通信网理论基础a引论(北邮信通院陈鑫林教授授课PPT)

1通信网的理论基础主讲人:陈鑫林2本课程内容包括（一）引论（二）通信网的组成要素（三）通信网的结构（四）网内业务分析（五）通信网的可靠性（六）通信网的优化3（一）引论(1)基本概念(2)通信网的要求(3)现代通信网的构成和发展4(1)基本概念通信是信息的传递与交换。通信是人类日常生活所必不可少的；通信极大地促进人类的文明；通信极大地增加社会的财富。5通信网从硬件上来说应包括：端机，信道，交换设备；通信网从软件上来说应包括：信令，协议（规程），标准。网络要优化（在许多意义上）网络要可靠6通信系统和通信网将一个用户的信息送到另一个用户处的全部设施通常称为一个通信系统，它主要包括发端机：能把信源信息转换成可以在信道上传送的信号；信道：传输线路及其附属设备；收端机：能把信号恢复成用户所需要的信息。（2）信号*信号分模拟信号和数字信号.每种信号又分基带信号和频带信号.*基带信号：含有低频成分甚至直流分量的信号。通常原始信号都是基带信号。*基带信号所占据的频带宽度相对于它的中心频率而言很宽，不适合较长距离传输，更不能进行无线电发送。话音信号是基带信号，它的频率在几十赫到十几千赫。计算机数据也是基带信号。*频带信号的中心频率相对较高，而带宽较窄，适合于在道中传输。基带信号经各种正弦调制可转变成频带信号。*模拟信号的主要特征有二：一是时间上连续，二是状态连续。*数字信号是离散的有限状态信号，常见的是二进制信号，两个状态分别用0和1表示。模拟信号比较适合传输，数字信号适合处理。模拟信号和数字信号是可以相关转换的。模拟信号通过A/D转换成数字信号，数字信号通过D/A转换成模拟信号。当数字信号要在模拟信道中传输时，数字基带信号必须经过正弦调制将基带信号变成频带信号。消息消息电信号电信号终端终端传输媒介7发端机和收端机一般是装在一起的,通常称为端机或终端。在数据通信中,终端设备有数据电路终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE),后者如调制解调器。DTE—DataTerminalEquipment;DCE-DataCircuit-terminatingEquipment;8在数据通信领域内,“数据”是指两设备间交换的一组数字和字符组成的编码,即是用这些编码来表示一串数字或是计算机所存的文件。为防差错,需为两通信实体(DTE)交换一些附加的控制信息,因此,称通过数据传输设备交换的所有内容（包括数据与控制信息）为“信息”.收发共用一条信道,时分地进行正向和反向的传输,称半双工通信系统。双工是指两设备彼此同时交换数据。9通信网是通信系统的系统,它包括了所有的通信设备和通信规程。每一个具体的通信设备都是通信网的一部分.应当强调的是:在考察一个设备或一个通信系统时,若不从整个通信网出发,这些设备或系统不能发挥应有的功能,孤立地看它们,也许是很好的,但如果它不能进网,那它只能起到局部的作用。反之，在研究全网时，必需了解组成网的各个部件的性能。10因此,通信网课程的内容包括了通信专业的所有课程。但是这样庞大的内容是不可能组成一门课程的,即使只涉及带有综合性和整体性的问题,而不涉及具体设备内容还是太繁杂。所以,本课程的内容只包括具有广泛意义的,较为成熟的理论基础,而且侧重于定量分析,这是改善和发展所必须的。11通信网在整体上的任何改进、发展或突破,带来的经济效益(包括节省投资和创收)是很可观的。理论上的完善可使许多争论更易于统一。另一方面,如果技术条件没有跟上,例如当集成电路还未发展,脉码调制技术还不能经济地实现时,谈论数字通信的优越性,最好的想法也难于实现。因此,只有科学和技术相辅相成地发展,才能推动社会的前进.12世界上有大大小小许多通信网,小网用于一幢建筑物或大院式综合体内,连结数据终端和计算机;大网复盖整个国家,甚至扩展到全球。有些网是专用的,有些是公用网。要形成一个通信网,交换是一个必不可缺少的环节,它是一些传输的“中转站”.在体系上,交换分电路交换和分组交换。有些网使用电路交换技术,如电话网。当一对或一组用户要通话时,在它们之间首先要建立一条专用的传输通路,并在传输过程中一直保持着,直到通信结束再将这条通路拆除。13有些网使用分组交换技术,通信时把“分组”(数据块)由信源发往信宿。信源(宿)可以是用户终端,计算机,打印机或其他形式的数据通信和/或数据处理装置,来自不同用户的“分组”共享同一套分发和传输设备。现在正在把这两种交换技术结合起来组成综合网。传统的电话网是模拟信号,如果要用来传输数据信号,则要通过一个Modem,但速率很低.因为公用电号话网只能容纳1200---2400bps。(现在电话网已全数字化,此情况已改变)14数字传输和交换设施用于电话网起于60年代初,由AT&T率先将一套数字载波系统投入商用。现在国际上有两种数字载波系统:1.以1.544Mbps传送的处理24个64Kbps的语音信道,称之为T1,在美,加,日。2.以2.048Mbps传送的处理30个语音信道,称之为T2,这是CCITT的建议。它们用于短程通信,在25英里之内,更高的速率用于长距通信。我国采用T2。15通信网的类型从通信的内容上分：电话网,电报网,电传网,计算机网,传真网,广播和电视网等。从范围分：有局域网,城域网,国内网,国际网;还可分为公用网,流动网,专用网等。从信道分：电缆网,无线短波网,微波中继网,卫星通信网,光缆网等。16一旦电话网变成全数字的,任何数据不论是交互式的数据,计算机间通信的数据,数字电话,数字图像,均能通过网络。各种型式的数据可能要做不同的处理(即分开传输),也可以综合起来处理。17通信网的结构一般来说,n个用户要相互两两之间通信时,最简单的方法是建立n(n-1)个通信系统或n(n-1)/2个双工通信系统,此时形成一个全联网.通常为节省资源,n个用户不做全联通,而在引入转接(交换)之后把各种信道有机地结合起来形成通信网。端机端机端机端机端机端机端机端机设备交换18网形网:也称全联网,各个用户终端之间直接以通信链路连接,通信不需要任何转接.这种结构的接续质量高,网络的稳定性好,但费用高,也欠经济.ABCDE高层网或卫星网采用全联形式19星形网:用户终端由同一个转接中心转接.实用的星形网可以是多层次的,这种结构有时也称树形网.这种结构与网形网相比节省了许多通信链路，但需要转接设备，当链路的总费用高于转接设备的费用时才用这种网络结构。由于要转接，通信的质量和可靠性会受到一定的影响。ABCDE20环形网:各用户通过中继器进网,各中继器首尾相连,信息单向沿环路逐点传送.这种网的传输线路短,初装容易,故障诊断比较正确,适用于光纤进行各终端的连接，但其可靠性和可展性，灵活性较其它网络差。ABCDE21总线网：采用公共总线作为传输媒介，各节点都通过相应的硬件接口直接连到总线，信号沿总线进行广播式传送。由于总线结构共享无源总线，通信为分布式控制，故入网点必须具有智能，能执行介质访问协议。总线网易于安装，可靠性高。但由于分布式控制，不易管理，故障诊断和隔离也较困难。ABEDC22(2)对通信网的要求1.接通的任意性和快速性2.运行的可靠性3.信息的透明性4.质量的一致性5.较好的灵活性6.经济的合理性231.接通的任意性和快速性要能使网内任意两个用户能互通信息,这是任意性;当对某对用户之间的接通需要很长时间的话,在某种情况下这种接通可能是无效的.因此必须顾及接通的速度.在网的拓朴结构允许接通的前提下,影响接通率的因素有:转接次数太多或在某些环节中出现阻塞(属资源不足或结构不合理);通路的某些环节发生物理性故障而又不能及时修复(属可靠性)。平均能在某一时限内接通,就可认为已满足快速性要求。242.运行的可靠性可靠是在概率意义上而言的。要提高可靠程度需有备用信道和设备,这就要增加投资或维护力量.要在增加可靠程度和减少成本二者取得妥协和平衡.由于呼损而需等待也常作为可靠性来处理,尤其是线路故障以致通路不足而引起的呼损。通信的安全性也被作为可靠性处理。253.信息的透明性所有信息都可在网内传递而不加任何限制,网对用户不应有太多的要求.理想的网应使用户的任何形式的信息都可在网内传递。4.质量的一致性任何通信系统都必须规定某些质量指标.这些质量指标应对所有用户“一视同仁”,即都能达到高于某个最低要求。265.较好的灵活性一个网应当允许新用户或新业务进网,也能与其它网互联.灵活性还应包括过载能力,即当业务量超过网的设计容量时,具有适应能力。根据现有网的运行情况,网内业务的总通过量与用户的总需求(总呼叫量)有这样的关系:当呼叫量远小于网的设计容量时,总通过量随呼叫量的增加按线性规律上升,由于网内资源限制而被拒绝损失掉的部分只占很小的比例.但当需求量进一步增加时,通过量的上升就缓慢,这是允许的。27当需求量再增加时,总通过量达到饱和点,以后通过量反而随总需求量的增加而下降,这就是阻塞现象;这饱和点称阻塞点,是网的过载能力的限度;除了采取一些恰当的控制和管理方式来加大阻塞点的总需求量值外,一个优良的网应有足够的灵活性以适应这类过载状态,尽量避免或推后阻塞点。286.经济的合理性一个网的投资常要分阶段进行,以使达到最大的经济效益.规划一个在经济上合理的网不但有技术因素,还有社会条件和人为的因素。一个网络是由传输链路相互连结起来的网络交换机组成的。链路可以是导线,电缆,无线电,卫星,光纤.这样的网能容纳大量的用户,直到交换机处理能力的极限。用户,在数据网中可以是坐在键盘或PC机前的人,也可以是远处的一个由计算机控制的视频终端或打印机,可以是一台计算机,或机内的一个应用程序。因此,它实际上是通信实体(Communicationentity)29通信网的设计涉及1)接入问题：有拨号接入,如电话网。若干用户如果共用一条接入链路,则要等到被查询时才发送信息.当一个用户先接入一个专用小网,然后再需进入一个地域分布较广的大网或进入一组网时,可以由不同的接入方式完成.小网可以是PBX(专用交换机,Privatebranchexchange),令牌传递,由随机竞争方式工作的LAN(局域网)。2)交换问题：若电路交换,在开始通信前,必须在网络上建立端对端的专用通路(这里中继线是指连结网络交换机的各链路上的信道,信道可能是独立的频带,时隙)。30在分组交换情况,要区别两种不同的分组交换数据传输方式:1)虚电路：在端-端间建立一条穿过网络的通路,然后分组沿着这一选定的通路通过网络,并按其发送顺序依次到达目的地,这些分组沿这通路共享链路和交换设备,它们被存储在每一中间节点的缓存器中,直到准备好读出或沿适当的出局链路向前传送.这种方式叫面向接续(Connection-oriented)。312)数据报方式：一个个数据报在源节点和目的节点之间移动,不建立初始接续.数据报是以单个处理方式通过网络向前传送的,中间节点通常以数据报的目的地址为依据选择路由,每个数据报必需载有这一地址,数据报不必保证一定要按照其发送顺序到达目的节点.这种方式也叫不接续(Connectionless)。32(3)通信技术现状及发展趋势技术现状：电话；移动通信；因特网程控交换机；光纤通信系统；卫星通信。33现代通信网的构成:一个完整的现代通信网,除了具有传递各种用户信息的业务网外,还需要有支撑网,以使网络更好地运行.业务网管理网信令网同步网34业务网就是用户信息网,它是现代通信网的主体,是向用户提供诸如电话,电报,传真,数据,图象等各种电信业务的网络.业务网按功能又可分为用户接入网交换网传输网用户接入网负责将电信业务透明地送到用户,即用户通过接入网的传输,能灵活地接入到不同的电信业务节点上.35支撑网是使业务网正常运行,增强网络的功能,提高全网的服务质量以满足用户要求的网络.支撑网中传输的是相应的控制,监测信号.(一)信令网:它是专门传送信令的网络.其功能是实现网络节点之间(包括交换局,网络管理中心等)信令的传输和转接.36(二)同步网:实现数字传输后,在数字交换局间,数字交换局和传输设备之间均需要实现信号时钟的同步.同步