通信网理论基础第1章.ppt

1、通信网理论基础测量和通信机器系统王波，第1章绪论，1.1通信网的基本概念1.2通信网的服务质量1.3通信网的发展史，1.1通信网的基本概念，1.1通信系统的基本模型1点到点的通信系统通信网是通信系统的一种形式。 本课中的通信系统特别是指使用光信号和电信号传送信息的通信系统。 为了更好地理解通信，从点对点通信系统开始介绍。 通信系统的基本作用是克服时间、空间的障碍，有效且可靠地传递信息。 在图1.1中所示的简单通信系统模型(a )的模型图(b )的实例中，在实际应用中存在各种类型的通信系统，尽管它们具体功能和结构不同，但是它们都可以抽象为图1.1所示的模型。 源、发射机、信道、接收机和宿的五种基

2、本配置。 (1)来源：是生成各种信息的信息源，也可以是人或机器(计算机等)。 (2)发送机：负责将来自发送机的信息转换为适于在传输系统中传输的信号。 发射器根据源系统和传输系统的不同，具有不同的配置和信号转换功能，包括编码、调制、放大和加密等功能。 (3)信道：在发射机和接收机之间传输信号的传输介质。 通常，传输媒体的种类可以分为有线信道和无线信道，以传输信号的形式分为模拟信道和数字信道。 (4)接收机：负责将从传输系统接收的信号转换为宿能够接收的信息格式。 其作用与发射机正相反。 主要功能包括信号的解码、解调、放大、均衡、解码等。 (5)宿负责消息的接收，上述通信系统只是点对点的通信模型，为

3、了实现多用户之间的通信，需要定义标准通信协议，以使合理拓扑将多个用户有机地连接，并使它们能够协作通信网必须解决任何两个用户之间的通信问题。 由于需要用户数多、地理分散、采用不同技术体制的各种网络相互连接，所以通信网必然不是寻址、选择、控制、管理、接口标准、网络成本、可扩展性、服务质量保证等一系列问题， 二交换网络为了实现一个通信网络，最简单和直观的方案是在任何两个用户之间提供从点到点的连接，以构成一个网状网络的结构(如图1.2(a )所示)。 问题：此方法需要在每对用户之间独占持久性通信线路。 通信线路使用的物理介质是铜线、光纤或无线信道。 但是，这种方法不适合构建大型广域通信网。 主要原因是

4、，(1)用户数量多时，构建网状网络的成本过高，任何一个用户都必须直接与其他N-1用户有线路，技术上也是不可能的。 (2)在一对用户之间垄断永久的通信线路，不能共享信道资源，导致巨大的资源浪费。 (3)这种网络结构难以集中控制和管理。 问题解决方法：交换技术的采用为了解决上述问题，广域通信网采用交换技术，即在网络中引入交换节点，构建交换网络，如图1.2(b )所示。 在交换网络中，用户终端经由用户线与交换节点连接，且交换节点通过中继线相连接，任何用户之间的通信均经由交换节点进行交换。 在网络中，交换节点负责用户的接入、业务集中、用户通信连接的创建、信道资源的分配、用户信息的传送以及必要的网络管理

5、和控制功能的实现。、图1.2点的网络和交换网络、交换技术思想：网络根据用户的实际需求分配通信所必需的网络资源，即在用户有通信需求时，网络向其分配资源，在通信完成后，网络再次向用户、网络负责管理和分配的最重要资源：通信线路上的带宽资源。 网络为此付出的成本：为了实现这样的“按需分配”，需要复杂的控制机制。 因此，从资源分配的角度来看，不同网络技术之间的差异主要体现了网络资源分配、管理策略上的差异，它们直接决定了网络中交换、传输、控制等具体技术的实现方式。 一般来说，简单的控制策略通常资源利用率不高，为了提高资源利用率，必须以提高网络控制的复杂性为代价。 现有的各种交换技术根据实际业务需要，在资源

6、利用率和控制复杂性之间进行了一定的折衷。 从用户终端到交换节点的接入方式：从用户终端到交换节点可以使用有线接入方式，也可以采用可以使用无线接入方式的点对点的接入方式，还可以采用共享媒体的接入方式。 多址问题：频分多址(FDMA )、时分多址(TDMA )、码分多址(CDMA )、随机多址等。 为了提高中继线路的利用率、降低通信成本，现代通信网采用复用技术将一个物理线路的整个频带资源分为多个逻辑信道，使多个用户共享一个物理线路。 实际上，在广域通信网络上，任何用户之间的通信通常占用一个逻辑信道，且极少占用一个物理线路。 交换网络的主要优点： (1)许多用户可以通过交换节点连接到骨干通信网络，而许

7、多用户不需要全天候通信服务； 主干网络上的交换节点之间可以通过较少的中继线路向多个用户提供服务(2)交换节点的引入也提高了网络扩展的便利性，使网络的控制和管理变得容易。 实际的大规模的交换网络全部由多级复合型网络构成，用于用户的通信连接大多与多级线路、多个交换节点相关。 1.1.2通信网络的定义和配置1定义通信网络是有机组织固定数量的节点(包括终端节点和交换节点)和连接这些节点的传输系统并根据约定信令或协议完成任何用户之间的信息交换的通信系统。 用户通过使用该配置，可以克服诸如空间、时间等的障碍并且实现有效的信息交换。 2通信网的构成要素实际的通信网是用软件和硬件以特定的方式构成的通信系统，每

8、次通信都需要硬件和软件设施的协调合作。 硬件：通信网由终端节点、交换节点、服务节点和传输系统组成，完成通信网的基本功能即访问、交换和传输。 软件：包括信令、协议、控制、管理、计费等，它们主要完成通信网的控制、管理、运营和维护，实现通信网的智能化。 1 )终端节点中最常见的终端节点是电话机、传真机、计算机、视频终端和PBX等，它们是通信网上的信息的产生者，也是通信网上的信息的利用者。 其主要功能包括(1)用户信息的处理：主要是用户信息的收发、将用户信息转换为适于传输系统传输的信号、以及与之相应的逆转换。 (2)信令信息的处理：主要包括连接建立、业务管理等的生成和识别所需的控制信息。 2 )交换节

9、点交换节点是通信网的核心设备，最常见的有电话交换机、分组交换机、路径搜索器、中继器等。 交换节点负责集中传输终端节点生成的用户信息，但它本身不生成并使用这些信息。其主要功能是(1)用户业务的集中和访问功能。 通常由各种用户接口和中继接口组成。 (2)开关功能。 通常，从任意行到行的数据交换通过交换矩阵进行。 (3)信令功能。 负责呼叫控制和连接的建立、监视、释放等。 (四)其他控制功能。 路由信息的更新和维护、计费、流量统一订正、维护管理等。 图1.3交换节点的基本功能结构；3 )业务节点最常见的业务节点是智能网络上的业务控制节点(SCP )、智能外围设备、语音邮件系统、因特网上的各种信息服务

10、器等。 通常，它们由连接到通信网络边缘的校正机系统、数据库系统构成。 其主要功能是(1)实现与交换节点独立的业务执行和控制。 (2)实现对于交换节点呼叫的建立的控制。 (3)向用户提供智能、个性化、有差异的服务。 现在，基本电信服务的呼叫建立、执行控制等由于历史原因在交换节点实现，许多新的电信服务被转移到服务节点。 4 )传输系统的传输系统耦合到网络节点，从而提供传输信道来传输信息。 普通传输系统的硬件配置包括线路接口设备、传输媒体、交叉连接设备等。 传输系统的主要设定修正目标之一是提高物理线路的使用效率，因此，传输系统通常采用频分复用、时分复用、波分复用等复用技术。 此外，交换节点必须与发射

11、系统协调，以便交换节点能够正确接收和识别发射系统的数据流。 这包括帧同步与比特同步的维持、对相同传输方案(PDH、SDH等)的遵守等等。 3通信网的基本结构在我们的日常工作和生活中，经常接触使用各种类型的通信网。 例如电话网、计算机网络等。 电话网是目前最为人熟知的通信网，主要用于传输用户的语音信息的计算机网络是办公室中最常见的网络，主要包括信息发布、程序和数据共享、设备共享等(打印机、绘图仪、扫描仪) 互联网是计算机的互联网络，将世界上大部分的计算机网络相互连接，实现更广泛的信息资源共享，目前互联网已成为电子商务和娱乐的基础支持平台。 上述网络的主要网络功能： (1)信息传递。 这是通信网的

12、基本作用，所传输的信息主要分为用户信息、信令信息、管理信息三类。 信息传递主要通过交换节点和传输系统来进行。 (2)信息处理。 网络对信息的处理方式对最终用户是不可见的。 主要目的是提高通信的有效性、可靠性和安全性，信息的最终意义解释一般由终端应用程序来完成。 (3)信令机制。 控制信息交换以便实现在通信网上的任意两个通信实体之间的通信任务的机制，例如电话网上的No.7信令、因特网上的各种路由信息协议、TCP连接建立协议等属于该范畴。 (4)网络管理。 负责网络运营管理、维护管理、资源管理，保证正常及故障时的网络服务质量。 是整个通信网最聪明的部分。 形成的网络管理标准是电信管理网络标准TMN

13、系列、计算机网络管理标准SNMP等。 因此，从功能的角度来看，完整的现代通信网分为相互依存的3个部分：业务网、传输网、支持网，如图1.4所示。 图1.4现代通信网的功能构成，1 )业务网业务网负责向用户提供各种通信业务，如基本语音、数据、多媒体、出租线、VPN等，采用不同交换技术的交换节点设备通过传输网相互连接，形成不同类型的业务网。构成一个业务网的主要技术要素有网络拓扑、交换节点技术、编号修订、信令技术、路由、业务类型、计费方式、服务性能保证机制等，其中交换节点设备是构成业务网的核心要素。 表1.1主要业务网的类型，2 )传输网随着光传输技术的发展，根据传统的传输系统导入管理和交换智能而形成

14、。 传输网独立于特定的业务网，并且按需为交换节点/业务节点之间的互连分配电路，负责在这些节点之间提供信息的透明传输线路，还包括电路调度、网络性能监控、故障切换等管理功能。 构成传输网的主要技术要素有传输媒体、复用方式、传输网节点技术等，其中传输网节点主要有插接复用设备(ADM )和交叉连接设备(DXC )两种，它们是构成传输网的核心要素。 传输网节点与业务网的交换节点相似点：传输网节点也具有交换功能。 不同点1 :业务网交换节点的基本交换单位本质上面向终端业务，粒度小，例如时隙、虚拟连接，而传输网节点的基本交换单位本质上面向一个中继方向，因此粒度大。 不同之处2 :虽然业务网络交换节点的连接在

15、信令系统的控制下建立和释放，但是光传输网络节点之间的连接主要是被分配到管理级并建立或释放，并且每个连接需要长期维持和相对固定。 3 )支持网络提供业务网络正常运行所需的信令、同步、网络管理、业务管理、运营管理等功能，为用户提供令人满意的服务质量。 支持网由(1)同步网的3个部分构成。 位于数字通信网络的最下层，实现网络节点设备间、节点设备与传输设备之间的信号时钟同步、帧同步以及全网络网络同步，保证地理上分散的物理设备间数字信号的正确发送接收。 (2)信令网络。 对于采用公共信道信令方式的通信网，存在从业务网逻辑上独立的信令网，在网络节点间传送业务相关或者不相关的控制信息流。 (3)管理网。 管

16、理网络的主要目标是实时和近实时监控业务网络的运行情况，并据此采用各种控制和管理手段，在各种情况下充分利用网络资源，保证通信的服务质量。 另外，根据网络的物理位置分布，通信网可以分为用户内部网络CPN、接入网和核心网这三个部分。 用户驻地网络可以被认为是用户端的自然扩展，而接入网络可以被认为是核心网之外的扩展。 1.1.3按照通信网的类型1服务类型将通信网分为电话通信网(例如，PSTN、移动通信网等)、数据通信网(例如，X.25、因特网、帧中继网等)、广播电视网等。 按空间距离分为2个空间距离，将通信网分为广域网(WAN:Wide Area Network )、都市区域网(MAN:Metropo

17、litan Area Network )、局域网(LAN:Local Area Network )等按照运营方式分为运营方式，可以将通信网分为公共通信网和专用通信网。 需要注意的是，从管理和工程的角度来看，网络之间的本质差异是采用的实现技术的差异，其主要内容是交换技术、控制技术以及业务实现方式。 1.1.4通信网的拓扑结构，图1.5通信网的拓扑结构，1网格网的优点：线路冗馀度大，网络可靠性高，任意两点之间能够直接通信的缺点：线路利用率低，网络成本高，而且网络扩展也不方便，节点为1 情况：网格结构通常用于节点数少、要求高可靠性的情况。、2星形网的优点：降低传输链路成本，提高线路利用率的缺点：网络可靠性差，中心转发节点发生故障或转发能力不足时，所有网络的通信都会受到影响。 在传输链路费用通常高于中继设备，可靠性要求