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1、数据通信课程设计论文题目 设计一个完整的数据通信系统 设计一个完整的数据通信系统摘 要 本文简要介绍了一个完整的数据通信系统的设计过程，它包括数据通信的基本组成和各个通信模块构成的总体完整数据通信系统框图，并简要介绍了各个模块的基本功能。该设计接入了ATM网络，并简要介绍了该网络的组成用户网络接口、ATM信元、ATM协议参考模型及基本协议、ATM交换的特点。最后对其所用硬件设备、软件技术PCM复用技术和信道编码循环码做简要介绍。本设计中所大多图形都用VISIO软件画出。关键词 数据通信系，ATM交换，ATM信元，PCM复用技术，循环码，VISIO软件目录1.设计背景42.数据通信系统简介42.
2、1数据通信系统的基本构成42.1.1 数据终端设备（DTE）52.1.2 数据电路52.1.3中央计算机系统53.数据通信系统设计63.1数据通信系统框图及功能63.2 ATM交换73.2.1 ATM定义73.2.2 ATM信元73.2.3 ATM的特点83.2.4ATM的虚连接83.2.5 ATM的交换原理93.3 ATM网103.3.1公用ATM和专用ATM网络113.3.2 ATM网的用户网络接口（UNI）114.ATM协议134.1 ATM各个平面功能134.2 ATM网路分层模型134.2.1ATM协议参考模型134.2.2 ATM物理层144.2.3 ATM层154.2.3 ATM
3、自适应层（ALL）154.2.4高层165.软件技术原理165.1 信道编译码CRC165.2 FSK调制解调176.硬件介绍186.1所用传输线186.1.1用户和交换机186.1.2交换机和交换机196.2硬件设备196.2.1终端设备196.2.2交换机197.心得体会21参考文献211.设计背景随着计算机的广泛应用，特别是Internet的出现与发展，传输网光纤化快速提高了信道的传输质量，人们对通信容量的需求和依赖越来越大，这促进了数据通信网的快速发展。数字通信的特点 再生中继，抗干扰能力强，差错控制，改善传输质量，支持各种消息的传递， 集成化，小型化，保密性强， 数字通信由于传输的数
4、字信号是离散电信号，很难被人听清，本身就具有较高的保密性。而为了密上加密，还可以很方便地进行加密处理。而且加密的规律愈复杂， 通信保密的程度就愈高，敌方愈不容易破译。可己方联络对象，只要利用相应的解密设备就可以进行信息还原。 代价：频带利用率低，同步技术复杂&数据通信网的种类较多,按其交换的方式可分为分组交换网、帧中继网、ATM网、数字数据网。不同的网络适用于不同的场合。ATM是作为下一代多媒体通信的主要高速网络技术出现的，从其开发的一开始，ATM就被设计成能提供声音、视频和数据传输，而计算机电话集成（CTI）技术是额外的优点，ATM通信网络的应用，无论是在WAN和LAN干线上的应用，其前景都
5、是诱人的，有着广阔的应用发展前途。2.数据通信系统简介数据用传输代码（二进制代码）表示（即用若干个“1”和“0”的组合表示每一个数据）就是数据信号。数据通信就是依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息，它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。2.1数据通信系统的基本构成数据通信系统是通过数据电路将分表不在远地的数据终端与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储、和处理的系统。数据通信系统的基本构成如下图1所示。 图1 数据通信系统的基本构成数据系统的构成基本包括数据终端设备（DTE）、数据电路、中央计算机系统组
6、成。2.1.1 数据终端设备（DTE）数据终端设备由数据输入输出设备和传输控制器组成。数据输入输出设备的作用在发送端把人们的数据信息变成以数字代码表示的数据信号，即把数据转换为数据信号；接收端完成相反的变换，即把数据信号还原成数据。传输控制器的作用是完成各种传输控制，如差错控制、接续控制、确认控制、传输顺序控制。2.1.2 数据电路数据电路由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成，它的作用是为数据通信提供传输通道。传输信道按照传输方式： 物理实线传输信道包括双绞线电缆、同轴电缆和光纤；电话网传输信道、数字数据传输信道（PCM数字信道作为数据传输信道）。数据电路终接设备是DCE与DTE
7、传输信道的接口设备。当数据信号采用不同的传输方式，DCE的功能会不同。基带传输2.1.3中央计算机系统中央计算机系统有通信控制系统由通信控制器、主机及其外围设备组成，具有处理从数据终端设备输入的数据信息，并将处理结果相应的数据终端设备输出的功能。基带传输时，DCE是对将来自DTE的数据信号进行某些变换，使信号功率谱与信道相适应；频带传输时DCE具体是调制解调器（modem），作用是调制解调；数字数据传输时，DCE是数据服务单元（Data Service Unit），其功能时信号格式变换，即消除信号中的直流成分和防止长串零的编码、信号再生和定时。3.数据通信系统设计3.1数据通信系统框图及功能本
8、设计以学校为基础设计ATM局域网，本设计中设计的通信系统基于ATM交换的ATM网络通信系统模型所下图2所示。图2 设计中ATM网数据通信系统模型各模块功能如下:用户为信源是数字信源，是通信发起者。本设计中信源为PC机、电话机。分组原是为主机发送数据报分配一个唯一的数据报标识符。表示数据分组的顺序。去分组挖成与之相反的工作。信源编码目的数据压缩去除冗余信息，提高信息传输率。本设计中用Huffman编码。信源译码器完成相反的工作。信道编码目的是差错控制编码，降低误码率，提高通信的可靠性。差错控制的核心是抗干扰编码，或差错控制编码，简称纠错编码，也叫信道编码。基本思想是在发送端被传送的信息序列的基础
9、上，按照一定的规则加入若干监督码元后进行传送，这些码元与原来的信息序列之间存在某种确定关系。在接收端，校验信息码元与监督码元之间既定的约束关系，如该关系遭到破环，则接收端可以发现传输中的错误，乃至纠正错误。信道译码完成相反的工作。本设计中用CRC循环冗余校验码进行差错控制。数字调制为了使数字信号适合信道的传输而进行的处理的调制技术。本设计中用的是FSK调制技术。数字解调完成相反的工作。接调技术为相干载波解调。复用技术是为了使多路用户信号能在一条中继线上传输。解复用完成相反的工作。本设计中用的为异步时分复用技术。抽样判决器是将接收到的数字信号还原成0，1代码。3.2 ATM交换3.2.1 ATM
10、定义 人们习惯上把电信网分为传输、复用、交换、终端等几个部分，其中除终端以外的传输、复用和交换同称为传递方式（转移模式）。传递方式可分为同步传递方式（STM）和异步传输方式（ATM）两种。异步传递方式采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性的出现,要根据标志识别每路信号。ATM是一种转移模式，在这一模式中信息被组织成固定长度码元，来自某一端信息的各个信元并不需要周期性地出现，即异步时分复用。3.2.2 ATM信元ATM信元（cell）实际上就是分组，ATM信元具有固定的长度，从传输速率、时延及系统实现的复杂性考虑CCITT规定ATM信元长度为53B。信元的结构图如图2所示。图3 A
11、TM信元结构其中前5个字节为信头，包含控制信息，主要是表示信元去向的逻辑地址，还有一些维护信息、优先级以及信头的纠错码。后面48个字节是信息段，也称净负荷（payload），它载荷来自各种不同业务的用户信息。任何业务的信息经过切割分装成统一格式的信元。3.2.3 ATM的特点ATM以面向连接的方式工作，为保证业务质量，降低信元丢失，ATM以面向连接工作方式，即终端在传递信息之前，先提出呼叫请求，网络根据现有资源及用户要求，决定是否接受这个情况。若过接受这个请求，则保留必要的资源，及分配VPI/VCI和相应的带宽，并在交换机中设置相应的路由，建立起虚电路（虚连接）。虚电路标志VPI/VCI用来标
12、识不同的虚电路。ATM采用异步时分复用。这使ATM具有灵活性，网络资源得到充分利用。ATM网中没有逐段链路的差错控制和流量控制。这得益于所有线路均用光纤，ATM将差错控制和流量控制都交给终端控制完成。ATM采用固定长度的信元，信息段的长度比较少。为了降低交换节点内部缓冲器区的容量，减少信息的排队时延有利于实时业务的传输。3.2.4ATM的虚连接ATM是面向连接的，及在传递信息之前先建立虚连接。ATM的虚连接建立在两个等级上：虚通道（VP）和虚信道（VC），ATM信元的复用、传输和交换过程均在VC和VP上进行。VC，VP与物理媒介（传输通道）之间关系如图4所示。图4 VC，VP与物理媒介关系虚通
13、道连接（VPC）和虚信道连接（VCC）连接如图5所示。图5 VCC和VPC3.2.5 ATM的交换原理 ATM交换的基本原理如下图6所示。图6 ATM交换原理ATM交换有以下功能：空分交换。将信元从一条传输线该送到另一条传输线路上去，实现空分交换，其中进行路由选择。信头变换。转换VPI/VCI值，即逻辑信道的改变，ATM网中的逻辑信道是靠信头中的VPI/VCI来标识的。相当进行了时间交换。排队。ATM为异步传输模式，信元的出现是随机的，来自不同入线的两个信元可能同时到达交换机，并竞争同一条出线，此时会出现碰撞。交换机中提供一系列缓冲存储器，以供同时到达的信元排队用。3.3 ATM网本设计中的A
14、TM网络模型图。如下图7所示。图7 ATM交换网3.3.1公用ATM和专用ATM网络公用ATM网络：由电信部门建立、广利、运营和管理，组成部分有公用ATM交换机、传输线路级网管中心等。公用ATM网络内部交换机之间的接口称为网络节点接口（NNI）。公用ATM网络作为骨干网使用，可与各种专用ATM网及ATM用户终端相连。公用ATM网与专用ATM网及与用户终端之间的接口称为公用用户网络接口。专用ATM网络：专用网路，包括专用ATM交换机、传输线路、用户端点等。用户终端与专用ATM交换机之间的接口称为专用用户网络接口（UNI）。ATM交换机之间信元的传输方式有以下3种。基于信元（cell）；ATM交换
15、机之间直接传输ATM信元。基于SDH：利用同步数字体系的帧结构来传送ATM信元，本设计中用这种传输方式。基于PDH：利用准同步数字体系（PDH）的帧结构来传送ATM信元。3.3.2 ATM网的用户网络接口（UNI）ATM网的用户网络接口参考配置可以有不同的物理实现，下图8为一种比较有代表性的ATM用户网络接口的物理配置。图8 ATM用户网络接口的物理配置模型各功能群带宽终端设备B-TEB-TE1：符合ITU-T标准，支持纯信元形式业务和公用UNI信令，可直接接入专用ATM交换机和公用ATM交换机。B-TE2：支持非标准ITU-T接口信元形式，即其输出为信元但不符合ITU-T的接口标准，所以B-TE2需经宽带终端适配器B-TA方可介入专用ATM交换机或公用ATM交换机。TE2：各种现有的非信元
