1.3 通信网

1.3.1 通信网的概念

通信网是在分处异地的用户之间传递信息的系统。属于电磁系统的也称电信网。通信网是由相互依存、相互制约的许多要素所组成的一个有机整体，以完成规定的功能。通信网的功能就是适应用户呼叫的需要，以用户满意的程度沟通网中任意两个或多个用户之间的信息。

通信网的特点是通信双方既可以进行语音的交流，也可以交换和共享数据信息；通信网是社会的神经系统，已成为社会活动的主要组成之一，人们希望信息传递安全、可靠；通信网配有强大的通信终端，可为用户提供方便的功能，可以进行富有感情色彩的多媒体信息交流，拉近了人们之间的距离。

1.3.2 通信网的分类

通信网可以从不同角度进行分类，常见分类如下。

1. 按信道所传输的信号形式划分

●模拟通信：信道中传输的是模拟信号。

●数字通信：信道中传输的是数字信号。

2. 按传输介质划分

●有线通信：使用导线（如双绞线、同轴电缆、光纤等）传输信号的通信网。

●无线通信：使用无线电波在自由空间传输信号的通信网。如卫星通信系统、移动电话系统、广播电视系统等。

3. 按传输方式划分

●基带传输：以基带信号（未经调制的信号）作为传输信号的系统。

●带通传输：以已调信号（经过调制的信号）作为传输信号的系统。

4. 按业务类型划分

●电话网：传输电话业务的网络，如电话通信网、蜂窝移动通信网等。

●广播电视网：传输广播电视业务的网络。

●数据通信网：传输数据业务的网络，如分组交换、ATM、PTN、OTN等。

5. 按服务范围划分

按服务范围划分，可分为本地通信网、长途通信网和国际通信网，或局域网、城域网和广域网等。

6. 按工作频段划分

根据波长的大小或频率的高低，可将电磁波划分为不同的波段（或频段），分别称为长波、中波、微波、远红外通信等。波段的划分及主要用途见表1-3。

1.3.3 通信网的构成

通信网由终端设备、传输链路和交换设备三要素构成，运行时还应辅之以信令系统、通信协议以及相应的运行支撑系统。

1. 终端设备

一般装在用户处，提供由用户实现接入协议所需功能的设备（电信端点）。它的作用是将语音、文字、数据和图像（静止的或活动的）信息转变为电信号或电磁信号发出去，并将接收到的电或电磁信号复原为原来的语音、文字、数据和图像信息。

典型的终端设备有电话机、电报机、移动电话机、无线寻呼机、数据终端机、微型计算机、传真机、电视机等。

有的终端本身也可以是一个局部的或小型的电信系统，它们对公用电信网来说，就作为终端设备接入，如用户交换机、ISDN终端、局域网、办公室自动化系统、计算机系统等。

2. 传输链路

将电信号或电磁信号从一个地点传送到另一个地点的一种设备，构成通信网中的传输链路，包括无线电和有线电传输设备。无线电传输设备有短波、超短波、微波收发信机和传输系统，以及卫星通信系统（包括卫星和地球站设备）等。有线电传输设备有架空明线、电缆、光缆、地下电缆、同轴电缆、海底电缆等传输系统。装在上述系统中的各种调制解调设备、脉码调制设备。终端和中继附属设备、监控设备等，也属于传输设备。

3. 交换设备

实现一个呼叫终端（用户）和它所要求的另一个或多个终端（用户）之间的接续，或非连接传输链路的设备和系统，是构成通信网中节点的主要设备。

交换设备根据主叫用户终端所发出的选择信号来选择被叫终端，使这两个或多个终端间建立连接，然后经过交换设备连通的路由传递信号。

交换设备包括电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电话交换机、分组交换机、ATM交换机、宽带交换机等。

以终端设备、交换设备为点，以传输链路为线，点、线相连就构成了一个通信网，即电信系统的硬件设备。但是光有这些硬件设备还不能很好地完成信息传递和交换，还需有系统的软件，即一整套的网路技术，才能使由设备所组成的静态网变成一个协调一致、运转良好的动态体系。网路技术包括网络拓扑结构、网内信令、协议和接口以及网络技术体制、标准等，是业务网实现电信服务和运行支撑的重要组成部分。

1.3.4 通信网的组网结构

1. 通信网拓扑结构形式

通信网的拓扑结构主要有星状网、网状网、复合网、蜂窝网、环形网和总线型网等。对以实现通信为目的的通信网而言，不管实现何种业务，还是服务何种范围，通信网的基本网络结构形式都是一致的。所谓拓扑即网络的形状，网络节点和传输线路的几何排列，反映通信设备物理上的连接性。拓扑结构直接决定网络的效能、可靠性和经济性。

（1）星状网

星状网又称为辐射制，在地区中心设置一个中心通信点，地区内的其他通信点都与中心通信点有直达线路，而其他通信点之间的通信都经中心通信点转接，如图1-6所示。

采用这种形式建网时，如果通信网中的节点数为N，则连接网络的链路数H可由以下公式计算：

H=N-1

1）星状网拓扑结构的优点如下。

●网络结构简单、线路少、总长度短，基本建设和维护费用少。

●中心通信点增加了汇接交换功能，集中了业务量，提高了线路利用率。

●只经一次转接。

2）星状网拓扑结构的缺点如下。

●可靠性低，若中心通信点发生故障，则整个通信系统将瘫痪。

●通信量集中到一个通信点，负荷重时影响传输速度。

●通信量大时，相邻两点的通信也须经中心点转接，线路长度增加，交换成本增加。

综合以上优缺点可以看出：这种网络结构适用于通信点比较分散、距离远、相互之间通信量不大，且大部分通信是中心通信点和其他通信点之间往来的情况。

（2）网状网

网状网又称为点点相连制，网中任何两个节点之间都有直达链路相连接，在通信建立的过程中，不需要任何形式的转接，如图1-7所示。

采用这种形式建网时，如果通信网中的节点数为N，则连接网络的链路数H可由下式计算：

H=N(N-1)/2

1）网状网拓扑结构的优点如下。

●点点相连，每个通信节点间都有直达线路，信息传递快。

●灵活性大，可靠性高，其中任何一条线路发生故障时，均可以通过其他线路保证通信畅通。

●通信节点不需要汇接交换功能，交换费用低。

2）网状网拓扑结构的缺点如下。

●线路多，总长度长，基本建设和维护费用都很大。

●在通信量不大的情况下，线路利用率低。

综合以上优缺点可以看出：网状网适用于通信节点数较少而相互间通信量较大的情况。

（3）复合网

复合网又称为辐射汇接网，是以星状网为基础，在通信量较大的地区间构成网状网。复合网吸取了网状网和星状网二者的优点，比较经济合理，且有一定的可靠性，是通信网的基本结构形式，如图1-8所示。

（4）蜂窝网

蜂窝网是移动通信网的网络拓扑结构形式，形状为正六边形，连在一起像蜂窝形状，如图1-9所示。

（5）环形网

环形网的特点是结构简单、容易实现，而且由于可以釆用自愈环对网络进行自动保护，所以其稳定性比较高，如图1-10所示。

另外，还有一种叫线形网的网络结构，它与环形网不同的是首尾不相连。

（6）总线型网

总线型网是所有节点都连接在一个公共传输通道——总线上，如图1-11所示。这种网络结构需要的传输链路少，增减节点比较方便，但稳定性较差，网络范围也受到限制。

2. 通信网的分层

从实现功能的角度看，一个完整的现代通信网可分为相互依存的三部分：业务网、传送网和支撑网，如图1-12所示。

（1）业务网

业务网负责向用户提供各种通信业务，如语音、传真、数据、多媒体、租用线、VPN等，是现代通信网的主体。在传送节点上安装不同类型的节点设备，就形成了不同类型的业务网。业务节点设备主要包括各种交换机（电路交换、X. 25、以太网、ATM等）、路由器和数字交叉连接设备等，其中交换机是构成业务网的核心要素。构成一个业务网的技术要素包括网络拓扑结构、交换机、编号计划、信令技术、路由选择、业务类型、计费方式、服务性能保证机制等。目前通信网提供的业务网主要有公用电话网、数字数据网、移动通信网、智能网、互联网等。

（2）传送网

传送网独立于具体业务网，负责按需为交换节点/业务节点之间的互连分配电路，为节点之间传递信息提供透明传输通道。它还具有电路调度、网络性能监视、故障切换等相应的管理功能。构成传送网的技术要素有传输路由、复用技术、传送网节点技术等，其中传送网节点主要有分插复用设备（ADM）和交叉连接设备（DXC）两种类型，是构成传送网的核心要素。传送网也称为基础网，由传输介质和传输设备组成。

（3）支撑网

一个完整的通信网除了要有以传递通信业务为主的业务网之外，还要有若干个用来保障业务网正常运行、增强网络功能、提高网络服务质量的支撑网络。支撑网是现代通信网运行的支撑系统。支撑网中传递相应的监测和控制信号，包括公共信道信令网、同步网、管理网。

1）信令网。信令网是公共信道信令系统传送信令的专用数据支撑网，一般由信令点（SP）、信令转接点（STP）和信令链路组成。信令网可分为不含STP的无级信令网和含有STP的分级信令网。无级信令网信令点间采用直连方式工作，又称直连信令网。分级信令网信令点间可采用准直连方式工作，又称非直连信令网。

2）同步网。同步网是通信网运行的支持系统之一，处于通信网的最底层，负责实现网络节点设备之间、节点设备与传输设备之间信号的时钟同步、帧同步以及全网的网同步，保证地理位置分散的物理设备之间数字信号的正确接收和发送。

我国数字同步网采用由单个基准时钟控制的分区式主从同步网结构，分为四个等级。

第一级是基准时钟（PRC），由三个铯原子钟组成，它是我国数字同步网中精度最高的时钟，是其他所有时钟的基准。

第二级是长途交换中心时钟，设置在长途交换中心，构成高精度区域基准时钟（LPR）。该时钟分为A类和B类：设置于一级（C1）和二级（C2）长途交换中心的时钟属于A类，它通过同步链路直接与基准时钟同步；设置于三级（C3）和四级（C4）长途交换中心的时钟属于B类，它通过同步链路受A类时钟控制，间接地与基准时钟同步。

第三级是有保持功能的高稳定度晶体时钟，其频率偏移率可低于二级时钟，通过同步链路与二级时钟或同等级时钟同步，设置在汇接局（Tm）和端局（C5）。

第四级是一般晶体时钟，通过同步链路与第三级时钟同步，设置在远端模块、数字终端设备和数字用户交换设备。

3）管理网。管理网是为保持通信网正常运行和服务、对其进行有效管理所建立的软、硬件系统和组织体系的总称，是一个综合、智能、标准化的通信管理系统。它一方面对某一类网络进行综合管理，包括数据采集、性能监视、分析、故障报告、定位，以及对网络的控制和保护；另一方面对各类通信网实施综合性的管理，即首先对各种类型的网络建立专门的网络管理，然后通过综合管理系统对各专门的网络管理系统进行管理。