13hkg通信网理论基础-1.ppt

1、1,通信网理论基础,授课教师：胡可刚通信工程学院通信工程系宽带网络教研室,第一章 通信网概述,2,课程名称：通信网理论基础,授课教师：胡可刚 教师研究方向： 移动通信网络3G、LTE网络中的各种无线技术 无线资源管理技术 网络优化等。 联系电话：13500814438 Email：, 答疑房间：南湖校区一教526,3,计划学时：48（理论：40，实验：8） 授课周：1-11 教材：石文孝等.通信网理论与应用，电子工业出版社，2008通过本课程的学习，对通信网有一个宏观的、系统的认识和相关网络理论知识的掌握及应用，为将来学习其他专业课及以后从事通信领域工作打下坚实的理论基础。,4,课程性质、目的

2、与任务,本课程是通信工程本科专业的一门学科基础必修课。 通过本课程的学习，使学生 能全面了解通信网的组成及其各部分功能、通信网的基本结构及其发展趋势 掌握通信网络规划设计的理论基础知识和网内通信业务分析的理论知识和方法 对现有通信网有一个基本的了解，并了解通信网新技术的发展现状为将来学习其他专业课及以后从事通信领域工作打下坚实的理论基础。,5,课 程 内 容,基础篇 通信网概述 传送与交换 网络体系结构 理论应用篇 网络规划设计理论基础 排队论及其应用,应用篇 电话通信网 数据网IP网 通信网络规划 支撑网,6,通信的“道”和 “术”,“道”：揭示本质 通信原理：信号与系统，随机过程分析，电磁

3、场与电磁波，无线通信原理，。 管理：在既定约束条件下追求最大产出，如在带宽一定的条件下如何使下载速率更快。“术”：了解通信系统的应用,7,第一章 通信网概述,通信网技术是规划、设计、建设和维护网络方面的技术。 要想把通信网建设好维护好，必须了解各种类型的通信网的结构、接口、协议和技术指标，了解各类通信网之间的关系和互连，网络技术已经成为一门专门的学科，其内容十分丰富，已成为通信工程领域重要的基础知识。,8,第一章 通信网概述,1.1 通信网的概念1.2 通信网组网结构 1.3 通信网的质量要求1.4 通信网的发展趋势,9,1.1 通信网的概念,1.1.1 通信的基本概念 1.1.2 通信系统的

4、基本组成 1.1.3 通信网的概念及构成要素 1.1.4 通信网的分层结构 1.1.5 通信网的业务及网络分类,10,1.1.1 通信的基本概念,通信的基本含义 人们通过听觉、视觉、嗅觉、触觉等感官，感知现实世界而获取信息，并通过通信来传递信息。 通信的基本形式是在信源(始端)与信宿(末端) 之间建立一个传输(转移)信息的通道(信道)。 现代通信意义上所指的信息已不再局限于电话、电报、传真等单一媒体信息，而是将声音、文字、图像、数据等合为一体的多媒体信息。 通信系统 就是利用电、光等信号形式来传递信息的系统。,11,通信系统的分类：可以从不同的角度来分类 (1)按照通信业务分类：电话，电报，传

5、真，广播电视，数据通信等。 按通信信息的种类分： 单媒体通信系统：如电话、传真等； 多媒体通信系统：如电视、可视电话、会议电话、远程教学等； 按通信的实时性分： 实时通信系统：如电话、电视等； 非实时通信系统：如电报、传真、数据通信等； 按传输方向分： 单向传输系统：如广播、电视等； 交互传输系统：如电话、点播电视(VOD)等； 按信息的带宽分： 窄带通信系统：如电话、电报、低速数据等； 宽带通信系统：如点播电视、会议电视、远程教学、远程医疗、高速数据等。,1.1.1 通信的基本概念,12,(2)按照传输媒质分类有线通信系统有线通信系统的传输媒质可以是电缆和光缆。 无线通信系统无线通信系统是借

6、助于电磁波在自由空间的传播来传输信号，根据电磁波波长的不同又可以分为中长波通信、短波通信和微波通信等类型。,1.1.1 通信的基本概念,13,1.1.1 通信的基本概念,(3)按照调制方式分类基带传输基带传输是将未经调制的信号直接在线路上传输，如音频市内电话和数字信号的基带传输等。 调制传输调制传输是先对信号进行调制后再进行传输。,14,(4)按照信道中传输的信号分类模拟通信系统数字通信系统数字通信系统抗干扰能力强，有较好的保密性和可靠性，易于集成化，目前已得到了广泛应用。,1.1.1 通信的基本概念,15,1.1 现代通信网的构成要素,1.1.1 通信的基本概念 1.1.2 通信系统的基本组

7、成 1.1.3 通信网的概念及构成要素 1.1.4 通信网的分层结构 1.1.5 通信网的业务及网络分类,16,通信系统的组成 定义：用电信号（或光信号）传递信息的系统，即点对点的通信设备的全体，由终端和传输系统组成。,1.1.2 通信系统的基本组成,17,图1.1 点点单向通信系统构成模型,对于双向通信还需要另一个通信系统完成相反方向的信息传送工作。 而要实现多用户间的通信，则需要将多个通信系统有机地组成一个整体，使它们能协同工作，即形成通信网。,1.1.2 通信系统的基本组成,18,图1.2 数字通信系统的组成,19,图2 3G无线信号收发过程,20,数字通信的优缺点,优点 差错控制（对噪

8、声的处理）：信道噪声或干扰造成的差错，原则上可以通过差错编码加以控制。（长距离通信时的再生处理，信道编码） 便于保密 数字集成电路技术使得硬件实现的难度和成本比较低 缺点 频谱利用率低：如模拟电话，只需4kHz左右的带宽，同样的语音质量条件下，数字通信，需2060kHz的带宽 需要严格的同步系统：以便信号的正确恢复模拟通信系统优于数字通信系统的情况： 电影胶片拍摄，光学摄像机 优质胶片的成像质量目前还是优于数码产品的。,21,信源编码：对信源产生的模拟信号进行采样、量化及编码，将其变换为数字信号。减少信源的冗余度，去掉“没用的废话”。以提高通信的有效性为目的的编码，信源编码的效率通常是通过压缩

9、信源的冗余度来实现的。 作用：1.实现模数转换2.降低信号的数码率，即通常所说的数据压缩。 信源译码：信源编码的逆过程。 编码比特率在通信中直接影响传输所占的带宽。而传输所占的带宽又直接反映了通信的经济性。因此，信源编码技术在很大程度上围绕压缩编码比特率向前发展的。,22,信源编码：波形编码，参数编码，混合编码,波形编码（Waveform Coding）：以数字序列编码的方式尽可能重新构建信源的波形，适用于需要高质量的语音环境 特点：信息量大，要求编码速率高，1664kbit/s，传输带宽占用多；语音质量好，抗干扰能力强 应用：固网交换机中采用的PCM编码方式就是波形编码参数编码（Parame

10、tric Coding） ：分析并提取信源信息模型中必要的、关键的但不是全部的特征参数进行采样、量化、编码，然后合成发送出去，在接收端还原信源信息。 特点：参数编码压缩比大，编码速率低，2.4kbit/s以下，传输带宽占用少；计算量大，语音质量差。 应用：移动系统中的语音参数编码,23,信源编码：波形编码，参数编码，混合编码,混合编码（Hybrid Coding）：结合波形编码和参数编码的优点，总体使用参数编码的保留低带宽的需求优点，重要部分信息采用波形编码。编码速率为2.416kbit/sAMR（Adaptive Multi-Rate） ：自适应多速率（语音编码）一种混合的信源编码技术主要应

11、用：TD-SCDMA和WCDMA制式上。,24,DTX（Discontinuous Transmission，不连续发射）技术,对于手机双向通话的情况，通常情况下，话音经过信源编码后的速率为12.2kbit/s或13kbit/s。据统计平均说话时间在40%以下。60%的时间发送500bit/s的低速编码（舒适噪声），由接收端的解码器产生舒适噪声，以避免对端的用户误以为通信已经结束。 这种在通话的时候，采用高速率的话音编码，在通话的间隙传输500bit/s的低速编码，就是DTX技术。,25,信道编码,信道编码：在信源编码后的数字序列上增加一些冗余数据比特，主要作用是在无线环境中可靠地传送无线信号

12、，抵抗各种噪声和衰落的影响。以提高信息传输的可靠性为目的。通常通过增加信源的冗余度来实现。按照发送和接收端都知道的规则给信息加冗余比特，使得编码后的信息比特流前后数字序列具有相关性、规律性。能够自动地检测出错误或纠正错误，即检错编码或纠错编码。信道译码：信道编码的逆变换。,26,信道编码中的3种纠错方式：检错重发法，前向纠错法，反馈校正法,检错重发法 现代通信系统中主流的纠错方式 前向纠错法 实时性好 反馈校正法 效率低，一般不怎么用。例如：线性分组码，卷积码，Turbo码，奇偶校验码,27,山路上运输鸡蛋与移动信道通信,鸡蛋 信息 走路去 未调制 坐车 调制（快，装的东西多） 崎岖颠簸的山路

13、 移动信道（充满噪声和干扰） 鸡蛋被打碎 发生比特错误 鸡蛋篮子里放谷糠（防鸡蛋被打碎，鸡蛋被打碎） 信道编码（防止信道误码，显示误码的出现） 谷糠 占用空间的“冗余” 用有效性换取可靠性,28,交 织,移动信道的动态时变性和各种衰落特性，持续时间较长的深衰落导致解调输出发生突发性的连串的比特错误 对通信质量影响最大的是快衰落，其衰落深度可达3040dB，即信号衰减了100010000倍。 信道编码的检错和纠错能力有限，需要交织编码,29,香农定理给出了信道容量的极限,有线的信道资源是无限的，无线的信道资源是有限的！,C：信道支持的最大速度或信道容量 B：信道的带宽 S：平均信号功率 N：平均

14、噪声功率 S/N：信噪比,30,无线频谱资源的有限性是由于同一频段的电磁波在空中会相互干扰而造成的。 黄金频段：800MHz，900MHz，相对1800MHz频段其穿透墙体和其他障碍物造成的损耗要小得多。,31,交织（Interleaving）把连续的干扰离散化,在Turbo编码中打乱比特顺序的方法就是交织。无线环境的快衰落对数据的影响是成块的，影响是巨大的。交织就是把对数据的连续的干扰离散化，从而避免大量连续的有用数据出现错误、出现连续的损失。但随机的、分散的损失是不可避免的。交织有时延，实时类业务的交织编码器的尺寸不要取得太大。一般系统要进行两次交织。信令传递讲究及时性，不能用交织，一般用

15、重传的方式增加其可靠性。,32,交织编码,崎岖山路上一段有很大很多很密集的石头（会产生突发的连续颠簸的乱石岗） 深衰落 因突发的颠簸导致不可避免的被打碎的鸡蛋 因深衰落导致的信道误码（信道编码对此力不从心） 改造山路：把乱石岗连续出现的石头搬离，尽量别一起出现（把连续颠簸变成随机独立出现的颠簸） 交织编码（一种改造信道的编码）：把连续发生比特错误的突发信道改造成随机独立差错信道（连续比特错误变成单个或长度很短的错误比特） 搬开山路上的石头需要时间交织编码有时延,交织编码是改造信道的编码，其本身不具备纠错和检错的能力，只起到一个信号预处理的作用。,33,扩频（Spreading）,把有用信号分散

16、在更宽频率范围内的过程就是扩频。把有用信号从噪声中拿出来就是解扩。解扩之后，信号就成了窄带有用信号和宽带噪声的叠加。,34,扰码（Scrambling),加扰：数据随机化，目的是为了将不同的终端或基站区分开。区分信源对扩频后的数据符号进行加扰，不改变信号的带宽，不影响码片速率，只是把来自不同小区的用户区分开。 在下行链路，用于UE区分不同的小区（一个小区使用一个载波，就是一个信源） 在上行链路，用于Node B区分来自不同小区的用户 扰码序列：要互相关特性、自相关特性好目前最为广泛的常用的扰码序列：Gold序列,35,基带信号，载波，调制，已调载波,信号的两种表示：可以以原始频率（低频率）表示

17、或以另一频率（高频率）表示。 基带信号：以信号的原始频率表示的信号的形式，这种原始频率称为基带信号。 载波：工作在预先定义的单一频率（高频率）的连续信号。 调制：用原始信号改变载波的某个参数（频率、相位、幅度）以便它能以适合传输的形式表示原始信号的过程。 已调载波：通过调制，原始低频率信号被表示成另一高频率信号，后者即为已调载波，或频带信号。经过调制的信号，信号带宽并没变，只是信号更易于在线路中传送了。,36,调 制,调制不仅仅是频谱的搬移！调制：就是对信号源的编码信息（经过信源编码和信道编码后）进行处理，使其变为适合于信道传输的信号形式的过程。作用： 和信道匹配：将基带信号经过调制变换成适合

18、于在不同信道内传输的频带（宽带，较高的频带）信号 例如，无线通信中，电磁波走的是大气层，较高频率范围的信号可以传播到较远的距离。 电磁波的频率与天线尺寸要匹配。一般天线尺寸为电磁波信号的1/4波长为最佳。4kHz的话音信号的天线尺寸：18750m。 在高频段更易于频分复用，实现多路复用或提高抗干扰能力。一路语音信号要占用64KHz，低频段没有那么多资源。要传送的信息不变，但传送信息的平台变了！,37,模拟调制AM，FM，PM,收音机的调制方式一般是FM和AM。 音乐效果比较好的电台广播是FM。FM的抗噪性能好，靠牺牲带宽换取的。,38,基带信号：一般来说，信号源的编码信息含有直流分量和频率较低

19、的频率分量，称为基带信号。 除了某些近距离的数字通信可以采用基带传输外，基带信号往往不能作为传输信号。 解调：调制的逆过程。,39,1.1.2 通信系统的基本组成,举例： 移动通信中主要的数字调制方式有： 幅度键控（ASK）：容易受到突发脉冲的影响 频移键控（FSK）：2FSK的抗干扰能力比ASK强，GSM采用的MSK就是FSK中的一种，高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制 。 相移键控（PSK）：是无线通信中采用比较多的。 正交幅度调制（QAM）：既调幅又调相。在WCDMA的后续版本HSPA、HSPA+及WiMAX、LTE中，16QAM和64QAM得到了广泛的应用。,40,数字调制的优点,高

20、频谱效率 更强大的纠错能力 对抗衰落、干扰和噪声的高手。其抗干扰特性可用误比特率表示。 多址接入更加高效。 具备更好的保密特性。,41,无 线 信 道,无线信道关注的两个方面： 理论容量：在既定带宽和信噪比的前提下，最大传输速率（信道容量）是多少。 什么特性会影响通信系统，如大尺度衰落和小尺度衰落。,42,带 宽,带宽在通信中有两方面的含义： 一个是频率范围（单位是Hz） 一个是数据流的速率（单位是bit/s）,43,数据率，带宽，信道容量,数据率（data rate）：数据能够进行通信的速率（bit/s），也称为带宽。数据率小于信道容量。 带宽（bandwidth）：传输信号所占的带宽（Hz

21、） 信道容量：最大传输速率（ bit/s ），分为无噪声和有噪声两种情况。,44,无噪声和有噪声情况下的信道容量（最高传输速率）,信道无噪声理想情况下的信道容量奈奎斯特带宽 由奈奎斯特准则计算 这种情况不存在，热噪声或者说高斯白噪声无处不在。 在没有噪声的情况下，数据率的限制仅仅来自于信号的带宽。奈奎斯特带宽可以描述如下：如果带宽为B，那么可被传输的最大信号速率为2B，反过来说如果信号传输速率为2B，那么频宽为B的带宽就完全能够达到此信号的传输速率。这种限制来自码间干扰。 信道有噪声的情况下的信道容量由香农公式计算 高斯白噪声（热噪声）、突发噪声、衰减失真信号丢失或误码,45,n0：噪声的功率

22、谱密度 以上的讨论是以高斯白噪声为前提的，对于其他类型的噪声，香农公式需加以修正。,46,GSM系统的带宽（数据率）,GSM采用GMSK调制，一个码元对应一个比特。 奈奎斯特带宽：200kHz带宽，最大速率（码元速率）为400Baud/s，即400kbit/s。 实际的传输速率：270.833kbit/s。 GSM的某一频道的中心频率是890.2MHz，它的频率范围是 890.1MHz， 890.3MHz，共200kHz，就是真正意义上的带宽。在这个频带上，采用GMSK调制，在此200kHz带宽内其调制速率就是270.833kbit/s数据率，小于信道容量400kbit/s。,47,无线信道的

23、特性：大尺度效应和小尺度效应,有线信道：恒参信道 无线信道：变参信道无线信道的衰落（fading）现象：按波长划分 多径效应：小尺度效应 距离衰减引起的路径损耗或障碍物造成的阴影：大尺度效应,48,大尺度效应,大尺度效应：大尺度衰落或慢衰落 电磁波的四散传播 路径传播损耗：信号场强的损耗遵循自由空间传播模型，该模型用于视距路径时的接收信号的场强。反映了在宏观大范围（千米量级）的空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势。路径损耗在有线信道中也有。 阴影效应：电磁波在传播路径上受到高山、大楼等的阻挡而产生的损耗。反映了在中等范围（数百波长量级）的接收信号电平平均值的起伏变化趋势。服从对数正态分布。

24、其变化率比传送信息率慢，故称为慢衰落。一般为无线传播所特有。,49,小尺度效应,小尺度效应：小尺度衰落或快衰落反映了移动台在极小范围内（数十波长以下量级）移动时接收信号电平平均值的起伏变化趋势。当接收机移动距离与波长相当时，其接收功率可以发生3个或4个数量级（30dB或40dB）的变化。手机移动十几厘米（相对于900MHz的电磁波而言就是半个波长）信号可能突然差89dB。 一般是由多径传播引起的。 服从瑞利（Rician）分布，也称为瑞利衰落，除了有间接的多径信号外，还有直接的视距（LOS）路径。一般直接路径的信号强度要强于间接路径。,50,2G、3G系统的调制、编码、速率,51,1.1 现代

25、通信网的构成要素,1.1.1 通信的基本概念 1.1.2 通信系统的基本组成 1.1.3 通信网的概念及构成要素 1.1.4 通信网的分层结构 1.1.5 通信网的业务及网络分类,52,1.1.3 通信网的概念及构成要素,无交换机的情况,53,1.1.3 通信网的概念及构成要素,有交换机的情况（单局制）,54,1.1.3 通信网的概念及构成要素,多局制,55,通信网的概念 定义：通信网是由一定数量的节点（包括终端节点、中间（交换）节点）和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。通信网包括所有的通信设备和通信规程。 功能：就是适应用户呼叫的需

26、要，以用户满意的效果传输网内任意两个或多个用户的信息。,1.1.3 通信网的概念及构成要素,56,在通信网上，信息的交换可以在两个用户间进行，在两个计算机进程间进行，还可以在一个用户和一个设备间进行。交换的信息包括:用户信息(如话音、数据、图像等)、控制信息(如信令信息、路由信息等)和网络管理信息三类。由于信息在网上通常以电或光信号的形式进行传输，因而现代通信网又称电信网。通信的有效性和可靠性是网络设计时要解决的两个基本问题。,1.1.3 通信网的概念及构成要素,57,通信网的构成要素实际的通信网是由软件和硬件按特定方式构成的一个通信系统，每一次通信都需要软硬件设施的协调配合来完成。 硬件构成

27、：终端设备、节点（交换机，路由器）设备和传输系统 完成通信网的基本功能：接入、交换和传输。 软件设施：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。,1.1.3 通信网的概念及构成要素,58,构成通信网的硬件设备 终端设备传输系统节点（交换机，路由器等）设备,1.1.3 通信网的概念及构成要素,59,通信网的硬件组成,1.1.3 通信网的概念及构成要素,60,（1）终端设备,1.1.3 通信网的概念及构成要素,终端设备是用户与通信网之间的接口设备，它包括信源、信宿与变换器、反变换器的一部分。 采用固定的或移动的有线接入或无线接入方式接入网

28、络。,61,终端设备,信号传感功能（信号转换功能）：感受信号和恢复信号的能力，由发送传感器和接收传感器完成。即将待传送的信息和传输链路上传送的信息进行相互转换 信号匹配功能：将信号与传输链路上的信号形式相匹配，由信号处理器完成。 信令的产生和识别：产生和识别网内所需的信令，以完成一系列控制作用。,终端设备的主要功能,62,终端设备,63,（2）传输系统传输系统（传输链路）是信息的传输通道，是连接网络节点的媒介。它一般包括信道与变换器、反变换器的一部分。 狭义信道：是单纯的传输媒介（比如光缆等）； 广义信道：除了传输媒介以外，还包括相应的变换设备。传输链路指的是广义信道。,1.1.3 通信网的概

29、念及构成要素,64,通常传输系统的硬件组成应包括：,线路接口设备(传输设备发送和接收设备、传输复用设备如SDH设备） 传输媒介（电缆、光缆，无线信道） 交叉连接设备（传输节点设备）,1.1.3 通信网的概念及构成要素,有时，传输系统指传输设备和传输复用设备,65,传输系统一个主要的设计目标,提高物理线路的使用效率通常传输系统都采用了多路复用技术，如频分复用、时分复用、波分复用等。,1.1.3 通信网的概念及构成要素,66,复用技术SDM-Space Division Multiplex FDM-Frequency Division Multiplex TDM-Time Division Mul

30、tiplex (PCM、SDH） CDM-Code Division Multiplex STDM- Statistical Time Division Multiplex（ATM） WDM- Wavelength-Division Multiplex,1.1.3 通信网的概念及构成要素,67,接入技术FDMA- Frequency Division Multiple Access TDMA-Time Division Multiple Address CDMA-Code Division Multiple Access WCDMA-Wideband Code Division Multipl

31、e Access TD-SCDMA-Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access CDMA2000 xDSL-x Digital Subscriber LineADSL-Asymmetrical Digital Subscriber Line FTTx-Fiber to xFTTH-Fiber to the Home; FTTC- Fiber to the Curb FDD-Frequency Division Dual TDD-Time Division Dual,1.1.3 通信网的概念及构成要素,68,传输系统必须与交换节

32、点协调一致,保持帧同步和位同步 遵守相同的传输体制(如PDH、SDH等),以保证交换节点能正确接收和识别传输系统的数据流。,69,（3）节点（交换机，路由器等）设备,负责集中、转发终端节点产生的用户信息或转发其他交换节点需要转接的信息。实现一个呼叫终端（用户）和它所要求的另一个或多个用户终端之间的路由选择的连接。,1.1.3 通信网的概念及构成要素,交换设备是构成通信网的核心要素，它的基本功能是：,70,1.1.3 通信网的概念及构成要素,71,最常见的交换设备有,电路交换机 分组交换机 路由器 转发器,交换设备的交换方式可以分为两大类： 电路交换方式 分组交换方式（存储转发方式）。,72,电

33、话网络的组成,73,固定电话网络的基本构成： 局部回路用户线（双绞线，模拟信号传输） 中继线（光纤或微波，数字信号传输） 交换局（端局，汇接局，长途局；电路交换 ）,PSTN市话网结构,1.1.3 通信网的概念及构成要素,74,电路交换机的基本功能结构,1.1.3 通信网的概念及构成要素,主要功能： 用户业务的集中和接入功能：通常由各类用户接口和中继接口组成。 交换功能：通常由交换矩阵完成任意入线到出线的数据交换。 信令功能：负责呼叫控制和连接的建立、监视、释放等。 控制功能：路由信息的更新和维护，计费、话务统计、维护管理等。,75,1.1 现代通信网的构成要素,1.1.1 通信的基本概念 1

34、.1.2 通信系统的基本组成 1.1.3 通信网的概念及构成要素 1.1.4 通信网的分层结构 1.1.5 通信网的业务及网络分类,76,背景,通信技术发展、用户需求日益多样化 现代通信网正处于变革与发展之中 网络类型及所提供的业务种类不断增加和更新 形成了复杂的通信网络体系,1.1.4 通信网的分层结构,更清晰地描述现代通信网络结构 网络的分层使网络规范与具体实施方法无关 简化了网络的规划和设计 使各层的功能相对独立,引入网络的分层结构,77,网络的分层结构,网络结构的垂直描述 网络结构的水平描述,1.1.4 通信网的分层结构,78,网络的分层结构,网络结构的垂直描述 网络结构的水平描述,1

35、.1.4 通信网的分层结构,79,网络结构的垂直描述,根据不同的功能将网络分解成多个功能层 上下层之间的关系为客户/服务者关系,1.1.4 通信网的分层结构,80,图1.3 垂直观点的网络结构,把OSI七层模型进行简化，从垂直结构上，从功能上将通信网分为应用层、业务网和传送网，如图1.3所示,1.1.4 通信网的分层结构,81,图1.3 垂直描述的网络结构,应用层面：表示各种信息应用与服务种类,1.1.4 通信网的分层结构,82,图1.3 垂直描述的网络结构,业务网层面：表示支持各种信息服务的业务提供手段与装备，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、图像等各种通信业务的

36、网络。,1.1.4 通信网的分层结构,83,图1.3 垂直描述的网络结构,传送网层面：表示支持业务网的传送手段和基础设施，包括骨干传送网和接入网。,1.1.4 通信网的分层结构,84,图1.3 垂直描述的网络结构,支撑网用以支持全部三个层面的工作，提供保证通信网有效正常运行的各种控制和管理能力，传统的通信支撑网包括信令网、同步网和电信管理网。,1.1.4 通信网的分层结构,85,网络的分层结构,网络结构的垂直描述 网络结构的水平描述,1.1.4 通信网的分层结构,86,网络结构的水平描述,水平描述是基于用户接入网络实际的物理连接来划分的，可分为 用户驻地网（CPN：Customer premi

37、ses Network） 接入网（AN：Access Network） 核心网（CN：Core Network）：包括交换网和传输网或局域网、城域网和广域网。,图1.4 水平描述的网络结构,UNI：用户网络接口 SNI：业务节点接口,1.1.4 通信网的分层结构,87,网络结构的水平描述,CPN：指用户终端到用户网络接口（UNI）之间所包含的机线设备，是属于用户自己的网络。 CN：包含了交换网和传输网的功能，或者说包含了长途网和中继网的功能，在实际网络中一般分为省际干线（即一级干线）、省内干线（即二级干线）和局间中继网（即本地网或城域网）。 AN：位于CN和CPN之间，包含了连接两者的所有设施

38、设备与线路。AN已经从功能和概念上替代了传统的用户环路结构，成为通信网的重要组成部分，被称为通信网的“最后一公里” 。,1.1.4 通信网的分层结构,88,局域网（LAN：Local Area Network） 城域网（MAN：Metropolitan Area Network） 广域网（WAN：Wide Area Network）,网络结构的水平描述,1.1.4 通信网的分层结构,89,业务网、传送网和支撑网之间的关系,90,1.1 现代通信网的构成要素,1.1.1 通信的基本概念 1.1.2 通信系统的基本组成 1.1.3 通信网的概念及构成要素 1.1.4 通信网的分层结构 1.1.5

39、通信网的业务及网络分类,91,业务的分类并无统一的方式 好的业务分类有助于运营商进行网络规划和运营管理,1.1.5 通信网的业务及网络分类,通信网的业务,现代通信网建设与运行的真正目的是要为用户提供他们所需的各类通信业务，满足他们对不同业务服务质量的需求。因此通信业务是最直接面向用户的。,92,语音业务固定电话业务、移动电话业务、VOIP、会议电话业务和电话语音信息服务业务等。该类业务不需要复杂的终端设备，所需带宽64kb/s，采用电路或分组方式承载。 数据业务电子邮件、数据检索、web浏览、文件传输、局域网互连、面向事务的数据处理业务等，所需带宽差别较大，一般需要大于64kb/s的带宽，采用

40、电路和分组方式承载。 图像业务传真、CAD/CAM图像传送等。该类业务所需带宽差别较大，G4类传真需要2.4-64kb/s带宽，而CAD/CAM则需要64kb/s-34Mb/s的带宽。 视频和多媒体业务可视电话、视频会议、视频点播、普通电视、高清晰度电视等。该类业务所需的带宽差别很大，例如，会议电视需要64k-2Mb/s，而高清晰度电视需要140Mb/s左右。,1.1.5 通信网的业务及网络分类,根据信息类型的不同，业务分为：,93,按照网络（水平描述的结构）提供业务的方式，业务分为,承载业务：网络在UNI处提供的单纯的信息传送业务。网络用电路或分组交换方式将信息从一个UNI透明地传送到另一个

41、UNI，而不对信息做任何处理和解释，它与终端类型无关。一个承载业务通常用承载方式（分组还是电路交换）、承载速率、承载能力（语音、数据、多媒体）来定义。承载业务的用户群可以是电信网本身，也可以是企业用户。但企业分支机构的PBX的互连，一般用DDN实现，属于承载业务，但它是向最终用户企业提供业务的。用户终端业务：所有面向用户的业务，它在与终端的接口上提供。它既反映了网络的信息传递能力，又包含了终端设备的能力，终端业务包括电话、传真、数据、多媒体等。一般来讲，用户终端业务都是在承载业务的基础上增加了高层功能而形成的。用户终端业务一般指家庭、个人接入PSTN、接入互联网、接入移动网等。补充业务：又叫附

42、加业务，是由网络提供的，在承载业务和用户终端业务的基础上附加的业务性能。补充业务不能单独存在，它必须与基本业务一起提供。常见的补充业务有来电号码显示、呼叫转移、三方通话、虚拟专网等。 增值业务 SP- Service ProviderPBX：Private Branch Exchange,94,图1.5 承载业务和用户终端业务,1.1.5 通信网的业务及网络分类,承载业务和用户终端业务的实现位置,95,目前通信网业务存在的主要问题是：大多数业务都是基于旧的技术和现存的网络结构来实现除了基本的语音和低速数据业务外，大多数业务的服务性能都与用户实际的要求存在不小的差距,1.1.5 通信网的业务及网

43、络分类,96,未来通信网提供的业务应呈现以下特征：,移动性，包括终端移动性、个人移动性 带宽按需分配 多媒体性 交互性,97,按通信的业务类型进行分类，即业务网有：固定电话通信网、移动电话通信网、传真通信网、数据通信网、计算机通信网、广播电视网、多媒体通信网和综合业务数字网等。 按通信的传输媒介进行分类：电缆通信网、光缆通信网、微波通信网、卫星通信网等。 按通信传输处理信号的形式进行分类：模拟通信网和数字通信网等。 按通信服务的范围进行分类：本地通信网、长途通信网和国际通信网或局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）等。 按通信服务的对象进行分类：公用通信网、专用通信网等。 按通信

44、的活动方式分：固定通信网和移动通信网等。,1.1.5 通信网的业务及网络分类,通信网的分类,98,按信号的传播方式：,1.1.5 通信网的业务及网络分类,交换网：完成点对点的通信，如电话网。 广播网：完成点对多点的通信，如广播式局域网。,99,按传输距离（服务范围）：,1.1.5 通信网的业务及网络分类,100,按业务：,按信号形式：,按组网方式：,按运营方式：,其中，数字网又可分为两种情况：,1.1.5 通信网的业务及网络分类,101,第一章 通信网概述,1.1 通信网的概念1.2 通信网组网结构 1.3 通信网的质量要求1.4 通信网的发展趋势,102,1.2 通信网组网结构,在通信网的规

45、划、设计、建设及优化过程中，需要对网内的各节点（或网元）进行合理的配置和连接，以实现可靠、迅速、高质及经济的现代通信网，也就是要对网络进行合理的组网。 组网结构一般用网络拓扑结构描述，所谓拓扑结构是指构成通信网的节点之间的互连方式。 基本组网结构 非基本组网结构,通信网组网结构,103,拓扑结构,点、线,1.2 通信网组网结构,104,基本组网结构 网状网、星形网、环形网、线形网、总线形网 非基本组网结构 复合网、格形网 、树形网、蜂窝网 网络结构影响以下方面： 网络的投资； 网络的可靠性和服务质量。,1.2 通信网组网结构,105,基本组网结构形式,网状网（点点相连制）,（1.1）,传输链路

46、数,1.2.1 基本组网结构,106,网状网的优点：,点点相连，每个节点之间都有直达线路，信息传递迅速； 灵活性大，可靠性高，当其中任意线路发生阻断时，迂回线路多，可保证通信畅通； 通信节点不需要汇接交换功能，交换费用低。,缺点：,由于每个节点之间都互连，致使线路多，总长度长，建设投资和维护费用都很大； 在通信业务量不大时，线路利用率低。,网状网结构是一种适用于节点数较少，节点间有足够的通信业务量或有很高可靠性要求的场合。,1.2.1 基本组网结构,107,星形网（辐射制）,基本组网结构形式,也称为辐射网，它是在网内中心设置一个中心节点，其他节点均有线路与中心节点相连。各节点间的通信都经中心节

47、点转接。,传输链路数,H=N-1,1.2.1 基本组网结构,108,星形网的优点：,结构简单、线路少、总长度短、建设投资和维护费用比较低； 由于中心节点具有汇接交换功能，集中了通信业务量，提高了线路利用率； 一次通信最多只经一次转接。,缺点：,可靠性低，无迂回线路，若某一链路发生故障，该节点就无法接通，特别是如果中心节点出现故障，会造成全网瘫痪； 通信业务量集中到一个中心节点，负荷过重时中心节点交换能力将影响传递速度。,适用于通信节点分布比较分散，距离远，相互间的通信业务量不大，而且大部分通信都来往于中心节点之间的情况。,1.2.1 基本组网结构,109,环形网,基本组网结构形式,所有节点用闭

48、环形式首尾相连,传输链路数,H=N,1.2.1 基本组网结构,110,环型网在同样节点数情况下所需线路较网状网少，可靠性比星形网要高；当任何两点间的线路发生阻断时，通信仍可通过迂回实现，但会因转接多而影响通信速度。环形网可以是单向环也可以是双向环，双向自愈环结构可以对网络进行自动保护。环型结构目前主要用于计算机局域网、光纤接入网、城域网、光传输网等网络中。,1.2.1 基本组网结构,111,112,线形网的网络结构与环形网不同之处是首尾不相连。,线形网,1.2.1 基本组网结构,113,总线形网,基本组网结构形式,将所有节点都连接在一个公共传输通道总线上。 一个节点发出的信息可以被网络上的多个

49、节点接收,优点：节点接入方便，成本低。 缺点：稳定性差，总线长度受到限制。当网络通信负荷较重时时延加大，网络效率下降；传输时延不定；如果传输媒质损坏，整个网络可能瘫痪。,目前主要用于计算机局域网、接入网中。,1.2.1 基本组网结构,114,非基本组网结构,复合网（辐射汇接制）,以星形网为基础，在通信业务量较大的交换中心区间构成网状网。,1.2.2 非基本组网结构,115,复合形网吸取了网状网和星形网的优点，比较经济合理，而且有一定的可靠性。在规模较大的局域网和通信骨干网中广泛采用分级的复合型网络结构。在实际运用时，要根据具体情况和发展趋势来考虑复合网的级数。,1.2.2 非基本组网结构,116,117,我国两级长途网的网络结构,118,1.2.2 非基本组网结构,格形网,非基本组网结构,格形网也称栅格形网。它可由复合网结构演化而成，也可由网状网退化而成，是复合网向网状网发展的中间状态。,119,1.2.2 非基本组网结构,