通信網(wǎng)基礎第一章通信網(wǎng)概述無線通信與網(wǎng)絡研究室李屹博士課程意義課程意義課程意義IT是研究生物、人類和計算機等如何獲取、識別、轉(zhuǎn)換、存儲、傳遞、再生以及控制掌握各種信息的規(guī)律及其應用的科學技術。信息、生物、新材料是本世紀初產(chǎn)生革命的熱點。通信網(wǎng)的概念1946，第1次提出通信理論，第1臺計算機的出現(xiàn)；

1948，發(fā)表“通信的數(shù)學理論”，奠定“香農(nóng)信息論”的基礎

1948，維納出版“控制論”一書。

——信息技術產(chǎn)生了通信網(wǎng)的概念IT包括：微電子、計算機及軟件、通信、光電子、人工智能、信息的獲取與應用技術。微電子是細胞，通信網(wǎng)是神經(jīng)網(wǎng)絡，計算機是大腦、軟件是靈魂。

——信息與通信的關系通信網(wǎng)的概念通信網(wǎng)的概念通信網(wǎng)的概念通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展—交換交換的引入無交換的多終端間通信引入交換的多終端間通信多個交換節(jié)點組成的網(wǎng)絡交換網(wǎng)絡的歷史通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展—交換交換節(jié)點的基本功能交換節(jié)點接續(xù)類型示意圖交換方式電路交換技術面向連接：通信前建立連接，通信后拆除連接，通信期間不管是否有信息傳送，連接始終保持。電路交換的特點電路交換的優(yōu)點時延小，通信質(zhì)量有保證控制簡單電路交換的缺點呼叫建立需要時間每個連接帶寬固定（不能適應不同速率的業(yè)務）不傳信息時也占用資源（不適用于突發(fā)業(yè)務）5123486791011121314151617181920分組交換技術無連接：不需要事先建立連接就可進行通信的方式。優(yōu)點帶寬可變，靈活統(tǒng)計復用，資源利用率高一個用戶可以同時進行多個通信如發(fā)E-mail，通話，下載文件可同時進行缺點網(wǎng)絡功能復雜話音傳輸時延大，QoS難以保證分組交換技術特點通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展—復用通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展—多址接入通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展—協(xié)議與分層郵政系統(tǒng)的分層協(xié)議模型通信基本靠吼？通信對于人類社會來說是必不可少的，它是聯(lián)系人類社會各組成要素的重要手段。通信幾乎無限增長“目前一天內(nèi)全世界的電話量就超過了1984年全年全世界的電話量”通信業(yè)飛速發(fā)展通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展信息移動化通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展信息移動化：移動＋IP3GPP、3GPP2、IETF、MWIP、3G.IP等

提出全IP的無線網(wǎng)目前提出的4G、beyond3G或者未來的移動通信系統(tǒng)都是基于全IP網(wǎng)絡33通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展網(wǎng)絡融合化信令網(wǎng)PSTN話音網(wǎng)無線網(wǎng)ISP網(wǎng)目前各網(wǎng)絡分離存在綜合承載網(wǎng)絡PSTN接入無線接入ISP接入多種業(yè)務接入增值業(yè)務網(wǎng)絡控制點演進一個業(yè)務建一個網(wǎng)絡多個業(yè)務建多個網(wǎng)絡一個統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺同時提供多種業(yè)務通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展網(wǎng)絡融合化70年代80年代90年代目前基于電路交換綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)

ISDN互聯(lián)網(wǎng)基于路由器技Internet

基于ATM技術綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)

B-ISDN寬帶???下一代網(wǎng)絡NGN電信界、IT界幾十年的愿望能否實現(xiàn)？

電信的發(fā)展是先有電報后有電話，電報網(wǎng)基于數(shù)字技術而電話網(wǎng)是從模擬起步的。利用載波電報的方法在話路內(nèi)可同時傳送24路電報，獨立的公用電報網(wǎng)就失去了存在的必要性，這可以說是后者綜合了前者業(yè)務從而取代了前者。電話網(wǎng)實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)業(yè)務的綜合，傳真作為一種數(shù)據(jù)業(yè)務在電話網(wǎng)中得到很好的應用。就20世紀70年代可利用的業(yè)務而言，電話網(wǎng)稱得上是多業(yè)務的綜合網(wǎng)。通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展電話網(wǎng)——最早的綜合網(wǎng)

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展超過了話帶可能支持的能力，專用數(shù)據(jù)網(wǎng)應運而生，但仍希望電話網(wǎng)能擴展，繼續(xù)支持數(shù)據(jù)業(yè)務。

只要解決接入數(shù)字化，就可把數(shù)字化的工作在終端內(nèi)完成，從而省去了交換機入口的模數(shù)轉(zhuǎn)換，更重要的是接入能力不再受限于模擬話路300～3400Hz帶寬，打開了接入“瓶頸”，這是綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）提出的動機。

端到端數(shù)字化的方向無疑是正確的，但可惜當時未預見到光纖將會很快用到接入網(wǎng)，而且對金屬用戶線能力的理解拘泥于4km長度下求最優(yōu)的問題（金屬用戶線的傳輸能力是與長度成反比的）

因此ISDN既未達到綜合所有業(yè)務的目的，也未動搖傳統(tǒng)電話網(wǎng)的地位，其進程推廣緩慢，為Internet（因特網(wǎng)）的發(fā)展留下了充足的時間。ISDN還未來得及輝煌，就讓出了歷史舞臺。ISDN——好景不長的綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展

90年代初，ITU希望新設計的B-ISDN能夠兼蓄電路交換與分組交換之所長，成為未來的目標網(wǎng)。采用定長的分組——信元，定位于同時支持電話、數(shù)據(jù)、視像和多媒體業(yè)務。兼顧實時和非實時業(yè)務的方式使得它雖能同時支持電話與數(shù)據(jù)，但又都不是最佳的。復雜的流控管理和信令協(xié)議使得ATM交換機在得到好的性能的同時付出成本的代價，尤其是ATM終端成本居高不下，IP（因特網(wǎng)協(xié)議）的成功使B-ISDN信元到桌面的初衷落空。

B-ISDN就其目標而言已經(jīng)失敗，不是說它不能支持綜合業(yè)務，而是說對各單一業(yè)務而言，B-ISDN未顯出有勝于已有的單一業(yè)務網(wǎng)的優(yōu)勢，其QoS長項也因其成本而打折。

ISDN和B-ISDN的提出不能說沒有考慮市場需求，但包打天下的理想主義色彩太濃B-ISDN——半路夭折的寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展38Internet的成功看似無心插柳，但其支持非實時數(shù)據(jù)業(yè)務的定位使其選擇了相適應的技術---TCP/IP。它對承載層性能的低要求使它對現(xiàn)有的各種傳送系統(tǒng)的適應性很強，它的“盡力而為”的運行機制使網(wǎng)絡資源得到充分利用，它有別于傳統(tǒng)電信的收費模式既刺激了用戶又可簡化計費要求。

IP起步時定位單一，標準不成熟，經(jīng)過不斷改進，步步為營，終于取得實地，就現(xiàn)在看IP并非理想的技術，但它無處不在已既成事實。這使IP不僅穩(wěn)座在支持數(shù)據(jù)業(yè)務的首選協(xié)議之位，而且VoIP的實踐加快了IP向其他業(yè)務擴展的步伐。Internet的成功經(jīng)驗通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展39通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展移動通信的換代通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展WPAN/WLAN/WMAN

通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展42NGN與NGI通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展43物聯(lián)網(wǎng)(ThingsofInternet)理念：人-人、人-物、物-物關鍵技術：IPv6、云計算、M2M、RFID、傳感器、異構…應用：智能電網(wǎng)、遠程醫(yī)療、智能交通、環(huán)境監(jiān)測…通信網(wǎng)絡的歷史和發(fā)展通信網(wǎng)的類型

通信網(wǎng)絡的理論及技術理論基礎主要業(yè)務網(wǎng)基本技術要素網(wǎng)絡設計要素理論基礎

網(wǎng)絡拓撲學網(wǎng)絡的連通性，最短樹，最大流等靜態(tài)理論一般不考慮網(wǎng)絡實際流量的隨機特性基礎理論為圖論

網(wǎng)絡控制理論控制論、正反饋、負反饋、動態(tài)控制、動態(tài)路由

網(wǎng)絡優(yōu)化理論網(wǎng)絡資源分配與流量控制基礎理論為最優(yōu)化理論，包括線性/非線性規(guī)劃等網(wǎng)絡性能分析理論主要討論網(wǎng)絡的阻塞率、時延、通過率等用戶的QoS

主要考慮業(yè)務的隨機性對網(wǎng)絡性能的影響基礎理論為應用概率論、隨機過程、運籌學及排隊論

主要業(yè)務網(wǎng)

主要業(yè)務網(wǎng)基本技術要素

基本技術要素

基本技術要素

基本技術要素

網(wǎng)絡設計要素

網(wǎng)絡設計要素

網(wǎng)絡設計要素

網(wǎng)絡設計要素

網(wǎng)絡設計要素

課程主要內(nèi)容課程定位理論分析的重要性分析手段課程章節(jié)課程參考教材考評方式課程定位課程定位“一種科學只有在成功地運用數(shù)學時，才算達到了真正完善的地步。”

——馬克思

“在任何特定的理論中，只有其中包含數(shù)學的部分才是真正的科學。”

——康德名人名言先修課程先修課程理論分析的重要性

網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構好的拓撲結(jié)構有利于負載均衡。

網(wǎng)絡的路由機制和流量控制(信令)網(wǎng)絡越來越復雜，網(wǎng)管信令開銷的影響不可忽視。

網(wǎng)絡可提供的資源(帶寬、緩存、功率等)網(wǎng)絡資源（帶寬/緩沖器）是有限的、共享的。業(yè)務量網(wǎng)絡的設計（平均）容量永遠大于（平均）需求，如果業(yè)務需求是確定性的，網(wǎng)絡不會發(fā)生擁塞。業(yè)務模式業(yè)務需求的隨機性、特別是突發(fā)性會造成網(wǎng)絡資源的浪費。理論分析的重要性引入概率模型的需要引入圖論的需