通信网络结构常识.ppt

第一章电信通信网概述 第一节电信网概念 一 电信网定义1 什么是电信网电信网是由电信终端 节 结 点和传输链路相互有机连接起来 以实现在两个或更多的规定电信端点之间提供连接或非连接传输的通信体系 电信网从概念上分为装备网 业务网和支撑网 1 装备网 终端设备 传输设备 交换设备 2 业务网 终端 传输 交换和网路技术 3 支撑网 为保证业务网正常运行 增强网络功能 提高全网服务质量而形成的 传递控制监测及信令等信号的网路 按功能分为信令网 同步网和管理网 电信网的组成 硬件 终端设备 传输设备和交换设备软件 网路技术 网的拓扑结构 网内信令 协议和接口 以及网的技术体制 标准 电信业务网分类 电话网及窄带综合业务数字网智能网移动通信网数字通信网 第二章光纤与数字通信 第一节光纤通信 光通信即利用光波为载体载送信息达到通信目的的通信技术光纤通信的优点 1 传输频带宽 通信容量大2 损耗低3 不受电磁干扰4 线径细重量轻以及资源丰富 光纤的分类 构成的材料成分光纤的传输总模数 1 单模光纤 只传输主模 传输频带宽 容量大 适合大容量长距离光纤通信2 多模光纤 传输模式较多 带宽窄 容量小 性能较差 适合短距离通信光纤横截面光纤折射率分布和工作波长 光纤通信系统 PCM 复用设备 调制 光纤 光中继器 光源 光纤 光电 放大 光接受端机 光发送端机 PCM 复用设备 数据通信 一 什么是数据通信数据通信通指依照通信协议 利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息 它可实现计算机与计算机 计算机与终端以及终端与终端之间的数据信息传递 它以传送数据信息为主的通信 数据通信传递数据的目的不仅是为了交换 而主要是为了利用计算机能够对数据进行处理 数据通信系统模型 数据通信系统是通过数据电路将分布在远端的数据终端设备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 数据源 数据传输 数据交换 数据传输 数据宿 数据通信网络 终端用户 终端用户 干扰源 干扰源 信道复用技术 1 频分复用 FDM 频分多路复用 FDM 是将可用的传输频率范围分为多个较细的频带 每个细分的频带作为一个独立的信道分别分配给用户形成数据传输子通路 2 时分复用 TDM 时分多路复用 TDM 技术是以信道传输时间作为分隔对象 通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用 数据交换方式 数据交换方式 1 电路交换 原理 采用电路交换方式的交换网能为任一个入网的数据流提供一条临时的专用物理通路 它是由通路上各节点内部在空间上 布线连接 即空间交换 或在时间上 时隙互换 完成信道转接而构成的 为源DTE和宿DTE之间建立起的一条直通线路 优点 a 信息传输延迟时间小b 交换机对用户的数据信息不进行存储 分析和处理 交换机在处理方面的开销小 对用户的数据信息不需要附加许多用于控制的信息 传输效率高 c 信息的编码方法和信息格式不受限制 即可在用户间提供 透明 的传输 缺点a 电路接续时间较长 短报文通信效率低 b 电路资源被通信双方占用 电路利用率低 c 通信双方在信息传输速率 编码格式 同步方式 通信规程等方面应完全兼容 这就限制了各种不同速率 不同代码格式 不同通信规程的用户终端之间互通 报文交换 原理 基本思想就是 存储 转发 假定用户甲有报文A B和C要发往乙用户时 甲用户不需要先接通乙用户之间的电路 而是先与连接甲的一中间节点接通 将报文A B和C先存储下来 然后 分析报文提供的乙地址信息 根据地址信息接通下一个中间节点后 将报文A B和C转发出去 如此进行下去直到将数据报文A B和C发往乙用户 优点a 报文以存储 转发方式通过交换机 输入输出电路的速率 代码格式可以不同 很容易实现各种不同类型用户间的相互通信 b 报文交换中没有电路接续过程 来自不同用户的报文可以在同一线路上以报文为单位实现时分多路复用 线路的利用率大大提高 c 用户不需要叫通对方就可以发送报文 没有呼损 并可以节省通信终端操作人员的时间 同一报文可由交换机转发到许多不同的收信地点 缺点a 报文通过交换机的时延大 且时延抖动也大 不利于实时通信 b 报文交换机的设备比较庞大 费用高 分组交换分组交换主要以报文分组为传输单位 以存储 转发方式进行数据交换和传输 优点 a 传输质量高b 通信线路利用率高c 可靠性高d 能与公用电话网 用户电报网和低速数据网及其他专用网互连 e 经济性好 缺点 a 传输效率不如电路交换和报文交换高 b 技术实现复杂 通信网的分层通信体系 OSI模型物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层 TCP IP协议 TCP IP协议模型1 应用层提供常用的应用程序 如文件传输 电子邮件 相对于OSI模型的上三层2 传输层保证端到端通信的准确可靠 相对与OSI模型第四层 3 网际层负责将数据流打包 拆包成IP数据报在网间传送 OSI第三层4 网络接口层提供底层的接口 计算机通信网络分类 计算机网络按照其分布范围的大小分为局域网 LAN 城域网 MAN 和广域网 WAN 计算机网络按实现互连的通信技术或通信规程分为数字数据网 DDN 分组交换网 帧中继网和ATM宽带网等 第三章数字移动通信 第三章数字移动通信 一 移动通信系统的组成由移动交换中心 MSC 基站 BS 移动台 MS 以及市话网 PSTN 相连的中继线组成 MSC PSTN BS MS 移动通信的发展史 1 第一代蜂窝移动通信系统 模拟蜂窝网2 第二代蜂窝移动通信系统 数字移动通信3 CDMA数字蜂窝移动通信系统及第三代移动通信系统 综合的全球个人通信网 3G 3G实现的目标能实现全球漫游 用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游 且可以在不同的速率 不同的运动状态下获得有服务质量的保证 能提供多种业务 提供话音 可变速率的数据 活动视频 特别是多媒体业务 能适应多种环境 可以综合现有的公众电话交换网 PSTN 综合业务数字网 无绳系统 地面移动通信系统 卫星通信系统 提供无缝隙的覆盖 足够的系统容量 强大的多种用户管理能力 高保密性能和服务质量 3G 3G无线传输技术要求 高速传输以支持多媒体业务室内环境至少2Mbit s 室内外步行环境至少384kbit s 室外车辆运动中至少144kbit s 卫星移动环境至少9 6kbit s 传输速率能够按需分配 上下行链路能适应不对称需求 目前3G的标准主要有 cdma2000朗讯 摩托罗拉 北电 高通 三星等W CDMA爱立信 诺基亚 西门子等TD SCDMA中国提出UMTS欧洲标准 多址技术 多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相互不干扰常用的方法基本上有三种 频分多址FDMA 时分多址TDMA 码分多址CDMA 频分多址FDMA 频率 频分多址FDMA FDMA是以不同的频率信道实现通信的 频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道 发射和接收载频 每个信道可以传输一路话音或控制信息 模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子 但GSM系统也采用了FDMA 时分多址TDMA 各用户使用不同的时隙 时间 频率 TDMA TDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上 将某一信道按时间加以分割 各信号按一定顺序占用某一时间间隙 时隙 即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送 码分多址CDMA 各用户使用不同的正交代码序列 时间 频率 CDMA 码 CDMA是以不同的代码序列实现通信的码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式 它不像FDMA TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离 它可在一个信道上同时传输多个用户的信息 其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码 编码后的信息混合后不会丢失原来的信息 GSM系统结构 OSS 操作支持子系统BSS 基站子系统NSS 网络子系统NMC 网络管理中心DPPS 数据后处理系统SEMC 安全性管理中心OMC 操作维护中心PCS 用户识别卡个人化中心MSC 移动业务交换中心VLR 来访用户位置寄存器HLR 归属用户位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 移动设备识别寄存器BSC 基站控制器BTS 基站收发信台PDN 公用数据网PSTN 公用电话网ISDN 综合业务数字网MS 移动台 GSM系统结构 一个GSM系统可由三个子系统组成 即操作支持子系统 OSS 基站子系统 BSS 和网路子系统 NSS 三部分 基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分 通过无线接口直接与移动台相连 负责无线发送接收和无线资源的管理 它与NSS相连 实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接 传送系统信息和用户信息等 与操作支持子系统OSS之间实现互通 BSS侧主要接口 A接口 Abis接口和Um接口其中 A接口 Um接口为开放式接口 MS BTS BSC MSC Um接口 Abis接口 A接口 A接口 网路子系统 NSS 与基站子系统 BSS 之间的通信接口物理链路采用标准的2 048Mb sPCM数字传输链路传输话音和七号信令传递的信令包括移动台管理 基站管理 移动性管理 接续管理等 Abis接口 基站控制器 BSC 和基站收发信台 BTS 之间的通信接口物理链路采用标准的2 048Mb s数字传输链路采用LAPD协议 Um接口 物理链路为无线链路移动台与基站收发信台 BTS 之间的无线通信接口采用LAPDm协议传递的信令包括无线资源管理 移动性管理和接续管理等 BSC功能 接口管理 BTS的管理 操作与维护 支持呼叫控制 切换 话务量统计 无线链路的测量 无线参数及无线资源管理 BTS功能 BTS受控与BSC实现BTS与移动台 MS 空中接口的功能MSC功能接口管理 支持电信业务 承载业务补充业务支持位置登记 越区切换和自动漫游等其它网络功能 VLR功能 服务于其控制区域内移动用户存储进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息HLR功能GSM系统的中央数据库所有移动用户的重要数据都存储在HLR中 包括用户识别号码 访问能力 用户类别和补充业务等数据 以及漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据 GSM呼叫流程 GSM呼叫流程分为主叫过程流程和被叫过程流程 1 主叫过程流程a 接入阶段 信道请求 信道激活 信道激活响应 立即指配 业务请求 b 鉴权加密阶段 鉴权请求 鉴权响应 加密模式命令 加密模式完成 呼叫建立 此时主叫用户的身份已经确认 网络认为主叫用户是一个合法用户c TCH指配阶段 指配命令 指配完成 d 取被叫用户路由信息阶段 向HLR请求路由信息 HLR向VLR请求漫游号码 VLR回送被叫用户的漫游号码 HLR向MSC回送被叫用户的路由信息 MSC接到路由信息后 对被叫用户的路由信息进行分析 得到被叫用户的局向 然后进行话路接续 被叫过程流程 移动台作被叫时 其MSC通过与外界的接口收到初始化地址消息 IAI 从这条消息的内容及MSC已经存在VLR中的记录 MSC可以取到如IMSI 请求业务类别等完成接续所需要的全部数据 MSC然后对移动台发起寻呼 移动台接受呼叫并返回呼叫核准消息 此时移动台振铃 MSC在收到被叫移动台的呼叫校准消息后 会向主叫网方向发出地址完成 ADDRESSCOMPLETE 消息 ACM 1 被叫过程流程a 接入阶段 信道请求 信道激活 信道激活响应 立即指配 业务请求 b 鉴权加密阶段 鉴权请求 鉴权响应 加密模式命令 加密模式完成 呼叫建立 此时被叫用户的身份已经确认 网络认为被叫用户是一个合法用户c TCH指配阶段 指配命令 指配完成 d 通话阶段与拆线阶段 1 用户摘机进入通话阶段 2 而拆线阶段可能主叫发起 也可能被叫发起 流程基本类似 拆线 释放 释放完成 没有发起拆线的用户会听到忙音 3 释放完成 用户进入空闲状态 切换 在MS通话阶段中MS小区的改变引起的系统相应操作叫切换 切换的依据是MS对周邻的BTS信号强度的测量报告和BTS对MS发射信号及通话质量 BSS统一评价后决定是否进行切换 切换的决定主要由BSS作出 当BSS对当前BSS与移动用户的无线连接质量不满意 BSS根据现场情况发起不同的切换要求 也可由NSS根据话务信息要求MS开始切换流程 切换类型 小区内切换同基站内小区间切换同MSC内基站间切换同PLMN不同MSC之间切换不同PLMN的基站间切换 GSM不定义 第四章电话通信 电话交换技术的发展 人工交换阶段 磁石式电话交换机共电式电话交换机机电式自动交换阶段 步进制交换机 StepbyStepSystem 史端乔 Strowger 式自动电话交换机德国西门子式自动交换机特点 直接控制方式 机动制交换机 旋转制或升降制电话交换机特点 间接控制方式共同特点 噪声大易磨损维护工作量大接线速度慢故障率高电路技术简单人员培训容易 纵横制交换机 CrossbarSystem 特点 间接控制方式接线器接点采用压接触方式电子式自动交换阶段 半电子交换机 准电子交换机 话路部分采用机械接点 控制部分采用电子器件 全电子交换机 话路部分和控制部分均采用电子器件 模拟程控交换机 1965年5月美国开通了第一个程控交换机 ESSNo 1 数字程控交换机 1970年法国开通了第一个数字程控交换机 E10 电话交换技术的发展 90年代来 模拟交换机已逐步退出历史舞台 交换机的程控化 数字化已经成为电话通信发展的必然 程控交换机的优越性 在技术上的 能提供许多新的服务性能维护管理方便 可靠性高灵活性大 便于采用新技术和增加新业务在经济上的 在交换设备上在线路设备上在维护和生产方面 程控交换机的基本组成 数字程控电话交换系统 话路子系统 控制子系统 接口设备 交换网络 CPU与存储器 远端接口 外部设备 模拟 数字用户电路 数字 模拟中继器 信令设备 MFC接收和发送器 DTMF接收器 信号音发生器 用户集中级 数字交换系统模拟接口类型 交换网络 控制系统 模拟用户接口 用户侧接口 中继侧接口 数字用户接口 数字中继接口 模拟中继接口 数字用户接口 操作维护 Z V A B C 程控交换系统接口类型 数字接口 V接口 V1 64kb s 可为2B D或30B D的终端V2 连接数字远端模块的接口V3 连接数字PABX的接口 属30B D的接口V4 可接多个2B D的终端 支持ISDN的接入V5 支持nXE1的接入网 包括V5 1和V5 2接口A接口 速率为2048kb s的数字中继接口B接口 PCM二次群接口 其接口速率为8448kb s 程控交换系统接口类型 模拟接口 Z1接口 连接单个模拟用户的接口Z2接口 连接模拟远端集线器的接口Z3接口 连接模拟PABX的接口 1 信令的概念 信令 信令是各交换局在完成呼叫接续中使用的一种通信语言 它是控制交换机产生动作的命令 信令方式 信令在传送过程中所要遵守的规约和规定 就是信令方式 它包括信令的结构形式 信令在多段路由上的传送方式及控制方式 信令系统 是指为完成特定的信令方式所使用的通信设备的全体 信号的分类 按信号的功能分监视信号 具有监视功能 用来监视主被叫的摘 挂机状态及设备忙闲 选择信号 具有选择功能 指主叫所拨的被叫号码 用来选择路由操作信号 具有操作功能 用于电话网的管理和维护 信号的分类 按信令的工作区域分 用户线信号 用户话机和交换机之间的信号 它们在用户线上传送 包括用户摘挂机状态 用户拨号所产生的数字信号 局间信号 交换机和交换机之间的信号 在局间中继线上传送 用来控制呼叫接续和拆线 信号的分类 按信令的信道分 随路信号 信令和话音在同一条话路中传送的信令缺点 信令传送速度慢 信息容量有限 传递与呼叫无关的信令能力有限 公共信道信号 是以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路的信令的信令方式 优点 信令传送速度快 容量大 具有改变或增加信令的灵活性 便于开放新业务 NO 7号信令系统 No 7信令系统 目前标准化和正在使用的公共信道系统 优点 信令传送速度快具有提供大量信令的潜力统一了信令系统信令设备经济合理No 7信令系统在国际上得到广泛的应用 NO 7号信令系统的特点 局间的NO 7信令链路是由两端的信令终端设备和它们之间的数据链路组成 数据链路是速率为64kbit s的双向数据通道 No 7信令是基于分组交换的 其分组是经数字编码的信令单元 SU 信令终端具有对SU同步 定位和差错控制功能 以保证发送端发送的信令消息被接收端可靠地接收 SU中必须包含一个标记 以识别该信令单元传送的信令属于哪一个话路 由于话路与信令通道分开 所以必须要对话路进行单独的导通检验 必须要设置备用设备 以保证可靠性 No 7信令系统的功能结构 No 7信令的基本功能结构由消息传递部分 MTP 和用户部分 UP 组成 UP可以是电话用户部分 TUP 数据用户部分 DUP ISDN用户部分 ISUP 等 其基本应用为 公用电话交换网 PSTN 窄带ISDN网 N ISDN 电路交换的数据网 CSPDN MTP UP UP NO 7号信令网 1 信令网的组成 信令网由信令点 SP 信令转接点 STP 和信令链三部分组成 信令点 SP 是信令消息的起源点和目的点 它可以是具有No 7信令功能的各种交换局 如电话交换局 数据交换局 ISDN交换局 也可以是各种特服中心 如网管中心 维护中心 业务交换点等 信令点是由No 7信令系统中的MTP和UP组成 若它具有业务交换点功能 则包括No 7信令系统中的MTP SCCP和TC NO 7号信令网 信令转接点 STP 具有信令转接功能 STP可分为 独立的信令转接点和综合的信令转接点 独立的信令转接点 高度可靠的分组交换机 容量大 易于维护 具有No 7信令系统中的MTP功能 综合的信令转接点 具有No 7信令系统中的MTP和UP功能 容量较小 与独立的STP相比可靠性不高 NO 7号信令网 3 信令网结构和分类 信令网按结构可分为 无级信令网 分级信令网无级信令网 信令网中不引入信令转接点 信令点间采用直联工作方式 这种方式在容量和经济上都满足不了国际国内信令网的要求 故未广泛采用 分级信令网 含有信令转接点的信令网 它可按等级分为二级 三级网 大多数国家采用二级网 当二级网不能满足要求时 应采用三级网 ISDN网 ISDN是这样一种网络 它由电话综合数字网 IDN 演变而成 提供端到端的数字连接 以支持一系列广泛的业务 包括话音和非话业务 它为用户进网提供一组有限的标准多用途的用户 网络接口 ISDN的三个基本特征 端到端的数字连接综合的业务标准的入网接口 ISDN的业务 CCITT将ISDN业务划分为三大类 承载业务 bearerservice 用户终端业务 teleservice 补充业务 supplementaryservice 承载业务是由网络提供的信息传送服务 其任务是将信息从一个用户网络接口透明地传送到另一个用户网络接口 对信息本身不作任何处理 这类业务仅包含OSI1 3层的功能 用户终端 teleservice 业务是由网络和终端设备共同向用户提供的通信业务 这类业务是在相应的承载业务的基础上增加了高层功能而形成的 它包含了OSI1 7层的全部功能 ITU T标准化的补充业务 supplementaryservice 有7大类 共26种 l 号码识别类业务直接拨入 DDI 多用户号码 MSU 子地址寻址 SUB 主叫线标识提供 CLIP 主叫线标识提供限制 CLIR 被接线标识提供 COLP 被接线标识提供限制 COLR 和恶意呼叫识别 MCI 2 呼叫提供类业务有呼叫转移 CT 无条件呼叫前转 CFU 遇忙呼叫前转 CFB 无应答呼叫前转 CFNR 等 3 呼叫完成类业务呼叫等待 CW 呼叫保持 HOLD 遇忙呼叫完成 CCBS 终端移动性 TP 和多级优先和预占 MLPP 4 多方通信类业务有会议呼叫 CONF 和三方业务 3PTY 5 社团性业务有闭合用户群 CUG 和专用编号计划 PNP 6 计费类业务有计费通知 AOC 和反向计费 REV 7 附加信息传送类业务有用户 用户信令业务 UUS 第五章接入网技术 接入网的定义 接入网 AN 是由业务节点接口 ServiceNodeInterface SNI 和相关用户网络接口 UserNetworkInterface UNI 之间的一系列传送实体 诸如线路设施和传输设施 所组成的 它是一个为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统 接入网接口的定义 接入网所覆盖的范围可由三个接口来定界 即网络侧经由SNI与业务节点 ServiceNode SN 相连 用户侧经由UNI与用户相连 管理方面则经Q3接口与电信管理网 TelecommunicationsManagementNetwork TMN 相连 业务节点 SN 是提供业务的实体 可提供规定业务的业务节点有本地交换机 租用线业务节点或特定配置的点播电视和广播电视业务节点等 业务节点接口 SNI 是接入网 AN 和业务节点 SN 之间的接口 用户网络接口 UNI 是用户和网络之间的接口 在单个UNI的情况下 ITU T所规定的UNI 包括各种类型的公用电话网和ISDN的UNI 应该用于AN中 以便支持目前所提供的接入类型和业务 接入网与用户间的UNI接口能够支持目前网络所能提供的各种接入类型和业务 但接入网的发展不应限制在现有的业务和接入类型 接入网的主要功能及参考模型 接入网主要有5项功能 即用户口功能 UserPortFunction UPF 业务口功能 ServicePortFunction SPF 核心功能 CoreFunction CF 传送功能 TransfortFunction TF 和AN系统管理功能 SystemManagementFunction SMF 如下图 图1 4接入网功能结构 接入网技术的实现方式 1 有源光网络 ActiveOpticalNetwork AON 2 无源光网络 PON 3 光纤同轴混合网 HFC 4 无线用户环路 WLL 5 在对绞铜线上发展的数字用户系统 图1 21综合业务数字网 ISDN 业务的接入 接入网提供ISDNBRI 2B D 和ISDNPRI 30B D 接口 数字数据网 DDN 其中的一种接入方式 数字数据网络 DigitalDataNetwork DDN 是一个传输速率高 质量好 网络时延小和全透明的数字数据网络 第六章NGN 什么是NGN 所谓下一代网是一个定义极其松散的术语 泛指一个不同于目前一代的 以数据为中心的融合网络 NGN的出现与发展不是革命 而是演进 从业务上看 应支持话音和视频业务及多媒体业务 从网络上看 在垂直方向应包括业务和传送层 在水平方向应覆盖核心网和边缘网 电信网技术 什么是NGN 广义NGN指下一代融合网 泛指不同于目前一代 大量采用新技术 以IP为中心 同时支持语音 数据和多媒体业务的融合网络狭义NGN指以软交换为控制层 兼容语音网 数据网 视频网三网的开放体系架构 什么是NGN 从业务上看支持语音 视频和多媒体业务 NGN指下一代业务网对电话网而言 指软交换体系对移动网