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第8章 现代通信系统与通信网 8.1 通信系统与通信网 8.2 现代通信网分类 8.3 通信网的发展 返回主目录
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第8章 现代通信系统与通信网 8.1通信系统与通信网 8.1.1 通信网概念
第8章 现代通信系统与通信网 8.1通信系统与通信网 通信网概念 物理结构上的网即为线的集合, 在自然界经常见到的蜘蛛网、渔网、网兜都是用线编织而成的。 在日常生活中, 亲身经历过的运输网、交通网如铁路网、航空网、公路网, 以及邮政运输网等。 通信网的定义, 可描述为它由各种通信节点（端节点、 交换节点、 转接点）及连接各节点的传输链路互相依存的有机结合体, 以实现两点及多个规定点间的通信体系。
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由通信网的定义可看出, 从物理结构或从硬件设施方面去看, 它由终端设备、交换设备及传输链路三大要素组成。这里的终端设备主要包括电话机、 PC机、 移动终端、手机和各种数字传输终端设备, 如PDH端机、 SDH光端机等。交换节点包括程控交换机、 分组交换机、 ATM交换机、移动交换机、 路由器、集线器、网关、交叉连接设备等等。传输链路即为各种传输信道, 如电缆信道、光缆信道、 微波、卫星信道及其他无线传输信道等等。
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通信网的物理拓扑结构 从点线组成网的物理结构, 即从硬件设施去分析当前组成通信网的基本结构, 主要有 5 种基本网结构, 由它可复合组成若干种网。 星型网 星型网如同星状, 以一中心点向四周辐射, 也可称为辐射网。它是以中心节点分别与周围各辐射点用线相连, 点线之间的关系为: 有N个点即有N－1条线, 其结构如图8.1所示。 现在的程控交换局或数据集点机与其所在的各电话用户及数据用户间的连接（一般双绞线: 同轴线或光纤）就属于这种结构。
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图 8.1 星型网
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2. 网型网 任意节点间都有线相连接, 其N个节点与线的关系为1/2 N（N－1）, 如图8.2所示。 以上连接属于全连通方式, 在实际的组网中根据实际情况从经济效益考虑, 可组成不全连通方式而形成网孔型网, 如图8.3所示。 这种网在实际通信组网中的大区一级干线网以及市话网中大量采用。 环型网 这是一种首尾相接的闭合网络, 其N个节点与线的关系为N∶N, 有N个节点就有N条线相连, 如图8.4所示。
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图 8.2 网型网
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图 8.3网孔型网
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图 8.4 环型网
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这种网结构简单, 而且有自愈功能, 现在的SDH光传输系统组网中经常采用, 组成自愈保护环网, 其稳定性较高。 在组成本地网时, 经常采用此种结构。
4. 总线型网 总线型网是节点都连接到一条共有的传输线上, 这条传输线常称为总线, 因此称之为总线型网。 这是一种并联的网络, 如电灯网络, 在信息传输中计算机网络也较常用, 此种网络增减节点很方便, 设置的传输链路少, 其结构如图8.5所示。 复合型网 现在的实际组网, 是以上网组合而成, 称为复合型网, 如网型网与星型网的组合构成当前的市话网, 如图8.6所示。又如星型网扩展组成树型网, 如图8.7所示。
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图8.5 总线型网
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图8.6 复合型网
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图8.7 树型网
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通信系统与通信网 1. 通信系统 对于通信系统的定义, 在第二章就提出来了, 第三章较全面的进行了解释, 在后几章专门讲述了几种常用的通信系统。通信系统可解释为从信息源节点（信源）到信息终节点（信宿）之间完成信息传送的全过程的机、线设备的总体, 包括通信终端设备及连接设备之间的传输线所构成的有机体系。 综合前几章讲述的光纤通信系统, 微波通信系统、卫星通信系统及移动通信系统可清楚的对以上概念进行解释。光纤通信系统, 属于有线通信系统, 它的端机均由SDH体系或PDH的数字设备, 加上光调制设备（光端机）及连接光端机的传输（光缆）所构成。
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通信系统与通信网 1. 通信系统 对于通信系统的定义, 在第二章就提出来了, 第三章较全面的进行了解释, 在后几章专门讲述了几种常用的通信系统。通信系统可解释为从信息源节点（信源）到信息终节点（信宿）之间完成信息传送的全过程的机、线设备的总体, 包括通信终端设备及连接设备之间的传输线所构成的有机体系。 综合前几章讲述的光纤通信系统, 微波通信系统、卫星通信系统及移动通信系统可清楚的对以上概念进行解释。光纤通信系统, 属于有线通信系统, 它的端机均由SDH体系或PDH的数字设备, 加上光调制设备（光端机）及连接光端机的传输线（光缆）所构成。
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综上所述, 通信系统是利用信道连接收、发两端设备而完成信息传递和交流的全过程, 是由两端节点与信道构成的通信系统。具有共同的规律性, 这种规律从逻辑上讲即为普通的点线连接, 两点间连接即为线, 点、线的这种连接是构成各种网的基础。没有线构不成网, 点、 线是构成网的必要条件。也可以说, 通信系统是构成各种通信网的基础。 通信网构成示意图如图8.8所示。 2. 通信系统与通信网 从以上通信系统和通信网的描述中, 已经明显地突出了两种概念及它们之间的密切关系。用通信系统来构架, 通信网即为通信系统的集, 或者说是各种通信系统的综合, 通信网是各种通信系统综合应用的产物。
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图 8.8 通信网构成示意图
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通信网源于通信系统, 又高于通信系统。 但是不论网的种类、功能、技术如何复杂, 从物理上的硬件设施分析, 通信系统是各种网不可缺少的物质基础, 这是一种自然发展规律, 没有线即不能成网。因此, 通信网是通信系统发展的必然结果。通信系统可以独立地存在, 然而一个通信网是通信系统的扩充, 是多节点各通信系统的综合, 通信网不能离开系统而单独存在。前面已经讲述的几大经常用的通信系统就可构成各种各样的通信网。 3. 现代通信系统与现代通信网 以上我们讲到的通信系统与通信网的基本概念是从物理结构及硬件设施方面去理解和定义的, 然而现在的通信网、 通信系统已经融入了计算机技术。
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前面讲现代通信时已讲述, 现代通信就是数字通信与计算机技术的结合。在这里, 同样对现代通信系统与现代通信网作如下定义: 在数字通信系统中融合了计算机硬、 软件技术, 这样的系统即为现代通信系统, 如SDH光同步传输系统出现后, 在光纤传输设备中有CPU进行数据运算处理, 并引进了管理比特用计算机进行监控与管理, 就构成了所谓的现代通信系统。现在的通信网已实现了数字化, 并引入了大量的计算机硬、软件技术, 使通信网越来越综合化、智能化, 把通信网推向一个新时代, 即现代通信网。它产生了更多、更广的功能, 适用范围更广, 为不断满足人们日益增长的物质文化生活的需要提供了服务平台。我们现在经常谈到的通信网、电话网、数据网、计算机网、 移动通信网等都属于现代通信网, 也可简称通信网。
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8.2 现代通信网分类 现代通信网的分类 现代通信网的分类很多, 按其功能、作用、性质及其服务范围等, 可分为各种不同的网络。 电话网 数据网(计算机网) 图像网 移动网 按其完成功能作用分为
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长途网 本地网 接入网 按服务范围分为 专用网的分类就更多了, 如各个部门行业, 按其自身信息技术的需求而建设的网, 如气象网、邮政综合计算机网, 各银行组建的金融网, 大型工矿企业控制网、监控网等等。不管以上网络如何组成, 都是基于以上几种通信系统的实际应用。如气象网主要由卫星通信系统、光纤通信系统等组成的。
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如金融网虽然终端为计算机, 实质为计算机网络, 其组成还是以上的通信系统。 在交通方面, 正在发展智能交通, 其实质就是组成交通信息管理网, 信息传输也是以上几大系统组合而成的, 如图8.9所示。
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图 两种智能交通网 (a) 通信系统与交通信息网; (b) 深圳高速公路东环信息网
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8.2.2 电话网 电话网是传统的网, 是人们都比较熟悉的网络, 其主要是为话音业务的传送、转接而设置的网络。 电话网在世界上一般主要采用SDH系统干线传输和中继传输为主, 以数字程控交换机（交换局）为话音信号的转接点而设置等级结构。 等级结构的设置与很多因素有关, 如数字传输技术, 服务质量, 经济性与可行性等方面的考虑。 我国的电话网可分为长途电话网、本地网、市话网和接入网。 1. 长途电话网 长途网为复合型结构, 它以长途交换中心划分为一级交换中心、 二级交换中心和三级交换中心组成的三级网络结构。
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一级交换中心为国家的大型交换中心, 又称为省间交换中心, 现主要设置在我国的八大城市（北京, 沈阳, 西安, 成都, 武汉, 南京, 上海, 广州）, 二级交换中心是以省、市为交换中心, 一般设在省会城市, 三级交换中心设在地区交换中心。各交换中心之间都设置有传输链路,这些传输链路直接与长途汇接局相连, 由传输链路组成为国家的一级干线、二级干线及长市中继线。三级长途网络如图8.10所示。 长途链路组织主要以SDH光传输来组建一级、 二级干线, 并辅助以卫星通信系统、微波通信系统构成信号传输不中断、 服务质量保证的多重传输保护网络。
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图 长途电话三级网结构
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目前, 我国长途网正向二级过渡, C1、C2级长途交换中心合并为DC1, 构成长途两级网的高平面网（省际平面）, C3称为DC2, 构成长途两级网的低平面网（省内平面）如图 8.11所示。
长途网经二级网并逐步过渡到全国无级网和动态无级网。 本地电话网 本地电话网又称本地网, 指在同一编号区内由若干端局、 汇接局及局间中继、 用户线和话机终端组成的电话网。本地电话网又分为分区单汇接结构, 分区双汇接局结构（来话汇接）以及全覆盖网络结构。
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图 两级长途网的网路结构
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本地网的全覆盖网络结构是在本地网内设置若干汇接局, 这些汇接局均处于平等地位, 均匀分担负荷, 汇接局间以网状网相连, 各端局与汇接局相连, 如图8.12所示。
一般说来, 在特大或大城市的本地网, 其中心城市采用全覆盖结构或分区双汇接结构。
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图 本地网的全覆盖网路结构
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数据网 数据网的定义, 可解释为用于传输数据业务的通信网, 它是以数据交换机（分组交换、 帧中继交换、ATM交换、高级路由器、 IP交换机等）为转接点而组成世界、国家及地区性的网络。 它是以计算机硬件、软件技术为基础与现代传输技术综合应用的产物。 数据通信网发展很快, 而且正逐步过渡到各种综合数据业务, 宽带数据业务的通信网络。 它以数据交换节点机为基础, 可分为分组交换网、ATM网、互联网（Internet）、 IP网、局域网、城域网、广域网等等。
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接入网 在第四章数字通信系统中已经提到了接入网的概念, 综合我们已经讲的传输系统, 可以将接入网描述为: 用户与交换节点之间的传输系统（包括终端设备、传输设备及传输线）就构成其接入网。 接入网在整个通信网中的位置如图8.13所示。 接入网可采用多种多样的信号传输方式、 传输技术, 前面我们已经讲述过的光纤、微波、卫星、移动等通信系统等都是接入网的主要方式。这些通信系统以及用以架设的用户金属电缆等就组成了庞大的、结构复杂的接入网, 如图8.14所示。
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图 接入网在整个通信网中的位置
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图 多种传输技术构成接入网示意图
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接入网按其传输技术分类如下:
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综合业务数字网（ISDN） 1. ISDN基本概念 1980年, CCITT给ISDN的定义解释为: 它是综合数字电话网IDN的基础上, 提供端对端的数字连接, 用来支持话音、非话音在内的综合数字业务, 并通过标准化多用途用户接入的网络， 称为综合业务数字网(ISDN)。它分为窄带N-ISDN和宽带B-ISDN两类。 2. N-ISDN网 此类网络称为窄带综合业务数字网，它的用户传输速率小于 2 Mb/s， 是以现有的数字程控交换、分组交换为平台而构成的全数字化的通信网。
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它实现了用户终端全数字化的综合业务的接入，为用户提供端口速率，以标准B、D、H信道速率为基础。
其接口速率为: B信道: 64 kb/s D信道: 16 kb/s H信道: 384 kb/s（6×64 kb/s） H11信道: 1536 kb/s（23B＋D） H12信道: 1920 kb/s（30B＋D）
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基本接口速率： 144 kb/s(2B+D) 基群接口速率： 2048 kb/s、 1544 kb/s 3. B-ISDN网 此种网络为宽带综合业务数字网, 它的用户传输速率一般大于2 Mb/s， 所谓宽带综合业务是指高比特率的、宽频带的视频信号业务，如可视电话、会议电视、监控图像、有线电视、 高清晰度电视业务以及高速数据业务等。 B-ISDN是基于宽带ATM交换为基础构建的现代信息网络。 现在大、中城市都已建立了ATM网，它实现端到端多媒体数字业务的传输与交换。其特点主要表现为：网络本身与业务无关，它可为不同业务分配不同的带宽，并可实现与其他网络互连互通。
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智能网 在当今电信业日益激烈的竞争环境下, 满足用户灵活而多变的业务需求, 已经成为电信网络运营者所面临的挑战。为此, 人们提出了一个集中控制和管理的方法: 业务的控制由一个集中的节点——业务控制点来完成, 业务生成和业务管理也由集中的节点来完成, 并在业务控制点的指挥下最终完成各种复杂的业务, 这就是智能网。 1. 智能网的概念 智能网是在原有通信网络的基础上,为快速、方便、经济、 灵活地提供各种新业务而设置的附加网络结构。
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其核心是运用新的技术和软件, 高效地向用户提供各种新业务, 为现在、未来的所有通信网络服务,包括电话网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、因特网（Internet）等。 智能网是当今通信网络发展的主要潮流之一, 在国内、 外都引起了广泛的重视, 被称为 21 世纪的通信网。 2. 智能网的结构 智能网一般由业务交换点（SSP）、业务控制点（SCP）、 智能外设（IP）、业务管理系统（SMS）、业务生成环境（SCE）5 个功能部件构成, 如图8.15所示。
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图 智能网的构成
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这些功能部件独立于现有的网络, 是一个附加的网络结构。 SSP与端局或汇接局相连, 负责呼叫的处理和业务的交换。其一般以原有的程控交换机为基础, 再配以必要的软硬件和七号信令网的接口。SCP是智能网的核心功能部件, 用于储存用户数据和业务逻辑, 主要功能是接收SSP送来的查询信息, 并查询数据库和进行各种译码。一般地，SCP由大、中型计算机和大型实时高速数据库构成。IP负责管理语音资源, 这些部件在一起完成智能业务的处理。SMS是一种计算机系统, 具备业务逻辑管理、业务数据管理、用户数据管理的功能。 SCE是根据客户的需要生成新的业务逻辑的部件。
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3. 智能网与现有通信网的关系 智能网是建立在所有通信网之上的一种体系结构化的概念, 它可以为各种通信网提供增值业务, 是叠加在各种通信网基础上的一种网络。智能网与现有通信网的关系如图8.16所示通常将叠加在PSTN/ISDN网上的智能网系统称为固定智能网, 叠加在移动通信网基础上的智能网系统称为移动智能网, 叠加在B-ISDN宽带网上的智能网系统称为宽带智能网。 IN-CS1和IN-CS2标准主要研究智能网如何叠加在PSTN/ISDN网上, 为PSTN/ISDN网的用户提供增值业务； IN-CS3和IN-CS4标准主要研究移动智能网和宽带智能网。
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图 智能网与现有通信网的关系
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当前在国际上使用比较普遍的智能业务主要有: 电话卡业务（300业务）、 被叫付费业务（800业务）、虚拟专用网业务（600业务）、个人通信号码业务（700业务）、电话投票业务（400业务）、优惠费率业务和大众呼叫业务、 预付费业务（PPS）。 我国的智能网目前可以提供的业务主要有: 300业务、 800业务、600业务和预付费业务。当然, 智能网业务还有许多, 今后还会更多, 智能网的结构形式为进一步引入新业务提供了良好的基础。
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通信网的支撑系统 1. 通信网的信令系统 要完成一次通信, 必须首先与对方取得联系, 如在电话网中, 摘机信号表示要求通信, 拨号信号说明要求通信的对方是谁, 挂机信号表示通信结束等。 要完成一次通信接续所需要的各种信号（如上面所述）就构成了通信网的信令系统, 又称为信令网。 在一般的信令系统中, 信令分为用户线信令和局间信令。用户线信令主要是指交换机与用户之间在用户线上传送的信令；局间信令主要指交换机与交换机之间在中继线上传送的信令。在电话网中的信令系统如图8.17所示。
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图 电话接续基本信令流程
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2. NO.7信令系统 上面讲到的局间信令系统按原CCITT建议分为两种：一种是随路信令方式, 如PCM30/32路基群帧结构中的TS16时隙为固定的随路信令通道, 另外一种是公共信令系统, 又称为No.7信令系统， 它是一种国际性的、 标准化的公共信道信令系统, 它是1988年ITU-T正式提出的NO.7信令系统, 它最佳的适用于数字通信网络。 公共信令系统的主要特点是两交换局间的信令通路与话音通路分开, 将若干条电路的信令集中起来, 用一条专用的信令通道（数据链路）传送, 这条信令通道叫做公共信令数据链路, 其结构如图8.18所示。
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图 公共信道信令方式功能示意框图
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在信令数据链路中传输的基本消息格式是以信令单元方式， 即组成信令帧格式传送的。 在各种不同方式的通信中, 虽然都称为NO
在信令数据链路中传输的基本消息格式是以信令单元方式， 即组成信令帧格式传送的。 在各种不同方式的通信中, 虽然都称为NO.7信令, 但是信令帧格式的编码方式是有区别的, 在固定电话网中是电话的NO.7号信令, 在移动通信中是无线NO.7信令等等。 3. 通信网的同步系统 在通信网中传送的都是数字信号, 而且都是按一定的数字帧结构进行传输的。为了使整个数字系统协调工作, 通信网络各设备间必须按严格的时间关系协调配合工作, 即所谓“同频同相动作”, 这就需在这一通信网中设立一个统一的指挥系统, 这个系统就是通信网的同步定时系统, 又称为同步网。
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同步系统主要提供标准时钟信号方式来支持各业务网和数字通信网, 使它两端时钟同步, 从而使收、 发两端用户信号对准。 在SDH光同步传输网中已提到过同步结构问题。 我们国家的数字网同步系统为主从同步方式, 其结构分为三级, 如图8.19所示。 4. 通信网的管理系统 为使通信网正常工作, 并发挥最好的效能, 在通信网中设置了对通信网和网络设备进行监控、 保护和进行网络管理的系统, 通常称为网管系统, 又称电信管理网（TMN）。 国际电联ITU-T在3010建设中指出:
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图 我国的同步网结构简图
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电信管理网的基本概念是提供一个有组织的网络结构, 以取得各种类型的操作系统（033）之间、 操作系统与电信设备之间的互连。
设立TMN系统的目标是支撑通信网的正常工作和运转, 并最大限度地利用通信网络资源, 提高网络的运行质量或效率, 向用户提供良好的、 全面的电信服务。它是实现各种电信网络与业务管理功能的载体。 建设TMN网管就是要加强对电信及电信业务的管理, 实现运行、维护、经营、管理的科学化和自动化。 TMN与电信网的总体关系如图8.20所示。
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图 TMN与电信网的总体关系
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网管系统可概括为两方面含义: 其一, TMN是一组原则和为实现原则定义目标而指定的一系列技术标准与规范； 其二, TMN是一个完整的、 独立的管理系统或管理网络, 是由不同应用系统按TMN的标准接口互连而成的网络, 并与电信网的有限管理节点有标准接口。它与通信网的关系是管理与被管理的关系。网管系统（TMN）的结构模型如图8.21所示。
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图 8.21 TMN的层次、功能和业务域
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从分层模型中可看出其结构如下: 网管系统根据不同种类的网络有各种相对应的管理系统, 如长途网网管系统, 市话网网管系统, SDH传输网网管系统, 移动网网管系统, 数据通信网网管系统等等。
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8.3 通信网的发展 目前, 我国的通信网络从功能上主要分为三大网络: 电信网、 计算机网、 广播电视网, 且其正在一步步走向三网融合。 1994年, 美国副总统戈尔在国际电联大会上提出了GII计划（全球信息基础设施）, 根据美国提出的GII概念, 国际电联ITU-T提出了全球信息基础设施的框架性建议草案（GII体系结构）。根据这一结构, 可以简单地对通信网进行垂直或水平地描述。 垂直描述: 按照OSI的分层结构方法从功能上将网络分为三层, 如图8.22所示, 业务层为用户提供各种业务, 业务层为支持业务的各种网络, 传送层则为信息传输手段及基础设施。
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图 垂直观点的网络结构
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水平描述： 按OSI的分层结构基于从实际的物理连接划分, 可分为用户住地网、接入网和核心网, 如图8.23所示。
从技术层面上来分析，下一代网络NGN将是一个以IP网络为基础的混合结构网络。 IP over ATM/SDH/WDM交换机和综合交换机是核心网的关键组成部分。现又开发了新一代网络技术TFMA／TIMNA, (第一章已介绍), 使网络向高速、智能、宽带多功能、全球化方向发展。可以预见, IP over ATM, IP over SDH, IP over WDM在共存互补一段时间后, 将演进到全光网以及网络信息的全网智能化和软交换地实现, 带来新一代光信息浪潮。
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图 水平观点的网络结构
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