第7章多媒体传输网络

第7章多媒体传输网络第7章多媒体传输网络学习目标掌握多媒体通信对传输网络的要求熟悉网络的类别（电路交换网络及分组交换网络）及特点掌握电路交换广域网、分组交换广域网、IP网、无线网络对多媒体信息传输的支持了解下一代网络的相关知识第7章多媒体传输网络7.1概述7.2多媒体传输对网络的要求7.3网络类别7.4电路传输广域网对多媒体传输的支持7.5分组交换广域网对多媒体传输的支持（7.5.1）7.6ATM网对多媒体信息传输的支持（7.6.1,7.6.3）7.7以太网对多媒体信息传输的支持7.8IP网对多媒体信息传输的支持7.9IPQoS保障机制7.10无线局域网对多媒体信息传输的支持7.11蜂窝移动通信网对多媒体信息传输的支持7.12宽带用户接入网7.13下一代网络7.1概述多媒体信息传输时对网络提出很高的要求，原因如下：（1）多媒体数据的海量性（2）多媒体数据的集成性（3）多媒体通信的实时性（4）多媒体通信的交互性（5）多媒体通信的同步性现阶段多媒体网络传输的努力方向：如何根据多媒体数据的特征来改造现有的网络。7.1概述基于上述几条，我们要讨论的支持多媒体传输的网络包括：多媒体终端和网络节点间或节点和节点间的传输介质和光电部件；网络交换设备；通信协议；网络服务和管理系统。7.2多媒体传输对网络的要求1、吞吐量（throughout）-指网络传输二进制信息的速率，也称比特率或带宽。-多媒体通信对网络吞吐量的需求与传输网的网络传输速率、接收端缓冲容量和数据流量有关。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。7.2.1性能指标对于运动图像而言，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：等级名称分辨率帧率（帧/s）压缩后数据率1高清晰度电视质量1920×10806020～40Mb/s（MPEG-2压缩）2演播室数字电视质量720×576256～8Mb/s（MPEG-2压缩）3广播电视质量720×576253～6Mb/s（MPEG-2压缩）4录像机质量360×288251.4Mb/s（MPEG-1压缩）5会议电视质量352×28810帧/s以上128～384kb/s（H.261压缩）(1)视频对网络带宽的要求声音是另一种对带宽要求较高的媒体，可以将音频的服务质量分为4个等级：等级名称带宽取样频率量化比特数压缩后数据率1电话质量话音300Hz～3400Hz8kHz832kb/s、16kb/s甚至4kb/s2高质量话音50Hz～7kHz22kHz1648～64kb/s3CD质量的音乐20kHz以内44.1kHz16192kb/s或128kb/s（MPEG-1压缩）45.1声道立体环绕声3～20kHz48kHz22320kb/s（AC-3压缩）(2)声音对网络带宽的要求2、传输延时多媒体通信系统对延时的要求主要体现在实时性要求。网络的传输延时（TransmissionDelay）是指信源发出第一个比特到信宿接收到第一个比特之间的时间差。包含两部分：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-endDelay），包含三部分。3、延时抖动网络传输延时的变化称为网络的延时抖动（DelayJitter），即不同数据包延时之间的差别。产生延时抖动的原因包括：传输系统引起的延时抖动，称为物理抖动。其幅度一般只在微秒量级，甚至于更小。对于电路交换的网络，只存在物理抖动。共享传输介质的局域网引起的延时抖动。延时抖动主要来源于介质访问时间的变化。广域网引起的延时抖动。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。实际的多媒体应用对延时抖动有不同的要求。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：误码率（BitErrorRate，BER）指在传输过程中所残留的错误比特的频数。包错误率（PacketErrorRate，PER）指在传输过程中发生错误的包与传输的总包数之比（包错误是指同一个包两次接收、包丢失或包的次序颠倒）。包丢失率（PacketLossRate，PLR）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。7.2.2网络功能1.单向网络和双向网络单向网络：信息传输只能沿一个方向进行的网络。如：传统的有线电视（CATV）网双向网络：支持两个终端之间相互传送信息的网络。如：多媒体传输网络分为：双向对称信道；双向不对称信道2.单播、多播和广播单播（Unicast）：点到点的通信广播（Broadcast）：网上一点向网上所有其他点传送信息多播（Multicast）/组播：网上一点对网上多个指定点（同一个工作组的成员）发送信息7.2.3服务质量保障服务质量（QoS）：是多媒体网络中的重要概念，ITU将QoS定义为决定用户对服务的满意程度的一组服务性能参数，可用确定性描述方法和统计描述方法描述。以提供的服务种类来划分：QoS服务1.QoS定义2.定量QoS和定性QoS服务定量QoS服务定性QoS服务用确定性、统计描述方法提出具体的QoS指标，网络在数据传输过程中保证满足这些指标对QoS参数不知道具体指标，但是网络对某些应用提供比另一些应用更好的服务。对某个应用产生的数据流提供相同的QoS服务对所有用户数据都根据某种准则被划分为几种类型，对相同类型数据包提供统一的服务7.2.3服务质量保障是网络的一种安全机制，包括连接接纳、资源预留、流量控制、拥塞控制、差错控制等。以服务对象来划分：QoS服务4.QoS机制3.针对流和针对包类型的QoS服务针对流（per-flow）针对包（per-class）7.3网络类别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（存储-转发交换网络）。电路交换网络：终端在通信前需建立实际的物理链路，通信结束后拆除。优点：能提供固定路由；保障固定比特率；传输延时短；延时抖动仅限于物理抖动。缺点：带宽利用低；不支持组播。分组交换网络：以分组作为其传输单位。交换节点先将整个分组存储，根据信宿标识选择路由，登记排队，一旦出现空闲，则整组发送。分为：数据报方式和虚电路方式优点：复用效率高；提供定性的QoS服务，有利于多媒体信息传输。缺点：网络延时大，延时抖动大；网络性能的不确定性。7.3.1电路交换网络和分组交换网络7.3.2面向连接方式和无连接方式1.面向连接的网络两个终端之间必须先建立起网络连接，才能开始信息传输，在信息传输结束后，终端还必须发出拆连请求，网络释放连接。电路交换网络是面向连接的。2.无连接的网络两个终端之间传送数据包并不需要实现得到网络的许可，网络将每个数据包作为独立个体进行传递。分组交换网络：虚电路模式是面向连接的，数据报模式是无连接的。7.3.3资源预留、资源分配和资源共享资源预留–网络从自己的总资源中（吞吐量、节点缓存器容量）规划出一部分给特定的通信过程。–通信的QoS只从统计意义上得到保障。资源分配–网络把一部分资源实际分配给了某个特定的通信过程。–通信的QoS一般而言是确定的。资源独享–网络在建立通信时把一部分资源“物理地”划归给通信过程所有，在通信结束之前，不把这部分资源分配给其他通信过程。–通信的QoS得到确定性保障。7.4电路交换广域网对多媒体信息传输的支持7.4.1电路交换广域网广域网（Wide-AreaNetworkWAN）一种用来实现不同地区局域网或城域网的互联，可以提供不同地区、城市和国家之间计算机通信的网络。公共电话交换网（PSTN）–PSTN是目前普及程度最高，成本最低的共用通信网络，在网络互联中有广泛应用。–以电路交换为基础，通过呼叫在收发端建立起一个独占的、有固定带宽的物理信道，路由固定、时延低、不存在延时抖动，对连续媒体的同步和实时传输有利，–但须调制解调器接入，目前Modem速率达到164kb/s，可以支持低速率多媒体业务。7.4电路交换广域网对多媒体信息传输的支持7.4.1电路交换广域网窄带综合业务数字网（N-ISDN）–N-ISDN是以电路交换为基础的网络，具有延时低而固定的特点。–用户接入速率主要有两种：基本速率144kb/s（2B+D）和一次群速率2.408Mbit/s（30B+D）。–实现端到端数字连接，可以支持包括语音、数字、图像等多种多媒体业务，用于较高质量的会议电视。数字数据网（DDN）–采用时分复用技术，提供永久或半永久的电路交换连接，传输速率n*64kb/s（n=1-32）。–传输通道对用户数据完全透明，延时低且固定、带宽宽，适用于多媒体实时传输。–DDN的服务对象仅限于大型用户。7.4.2多点控制单元MCUMCU也称多点控制服务器（MCS），它的处理功能主要包括：（1）音频信号桥接或切换将各终端送来的音频信号混合称为桥接，然后再送回各个终端；或者从中选择一路信号送给其他终端称为切换。（2）视频信号切换或混合（3）数据切换将会议中涉及到的数据按照与音频或视频类似的方法处理。（4）会议控制对发言权、共享设备和有关通信的控制。7.5分组交换广域网对多媒体信息传输的支持FR是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法，是一种简化的帧交换技术，是面向连接的第二代数据传输网络，通过“虚电路”将帧传送到目的地。特点：具有较高吞吐量和较低延时，利用统计复用技术动态向用户提供网络资源，提高了资源利用率，具有可靠性高和灵活性强的特点。是开放电视会议业务的局域网远程互联的优选技术。7.5.1帧中继（FrameRelay）FR7.5.2交换多兆比特数据服务SMDS7.6ATM网对多媒体信息传输的支持异步传输模式ATM是因宽带综合业务网（B-ISDN）而出现并发展起来的。一、ATM原理ATM的具体定义为：ATM是一种转移模式（即传递方式），这种转移模式是异步的。它采用固定长度的数据包（称为信元）。一个ATM信元具有53个字节的固定长度，其中前5个字节是信元头，后48个字节是数据。ATM网是一种分组交换网络，是面向连接的，为虚连接。在ATM网络中，虚连接又有两种连接方式：虚通道VC（VirtualChannel）和虚路径VP（VirtualPath）虚通道是ATM网络链路端点之间的一种逻辑连接，两个终端间存在的一组虚通道就是虚路径。ATM网络传输采用统计时分复用方式，这种方式的优点是当其中的一个信源的数据速率低于链路的平均速率时，链路的剩余带宽就可以被其他信源使用，提高通信链路利用率；反之，一个信源的速率也可以短时间内高于链路的平均速率。二、ATM服务类型和ATM适配层1、ATM服务类型ATM支持五种服务类型，这些服务类型的选择与网络的QoS需求有关。①CBR（ConstantBitRate）服务：恒定比特率服务特点：提供带宽固定、延时固定的服务，带宽由信源的峰值速率决定。适用于：电话及恒定速率的实时媒体传输。②实时VBR（VariableBitRate-RealTime）服务：实时的可变比特率服务特点：提供带宽不固定、延时固定的服务，特性由平均速率、峰值速率和突发最大长度等参数描述。适用于：经压缩编码后声音和视频信号的传输。③非实时VBR服务（VBR-NRT）：非实时的可变比特率服务特点：支持突发性的，无延时要求的数据传输，特性由平均速率、峰值速率和突发最大长度等参数描述。二、ATM服务类型和ATM适配层④CBR（ConstantBitRate）服务：未定义比特率服务特点：不提供带宽、延时和信元丢失率保障。适用于：对信元丢失有一定容忍程度的应用。