多媒体通信网络技术(ppt 81页)
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基本内容包括：系统吞吐率、网络传输稳定性、可用性、 可靠性、传输延迟、传输位率、出错率、传输失败率、安全 性等。基本格式：由参数名和参数值组成，参数作为类型变 量，可在一个给定范围内取值。
例如，可以使用上述的网络性能参数定义QoS，即： QoS={吞吐量，差错率，端到端延迟，延迟抖动}
17
几种媒体对象所需的QoS见表8-2
在多媒体应用中，将接收到的声像信号直接播放给人看 时，由于显示的活动图像和播送的声音是在不断更新的，网 络传输引起的差错很快被覆盖，因而人可以在一定程度上容 忍错误的发生。
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3、延迟与抖动控制需求
延迟（Delay)通常被称为网络延迟或端到端延迟，它是指 从发送端发送一个数据分组到接收端正确地接收到该分组所经 历的时间。网络延迟等于传播延迟、传输延迟和接口延迟三部 分之和。
27
8.2.4 接入技术简介
接入网的作用是实现用户终端设备与主干传输网之 间的连接。
目前可用的接入技术主要有Modem接入、ISDN接入、 DDN接入、ADSL接入、以太网接入、Cable Modem接入、 无线接入、光纤接入、电力线接入等。
其中，基于LAN的以太网接入技术、基于电话网的 ADSL接入技术、基于交互式电视网的Cable Modem技术以 及光纤接人技术均属于宽带有线接入。
交换技术两类； • 电交换技术实现对电信号的交换传输，又可分为电路交
换、报文交换和分组交换等。其中的分组交换又称为数 据包交换，典型的分组交换技术有IP交换、帧中继、异 步转移模式ATM等。
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2、主干传输网
• 主干传输网用来解决信息的长距离传输 ； • 可以采用各种类型的传输介质和传输体系结构，如同
2）相关机构建立的计算机网络，如局域网(LAN)、城域网 (MAN)、广域网(WAN)
3）广播电视部门建设的电视传播网络，如有线电视网 (CATV)、混合光纤同轴网(HFC)、卫星电视网等；
4）移动通信公司建设的PLMN(Public Land Mobile Network)网，如GSM、3G等。
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1）比特率可变性
2）时间依赖性
3）信道对称性 对等式视频会议系统中，每个与会者都参与会
议讨论，因此所产生的数据流通常是对称的。对称 性信道对通信网络的要求更高。
3
8.1.2 多媒体网络通信的性能需求
多媒体通信对网络环境要求较高，这种要求通过传输速 率、吞吐量、差错率及传输延迟等关键参数反映出来。
1、吞吐量需求
4
多媒体通信的吞吐量需求与网络传输速率、接收端缓冲 容量以及数据流量有关。图8-1给出了不同媒体对网络吞吐 量的要求 。
5
2、可靠性需求
差错率是多媒体网络通信的一个重要性能指标，反映网络 传输的可靠性。它可以用三种方法定义：
位差错率（BER）：出错的位数与所传输的总位数之比； 帧差错率（FER）：出错的帧数与所传输的总帧数之比； 分组差错率（PER）：出错的分组数与所传输的总分组数 之比。
包交换方式继承了报文交换方式线路利用率高、提供信 道和端口多路复用能力的优点，又大大缩短了系统的延迟时 间、提供了快速响应能力，实现了风险分散、资源共享。
与报文交换相比，包交换更加灵活、有效。因此，包交 换是Internet的核心交换技术。
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8.2.2 光交换技术
1、光交换 所谓光交换是指对光纤传送的光信号直接进行交换。无
3）广播（Broadcast） ：是指网上一点向网上所有其他 点传送信息，可用于数字电视广播等分配型多媒体业务。
16
8.1.4 多媒体通信网络的服务质量
服务质量（QoS，Quality of Service）主要用于描述网 络多媒体服务的质量，从而反映多媒体网络的性能。QoS通常 是用参数方式进行定义的。 1、QoS参数
23
2、报文交换方式
报文交换是采用存储转发（store-and-forward exchanging）原理实现的一种交换技术，而存储转发是基于智 能交换设备的，也就是说，交换设备具有数据接收、差错校验、 存储、路选和转发功能。
报文交换方式首先将发送端全部数据以报文的形式存储在 交换机中，再根据报文标题中的地址把报文转发到接收端。
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8.2 网络交换与接入技术
交换技术不仅可使网络中的多个站点共享传输媒体，而 且完成网络中的任意两个或多个站点的相互连接。目前的网 络技术主要有基于电信号的电交换技术和基于光信号的光交 换技术两大类。 8.2.1 电交换技术
电交换技术是基于电信号的网络交换技术，主要包括电 路交换、报文交换、分组交换等三种具体交换方式。
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3、 压缩编码对QoS参数的影响
多媒体数据压缩编码的方法影响QoS参数，尤其是视频 编码。
仅采用帧内压缩编码（如运动JPEG）时，由于每帧都 独立编码的，可采用减低帧率(丢帧)来允许QoS变化。当吞 吐量减小，数据率降低时，可以利用各种显示抖动算法， 通过降低视频显示质量而保持原帧率不变。
同时采用帧内和帧间压缩的编码（如MPEG和H.261编 码），可以通过建立不同的优先级，发送MPEG视频的I、P 和B帧，达到QoS的调节。
1）传播延迟：指端到端传输一个二进制位所需要的时间， 它是一个常数，每200米延迟10-9秒（记为1us/200m）。一个 网络中的传播延迟仅与所经过的传输距离有关。
2）传输延迟：指端到端传输一个数据块（如分组）所需要 的时间，该参数与网络传输速率和中间结点处理延迟有关。
3）接口延迟：指发送端从开始准备发送数据块，到实际利 用网络发送所需要的时间。
多媒体通信网络技术
本章主要内容 8.1 多媒体网络通信 8.2 网络交换与接入技术 8.3 多媒体网络环境 8.4 多媒体通信协议 8.5 流媒体技术
2
8.1 多媒体网络通信
多媒体网络通信主要解决分布式多媒体应用的信息传输 问题。
8.1.1 多媒体数据流的基本特征
多媒体数据流的基本特征有以下几个方面：
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1．电路交换方式
电路交换（circuit exchanging）也称线路交换，是针对 电子或机电结合的交换设备而设计交换技术，如下图。
两台计算机通过通信子网进行数据传输之前，首先 要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接，如 主机A与B之间通过结点A、B、C、D形成连接；
数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放 连接的三个阶段；
多媒体通信的同步有两种类型：流内同步和流间同步。 流内同步是保持单个媒体流内部的时间关系，即按照一定 的延迟和抖动约束传送媒体分组流，以满足感官上的需要。 流间同步是不同媒体间的同步。
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8.1.3 多媒体通信网络
多媒体通信网络是实现多媒体网络通信的基本环境。目前 的通信网络可分为四大类：
1）电信运营商投资建设的电信网络，如公共电话网 (PSTN)、分组交换网(PSPDN)
轴电缆、微波、卫星以及光纤等 ； • 光纤已经成为主干传输的主要物理介质，提供更高的
网络带宽 ； • 在目前的主干传输网中，电信网络仍占据主导地位。
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4、接入网
接入网的核心是数字化和宽带化，四大主干网络均提 供了相关的接入传输技术。如：
电信网：ISDN、B-ISDN、ADSL等； 移动网：GSM、3G等； 广播电视网：HFC、CATV等； 计算机网络：LAN接入等。 特别值得一提的是，为了解决CATV的双向传输问题， 近年来推出了混合光纤电缆（HFC，Hybrid Fiber Coax） 技术。这种技术不仅能提供双向传输，还能使用现有的连 接个人用户的电缆。
表8-2 几种媒体对象所需的QoS参数
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2、QoS参数体系结构
QoS参数通常是一个层次化的 体系结构，如图8-6所示。在这种 体系结构中，通信双方的对等层 之间表现为一种对等协商关系， 双方按承诺的QoS参数提供相应的 服务。同一端的不同层之间表现 为一种映射关系，应用的QoS需求 应当自顶向下地映射各层对应的 QoS参数集，各层协议按其QoS参 数提供对应的服务，共同完成对 应用的QoS承诺。
需在光纤传输线路和交换机之间进行光电转换，交换过程中 能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点，保证 网络的可靠性，提供灵活的信号路由。 2、光交换方式
1）空分光交换方式 2）时分光交换方式 3）波分光交换方式 4）复合型光交换方式 5）自由空间光交换方式
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8.2.3 软交换技术
软交换（Soft switch）是在IP网络上提供电信业务的技 术，是基于软件的分布式交换/控制平台，为NGN提供具有实时 性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的 核心。
网络吞吐量是指有效的网络带宽，通常定义成物理链路 的传输速率减去各种传输开销，如物理传输开销以及网络冲 突、瓶颈、拥塞和差错等开销，它反映了网络的最大极限容 量。在网络层，吞吐量可表示成单位时间内接收、处理和通 过网络的分组数或比特数，它是一个静态参数，反映了网络 负载情况。通常，人们习惯将额外开销忽略不计，直接把网 络传输速率作为吞吐量。实际上，吞吐量要小于传输速率。
缺点：数据要经过存储后才发送，无法实现双向交互的和 实时的信息交换，其应用范围受到了一定限制，也无法满足宽 带交换的要求。
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3、分组交换方式
分组交换是采用存储转发（store-and-forward exchanging）原理实现的另一种更有效的交换技术。在这种 方式中，用户数据被分成许多小包，称为数据包或分组 （packets）。在这些数据包的前后加上一些协议信息，被作 为独立的实体在网络中传输。 因此，又称为数据包交换 （Packet-Switching），简称包交换。
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4、 QoS服务分类
多媒体网络系统通常是按所承诺的QoS提供相应服务的。 由于网络负载是动态变化的，可能引起QoS的波动。网络是 否能够履行所承诺的QoS主要取决于QoS类型。QoS服务总体 上分成如下三类：
1）确定型（Deterministic）QoS 2）统计型（Statistical）QoS 3）尽力型（Best-Effort）QoS
7
3、延迟与抖动控制需求
延迟抖动（Delay jitter）是指在一条连接上分组延迟 的最大变化量，即端到端延迟的最大值与最小值之差。
在理想情况下，端到端延迟为一个恒定值（零抖动）。 然而，延迟抖动总是不可避免的。对于连续媒体流的传输来 说，应将延迟抖动限制在一定的范围内。这样，有利于改善 所接收的音频和视频流的质量。
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8.3 多媒体网络环境
8.3.1 局域网络
局域网环境可分为共享式和交换式两种网络类型；传输 速率一般在100Mb/s以上；典型的有快速以太网、千兆位以 太网、FDDI、100VG-AnyLAN以及ATM网络等。
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5、多媒体通信方式
为了提供灵活、综合的多媒体服务能力，多媒体网络通信 应该具备单播、多播和广播等不同通信方式。
1）单播（Unicast）：是指点到点之间的多媒体通信，发 送终端通过与每一个组内成员分别建立点到点的通信联系， 达到多点通信的目的，如图8-4所示。
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2）多播（Multicast）：也称为多点通信，指网络能够 按照发送端的要求将欲传送的信息在适当的节点复制，并送 给组内成员，达到多点通信的目的。图8-5则是一个多播的 例子。
软交换将呼叫控制功能与信息传输相分离，通过软件实现 基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建 立/拆除会话）和信令互通，从而实现呼叫传输与呼叫控制的 分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，为多 网（电信固话网、移动网、CATV网、计算机网等）融合奠定了 基础，已经成为目前NGN的核心技术。
对于一个冗长的视频流，如果接收端在回放之前进行充 分的缓冲，则可以大大减小延迟抖动。
8ห้องสมุดไป่ตู้
4、多点通信需求 多媒体通信涉及音频和视频数据。在网络多媒体应用
中有广播(Broadcast)和多播(Multicast)信息。因此，除 常规的点对点通信外，多媒体通信需要提供广播和多播的 支持能力。 5、多点通信需求
1、多媒体通信网络的组成
根据网络各部分的功能，可将通信网络分成主干传输网、 交换网、接入网以及终端设备四部分。如图8-2。
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3、交换网
• 支持各种业务条件下的交换，实现网络中的任意两个或 多个用户之间以及用户与服务提供者之间的相互连接；
• 是在主干传输网中实现信息交换的技术集合； • 根据所传输信号的物理介质的不同，可分为电交换和光
例如，可以使用上述的网络性能参数定义QoS，即： QoS={吞吐量，差错率，端到端延迟，延迟抖动}
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几种媒体对象所需的QoS见表8-2
在多媒体应用中，将接收到的声像信号直接播放给人看 时，由于显示的活动图像和播送的声音是在不断更新的，网 络传输引起的差错很快被覆盖，因而人可以在一定程度上容 忍错误的发生。
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3、延迟与抖动控制需求
延迟（Delay)通常被称为网络延迟或端到端延迟，它是指 从发送端发送一个数据分组到接收端正确地接收到该分组所经 历的时间。网络延迟等于传播延迟、传输延迟和接口延迟三部 分之和。
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8.2.4 接入技术简介
接入网的作用是实现用户终端设备与主干传输网之 间的连接。
目前可用的接入技术主要有Modem接入、ISDN接入、 DDN接入、ADSL接入、以太网接入、Cable Modem接入、 无线接入、光纤接入、电力线接入等。
其中，基于LAN的以太网接入技术、基于电话网的 ADSL接入技术、基于交互式电视网的Cable Modem技术以 及光纤接人技术均属于宽带有线接入。
交换技术两类； • 电交换技术实现对电信号的交换传输，又可分为电路交
换、报文交换和分组交换等。其中的分组交换又称为数 据包交换，典型的分组交换技术有IP交换、帧中继、异 步转移模式ATM等。
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2、主干传输网
• 主干传输网用来解决信息的长距离传输 ； • 可以采用各种类型的传输介质和传输体系结构，如同
2）相关机构建立的计算机网络，如局域网(LAN)、城域网 (MAN)、广域网(WAN)
3）广播电视部门建设的电视传播网络，如有线电视网 (CATV)、混合光纤同轴网(HFC)、卫星电视网等；
4）移动通信公司建设的PLMN(Public Land Mobile Network)网，如GSM、3G等。
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1）比特率可变性
2）时间依赖性
3）信道对称性 对等式视频会议系统中，每个与会者都参与会
议讨论，因此所产生的数据流通常是对称的。对称 性信道对通信网络的要求更高。
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8.1.2 多媒体网络通信的性能需求
多媒体通信对网络环境要求较高，这种要求通过传输速 率、吞吐量、差错率及传输延迟等关键参数反映出来。
1、吞吐量需求
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多媒体通信的吞吐量需求与网络传输速率、接收端缓冲 容量以及数据流量有关。图8-1给出了不同媒体对网络吞吐 量的要求 。
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2、可靠性需求
差错率是多媒体网络通信的一个重要性能指标，反映网络 传输的可靠性。它可以用三种方法定义：
位差错率（BER）：出错的位数与所传输的总位数之比； 帧差错率（FER）：出错的帧数与所传输的总帧数之比； 分组差错率（PER）：出错的分组数与所传输的总分组数 之比。
包交换方式继承了报文交换方式线路利用率高、提供信 道和端口多路复用能力的优点，又大大缩短了系统的延迟时 间、提供了快速响应能力，实现了风险分散、资源共享。
与报文交换相比，包交换更加灵活、有效。因此，包交 换是Internet的核心交换技术。
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8.2.2 光交换技术
1、光交换 所谓光交换是指对光纤传送的光信号直接进行交换。无
3）广播（Broadcast） ：是指网上一点向网上所有其他 点传送信息，可用于数字电视广播等分配型多媒体业务。
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8.1.4 多媒体通信网络的服务质量
服务质量（QoS，Quality of Service）主要用于描述网 络多媒体服务的质量，从而反映多媒体网络的性能。QoS通常 是用参数方式进行定义的。 1、QoS参数
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2、报文交换方式
报文交换是采用存储转发（store-and-forward exchanging）原理实现的一种交换技术，而存储转发是基于智 能交换设备的，也就是说，交换设备具有数据接收、差错校验、 存储、路选和转发功能。
报文交换方式首先将发送端全部数据以报文的形式存储在 交换机中，再根据报文标题中的地址把报文转发到接收端。
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8.2 网络交换与接入技术
交换技术不仅可使网络中的多个站点共享传输媒体，而 且完成网络中的任意两个或多个站点的相互连接。目前的网 络技术主要有基于电信号的电交换技术和基于光信号的光交 换技术两大类。 8.2.1 电交换技术
电交换技术是基于电信号的网络交换技术，主要包括电 路交换、报文交换、分组交换等三种具体交换方式。
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3、 压缩编码对QoS参数的影响
多媒体数据压缩编码的方法影响QoS参数，尤其是视频 编码。
仅采用帧内压缩编码（如运动JPEG）时，由于每帧都 独立编码的，可采用减低帧率(丢帧)来允许QoS变化。当吞 吐量减小，数据率降低时，可以利用各种显示抖动算法， 通过降低视频显示质量而保持原帧率不变。
同时采用帧内和帧间压缩的编码（如MPEG和H.261编 码），可以通过建立不同的优先级，发送MPEG视频的I、P 和B帧，达到QoS的调节。
1）传播延迟：指端到端传输一个二进制位所需要的时间， 它是一个常数，每200米延迟10-9秒（记为1us/200m）。一个 网络中的传播延迟仅与所经过的传输距离有关。
2）传输延迟：指端到端传输一个数据块（如分组）所需要 的时间，该参数与网络传输速率和中间结点处理延迟有关。
3）接口延迟：指发送端从开始准备发送数据块，到实际利 用网络发送所需要的时间。
多媒体通信网络技术
本章主要内容 8.1 多媒体网络通信 8.2 网络交换与接入技术 8.3 多媒体网络环境 8.4 多媒体通信协议 8.5 流媒体技术
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8.1 多媒体网络通信
多媒体网络通信主要解决分布式多媒体应用的信息传输 问题。
8.1.1 多媒体数据流的基本特征
多媒体数据流的基本特征有以下几个方面：
22
1．电路交换方式
电路交换（circuit exchanging）也称线路交换，是针对 电子或机电结合的交换设备而设计交换技术，如下图。
两台计算机通过通信子网进行数据传输之前，首先 要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接，如 主机A与B之间通过结点A、B、C、D形成连接；
数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放 连接的三个阶段；
多媒体通信的同步有两种类型：流内同步和流间同步。 流内同步是保持单个媒体流内部的时间关系，即按照一定 的延迟和抖动约束传送媒体分组流，以满足感官上的需要。 流间同步是不同媒体间的同步。
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8.1.3 多媒体通信网络
多媒体通信网络是实现多媒体网络通信的基本环境。目前 的通信网络可分为四大类：
1）电信运营商投资建设的电信网络，如公共电话网 (PSTN)、分组交换网(PSPDN)
轴电缆、微波、卫星以及光纤等 ； • 光纤已经成为主干传输的主要物理介质，提供更高的
网络带宽 ； • 在目前的主干传输网中，电信网络仍占据主导地位。
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4、接入网
接入网的核心是数字化和宽带化，四大主干网络均提 供了相关的接入传输技术。如：
电信网：ISDN、B-ISDN、ADSL等； 移动网：GSM、3G等； 广播电视网：HFC、CATV等； 计算机网络：LAN接入等。 特别值得一提的是，为了解决CATV的双向传输问题， 近年来推出了混合光纤电缆（HFC，Hybrid Fiber Coax） 技术。这种技术不仅能提供双向传输，还能使用现有的连 接个人用户的电缆。
表8-2 几种媒体对象所需的QoS参数
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2、QoS参数体系结构
QoS参数通常是一个层次化的 体系结构，如图8-6所示。在这种 体系结构中，通信双方的对等层 之间表现为一种对等协商关系， 双方按承诺的QoS参数提供相应的 服务。同一端的不同层之间表现 为一种映射关系，应用的QoS需求 应当自顶向下地映射各层对应的 QoS参数集，各层协议按其QoS参 数提供对应的服务，共同完成对 应用的QoS承诺。
需在光纤传输线路和交换机之间进行光电转换，交换过程中 能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点，保证 网络的可靠性，提供灵活的信号路由。 2、光交换方式
1）空分光交换方式 2）时分光交换方式 3）波分光交换方式 4）复合型光交换方式 5）自由空间光交换方式
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8.2.3 软交换技术
软交换（Soft switch）是在IP网络上提供电信业务的技 术，是基于软件的分布式交换/控制平台，为NGN提供具有实时 性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的 核心。
网络吞吐量是指有效的网络带宽，通常定义成物理链路 的传输速率减去各种传输开销，如物理传输开销以及网络冲 突、瓶颈、拥塞和差错等开销，它反映了网络的最大极限容 量。在网络层，吞吐量可表示成单位时间内接收、处理和通 过网络的分组数或比特数，它是一个静态参数，反映了网络 负载情况。通常，人们习惯将额外开销忽略不计，直接把网 络传输速率作为吞吐量。实际上，吞吐量要小于传输速率。
缺点：数据要经过存储后才发送，无法实现双向交互的和 实时的信息交换，其应用范围受到了一定限制，也无法满足宽 带交换的要求。
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3、分组交换方式
分组交换是采用存储转发（store-and-forward exchanging）原理实现的另一种更有效的交换技术。在这种 方式中，用户数据被分成许多小包，称为数据包或分组 （packets）。在这些数据包的前后加上一些协议信息，被作 为独立的实体在网络中传输。 因此，又称为数据包交换 （Packet-Switching），简称包交换。
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4、 QoS服务分类
多媒体网络系统通常是按所承诺的QoS提供相应服务的。 由于网络负载是动态变化的，可能引起QoS的波动。网络是 否能够履行所承诺的QoS主要取决于QoS类型。QoS服务总体 上分成如下三类：
1）确定型（Deterministic）QoS 2）统计型（Statistical）QoS 3）尽力型（Best-Effort）QoS
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3、延迟与抖动控制需求
延迟抖动（Delay jitter）是指在一条连接上分组延迟 的最大变化量，即端到端延迟的最大值与最小值之差。
在理想情况下，端到端延迟为一个恒定值（零抖动）。 然而，延迟抖动总是不可避免的。对于连续媒体流的传输来 说，应将延迟抖动限制在一定的范围内。这样，有利于改善 所接收的音频和视频流的质量。
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8.3 多媒体网络环境
8.3.1 局域网络
局域网环境可分为共享式和交换式两种网络类型；传输 速率一般在100Mb/s以上；典型的有快速以太网、千兆位以 太网、FDDI、100VG-AnyLAN以及ATM网络等。
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5、多媒体通信方式
为了提供灵活、综合的多媒体服务能力，多媒体网络通信 应该具备单播、多播和广播等不同通信方式。
1）单播（Unicast）：是指点到点之间的多媒体通信，发 送终端通过与每一个组内成员分别建立点到点的通信联系， 达到多点通信的目的，如图8-4所示。
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2）多播（Multicast）：也称为多点通信，指网络能够 按照发送端的要求将欲传送的信息在适当的节点复制，并送 给组内成员，达到多点通信的目的。图8-5则是一个多播的 例子。
软交换将呼叫控制功能与信息传输相分离，通过软件实现 基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建 立/拆除会话）和信令互通，从而实现呼叫传输与呼叫控制的 分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面，为多 网（电信固话网、移动网、CATV网、计算机网等）融合奠定了 基础，已经成为目前NGN的核心技术。
对于一个冗长的视频流，如果接收端在回放之前进行充 分的缓冲，则可以大大减小延迟抖动。
8ห้องสมุดไป่ตู้
4、多点通信需求 多媒体通信涉及音频和视频数据。在网络多媒体应用
中有广播(Broadcast)和多播(Multicast)信息。因此，除 常规的点对点通信外，多媒体通信需要提供广播和多播的 支持能力。 5、多点通信需求
1、多媒体通信网络的组成
根据网络各部分的功能，可将通信网络分成主干传输网、 交换网、接入网以及终端设备四部分。如图8-2。
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3、交换网
• 支持各种业务条件下的交换，实现网络中的任意两个或 多个用户之间以及用户与服务提供者之间的相互连接；
• 是在主干传输网中实现信息交换的技术集合； • 根据所传输信号的物理介质的不同，可分为电交换和光