第1章 通信网概述

通信网基础第一章通信网概述无线通信与网络研究室李屹博士课程意义课程意义课程意义IT是研究生物、人类和计算机等如何获取、识别、转换、存储、传递、再生以及控制掌握各种信息的规律及其应用的科学技术。信息、生物、新材料是本世纪初产生革命的热点。通信网的概念1946，第1次提出通信理论，第1台计算机的出现；

1948，发表“通信的数学理论”，奠定“香农信息论”的基础

1948，维纳出版“控制论”一书。

——信息技术产生了通信网的概念IT包括：微电子、计算机及软件、通信、光电子、人工智能、信息的获取与应用技术。微电子是细胞，通信网是神经网络，计算机是大脑、软件是灵魂。

——信息与通信的关系通信网的概念通信网的概念通信网的概念通信网络的历史和发展通信网络的历史和发展通信网络的历史和发展—交换交换的引入无交换的多终端间通信引入交换的多终端间通信多个交换节点组成的网络交换网络的历史通信网络的历史和发展—交换交换节点的基本功能交换节点接续类型示意图交换方式电路交换技术面向连接：通信前建立连接，通信后拆除连接，通信期间不管是否有信息传送，连接始终保持。电路交换的特点电路交换的优点时延小，通信质量有保证控制简单电路交换的缺点呼叫建立需要时间每个连接带宽固定（不能适应不同速率的业务）不传信息时也占用资源（不适用于突发业务）5123486791011121314151617181920分组交换技术无连接：不需要事先建立连接就可进行通信的方式。优点带宽可变，灵活统计复用，资源利用率高一个用户可以同时进行多个通信如发E-mail，通话，下载文件可同时进行缺点网络功能复杂话音传输时延大，QoS难以保证分组交换技术特点通信网络的历史和发展—复用通信网络的历史和发展—多址接入通信网络的历史和发展—协议与分层邮政系统的分层协议模型通信基本靠吼？通信对于人类社会来说是必不可少的，它是联系人类社会各组成要素的重要手段。通信几乎无限增长“目前一天内全世界的电话量就超过了1984年全年全世界的电话量”通信业飞速发展通信网络的历史和发展信息移动化通信网络的历史和发展信息移动化：移动＋IP3GPP、3GPP2、IETF、MWIP、3G.IP等

提出全IP的无线网目前提出的4G、beyond3G或者未来的移动通信系统都是基于全IP网络33通信网络的历史和发展网络融合化信令网PSTN话音网无线网ISP网目前各网络分离存在综合承载网络PSTN接入无线接入ISP接入多种业务接入增值业务网络控制点演进一个业务建一个网络多个业务建多个网络一个统一网络平台同时提供多种业务通信网络的历史和发展网络融合化70年代80年代90年代目前基于电路交换综合业务数字网

ISDN互联网基于路由器技Internet

基于ATM技术综合业务数字网

B-ISDN宽带???下一代网络NGN电信界、IT界几十年的愿望能否实现？

电信的发展是先有电报后有电话，电报网基于数字技术而电话网是从模拟起步的。利用载波电报的方法在话路内可同时传送24路电报，独立的公用电报网就失去了存在的必要性，这可以说是后者综合了前者业务从而取代了前者。电话网实现了对数据业务的综合，传真作为一种数据业务在电话网中得到很好的应用。就20世纪70年代可利用的业务而言，电话网称得上是多业务的综合网。通信网络的历史和发展电话网——最早的综合网

随着数据业务的发展超过了话带可能支持的能力，专用数据网应运而生，但仍希望电话网能扩展，继续支持数据业务。

只要解决接入数字化，就可把数字化的工作在终端内完成，从而省去了交换机入口的模数转换，更重要的是接入能力不再受限于模拟话路300～3400Hz带宽，打开了接入“瓶颈”，这是综合业务数字网（ISDN）提出的动机。

端到端数字化的方向无疑是正确的，但可惜当时未预见到光纤将会很快用到接入网，而且对金属用户线能力的理解拘泥于4km长度下求最优的问题（金属用户线的传输能力是与长度成反比的）

因此ISDN既未达到综合所有业务的目的，也未动摇传统电话网的地位，其进程推广缓慢，为Internet（因特网）的发展留下了充足的时间。ISDN还未来得及辉煌，就让出了历史舞台。ISDN——好景不长的综合业务数字网通信网络的历史和发展

90年代初，ITU希望新设计的B-ISDN能够兼蓄电路交换与分组交换之所长，成为未来的目标网。采用定长的分组——信元，定位于同时支持电话、数据、视像和多媒体业务。兼顾实时和非实时业务的方式使得它虽能同时支持电话与数据，但又都不是最佳的。复杂的流控管理和信令协议使得ATM交换机在得到好的性能的同时付出成本的代价，尤其是ATM终端成本居高不下，IP（因特网协议）的成功使B-ISDN信元到桌面的初衷落空。

B-ISDN就其目标而言已经失败，不是说它不能支持综合业务，而是说对各单一业务而言，B-ISDN未显出有胜于已有的单一业务网的优势，其QoS长项也因其成本而打折。

ISDN和B-ISDN的提出不能说没有考虑市场需求，但包打天下的理想主义色彩太浓B-ISDN——半路夭折的宽带综合业务数字网通信网络的历史和发展38Internet的成功看似无心插柳，但其支持非实时数据业务的定位使其选择了相适应的技术---TCP/IP。它对承载层性能的低要求使它对现有的各种传送系统的适应性很强，它的“尽力而为”的运行机制使网络资源得到充分利用，它有别于传统电信的收费模式既刺激了用户又可简化计费要求。

IP起步时定位单一，标准不成熟，经过不断改进，步步为营，终于取得实地，就现在看IP并非理想的技术，但它无处不在已既成事实。这使IP不仅稳座在支持数据业务的首选协议之位，而且VoIP的实践加快了IP向其他业务扩展的步伐。Internet的成功经验通信网络的历史和发展39通信网络的历史和发展移动通信的换代通信网络的历史和发展WPAN/WLAN/WMAN

通信网络的历史和发展42NGN与NGI通信网络的历史和发展43物联网(ThingsofInternet)理念：人-人、人-物、物-物关键技术：IPv6、云计算、M2M、RFID、传感器、异构…应用：智能电网、远程医疗、智能交通、环境监测…通信网络的历史和发展通信网的类型

通信网络的理论及技术理论基础主要业务网基本技术要素网络设计要素理论基础

网络拓扑学网络的连通性，最短树，最大流等静态理论一般不考虑网络实际流量的随机特性基础理论为图论

网络控制理论控制论、正反馈、负反馈、动态控制、动态路由

网络优化理论网络资源分配与流量控制基础理论为最优化理论，包括线性/非线性规划等网络性能分析理论主要讨论网络的阻塞率、时延、通过率等用户的QoS

主要考虑业务的随机性对网络性能的影响基础理论为应用概率论、随机过程、运筹学及排队论

主要业务网

主要业务网基本技术要素

基本技术要素

基本技术要素

基本技术要素

网络设计要素

网络设计要素

网络设计要素

网络设计要素

网络设计要素

课程主要内容课程定位理论分析的重要性分析手段课程章节课程参考教材考评方式课程定位课程定位“一种科学只有在成功地运用数学时，才算达到了真正完善的地步。”

——马克思

“在任何特定的理论中，只有其中包含数学的部分才是真正的科学。”

——康德名人名言先修课程先修课程理论分析的重要性

网络的拓扑结构好的拓扑结构有利于负载均衡。

网络的路由机制和流量控制(信令)网络越来越复杂，网管信令开销的影响不可忽视。

网络可提供的资源(带宽、缓存、功率等)网络资源（带宽/缓冲器）是有限的、共享的。业务量网络的设计（平均）容量永远大于（平均）需求，如果业务需求是确定性的，网络不会发生拥塞。业务模式业务需求的随机性、特别是突发性会造成网络资源的浪费。理论分析的重要性引入概率模型的需要引入图论的需