《现代通信网概论》课件1第1章 (2).ppt
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1、第1章 概论 1.1 通信网的基本概念 1.2 通信网的发展 1.3 通信网的构成要素与基本结构 1.4 通信网的体系结构 1.5 通信网络技术标准化 第1章 概论 第1章 概论 1.1.1 信息、消息和信号信息、消息和信号信息在不同的场合有各种各样不同的定义。从工程观点来讲,信息是对客观存在的各个事物各种可能的状态及其随时间发生变化的反映。任何地方都有信息存在,人们在各种社会活动中通过现象获取信息,并逐步地认识事物的属性。1.1 通信网的基本概念第1章 概论 信息必须借助于载体以便于人们进行交换、传递和存储。携带信息的载体称为消息,它是信息的物质表示。消息是某事件发生与否的论断,传递或交换消
2、息也就是传递或交换信息。为了使消息适于在通信系统中传输和处理,需要将其变换为电(或光)的形式,称为电(或光)信号,简称信号。电信号最常用的形式是电流或电压。第1章 概论 1.1.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号按照变化规律,信号可以分为模拟信号和数字信号。常见的语音和图像可以分别表示为函数形式,比如u(t)是语音的函数,f(x,y,t)是图像函数,t表示时间,x和y表示空间坐标。因为它们的自变量t、x和y的取值是连续的,函数值也是连续的,所以这种信号称为模拟信号(有时也称为连续信号),其示例如图1.1所示。如果信号的幅度随时间的变化只具有离散、有限的状态,则称为数字信号。数字信号的参量
3、取值是离散变化的,其示例如图1.2所示。第1章 概论 图1.1 模拟信号 第1章 概论 图1.2 数字信号 第1章 概论 数字信号的主要特点是状态的离散性,这些离散值可以用二进制数或N进制数表示。二进制数的“1”和“0”具体用什么样的电信号来传送是非常灵活的,例如,可以用电压的通与断、电压的正负极性、正弦振荡频率的高与低、正弦振荡的相位是否反转等方法表示。在保证足够高精度的前提下,模拟信号可以转换为数字信号,这种转换称为模/数(A/D)转换,相反的转换称为数/模(D/A)转换。模/数转换大致分为三个步骤:取样、量化和编码。第1章 概论 1.1.3 通信、通信系统、通信网通信、通信系统、通信网通
4、信是指利用电信号或光信号的形式传送、发射或者接收语音、文字、数据、图像以及其他形式信息的活动。通信活动中所需要的一切技术设备的总和称为通信系统。实际应用中存在各种类型的通信系统,它们在具体的功能和结构上各不相同,然而都可以抽象成图1.3所示的模型,其基本组成包括信源、发送器、信道、接收器和信宿五部分。第1章 概论 图1.3 通信系统模型第1章 概论 简单的通信网如图1.4所示。交换点能完成接续交换任务。用户终端(图中以电话机为例)对应表示系统模型中的信源和信宿,还包括了发送器和接收器。终端与交换点之间的各连线对应表示通信系统模型的信道,也称为传输链路。第1章 概论 图1.4 简单的通信网第1章
5、 概论 1.2.1 第一阶段第一阶段18801970年为第一阶段,是典型的模拟通信网时代,网络的主要特征是模拟化、单业务单技术。这一时期电话通信网占统治地位,电话业务也是网络运营商主要的业务和收入来源,其主要的技术特点如下:(1)交换技术:由于语音业务量相当稳定,且所需带宽不高,因此网络采用控制技术相对简单的电路交换技术,为用户业务静态分配固定的带宽资源。1.2 1.2 通信网的发展通信网的发展第1章 概论(2)信令技术:网络采用模拟的随路信令系统。(3)传输技术:终端设备、交换设备和传输设备基本是模拟设备,传输系统采用FDM(频分多路复用)技术、铜线介质,网络上传输的是模拟信号。(4)业务实
6、现方式:网络通常只提供单一电话业务,并且业务逻辑和控制系统是在交换节点中用硬件逻辑电路实现的,网络几乎不提供任何新业务。第1章 概论 1.2.2 第二阶段第二阶段19701994年为第二阶段,是骨干通信网由模拟网向数字网转变的阶段。这一时期数字技术和计算机技术在网络中被广泛使用,除传统PSTN网络外,还出现了多种不同的业务网,其主要的技术特点如下:(1)数字传输技术:基于PCM(脉冲编码调制)技术的数字传输设备逐步取代了模拟传输设备,彻底解决了长途信号传输质量差的问题,降低了传输成本。(2)数字交换技术:数字交换设备取代了模拟交换设备,极大地提高了交换的速度和可靠性。第1章 概论(3)公共信道
7、信令技术:公共信道信令系统取代了原来的随路信令系统,实现了话路系统与信令系统之间的分离,提高了整个网络控制的灵活性。(4)业务实现方式:在数字交换设备中,业务逻辑采用软件方式来实现,使在不改变交换设备硬件的前提下提供新业务成为可能。在这一时期,电话业务仍然是网络运营商主要的业务和收入来源,骨干通信网仍是面向语音业务来优化设计的,因此电路交换技术仍然占主导地位。第1章 概论 1.2.3 当前阶段当前阶段1995年至今,这一时期是信息通信技术发展的黄金时期,是新技术、新业务产生最多的时期。在这一阶段,骨干通信网实现了全数字化,骨干传输网实现了光纤化,同时数据通信业务增长迅速,独立于业务网的传送网也
8、已形成。由于电信政策的改变,电信市场由垄断转向全面的开放和竞争。在技术方面,对网络结构产生重大影响的主要有以下三方面:第1章 概论(1)计算机技术:硬件方面,计算成本下降,计算能力大大提高;软件方面,面向对象(OO)技术、分布处理技术、数据库技术已发展成熟,极大地提高了大型信息处理系统的处理能力,降低了开发成本。其影响是使PC得以普及,智能网(IN)、电信管理网得以实现,这些为下一步的网络智能以及业务智能奠定了基础。另外,终端智能化使得许多原来由网络执行的控制和处理功能可以转移到终端来完成,骨干网的功能可由此而简化,这有利于提高其稳定性和信息吞吐能力。第1章 概论(2)光传输技术:大容量光传输
9、技术的成熟和成本的下降,使得基于光纤的传输系统在骨干网中迅速普及并取代了铜线技术;实现宽带多媒体业务,在网络带宽上已不存在问题。(3)Internet:1995年后,基于IP技术的Internet的发展和迅速普及,使得数据业务的增长速度远远超过电话业务。在近几年内,数据业务将全面超越电话业务,成为运营商的主营业务和主要收入来源。这使得重组网络结构、实现综合业务网成为这一时期最迫切的任务。第1章 概论 1.3.1 交换式网络交换式网络要实现一个通信网,最简单直观的方案就是在任意两个用户之间提供点到点的连接,从而构成一个网状网络的结构,如图1.5所示。该方法中每一对用户之间都需要独占一个永久的通信
10、线路,通信线路使用的物理媒介可以是铜线、光纤或无线信道。然而该方法并不适用于构建大型广域通信网,其主要原因如下:1.3 通信网的构成要素与基本结构第1章 概论(1)用户数目众多时,构建网状网络成本太高,任意一个用户到其他N-1个用户都要有一个直达线路。(2)每一对用户之间独占一个永久的通信线路,信道资源无法共享,这会造成巨大的资源浪费。(3)这样的网络结构难以实施集中控制和管理。第1章 概论 为解决上述问题,现代通信网普遍采用交换技术,即在网络中引入交换节点,组建交换式网络。在交换式网络中,用户终端通过用户线与交换节点相连,交换节点之间通过中继线相连,任何两个用户之间的通信都要通过交换节点进行
11、转接交换。在网络中,交换节点负责用户的接入、业务量的集中、用户通信连接的创建、信道资源的分配、用户信息的转发,以及必要的网络管理与控制功能的实现。从网络拓扑结构上来看,形成了图1.6所示的星形网络结构。第1章 概论 图1.5 网状网络 第1章 概论 图1.6 星形网络 第1章 概论 树形网络如图1.7所示。树形网络结构可以看成是星形网络拓扑结构的扩展。在树形网络中,节点按层次进行连接,信息交换主要在上、下节点之间进行。树形网络结构也用于用户接入网和主从方式同步网中。图1.7 树形网络第1章 概论 1.3.2 通信网的构成要素通信网的构成要素一个完整的通信网包括硬件和软件。通信网的硬件一般由终端
12、设备、传输系统和转接交换系统等三部分电信设备构成,它们是构成通信网的物理实体。(1)终端设备。终端设备是通信网最外围的设备,它将用户要发送的各种形式的信息转变为适合于相关的电信业务网传送的电磁信号与数据包等;或反之,它将从通信网中收到的电磁信号、光信号及数据包等转变为用户可识别的信息。第1章 概论(2)传输系统。传输系统是信息传递的通道,它将用户终端设备、转接交换系统(节点)及转接交换系统(节点)相互之间连接起来,形成网络。(3)转接交换系统。转接交换系统是通信网的核心,它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配。电话网转接交换设备的基本功能是汇集、转接和分配。对于主要用于计算机
13、通信的数据业务网,由于数据终端或计算机终端可有各种不同的速率,因此为了提高传输链路的利用率,可将流入信息流进行存储,然后再转发到所需要的链路上去。这种方式叫做存储-转发方式。第1章 概论 1.3.3 通信网的分类通信网的分类在我们日常的工作和生活中,经常接触和使用各种类型的通信网,例如电话网、计算机网络、Internet(国际互联网)等。不同的网络虽然在传送信息的类型、传送的方式、所提供服务的种类等方面各不相同,但是它们都实现了以下四个主要的网络功能:(1)信息传送。这是通信网的基本任务,传送的信息主要分为三大类:用户信息、信令信息、管理信息。信息传输主要由交换节点和传输系统完成。第1章 概论
14、(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,主要目的是增强通信的有效性、可靠性和安全性。信息最终的语义解释一般由终端应用来完成。(3)信令机制。信令机制是指通信网上任意两个通信实体之间为实现某一通信任务进行控制信息交换的机制,例如电话网上的No.7信令、Internet上的各种路由信息协议、TCP连接建立协议等均属此范畴。第1章 概论(4)网络管理。网络管理主要是指网络的运营管理、维护管理、资源管理,以保证网络在正常和故障情况下的服务质量。它是整个通信网中最具智能的部分。已形成的网络管理标准有:电信管理网标准TMN系列、计算机网络管理标准SNMP等。因此,从功能的角度看,一个完整
15、的现代通信网可分为相互依存的三个部分:业务网、传送网、支撑网,如图1.8所示。第1章 概论 图1.8 通信网的分类第1章 概论 通信网更进一步的具体分类如下:(1)有线业务网:PSTN、ISDN、IN、VoIP。(2)移动通信网:GSM、CDMA、GPRS、3G。(3)数据通信网:X.25、DDN、FR、IP、ATM、MPLS。(4)传送网:PDH、SDH、DWDM、AN。(5)支撑网:CCS No.7、DSN、TMN。第1章 概论 1业务网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、VPN等,采用不同交换技术的交换节点设备通过传送网互连在一起就形成了不同类型的业务网。构
16、成一个业务网的主要技术要素包括网络拓扑结构、交换节点技术、编号计划、信令技术、路由选择、业务类型、计费方式、服务性能保证机制等,其中交换节点技术是构成业务网的核心要素。目前主要的业务网有公共电话网、公共移动电话网、智能网、分组交换网、帧中继网、数字数据网、计算机局域网、Internet、ATM网等。第1章 概论 2传送网传送网传送网是随着光传输技术的发展,在传统传输系统的基础上引入管理和交换智能后形成的。传送网独立于具体业务网,负责按需为交换节点和业务节点之间的互连分配电路,在这些节点之间提供信息的透明传输通道,它还包含相应的管理功能,如电路调度、网络性能监视、故障切换等。构成传送网的主要技术
17、要素有传输介质、复用体制、传送网节点技术等。目前主要的传送网有SDH/SONET和光传送网(OTN)两种类型。第1章 概论 3支撑网支撑网支撑网负责提供业务网正常运行所必需的信令、同步、网络管理、业务管理、运营管理等功能,以提供用户满意的服务质量。支撑网包含以下三部分:(1)同步网。同步网处于数字通信网的最底层,负责实现网络节点设备之间和节点设备与传输设备之间信号的时钟同步、帧同步以及全网的网同步,保证地理位置分散的物理设备之间数字信号的正确接收和发送。第1章 概论(2)信令网。对于采用公共信道信令体制的通信网,存在一个逻辑上独立于业务网的信令网,它负责在网络节点之间传送与业务相关或无关的控制
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