CH2-物理层2-2012s

楚雄师范学院2011-2012学年第一学期期中考试试卷课程计算机网络考试时间： 120 分钟班级电信2009 姓名学号一、填空题（将正确答案填在横线上，每空1分，共20分）1.网络把许多计算机连接在一起，而因特网则把许多网络连接在一起。

2．分组交换在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。

3.协议是控制两个或多个实体进行通信的规则的集合。

4.信号是数据的电气或电磁的表现。

5.时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的信道（或频带）宽度。

6.数据链路层协议有许多种，但有三个基本问题则是共同的。

它们分别是封装成帧，透明传输和差错检测。

7网桥一般只适合于用户数不太多的网络（不超过几百个）和通信量不太大的以太网，否则有时还会因广播信息太多而产生网络拥塞，这就是所谓的广播风暴。

8.因特网采用的设计思路是：网络层向上提供简单灵活的，无连接的数据报服务。

9.一个UDP用户数据报的首部的十六进制表示是：06 32 00 45 00.1C E2 17,那么该数据报的目的端口是__0045__。

10.某台计算机上配置的IP地址为192.168. 1.24/26,那么这台计算机所在网络的子网掩码是255.255.255.192。

11.路由器交换的住处是当前路由器所知道全部信息，即自己的路由表。

12.RIP是一种基于距离向量的路由选择协议，是因特网的标准协议，其最大优点就是简单。

13.通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程。

互时的层间接口。

15.在IP数据报的首部格式中，源地址所占的长度是 4 字节。

16.某台计算机上配置的IP地址为172.16. 24.24/22,那么这台计算机所在网络的网络号是172.16.24.0。

17．在因特网上进行多播就叫做IP多播，IP多播所传送的分组需要使用多播地址。

18.在因特网中的所有路由器，对目的地址是专网地址（私网地址）的数据报一律不进行转发。

19.网络层是为主机之间提供逻辑通信，而运输层是为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

技术与市场技术应用２０２１年第２８卷第５期铁路车辆ＭＶＢ通信网络典型故障分析张二伟，彭思维（中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南株洲４１２０００）摘　要：从ＭＶＢ通信原理上分析可能导致ＭＶＢ网络通信从帧丢失故障的原因，分析不同故障现象，在此基础上提出诊断从帧丢失网络故障的方法。

关键词：ＭＶＢ；通信；网络故障ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２１．０５．０３３"　0-1通信概述多功能车辆总线（ＭＶＢ）是列车通信网络的一种，具有实时性强、可靠性高、冗余及容错性能好等优点，广泛应用于高铁、城轨等领域中。

它采用主从通信的方式，由一个总线控制器轮询每个端口完成数据传输。

通信介质一般使用ＥＭＤ（一种屏蔽双绞线组成的电气中距离介质），在２００ｍ传输距离内最大可支持挂载３２个设备。

信号产生速度为１．５Ｍｂｉｔ／ｓ，使用曼彻斯特编码。

ＭＶＢ网络可由一个或多个总线段构成，总线段之间通过中继器相互连接。

为了提高可靠性，工程项目中采用双线冗余结构。

#　0-1网络工作原理ＭＶＢ通信数据报文分为过程数据报文、消息数据报文和监视数据报文，工程中主要用到的是过程数据报文，用于车辆状态信号和控制信号的实时传输。

一个数据报文包含１个主帧数据和１个从帧数据。

每个过程数据报文都对应一个端口地址的数据。

总线管理器按照配置好的周期扫描表周期轮询每个端口地址，发出与端口地址相应的主帧数据。

配置了相同端口地址的源端口会发出从帧作为响应，从帧包含了预设的过程数据。

配置了相同端口地址的宿设备会接受这个从帧数据，完成一个端口数据的发送和接收。

在链路层，端口地址有１２位编码。

主帧数据由１６位组成，包含４位Ｆ＿ｃｏｄｅ和１２位地址。

从帧数据由１、２、４、８或１６个１６位的数据字组成，如图１所示。

图１　过程数据报文$　故障原因分析从ＭＶＢ通信的原理可以看到，完成一个过程数据报文传送，需要１个主帧和１个紧随的从帧。

KSZ8091RNA / KSZ8091RND10Base-T/100Base-TXPhysical Layer TransceiverEvaluation Board User’s GuideRevision 1.0 / August 2012© Micrel, Inc. 2012All rights reservedMicrel is a registered trademark of Micrel and its subsidiaries in theUnited States and certain other countries. All other trademarks are theproperty of their respective owners.The information furnished by Micrel in this datasheet is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Micrel for its use. Micrel reserves the right to change circuitry and specifications at any time without notification to the customer. Micrel Products are not designed or authorized for use as components in life support appliances, devices or systems where malfunction of a product can reasonably be expected to result in personal injury. Life support devices or systems are devices or systems that (a) are intended for surgical implant into the body or (b) support or sustain life, and whose failure to perform can be reasonably expected to result in a significant injury to the user.A Purchaser's use or sale of Micrel Products for use in life support appliances, devices or systems is at Purchaser's own risk and Purchaser agrees to fully indemnify Micrel for any damages resulting from such use or sale.Revision HistoryRevision Date Summary of ChangesRelease1.0 8/17/12InitialMicrel, Inc. August 17, 2012Table of Contents1.0 Introduction (5)2.0 Board Features (5)3.0 Evaluation Kit Contents (5)4.0 Hardware Description (6)4.1 RMII (Reduced Media Independent Interface) (7)4.2 MDC/MDIO Management Interface (9)4.2.1 USB Interface (9)4.3 Power (9)4.4 RMII Loopback Jumpers (10)4.5 Test Point Definition (11)4.6 RJ-45 Connector (11)4.7 LED Indicators (11)Micrel, Inc. August 17, 2012List of FiguresFigure 1. KSZ8091RNA / KSZ8091RND Evaluation Board (6)Figure 2. KSZ8091RNA-EVAL interfacing with KSZ8463RLI Evaluation Board (7)List of TablesTable 1. Board Configuration for RMII Clocking Modes (8)Table 2. Connector J4 - RMII Pin Definition (8)Table 3. MIIM Source Selection (9)Table 4. 5V Power Source Selection (10)Table 5. VDDIO Voltage Selection (10)Table 6. KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL Loopback Jumper Definition (10)Table 7. KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL Test Point Definition (11)Table 8. KSZ8091RNA / KSZ8091RND LED Definition (11)Micrel, Inc. August 17, 20121.0 IntroductionThe KSZ8091RNA / KSZ8091RND is a 10Base-T/100Base-TX Physical Layer Transceiver with an RMII MAC interface. It utilizes a unique mixed-signal design to extend signaling distance while reducing power consumption, and offers HP Auto MDI/MDI-X for reliable detection of and correction for crossover and straight-through cables, eliminating the need to differentiate between crossover and straight-through cables. It also supports Energy Efficient Ethernet (EEE) and Wake-on-LAN (WOL).The difference between the KSZ8091RNA and KSZ8091RND is the default clocking configuration for the RMII interface. The KSZ8091RNA (by default) outputs a 50 MHz RMII Reference clock, while the KSZ8091RND (by default) takes the 50 MHz RMII Reference clock as an input.The KSZ8091RNA / KSZ8091RND comes in a 24-pin, lead-free QFN package and provides an ideal solution for 10Base-T/100Base-TX applications that have tight PCB board space.The KSZ8091RNA and KSZ8091RND Eval Boards (KSZ8091RNA-EVAL and KSZ8091RND-EVAL) provide a convenient platform to evaluate the features of the device. All configuration pins are accessible either by jumpers, test points or interface connectors.2.0 Board Features∙Micrel KSZ8091RNA or KSZ8091RND 10Base-T/100Base-TX Physical Layer Transceiver∙RJ-45 Jack for Fast Ethernet cable interface∙HP Auto MDI/MDI-X for automatic detection and correction for straight-through and crossover cables∙RMII (Reduced Media Independent Interface) using an MII connector to interface with a MAC controller∙ 2 LED Indicators for status and activity∙USB connector for PC access to the MII management bus∙Jumpers to configure strapping pins∙Manual Reset Button for quick reboot after re-configuration of strapping pins3.0 Evaluation Kit ContentsThe KSZ8091RNA and KSZ8091RND Evaluation Kits include the following hardware: ∙KSZ8091RNA or KSZ8091RND Evaluation BoardA design package with the following collaterals can be downloaded from Micrel’s website at ∙KSZ8091RNA / KSZ8091RND Eval Board Schematic (PDF and OrCAD DSN file)∙KSZ80x1 (24-QFN) Eval Board Gerber Files (PDF version included)∙KSZ8091RNA / KSZ8091RND Eval Board User’s Guide (this document)∙KSZ8091RNA and KSZ8091RND IBIS Modelsand the KSZ8091RNA / KSZ8091RND Datasheet which is also available from Micrel’s website. Micrel, Inc. August 17, 20124.0 Hardware DescriptionThe KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL (shown in Figure 1) come in a compact form factor and plugs directly into other boards with Ethernet MACs that expose the RMII interface through an MII connector. Configuration of the KSZ8091RNA / KSZ8091RND is accomplished through on-board jumper selections and/or by PHY register access via the MDC/MDIO management pins at the MII connector.Figure 1. KSZ8091RNA / KSZ8091RND Evaluation BoardA USB type B connector provides access to the MDC/MDIO management interface, as an alternative to accessing it through the MII connector. Micrel provides a software utility for accessing the USB interface from a Windows PC.Other features include an RJ-45 Jack for Fast Ethernet cable connection, programmable LED indicator for reporting link status and activity, and a manual reset button for quick reboot after re-configuration of strapping pins.The KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL receive +5V DC input power either through theMII connector or through the USB connector.Micrel, Inc. August 17, 20124.1 RMII (Reduced Media Independent Interface)The KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL accesses RMII data from the MII connector J4. This connector is also optionally used for MDC/MDIO management bus access and for 5V power to the evaluation board. Figure 2 shows the KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL connected to the Micrel KSZ8463RLI Evaluation Board through connector J4.Figure 2. KSZ8091RNA-EVAL interfacing with KSZ8463RLI Evaluation BoardTwo RMII clocking modes are available with the KSZ8091RNA and KSZ8091RND. The KSZ8091RNA powers up in RMII-25MHz Mode, while the KSZ8091RND powers up in RMII-50MHz mode. After power-up, both KSZ8091RNA and KSZ8091RND can be programmed via PHY register 1Fh bit [7] to either 25MHz mode or 50MHz mode.In 25MHz Mode, a 25MHz crystal is connected to the XI and XO pins of the KSZ8091. (Alternatively, a 25 MHz oscillator may drive XI.) The KSZ8091 outputs a 50 MHz RMII Reference Clock on its REF_CLK pin. REF_CLK drives pin 9 of the MII connector J4, for connection to a MAC RMII device on an attached board.In 50MHz Mode, the KSZ8091 receives the 50MHz RMII Reference Clock as an input on the XI pin from pin 12 of the MII connector J4. This clock is sourced from a MAC device (or a separate clock source) on an attached board. No local 25MHz crystal or oscillator is used.These two modes have different component installation requirements on the evaluation board, asshown in Table 1.Micrel, Inc. August 17, 2012RMII Clocking Mode Populate Do Not PopulateKSZ8091RNA 25MHz Mode R11, C16, C17, Y1 R17, R19KSZ8091RND 50MHz Mode R17, R19 R11, C16, C17, Y1Table 1. Board Configuration for RMII Clocking ModesThe KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL have provision for an oscillator in position Y2. This oscillator is normally not used, and is therefore not populated. If desired, a 25MHz oscillator (and appropriate resistor installation) may be used in place of oscillator Y1 for 25MHz Mode. Likewise, a 50MHz oscillator (and appropriate resistor installation) may be used in place of an off-board RMII reference clock for 50MHz Mode.The Eval Board has a 40-pin male edge connector that interfaces with and plugs directly into a Fast Ethernet MAC board with the mating AMP 787170-4 (40-pin, right angle, female) connector. Table 2 lists the pin outs for the RMII interface on connector J4.Pin # Signal Pin # Signal21 +5V1 +5V22 Ground2 MDIO23 Ground3 MDCused>24 Ground4 <notused>25 Ground5 <not26 Ground6 RXD[1]27 Ground7 RXD[0]28 Ground8 CRSDVused>29 Ground9 <not30 Ground10 RXER31 Groundused>11 <not32 Ground12 TXCLK33 Ground13 TXEN14 TXD034 Ground35 Ground15 TXD116 <not36 Groundused>37 Ground17 <notused>38 Groundused>18 <notused>39 Ground19 <not20 +5V 40 +5VTable 2. Connector J4 - RMII Pin DefinitionMicrel, Inc. August 17, 20124.2 MDC/MDIO Management InterfaceThe MII Management Interface (MIIM) may be conducted through pins MDC (clock line) and MDIO (data line) of the KSZ8091RNA / KSZ8091RND. MIIM allows upper-layer devices to monitor and control the states of the KSZ8091RNA / KSZ8091RND. An external device with MDC/MDIO capability can be used to read the PHY status or configure the PHY registers. The MIIM frame format and timing information can be found in the KSZ8091RNA and KSZ8091RND datasheets and in Clause 22 of the IEEE 802.3 Specification.Two alternatives are available for accessing the MIIM interface. First, the MDC and MDIO signals are available on the MII connector J4 that is utilized for the RMII interface to an external MAC device. Alternatively, the MIIM interface can be accessed through the USB connector CN1. Note that these two methods are mutually exclusive; use either one or the other, but not both. The MDC and MDIO pins of the KSZ8091 are always connected to MII connector J4. Therefore, if MDC and MDIO are driven by a MAC device on the attached board, then this eliminates use of the USB port. The USB port may be used to access MIIM only if the MDC and MDIO signals are unconnected on the board attached to MII connector J4.Also note that the MIIM (MDC and MDIO) signals of the KSZ8091RNA / KSZ8091RND operate at the VDDIO supply voltage, which is configurable as 3.3 / 2.5 / 1.8 V. When MIIM is accessed through the MII connector, the user must ensure that the voltage levels are compatible between the KSZ8091RNA / KSZ8091RND and the connected MAC device. When MIIM is accessed through USB, voltage translation between the KSZ8091RNA / KSZ8091RND and the USB interface chip is provided.4.2.1 USBInterfaceWhen the board attached to MII connector J4 does not drive the MDC and MDIO signals, the USB interface may be used to access the MIIM interface. The board may be powered either from the USB interface or from the MII connector J4, as described below. When the USB interface is used, jumpers JP4 and JP5 must be set properly for power and reset, respectively. Additionally, jumpers JP6 and JP7 must be installed.MIIM Interface Access JP6 & JP7RMII connector J4 OpenUSB connector CN1 CloseTable 3. MIIM Source SelectionTo access the MIIM through USB, install MicrelSwitchPhyTools on a Windows PC. This software includes two useful utilities for USB connections to Micrel Ethernet devices. For MIIM access, use the MicrelMDIOConfigApp.exe application that is included in the MicrelSwitchPhyTools installation..4.3 PowerThe KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL can draw 5V power from either the RMII connector (J4) or from the USB connector (CN1). Table 4 shows the jumper settings for these two options.Micrel, Inc. August 17, 20125V Source JP1 JP4 JP5RMII connector J4 Close pins 1-2 Close pins 1-2 Close pins 2-3USB connector CN1 Close pins 2-3 Close pins 2-3 Close pins 1-2Table 4. 5V Power Source SelectionThe 5V is regulated to generate 3.3V for the KSZ8091RNA / KSZ8091RND, the USB interface chip and the LED. A second voltage regulator optionally supplies reduced I/O voltage for the KSZ8091RNA / KSZ8091RND.The I/O voltage level of the KSZ8091RNA / KSZ8091RND can be set to one of three different levels. The jumper settings for these options are shown in Table 5.KSZ8091JP2 JP3VDDIO Voltage3.3V Close 1-2 or 2-3 Close pins 2-32.5V Close pins 2-3 Close pins 1-21.8V Close pins 1-2 Close pins 1-2Table 5. VDDIO Voltage Selection4.4 RMII Loopback JumpersThe KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL have a set of jumpers that may be used to loopback the RMII interface. To loopback, all three jumpers must be installed. The individual jumpers are defined in Table 6.Jumper RMII Signals Normal Operation RMII Loopback ModeJ1 CRS_DV / TXEN Open CloseJ2 RXD1 / TXD1 Open CloseJ3 RXD0 / TXD0 Open CloseTable 6. KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL Loopback Jumper DefinitionMicrel, Inc. August 17, 2012KSZ8091RNA / KSZ8091RND 10Base-T/100Base-TX Evaluation Board User’s GuideMicrel, Inc. August 17, 2012 Rev. 1.011/114.5 Test Point DefinitionThe KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL have several test points. They are defined in the following table.Test Point DefinitionTP1SYS_CLK_BTB (50MHz Mode RMII clock, requires installation of R21) TP2, TP8, TP9, TP10, TP11GroundTP3 MDC TP4 MDIOTP5 INTRP / PME_N2 TP6LED0 / PME_N1Table 7. KSZ8091RNA-EVAL / KSZ8091RND-EVAL Test Point Definition4.6 RJ-45 ConnectorThe RJ-45 Connector (J5) connects to standard CAT-5 Ethernet cable to interface with 10Base-T / 100Base-TX Ethernet devices.4.7 LED IndicatorsAn LED indicator (LED1) is located adjacent to the RJ-45 Connector.The two LEDs are programmable to LED mode ‘00’ or ‘01’ via register 1Fh bits [5:4], and are defined in the following table.LED ModeLED0 (pin 23)00Link/Activity Pin State LEDDefinition No LinkHOFFLink L ON Activity Toggle Blinking01Link PinState LEDDefinition No LinkHOFFLink L ON 10 Reserved – not used 11Reserved – not usedTable 8. KSZ8091RNA / KSZ8091RND LED Definition。

计算机网络高传善课后答案【篇一：计算机统考教材与参考书】计算机专业基础综合复习书目一、数据结构★严蔚敏、吴伟民编著：《数据结构（c语言版）》，清华大学出版社★严蔚敏、吴伟民编著：《数据结构题集(c语言版)》，清华大学出版社二、计算机组成原理★唐朔飞编著：《计算机组成原理》，高等教育出版社，1999年版★唐朔飞编著：《计算机组成原理学习指导与习题解答》，高等教育出版社，2005年9月★白中英主编：《计算机组成原理》，科学出版社三、操作系统★汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛编著：《计算机操作系统(第三版)》，西安电子科技大学出版社★梁红兵、汤小丹编著：《计算机操作系统》学习指导与题解(第二版)，西安电子科技大学出版社，2008年9月四、计算机网络★谢希仁编著：《计算机网络(第5版)》，电子工业出版社★高传善、毛迪林、曹袖主编：《数据通信与计算机网络（第2版）》，高等教育出版社说明：★为首推书；出版年份不需要严格要求，一般是越新越好，关键以出版社和作者为主要参照。

相关参考辅导书：★本书编写组：《2011计算机考研大纲解析——全国硕士研究生入学统一考试计算机专业基础综合考试大纲解等教育出版社，2010年8月★上海恩波学校，上海翔高教育计算机统考命题研究中心暨培训中心编著：《计算机学科专业基础综合复习旦大学出版社，2010年9月★巩微、冯东晖主编：《2011年考研计算机学科专业基础综合考试全真模拟试题集》，原子能出版社，2010年★阳光考研命题研究中心编写：《2011年考研计算机科学专业基础综合考试教程》，中国人民大学出版社，20说说：一、数据结构1.教材：《数据结构》严蔚敏清华大学出版社2.辅导书：《算法与数据结构考研试题精析（第二版）》机械工业出版社二、计算机组成原理1.教材：《计算机组成原理》唐朔飞高等教育出版社《计算机组成原理》白中英科学出版社2.辅导书：《计算机组成原理考研指导》徐爱萍清华大学出版社《计算机组成原理--学习指导与习题解答》唐朔飞高等教育出版社三、操作系统1.教材：《计算机操作系统(修订版)》汤子瀛西安电子科技大学出版社2.辅导书：《操作系统考研辅导教程(计算机专业研究生入学考试全真题解) 》电子科技大学出版社四、计算机网络1.教材：《计算机网络(第五版)》谢希仁电子工业出版社2.辅导书：《计算机网络知识要点与习题解析》哈尔滨工程大学出版社【篇二：《计算机网络》教学大纲】t>中文名称：计算机网络课程编号：课程类型：专业基础课学时：总学时 80（含20学时实验）学分：适用对象：计算机相关专业本科生主讲教师：孙家启使用教材：谢希仁，计算机网络教程，人民邮电出版社，2002课程教学大纲一、课程性质、目的和任务1. 本课程是计算机相关专业必修的一门专业基础课程。

作者：admin 添加时间：2012-05-05 18:53:30 浏览：474●∙位编码●∙位定时和同步●∙数据速率和总线长度的相关性●∙物理介质●∙网络拓扑●∙总线访问●∙物理层标准ISO 11898-2 (高速)ISO 11898-3 (容错)SAE J2411 (单线)ISO 11992 (点对点)其它控制器局域网(CAN)协议在OSI模型(共有七个层)中定义了数据链路层和物理层。

国际标准组织(ISO)定义了包含CAN规范以及部分物理层的标准：物理信令，由位编码和解码(不归零制，简称NRZ)以及位定时和同步组成。

1. 位编码NRZ与曼彻斯特编码法相比较在选定的不归零制(NRZ)位编码中，信号电平在位时间内保持恒定，因此仅需要一个时间间隙来表示位M位编码的其它方法例如：曼彻斯特编码法或脉冲宽度调制)。

信号电平可以在较长时段内保持恒定；因此必须采取措施以确保不超过两个信号沿之间的最大允许时间间隔。

这对于实现同步非常重要。

通过在相等值的五位数后面插入互补位来应用位填充。

当然，接收器不能填入填充位，这样才能处理原始数据内容。

2. 位定时和同步在位级(OSI层1，物理层)上，CAN使用同步位传输。

这固然加大了发送容量，但同时也意味着要求更复杂的位同步方法。

一旦接收到带有每个字符的起始位，便开始在面向字符的传输(非同步)中执行位同步，这时同步传输协议的帧开头仅有一个起始位。

为了能使接收器正确读取消息，需要连续进行再同步。

因此请在位时间间隔内，在标称采样点的前后插入相位缓冲段。

CAN是可调节的逐位仲裁总线访问协议。

信号从发送到接收应答必须在一个位时间内完成。

为了实现同步，传输延迟环节，需要留出传播延迟段。

传播延迟段考虑了总线上的信号传播以及因发送和接收节点而导致的信号延迟。

请区分两种类型的同步：帧起始处的硬同步与帧内的再同步。

硬同步之后，位时间在同步段结束处重新启动。

因此引发硬同步的跳变沿位于重新启动的位时间的同步段内。

DVB-S2中三维传输方案邵永庆;张白愚;黄焱【摘要】根据DVB-S2码流自身的特点以及参考二维视频数据的传输,提供了三维视频节目在第2代卫星广播电视标准信道中的3种基于数据链路层传输方式,并给出了相应的发送协议栈.根据每种传输方式的规定,计算了每种情况下码流的传输效率,并进行对比.综合各种因素,得出每种传输方式都有自己的优缺点和适用范围,任何一方都不能完全被替代.【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(041)001【总页数】6页(P147-152)【关键词】第2代卫星广播电视标准;三维视频;传输方案;传输效率【作者】邵永庆;张白愚;黄焱【作者单位】重庆通信学院国家3G研究中心,重庆400035;信息工程大学信息系统工程学院,河南郑州 450002;信息工程大学信息系统工程学院,河南郑州 450002;信息工程大学信息系统工程学院,河南郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】TN942009年底,美国立体电影《阿凡达》的放映掀起了三维(Three Dimensional,3D)显示的热潮,它让观众感受到了3D的惊人魅力.三维视频所特有的景深效果,使观看者不仅有强烈的真实感,更有身临其境、融入其中的感觉.基于这些优点三维视频逐步走入普通百姓的视线,并得到了飞速发展[1].3D显示技术是3D业务发展的基础,对显示技术的研究可以追溯到很早,早期的研究仅仅局限在学术领域,距市场化应用还有很大的距离.近些年,相关领域的快速发展,显示技术得到了质的飞跃,为3D业务的发展与普及打下了良好的基础.目前,一些大型公司以及科研机构已经投入了大量的人力物力去研究3D技术,希望自己的产品早日进入市场,并成为主导.虽然对3D显示技术的研究取得了一定的成果,但是对其传输的研究相对较少,或者说缺少相关的规范,用卫星传输3D数据的研究则更少.目前所看到的3D画面大部分都是通过移动载体进行传播,如电影院看到的3D电影.通过“线路”进行传输的较少,如网络、卫星传输等.通过移动载体传播成本高、传播周期大、不灵活,通过“线路”传输成本低、方便灵活、易于接收等优点逐渐显露出来.随着人们对3D 业务需求的日益增加,对3D数据传输的研究具有重要的现实意义.数字视频广播(Digital Video Broadcasting,DVB)组织于2012年1月正式公布了用DVB信道传送3D信号的第1个技术说明:DVB和Frame Compatible Planostereoscopic 3DTV[2].根据相关标准,笔者给出了第2代卫星广播电视标准(The Second Generation of Digital Video Broadcasting-Satellite,DVB-S2)中3D视频的传输框图,如图1所示.虚线框部分为研究的重点,主要讨论3D视频编码后的数据流如何封装以及在DVB-S2信道中的传输.研究3D视频信息的传输,需要对其编码有一定的了解.现阶段,市场上的大部分经过非移动载体传输的3D信号都是采用多视点视频编码(Multiview Video Coding,MVC)技术.在2D视频编码领域应用较为广泛的标准是2003年3月由联合视频组(Joint Video Team,JVT)颁布的H.264(亦称MPEG-4的第10部分),主要应用在数字视频存储、IPTV、数字卫星广播以及手机电视等业务.虽然H.264标准非常灵活方便,但它只是对2D视频进行编码,没有制定关于3D视频的编码标准.正是在这种背景下,JVT提出了多视点视频编码MVC的概念.多视点视频主要通过在场景中放置多台摄像机,记录下多个视点的视频数据,提供给用户以视点选择和场景漫游的交互能力[3].MVC是对多视点视频的一种高效的压缩编码方式,其基本原理是建立在H.264基础之上的,是H.264的一个扩展,也是现阶段视频通信领域的关键技术和研究热点之一.文中用DVB-S2信道传输的3D信号的编码就借鉴了MVC 技术.由于显示技术的发展,普通的家用电视已经可以播放3D视频,这使得研究“线路”传输3D视频具有实际意义.虽然DVB组织颁布了3D视频的相关标准,但标准中没有具体指出数据链路层以上的具体传输方式.这里研究的重点就是3D视频信号在DVB-S2系统中链路层以上的内容,以使人们更加方便地通过卫星广播或卫星上网的方式获取3D视频.现在市场上大部分3D视频都是2视点视频,此类视频在制作过程中都是模仿人的左右眼,通过两个摄像机同时进行录制[4].1路3D信号可以简单地理解成两路HDTV,再加上控制信息和说明信息.根据欧洲电信标准化协会(ETSI)标准中的相关标准以及借鉴MVC技术,可将1帧3D画面分成3帧普通的高清晰度电视(High Definition Television,HDTV)画面:一个基准画面和另外两个画面,然后再按照H.264进行编码.因此,其在DVB-S2中的传输方式可以参考HDTV,具体情况如图2所示.根据对DVB-S2中2D信号的研究,以及对其中码流信息的掌握,DVB-S2信道中3D信号可以通过两种方式传输:(1)直接封装到MPEG-2格式的码流中,以广播的方式发送给用户.(2)以IP数据的方式,经相关协议将数据封装在可直接传输的码流中,再通过DVB-S2信道传送,此方式主要用于单播传输或组播传输.由前文知,3D数据可以简单理解为3路HDTV数据,再加上一些控制信息组成,而每一路HDTV采用的编码方式为H.264/AVC.在传输过程中,先将3D视频信息和伴音内容分别进行编码,然后再将伴音码流和视频码流复用成3DTV数据流[5].在DVB-S2中传输的数据流包含两种:传送码流(Transport Stream,TS)和普通码流(Generic Stream,GS).TS流具有固定的长度(188 B,不含校验字段);GS流是不定长的,可以根据需要进行调整,灵活性强[6].TS流主要应用于广播业务,也可以用来传送IP等其他业务的数据;而GS流主要用来传输IP数据等单播或多播业务.下面讨论两种3D视频的两种传输方式.2.1 以广播的方式进行传输若3D信号以广播的形式发送,需要将3DTV数据流直接封装到具有188 B固定长度的MPEG-2 TS流中.将3D视频数据流直接封装到MPEG-TS流中,通常是指广播类的节目,它是针对所有接收用户.因为是针对所有的接收用户,所以数据流的复杂程度低.根据DVB标准对数据流的规定,将前文提到的3DTV数据流打包成打包基本流(Packetized Elementary Stream,PES),再和节目专用信息(Program Special Information,PSI)进行复用,形成具有188 B固定长度的DVB-S2码流.具体的发送协议栈如图3(a)所示.此类传输方式的优点是:对接收机的要求较低,用户接收起来比较方便.缺点是:只能用于广播类传输,不适合应用广泛的点对点业务,如视频点播业务(Video on Demand,VOD)等.在个性化需求日益突出的今天,广播类节目并不是每个人都喜欢的,人们要想获得自己想要的3D节目还得通过其他渠道.由于是广播方式发送,需要给其分配相对固定的带宽,这就降低了频带的利用率.这种以广播方式的高成本传输3D节目的方式,适合用户数量庞大的媒体机构,如中央电视台已经开设的CCTV-3D 频道.2.2 以IP数据的方式进行传输在DVB-S标准中,只有一种传输码流:TS流,为了应对数据量大幅增加的IP业务以及私有业务[7],DVB-S2标准新增了一种码流:GS流[8].因此,3D数据以IP方式在DVB-S2信道中可以通过两种码流进行传输,一种是利用TS流进行传输,另一种是利用GS流进行传输.2.2.1 在TS流中传输3D视频在TS流中以IP数据的方式进行传输和普通的IP数据的处理流程[9]相似.以在线观看3D视频为例,阐述数据的封装方式.这里要用到实时传输协议(Real-time Transport Protocol,RTP),虽然处理起来相对复杂,但更能透彻地分析问题.RTP是为视频、音频等实时数据提供端到端的传递服务,可以向接收端传输恢复实时数据所必需的定时和顺序信息,并向收发双方和网络运营者提供服务质量(Quality of Service,QoS)监测手段.RTP承载普通编码的视频数据比较复杂,在RTP 首部后还需要加一个视频压缩头.但用H.264编码的压缩视频比较特殊,H.264运用了网络提取层(Network Abstraction Layer,NAL)接口,它可以包含一个类型的语义元素,不需要再添加视频压缩头,因此将封装过程简单化了.数据封装的传输过程如下: Step1 将经过多视频编码器后得到的含有伴音信息的数据流封装在RTP协议下. Step2 加上UDP的头.Step3 进行IP封装,或根据实际的需要添加其他协议的头.Step4 经多协议封装(MPE),再打包得到可以直接传输的MPEG2-TS流.具体的发送协议栈如图3(b)所示.如视频信息不需要实时传输,可以直接把编码后的原始数据流按照TCP/IP协议进行封装,然后经过MPE,打包成可以在信道中直接传输的TS流.2.2.2 在GS流中传输DVB-S2中新增的GS流主要是针对IP业务的.因此,3D视频数据在GS流中传输也很灵活.GS流是由GS包组成.一般情况下,TS流主要采用的是MPE封装,也有一小部分数据流采用的是单向轻量封装(Unidirectional Lightweight Encapsulation,ULE);而GS流采用的是GSE封装.相对于MPE,一般封装方式(Generic Stream Encapsulation,GSE)的头部开销很小,主要是因为MPE中必备的MAC地址已经不再使用(在一些场合,可以直接连接目的主机),这样就提高了IP组播或单播的传输效率.当需要目的地址时,可以在GSE头部的扩展字段添加.GS流有别于TS流的一个最主要的特点是:GS包是不定长的,发送端可以根据需要调整包长的大小,这样就增加了码流的利用效率,这些都是GS流灵活性的具体体现.TS包有固定的同步字节0X47,而GS包没有特定的同步字节,在获得高效的传输率的同时,也增加了数据流的处理难度,说明了效率和复杂度这两点是相互对立的.3D视频信息在GS流中传输的步骤如下:Step1 信源编码,用多视点编码器将视频内容及其伴音编码成适合传输的数据流. Step2 根据需求,将步骤1中的数据流用TCP/IP或者其他封装协议进行封装. Step3 进行GSE封装,打包成GS包.具体的传输协议栈如图3(c)所示.还需要特别指出的是,GSE封装是专门为GS流制定的封装协议[6],是一种高效的封装方式,可以说是GS流灵活高效的主要原因.GS流是由GS包组成的,而GS包是由GSE封装头部和数据协议单元(Protocol Data Unit,PDU)组成的,具体的头部格式如图4所示.图4中,属于同一个文件的PDU具有相同的Frag ID,GSE Length是指一个GS包的长度(头部+数据),Total指具有相同Frag ID号的所有GS包的长度和,Protocol Type是协议类型,指出PDU中携带的数据类型,Label和Ext.headers都是可选字段,为数据的传输进行补充说明.根据前文可知,3D数据通过DVB-S2信道[10]发送给用户,可以有两种不同的传输方式:以广播的方式和以IP数据的方式(又可以具体分为通过TS流传输和通过GS 流传输).下面具体讨论数据在各种码流中的传输效率,即有效载荷长度和传输这段数据所需的基带帧长度的比值[11].首先,计算数据以广播的方式传输的效率,即其中,184是一个TS包的最大负载长度,10是基带帧头部开销.下文若再次出现相同参数,其意义相同,不再赘述.文中涉及到的长度单位均为B.在TS流中,以IP方式传输的效率为式(4)中的8为RTP头长度,式(5)中的8为UDP头长度,式(6)中的20为IP头部长度.在GS流中,以IP方式传输的效率为仿真时,取基带帧长度LBBframe为1 500 B.其中,Ldata表示数据长度,LRTP表述RTP包长,LUDP表示UDP包长,LIP表示IP包长,LGSE表示GS包的长度,LBBframe_header表示基带帧头部开销,LBBframe表示基带帧长度.由图5可知,无论按哪种方式传播,效率都是随着数据长度的增加而增加的,并且当数据长度达到一定值后,传输效率趋于稳定.当效率趋于稳定时,IP数据在TS流中传输和GS流中传输相比,传输效率低了几个百分点,验证了GS流的高效性,也是DVB组织增加GS流的初衷之一.而3D数据以IP的方式在TS流中传输效率远低于以广播的形式传播,即使在高效的GS流中,效率也稍低于广播方式的,因为以IP方式传播,需要封装较多协议,增加了头部开销,降低了数据的传输效率.图5中的曲线是实际效率曲线的包络,实际曲线会有拐点,因为仿真时,数据的长度是从小到大逐渐增加的,每当数据的大小刚好能封装整数个包(TS包或GS包)时,数据量再加1 B时,系统会再分配一个包,而这个包中只有1 B有效数据,很多地方要用填充.因此,计算效率时会稍微降低.然后,再随着数据量的增加而变大,曲线的总体趋势是逐渐增加的.虽然物理层不是文中的研究范围,但不得不提到DVB-S2中的自适应编码调制(Adaptive Coding and Modulation,ACM)技术,因为就目前接收到的GS流看,大部分都是和ACM技术搭配使用的,即GS流在物理层都是按照ACM的方式进行传播的.ACM的优势主要体现在自适应上,它可以根据信道状况的好坏,自主地选择不同的编码调制方式,这就需要接收端能够快速地调整自己的解码方案.在获得了高效的数据传输效率的同时,也增加了接收端的复杂程度.从灵活性角度出发,3D视频数据在GS流中以IP的方式传播最佳,但是综合各方面因素,每一种传输方式都有各自的优缺点.数据以广播的方式发送,缺点是占用频带较大,可选择性小;优点是数据传输效率高,接收成本低.数据以IP的方式在TS流中传输,缺点是数据传输效率低;优点是接收成本低,频带利用率高.数据以IP的方式在GS 流中传输,缺点是接收成本高;优点是数据传输效率高,频带利用率高.因此,它们是相互补充的,谁也不可能完全替代谁.讨论了目前比较流行的3D视频在DVB-S2信道中的传输方式,主要从链路层的角度出发,讲述了3D视频的几种不同的传输方式,并讨论了在每种传输方式下的传输效率.目前国内还没有制定正规的卫星传输3D视频的标准,DVB组织虽然给出了3D视频传输的第1个技术说明,但说明中没有给出链路层以上具体的传输方式.文章借鉴2D视频在DVB-S2信道中的传输方式,再结合DVB-S2中新增GS流的特点,给出了3D视频的3种传输方式,并仿真计算了每种方式下的传输效率.虽然在理论上证明了可行性,但还需在实践中进行检验,来测试方案的可行性.相信在不久的将来,随着人们对更具有感官印象的3D视频的青睐,通过星载网络或者广播方式传输的3D信号会越来越多,3D显示产品将走进千家万户,3D视频也将以其无可比拟的优势逐渐代替2D视频,真正成为我们生活中的一部分.【相关文献】[1]王琼华.3D显示技术与器件[M].北京:科学出版社,2011.[2]European Telecommunications Standards Institute.ETSI TS 101 547 V1.1.1,Digital Video Broadcasting(DVB); Frame Compatible Plano-stereoscopic 3DTV[S].France:European Telecommunications Standards Institute,2012.[3]霍俊彦,常义林,李明,等.多视点视频编码的研究现状及其展望[J].通信学报,2010,31(3):113-121. Huo Junyan,Chang Yilin,Li Ming,et al.Study Status and Prospective of Multiview Video Coding[J].Journal on Communications,2010,31(3):113-121.[4] 潘榕.多视点视频编码相关处理技术研究[D].天津:天津大学,2011.[5]Schierl T,Narasimhan S.Transport and Storage Systems for 3-D Video Using MPEG-2 Systems,RTP,and ISO File Format[J].Proceedings of the IEEE,2011,4(99):671-683.[6]European Telecommunications Standards Institute.ETSI TS 102 771 V1.2.1,Digital Video Broadcasting(DVB); Generic Stream Encapsulation(GSE)ImplementationGuidelines[S].France:European Telecommunications Standards Institute,2011.[7]Cantillo J,Collini-Nocker B,De Bie U,et al.GSE:a Flexible,Yet Efficient,Encapsulation for IP over DVB-S2 Continuous Generic Streams[J].International Journal of Satellite Communications,2008,26(3):231-250.[8]European Telecommunications Standards Institute.ETSI TS 102 606 V1.1.1,Digital Video Broadcasting(DVB); Generic Stream Encapsulation(GSE)Protocol[S].France:European Telecommunications Standards Institute,2007.[9]栗志意,赵建国,晏坚.IP over DVB封装技术效率分析[J].清华大学学报(自然科学版),2009,49(8):1126-1130. Li Zhiyi,Zhao Jianguo,Yan Jian.Efficiency Analysis of IP over DVB Encapsulation Protocol[J].Journal of Tsinghua University(Science and Technology),2009,49(8):1126-1130.[10]European Telecommunications Standards Institute.ETSI EN 302 307 V1.2.1,Digital Video Broadcasting(DVB); Second Generation Framing Structure,Channel Coding Andmodulation Systems for Broadcasting,Interactive Services,News Gathering and Other Broadband Satellite Applications(DVB-S2)[S].France:European Telecommunications Standards Institute,2009.[11]Mayer A,Collini-Nocker B,Vieira F,et al.Analytical and Experimental IP Encapsulation Efficiency Comparison of GSE,MPE,and ULE over DVB-S2[C]//International Workshop on Satellite and Space Communications.Piscataway: IEEE Computer Society,2007:114-118.。

第22章物理层22.1 通信基础温馨提示：本考点主要考查通信基础，请同学们：1、了解信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源和信宿等基本概念；2、掌握奈奎斯特定理和香农定理的原理和应用场景；3、了解编码和调制的方法；4、掌握电路交换、报文交换和分组交换；5、掌握数据报和虚电路。

1.在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为3kHz，采用4 个相位，每个相位具有4 种振幅的QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输速率是（）。

A.12kbit/sB.24kbit/sC.48kbit/sD.96kbit/s【2009年——第34题】【考查内容】奈奎斯特定理。

【解析】奈奎斯特给出了理想低通信道中（不考虑噪声干扰）为了避免码间串扰，码元速率的极限值（B）与信道带宽（H）的关系：B=2H。

由此可知，码元传输速率是受限的，不能任意提高。

实际信道中，最高码元速率要比理想低通信道条件下得出的数值小。

在码元传输速率最大时，可求出信道容量C：C=2H log2 N其中，C表示信道容量，H表示信道带宽，N表示一个码元所取的有效离散值个数。

对于本题，H=3KHz，N=4，可计算得到C=3K ×log2(4×4)=12Kbps。

故而，选择A答案。

【参考答案】A2.在下图所示的采用“存储-转发”方式分组的交换网络中，所有链路的数据传输速率为100Mbps，分组大小为1000 B，其中头部大小为20 B。

若主机H1向主机H2发送一个大小为980000B的文件，则在不考虑分组拆装时间和等待延迟的情况下，从H1发送到H2接收完为止，需要的时间至少是（）ms。

A.80B.80.08C.80.16D.80.24【2010年统考——第34题】【考查内容】存储转发机制。

【解析】由题设可知，分组携带的数据长度为980B，文件长度为980000B，需拆分为1000个分组，加上头部后，每个分组大小为1000B，总共需要传送的数据量大小为1MB。