通信网理论基础第1章

通信网理论基础测控与通信仪器系 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1.1.1 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。本课中通信系统特指使用 光信号或电信号传递信息的通信系统。为了更好地理解通信， 我们从点到点的通信系统开始介绍。

通信系统的基本任务：克服时间、空间的障碍，有效而可靠地传递信息是所有。

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，然而都可以抽象成如图1.1所示的模型。

基本组成包括：信源、发送器、信道、接收器和信宿五部分。源系统 信源 发送器 信道 目的系统 接收器 信宿

(a)

公共电话网 工作站 M o d em M o d em 信息服务器

(b)

图1.1 简单通信系统模型(a) 模型图；(b) 实例4

(1) 信源：产生各种信息的信息源，它可以是人或机器(如计 算机等)。 (2) 发送器：负责将信源发出的信息转换成适合在传输系统中 传输的信号。对应不同的信源和传输系统，发送器会有不同的组 成和信号变换功能，一般包含编码、调制、放大和加密等功能。 (3) 信道：信号的传输媒介，负责在发送器和接收器之间传输 信号。通常按传输媒介的种类可分为有线信道和无线信道；按传 输信号的形式则可分为模拟信道和数字信道。 (4) 接收器：负责将从传输系统中收到的信号转换成信宿可以 接收的信息形式。它的作用与发送器正好相反。主要功能包括信 号的解码、解调、放大、均衡和解密等。 (5) 信宿：负责接收信息。5

上述通信系统只是一个点到点的通信模型，要实现多

用户间的通信，则需要一个合理的拓扑结构将多个用户有机地连接在一起，并定义标准的通信协议，以使它们能协 同工作，这样就形成了一个通信网。

通信网要解决的是任意两个用户间的通信问题，由于用户数目众多、地理位置分散，并且需要将采用不同技术体制 的各类网络互连在一起，因此通信网必然涉及到寻址、选

路、控制、管理、接口标准、网络成本、可扩充性、服务质量保证等一系列在点到点模型系统中原本不是问题的问 题，这些因素增加了设计一个实际可用的网络的复杂度。

2.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的结构，如图 1.2(a)所示。引发的问题： 该方法中每一对用户之间都需要独占一个永久的通信线路， 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。

主要原因如下： (1) 用户数目众多时，构建网状网成本太高，任意一个用户 到其他N-1个用户都要有一个直达线路，技术上也不可行。 (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，会造成巨大的资源浪费。

(3) 这样的网络结构难以实施集中的控制和管理。

问题如何解决：交换技术的采用为解决上述问题，广域通信网采用了交换技术，即在网络 中引入交换节点，组建交换式网络，如图1.2(b)所示。

在交换式网络中，用户终端都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。

共享连接

交换机

交换机

(a)

(b)

图1.2 点到点的网络与交换式网络

交换技术的思想： 让网络根据用户实际的需求为其分配通信所需的网络资源， 即用户有通信需求时，网络为其分配资源，通信结束后，网络 再回收分配给用户的资源，让其他用户使用，从而达到网络资 源共享，降低通信成本的目的。

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。 网络为此付出的代价： 需要一套复杂的控制机制来实现这种“按需分配”。

因此从资源分配的角度来看，不同的网络技术之 间的差异，主要体现在分配、管理网络资源策略上的 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。

一般来讲，简单的控制策略，通常资源利用率不高， 若要提高资源利用率，则需要以提高网络控制复杂度 为代价。现有的各类交换技术，都根据实际业务的需 求，在资源利用率和控制复杂度之间做了某种程度的 折衷。

用户终端至交换节点接入方式： 用户终端至交换节点可以使用有线接入方式，也可以采用 无线接入方式；可以采用点到点的接入方式，也可以采用共享 介质的接入方式。

多址接入的问题：频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(TDMA)、码分多址

接入(CDMA)、随机多址接入等。

复用技术： 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，即将一条物理线路的全部带宽资源分成多个逻 辑信道，让多个用户共享一条物理线路。实际上，在广域通信

网上，任意用户间的通信，通常占用的都是一个逻辑信道，极少有独占一条物理线路的情况。

交换式网络主要优点： (1) 大量的用户可以通过交换节点连到骨干通信网上，由于 大多

数用户并不是全天候需要通信服务，因此骨干网上交换节 点间可以用少量的中继线路以共享的方式为大量用户服务，这 样大大降低了骨干网的建设成本。 (2) 交换节点的引入也增加了网络扩容的方便性，便于网络

的控制与管理。实际中的大型交换网络都是由多级复合型网络构成的，为

用户建立的通信连接往往涉及多段线路、多个交换节点。19