成,使整个
广域网络具有高度的适应性, 开放性和可伸缩性 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
目前,宽带 IP网络技术已取得重要进展,它是以 ATM,
SONET,SDH和 DWDM等高速网络为基础的,这些网络可以提
供高达 10 Gb/s的传输速率 ; 通过 IP Over ATM,IP Over SONET,
IP Over SDH以及 IP Over DWDM等技术提供基于 IP的集成平台 ;
并且网络还具有多媒体流的融合能力,协调网络资源,保证各种媒
体流有条不紊地传输,通过 IP v6,RSVP和区分服务等协议支持
QoS和特性化服务,以满足应用对网络服务质量的需求 。 这种宽
带 IP网络也是下一代 Internet (Internet 2)的核心技术 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.2 基于 LAN的接入
图 5.1 基于 LAN的接入方式
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3 基于交互式电视网的接入
图 5.2 ITV网构成
第 5 章 多媒体通信用户接入
传输系统通常采用光纤电缆混合 (Hybrid Fiber /Coax,HFC)
介质,光纤作为主干线,宽带同轴电缆作为入户线,整个网络带宽
上限为 860～ 1000 MHz,并且通过多路复用技术将网络信道分成
模拟信道和数字信道以及上行信道和下行信道,可以同时传输不
同的媒体信息和交互信息 。 从前端到用户端沿途各个放大器必须
是双向的,能够对上行和下行信道的信号同时进行放大,这也是将
单向 CATV网改造成双向 ITV网的关键点之一 。 HFC的频谱分配
如下, 5～ 500 MHz用于普通电话业务 ; 500～ 550 MHz用于 CATV,
可传输 6～ 100路 PAL制式模拟视频信号 ; 550～ 750 MHz为 400路压
缩的数字通道 ; 750～ 1000 MHz保留,将来作为个人通信使用 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
用户终端主要有电缆调制解调器 (Cable Modem)和机顶盒 (Set
Top Box),分别适用于不同的应用场合,以满足不同的用户需求 。
电缆调制解调器主要用于将计算机接入 ITV网,它的一端与电视终
端盒连接,而另一端则与计算机连接,可为计算机用户提供上行 10
Mb/s和下行 10 Mb/s的网络带宽 。 机顶盒提供了模拟视频接口,
数字视频接口, 电话接口, 计算机接口等多种接口,可以用于连
接不同的终端设备,既要保证现有的模拟电视机能够正常地收看
电视节目,又为其它终端设备接入 ITV网提供了双向信道,根据不
同的接口,其传输速率是不同的 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1 ITV网络协议
5.3.1.1 网络拓扑结构
图 5.3 IEEE 802.14网络结构
第 5 章 多媒体通信用户接入
·主干线采用光纤 /同轴电缆 ;
·馈线采用同轴电缆 ;
·入户线采用同轴电缆 ;
·从前端到最远用户端的长度为 80 km;
·级联放大器的最大数量为 4～ 10;
·每条光纤可连接的最大用户数量为 500～ 3000。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1.2 物理层协议
·根据实际的有线电视网的频率范围制定 ITV网络的频段分
配方案 。 例如,在北美地区,使用 50～ 550 MHz的频带传输 NTSC
制式的模拟电视信号,下行信道频带为 550～ 750 MHz,其中包括
数字视频广播 。 上行信道采用较低的传输速率和较窄的频带,以
降低误码率 ;
·每个子网可使用单独的光纤作为上行信道,并独占整个上行
信道带宽,也可以是几个子网共同使用一条光纤作为上行信道,并
共享上行信道带宽 ;
·传输距离的长短将会对网络性能, 光纤和同轴电缆的分布,
有源器件的数量以及有源器件所带来的噪声等方面因素产生影响 ;
第 5 章 多媒体通信用户接入
·由于 ITV是建立在现有的 CATV系统基础上的,因此 ITV必须
与现有 CATV系统的设计标准相兼容,如频道空间, 系统性能等 ;
·用户终端的优劣将直接影响网络系统的性能,家用电器的噪
声, 元器件的质量, 安装过程以及出错恢复过程等将对物理层
性能产生直接影响 ;
·在开发新的用户终端 (如数字式机顶盒 )时,要考虑其它家用
电器 (如电视机, 录像机等 )将会对物理层造成的影响 ;
·物理层应具有一定的容错功能,包括故障诊断, 传输控制,
差错检验以及故障隔离等 ;
·可以灵活地利用闲置的带宽,以提高传输速率。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1.3 MAC层协议
MAC层协议定义了在共享介质上用户终端传输数据的方法
和规范 。 有线电视网是一种分布式网络环境,具有上行和下行信
道,传输距离长,用户数多,多种业务 (视频, 音频和数据 )并存等
特点,MAC层协议能够充分满足基于有线电视网的用户传输需求,
提供了如下功能特性,
·提供面向连接和无连接两种传输服务 ;
·面向连接的传输服务具有 QoS支持能力,即在建立连接时可
指定该连接所需的带宽, 延迟, 延迟抖动等需求 ;
第 5 章 多媒体通信用户接入
·可以根据不同业务类型动态分配带宽,在同一服务级别上平
均分配带宽 ;
·支持定向, 组播 (Multicast)和广播 (Broadcast)多种传输模式 ;
·可以与 ATM网络实现互连 。
IEEE 802.14定义的 MAC协议叫做 MLAP(Mac Level Access
Protocol),专门用于支持 ITV网络 。 该协议定义了上行和下行信道
的信息格式, 带宽请求与分配机制, 竞争机制和同步机制等 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
1,
MLAP对上行信道采用集中式访问控制策略,它规定由前端
控制器集中规划, 分配和调度上行信道的时间片和带宽 。 前端
控制器采用时分复用机制将上行信道分成若干时间片,这些时
间片又分成专用时间片和竞争时间片两大类 。 专用时间片是动
态分配的,每个用户终端都可以申请自己的专用时间片,在专用
时间片内,用户终端可以不受任何干扰地传输数据 。 竞争时间
片是预先分配,由所有用户终端共享使用,因此可能会发生冲突 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
当一个用户终端需要发送数据时,首先利用竞争时间片向前
端控制器发送带宽请求,要求分配带宽 。 前端控制器将根据当前
接收到的各个用户带宽请求情况来规划上行信道带宽,根据用户
的不同业务类型和 QoS要求动态地分配各个用户终端的专用时
间片 。 然后通过下行信道将有关上行信道时间片分配信息广播
给每个发出请求的用户终端 。 这样,每个用户终端都可获得自
己的专用时间片,并按时间顺序轮流使用专用时间片传输数据,
不会发生任何冲突 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
前端控制器在分配上行信道带宽时,可以按业务等级设置相
应的优先级,并优先分配高优先级业务的带宽 。 在相同优先级情
况下,则公平地分配带宽 。
在数据传输过程中,数据将封装在 MLAP帧中,MLAP帧长度
是可变的,并且在 MLAP帧中还可以封装 ATM信元,以便与 ATM
网络相兼容 。 MLAP通过差错检测和恢复机制来保证数据传输
的正确性 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
2,
由于 MLAP采用由前端控制器对用户终端使用的上行信道实
施集中式控制,因此前端控制器与用户终端之间必须协商和协调
上行信道的使用 。 MLAP以协议原语方式定义了这种协商和协
调控制功能,协议原语分成上行信道原语和下行信道原语两大类,
用户终端向前端控制器发送有关信息使用上行信道原语,前端控
制器向用户终端发送有关信息使用下行信道原语 。 所有协议原
语必须以 8位为边界对齐 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
(1)
·US.REQ,请求原语,用户终端使用该原语向前端控制器请
求专用时间片,该原语在竞争时间片中发送 。
·US.FRAME,数据帧原语,用户终端使用该原语向前端控制
器发送数据帧,数据帧一般使用专用时间片发送,因为用户终端
请求的时间片都是专用时间片 。 此外,用户终端可以使用竞争时
间片发送 US.FRAME,但其中要携带用户的带宽请求 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
(2)
·DS.SYNC,同步原语,前端控制器给出的同步标志,用户终
端使用该同步标志保持与前端控制器的时间同步 。
·DS.ALLOC,分配原语,前端控制器制定的上行信道时间片
分配方案,每个 ALLOC原语对应于一个时间片,规定了该时间片
的时间位置, 由哪些用户来使用以及如何使用等 。
·DS.ACK,应答原语,前端控制器使用该原语对 US.REQ原语
给予应答,指出了该 US.REQ原语使用竞争时间片的状态,其中包
含了说明是否发生冲突的信息 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
·DS.FRAME,数据帧原语,前端控制器使用该原语向用户
终端发送数据帧 。
·DS.ACK,应答原语,是对 US.REQ原语的应答,指出了该
US.REQ原语使用竞争时间片的工作状态,其中包含了用于说明
是否发生冲突的信息 。
·DS.FRAME,数据传输原语,定义了下行信道的数据帧传
输。
第 5 章 多媒体通信用户接入
(3)
用户终端与前端控制器之间通过上述协议原语协商和协调
信道的使用,其过程如下,
·当一个用户终端需要发送数据时,首先利用竞争时间片向
前端控制器发送 US.REQ原语,要求分配带宽 。
·前端控制器判断在竞争时间片上是否发生冲突,并使用
DS.ACK原语对用户终端的 US.REQ原语进行应答,其中包含了
说明是否发生冲突的信息 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
·用户终端接收到 DS.ACK原语后便知道自己的请求是否被
接受,如果没有被接受,则说明发生了冲突,并采用竞争仲裁算
法来分解冲突 。 用户终端延迟一段时间后再发送 US.REQ,直至
请求被接受 。
·前端控制器使用 DS.ALLOC原语向用户终端广播上行信
道时间片分配情况,其中包含了用户终端所使用的专用时间片 。
·用户终端在自己的专用时间片内使用 US.FRAME原语向前
端控制器发送数据帧 。
·前端控制器使用 DS.FRAME
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1.4
·用户节点之间的通信 。 通常采用由源节点通过上行信道将
信息发送到前端,再由前端通过下行信道定向到目的节点或广播
给所有节点 。 但 IEEE 802.14协议没有定义节点间通信模式 。
·前端节点之间的通信 。 在大型有线电视网中,可能需要开展
多种业务,如电话通信, Internet接入, 数据库访问等,这就需要
通过前端节点之间的互连来交换信息 。 前端节点之间的互连可采
用 SONET或 ATM网络来实现 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.2 用户终端设备
5.3.2.1
·利用电视机显示服务提供商提供的服务项目菜单,供用户
选择 。
·将用户的选择信息传送给服务提供商 。
·为用户提供基本控制功能 。 例如, 在选择收看视频点播
(VOD)节目时可以进行快进, 快退, 暂停和慢放等控制 。
·可以连接电话机、计算机等其它用户终端,提供双向信息
交换功能。
第 5 章 多媒体通信用户接入
图 5.4 机顶盒功能结构图
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.2.2 电缆调制解调器
图 5.5 电缆调制解调器功能结构框图
第 5 章 多媒体通信用户接入
电缆调制解调器与电话网中所使用的电话调制解调器有较大
的差别,
·传输介质不同 。 电缆调制解调器使用同轴电缆与 ITV网连
接,而电话调制解调器则使用双绞线与电话网连接 ;
·载波频率不同 。 电缆调制解调器的载波工作频率较高,上行
信道的载频范围在 5～ 42 MHz,下行信道的载频范围在 550～ 750
MHz。 电话调制解调器的载波频率一般为几十 kHz左右 ;
·功能特性不同 。 电缆调制解调器除了提供调制解调功能外,
还提供 ITV网络与计算机之间的数据存储转发功能,相当于一个
网桥 。 电话调制解调器只提供调制解调功能 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
·通信协议不同 。 电缆调制解调器与计算机之间一般使用以
太网接口进行连接,通信协议为 CSMA/CD协议,与 ITV网之间使
用 802.14协议或 UniLINK协议进行通信 。 电话调制解调器与计
算机之间使用 RS232C接口进行连接,通信协议为起止式异步协
议,与电话网之间使用 ITU - T V系列建议进行通信 。
·通信速率不同 。 电缆调制解调器下行信道的通信速率高达
30 Mb/s,上行信道的通信速率高达 10 Mb/s。 电话调制解调器的
通信速率最高为 56 kb/s。
第 5 章 多媒体通信用户接入
在电缆调制解调器中,采用了数字调制技术,常用的数字调制
技术有 4相位调相 (QPSK)调制和移键控制相交调幅 (M-QAM,
M=32,64,128,…) 调制 。 在 QPSK中,以不同的相位代表不同的二
进制码, 45° 代表 11,135° 代表 01,225° 代表 00,315° 代表 10。
通过载波的相位变化来传送不同的数据信息,其优点是抗干扰能
力强,而缺点是调制效率较低 。 上, 下行信道的最大通信速率均
可达到 10 Mb/s。 在 M-QAM中,通过载波的幅值变化来传送不同
的数据信息,其优点是调制效率高,而缺点是抗干扰能力较差 。 下
行信道的最大通信速率可达到 30 Mb/s,而上行信道的通信速率要
低一些,一般在 1 Mb/s左右 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
ITV网采用树形网络结构,实际上是总线形网络的一种变形,
这意味着很多用户终端要分享有限的带宽 。 当一条线路上用户激
增时,其传输速度将会下降 。 有关资料表明,电缆调制解调器的
实际工作速率为 1～ 2 Mb/s,甚至只有 400～ 500 kb/s,远达不到它
的理论传输速率 (10 Mb/s)。 尽管如此,也比目前常用的接入方式,
如电话调制解调器 (56 kb/s),DDN专线 (64 kb/s)和 ISDN(128 kb/s)
等的接入速率要高得多 。
在目前光纤到户还不现实的情况下,通过 HFC将传统的 CATV
网改造成双向的 ITV网,通过机顶盒或电缆调制解调器将用户终
端接入 ITV网,是实现家庭有线电视, Internet接入和电话通信三
网合一的有效途径 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.4 基于电话网的 ADSL接入
图 5.6 ADSL接入系统示意图
第 5 章 多媒体通信用户接入
为了解决以上问题,ITU于 1999年 6月批准通过了关于 ADSL
的国际标准,称为 G.Lite标准 (标准号为 G.992.2),这种 ADSL技术
称作通用 ADSL(Universal ADSL,U-ADSL)。 U-ADSL的速率低于
ADSL,其下行信道的速率为 1.5 Mb/s,上行信道的速率为 512 kb/s,
但 U-ADSL支持即插即用,U-ADSL Modem通过计算机的 USB接口
与计算机连接,像安装普通模拟 Modem一样简单,不需要再安装一
个分离器 (Splitter),并且性能稳定,价格便宜,能够满足一般用户快
速访问 Internet的需要 。 U-ADSL通过牺牲速率换来实用性,并且
U-ADSL Modem可以通过更换软件升级为 ADSL Modem。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.1 引言
5.2 基于 LAN的接入
5.3 基于交互式电视网的接入
5.4 基于电话网的 ADSL接入
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.1 引 言
从支持多媒体通信的角度,广域网技术朝着三网融合的方向
发展 。 所谓三网融合,是指基于分组交换的数据网, 基于电路交
换的电话网以及有线电视网由于业务的需要而相互融合 。 由于三
大网的基础结构不同,各自的应用难以集成 。 随着数据业务量的
发展,大量的话音和视频信息需要在数据网上传输 。 三网融合就
是以宽带 IP网络为基础,从网络基础结构上解决数据, 话音和视频
流的综合传输和资源协调问题,实现各种应用的有机集成,使整个
广域网络具有高度的适应性, 开放性和可伸缩性 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
目前,宽带 IP网络技术已取得重要进展,它是以 ATM,
SONET,SDH和 DWDM等高速网络为基础的,这些网络可以提
供高达 10 Gb/s的传输速率 ; 通过 IP Over ATM,IP Over SONET,
IP Over SDH以及 IP Over DWDM等技术提供基于 IP的集成平台 ;
并且网络还具有多媒体流的融合能力,协调网络资源,保证各种媒
体流有条不紊地传输,通过 IP v6,RSVP和区分服务等协议支持
QoS和特性化服务,以满足应用对网络服务质量的需求 。 这种宽
带 IP网络也是下一代 Internet (Internet 2)的核心技术 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.2 基于 LAN的接入
图 5.1 基于 LAN的接入方式
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3 基于交互式电视网的接入
图 5.2 ITV网构成
第 5 章 多媒体通信用户接入
传输系统通常采用光纤电缆混合 (Hybrid Fiber /Coax,HFC)
介质,光纤作为主干线,宽带同轴电缆作为入户线,整个网络带宽
上限为 860～ 1000 MHz,并且通过多路复用技术将网络信道分成
模拟信道和数字信道以及上行信道和下行信道,可以同时传输不
同的媒体信息和交互信息 。 从前端到用户端沿途各个放大器必须
是双向的,能够对上行和下行信道的信号同时进行放大,这也是将
单向 CATV网改造成双向 ITV网的关键点之一 。 HFC的频谱分配
如下, 5～ 500 MHz用于普通电话业务 ; 500～ 550 MHz用于 CATV,
可传输 6～ 100路 PAL制式模拟视频信号 ; 550～ 750 MHz为 400路压
缩的数字通道 ; 750～ 1000 MHz保留,将来作为个人通信使用 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
用户终端主要有电缆调制解调器 (Cable Modem)和机顶盒 (Set
Top Box),分别适用于不同的应用场合,以满足不同的用户需求 。
电缆调制解调器主要用于将计算机接入 ITV网,它的一端与电视终
端盒连接,而另一端则与计算机连接,可为计算机用户提供上行 10
Mb/s和下行 10 Mb/s的网络带宽 。 机顶盒提供了模拟视频接口,
数字视频接口, 电话接口, 计算机接口等多种接口,可以用于连
接不同的终端设备,既要保证现有的模拟电视机能够正常地收看
电视节目,又为其它终端设备接入 ITV网提供了双向信道,根据不
同的接口,其传输速率是不同的 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1 ITV网络协议
5.3.1.1 网络拓扑结构
图 5.3 IEEE 802.14网络结构
第 5 章 多媒体通信用户接入
·主干线采用光纤 /同轴电缆 ;
·馈线采用同轴电缆 ;
·入户线采用同轴电缆 ;
·从前端到最远用户端的长度为 80 km;
·级联放大器的最大数量为 4～ 10;
·每条光纤可连接的最大用户数量为 500～ 3000。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1.2 物理层协议
·根据实际的有线电视网的频率范围制定 ITV网络的频段分
配方案 。 例如,在北美地区,使用 50～ 550 MHz的频带传输 NTSC
制式的模拟电视信号,下行信道频带为 550～ 750 MHz,其中包括
数字视频广播 。 上行信道采用较低的传输速率和较窄的频带,以
降低误码率 ;
·每个子网可使用单独的光纤作为上行信道,并独占整个上行
信道带宽,也可以是几个子网共同使用一条光纤作为上行信道,并
共享上行信道带宽 ;
·传输距离的长短将会对网络性能, 光纤和同轴电缆的分布,
有源器件的数量以及有源器件所带来的噪声等方面因素产生影响 ;
第 5 章 多媒体通信用户接入
·由于 ITV是建立在现有的 CATV系统基础上的,因此 ITV必须
与现有 CATV系统的设计标准相兼容,如频道空间, 系统性能等 ;
·用户终端的优劣将直接影响网络系统的性能,家用电器的噪
声, 元器件的质量, 安装过程以及出错恢复过程等将对物理层
性能产生直接影响 ;
·在开发新的用户终端 (如数字式机顶盒 )时,要考虑其它家用
电器 (如电视机, 录像机等 )将会对物理层造成的影响 ;
·物理层应具有一定的容错功能,包括故障诊断, 传输控制,
差错检验以及故障隔离等 ;
·可以灵活地利用闲置的带宽,以提高传输速率。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1.3 MAC层协议
MAC层协议定义了在共享介质上用户终端传输数据的方法
和规范 。 有线电视网是一种分布式网络环境,具有上行和下行信
道,传输距离长,用户数多,多种业务 (视频, 音频和数据 )并存等
特点,MAC层协议能够充分满足基于有线电视网的用户传输需求,
提供了如下功能特性,
·提供面向连接和无连接两种传输服务 ;
·面向连接的传输服务具有 QoS支持能力,即在建立连接时可
指定该连接所需的带宽, 延迟, 延迟抖动等需求 ;
第 5 章 多媒体通信用户接入
·可以根据不同业务类型动态分配带宽,在同一服务级别上平
均分配带宽 ;
·支持定向, 组播 (Multicast)和广播 (Broadcast)多种传输模式 ;
·可以与 ATM网络实现互连 。
IEEE 802.14定义的 MAC协议叫做 MLAP(Mac Level Access
Protocol),专门用于支持 ITV网络 。 该协议定义了上行和下行信道
的信息格式, 带宽请求与分配机制, 竞争机制和同步机制等 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
1,
MLAP对上行信道采用集中式访问控制策略,它规定由前端
控制器集中规划, 分配和调度上行信道的时间片和带宽 。 前端
控制器采用时分复用机制将上行信道分成若干时间片,这些时
间片又分成专用时间片和竞争时间片两大类 。 专用时间片是动
态分配的,每个用户终端都可以申请自己的专用时间片,在专用
时间片内,用户终端可以不受任何干扰地传输数据 。 竞争时间
片是预先分配,由所有用户终端共享使用,因此可能会发生冲突 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
当一个用户终端需要发送数据时,首先利用竞争时间片向前
端控制器发送带宽请求,要求分配带宽 。 前端控制器将根据当前
接收到的各个用户带宽请求情况来规划上行信道带宽,根据用户
的不同业务类型和 QoS要求动态地分配各个用户终端的专用时
间片 。 然后通过下行信道将有关上行信道时间片分配信息广播
给每个发出请求的用户终端 。 这样,每个用户终端都可获得自
己的专用时间片,并按时间顺序轮流使用专用时间片传输数据,
不会发生任何冲突 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
前端控制器在分配上行信道带宽时,可以按业务等级设置相
应的优先级,并优先分配高优先级业务的带宽 。 在相同优先级情
况下,则公平地分配带宽 。
在数据传输过程中,数据将封装在 MLAP帧中,MLAP帧长度
是可变的,并且在 MLAP帧中还可以封装 ATM信元,以便与 ATM
网络相兼容 。 MLAP通过差错检测和恢复机制来保证数据传输
的正确性 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
2,
由于 MLAP采用由前端控制器对用户终端使用的上行信道实
施集中式控制,因此前端控制器与用户终端之间必须协商和协调
上行信道的使用 。 MLAP以协议原语方式定义了这种协商和协
调控制功能,协议原语分成上行信道原语和下行信道原语两大类,
用户终端向前端控制器发送有关信息使用上行信道原语,前端控
制器向用户终端发送有关信息使用下行信道原语 。 所有协议原
语必须以 8位为边界对齐 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
(1)
·US.REQ,请求原语,用户终端使用该原语向前端控制器请
求专用时间片,该原语在竞争时间片中发送 。
·US.FRAME,数据帧原语,用户终端使用该原语向前端控制
器发送数据帧,数据帧一般使用专用时间片发送,因为用户终端
请求的时间片都是专用时间片 。 此外,用户终端可以使用竞争时
间片发送 US.FRAME,但其中要携带用户的带宽请求 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
(2)
·DS.SYNC,同步原语,前端控制器给出的同步标志,用户终
端使用该同步标志保持与前端控制器的时间同步 。
·DS.ALLOC,分配原语,前端控制器制定的上行信道时间片
分配方案,每个 ALLOC原语对应于一个时间片,规定了该时间片
的时间位置, 由哪些用户来使用以及如何使用等 。
·DS.ACK,应答原语,前端控制器使用该原语对 US.REQ原语
给予应答,指出了该 US.REQ原语使用竞争时间片的状态,其中包
含了说明是否发生冲突的信息 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
·DS.FRAME,数据帧原语,前端控制器使用该原语向用户
终端发送数据帧 。
·DS.ACK,应答原语,是对 US.REQ原语的应答,指出了该
US.REQ原语使用竞争时间片的工作状态,其中包含了用于说明
是否发生冲突的信息 。
·DS.FRAME,数据传输原语,定义了下行信道的数据帧传
输。
第 5 章 多媒体通信用户接入
(3)
用户终端与前端控制器之间通过上述协议原语协商和协调
信道的使用,其过程如下,
·当一个用户终端需要发送数据时,首先利用竞争时间片向
前端控制器发送 US.REQ原语,要求分配带宽 。
·前端控制器判断在竞争时间片上是否发生冲突,并使用
DS.ACK原语对用户终端的 US.REQ原语进行应答,其中包含了
说明是否发生冲突的信息 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
·用户终端接收到 DS.ACK原语后便知道自己的请求是否被
接受,如果没有被接受,则说明发生了冲突,并采用竞争仲裁算
法来分解冲突 。 用户终端延迟一段时间后再发送 US.REQ,直至
请求被接受 。
·前端控制器使用 DS.ALLOC原语向用户终端广播上行信
道时间片分配情况,其中包含了用户终端所使用的专用时间片 。
·用户终端在自己的专用时间片内使用 US.FRAME原语向前
端控制器发送数据帧 。
·前端控制器使用 DS.FRAME
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.1.4
·用户节点之间的通信 。 通常采用由源节点通过上行信道将
信息发送到前端,再由前端通过下行信道定向到目的节点或广播
给所有节点 。 但 IEEE 802.14协议没有定义节点间通信模式 。
·前端节点之间的通信 。 在大型有线电视网中,可能需要开展
多种业务,如电话通信, Internet接入, 数据库访问等,这就需要
通过前端节点之间的互连来交换信息 。 前端节点之间的互连可采
用 SONET或 ATM网络来实现 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.2 用户终端设备
5.3.2.1
·利用电视机显示服务提供商提供的服务项目菜单,供用户
选择 。
·将用户的选择信息传送给服务提供商 。
·为用户提供基本控制功能 。 例如, 在选择收看视频点播
(VOD)节目时可以进行快进, 快退, 暂停和慢放等控制 。
·可以连接电话机、计算机等其它用户终端,提供双向信息
交换功能。
第 5 章 多媒体通信用户接入
图 5.4 机顶盒功能结构图
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.3.2.2 电缆调制解调器
图 5.5 电缆调制解调器功能结构框图
第 5 章 多媒体通信用户接入
电缆调制解调器与电话网中所使用的电话调制解调器有较大
的差别,
·传输介质不同 。 电缆调制解调器使用同轴电缆与 ITV网连
接,而电话调制解调器则使用双绞线与电话网连接 ;
·载波频率不同 。 电缆调制解调器的载波工作频率较高,上行
信道的载频范围在 5～ 42 MHz,下行信道的载频范围在 550～ 750
MHz。 电话调制解调器的载波频率一般为几十 kHz左右 ;
·功能特性不同 。 电缆调制解调器除了提供调制解调功能外,
还提供 ITV网络与计算机之间的数据存储转发功能,相当于一个
网桥 。 电话调制解调器只提供调制解调功能 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
·通信协议不同 。 电缆调制解调器与计算机之间一般使用以
太网接口进行连接,通信协议为 CSMA/CD协议,与 ITV网之间使
用 802.14协议或 UniLINK协议进行通信 。 电话调制解调器与计
算机之间使用 RS232C接口进行连接,通信协议为起止式异步协
议,与电话网之间使用 ITU - T V系列建议进行通信 。
·通信速率不同 。 电缆调制解调器下行信道的通信速率高达
30 Mb/s,上行信道的通信速率高达 10 Mb/s。 电话调制解调器的
通信速率最高为 56 kb/s。
第 5 章 多媒体通信用户接入
在电缆调制解调器中,采用了数字调制技术,常用的数字调制
技术有 4相位调相 (QPSK)调制和移键控制相交调幅 (M-QAM,
M=32,64,128,…) 调制 。 在 QPSK中,以不同的相位代表不同的二
进制码, 45° 代表 11,135° 代表 01,225° 代表 00,315° 代表 10。
通过载波的相位变化来传送不同的数据信息,其优点是抗干扰能
力强,而缺点是调制效率较低 。 上, 下行信道的最大通信速率均
可达到 10 Mb/s。 在 M-QAM中,通过载波的幅值变化来传送不同
的数据信息,其优点是调制效率高,而缺点是抗干扰能力较差 。 下
行信道的最大通信速率可达到 30 Mb/s,而上行信道的通信速率要
低一些,一般在 1 Mb/s左右 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
ITV网采用树形网络结构,实际上是总线形网络的一种变形,
这意味着很多用户终端要分享有限的带宽 。 当一条线路上用户激
增时,其传输速度将会下降 。 有关资料表明,电缆调制解调器的
实际工作速率为 1～ 2 Mb/s,甚至只有 400～ 500 kb/s,远达不到它
的理论传输速率 (10 Mb/s)。 尽管如此,也比目前常用的接入方式,
如电话调制解调器 (56 kb/s),DDN专线 (64 kb/s)和 ISDN(128 kb/s)
等的接入速率要高得多 。
在目前光纤到户还不现实的情况下,通过 HFC将传统的 CATV
网改造成双向的 ITV网,通过机顶盒或电缆调制解调器将用户终
端接入 ITV网,是实现家庭有线电视, Internet接入和电话通信三
网合一的有效途径 。
第 5 章 多媒体通信用户接入
5.4 基于电话网的 ADSL接入
图 5.6 ADSL接入系统示意图
第 5 章 多媒体通信用户接入
为了解决以上问题,ITU于 1999年 6月批准通过了关于 ADSL
的国际标准,称为 G.Lite标准 (标准号为 G.992.2),这种 ADSL技术
称作通用 ADSL(Universal ADSL,U-ADSL)。 U-ADSL的速率低于
ADSL,其下行信道的速率为 1.5 Mb/s,上行信道的速率为 512 kb/s,
但 U-ADSL支持即插即用,U-ADSL Modem通过计算机的 USB接口
与计算机连接,像安装普通模拟 Modem一样简单,不需要再安装一
个分离器 (Splitter),并且性能稳定,价格便宜,能够满足一般用户快
速访问 Internet的需要 。 U-ADSL通过牺牲速率换来实用性,并且
U-ADSL Modem可以通过更换软件升级为 ADSL Modem。
