城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) （第2版）課件 -項(xiàng)目2 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)據(jù)，究竟是什么？它宛如隱匿于數(shù)字世界的神秘密碼，驅(qū)動(dòng)著現(xiàn)代生活的方方面面。從日常手機(jī)中的聊天記錄、購(gòu)物訂單，到科研機(jī)構(gòu)里復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)無(wú)處不在。那這些數(shù)據(jù)源自何方？是你指尖在屏幕上的每一次點(diǎn)擊，是傳感器對(duì)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)捕捉，還是智能設(shè)備對(duì)生產(chǎn)流程的精準(zhǔn)記錄？而數(shù)據(jù)通信，又是憑借怎樣的神奇魔力，讓數(shù)據(jù)在不同設(shè)備間穿梭自如，實(shí)現(xiàn)跨越地域的信息交互？讓我們帶著這些饒有趣味的問(wèn)題，一同深入數(shù)據(jù)通信技術(shù)的奇妙世界。在探索過(guò)程中，我們不僅能深度洞悉網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的底層邏輯，更能領(lǐng)略到我國(guó)在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域從追趕到超越的輝煌歷程，從中升騰起強(qiáng)烈的民族自豪感。知識(shí)鏈接學(xué)練結(jié)合課后作業(yè)任務(wù)一

數(shù)據(jù)通信概述Contents數(shù)據(jù)通信概述→工作情境地鐵員工小王負(fù)責(zé)地鐵通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信維護(hù)工作。隨著地鐵運(yùn)營(yíng)線路的擴(kuò)展和智能化需求的提升，數(shù)據(jù)通信面臨更高的要求。小王需要深入理解數(shù)據(jù)通信知識(shí)，在日常維護(hù)中，依據(jù)數(shù)據(jù)通信指標(biāo)判斷通信系統(tǒng)的性能。比如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)乘客信息顯示屏數(shù)據(jù)更新延遲時(shí)，運(yùn)用傳輸速率、延遲等知識(shí)排查是傳輸線路問(wèn)題，還是通信方式的影響。在規(guī)劃新線路通信系統(tǒng)時(shí)，要綜合考慮地鐵環(huán)境對(duì)通信可靠性、抗干擾性的特殊需求，選擇合適的數(shù)據(jù)通信方式和傳輸媒體，如采用光纖通信滿足大容量數(shù)據(jù)傳輸，保障地鐵通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，為地鐵運(yùn)營(yíng)提供可靠支持。數(shù)據(jù)通信概述知識(shí)目標(biāo)：1.理解數(shù)據(jù)通信的基本概念，包括信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)的定義及相互關(guān)系，掌握信道、數(shù)據(jù)傳輸、多路復(fù)用等常用術(shù)語(yǔ)。2.熟知數(shù)據(jù)通信的主要指標(biāo)，如傳輸速率、信道帶寬、信道容量、誤碼率、吞吐量和延遲的含義及作用。3.掌握數(shù)據(jù)通信方式的分類，包括按傳輸方向（單工、半雙工、全雙工）和傳輸媒體（電纜、微波中繼、光纖、衛(wèi)星、移動(dòng)通信）分類的各類方式特點(diǎn)。數(shù)據(jù)通信概述技能目標(biāo)：1.能夠根據(jù)實(shí)際需求，選擇合適的數(shù)據(jù)通信方式和傳輸媒體，并闡述其選擇依據(jù)。2.學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)據(jù)通信指標(biāo)知識(shí)，分析和評(píng)估數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能，如判斷網(wǎng)絡(luò)傳輸速率是否滿足業(yè)務(wù)需求。3.能識(shí)別和解決數(shù)據(jù)通信中的常見(jiàn)問(wèn)題，例如依據(jù)誤碼率判斷傳輸故障并采取相應(yīng)措施。數(shù)據(jù)通信概述素養(yǎng)目標(biāo)：1.培養(yǎng)邏輯思維素養(yǎng)，在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)通信知識(shí)時(shí)，梳理各概念、指標(biāo)和通信方式之間的邏輯聯(lián)系，構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系。2.樹(shù)立工程實(shí)踐素養(yǎng)，在考慮數(shù)據(jù)通信方案時(shí)，充分結(jié)合實(shí)際工程中的成本、可靠性、適用性等因素，做出合理決策。3.提升創(chuàng)新思維素養(yǎng)，關(guān)注數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，思考如何將新技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景，如在地鐵通信中探索新的數(shù)據(jù)通信方式。數(shù)據(jù)通信概述→知識(shí)導(dǎo)入數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它通過(guò)數(shù)據(jù)電路將遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理。在數(shù)據(jù)通信中，所有信息均以二進(jìn)制形式呈現(xiàn)。【插入微課：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)】數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具體如圖2-1所示。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)1.信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)信息是客觀世界中事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和變化的反映，是事物之間相互聯(lián)系和作用的表征，體現(xiàn)了事物運(yùn)動(dòng)和變化的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。數(shù)據(jù)是信息的載體，可以表現(xiàn)為數(shù)字、文字、圖像、聲音等多種形式。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)通常以二進(jìn)制編碼的形式在網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)、處理和傳輸。信號(hào)是數(shù)據(jù)的電子或電磁表現(xiàn)形式，可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)的參數(shù)是連續(xù)變化的，如電話、傳真和電視信號(hào)；數(shù)字信號(hào)則是離散的，變化是瞬時(shí)的，如電報(bào)符號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)2.通信信道信道是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃▊鬏斀橘|(zhì)及相關(guān)通信設(shè)備。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，信道分為物理信道和邏輯信道。物理信道是傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的物理通路，由傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備組成。邏輯信道則是在物理信道基礎(chǔ)上，通過(guò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部連接實(shí)現(xiàn)的虛擬通路。信道通常表示單向傳輸信息的媒體，因此通信線路通常包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)信道類型有以下三種。（1）單向信道（單工通信），數(shù)據(jù)只能單向傳輸，無(wú)反向交互，如電臺(tái)廣播。（2）雙向交替通信（半雙工通信），雙方均可發(fā)送和接收消息，但不能同時(shí)進(jìn)行，如對(duì)講機(jī)。（3）雙向同時(shí)通信（全雙工通信），雙方可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，如打電話。信號(hào)的類型一般有以下兩種。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)（1）基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）——來(lái)自信源的原始信號(hào)如圖2-2所示，直接表達(dá)要傳輸?shù)男畔ⅰ＠纾?jì)算機(jī)輸出的文字或圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，以及人說(shuō)話的聲波。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)（2）頻帶信號(hào)——也稱為帶通信號(hào)，是基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后，頻率范圍被搬移到較高頻段，以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過(guò)信道）如圖2-3。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)3.數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方的過(guò)程。傳輸信道可以是專用通信信道，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)、電話交換網(wǎng)或其他交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。4.多路復(fù)用多路復(fù)用是在一個(gè)物理信道中利用特殊技術(shù)傳輸多路信號(hào)，即在一個(gè)物理信道中創(chuàng)建多個(gè)邏輯信道，每個(gè)邏輯信道傳輸一路信息。常用的復(fù)用技術(shù)包括頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用、碼分多路復(fù)用和波分多路復(fù)用等。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)5.基本的調(diào)制方法基本的調(diào)制方法有三種如圖2-4所示。（1）調(diào)幅（AM）：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化；（2）調(diào)頻（FM）：載波頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化；（3）調(diào)相（PM）：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。一、數(shù)據(jù)通信的常用術(shù)語(yǔ)二、數(shù)據(jù)通信的主要指標(biāo)1.傳輸速率傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，用于衡量數(shù)字信道的傳輸能力。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，傳輸速率的單位通常為比特每秒（bit/s），常見(jiàn)的單位有kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。2.信道帶寬信道帶寬是指信道中傳輸信號(hào)在不失真情況下的頻率范圍，是信道頻率上界與下界之差，即信道的通頻帶。它是介質(zhì)傳輸能力的度量，單位為赫茲（Hz）。信道帶寬由信道的物理特性決定。二、數(shù)據(jù)通信的主要指標(biāo)3.信道容量信道容量是指單位時(shí)間內(nèi)信道上能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘浚员忍芈时硎荆瑔挝粸閎it/s。信道容量通常與信道帶寬成正比，帶寬越大，容量越大。信道容量也常用信道帶寬來(lái)表示。4.誤碼率誤碼率是指在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)占總傳輸比特?cái)?shù)的比例，用于衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴６?shù)據(jù)通信的主要指標(biāo)5.吞吐量吞吐量表示網(wǎng)絡(luò)或交換設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸或交換的信息總量，單位為bit/s。它反映了網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際傳輸效率。6.延遲延遲（時(shí)延）是指數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所需的時(shí)間。延遲受多種因素影響，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。硬件和軟件都會(huì)對(duì)延遲產(chǎn)生制約，且延遲無(wú)法完全消除。三、數(shù)據(jù)通信方式分類1.按數(shù)據(jù)的傳輸方向分類（1）單工通信只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，又稱為單向通信。如無(wú)線電廣播和電視廣播都是單工通信，如圖2-5所示。三、數(shù)據(jù)通信方式分類（2）半雙工通信允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸，但在同一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，它實(shí)際上是一種可切換方向的單工通信。即通信雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（當(dāng)然也不能同時(shí)接收）。這種方式一般用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非主干線路中，如圖2-6所示。三、數(shù)據(jù)通信方式分類（3）全雙工通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，又稱為雙向同時(shí)通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如現(xiàn)代電話通信提供了全雙工傳送。這種通信方式主要用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，全雙工通信如圖2-7所示。三、數(shù)據(jù)通信方式分類2.按傳輸媒體分類（1）電纜通信。雙絞線、同軸電纜等。調(diào)制方式：SSB/FDM。基于同軸的PCM時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)。（2）微波中繼通信。比較同軸電纜，易架設(shè)、投資小、周期短。模擬電話微波通信主要采用SSB/FM/FDM調(diào)制，通信容量6000路/頻道。數(shù)字微波采用BPSK、QPSK及QAM調(diào)制技術(shù)。采用64QAM、256QAM等多電平調(diào)制技術(shù)提高微波通信容量，可在40M頻道內(nèi)傳送1920~7680路PCM數(shù)字電話。三、數(shù)據(jù)通信方式分類（3）光纖通信是利用激光在光纖中長(zhǎng)距離傳輸?shù)奶匦赃M(jìn)行的，具有通信容量大、通信距離長(zhǎng)及抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前用于本地、長(zhǎng)途、干線傳輸，并逐漸發(fā)展用戶光纖通信網(wǎng)。（4）衛(wèi)星通信。通信距離遠(yuǎn)、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前，成熟技術(shù)使用模擬調(diào)制、頻分多路及頻分多址。數(shù)字衛(wèi)星通信采用數(shù)字調(diào)制、時(shí)分多路及時(shí)分多址。（5）移動(dòng)通信。移動(dòng)通信是移動(dòng)體之間的通信，或移動(dòng)體與固定體之間的通信。移動(dòng)體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機(jī)等在移動(dòng)狀態(tài)中的物體。小組討論：如果使用類比的方法，數(shù)據(jù)通信中的指標(biāo)與概念，例如傳輸速率、信道容量、多路復(fù)用等，可以類比成哪些生活中可以常見(jiàn)到的事物？?jī)扇艘唤M進(jìn)行類比討論。知識(shí)鏈接學(xué)練結(jié)合課后作業(yè)任務(wù)二

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)Contents→工作情境

隨著地鐵線路的增多和智能化程度的提高，數(shù)據(jù)傳輸量急劇增加，現(xiàn)有通信系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)。小張需要深入了解數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，評(píng)估當(dāng)前地鐵數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否合理，例如判斷當(dāng)前采用的總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)是否存在瓶頸。同時(shí)，小張要研究多路復(fù)用技術(shù)，鑒于地鐵不同業(yè)務(wù)（如列車運(yùn)行監(jiān)控、乘客信息服務(wù)）的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，選擇合適的復(fù)用技術(shù)來(lái)優(yōu)化通信系統(tǒng)。比如，考慮到列車運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求，判斷時(shí)分多路復(fù)用是否能更好地滿足需求；對(duì)于乘客信息服務(wù)中的多媒體數(shù)據(jù)傳輸，分析頻分多路復(fù)用是否能提升傳輸效率。在日常維護(hù)中，若遇到數(shù)據(jù)傳輸中斷或信號(hào)干擾等問(wèn)題，小張要運(yùn)用所學(xué)知識(shí)迅速排查故障，保障地鐵通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，為地鐵安全高效運(yùn)營(yíng)提供有力支持。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)知識(shí)目標(biāo)：1.掌握數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍睿〝?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類等。2.理解多路復(fù)用技術(shù)的定義、常用設(shè)備，并熟知頻分多路復(fù)用、等技術(shù)分類及其基本原理。3.了解不同數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和多路復(fù)用技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的特點(diǎn)和場(chǎng)景。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)技能目標(biāo)：1.能夠根據(jù)實(shí)際需求，分析并選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的正確傳輸和交換。2.學(xué)會(huì)運(yùn)用多路復(fù)用技術(shù)知識(shí)，根據(jù)具體場(chǎng)景選擇合適的復(fù)用技術(shù)，如在地鐵通信中，依據(jù)數(shù)據(jù)流量、傳輸距離等因素，判斷是采用時(shí)分多路復(fù)用還是頻分多路復(fù)用更合適，并能闡述理由。3.能識(shí)別和解決數(shù)據(jù)傳輸和多路復(fù)用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，例如當(dāng)多路復(fù)用后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)干擾或傳輸速率不達(dá)標(biāo)時(shí)，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)排查原因并提出解決方案。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)素養(yǎng)目標(biāo)：1.培養(yǎng)邏輯思維素養(yǎng)，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)傳輸及多路復(fù)用技術(shù)時(shí)，梳理知識(shí)邏輯，構(gòu)建體系，理解兩者內(nèi)在聯(lián)系。2.樹(shù)立工程實(shí)踐素養(yǎng)，制定數(shù)據(jù)傳輸與多路復(fù)用方案，結(jié)合成本、可靠性等因素，平衡技術(shù)與成本投入。3.提升創(chuàng)新思維素養(yǎng)，關(guān)注技術(shù)前沿，思考將新技術(shù)用于現(xiàn)有場(chǎng)景，探索在地鐵通信中創(chuàng)新應(yīng)用的可能一、數(shù)據(jù)傳輸概述數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)之間、計(jì)算機(jī)與終端之間、終端與終端之間的信息通信或情報(bào)檢索。典型的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由主計(jì)算機(jī)(host)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE-dataterminialequipment)、數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備及數(shù)據(jù)傳輸信道(專線或交換網(wǎng))組成。數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程是DTE把人們要傳送的文字、圖像或語(yǔ)言信息經(jīng)機(jī)電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換或聲電轉(zhuǎn)換的人機(jī)接口變成設(shè)備內(nèi)的電信號(hào)，再通過(guò)DCE變成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)送到數(shù)據(jù)傳輸信道。接收端的DCE將線終信號(hào)還原后輸入計(jì)算機(jī)，最后還原成文字、圖像或語(yǔ)言信息。數(shù)據(jù)終端設(shè)備隸屬于通信網(wǎng)用來(lái)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)或收發(fā)兩用的設(shè)備。它的分類，按人機(jī)聯(lián)系方式可分接觸(如鍵盤)、語(yǔ)音或圖像終端；按傳輸方式可分同步、異步終端，并可按傳輸速率分類。在情報(bào)數(shù)據(jù)傳輸中，常用的DTE有視覺(jué)顯示器、電傳打字機(jī)和傳真機(jī)。國(guó)外還推出智能用戶電報(bào)終端(TTX-Teletex)。一、數(shù)據(jù)傳輸概述1.數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是由數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和傳輸信道組成的傳輸系統(tǒng)，以某種拓?fù)湫问酵ㄟ^(guò)各種接口電路相互連接而成的一種網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸必須遵循某一共同的通信協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)的功能是保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各終端間數(shù)據(jù)的正確傳輸和交換。典型的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)除采用專線組成的專用網(wǎng)外，還采用公共通信網(wǎng)，主要有公眾電話交換網(wǎng)(PSTN)和公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)。國(guó)外已在發(fā)展綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2-8所示。一、數(shù)據(jù)傳輸概述一、數(shù)據(jù)傳輸概述.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可按幾個(gè)方面進(jìn)行分類：按傳輸距離可分局部網(wǎng)和廣域網(wǎng)；按拓?fù)湫问娇煞挚偩€網(wǎng)、星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、樹(shù)狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)；按交換方式可分信息交換、電路交換和分組交換。通信協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)涉及的各通信設(shè)備在通信傳輸中必須共同遵循的一種規(guī)程，它的功能是保證數(shù)據(jù)在傳輸前最佳路由的選擇、信道或鏈路的建立和建立后信道的同步和維持以及數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)移過(guò)程中格式和順序的正確、流量的控制、差錯(cuò)的檢出和糾正等。不同的通信網(wǎng)絡(luò)均有各自不同的通信協(xié)議，在計(jì)算機(jī)通信中不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)也采用各自的通信協(xié)議。同步串行鏈路協(xié)議有:美國(guó)IBM的二進(jìn)制同步通信(BSC)和同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC)、DEC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信電文協(xié)議(DDCMP)、UNIVAC公司數(shù)據(jù)鏈路控制(UDLC)、BURROUGH公司數(shù)據(jù)鏈路控制(BDLC)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSI的先進(jìn)數(shù)據(jù)通信控制協(xié)議(ADCCP)等。異步串行鏈路協(xié)議是一種由起單元、信息單元和止單元組成的起止方式。其中除起單元占1個(gè)單元外,信息單元根據(jù)不同電碼從5單位至8單位而不同,止單元占1或1.5或2個(gè)單元可選用。異步方式主要用在終端與計(jì)算機(jī)或終端與終端之間的通信。同步方式則用在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。國(guó)際上常用的同步協(xié)議有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)和國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)的CCITTX.25協(xié)議等。一、數(shù)據(jù)傳輸概述3.接口電路數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的接口電路是指該網(wǎng)上各種硬件設(shè)備相互連接的界面，它的功能是完成相互連接設(shè)備在通信時(shí)要求實(shí)現(xiàn)的相互控制、信號(hào)轉(zhuǎn)換和阻抗匹配，諸如操作順序控制、啟停控制、電號(hào)轉(zhuǎn)換、碼型轉(zhuǎn)換、速率轉(zhuǎn)換和規(guī)程轉(zhuǎn)換等。典型的電路如DTE與DCE間不同標(biāo)準(zhǔn)的CCITTV.10、V.11、V.24和V.28等。DCE與信道間不同調(diào)制速率和調(diào)制方法的CCITTV.21、V.22、V.23、V.25、V.26、V.27、V.29、V.32、V.33及X.20、X.21等。二、多路復(fù)用技術(shù)1.定義多路復(fù)用技術(shù)是把多個(gè)低速信道組合成一個(gè)高速信道的技術(shù)，它可以有效地提高數(shù)據(jù)鏈路的利用率，從而使得一條高速的主干鏈路同時(shí)為多條低速的接入鏈路提供服務(wù)，也就是使得網(wǎng)絡(luò)干線可以同時(shí)運(yùn)載大量的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸。多路復(fù)用技術(shù)是為了充分利用傳輸媒體，人們研究了在一條物理線路上建立多個(gè)通信信道的技術(shù)。多路復(fù)用技術(shù)的實(shí)質(zhì)是，將一個(gè)區(qū)域的多個(gè)用戶數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送多路復(fù)用器進(jìn)行匯集，然后將匯集后的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)物理線路進(jìn)行傳送，接收多路復(fù)用器再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，分發(fā)到多個(gè)用戶。二、多路復(fù)用技術(shù)2.常用設(shè)備（1）多路復(fù)用器多路復(fù)用器是一種設(shè)備，能接收多個(gè)輸入信號(hào)，按每個(gè)輸入信號(hào)可恢復(fù)方式合成單個(gè)輸出信號(hào)。復(fù)用器是一種綜合系統(tǒng)，通常包含一定數(shù)目的數(shù)據(jù)輸入，有一個(gè)單獨(dú)的輸出。電子學(xué)中，多路復(fù)用器（multiplexer或mux）能從多個(gè)模擬或數(shù)字輸入信號(hào)中選擇某個(gè)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)發(fā)，將不同的被選信號(hào)輸出到同一個(gè)輸出線路中。常見(jiàn)的多路復(fù)用器如圖2-9所示。二、多路復(fù)用技術(shù)二、多路復(fù)用技術(shù)復(fù)用技術(shù)可能遵循以下原則之一，如：TDM、FDM、CDM或WDM。復(fù)用技術(shù)也應(yīng)用于軟件操作上，如：同時(shí)將多線程信息流傳送到設(shè)備或程序中。使用多路復(fù)用器的目的是充分利用通信信道的容量，大大降低系統(tǒng)的成本。例如，對(duì)于一對(duì)電話線來(lái)說(shuō)，它的通信頻帶一般在100kHz以上，而每一路電話信號(hào)的頻帶一般限制在4kHz以下。此時(shí)，信道的容量遠(yuǎn)大于一路電話的信息傳送量。二、多路復(fù)用技術(shù)采用多路復(fù)用器，可使多路數(shù)據(jù)信息共享一路信道。當(dāng)復(fù)用線路上的數(shù)據(jù)流連續(xù)時(shí)，這種共享方式可取得良好效果。顯然，這樣做比每臺(tái)終端各用一根通信線路傳送也更為經(jīng)濟(jì)。多路復(fù)用器總是成對(duì)使用的。一個(gè)連續(xù)終端，另一個(gè)在主機(jī)附近，它的作用是將接收的復(fù)合數(shù)據(jù)流，依照信道分離數(shù)據(jù)，并將它們送到對(duì)應(yīng)的輸出線上，故稱為解多路復(fù)用器。二、多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用器即數(shù)據(jù)選擇器，用來(lái)將N個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)復(fù)用到一個(gè)輸出通道上，多路復(fù)用器在數(shù)字系統(tǒng)中有著非常重要的應(yīng)用。4選1多路復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。二、多路復(fù)用技術(shù)圖2-10中有四路數(shù)據(jù)C0到C3，通過(guò)選擇控制信號(hào)S2、S1（地址碼）從四路數(shù)據(jù)中選中一路數(shù)據(jù)送至輸出端z。數(shù)據(jù)選擇器的真值表如表2-1所示。二、多路復(fù)用技術(shù)（2）多路分配器數(shù)據(jù)分配器根據(jù)約定規(guī)則再把高帶寬信號(hào)分解為多個(gè)低帶寬信號(hào)，能夠?qū)?個(gè)輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)需要傳送到m個(gè)輸出端的任何一個(gè)輸出端的電路，又稱為多路分配器，其邏輯功能正好與數(shù)據(jù)選擇器相反。常見(jiàn)的多路復(fù)用技術(shù)包括頻分多路復(fù)用（FDM）、時(shí)分多路復(fù)用（TDM）、波分多路復(fù)用（WDM）和碼分多路復(fù)用（CDMA）其中時(shí)分多路復(fù)用又包括同步時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。二、多路復(fù)用技術(shù)3.技術(shù)分類 （1）頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用技術(shù)FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）。頻分多路復(fù)用利用通信線路的可用帶寬超過(guò)了給定的帶寬這一優(yōu)點(diǎn)。頻分多路復(fù)用的基本原理是：如果每路信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且各個(gè)載波頻率是完全獨(dú)立的，即各個(gè)信道所占用的頻帶不相互重疊，相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離，那么每個(gè)信道就能獨(dú)立地傳輸一路信號(hào)。頻分多路復(fù)用流程圖如下，其中A1、A2、A3代表原始信號(hào)，D1、D2、D3代表數(shù)字化信號(hào)，如圖2-11所示。二、多路復(fù)用技術(shù)二、多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用的主要特點(diǎn)是，信號(hào)被劃分成若干通道（頻道，波段），每個(gè)通道互不重疊，獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。每個(gè)載波信號(hào)形成一個(gè)不重疊、相互隔離（不連續(xù)）的頻帶。接收端通過(guò)帶通濾波器來(lái)分離信號(hào)。頻分多路復(fù)用在無(wú)線電廣播和電視領(lǐng)域中的應(yīng)用較多。ADSL也是一個(gè)典型的頻分多路復(fù)用。ADSL用頻分多路復(fù)用的方法，在PSTN使用雙絞線上劃分出三個(gè)頻段：0~4kHz用來(lái)傳送傳統(tǒng)的語(yǔ)音信號(hào)；20kHz~50kHz用來(lái)傳送計(jì)算機(jī)上載的數(shù)據(jù)信息；150kHz~500kHz或140kHz~1100kHz用來(lái)傳送從服務(wù)器上下載的數(shù)據(jù)信息。二、多路復(fù)用技術(shù)（2）時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)TDM（TimeDivisionMultiplexing）。時(shí)分多路復(fù)用將用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片段，每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片。時(shí)分多路復(fù)用通信的各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間片進(jìn)行通信。由抽樣理論可知，抽樣的一個(gè)重要作用，是將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上的離散信號(hào)，其在信道上占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一信道傳輸提供條件。具體說(shuō)就是把時(shí)間分成一些均勻的時(shí)間片，通過(guò)同步（固定分配）或統(tǒng)計(jì)（動(dòng)態(tài)分配）的方式，將各路信號(hào)的傳輸時(shí)間配分在不同的時(shí)間片，以達(dá)到互相分開(kāi)，互不干擾的目的。二、多路復(fù)用技術(shù)2021年，應(yīng)用最廣泛的時(shí)分多路復(fù)用是貝爾系統(tǒng)的T1載波。T1載波是將24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上，每路音頻信號(hào)在送到多路復(fù)用器之前，要通過(guò)一個(gè)脈沖編碼調(diào)制編碼器，編碼器每秒抽樣8000次。24路信號(hào)的每一路，輪流將一個(gè)字節(jié)插入到幀中，每個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度為8位，其中7位是數(shù)據(jù)位，1位用于信道控制。每幀由24×8=192位組成，附加1bit作為幀的開(kāi)始標(biāo)志位，所以每幀共有193bit。由于發(fā)送一幀需要125μs，秒鐘可以發(fā)送8000幀。因此T1載波數(shù)據(jù)傳輸速率為：193bit×8000=1544000bps=1544Kbps=1.544Mbps二、多路復(fù)用技術(shù)（3）波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用技術(shù)WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）。波分復(fù)用用同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力。因?yàn)楣馔ㄐ诺墓庠丛诠馔ㄐ诺摹按翱凇鄙现徽加昧撕苷囊徊糠郑€有很大的范圍沒(méi)有利用。二、多路復(fù)用技術(shù)也可以這樣認(rèn)為WDM是FDM應(yīng)用于光纖信道的一個(gè)變例。如果讓不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在同一根光纖上傳輸而互不干擾，利用多個(gè)波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)的光源同時(shí)在一根光纖上傳送各自攜帶的信息，就可以增加所傳輸?shù)男畔⑷萘俊Ｓ捎谑怯貌煌牟ㄩL(zhǎng)傳送各自的信息，因此即使在同一根光纖上也不會(huì)相互干擾。在接收端轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，可以獨(dú)立地保持每個(gè)不同波長(zhǎng)的光源所傳送的信息。這種方式就叫做“波分復(fù)用”。二、多路復(fù)用技術(shù)如果將一系列載有信息的不同波長(zhǎng)的光載波，在光領(lǐng)域內(nèi)以1至幾百納米的波長(zhǎng)間隔合在一起沿單根光纖傳輸，在接收器再以一定的方法，將各個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波分開(kāi)。在光纖上的工作窗口上安排100個(gè)波長(zhǎng)不同的光源，同時(shí)在一根光纖上傳送各自攜帶的信息，就能使光纖通信系統(tǒng)的容量提高100倍。二、多路復(fù)用技術(shù)（4）碼分多址碼分多址技術(shù)CDMA（CodeDivisionMultipleAccess)。碼分多址是采用地址碼和時(shí)間、頻率共同區(qū)分信道的方式。CDMA的特征是每個(gè)用戶有特定的地址碼，而地址碼之間相互具有正交性，因此各用戶信息的發(fā)射信號(hào)在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊，從而使有限的頻率資源得到利用。CMDA設(shè)備如圖2-12所示。二、多路復(fù)用技術(shù)二、多路復(fù)用技術(shù)CDMA是在擴(kuò)頻技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的無(wú)線通信技術(shù)，即將需要傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，從一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端也使用完全相同的偽隨機(jī)碼，對(duì)接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。不同的移動(dòng)臺(tái)（或手機(jī)）可以使用同一個(gè)頻率，但是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)（或手機(jī)）都被分配帶有一個(gè)獨(dú)特的“碼序列”，該序列碼與所有別的“序列碼”都不相同，因?yàn)槭强坎煌摹按a序列”來(lái)區(qū)分不同的移動(dòng)臺(tái)（或手機(jī)），所以各個(gè)用戶相互之間也沒(méi)有干擾從而達(dá)到了多路復(fù)用的目的。二、多路復(fù)用技術(shù)（5）空分多址空分多址技術(shù)SDMA（SpaceDivisionMultipleAccess）。這種技術(shù)是將空間分割構(gòu)成不同的信道，從而實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，達(dá)到信道增容的目的。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)衛(wèi)星上使用多個(gè)天線，各個(gè)天線的波束射向地球表面的不同區(qū)域地面上不同區(qū)域的地球站，它們?cè)谕粫r(shí)間，即使用相同的頻率進(jìn)行工作，它們之間也不會(huì)形成干擾。圖2-13是日常生活中常見(jiàn)的應(yīng)用空分多址技術(shù)的情況。二、多路復(fù)用技術(shù)二、多路復(fù)用技術(shù)SDMA系統(tǒng)的處理程序如下:系統(tǒng)將首先對(duì)來(lái)自所有天線中的信號(hào)進(jìn)行快照或取樣，然后將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并存儲(chǔ)在內(nèi)存中；計(jì)算機(jī)中的SDMA處理器將立即分析樣本，對(duì)無(wú)線環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，確認(rèn)用戶、干擾源及所在的位置；處理器對(duì)天線信號(hào)的組合方式進(jìn)行計(jì)算，力爭(zhēng)最佳地恢復(fù)用戶的信號(hào)。借助這種策略，每位用戶的信號(hào)接收質(zhì)量將提高，而其他用戶的信號(hào)或干擾信號(hào)則會(huì)遭到屏蔽；系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算，使天線陣列可以有選擇地向空間發(fā)送信號(hào)。再次在此基礎(chǔ)上，每位用戶的信號(hào)都可以通過(guò)單獨(dú)的通信信道空間-空間信道實(shí)現(xiàn)高效的傳輸；在上述處理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)就能夠在每條空間信道上發(fā)送和接收信號(hào)，這種傳輸信道稱為雙向信道。二、多路復(fù)用技術(shù)利用上述流程，SDMA系統(tǒng)就能夠在一條普通信道上創(chuàng)建大量的頻分、時(shí)分或碼分雙向空間信道，每一條信道可以完全獲得整個(gè)陣列的增益和抗干擾功能。從理論上而言，帶m個(gè)單元的陣列能夠在每條普通信道上支持m條空間信道。但在實(shí)際應(yīng)用中支持的信道數(shù)量將略低于這個(gè)數(shù)目，具體情況則取決于環(huán)境。由此可見(jiàn)，SDMA系統(tǒng)可使系統(tǒng)容量成倍增加，使得系統(tǒng)在有限的頻譜內(nèi)可以支持更多的用戶，從而成倍提高頻譜使用效率。二、多路復(fù)用技術(shù)十多年來(lái)，無(wú)線通信經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字，從固定到移動(dòng)的重大變革。而就移動(dòng)通信而言，為了更有效地利用有限的無(wú)線頻率資源，時(shí)分多址技術(shù)（TDMA）、頻分多址技術(shù)（FDMA）、碼分多址技術(shù)（CDMA）得到了廣泛的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上建立了GSM和CDMA（是區(qū)別于3G的窄帶CDMA）兩大主要的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。就技術(shù)而言，現(xiàn)有的這三種多址技術(shù)已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用，頻譜的使用效率已經(jīng)發(fā)揮到了極限。空分多址技術(shù)（SDMA）則突破了傳統(tǒng)的三維思維模式，在傳統(tǒng)的三維技術(shù)的基礎(chǔ)上，在第四維空間上極大地拓寬了頻譜的使用方式，使移動(dòng)用戶僅僅由于空間位置的不同而復(fù)用同一個(gè)傳統(tǒng)的物理信道成為可能，并將移動(dòng)通信技術(shù)引入了一個(gè)更為嶄新的領(lǐng)域。二、多路復(fù)用技術(shù)4.基本原理頻分多路復(fù)用的基本原理是在一條通信線路上設(shè)置多個(gè)信道，每路信道的信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，各路信道的載波頻率互不重疊，這樣一條通信線路就可以同時(shí)傳輸多路信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用是以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象，通過(guò)多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此時(shí)分多路復(fù)用更適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。它又分為同步時(shí)分多路復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用。二、多路復(fù)用技術(shù)波分多路復(fù)用是光的頻分多路復(fù)用，它是在光學(xué)系統(tǒng)中利用衍射光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)多路不同頻率光波信號(hào)的合成與分解。碼分多路復(fù)用也是一種共享信道的方法，每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重疊，通信各方之間不會(huì)相互干擾，且抗干擾能力強(qiáng).碼分多路復(fù)用技術(shù)主要用于無(wú)線通信系統(tǒng)，特別是移動(dòng)通信系統(tǒng)。它不僅可以提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约皽p少干擾對(duì)通信的影響，而且增大了通信系統(tǒng)的容量。筆記本電腦或個(gè)人數(shù)字助理(PersonalDataAssistant,PDA)以及掌上電腦(HandedPersonalComputer,HPC)等移動(dòng)性計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信就是使用了這種技術(shù)。知識(shí)補(bǔ)充復(fù)用技術(shù)的核心原理是什么？?復(fù)用技術(shù)的核心原理是將多個(gè)信號(hào)合并到同一傳輸媒介上，通過(guò)編碼、調(diào)制、傳輸和解碼的過(guò)程實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的同時(shí)傳輸，從而提高通信資源的利用率和效率。小組為單位總結(jié)各類復(fù)用技術(shù)的區(qū)別和聯(lián)系。知識(shí)鏈接學(xué)練結(jié)合課后作業(yè)任務(wù)三

數(shù)據(jù)交換技術(shù)Contents數(shù)據(jù)交換技術(shù)

→工作情境地鐵員工小李負(fù)責(zé)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換管理維護(hù)。隨運(yùn)營(yíng)線路擴(kuò)展及新業(yè)務(wù)（高清監(jiān)控、智能服務(wù)系統(tǒng)）引入，數(shù)據(jù)交換需求大增。他需評(píng)估現(xiàn)行分組交換能否滿足需求，如高峰時(shí)數(shù)據(jù)延遲、丟包，要分析分組長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)報(bào)或虛電路管理問(wèn)題。同時(shí)，為契合未來(lái)地鐵智能化，還得關(guān)注技術(shù)新趨勢(shì)，探討混合交換模式可行性，保障通信系統(tǒng)穩(wěn)定高效，支撐地鐵運(yùn)營(yíng)與服務(wù)。數(shù)據(jù)交換技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)：1.掌握電路、報(bào)文、分組交換技術(shù)的原理、過(guò)程與特點(diǎn)，像電路交換的獨(dú)占實(shí)時(shí)、報(bào)文交換的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、分組交換的報(bào)文長(zhǎng)度限定。2.理解電路交換分類，分組交換關(guān)鍵及管理方法，知曉不同交換技術(shù)在公用電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等場(chǎng)景的應(yīng)用。3.熟知三種交換技術(shù)在資源分配、靈活性、收費(fèi)等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，以及存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)與電路交換的差別。數(shù)據(jù)交換技術(shù)

技能目標(biāo)：1.依實(shí)際通信需求與場(chǎng)景，精準(zhǔn)選擇數(shù)據(jù)交換技術(shù)，比如為地鐵列車調(diào)度通信判斷合適技術(shù)并闡述原因。2.運(yùn)用交換技術(shù)知識(shí)評(píng)估現(xiàn)有通信系統(tǒng)，像在地鐵中判斷分組交換的分組長(zhǎng)度是否合理并提優(yōu)化建議。3.針對(duì)數(shù)據(jù)交換故障或性能問(wèn)題，排查原因并解決，例如解決報(bào)文交換中轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延過(guò)大的問(wèn)題。數(shù)據(jù)交換技術(shù)

素養(yǎng)目標(biāo)：1.梳理三種交換技術(shù)原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，構(gòu)建知識(shí)脈絡(luò)，理解它們內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別，培養(yǎng)邏輯思維。2.考慮數(shù)據(jù)交換方案時(shí)，結(jié)合成本、效率等因素，做出合理決策，樹(shù)立工程實(shí)踐素養(yǎng)，如地鐵通信建設(shè)。3.關(guān)注交換技術(shù)前沿，思考新技術(shù)融入地鐵通信或改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，滿足通信需求，提升創(chuàng)新思維。數(shù)據(jù)交換技術(shù)→知識(shí)導(dǎo)入 從通信資源的分配角度來(lái)看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。常用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)有電路交換(CircuitSwitching)、報(bào)文交換(MessageSwitching)和分組交換(PacketSwitching)。一、電路交換電路交換（CircuitSwitching）方式與電話交換方式的工作過(guò)程很類似。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信子網(wǎng)交換數(shù)據(jù)之前，首先要在通信子網(wǎng)中通過(guò)交換設(shè)備間的線路連接，建立一條實(shí)際的專用物理通路。用此方式的交換網(wǎng)能為任意一個(gè)入網(wǎng)數(shù)據(jù)提供一條臨時(shí)的專用物理通路，由通路上各節(jié)點(diǎn)在空間上或時(shí)間上完成信道轉(zhuǎn)接而構(gòu)成，為源主機(jī)（輸出端）和宿主機(jī)（接收端）之間建立起一條直通的、獨(dú)占的物理線路。因此，在通路連接期間，不論這條線路有多長(zhǎng)，交換網(wǎng)為一對(duì)主機(jī)提供的都是點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上的數(shù)據(jù)通信，即建立連接的兩端設(shè)備獨(dú)占這條線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，直至該連接被釋放。公用電話網(wǎng)的交換方式采用的就是電路交換，通話雙方一旦建立通話，則可以一直獨(dú)占這條線路，直至通話結(jié)束，釋放連接，這時(shí)其他用戶才能使用這條線路。一、電路交換網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過(guò)呼叫過(guò)程建立一條源站點(diǎn)到目標(biāo)站點(diǎn)的線路。在如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，1～7為網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，A～F為網(wǎng)絡(luò)通信站點(diǎn)，若A站要與D站傳輸數(shù)據(jù)，就需要在A～D之間建立一條物理連接。具體步驟：A站向節(jié)點(diǎn)1發(fā)出欲與D站建立連接的請(qǐng)求，由于從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)4的通路有多條，如1-2-7-4、1-6-5-4和1-2-3-4等，此時(shí)需要根據(jù)路由選擇算法從中選擇一條，節(jié)點(diǎn)4再利用與D站的直接連接最終完成A站與D站之間的電路建立。呼叫建立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-14所示。一、電路交換一、電路交換1.電路交換的分類電路交換分為時(shí)分交換（TimeDivisionSwitching,TDS）和空分交換（SpaceDivisionSwitching,SDS）兩種方式。(1)時(shí)分交換（TDS）時(shí)分交換將時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)隙，通過(guò)時(shí)隙交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)話音的時(shí)隙搬移，從而完成入線與出線之間的交換。其核心在于時(shí)隙位置的交換，由主叫撥號(hào)控制。為實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，需設(shè)置話音存儲(chǔ)器：在抽樣周期內(nèi)，將n個(gè)時(shí)隙分別存入n個(gè)存儲(chǔ)器單元中，輸入按時(shí)隙順序存儲(chǔ)，輸出按特定順序讀取，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換。一、電路交換(2)空分交換（SDS）空分交換通過(guò)入線在空間位置選擇出線并建立連接，通信結(jié)束后拆除連接。例如，人工交換機(jī)中，塞繩一端連接入線塞孔，接線員根據(jù)主叫需求將另一端連接被叫出線塞孔，即為典型的空分交換方式。此外，機(jī)電式（電磁機(jī)械或繼電器式）、步進(jìn)制、縱橫制、半電子、程控模擬用戶交換機(jī)及寬帶交換機(jī)均可基于空分交換原理實(shí)現(xiàn)交換功能。一、電路交換(2)空分交換（SDS）空分交換通過(guò)入線在空間位置選擇出線并建立連接，通信結(jié)束后拆除連接。例如，人工交換機(jī)中，塞繩一端連接入線塞孔，接線員根據(jù)主叫需求將另一端連接被叫出線塞孔，即為典型的空分交換方式。此外，機(jī)電式（電磁機(jī)械或繼電器式）、步進(jìn)制、縱橫制、半電子、程控模擬用戶交換機(jī)及寬帶交換機(jī)均可基于空分交換原理實(shí)現(xiàn)交換功能。一、電路交換（2）數(shù)據(jù)傳輸電路建立后，數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)中間節(jié)點(diǎn)傳輸至終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)也可通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸具有最短的傳播延遲，且無(wú)阻塞問(wèn)題（除非線路或節(jié)點(diǎn)故障）。數(shù)據(jù)傳輸期間，電路需始終保持連接，通信雙方的傳輸延遲僅取決于電磁信號(hào)在介質(zhì)中的傳播延遲。（3）電路拆除數(shù)據(jù)傳輸完成后，任一站點(diǎn)均可發(fā)起電路拆除請(qǐng)求。請(qǐng)求通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)傳輸至對(duì)方，釋放線路資源。被釋放的信道空閑后，可供其他通信使用。一、電路交換3.電路交換的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)（1）電路交換的特點(diǎn)獨(dú)占性：電路建立后，線路資源被獨(dú)占，即使無(wú)數(shù)據(jù)傳輸，其他站點(diǎn)也無(wú)法共享。這類似于打電話，撥號(hào)建立連接后，無(wú)論是否講話，連接都專屬于通話雙方，若無(wú)可用連接，用戶將聽(tīng)到忙音。這種獨(dú)占性導(dǎo)致線路利用率低，易引起擁塞。實(shí)時(shí)性好：電路一旦建立，通信雙方的所有資源（包括線路）均用于本次通信，除少量傳輸延遲外，無(wú)其他延遲，實(shí)時(shí)性較高。設(shè)備簡(jiǎn)單：電路交換設(shè)備無(wú)需緩存裝置，用戶數(shù)據(jù)透明傳輸，收發(fā)雙方需自動(dòng)進(jìn)行速率匹配。一、電路交換（2）優(yōu)缺點(diǎn)電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)保持原有序列，不會(huì)亂序。缺點(diǎn)是電路空閑時(shí)，信道容量被浪費(fèi)。若數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間較短，電路建立和拆除的時(shí)間開(kāi)銷可能得不償失。適用于遠(yuǎn)程批處理信息傳輸或?qū)崟r(shí)性要求高的大量數(shù)據(jù)傳輸。計(jì)費(fèi)通常基于預(yù)訂的帶寬、距離和時(shí)間。。一、電路交換數(shù)據(jù)傳輸可靠迅速：數(shù)據(jù)保持原有序列，不會(huì)亂序，傳輸可靠。適用于實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)景：適合遠(yuǎn)程批處理信息傳輸或系統(tǒng)間實(shí)時(shí)性要求高的大量數(shù)據(jù)傳輸。信道容量浪費(fèi)：電路空閑時(shí)，信道容量被浪費(fèi)，尤其在數(shù)據(jù)傳輸階段持續(xù)時(shí)間較短時(shí)，電路建立和拆除的時(shí)間成本較高。計(jì)費(fèi)方式：按預(yù)訂的帶寬、距離和時(shí)間計(jì)費(fèi)，可能導(dǎo)致成本較高二、報(bào)文交換報(bào)文交換的基本思想報(bào)文交換先將用戶的報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)所需輸出電路空閑時(shí)，再將報(bào)文發(fā)送至接收交換機(jī)或用戶終端。因此，報(bào)文交換系統(tǒng)也稱為“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”系統(tǒng)。流程如圖2-15所示。二、報(bào)文交換1.報(bào)文交換的過(guò)程（1）當(dāng)用戶需要發(fā)送報(bào)文時(shí)，先將信息加上報(bào)文頭（包含目標(biāo)地址和源地址等信息），形成完整的報(bào)文并發(fā)送至交換機(jī)。交換機(jī)的通信控制器檢測(cè)到報(bào)文輸入后，向中央處理機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求，并將報(bào)文逐字送入內(nèi)存。（2）中央處理機(jī)接收?qǐng)?bào)文后，進(jìn)行處理（如分析報(bào)文頭、確定路由等），并將報(bào)文暫存于外部大容量存儲(chǔ)器，等待合適的輸出線路。（3）輸出線路空閑時(shí)，報(bào)文從外存儲(chǔ)器調(diào)回內(nèi)存儲(chǔ)器，經(jīng)通信控制器發(fā)送至目標(biāo)地址。二、報(bào)文交換2.報(bào)文交換的特點(diǎn)報(bào)文交換采用“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制，交換機(jī)首先存儲(chǔ)整個(gè)報(bào)文，待線路空閑時(shí)再進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)。其特點(diǎn)如下：（1）線路共享：不獨(dú)占線路，多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)可通過(guò)存儲(chǔ)和排隊(duì)共享同一條線路。（2）高效利用：無(wú)需建立線路連接，提高了線路利用率。（3）多點(diǎn)傳輸：支持一個(gè)報(bào)文傳輸給多個(gè)用戶，只需在報(bào)文中添加“地址字段”，中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)地址字段進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。（4）格式轉(zhuǎn)換：中間節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，便于接收站點(diǎn)處理。（5）差錯(cuò)檢測(cè)：增加了差錯(cuò)檢測(cè)功能，避免錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的無(wú)效傳輸。二、報(bào)文交換3.報(bào)文交換的優(yōu)缺點(diǎn)報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)有如下幾個(gè)方面：（1）無(wú)需專用線路：無(wú)需預(yù)先建立專用通信線路，無(wú)連接建立時(shí)延，用戶可隨時(shí)發(fā)送報(bào)文。（2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制可靠性高：支持代碼檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)重發(fā)和路徑選擇，若某條路徑故障，可重新選擇其他路徑傳輸數(shù)據(jù)。二、報(bào)文交換靈活性強(qiáng)：支持代碼轉(zhuǎn)換和速率匹配，允許收發(fā)雙方在不同時(shí)間處于可用狀態(tài)，便于不同類型、規(guī)格和速度的計(jì)算機(jī)之間通信。多目標(biāo)服務(wù)：支持一個(gè)報(bào)文同時(shí)發(fā)送到多個(gè)目的地址，這在電路交換中難以實(shí)現(xiàn)。優(yōu)先級(jí)控制：允許為數(shù)據(jù)設(shè)置傳輸優(yōu)先級(jí)，確保高優(yōu)先級(jí)報(bào)文優(yōu)先處理。（3）高效利用線路：通信雙方不固定占用一條線路，而是分段占用物理通路，顯著提高了線路利用率。二、報(bào)文交換報(bào)文交換的不足之處有如下幾個(gè)方面：（1）轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延大：數(shù)據(jù)進(jìn)入交換節(jié)點(diǎn)后需經(jīng)歷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，包括接收?qǐng)?bào)文、檢驗(yàn)正確性、排隊(duì)和發(fā)送等步驟，導(dǎo)致較大時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)通信量越大，時(shí)延越明顯，因此報(bào)文交換實(shí)時(shí)性差，不適合傳輸實(shí)時(shí)或交互式業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。（2）僅支持?jǐn)?shù)字信號(hào)：報(bào)文交換僅適用于數(shù)字信號(hào)傳輸。（3）緩沖區(qū)需求大：由于報(bào)文長(zhǎng)度無(wú)限制，每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)需完整接收并存儲(chǔ)整個(gè)報(bào)文。若輸出線路不空閑，可能需存儲(chǔ)多個(gè)完整報(bào)文等待轉(zhuǎn)發(fā)，要求節(jié)點(diǎn)具備較大緩沖區(qū)。為降低成本，有時(shí)需將報(bào)文存儲(chǔ)在磁盤上，進(jìn)一步增加傳輸時(shí)延。三、分組交換分組交換（PacketSwitching）與報(bào)文交換技術(shù)類似，但規(guī)定了交換機(jī)處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度（稱為分組）。不同用戶的數(shù)據(jù)分組可以在網(wǎng)絡(luò)中的物理鏈路上交織傳輸。分組交換是目前應(yīng)用最廣泛的交換技術(shù)，它結(jié)合了電路交換和報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了性能的最優(yōu)化。為理解分組交換的優(yōu)越性，需先了解“報(bào)文”與“報(bào)文分組”的區(qū)別。三、分組交換1.報(bào)文與報(bào)文分組數(shù)據(jù)通過(guò)通信子網(wǎng)傳輸時(shí)可采用報(bào)文（Message）或報(bào)文分組（Packet）兩種方式。報(bào)文傳輸：無(wú)論數(shù)據(jù)長(zhǎng)度如何，均作為一個(gè)邏輯單元發(fā)送。報(bào)文分組傳輸：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度。若數(shù)據(jù)超過(guò)規(guī)定長(zhǎng)度，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將其分割為多個(gè)分組發(fā)送。報(bào)文分組的檢錯(cuò)與重發(fā)效率高：分組長(zhǎng)度較短，出錯(cuò)時(shí)檢錯(cuò)容易，重發(fā)時(shí)間較少。資源利用率高：限定分組最大長(zhǎng)度，提高了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間利用率和傳輸效率。應(yīng)用場(chǎng)景：公用數(shù)據(jù)網(wǎng)通常采用分組交換技術(shù)。三、分組交換2.分組交換原理分組交換與報(bào)文交換類似，但限定了交換設(shè)備處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度（稱為分組）。它將長(zhǎng)報(bào)文分割為若干小分組傳輸，不同站點(diǎn)的分組可在同一線路上交織傳輸，提高了線路利用率。分組長(zhǎng)度固定，系統(tǒng)可采用高速緩存技術(shù)暫存分組，提升轉(zhuǎn)發(fā)速度。分組交換在X.25分組交換網(wǎng)和以太網(wǎng)中均有典型應(yīng)用。在X.25分組交換網(wǎng)中，分組長(zhǎng)度為131字節(jié)，其中包含128字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)和3字節(jié)的控制信息；而在以太網(wǎng)中，分組長(zhǎng)度通常為1500字節(jié)左右（在線路質(zhì)量較好、傳輸速率較高時(shí)，分組長(zhǎng)度可適當(dāng)增加）。分組交換流程如圖2-16所示三、分組交換三、分組交換3.分組交換的關(guān)鍵與管理方法分組交換的關(guān)鍵在于分組長(zhǎng)度的選擇。分組越小，控制信息等冗余量在分組中所占比例越大，會(huì)降低用戶數(shù)據(jù)傳輸效率；分組越大，數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)概率增加，重傳次數(shù)增多，同樣影響傳輸效率。三、分組交換目前主要有兩種管理分組流的方法數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路。（1）數(shù)據(jù)報(bào)每個(gè)數(shù)據(jù)包被獨(dú)立處理，類似于報(bào)文交換中每個(gè)報(bào)文的獨(dú)立處理方式。每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由選擇算法為每個(gè)數(shù)據(jù)包選擇路徑，確保它們到達(dá)相同的目的地。（2）虛電路數(shù)據(jù)傳輸前，發(fā)送和接收雙方在網(wǎng)絡(luò)中建立一條邏輯連接，而非電路交換中的專用物理通路。路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有緩沖裝置，按照邏輯連接的方向和接收次序進(jìn)行輸出排隊(duì)和轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，每個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)需為每個(gè)數(shù)據(jù)包單獨(dú)選擇路徑，就像收發(fā)雙方有一條專用信道一樣。三、分組交換四、三組交換技術(shù)比較三組交換技術(shù)的流程對(duì)比，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文交換和分組交換均采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。三組交換技術(shù)流程圖如圖2-17所示。三、分組交換1.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換與電路交換的比較在存儲(chǔ)交換方式中，發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址和控制信息按照一定格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元（報(bào)文或報(bào)文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)。通信子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯(cuò)校驗(yàn)、存儲(chǔ)、路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)功能，而這些功能在電路交換方式中均不具備。三、分組交換相對(duì)電路交換方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)能夠存儲(chǔ)分組，允許多個(gè)分組共享通信信道，從而提高了線路利用率。通信控制處理機(jī)具備路由選擇功能，能夠動(dòng)態(tài)選擇報(bào)文分組通過(guò)通信子網(wǎng)的最佳路徑，優(yōu)化通信流量分配，提升系統(tǒng)效率。分組在通過(guò)每個(gè)通信控制處理機(jī)時(shí)，均會(huì)進(jìn)行差錯(cuò)檢查與糾錯(cuò)處理，從而減少傳輸錯(cuò)誤，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。此外，通信控制處理機(jī)還支持不同通信速率和代碼格式的轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步提高了通信的靈活性和兼容性。三、分組交換2.電路交換與分組交換的比較（1）分配通信資源(主要是線路)式電路交換方式靜態(tài)地事先分配線路，造成線路資源的浪費(fèi)，并導(dǎo)致接續(xù)時(shí)的困難；分組交換式可動(dòng)態(tài)地(按序)分配線路，提高了線路的利率，由于使用內(nèi)存來(lái)暫存分組，可能出現(xiàn)因?yàn)閮?nèi)存資源耗盡，而中間節(jié)點(diǎn)不得不丟棄接到的分組的現(xiàn)象。三、分組交換（2）用戶的靈活性方面電路交換的信息傳輸是全透明的，用戶可以自行定義傳輸信息的內(nèi)容、速率、體積和格式等,可以同時(shí)傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等；分交換的信息傳輸則是半透明的，戶必須按照分組設(shè)備的要求使用基本的參數(shù)。（3）從收費(fèi)方面看電路交換網(wǎng)絡(luò)的收費(fèi)僅限于通信的距離和使用的時(shí)間；分組交換網(wǎng)絡(luò)的收費(fèi)則考慮傳輸?shù)淖止?jié)(或者分組)數(shù)和連接的時(shí)間。前沿技術(shù)隨著5G技術(shù)的逐漸普及，數(shù)據(jù)交換的速度和效率將會(huì)大大提升，使得更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換成為可能，從而推動(dòng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)據(jù)交換變得更加智能化和個(gè)性化，能夠更好地滿足不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)交換需求。知識(shí)鏈接學(xué)練結(jié)合課后作業(yè)任務(wù)四

數(shù)據(jù)傳輸類型Contents數(shù)據(jù)傳輸類型→工作情境一天早高峰時(shí)段，突然出現(xiàn)部分列車運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸延遲的情況，調(diào)度大屏上列車位置信息更新不及時(shí)，這給列車調(diào)度工作帶來(lái)了極大的困擾。他明白數(shù)據(jù)傳輸就如同地鐵運(yùn)營(yíng)的“神經(jīng)脈絡(luò)”，一旦出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行就會(huì)陷入混亂。他開(kāi)始與信號(hào)維護(hù)人員、通信工程師等緊密協(xié)作，一起排查數(shù)據(jù)傳輸鏈路、分析傳輸方式是否存在問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，小林深刻體會(huì)到了數(shù)據(jù)傳輸知識(shí)在實(shí)際工作中的重要性，也更加迫切地想要深入學(xué)習(xí)和掌握這方面的知識(shí)，以便未來(lái)能更從容地應(yīng)對(duì)類似的突發(fā)狀況，保障地鐵系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸類型知識(shí)目標(biāo)：1.熟知數(shù)據(jù)傳輸按信號(hào)分類（基帶、頻帶、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸）、按順序分類（并行、串行傳輸）、按方式分類（異步、同步傳輸）的方式及特點(diǎn)。2.理解不同傳輸方式的原理，如基帶傳輸?shù)拇a型變換、頻帶傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)越性與組網(wǎng)要求等。3.掌握常見(jiàn)傳輸碼型（歸零碼、非歸零碼等）及傳輸系統(tǒng)組成（本地傳輸、復(fù)用交叉連接等），以及字符同步方式在異步和同步傳輸中的應(yīng)用。數(shù)據(jù)傳輸類型技能目標(biāo)：1.能依據(jù)實(shí)際場(chǎng)景需求，分析并選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸方式，例如在地鐵通信中，根據(jù)數(shù)據(jù)量、傳輸距離等因素確定基帶、頻帶或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。2.運(yùn)用數(shù)據(jù)傳輸知識(shí)，評(píng)估現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)，如判斷地鐵數(shù)據(jù)傳輸線路的碼型選擇是否合理，提出改進(jìn)建議。3.針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，如異步傳輸?shù)男实汀⑼絺鬏數(shù)耐焦收系龋盟鶎W(xué)排查原因并解決。數(shù)據(jù)傳輸類型素養(yǎng)目標(biāo)：1.梳理各類數(shù)據(jù)傳輸方式的原理、特點(diǎn)與應(yīng)用，構(gòu)建知識(shí)體系，理解其內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)邏輯思維素養(yǎng)。2.考慮數(shù)據(jù)傳輸方案時(shí)，結(jié)合成本、效率、可靠性等因素，做出合理決策，樹(shù)立工程實(shí)踐素養(yǎng)，如地鐵傳輸系統(tǒng)建設(shè)。3.關(guān)注數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)前沿，思考新技術(shù)在地鐵通信中的應(yīng)用，提升創(chuàng)新思維素養(yǎng)，滿足地鐵通信發(fā)展需求。數(shù)據(jù)傳輸類型→知識(shí)導(dǎo)入數(shù)據(jù)傳輸就是按照一定的規(guī)程，通過(guò)一條或者多條數(shù)據(jù)鏈路，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端，它的主要作用就是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)與點(diǎn)之間的信息傳輸與交換。一個(gè)好的數(shù)據(jù)傳輸方式可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。數(shù)據(jù)傳輸類型數(shù)據(jù)傳輸部分在整個(gè)系統(tǒng)中處于重要的地位，相當(dāng)于人體的神經(jīng)給身體的各個(gè)部位傳輸信號(hào)，如何高效地、準(zhǔn)確地、及時(shí)地傳輸采集模塊采集到的數(shù)字信息是一個(gè)重要的課題。數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方的通信過(guò)程。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通常由傳輸信道和信道兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）組成，在某些情況下，還包括信道兩端的復(fù)用設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備為終端或計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE），它所發(fā)出的數(shù)據(jù)信息一般都是字母、數(shù)字和符號(hào)的組合，為了傳送這些信息，就需將每一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)用二進(jìn)制代碼來(lái)表示。常用的二進(jìn)制代碼有國(guó)際五號(hào)碼（IA5）、EBCDIC碼、國(guó)際電報(bào)二號(hào)碼（ITA2）等。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類數(shù)據(jù)信號(hào)的基本傳輸方式有三種：基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。1.基帶傳輸基帶傳輸是一種不需要搬移基帶信號(hào)頻譜的傳輸方式。未對(duì)載波調(diào)制的待傳信號(hào)稱為基帶信號(hào)，它所占的頻帶稱為基帶，基帶的高限頻率與低限頻率之比通常遠(yuǎn)大于1。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類將基帶信號(hào)的頻譜搬移到較高的頻帶（用基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制）再傳輸，則稱為通帶傳輸。選用基帶傳輸或通帶傳輸，與信道的適用頻帶有關(guān)。例如，計(jì)算機(jī)或脈碼調(diào)制電話終端機(jī)輸出的數(shù)字脈沖信號(hào)是基帶信號(hào)，可以利用電纜作基帶傳輸，不必對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。與通帶傳輸相比，基帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單；線路衰減小，有利于增加傳輸距離。對(duì)于不適合基帶信號(hào)直接通過(guò)的信道（如無(wú)線信道），則可將脈沖信號(hào)經(jīng)數(shù)字調(diào)制后再傳輸。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類基帶傳輸廣泛用于音頻電纜和同軸電纜等傳送數(shù)字電話信號(hào)，同時(shí)，在數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用也日益擴(kuò)大。通帶傳輸系統(tǒng)中，調(diào)制前和調(diào)制后對(duì)基帶信號(hào)處理仍須利用基帶傳輸原理，采用線性調(diào)制的通帶傳輸系統(tǒng)可以變換為等效基帶傳輸來(lái)分析。基帶傳輸中的碼型變換裝置把來(lái)自信源的數(shù)碼變換為適合于信道傳輸?shù)拇a波形。常用的傳輸碼波形有歸零碼、非歸零碼、傳號(hào)差分碼、雙相碼、交替?zhèn)魈?hào)反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）等。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類（1）歸零碼是用窄脈沖代表“1”碼，沒(méi)有脈沖代表“0”碼。（2）非歸零碼是在一個(gè)碼周期內(nèi)維持一種電平，如高電平代表“1”，低電平代表“0”。傳號(hào)差分碼是用電平的變化來(lái)代表“1”(稱“1”為傳號(hào))，電平不變代表“0”。（3）差分碼用于信號(hào)傳輸中高低電平會(huì)反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。（4）雙相碼又稱分相碼或曼徹斯特碼，用10組合代表“1”，01組合代表“0”。雙相碼的優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有直流分量，可用要求不高的交流耦合電路；01過(guò)渡頻繁，有利于恢復(fù)定時(shí)信號(hào)等。缺點(diǎn)：傳輸碼速加倍，所需頻帶加寬。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類（5）交替?zhèn)魈?hào)反轉(zhuǎn)碼是用窄的正脈沖或負(fù)脈沖代表“1”，無(wú)脈沖代表“0”，正、負(fù)脈沖交替出現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有直流分量，可利用正、負(fù)脈沖交替規(guī)律來(lái)監(jiān)視誤碼；缺點(diǎn)：處于長(zhǎng)“0”時(shí)，恢復(fù)定時(shí)信號(hào)困難。此外，還有多種其他傳輸碼型。例如，利于傳輸或節(jié)省頻帶的有部分響應(yīng)編碼、多電平碼；利于定時(shí)信號(hào)恢復(fù)的有加擾二元碼、高密度雙極性碼、編碼傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼等。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類基帶傳輸發(fā)送濾波器用以限制信號(hào)頻帶，避免干擾其他系統(tǒng)，有時(shí)也可不用。傳輸信道可以是電纜。收信端濾波器用以濾除由信道帶來(lái)的噪聲和干擾。均衡器用以均衡信道畸變，以便減小碼間干擾。濾波器和信道都對(duì)頻帶有限制，接收濾波器輸出的波形會(huì)發(fā)生變化。采樣判決電路每隔時(shí)間T對(duì)接收波形進(jìn)行采樣，得到樣值脈沖。樣值大于零判為“1”，小于零判為“0”。如果信道畸變和疊加噪聲未使樣值發(fā)生極性錯(cuò)誤，就能無(wú)誤地再生發(fā)信端信號(hào)。再經(jīng)碼型反變換（有時(shí)與判決結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)），恢復(fù)的數(shù)碼就送給信宿，如計(jì)算機(jī)或脈碼調(diào)制電話終端機(jī)。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類基帶傳輸系統(tǒng)的輸入信號(hào)是由終端設(shè)備編碼器產(chǎn)生的脈沖序列，為了使這種脈沖序列適合于信道的傳輸，一般要經(jīng)過(guò)碼型變換器，碼型變換器把二進(jìn)制脈沖序列變?yōu)殡p極性碼（AMI碼或HDB3碼），有時(shí)還要進(jìn)行波形變換，使信號(hào)在基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)減小碼間干擾。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道時(shí)，由于信道特性不理想及噪聲的干擾，使信號(hào)受到干擾而變形。在接收端為了減小噪聲的影響，首先使信號(hào)進(jìn)入接收濾波器，然后再經(jīng)過(guò)均衡器，校正由于信道特性（包括接收濾波器在內(nèi)）不理想而產(chǎn)生的波形失真或碼間串?dāng)_。最后在取樣定時(shí)脈沖到來(lái)時(shí)，進(jìn)行判決以恢復(fù)基帶數(shù)字碼脈沖。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類常見(jiàn)的傳輸碼型有NRZ碼、RZ碼、AMI碼、HDB3碼及CMI碼，其中最適合基帶傳輸?shù)拇a型是HDB3碼。另外，AMI碼也是CCITT建議采用的基帶傳輸碼型，但其缺點(diǎn)是當(dāng)長(zhǎng)連"0"過(guò)多時(shí)對(duì)定時(shí)信號(hào)提取不利。CMI碼一般作為四次群的接口碼型。常見(jiàn)的傳輸碼型如圖2-18所示。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類2.頻帶傳輸頻帶傳輸是信號(hào)經(jīng)調(diào)制后傳輸?shù)浇K端后經(jīng)再解調(diào)的傳輸方式。即將數(shù)字信號(hào)(二進(jìn)制電信號(hào))進(jìn)行調(diào)制變換，變成能在公共電話線上傳輸?shù)哪M信號(hào)(音頻信號(hào))，經(jīng)傳輸介質(zhì)傳送到接收端后，再由調(diào)制解調(diào)器將該音頻信號(hào)解調(diào)變換成原來(lái)二進(jìn)制電信號(hào)。頻帶傳輸需在發(fā)送端和接收端分別設(shè)置調(diào)制解調(diào)器。此種傳輸方式克服了許多長(zhǎng)途電話線路不能直接傳輸基帶信號(hào)的缺點(diǎn)，且能實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用功能一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類頻帶傳輸是一種利用調(diào)制器對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行頻率交換的傳輸方式，信號(hào)調(diào)制的目的是更好地適應(yīng)信號(hào)傳輸通道的頻率特性，傳輸信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制處理也能克服基帶傳輸同頻帶過(guò)寬的缺點(diǎn)，提高線路的利用率，一舉兩得。但是調(diào)制后的信號(hào)在接收端要解調(diào)還原，所以傳輸?shù)氖瞻l(fā)端需要專門的信號(hào)頻率變換設(shè)備，傳輸設(shè)備費(fèi)用相應(yīng)增加。遠(yuǎn)距離通信信道多為模擬信道，例如，傳統(tǒng)的電話（電話信道）只適用于傳輸音頻范圍（300~3400Hz）的模擬信號(hào)，不適用于直接傳輸頻帶很寬、但能量集中在低頻段的數(shù)字基帶信號(hào)。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類頻帶傳輸就是先將基帶信號(hào)變換（調(diào)制）成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍的模擬信號(hào)（稱為頻帶信號(hào)），再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道中傳輸。在采用頻帶傳輸方式時(shí)要求收發(fā)兩端都安裝調(diào)制解調(diào)器（Modem）。利用頻帶傳輸不僅解決了數(shù)字信號(hào)可利用電話系統(tǒng)傳輸?shù)膯?wèn)題，而且可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，以提高傳輸信道的利用率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離通信時(shí)經(jīng)常借助于電話系統(tǒng)，通常采用的是頻帶傳輸。基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)的轉(zhuǎn)換是由調(diào)制解調(diào)技術(shù)完成的。一、按數(shù)據(jù)信號(hào)分類3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸是采用數(shù)字信道來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式。與采用模擬信道的傳輸方式相比，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式有下列一些明顯的優(yōu)越性：①傳輸質(zhì)量高，一般數(shù)字信道傳輸?shù)恼Ｕ`碼率在10-6以下，而在模擬信道上則較難達(dá)到；②信道利用率高，一條PCM數(shù)字話路的二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸速率為64kbit/s，通過(guò)復(fù)用可傳輸多路19.2kbit/s