第8章通信网

第8章通信网8.1概述8.2电话网8.3数据通信网8.4ISDN和ATM网络8.5IP网络技术8.6网络管理技术8.7电力系统宽带IP网络简介8.1概述通信网是由许多能够连接用户使其能进行信息交换的硬件和软件组成的系统，一般来说，硬件包括通信终端设备、传输设备、传输媒介和交换设备等，而软件主要是支持通信必须的信令、协议和标准。随着通信技术的飞速发展，通信网已经远远不同于早期的电话传输网络，它还承担起电视信号、数据和Internet等多种业务的传输任务。在专业通信网中，如：电力通信网，具体的业务也更加重要和复杂，重新认识新的通信网络技术和通信网络的管理是十分必要的，本章将介绍通信网的分类、通信网络主要技术和工程应用，特别是具体的业务传输过程和线路配置等方面技术细节，将给出一些实例。8.1.1通信网的分类由于技术的快速发展，通信网变得非常复杂，通信网上传输的业务也越来越多，甚至难以给出合理的分类。一般的原则是按层次、功能、业务类别和传输媒介划分，可以得到大多数人的认同。ITU-T将全球信息基础设施GII（GlobalInformationInfrastructure）划分为核心网、接入网和用户住地网三部分，如图是通信网的组成图，这种划分方法，有助于定义出各参考节点，对于制定标准是非常必要的；若按功能划分，通信网内部还可以分为传输网、时钟网、信令网和管理网。但是，在人们的认识中，对于具体的信源业务更加熟悉，因此，按信源业务类型划分可以叫做电视网、电话网、计算机网等；按传输媒介还可以划分成有线（包括光纤）网、短波网、微波网、卫星网等；在电力系统中，还经常使用行政电话网、调度电话网、调度数据通信网、会议电视网等一些具体业务网络名称；在计算机技术领域内还经常根据地理范围划分成局域网、城域网、农村网和广域网。按大的用途也可分公用网和专用网；在某种公共网络平台之上，还可以开展虚拟专用网VPN（VitalPrivateNetwork）业务。因此，按照上述方法虽然可以粗略地划分出来各种通信网络，但反映出来的通信网概念非常宽泛，而且各种类型的网络之间内涵和外延的界定也不十分明确，比如：计算机网络与通信网络之间的界限已经非常不明确，在采用的技术方面不断相互取长补短、相互融合，在业务上相互渗透，如果我们一定要找到两者之间的区别也是可以的，这种差别主要是观测者的出发点不同，得到不同得观测结果也不同。T1311840-97SatelliteBSBS(Fibre(PON))LANB-ISDNto#to#TheInternetto**InternetproviderBackbone(N-ISDN/B-ISDN/Leasedline)EdgerouterEdgerouterGatewayrouterVideoserverInformationproviderACustomeraccessunitCustomeraccessunitMobilehandsetsMobile(Wireless)RLL,terrestrialbroadcast(Wireless)CorenetworkAccessnetworkResidentialhome(Copper)AccessnodeEdgeRouterADSLSwitch(B-ISDN)RouterCSto#to#to*to**CustomerdomainSwitch/TransmissionsystemSwitch/SLTHeadendHeadendN-ISDN/PSTN/Leasedline(Copper/Fibre)CustomeraccessunitVideoserverInformationproviderBTelecommunicationsnetworkASwitchNetworkTerminatingUnitSwitch/Transmissionsystem#TelecommunicationsnetworkB(N-ISDN/PSTN/Leasedline)Switch/SLTWirelessLANPhoneTVPCPhoneTVPCPhoneTVPCPhoneTVPCBusinessbuildingCATV(Coax/HFC)SLTSubscriberLineTerminationADSLAsymetricalDigitalSubscriberLine图8-1ITU-T全球信息基础设施GII的组成8.1.2通信网的基本结构通信网的连接千变万化，从而给用户的通信需要带来了方便，一般来说，千变万化的通信网络连接，不外乎以下几种网络结构。1．网型具有N个节点的完全互联网需要1/2N(N-1)条传输链路，才能构成网络，如图8-2(a)所示。当N很大时传输链路数量将非常大，而传输链路的利用率也不是很高。这种网络结构只是实现互连时接通方便，互连时经过的环节少，因此，其可靠性高。而经济性未必很高，尤其在网络节点非常大时，经济性就很差，因此，在公网中很少采用这种结构。(a)(d)(e)(b)(c)图8-2通信网基本结构在电力系统中，由于特殊业务需求，如：继电保护跳闸信号传输，其可靠性要求非常高，理论上要求尽量高，甚至百分之百的可靠，这时经济性成为次要性因素，也还是要采用这种网络结构，以保证特殊可靠性要求。2．线型如图8-2（b）所示，线型网络结构是指网络中的各个节点用一条传输线路串联起来，实现互连互通的网络结构称为线型。尤其在通信建设的早期，线型网络结构非常多，主要目的是为主要节点的通信业务建立传输通道。公网的主干线路具有这种网络形态，但节点不一定是具体的用户，而可能是汇接局。电力系统中的高电压等级的变电站之间互连，借助于电力特种光缆，沿着电力线的自然走向架设光缆通信线路，连接起各个变电站之间的通信路由，经常见到线型网络结构。3．星型星型网络结构是指放射状的结构，如图8-2（c）所示，具有N个节点的星型网需要(N-1)条传输链路。当N很大时，线路建设费用低。但是，处于中心处的节点必须提供大容量的交换设备，才能满足互连业务的需求。中心节点的设备一旦出现故障，会明显影响整个网络的通信，甚至全部中断。当中心节点的交换设备接续能力不足时，会显著影响接续质量。电力系统中的行政和调度电话交换网络，具有类似的结构。节点中心往往是电网公司、省电力公司，或者地区供电公司，而放射出去的节点可能是变电站、下级电力公司等部门。4．总线型这种网络结构主要是在计算机网络中比较常见，如以太网就是典型的总线结构。5．环型环型网络结构如图8-2（e）所示，可以看成是线型网络结构，从一端连回到另一端形成环形。电力系统目前建立了大量的环形结构，其目的是环内的用户具备收到两个方向来自同一节点业务的能力，当一个方向的传输线路出现故障时，另一个方向提供备用通道，以保证业务畅通。结果表现为两个方向互为备用，从而提高了网络的可靠性。7.1.3通信网构成要素支持通信网络的主要技术设备是终端设备、接入设备、传输设备和交换设备，以及支持这些设备工作的协议。也就是说，不论什么网络形态，必然具备上述几个方面，才能组成网络。关于接入和传输技术和设备，在前面的章节中，都分别进行了阐述，本章将主要从组网的角度介绍。1．终端设备终端设备是通信网中的源点和终点，它除了对应模型中的信源和信宿之外，还包括了部分信源编码和信源译码装置。终端设备的主要功能是把待传的信息送到信道中去（包括接入设备）所必需的信号转换。这需要发送传感器来感受信息，将信息转换为能传送的信号，同时将接收到的信号恢复成原来信息形式，因此，终端应具备一定的信号处理能力。终端还应能够产生和识别网内所需的信令（signaling）信号或规约（协议），以便相互联系和应答。对于不同的业务，应有不同的终端设备。如电话业务其终端设备就是电话机；传真业务对应传真机；数据终端业务而可能是计算机。在电力系统中，终端设备可以是远动装置或控制装置。2．接入设备是国家信息基础设施(NII)的重要组成部分。接入不仅成为电信技术界的研究和开发热点．亦已引起电信包管公司的高度重视。随着光纤制造技术的日趋成熟，“FTTx”(光纤到路边、光纤到大楼、光纤到Anywhere的统称)似乎已成为不容置疑的发展方向。基于铜线传输的“XDSL”技术(如IDSL、SDSL、HDSL、ADSL、VDSL等)、无源光网络(PON、WDM)及密集光波分复用(DWDM)和无线接入技术的迅速发展，也为更好地建设和发展接入网提供了不可或缺的基础技术。ITU—T提出的接入网，目的是综合考虑本地交换局(LE)、用户环路和终端设备(TE)，通过有限的标准接口，将各类用户接入到业务点。接入所使用的传输媒体可以是多种多样的，可灵活支持混合的、不同的接入类型和业务。G.963规定，接入网作为本地交换机与用户端设备(CPE)之间的实施系统，它可以部分或全部代替传统的用户本地线路网，可含复用、交叉连接和传输功能。电信网由长途网和本地网组成，而本地网则由本地中继网与用户接入环路(网)构成。接入网位于本地交换机与用户端设备之间。电话网中，用户接入网指一个交换区范围内的用户线路的集合，包括馈线线路、配线线路、用户引入线路和支撑这些线路的设备和建筑。接入网处于电信网的末端，面大、量广，是电信网向用户提供业务的窗口，是信息高速公路的“最后一公里”。用户接入网的投资较大，占整个通信系统总投资的30—40％。数字业务的发展，要求接入网实现透明的数字连接，要求交换机能提供数字用户接入的能力。同时，为适应接入网中多种传输媒介、多种接入状态和业务，需要提供有限种类的接入接口。3．传输链路传输链路是网络节点的连接媒介，是信息和信号的传输通路。它除主要对应于通信系统模型中的信道部分之外，也还包括一部分变换和反变换装置。传输链路的实现方式很多．最简单的传输链路就是简单的线路，如明线、电缆等。它们一般用于市内电话网用户端链路和局间中继链路。其次，如载波传输系统、PCM传输系统、数字微波传输系统、光纤传输系统（SONET、SDH设备）及卫星传输系统等，都可作为通信网传输铁路的实现方式。4．转接交换设备转接交换设备是现代通信网的核心。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。对不同通信业务网络的转接交换设备的性能要求也是不同的，例如，对电话业务网的转接交换节点的要求，不允许对通话电流的传输产生时延。因此，目前主要是采用直接接续通话电路的电路交换方式，用于话音交换的分组交换方式。对于主要用于计算机通信的数据通信网，由于计算机终端和数据终瑞可能有各种不同的速率，同时为了提高传输链路利用率，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。例如，分组数据交换机就是利用存储转发方式进行交换的，这种交换方式可以做到较高效率地利用链路网络。以上是通信网络包含的主要设备，但对于具体的通信网络，经常被赋予其特定的名称，如电话网、电视网、SDH网和数据网等等，这样，对于管理者才能够根据业务特点，采取不同的技术措施。8.2电话网电话网的发展已经经历了100多年的历史，纵观这100多年的历史，电话网从最早的直连方式到今天的数字程控交换网络，从单一的通话业务到能提供数十种新业务等等，可以说，它已经发展到了相当成熟的程度。电话作为人们相互之间进行通信的最主要的手段，已经在人们生活中扮演了重要角色。本节将从网络的角度对电话网加以描述。8.2.1电话网的网络结构1．分级结构在电信网中，公共电话交换网（PSTN）是重要的电话业务支撑网络，为了更好地为用户服务，使任何两个终端之间都能进行通信，而且既要求经济合理，需要根据通信的流量和终端所在范围把整个网络分成区域，再把各区域的通信流量汇聚起来，以此来提高网络线路的利用率，更加有效地利用网络资源。从这一原则出发，一般把整个电话网分成若干等级，根据行政区域、通信流量的分布等情况设置各级汇接中心，以把这一区域中的通信流量汇聚起来，然后逐级形成辐射的星型网络和网状网络。本地网长途网国际网用户用户四级交换中心三级交换中心二级交换中心一级交换中心图8-3电话网分级结