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通信工程专业导论

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2010级通信工程专业级通信工程专业

通信工程专业导论

第三讲电信网络与网络融合主讲郭宇春ychguo@

教学安排

节次第一讲第二讲第三讲第四讲第五讲第六讲第七讲第八讲内容专业方向知识框架介绍专业方向知识框架介绍电信网络与网络融合无线与移动通信光通信计算机网络信息安全研讨主讲刘颖刘颖郭宇春姚冬萍孙强周华春张振江郭宇春

问题

通信网络与通信系统的差别？

什么需求促使通信网络出现？

通信网络核心要素？

电信网络？

提供不同业务的电信网络

通信网络设计要求？

如何构建通信网络？

需要解决的主要问题

网络技术发展？

历程/趋势动力历程趋势/动力趋势

通信电信

通信传递信息光/电信号电信号远程

1876BellSpeakingintoTelephone

telecommunication，电信

FirstTransatlanticRadioServiceMarconiOperatorLeonR.JohnstoneisshowntransmittingthefirstofficialmessagesofthecommercialwirelesstelegraphservicefromMarconiTowers,nearGlaceBay,NovaScotia,toClifden,Ireland,on17October1907.Tenthousandwordsereexchangedbetweenthestationsonthefirstdayofoperation.Source:

—MarconioperatorJohnstone

通信系统

系统组成

电信主要问题号如何发送/接收信号接收信号？

如何发送接收信号？

消息

信号

调制/解调编码/解码解码,…调制解调,编码解码解调

电信号

通信系统分类

消息

信道/噪声对信号的影响？

信道噪声对信号的影响？

噪声对信号的影响系统分析方法

设计目标：

通信质量性能设计目标：

通信质量/性能

可靠：

尽可能准确有效：

尽量少的资源有效：

尽量少的资源,传尽可能多的信息

基本理论

信息论

通信网络

两点之间的通信

通信网络

n点中任意两点通信

n方问题方问题

终端数量？

传输线数量？

如何解决n方问题？

交换的产生

交换（交换（Switching）

交换设备：

个物理个物理/逻辑输入/输出端口交换设备：

n个物理逻辑输入输出端口信息从交换设备的某个输入端口转移到某个输出端口的过程网络核心

交换设备

通信网组成

三要素终端系统电话机、手机、计算机、电话机、手机、计算机、PDA、……、传输系统SDH、WDM、无线、卫星、……、、无线、卫星、交换系统程控交换机、交换机、程控交换机、FR/ATM交换机、路由器、…交换机路由器、

规程约定

信令、协议、标准、信令、协议、标准、……languageforInteroperating,Internetworking

通信网是由多个终端节点、通信网是由多个终端节点、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，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系统

电信网络

运营商为公众用户提供通信服务的运营的通信网络

基础电信运营商的变革：

中国航天科技集团公司电信局邮政局中国卫通中国联通中国网通中国吉通中国电信中国网通南中国方电信中国移动中国移动

时

中国联通

电信局数据局无线局

中国电信

邮电局

中国移动铁通公司

铁道部

9/609/99

间

最早建立的电信网络——电话网最早建立的电信网络——电话网——

PublicServiceTelephoneNetwork

1878年研制出磁石式交换机

最早建立的电信网络——电话网最早建立的电信网络——电话网——

PublicServiceTelephoneNetwork

1878年美国：

磁石式交换机1900年美国：

Stroger步进式交换机1919年瑞典：

纵横式交换机1965年美国：

程控交换机1970年法国：

数字程控交换机

人工交换自动交换

编号/编号/编址标识节点交换设备

456

电路交换

网络规模及服务范围

每个交换机能够服务的用户有限

增加交换机

用户之间距离增加

本地网长途网

现在的电话网结构早期5级电话网结构早期级电话网结构

移动电话网

终端移动与固定电话网互连

数据通信网

最早的数据通信——电报通信网最早的数据通信——电报通信网——

电信的发展是先有电报后有电话电报网基于数字技术，电报网基于数字技术，电话网是从模拟起步的电报网被电话网取代利用载波电报的方法在话路内可同时传送24路电报，利用载波电报的方法在话路内可同时传送路电报，独立的公路电报用电报网就失去了存在的必要性

电话网上实现数据通信：

传真图像图像）电话网上实现数据通信：

传真（图像世纪70年代可利用的业务而言就20世纪年代可利用的业务而言，电话网称得上是多业世纪年代可利用的业务而言，务的综合网

计算机发展推动数据通信

数据通信与话音通信的不同

信源更复杂信源速率不同速率可变对错误敏感延时要求低一些

典型的数据通信网

数据网络实例

X.25分组交换网分组交换网分组交换局域网LAN局域网帧中继网Internet（互联网互联网）互联网…

分组交换

Datatransmittedinsmallpackets.Longermessagesaresplitintoseriesofpackets.Eachpacketcontainsaportionofuserdataplussomecontrolinfo（headersandtrailers）–forroutingorotherpurposes.Packetsarereceived,storedbriefly（buffered）andpastontothenextnode-storeandforward.

广播电视网

无线卫星有线cable（CATV-CAbleTeleVision）有线

1979年有线电视在伦敦开通;1980年左右—公用天线系统;微波干线/电缆分配;1990年后—光纤干线/电缆分配,光纤/同轴电缆混合系统—HFC2000年--以HFC为基础向双向基于IP的宽带多业务IPTV，有线高清晰度数字电视HDTV发展

对通信网的要求

转接的任意性

网络内任意两用户可以互相通信

信息的透明性

允许任意形式的信息在网络内传递

可靠性

概率意义上的可靠

质量的一致性

子系统满足的质量指标：

局部性；一致的全程指标：

子系统满足的质量指标：

局部性；一致的全程指标：

全局性

网络的灵活性

允许新用户或新业务进网；与其他网络互联互通；允许新用户或新业务进网；与其他网络互联互通；具有一定的过载能力

经济上的合理性

技术/社会条件人为因素技术社会条件/人为因素社会条件

信息安全性

信息窃取/攻击信息窃取攻击

通信网中的问题

网络元素间如何连接？

拓扑结构

如何找到一条连接通信双方的好路？

路由

网络节点如何在输入/输出端间实现信息传递？

网络节点如何在输入输出端间实现信息传递？

输出端间实现信息传递

交换

如何保证终端之间高效可靠传递信息？

传输

如何组织网络元素？

体系结构与协议规程

拓朴结构

网络元素间如何连接？

常见拓扑结构

拓扑结构影响什么？

与性能的关系？

大规模通信网用什么拓扑结构？

路由

如何找到一条连接通信双方的好路？

经过多个交换设备（网络节点）经过多个交换设备（网络节点）连通多条路径中选择哪条路更好？

多条路径中选择哪条路更好？

路由方式

预先找到好路：

静态路由当前的好路：

动态路由当前的好路：

什么是好路？

便宜…短/快/便宜快便宜可靠性

交换

基本交换方式

电路交换分组交换电路+分组交换电路分组交换ATM交换交换MPLS交换交换…

目标

用户满意

质量/性能服务价格质量性能/服务价格性能

运营商盈利

成本

传输

目标

多/快快准/稳稳

可靠传输技术

差错控制

传输出错：

噪声、传输出错：

噪声、干扰

宽带传输——修更宽的路修更宽的路宽带传输

SDH/WDM

拥塞/流量控制拥塞流量控制

网络拥塞：

数据流量接近或大于网络传输和处理容量

复用技术——路上跑更多的车路上跑更多的车复用技术

频分复用FDM频分复用波分复用WDM波分复用时分复用TDM时分复用统计时分复用STDM统计时分复用

健壮/容错能力健壮容错能力

链路和节点故障

……

网络体系结构

网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。

协议、存取控制和拓扑提供标准。

国际标准组织

ITUUnion，ITU-T（InternationalTelecommunicationUnion，Telecommunication（ITUStandardizationSector（ITU-T）

传统电信网络标准的主要制订机构，传统电信网络标准的主要制订机构，前身为国际电报电话咨询委员会（CCITT），负责研究通信技术准则、业务、资费、网络体系结构等，（CCITT），负责研究通信技术准则、业务、资费、网络体系结构等，并发表相应的建议书

ISO（InternationalStandardsforBusiness,GovernmentandSociety）

international-standardaninternational-standard-settingbodycomposedofrepresentativesfromvariousnationalstandardsorganizations.organizations.

IETF（InternetEngineeringTaskForce）

Board）下属的标准制定机构IAB（InternetArchitectureBoard）下属的标准制定机构Internet协议标准的制订机构协议标准的制订机构,Internet协议标准的制订机构,开放式标准制订过程标准建议以RFC（RequestforComments）形式在网上公开发布标准建议以RFC（RequestComments）形式在网上公开发布

协议规程分层

独立简化标准接口与服务

邮政系统的分层协议模型

OSI七层模型七层模型

ISO（InternationalStandardOrganizaiton）提出提出OSI（OpenSystemInterconnection）

普适性开放标准仅为参考模型，仅为参考模型，不涉及具体设计

主机应用表示会话运输网络数据链路物理节点主机应用表示会话运输网络数据链路物理26

网络数据链路物理物理媒质

TCP/IP协议分层协议分层

emailWWWphone……SMTPHTTPRTP……TCPUDP…IPethernetPPP…CSMAasyncSDH……copperfiberradio……

网络体系结构：

垂直分解

业务网

电话、数据、图像、电话、数据、图像、视频和多媒体等业务网

业务应用业务网支撑传送网网

传送网

业务承载网，业务承载网，主要由各种传输线路和传输设备PDH/SDH/WDM

支撑网

同步网信令网管理网

TMN的层次、TMN的层次、功能和业务域的层次28

网络体系结构：

水平分解

核心网：

传输、路由、核心网：

传输、路由、交换

节点能力/传输能力？

节点能力传输能力？

传输能力

HomeAccess

Core

Access

Home

接入网：

将用户接入到核心网

ADSL，WLAN，WiMaX，PON…，，，

用户驻地网：

用户负责用户驻地网：

ADSL接入系统

网络技术发展

宽带传输无线接入IP承载与数据分组化IP承载与数据分组化网络融合

宽带传输

宽带需求

大量低延时数据业务的增长

Web浏览，Web浏览，LAN浏览

10kb/s100kb/s1Mb/s音音音音视音音音高高高高电电语音音音，CD音音音视音音音/VOD电视高高高高高数数音音可视高大远远CAD局局局局局大大大大大高大

通信业务带宽需求

10Mb/s100Mb/s

本身带宽窄，本身带宽窄，但通信量极大

Email及附件，Email及附件，移动电话及附件

高带宽应用

流媒体，图像传输，电视转播流媒体，图像传输，

网路自愈

需要多消耗30%需要多消耗30%-60%30%

哈尔滨长春乌鲁木齐呼和浩特北京天津石家庄太原济南西安成都重庆贵阳昆明长沙柳州南宁广州郑州洛阳武汉南昌福州上海蚌埠南京杭州沈阳

光传输能力提高

干线网城域网局域网用户网接入网

乌鲁木齐

西宁

银川兰州

FTTR（光纤到地区）（光纤到地区）FTTZ（小区）（小区）FTTC（路边）（路边）FTTB（大楼）（大楼）FTTH（到户）到户）FTTD（桌面）（桌面）

无线接入

Mobile

核心网：

有线接入网：

接入网：

无线

主干交换机

基站BTS固定台

干线网络

宽带接入设备

基地台（基地台（BS）

移动交换中心（MSC）

主干宽带交换机

主干交换机

OLTONUONU

光纤接入网

DWDM

ONU

IP承载与数据分组化承载与数据分组化

=>网络业务数据化计算机的大量应用与普及=>网络业务数据化电路交换对突发数据而言，传输交换成本高，电路交换对突发数据而言，传输交换成本高，效率低以分组传输、交换效率高，成本低以分组传输、交换效率高，

美国长途业务量分布图

麦肯锡等公司统计

网络融合

业务繁多…业务繁多…垂直综合业务网络

低效

FullServiceSpectrum

BroadcastTVEntertainment?

High-definitionTV?

Enhancedpay-per-view?

Video-on-demand?

InteractiveTV?

InteractivevideogamesInformationTransactions?

Videocatalogshopping?

Distancelearning?

Desktopmultimedia?

Imagenetworking?

Transactionservices?

Internetaccess?

TelecommutingCommunications?

Videoconferences?

Videotelephony?

WirelessAccess?

Cellular/PCSsystems?

POTS-Plainoldtelephoneservice

网络融合

电信网

1835年电报网1876年模拟电话网

3.4KHz

1960年程控电话网

64Kb/s

1988年ISDN

192Kb/s2Mb/s

1992年BISDN

155Mb/s622Mb/s

2000年光交换网

Gb/s-Tb/s

公用数据网

1976年分组交换网

9.6Kb/s64Kb/s

1990年帧中继网

2~45Mb/s

融

2000年后3G

无线网有线电视网计算机局域网因特网

70年代CATV70年代10BASE-5

10Mb/s

40年代提出

450MHz60ch.模拟TV

80年代模拟移动

90年代GSM

750MHz~1GHz200ch。

数字TV

合？

1994年HFC90年代初100BASE-T

100Mb/s

VoIP97年GBE

1000Mb/s

80年代FDDI

100Mb/s

90年代中ATM-LANIPOA,MPOA1996年第3,4层交换

1969年ARPA

1982年TCP/IP

1992年IPv6，RTPRSVP

1998年IPOVERSDHIPOVERWDM

现有网络的融合：

网合一现有网络的融合：

3网合一

Communicationnetwork电信网CableTVnetwork有线电视网Computernetwork计算机网

下一代网络NGN

ITU-T

ISDNBISDN

ATMSDH

下一代网络nextgenerationnetwork

软交换IP承载网承载网

基于分组传送基于分组传送?

控制功能与承载能力、呼叫/会晤、应用/服务分离控制功能与承载能力、控制功能与承载能力呼叫/会晤、应用/?

业务提供与网络分离，并提供开放接口业务提供与网络分离，业务提供与网络分离?

支持广泛的业务，包括实时/流/非实时和多媒体业务支持广泛的业务，支持广泛的业务包括实时/?

具有端到端透明传递的宽带能力具有端到端透明传递的宽带能力?

与现有传统网络互通与现有传统网络互通?

具有通用移动性具有通用移动性?

提供用户自由选择业务提供商的功能等提供用户自由选择业务提供商的功能等

理想的通信？

UbiquitousNetwork泛在通信泛在通信

任何人（Whoever）任何人任何地点（wherever）任何地点任何时间（whenever）任何时间任何对象（whichever）任何对象任何方式（Whatever）任何方式

EvolutionofTelecommunication

Communication:

Human-Human

Communication:

Human–NatureHuman–MachineMachine-Machine

MDNMCSensing

Real-timevirtualface-tofacecommunicationandinteraction

Being3Dvirtualvision

ReadingTelegraph

HearingTelephoneRadiobroadcast

SeeingTV

Mobile,InternetWSN（WSAN,RFID）Satllite,fiber-optic

MDNMC=MultiDimensionalNetworkedMultimediaCommunication

发展的动力你的角色

你期望大学教育给你带来什么？

有能力创建更美好的生活什么样的更好的生活？

什么样的更好的生活？

ImagineitCreateit

创新促进需求产生新技术满足

理想的网络？

NetworkNetworkNetworkNetworkNetworkofofofofofphonescomputersthingsinformation…?

你来的

技术与需求之间的距离——新问题，驱动力新问题，

网络

小结

通信网络目标通信网络构成

终端、传输设备、交换设备；终端、传输设备、交换设备；协议规程

支持不同业务的通信网络

电话网、数据网、广电网电话网、数据网、

通信网络设计中的主要问题拓扑结构，路由，交换，传输，拓扑结构，路由，交换，传输，体系结构通信网络发展演进

趋势，趋势，动力

习题

1.通信网络主要有哪些设计问题？

尝试在课程体系中找通信网络主要有哪些设计问题？

到相关的课程。

2.进一步查阅资料，对通信网络发展过程和发展趋势进进一步查阅资料，行总结。

行总结。

3.描述你觉得最酷的网络应用，说说你最喜欢它的特色描述你觉得最酷的网络应用，功能，还有你觉得可以改进的地方。

功能，还有你觉得可以改进的地方。

Duedate:

Nov,11

你正在使用的网络应用

Somehotapplications

P2P：

BT,emule,…VoIP：

VoIP：

Skype,Gtalk…Web2.0：

豆瓣，hulu，YouTube,土豆，Web2.0：

豆瓣，hulu，YouTube,土豆，土豆Twitter/新浪微博新浪

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