【答案解析】本题考查多路复用方式与交换方式方面的基础知识。
频分复用(Frequency Division Multiplexing, FDM)是应用最为广泛的复用方式，例如，收音机、电视机都使用频分复用技术。它就是在发送端把被传送的各路信号的频率分割开来，使不同信号分配到不同的频率段。
当传输媒体的有效带宽比传输要求的带宽高，就可以进行频分复用技术。可以把传输媒体的有效带宽分成若干频率区间，让每个区间传送不同的信号，这样就可以将这些信号同时传送。这些区间，称为“信道”。
传输时，对于不同信道的数据，采用该信道的载波频率进行调制，然后将所有信道的载波相加，通过媒体发送出去。接收端就必须有所选择，使用不同的载波频率进行解调，就能得到不同信道传输的数据。频分复用发送器、接收器示意图，如下图所示。
[*] 频分复用是基于模拟信道的，如果需要传输数字信号，就必须把数字信号转换为模拟信号，再使用频段内的载波进行调制。
频分复用必须注意到串扰的问题，如果两个频段之间隔离的宽度不够，那么正常调制后的信号可能会进入其他频段的范围之内。为了防止相邻两个信号频率覆盖造成串扰，在相邻两信号频段间有一个“警戒”段。设每个信号的信息带宽为f
m，警戒带宽为f
g，有n路信号，则信道的频带总带宽为f=n×(f
m+f
g)。
另外一个频分复用的问题是交调噪声，对于远距离的线路，放大器对某个频段的非线性影响可能会在其他频段产生频率，从而干扰其他频段的数据。有线电视频率分布如下表所示。
有线电视频率分布
|
| 频率(MHz) |
用途 |
| 5～45 |
上行 |
| 48～88 |
电视 |
| 88～108 |
调频 |
| 108～550 |
电视 |
| 550～750 |
数字 |
调频波段和无线广播中的调频波段是一样的。
时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)是一种简单而容易实现的传输复用方式。时分复用应用于传输媒体的传输速率超过信号的数据传输率的情况，和频分复用不同，时分复用中的每个数据源占用了传输媒体的全部的频率带宽，但没有占用全部的时间。
时分复用和操作系统的时间轮片任务调度类似，这种方法把传输媒体在时间上分成不同的信道，参看下图。
[*] 对于时分复用的传输而言，每个信息源在一个分配周期内占用的时间片称为“时隙”，根据应用的不同，在一个时隙中，传输媒体可能传输一个字节，也可能传输一整块数据。时隙中可能传送了数据，也可能是填充的空数据。这是因为在时分复用中，每个时隙的使用是预先固定的，即使数据源没有数据需要传输，该时隙也同样和其他时隙一样传输。这种简化的设计看起来是浪费了传送线路的容量，但这使得传输设计和设备成本下降。
时分复用的一个特点，是对于数据源而言，它认为自己是完全独占该传输媒体的，即时分复用对于数据源是透明的。这个特点和操作系统所调度的程序任务认为自己是独占中央处理器一样。如果从传输媒体上传输的数据来看，数据是奇怪而难以理解的，但每个数据源对之间可以灵活地使用差错控制等手段，不会对其他数据源产生影响，如图下所示。
在通信网中，30/32PCM系统是典型的时分复用的应用，它由16个帧组成一个复帧，每个帧分成32个时隙，每个时隙传输8位数据，其中第O时隙用于传输帧同步信号，第16时隙用于传输复帧同步信号和线路信号，其余30个时隙为话路信号。具体的同步信号的结构超出了本章的内容。30/32路PCM系统时隙分配示意图如下图所示。
[*] 现实中往往存在需要传输的数据源之间的数据传输率并没有一定比例关系的情况，这就不好决定每个时隙的划分，这时可以采用“脉冲填充”的方法来协调数据源之间的不同数据传输率，不同数据源的数据被填入不同的附加空数据，从而使得所有数据源的数据传输率达到成比例的水平。
由于时分复用在数据源空闲状态仍然必须传送该数据源的数据，造成了传输媒体传输的浪费，为了提高效率，可以采用一种更加复杂的机制，即统计复用方法(Statisfical Division Multiplexing, SDM)。
统计复用有时也称为标记复用、统计时分多路复用或智能时分多路复用，实际上就是所谓的带宽动态分配。统计复用从本质上讲是异步时分复用，它能动态地将时隙按需分配，而不采用时分复用使用的固定时隙分配的形式，根据信号源是否需要发送数据信号和信号本身对带宽的需求情况来分配时隙，主要应用有数字电视节目复用器。
数字电视节目复用器主要完成对MPEG-2(Moving Picture Experts Group 2，活动图像专家组版本2)传输流的再复用功能，形成多节目传送流，用于数字电视节目的传输任务。所谓统计复用是指被复用的各个节目传送的码率不是恒定的，各个节目之间实行按图像复杂程度分配码率的原则。因为每个频道(标准或增补)能传多个节目，各个节目在同一时刻图像复杂程度不一样，所以，可以在同一频道内各个节目之间按图像复杂程度分配码率，实现统计复用。
实现统计复用的关键因素有二：一是如何对图像序列随时进行复杂程度评估，有主观评估和客观评估两种方法；二是如何适时地进行视频业务的带宽动态分配。使用统计复用技术可以提高压缩效率，改进图像质量，便于在一个频道中传输多套节目，节约传输成本。
电路交换又称线路交换。在所有的交换方式中，电路交换是一种直接的交换方式。这种方式提供了一条临时的专用通道，这个通道既可以是物理通道，也可以是逻辑通道(使用时分或频分复用技术)。通信的双方在通信时，确实占用了一条专用的通道，而这个临时的专用通道在双方通信的接收前，即使双方并没有进行任何数据传输，也不能为其他站点服务。
线路交换按其结点直接连通一个输入线和一个输出线(空间分割)以及按时间片分配物理通路给多个通道(时间分割)方式又分为空间分割线路交换和时间分割线路交换。
目前公用电话网广泛使用的交换方式是电路交换，经由电路交换的通信包括电路建立、数据传输、电路拆除3个阶段。通过源站点请求完成交换网中对应的所需逐个结点的接续(连接)过程，以建立起一条由源站到目的站的传输通道。在通道建立之后，传输双方可以进行全双工传输。在完成数据或信号的传输后，由源站或目的站提出终止通信，各结点相应拆除该电路的对应连接，释放由原电路占用的结点和信道资源。
电路交换的特点如下：
电路交换需要在两站间建立一条专用通信链路，需要花费一段时间，这段时间称为呼叫建立时间。在通信链路建立过程中，由于交换网繁忙等原因而使建立失败，对于交换网则要拆除已建立的部分电路，用户需要挂断重拨，这称为呼损。
电路交换方式利用率低。建立通信链路，进行数据传输，直至通信链路拆除为止，信道是专用的，即使传输双方暂时没有任何数据，通道也不能为其他任何传输方利用。再加上通信建立时间、拆除时间和呼损，其利用率较低。
电路交换的一个优势是，提供给用户的是“透明通路”，即交换网对用户信息的编码方法、信息格式及传输控制程序等都不加以限制，通信双方收发速度、编码方法、信息格式、传输控制等完全由传输双方决定。
在传输的过程中，在每个结点的延迟是可以忽略的，数据以固定的数据传输率传输，除通过传输链路的传播延迟以外，没有别的延迟，适用于实时大批量连续的数据传输。
在数据交换是相对较为连续的数据流时(例如，语音)，电路交换是一种适宜的、易于使用的技术。
在数据交换中，对一些实时性要求不高的信息，如图书管理系统中备份数据库信息，允许信息等待一些时间再转发出去，在等待的时间里能进行一些必要的数据处理工作，此时，采用存储转发式的存储交换方式比较合适。存储交换原理是输入信息在交换装置控制下先存入缓冲存储器暂存，并对存储的数据进行一些必要的处理，等待输出线路空闲时，再将数据转发输出。转换交换装置起到了交换开关的作用，它可控制输入信息存入缓冲区，等待输出口的空闲，接通输出并传送信息。存储交换分为报文交换和报文分组交换两种。
下面先介绍报文交换。
日前数字数据通信广泛使用报文交换。在报文交换网中，网络结点通常为一台专用计算机，配备足够的外存，以便在报文进入时，进行缓冲存储。结点接收一个报文后，报文暂存放在结点的存储设备中，等输出线路空闲时，再根据报文中所附的目的地址转发到下一个合适的结点，如此往复，直到报文到达目标数据终端。所以报文交换也称为存储转发(store and forward)。
在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。结点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。并且对收发的报文进行相应的处理，如差错检查和纠错、调节输入/输出速度进行数据速率转换、进行流量控制，甚至可以进行编码方式的转换等，所以报文交换是在两个结点间的一段链路上逐段传输，不需要在两个主机间建立由多个结点组成的电路通道。
与电路交换相比，报文交换方式不要求交换网为通信双方预先建立一条专用的数据通路，因此就不存在建立电路和拆除电路的过程。报文交换中每个结点都对报文进行“存储转发”，报文数据在交换网中是按接力方式发送的。通信双方事先并不知道报文所要经过的传输路径，并且各个结点不被特定报文所独占。
报文交换具有下列特征：
(1)在通信时不需要建立一条专用的通路，不会像电路占用专有线路而造成线路浪费，线路利用率高，同时也就没有建立和拆除线路所需要的等待和时延。
(2)每一个结点在存储转发中都有校验、纠错功能，数据传输的可靠性高。
报文交换的主要缺点是，由于采用了对完整报文的存储/转发，要求各站点和网中结点有较大的存储空间，以备暂存整个报文，发送只有当链路空闲时才能进行，故时延较大，不适用于交互式通信(例如，电话通信)；由于每个结点都要把报文完整地接收、存储、检错、纠错、转发，产生了结点延迟，并且报文交换对报文长度没有限制，报文可以很长，这样就有可能使报文长时间占用某两结点之间的链路，不利于实时交互通信。分组交换即所谓的包交换正是针对报文交换的缺点而提出的一种改进方式。
另外一种存储交换方式是报文分组交换。
该方式是把长的报文分成若干较短的、标准的“报文分组”(packet)，以报文分组为单位进行发送、暂存和转发。每个报文分组，除要传送的数据地址信息外，还有数据分组编号。报文在发送端被分组后，各组报文可按不同的传输路径进行传输，经过结点时，同样要存储、转发，最后在接收端将各报文分组按编号顺序再重新组成报文。
与报文交换方式相比，报文分组交换的优点有以下几点：
(1)报文分组较短，在各结点之间的传送比较灵活。
(2)各分组路径自行选择，每个结点在收到一个报文后，即可向下一个结点转发，不必等其他分组到齐，因此大大减少了对各结点存储容量的要求，同时也缩短了网络延时。
(3)报文分组传输中由于报文短，故传输中差错较少，且一旦出错容易纠正。
当然报文分组也带来一定的复杂性，即发送端要求能将报文分组，而接受端则要求能将报文分组组合成报文，这增加了报文加工处理的时间。
报文分组的主要特点如下：
(1)报文分组除数据信息外，还必须包括目的地址、分组编号、校验码等控制信息，并按规定的格式排列。每个分组大小限制在1000位。
(2)报文分组采用存储交换方式，一般由存储交换机进行高速传输、分组容量小，通过交换时间短，因此可传输实时性信息。
(3)每个报文分组不要求都走相同的路线，各分组可自行选择最佳路径，自己进行差错校验。报文分组到达目的结点时，先去掉附加的冗余控制信号，再按编号组装成原来的报文，传送给目的用户。上述功能在结点机和通信软件配合下完成。
存储转发方式实际上是报文在各结点可以暂存于缓冲区内，缓冲区大，暂存的信息就多，当结点输入线传来的报文量超过输出线传输容量时，报文就要在缓冲器中暂存、等待，一旦输出线空时，暂存的报文再传送。可见，报文通过结点时会产生延时，报文在一个结点的延迟时间=接收一个报文分组的时间+排队等待发送到下一个结点时间。采用限定报文长度的方法可以控制报文通过结点的延时，但网络上被访问结点的总延时必须考虑。
应用排队理论分析，一般认为网络中被访问结点上总延时等于报文分组平均长度与线路速度之比。因此采用可变长度的报文，即使有个别的长报文也会严重影响平均延时。因为报文是顺序处理，一个长报文产生额外的延时势必会影响其后各报文的处理，所以，必须规定报文分组的最大长度。超过规定最大长度的报文需拆成报文组后再发送。
报文分组交换虽然可以控制延时，但由于报文分组各自选择，相应地也存在一些缺点：
(1)增加了信息传输量。报文分组方式要在每个分组内增加传输的目的地址和附加传输控制信息，因此总的信息量增加约5%～10%。
(2)由于报文分组交换允许各报文分组自己选择传输路径，使报文分组到达目的端时的顺序没有规则，可能出现丢失、重复报文分组的情况。因此目的端需要将报文分组编号进行排序等工作。这需要通过端对端协议解决，因此数据报文分组交换方式，适用于传输距离短、结点不多、报文分组较少的情况。
信元交换是ATM采用的交换方式，多数情况下按照虚电路方式进行分组转发。在ATM传输模式中，信息被分成信元来传递，而包含同一用户信息的信元不需要在传输链路上周期性出现。ITU-T(国际电信联盟远程通信标准化组)定义ATM为“以信元为信息传输、复接和交换的基本单位的传送方式”。所谓的传送是指电信网中传输、复接和交换方式的整体。
ATM协议包括物理层、ATM层、ATM适配层(ATM Adapter Layer, AAL)和高层。适配层采用了AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5等多种协议来支持不同的用户业务。
ATM信元具有固定的长度，总长为53字节。其中前5字节为信头(Header)，包含各种控制信息，包括信元目的(逻辑)地址、纠错码、业务控制和维护信息等；后面48字节为信息字段(Payload)，又称为净荷，其中包含了业务的数据，它们将被透明地传输。
上述视频监控网络因为采用非连续拍照的方式，每次将拍照结果送到监控中心存储，显然是用分组交换方式更恰当。传统的监控使用模拟方式，每个探头连续摄像，一般使用独立线路或使用频分复用方式传输摄像结果，改用非连续拍照的数字方式后，可以使用时分复用方式共享传输线路。