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网络知识:通信技术的发展与换代
2006年9月13日 11:53  来源:中国机电企业网  
电信网络技术包括交换、传输和终端,传输技术分有线与无线,接入技术可分为固定接入和移动通信,从业务分有电话、数据、多媒体业务等。本文将重点介绍在交换、传输等技术上的换代。

  复用方式:空分、频分和时分及波分

  最简单的通信是点到点通信,打电话是通过一对线将话音信号传到对方,n对线供给n对人使用,这称为空分复用方式。在距离比较远的情况下,一对线路成本很高,希望同一对线路能够同时传输很多人的电话,这就是复用。频分复用就是将几路信号调制到不同的频段上,然后都在这个线路上进行传输,彼此频率不同,不会互相干扰。现在有的有线电视就是采用频分复用技术在电缆上同时传送多路的电视信号,用户收到的是所有频道的信号,需要哪一路就解调哪一路。当然这还是一种模拟的信号,用它的幅度、波形来反映信息,在传输过程中容易受到线路损耗和干扰的影响,干扰等因素使收到的信号与原来发的不一样,它的图像和声音质量会受到影响,这是模拟的缺点,因此现在需要过渡到数字电视。DVD是数字的,它比模拟的录像带质量有保证,还有数码相机,可能目前清晰度还没有普通相机那么高,但从技术上说将来会比模拟的好得多。

  数字通信

  数字化是什么呢?事实上通信并不需要把信号的整个形状传过去,仅仅把它幅度编码后再进行传输就可以了。按什么规律编码呢?比如说按一定的组合,00000000代表十进制的0,00000001代表1,00000010代表2,00000011代表3,00000100代表4,依次类推,可以用8个码编出128个组合,如果我们将信号幅度分成128份,就可以用8位码的组合来代表信号的各种幅度。只要在传输过程中干扰还没有大到把0变成1,或不会把1变成0,就能完全准确地识别信号,也就是说没有损伤。可见数字化是最好的一种抗干扰的办法。另外,人们在整个信号传输过程中不需要每时每刻都把信号的波形传过去,电话信号每隔125微秒传一次就可以了,因为人的语音的频率一般都不超过4KHz(千赫兹),125微秒对应的频率是8KHz,也就保证了一个周期至少可传两次样值,只要有这样的密度出现的样值,收端就可以还原这个信号,这个过程被称为抽样,对应的接收过程是滤波。抽样定律只规定了抽样的间隔,但对每个样值在时间上占多宽没有限制,因此其他时间可以传输别的话路,只要技术上允许,你可以传1000万路,1亿路都可以。这种复用方式称为时分复用,在光纤通信中还有波分复用。

  光纤通信

  第一代的有线传输线路是金属线,最早的是架空的铜线,后来改成电缆,然后是同轴电缆,使用频分复用方式传输模拟信号。光纤是目前容量最大的传输线路。光纤是一种非常纯的玻璃丝,一般光纤的芯径只有50微米,光纤外面有一个涂层,涂层是不透明的,光遇到涂层就产生折射,沿着光纤多次折射最终传到终点。光纤芯径较粗的叫多模光纤,由于折射光和直射光走的路途不同,在发端是同时的,到收端则表现有先有后,互相之间是干扰,这称为多径干扰。后来人们想象能否把光纤芯径缩窄,让它走直线和折线没什么区别,这种光纤称为单模光纤,这种光纤传送的频带可以很宽。1550纳米的波长是光通信上最常用的波长,它损耗最小。除了损耗外,还有一个影响性能的指标是色散。什么叫色散呢?一个光脉冲含有不同的波长,各种波长在光纤里传输的速度是不同的,蓝光走得快,红光走得慢,因而使光脉冲变宽了,一发散变宽等于干扰同一波长的信号。

  数字复用与波分复用

  现在一对常规光纤在同一波长上使用时分复用方式传10G即同时传12万个电话话路是不成问题的。进一步提高传输容量的办法是同时使用多个波长,这称为波分复用,目前商用是40~80个波长,160个波长试验已经成功。即一对光纤可同时传送2000万话路,相当于0.01秒中可传送30卷大英百科全书。这个传输能力非常之大,但这只用了光纤可利用能力的1/50到1/100。回顾光纤传送能力发展过程,光纤传输系统差不多每10年传输能力增加1000倍,整个换代节奏显著加快。

  传输网络:从点到点光传输到自动交换光网络

  容量越大传输系统的安全性更为重要,点到点的光传输系统需要配备1:1或者n:1的备用系统,在大多数情况下使用上下分插复用设备(ADM)组成的自愈环和使用数字交叉连接设备(DXC)组成的网状网成本可能更合算。在容量解决之后,运营使用的灵活性成为人们的关注点。过去的电路调整是由运营管理人员通过网络管理系统一站一站地配置完成的,人工的干预不仅容易出差错而且配置很慢,在竞争环境容易丢失客户。能否像交换机那样不需运营管理人员的干预就能完成网络配置呢?自动交换光网络(ASON)的概念就是这样产生的,它在光网络中引入控制面,并使用信令控制网元的配置,它不仅提供链路配置、故障保护恢复功能,还具有信令、选路、拓扑发现等功能。ASON不仅用于电路提供时的自动配置,还可以在故障后通过自动配置尽快使业务恢复。

  交换方式:电路交换与分组交换

  每一个用户的通信对象通常有很多人,如果说我们这个网上有六个人,彼此之间都要通信,那就要30对线,这样的连接肯定是不经济的,所以交换就应运而生。加一个交换机后用户之间就不需要彼此直接联接,只要与交换机互联就可以了。随着用户越来越多,一级交换就不够了,需要多级交换,所以交换网络就要出现了。交换机是网络业务节点,第一代交换的是模拟信号,空分交换,有步进制、旋转制和纵横制之分,实际上是控制继电器的组合,也就是找出空间不同的出线位置。第二代交换机是数字的,时分交换,通常说的程控交换机属于第二代交换机,所谓程控就是计算机程序控制,所谓时分是按时间来划分,很多路信号在一个帧中占据不同的时隙,根据用户拨的号码来选择将对应的该时隙交换到该帧的另一个时隙,或者交换到另外一个出线的某一帧的一个指定时隙。交换过程不但是空间位置的变化,还有时间的变化(时延)。它与第一代交换机的共同点都是电路交换,什么叫电路交换呢?你用线路来建立发端和收端的联系,就和打电话一样,我们讲话之前总要拨完号之后把这个连接建立,不管你讲不讲话,只要不挂机,这个连接是专为你所用的,如果没有可用的连接,用户将听到忙音。第三代交换机它仍是数字的、时分的,但用分组交换代替电路交换,它容易实现宽带化。分组交换把用户的信号打成一个一个包(分组),每个包再加上一个包头,指示目的地地址,它无需事先建立端对端的连接,每个包可以逐个节点存储转发,每个节点进行流控和纠错,它适于传送非实时业务,有利于网络资源的利用,当网络资源不足时,仅表示为在节点等待延时。分组交换就像寄信那样,包头就像写好地址的信封,用户将信寄到目的地之前,从来不需要问对方是否准备好接收,发信者只需把信放到信筒就行了,把信送到对方并不需要事先建立端对端的连接。传送过程就像邮局的分拣和投递一样,在整个邮件传递过程中经过很多环节,每个环节自然会进行分拣,不是特快专递,邮局也不派专人专门为用户送信,而是把它打成一包一包,同别的寄往同一目的地的信再编组到一起,一段一段地传过去。由于不是专门为某一用户送信,而是组合起来的,就像火车的集装箱,显得比较灵活,资源利用率高。

  连接模式:面向连接与无连接

  所谓面向连接,就是一旦收到某一用户的呼叫,通过信令专门为该用户建立擦源点到目的地的一条电路,只要用户不挂机,该电话电路永远是为该用户服务,即便该用户不讲话,该电路也不会调剂给别的用户使用。在无连接模式,每一个包是一个独立的实体,同一个用户发出的一串包,每一个包可能走不同路由,在目的地按分组的顺序重新还原。以太网和互联网是无连接模式。无连接模式由于每个包在路由的选择上各自为政,不会因为个别路由的故障而中断传送,生存性较高,实现上因为没有信令控制过程而比较简单。

  IP电话

  互联网诞生之初只用于传送数据,但只要网络传送时延不那么大,它也可以传送话音,这就是IP电话。在因特网上话音一般要压缩到16kb/s(千比特每秒)甚至是8kb/s,压缩完以后仍然是电路型信号,需要把它打包切成一块一块的,再加上因特网的协议开销作为包头,就组成IP包,IP包尽管增加了很多开销,但传输时并不需要为同一用户的一串IP包保留一个专用电路,而是多用户的多串IP包共享源与目的地间可用的任意路由。IP电话每话路压缩到8kb/s,带宽节省8倍,然后再打成包,与其他IP包共享电路资源,能传就传,不能传就等一等,资源利用率提高了很多,因此IP电话比普通电话便宜。再有一个方向问题,A讲话时B听,B讲话时A听,即任何时候总有一个方向的电路是空闲的,每一个传输方向的利用率还可再提高一倍,所以IP电话实际上对资源的利用率比普通电话高了十多倍,付出的代价是质量上差一些,延时大一些,即用性能换价格。

  为在网上提供IP电话,需要设置一个IP电话网关,把程控电话交换机送来的信号按话路从64kb/s压缩为8kb/s然后打包,即从电路型信号转为分组信号,还要将电话号码转为IP地址,然后就可以在互联网上传送,在对端进行逆操作,还原为信号再送到程控电话交换机。我们知道普通电话一拿起来就可以打,从来不要求输入密码,因为该电话是固定位置安装的,它的用户身份由电话线所决定。IP电话没有固定的概念,只要按照IP电话卡输入帐号和密码,在什么电话机上都可以打,从这个意义上讲它必须验证用户的身份。验证是合法用户后,再把用户的拨号号码转成IP地址,完成认证控制工作的设备称为网守。

  宽带交换设备

  在网络节点有两种设备可以完成IP包的转发任务,一种是分组交换机,另一种称为路由器,前者在链路层实现包的交换,后者在网络层实现包的转发。路由器比交换机简单,但也有缺点,它需要根据用户信号的包的地址全网络查路由,一跳一跳的转发,网络规模大了路由的查找费时,在路由器中包的排队时延难以控制。后来发现没必要全网查,找到最近的路由器的通道就行了,到最近的路由器的通道数量总是有限的,对到达同一个目的地地址的后续IP包,就贴上标签沿着前一个IP包所走的通道到最近的这个路由器,到这里来再查到下一个路由器的通道,用同样的方法将IP包转发到下一个路由器,摸着石头过河一步一步走过去。这种方式叫多协议标签交换(MPLS)。传统的选路是基于最短路径优先(OSPF),而MPLS不仅考虑路径长度,而且还考虑流量状况。

  采用类似IP电话网关技术把交换设备的控制部分与传送层的功能分离,用分组网完成交换机的传送功能,控制功能则以软件来实现。当用户要的频带宽一点,利用软件控制在单位时间传的包就多一点,用户要的频带窄一点,单位时间传的包就少一点,单位时间传的包的数量取决于用户信号的带宽,这样灵活性就比较大了。频带的宽窄由软件来控制,这种方式称为软交换机。

 
 [关键词]:交换 传输 终端  发表评论    【推荐】 【打印

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