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通信网络概论 武汉邮电科学研究院2004 11 30 2 内容提要 通信及通信系统电信网的基本概念电信网的分层结构业务网传送网支撑网电信运营商的网络结构及业务介绍电信网的发展趋势 3 什么是业务网 定义 向用户提供各种电信业务的网络 分类方法 根据提供的业务来划分 问题 如何区别各种不同的业务网 不同业务网的组成要素一样 网络拓扑结构相似 关键在于业务节点的区别 由不同的业务节点构成不同的业务网 传输平台是共享的 4 网络 设备 技术与业务提供之间的关系 不同的业务网由不同的设备组成不同的设备由不同的技术实现不同的网络提供不同的业务 5 举例 电话网 程控交换机移动电话网 移动电话交换机分组交换网 X 25分组交换机FR 帧中继交换机ATM ATM交换机IP网 路由器以太网 集线器 以太网交换机智能网 SCP SSPIP电话网 网关 网守NGN 软交换机 Softswitch 6 基本技术要素 网络结构 终端与节点 节点与节点的连接方式 编号计划 电话号码 地址等计费方式 通话时间 传输速率 信息量等电话网和数据网的编号计划与计费方式不一样 7 交换技术 面向连接和无连接 根据网络传递用户信息时是否预先建立源端到目的端的连接 我们将网络使用的交换技术分为两类 面向连接型和无连接型 使用相应交换技术的网络也依次称为面向连接型网络和无连接型网络 在面向连接型的网络中 两个通信节点间典型的一次数据交换过程包含三个阶段 连接建立 数据传输和连接释放 其中连接建立和连接释放阶段传递的是控制信息 用户信息则在数据传输阶段传输 三个阶段中最复杂和最重要的阶段是连接建立 该阶段需要确定从源端到目的端的连接应走的路由 并在沿途的交换节点中保存该连接的状态信息 这些连接状态信息说明了属于该连接的信息在交换节点应被如何处理和转发 连接建立创建的连接可以是物理连接 也可以是一个逻辑连接 但这种区别用户并不关心 它本身也不是影响服务质量的主要因素 数据传输完毕后 网络负责释放连接 在无连接型的网络中 数据传输前 不需要在源端和目的端之间先建立通信连接 就可以直接通信 不管是否来自同一数据源 交换节点将分组看成互不依赖的基本单元 独立地处理每一个分组 并为其寻找最佳转发路由 因而来自同一数据源的不同分组可以通过不同的路径到达目的地 两种方式各有优缺点 面向连接方式适用于大批量 可靠的数据传输业务 但网络控制机制复杂 无连接方式控制机制简单 适用于突发性强 数据量少的数据传输业务 8 交换技术 交换方式 三种交换方式 电路交换 直接交换报文交换分组交换 存储转发交换 9 电路交换 CircuitSwitching 10 电路交换的基本过程 11 实质 存储 转发 Stored Forward 报文交换 Messagewitching 12 分组交换的基本概念 分组交换则采用存储转发技术 通常我们将欲发送的整块数据称为一个报文 message 在每一个数据段前面 加上一些必要的控制信息组成的首部 header 后 就构成了一个分组 packet 分组又称为 包 而分组的首部也可称为 包头 分组交换的特征是基于标记 label based 不先建立连接而随时可发送数据的连网方式 称为无连接的 connectionless 13 什么是分组 14 实质 存储 转发 Stored Forward 中继线上动态时分复用 交换机 1 交换机 2 交换机 3 主机 HOST NPT1 NPT2 NPT3 NPT4 PT 21 CBA C 2 B 分组 A 1 分组 分组传输通道 C B A 21 A 1 分组 分组交换 PacketSwitching 原理 15 三种交换技术的比较 电路交换电路建立 数据传输 电路拆除建立连接等待时间长 信道独占性 实时性好 信道利用率低报文交换线路利用率高 可多点传送 开销大 实时性差分组交换线路利用率高 多点同时通信 开销大 实时性差数据报与虚电路 16 交换节点的功能结构 a 面向连接型 b 无连接型 17 主要的交换技术 18 主要广域网交换技术的特点比较 19 公用电话通信网 PSTN 20 电话网的定义 电话网 又称为固定电话网 是指在本地网和长途网上组织开放电话的一种业务网络 通过该网络在两个固定用户之间实现话音通信 问题 如果有一方在移动呢 是什么通信网 如果用户终端是PC机呢 又是什么通信网 21 公众电话网的定义 公众电话网 PublicSwitchedTelephoneNetwork PSTN 由若干个交换局 局间中继 用户线和话机终端组成电路交换方式提供实时的电话业务 传输网 终端 终端 终端 用户线 用户线 用户线 用户线 双绞线局间中继 2MPCM电缆 传输网 传输网 22 话音业务的特点 速率恒定且单一 话音对丢失不敏感 话音对实时性要求较高 话音具有连续性 23 电话网的特点 同步时分复用 同步时分交换 面向连接 对用户数据透明传输 24 电话网的组成 组成 用户终端设备 如电话机 交换设备 电话交换机 传输链路中继线 用户线 用户A 交换机 交换机 传输链路 用户线 用户C 传输链路 中继线 用户B 用户D 传输网 传输链路 用户线 传输链路 用户线 业务网 为疏通各种不同类型电信业务所形成的网络 物理网 支撑管理网 25 电话网的组成 中继线路 中继电路 直接连接两个交换系统之间的全部线路和所属设备 统称中继线路 中继线路分类 按中继电路在电信网中的作用及其话务量流向不同可分为 市话中继线 用户交换机中继线 长市中继线 长市中继电路 国内长途电路 国际长途电路 按传输信号方式不同可分 模拟中继电路 数字中继电路 26 电话网的组成 用户线路 将用户终端设备连接到所属端局交换机的线对 称为用户线路 或用户环路 用户线路由主干电缆 配线电缆 用户引入线及其附属设备等组成 交换机 交接箱 分线盒 3 5Km 500m 1Km 10 300m 馈线 配线 引入线 用户线路 27 电话网的组成 传统电话网的用户线多数采用铜导线来传送音频信号 300 3400Hz 随着社会的发展 电信业务正由传统的电话 电报业务转向数据 图象等非话业务 信号频带随之从音频扩宽到视频 用户线路由单一的铜线线对发展到铜线 光纤 无线等多种传输媒介 并引入了用户接入网的新概念 采用了多种接入技术 28 本地电话网长途电话网国际电话网 按网络服务范围分 农村电话网市内电话网 电话网的分类 29 电话网的等级结构 网络的等级结构是指对网中各交换中心的一种安排 从等级上考虑 电话网的基本结构形式分为等级网和无级网两种 等级网中 每个交换中心被赋以一定的等级 不同等级的交换中心采用不同的连接方式 低等级的交换中心一般要连接到高等级的交换中心 在无级网中 每个交换中心都处于相同的等级 完全平等 各交换中心采用网状网或不完全网状网相连 30 等级制电话网 就全国范围内的电话网而言 很多国家采用等级结构 在等级网中 它为每个交换中心分配一个等级 除了最高等级的交换中心以外 每个交换中心必须接到等级比它高的交换中心 本地交换中心位于较低等级 而转接交换中心和长途交换中心位于较高等级 低等级的交换局与管辖它的高等级的交换局相连 形成多级汇接辐射网即星型网 而最高等级的交换局间则直接相连 形成网状网 所以等级结构的电话网一般是复合型网 31 本地网 长途网 国际网 国际局一级交换中心C1二级交换中心C2三级交换中心C3四级交换中心C4端局C5汇接局Tm 五级电话网结构 32 三级网等级结构 33 我国电话网的等级结构 我国电话网目前采用等级制 并将逐步向无级网发展 早在1973年电话网建设初期 鉴于当时长途话务流量的流向与行政管理的从属关系互相一致 大部分的话务流量是在同区的上下级之间 即话务流量呈现出纵向的特点 原邮电部规定我国电话网的网络等级分为五级 包括长途网和本地网两部分 长途网由大区中心C1 省中心C2 地区中心C3 县中心C4等四级长途交换中心组成 本地网由第五级交换中心即端局C5和汇接局Tm组成 34 省级长途交换中心 省会城市 国家一级干线网 本地网交换中心 地 市 国家二级干线网 省内一级干线网 国际局 省局 省局 端局 县局 市话局 电话机 长途网 本地网 国际网 国际长途交换中心 接入网 省际网 用户网 数字光纤化 双绞线 省内网 市话网 我国电话网的等级结构 35 电话网等级结构举例 长途网 本地网 A省 B省 本地网1 本地网2 本地网3 本地网4 DC1省际交换中心 DC2省内交换中心 本地网汇接局 本地网端局 至国际出入口局 36 本地网 本地电话网简称本地网 我国早期的电话网由长话网 市话网 农话网组成 在农话实现自动化以及在行政上实行市管县后 农话网 市话网合并为本地网 本地网中统一号码长度 并采用同一个长途区号 特点 在同一个编号区范围内 由若干个端局 或由若干个端局 汇接局 局间中继线 用户线和话机终端等组成 37 本地电话网 服务范围 一个长途编号区的范围就是一个本地电话网的服务范围 网路结构 网状网 端局间网状连接 汇接网 由汇接局和端局组成 38 本地电话网的组成 本地电话网 长途交换中心 端局 用户 长途交换中心 端局 用户 汇接局 本地电话网 a 由若干个端局组成 b 由若干个端局和汇接局组成 长市中继线局间中继线用户线 39 市话网 40 市话网的组成 普通电话用户 电话机 传真机等公用电话用户 电话机 传真机等用户交换机 不少单位装有用户交换机 俗称总机 用户交换机所连接话机称为分机 分机间通话不经市话局 一般情况下用户交换机通过中继线接市话交换机的用户电路 这时去话全自动 来话经话务台或电脑话务员转接 用户交换机的中继线有一引示号 即总机电话号码 公网电话用户拨该号后 市话交换机可自动寻找用户交换机的群内空闲入中继特种业务电话 为电信业务和社会服务而装设的特殊被叫电话 例如 114 112 110 119 120等分局 汇接局 支局 市话分局为市内电话网的主要组成部分 分局太多时为减少市话中继线而设立汇接局 带有汇接功能的电话分局称为中心局 市话分局下设电话支局 支局占用分局的号码资源 支局由母局 即分局 的交换机远端模块或采用光纤接入网设备构成长话局 用于完成端接各市话分局的长途电话业务移动局 移动通信网内的关口移动交换中心 GMSC 与各市话分局 长话局相连接 以完成移动通信网与固定电话网的接续 41 长途电话网 长途电话通信网的任务是完成国内 国际任何两个用户之间的长距离通话 长途电话网简称长途网 由长途交换中心 长市中继长途电路组成 用来疏通各个不同本地网之间的长途话务 其中一个或几个一级交换中心直接与国际出入口局连接 完成国际来去话业务的接续 42 本地网 长话网的物理构成 本地网 长话网的物理构成是由一个个的物理端局组成的 单局制 一个城市只装一台交换机称为单局制 分局 大城市需建立多个电话机分局 分局间使用局间中继线互连 与用户线不同 中继线是由各用户共用的 汇接局 分局数量太多时 就需要建立汇接局 汇接局与所属分局以星型连接 汇接局间是全互连的 分局间通话需经汇接局转接 长话局 为了使不同城市用户能互相通话 城市内还需建立长话局 长话局与市话分局 或市话汇接局 间以长市中继线相连 不同城市的长话局 长话汇接局间以长途中继线相连 43 二级长途电话网网络结构 44 电话网的编号计划 一个电信网 无论是电话网 还是电报网或数据网等 要能实现网中任意两个用户或终端之间的呼叫连接就必须对网中每一用户或终端分配一个唯一的号码 通过拨号可以很方便地呼叫网中的其它用户或终端 号码的作用 用户标识选择路由 费率的依据 45 编号原则 便于用户了解和使用 同一地方编号尽量一致 能与现有交换机相适应 使交换机设计不要过于复杂 符合国际通信编号要求 国际电联规定号长不大于12位 便于确定呼叫路由 以使选择路由简单 具有一定的冗余度和稳定性 以符合将来的发展 46 本地网的编号方法 根据本地网定义 凡属同一个长途编号区范围的用户均属同一个本地网 当用户呼叫同一个本地网中的任一其他用户时所拨的号码称为本地号码 其编排方法为本地号码 局号 用户号码本地号码可根据本地网的规划容量采用适当的编号位长 目前北京 上海 天津 广州 重庆 武汉和沈阳等特大城市的号长为8位 其中局号为3位 用户号码为5位 其他大城市为7位 中小城市及县城为6位 47 长途网的编号方法 国际电联 ITU 规定国际电话号码总长度不大于12位 而我国的国家号码为86 所以我国国内号码总长度不大于10位 其编排方法为 国内号码 国内长途字冠 0 长途区号 本地号码国际号码 00 国家号码 长途区号 本地号码长途区号 直辖市及大区城市为2位号码 其中北京为10 其他城市为2X 其他大 中 小城市为3位号码 48 数字程控交换机 用软件来控制交换处理 操作维护管理内部处理全数字化电路交换方式 实时 由硬件软件两大部分组成 49 程控交换机硬件结构 交换网络 用户子系统 中继子系统 信令子系统 控制子系统 处理器 输入 输出子系统 V 24 Datalink 50 程控交换机硬件结构 控制子系统 交换机的核心由处理器组成 控制各部分用户子系统 话音信号的模 数转换 8KHz抽样 PCM编码 话务集中中继子系统 处理2M中继接口信令子系统 处理信令交换网络 电路交换 建立一个连接输入 输出子系统 提供人机通信接口到其他系统 网管等 的接口 51 程控交换机软件结构 程序数据 系统数据 局数据 系统程序 系统数据 用户数据 数字分析表 路由数据 费率数据 52 运行软件的组成 53 程控交换机局数据 用户数据 号码与设备的对应 属性 业务数字分析表 分析号码 选路由 费率路由数据表 物理位置 特性费率数据 定义费率 54 交换机连接方式 两种用户接入方式直接接入母局接入远端模块 局间中继2MPCM电路话路 No 7信令链路V 24接口集中网管系统V 35接口计费中心 X 25协议 55 程控电话业务 1 增值业务缩位拨号呼出限制免打扰服务追查恶意呼叫闹钟服务遇忙记存呼叫热线服务转移呼叫缺席用户服务遇忙回叫三方通话会议电话 2 声讯业务160 人工 168 自动 3 电话卡业务IC卡200业务201业务300业务 56 移动电话通信网 57 移动通信是一种沟通移动用户与固定用户之间或移动用户之间的通信方式 它具有快速 便捷 可靠 不受时空限制的特点 1897年 马可尼在固定站和一艘拖船之间进行的无线通信实验 标志着移动通信的诞生 1947年贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念 70年代试验 80年代开始使用 时至今日 蜂窝移动通信经过了两代成熟的发展 并且进入了第三代移动通信的研制 试验和建设阶段 移动通信概述 58 移动通信的特点 用户的移动性 电波传播条件复杂 噪声和干扰严重系统和网络结构复杂 有限的频率资源 59 蜂窝移动通信的发展历程 AMPSTACSNMTC450NAMTS 模拟技术 DAMPSIS 95GSMPDC 数字技术 CDMA2000WCDMA 语音业务 多媒体业务 技术驱动 业务驱动 第一代模拟蜂窝移动通信系统80年代 第二代数字蜂窝移动通信系统90年代 第三代数字蜂窝移动通信系统21世纪 FDMA话音 TDMA话言和低速数据 CDMA宽带多媒体 技术驱动 60 移动通信 从电路到分组 从窄带到宽带 61 移动通信的多址方式 62 移动通信技术及演进 63 移动通信的分类 通信方式 单工 双工和半双工 用户性质 军用 民用 公用 专用 公用陆地移动通信系统公用移动电话系统无线电寻呼系统无绳电话系统集群系统移动卫星通信 64 移动电话网的一般组成 移动电话网由移动台 中继传输系统 基站和移动交换局组成 移动交换局和基站之间通过中继线相连 基站和移动台之间为无线接入方式 移动交换局又和本地电话网中的市话局相连组成移动电话网 65 移动通信的网络结构 66 什么是GSM 第二代数字蜂窝电话80年代 1991欧洲制式 GlobalSystemforMobilTelecommuni cation全球通 泛欧系统 无线寻呼蜂窝电话无绳电话集群系统 67 公众蜂窝移动通信系统的组成 BS MS BS MS BS MS BS MS MSC1 MSC2 PSTN 移动通信网 公用通信网 Internet PSTN 公用电话网MSC 移动交换中心BS 基站MS 移动终端 68 公众蜂窝移动通信系统的组成 移动台 MS 设有收 发信机和天馈线等设备 基站 BS 设有收 发信机和天馈线等设备 每个基站有一个可靠的通信服务范围 无线小区 移动业务交换中心 MSC 处理信息交换和整个系统的集中控制管理 中继线 MSC与PSTN以及MSC与BS之间相连接的传输线路 无线信道 BS与MS之间的传输信道 话音信道 控制信道 69 蜂窝状服务区 70 71 移动通信网中的区域定义 小区 一个采用全向天线基站所覆盖的区域 或一个采用定向无线基站的某个扇形覆盖区 基站区域 一个基站的所有小区所覆盖的区域 位置区 MS可以任意移动而无需进行位置更新的区域 在现有网络中一般将一个BSC所控制的区域定义为一个位置区 为了呼叫在此位置区域内的某一MS 可在同一位置区内所有基站同时对该MS发起广播寻呼 移动交换区 业务区MSC 一个MSC VSR所控制的业务区域 可以覆盖数个位置区 移动本地网 原则上与一个长途区号所对应的区域可以建立一个移动本地网 网内可设置一个或多个MSC 公用陆地移动通信网 PLMN 某一移动运营商 例如 中国移动 中国联通 所建立的移动通信网 网内具有统一的编号制度与统一的路由计划 服务区 为注册在某一PLMN的移动用户可获得的服务区域 即不同通信网 PLMN PSTN ISDN等 用户无需知道该MS实际位置而可以与之通信的区域 包括国际漫游区域 72 我国GSMPLMN网络结构 我国GSMPLMN采用三级结构 由一级移动业务汇接中心 TMSC1 二级移动业务汇接中心 TMSC2 和移动端局MSC组成 原 MSC1分别设在 个大区中心 各省分别设置TMSC2 TMSC1之间网状网连接 各TMSC1与所属TMSC2之间设置低损耗直达路 73 GSM移动本地网网络结构 一般每个移动本地网设置一个HLR 建立一个或多个MSC 在多个MSC情况下设置TmMSC和GMSC 其中TmMSC为移动电话本地汇接局 移动本地网中的各 通过局间中继连接TMSC GMSC通过局间中继连接TmMSC 本地市话汇接局和本地长话局 对特大城市可增设GMSC与HLR 74 省内GSMPLMN网络结构 全省PLMN由省内各移动本地网构成 一般在省会城市设一对TMSC1负责省际话务转接 全省范围内设若干个TMSC2负责省内话务转接 并与省内或大区中心的一对TMSC1相连 75 CDMA系统概述 CDMA系统 即采用CDMA技术的数字蜂窝移动通信系统 简称CDMA系统 CDMA是在扩频通信技术上发展起来的 由于扩频技术具有抗干扰能力强 保密性能好的特点 20世纪80年代就在军事通信领域获得了广泛的应用 为了提高频率利用率 在扩频的基础上 人们又提出了码分多址的概念 利用不同的地址码来区分无线信道 76 CDMA蜂窝移动通信网的特点 系统容量大保密性好软切换软容量频率规划简单 77 CDMA网络结构 78 智能网 79 智能网总体介绍 智能网是在现有电信网 SS7信令网和大型集中数据库的基础上构建的 在智能网中 原有的交换机仅完成基本电信业务的呼叫处理 业务交换和业务接入功能 新的智能业务的业务控制功能和相关业务逻辑转移至业务控制节点 交换机通过SS7接口与SCP相连 并受其控制 由于业务控制功能集中在少数SCP上 增改新业务只涉及SCP 在大型集中数据库内增加业务数据和用户数据 使得新业务快速生成和部署不再困难 80 智能网的特点 业务和交换分离依靠No 7信令和大型数据库技术的支持快速 方便 经济的生成业务为所有的通信网络服务 如电话网 移动网 81 智能网概念的延伸 智能网不仅可为公用电话网提供新业务 还可为数据网 移动网 IP网和宽带多媒体网提供各种新业务 因智能网可在通信网业务层基础上提供各种增值业务 故可将智能网看成是通信网应用层的一个重要组成部分 82 智能网的组成 83 业务交换节点 业务交换节点 SSP ServiceSwitchingPoint 是电信网与智能网的连接点 一个SSP包含呼叫控制功能和业务交换功能 呼叫处理功能负责接收用户呼叫 执行呼叫建立 呼叫保持 呼叫释放等基本接续功能 业务交换功能负责接收 识别出智能网呼叫 与SCP进行通信 并对SCP的请求做出响应 允许SCP中的业务逻辑影响呼叫处理的结果 通常SSP以数字程控交换机为基础 再配以相应的软硬件和SS7系统接口组成 84 业务控制节点 业务控制节点是智能网的核心部分 它负责存储用户数据和业务逻辑 接收SSP的查询请求 根据请求执行相应业务逻辑程序 查询数据库 进行各种译码 向SSP发回呼叫控制指令 实现各种各样的智能呼叫 SCP与SSP SMS之间通过标准接口进行通信 通常SCP由大 中型计算机系统和大型实时数据库系统构成 85 业务管理系统 业务管理系统 S