通信网发展课程设计

沁淞z伉揺滨江学院课程论文题 目现代通信网的发展和现状院系计算机系专业网络工程学生姓名金同乔学号20092346069指导教师朱节中职称副教授二0二年五月十二日现代通信网的发展与现状金同乔南京信息工程大学滨江学院网络工程2 班 20092346069摘要：随着通信的不断发展，通信网要建成世界上规模容量最大、技术先进、安全可靠、基本满足国民经 济和社会发展需要的网络。通信网的终端设备、传输设备、交换设备及网路组织规模和功能等方面都正朝 着数字化、智能化的方向发展。通信是目前发展最快的领域之一，它是人们工作和生活必不可少的工具， 也是现在和未来经济发展的基础平台之一。21 世纪，通信网向提供宽带化、个人化、分组化和综合化方向 发展的趋势更为明显。本文主要讲述通信网的发展史、现状及未来的发展趋势，现代通信的概念和构成要素，通信网的分层结构 等。关键词：通信 发展 系统 传输 管理 方向一. 引言上个世纪60年代，出现了计算机之间的通信，70年代美国的ARPA网的成功标志着计 算机通信网的诞生，它的最大贡献是TCP/IP协议簇的开发使用。Internet是随着TCP/IP 协议、浏览器和 Web 服务器等技术的广泛应用而快速发展起来的。随着业务量的增长，对 Internet 的容量也提出了要求。对因特网提出了高速化、综合化的要求。 IP 电话、视频会 议等对实时性要求比较苛刻的业务，则对TP在QOS （质量保证）的方面提出了要求。而当 前的Internet所广泛采用的IP协议很难满足以上的要求，这就有必要对现有的IP协议进 行改造。进入20世纪后，通信技术得到了前所未有的发展，新设计，新方法不断涌现。用同轴 电缆代替双绞线，是系统容量大大增加了，而微波中继通信系统的产生使通信容量进一步扩 充，而后出现的光纤通信又引发了通信技术的革命。光纤通信以光波为载频，以光纤为传输 媒介，其应用的规模之大、范围之广、涉及学科之多是以往其他通信方式所没有的。随着社会和经济的发展，仅限于办公室、住宅等固定地点之间的通信已经不能满足人类 的需要，能够在任何地点进行通信的移动通信成为现代通信发展的一个重要部分。移动通信 最初用于上海， 10世纪70年代中后期以后，由于微电子技术的采用、大规模集成和微处理 器的广泛应用，解决了许多以前难以解决的问题，使得移动通信设备朝小型化和多功能方向发展，各种轻便移动电台应运而生，移动通信进入蓬勃发展时期。二. 通信的基本概念自从有了人类活动，就有了通信。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，进而传递信息，也就是将带有信息的信号通过某种系统由发送者传给接收 者，这种信息传递过程就是通信。因此通信的基本形式是在信源与信宿之间建立一个传输或 转移信息的通道，即信道。过去的通信由于受技术与需求的限制，仅限于话音通信，随着社会的发展，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，而是集语音、图像、视频 和数据于一体的综合信息。2.1 通信网的组成从图中我们可以看到，一个通信系统主要包括：信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和 信宿等六部分。1）信源 信源是指发出信息的基本设施。在人与人之间进行通信时，信源指的就是直接发出信息的人。2）变换器 变换器是将信源发出的信息按一定的目的进行变换的设备。通过变换器的变换，信源发 出的信息被变换成适合在信道上传输的信息。3）信道 信道是信息传输介质的总称。如前所述，不同的信源形式所对应的变换处理方式不同， 与之对应的信道形式也会不同。通常的情况下，信道的划分标准有两种方式。 其一，信道按传输介质的不同可分为无线信道和有线信道。其二，信道按传输信号形式的不同可分为模拟信道和数字信道。4）反变换器 反变换器的工作过程是变换器的逆工作过程。5）信宿 信宿是信息传输的终点，也就是信息的接收者。6）噪声源噪声源并不是人为实现的实体，但在实际通信过程中又是实际存在的。通信的基本形式是在信源和信宿之间建立 一个传输（包括信息转移）信息的通道，即传 输信道。2.2 通信系统的分类 现代通信网从各个不同的角度出发，可有各种不同的分类。常见的有：（1）按通信的业务类型进行分类：电话通信网、电报通信网、电视网、数据通信网、计算 机通信网（局域网、城域网和广域网）、多媒体通信网和综合业务数字网等。（2）按通信的传输手段进行分类：长波通信网、载波通信网、光纤通信网、无线电通信网 卫星通信网、微波接力网和散射通信网等。（3）按通信服务的区域进行分类：农话通信网、市话通信网、长话通信网和国际通信网或 局域网、城域网和广域网等。（4）按通信服务的对象进行分类：公用通信网、专用通信网等。（5）按通信传输处理信号的形式分：模拟通信网和数字通信网等。（6）按通信的活动方式分：固定通信网和移动通信网等。2.3 通信网的基本组网结构 网络的基本拓扑结构：星形、网状型、环形、树形、总线型、复合型等结构。1）网状网 多个节点或用户之间互连而成的通信网称为网状网，也叫直接互连网（完全或部分互连 网），如图所示。2）星型网星型网拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点（或终端）连接起来的辐射 式互连结构。3）复合型网复合型网是由网状网和星型网复合而成的网络。4）树形树形可以看做星形拓扑结构的拓展。在树形中，节点按层次进行连接，信息交换主要在 上、下节点之间进行。树形结构主要用于用户接入网或用户线路网中，另外，主从网同 步方式的时钟分配也采用树形结构。5）环型网如果通信网各节点被连接成闭合的环路，则称为环型网，如图2.3 （d）所示。（1）在环路中，每个节点的地位和作用是相同的，每个节点都可以获得并行使用控制权， 很容易实现分布式控制。（2）不需要进行路径选择，控制比较简单。因为在环型网中，路径只有一条，不存在为 信息规定路径的问题。（3）网中传送信息的延迟时间固定，有利于实时控制。（ 4）可采用高速数字式传输信息，不需要调制解调器，接口线路及连接结构比较简单。6）总线型网总线型网把所有的节点连接在同一总线上，是一种通路共享的结构。（1）具有良好的扩充性能。（2）可以使用多种存取控制方式，例如，载波侦听多路访问/碰撞检测方式（CarrierSense Multiple Access with Collision Detection, CSMACD）、通行标志方式 和时间片方式等。3） 不需要中央控制器，有利于分布式控制。节点的故障不会引起系统的崩溃。三. 现代通信网传输3.1 现代通信网传输技术1）多路复用技术（1）频分多路复用（FDM）FDM 的基本原理FDM是把一条公共信道上可用的传输频段分割成多个较窄的频带，并使每个窄带都变成 为一个独立信道的复用技术。（2）FDM的特点FDM的主要优点是容易实现，技术成熟，能较充分地利用信道带宽。但其缺点也是明显 的。因为，保护频带占用了一定的信道带宽，从而大大降低了 FDM的效率；信道的非线性失 真改变了它的实际频率特性，易造成串音和互调噪声干扰；所需设备随输入路数增加而增多， 不易小型化；FDM不提供差错控制技术，不便于性能监测。2）时分多路复用（TDM）（1）TDM的原理TDM是一种按规定的间隔，并在时间上相互错开，在一条公共信道上传输多路信号的复 用技术。（2）TDM的特点TDM的主要优点是：不存在保护频带，可有效地提高信息传输效率；信道占用频带窄， 容量大。其主要缺点是：通信双方时隙必须严格保持同步。3）统计时分复用（STDM）（1）问题的提出在TDM系统中，以固定分配时隙的方式对来自多个设备的数据源进行组合，然后在单一 的公用信道上传输。（2）STDM 原理与传统TDM 一样，STDM可与n条低速输入线路相连，由于每条输入线路并非一直有数 据输入，因此STDM时隙数k可小于n,这说明复用信道上数据速率可低于各个输入线路速 率之总和。3)STDM 帧格式和其他考虑STDM 使用的帧格式对系统性能有一定的影响，一般应减少用于管理的附加信息。3.2 现代通信网常用传输信道1)无线传输信道无线传输信道中信息主要是通过自由空间进行传输的，但必须通过发射机系统、发射天 线系统、接收天线系统和接收机系统，才能使携带信息的信号正常传输，从而组成条无线 传输信道。1长波信道长波信道所使用的频率是在300kHz以下，波长在1000m以上。2中波信道中波信道的频率在0.33MHz或波长在1001000m范围内。3短波信道短波信道的频段从330MHz,波长从10100m，也称为高频(High Frequency, HF) 信道。4超短波信道超短波信道的频率范围通常认为是303000MHz。更细一些划分，其中30300MHz称 为甚高频(Very High Frequency, VHF), 3003000MHz 称为特高频(Ultra High Frequency, UHF)。5微波信道3000MHz 以上的波段，通常就泛称为微波，它在现代通信网中占有重要地位。6卫星信道卫星信道是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行通7散射信道在现代通信网的微波通信方式中，还常用散射信道。散射信道利用对流层和电离层的不 均匀性或流星余迹，对于一定仰角的电磁波射束在上层空间中，有一部分电磁波能量可回到 地面而被接收到的散射现象，构成散射信道。2）有线传输信道 在有线传输信道中，电磁波是沿有形媒介传播的，而且通常是构成直接信息流通的通路， 适宜于基带传输或频带传输。1架空明线最早的有线信道是架空明线，信道由在一系列竖立的电杆上，把导线架在线杆的绝缘子 上而构成。2平衡电缆 平衡电缆（也称双绞线）中每对信号传输线间的距离比明线小，而且包扎在绝缘体内。3同轴电缆同轴电缆是容量较大的有线信道。常用的同轴电缆有两种：一种管外径为4.4mm的小同 轴；另一种外径为9.5mm的中同轴。4光纤信道光纤信道是以光为载波，以光导纤维（简称光纤）为传输介质的一种通信信道。由于光 纤信道具有一系列优异的特性，因此，光纤通信技术近年来发展速度之快、应用面之广是通 信史上罕见的。5有线信道传输处理在构成有线信道时，除了具有各种导引线外，要完成长距离的信息传输，必须包括再增 音和均衡处理。四. 现代通信网的主要特点4.1 使用方便功能强大的通信终端可为用户提供方便的使用条件。4.2 安全可靠现代通信网是社会的神经系统，已成为社会活动的主要机能之一，人们迫切希望现代通 信网传递信息安全、可靠。4.3 灵活多样在现代通信网络中，双方既可以进行文字的交流，也可以交换和共享数据信息；既可以 进行真诚的语音交流，也可以进行富有感情色彩的多媒体信息交流。五. 现代通信网的发展方向5.1 网络业务数据化100 多年来，通信网的主要业务一直是电话业务，因而通信网一般称为电话通信网。传 统的电话网设计都是以恒定对称的话务量为对象的，网络呈资本密集型，通信网容量与话务 容量高度一致，业务和网络均呈稳定低速增长。5.2 网络信道光纤化 鉴于光纤的巨大带宽、小重量、低成本和易维护等一系列优点，从 20世纪80年代中期 以来，通信网的光纤化一直是包括中国在内的世界各国通信网发展的主要趋势之一。5.3 网络容量宽带化随着数据业务量特别是IP业务量的飞速增长，主要有下面三大类应用对以电话业务量为主的传统通信网形成越来越大的压力：（1）大量低延时数据业务应用（诸如Web浏览、LAN）需要高带宽。（2）本身带宽窄，但通信量极大的业务应用（诸如电话.E-mail）也需要很高的网络带宽。（3）固有的宽带应用（诸如图像、文件备用）更需要高带宽。从核心网看，这几年SDH已成燎原之势，全世界已敷设了大约80万个独立网，其速率已高 达 10Gbit/s。从长远看，仅波分复用链路而不消除节点“电瓶颈”是无法真正实现通信网络容量宽带化的。 从接入网看，各种宽带接入技术争奇斗妍oADSL和HFC的下行速率分别可达6Mbit/s （独占） 和10Mbit/s （共享），而窄带PON （无源光网络）系统每户可获得2Mbit/s带宽，以ATM为 基础的宽带PON （APON）的下行速率和上行速率分别可达622Mbit/s和155Mbit/s。 从现代通信网处理的具体业务上来看，随着信息技术的发展，用户对宽带新业务的需求开始 迅速增加。光纤传输、计算机和高速数字信号处理器件等关键技术的进展，使宽带综合业务 数字网（B-ISDN）的实现成为可能。B-ISDN以灵活的速率为用户提供所希望的几乎所有业务，如高分辨率电视、音乐、可视电 话、电视会议、视频图像、语音、电子函件、信息检索、远程教育和商务、高速数据传输、 局域网互连等。5.4 网络接入无线化100 多年来，无论是核心网，还是接入网，通信网基本上是有线通信业务的一统天下。 只有在一些特殊的时期和特殊的地区，无线才有过短暂的辉煌。5.5 网络传输分组化具有 100 年历史的电路交换技术尽管有其不可磨灭的历史功勋和内在的高质量、严管理 优势，但其基本设计思想是以恒定对称的话务量为中心，采用了复杂的分等级时分复用方法， 语音编码和交换速率为 64kbit/s。分组化通信网具有传统电路交换通信网所无法具备的优势。所谓分组化趋势目前主要是指IP化。5.6 通信业务综合化随着社会发展，人们对通信业务种类的需求不断要求，目前的传真、电子邮件、短信、 交互式图文等增值业务在迅速发展，如果每出现一个业务都建立一个专用通信网，必然会加 大投资降低收益，而且各个网络也不能共享资源，统一管理。为了克服上述弊端，通信发展 的趋势是把各种通信业务统一合并到一个网络中进行传输、交换和处理控制，这就是通信业 务的综合化。在数据业务逐渐成为主导的情况下，以电话网为代表的电信网将融合到以INTERNET为 代表的数据网络中，IP数据网与光网络的融合、无线通信与互联网的融合也是未来通信技 术发展的趋势。电信网、计算机网和广播网之间的“三网”合一已日益成为人们关注的重点， 所以说将来的通信是网络互通融合化。六.未来通信网管理新技术及其发展近几年来，通信技术获得了迅猛的发展，通信网正向智能化、个人化、标准化发展，通 信体制正由模拟网向全数字网发展，通信业务由单一的电话网向综合业务数字网（ISDN）方 向发展。6.1 网络管理综合化现有的通信网一般是由许多独立管理的专用网和公用交换网互连组成的。它们大多采用 各自的管理协议，互不兼容，这样导致了即使是在一个通信网中也有多个不同管理功能和服 务设施与通信网管理系统的共存。对未来的网络管理来说，人工智能在现代通信网中的应用可以分成四类：（1）在网络规划和设计（包括网络配置）中用在线分析、实时交互式专家系统可支持网络 配置的动态修改和网络操作中的故障检测、故障诊断和路由选择。（2）诊断专家系统用于解释网络运行中差错信息、诊断故障，并提供处理建议。（3）有人工智能的支持，将能实现用户可剪裁的服务特性，必要时可以轻松地重构服务配 置。（4）开发环境中的人工智能可以提高网络管理软件的质量。6.2 网络管理智能化现代通信网已经发展到使网络的维护和操作相当复杂的程度。本地中心受控于远地的监 控中心，维护工作需要预先安排。网络维护对操作人员提出了更高的要求：要会使用多种设 备或网络实体；能够在隔离故障的同时协调多种资源的运作状态；拷贝大量的网络管理数据； 识别各种事件的优先级，并快速反应；与其他操作员或维护机构协作等。6.3 网络管理的标准化在选用通信网络设备时，应考虑它具有开放性，设备可以和其它设备兼容，并与其他用 户连通。结束语：经过一周多的努力，在朱节中副教授的指导下，查阅相关资料，终于完成了这篇“现代通信网发展和现状”论文。在此论文中，我展现了现代通信网的发展历程，技术改革历程、 通信网现状和存在的问题以及未来通信网的发展方向等。较课本上的内容更为全面、系统些。 同时也借此论文机会，加深了对现代通信网发展的认识，提高了认识水平。对于论文过程中 欠缺的知识，通过查阅相关资料，也作出了最大限度的补充。从论文中，不仅收获了相关知 识，同时也锻炼了自己的实际查阅、写作能力，对我的学习发展起到很大帮助。参考文献：现代通信网概论 清华大学出版社 2010 年12 月