通信工程師傳輸與接入交換式網(wǎng)絡(luò)

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　　1．交換式網(wǎng)絡(luò)
要實(shí)現(xiàn)一個(gè)通信網(wǎng)，最簡(jiǎn)單直觀的方案就是在任意兩個(gè)用戶之間提供點(diǎn)到點(diǎn)的連接，從而構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，如圖1.2(a)所示。該方法中每一對(duì)用戶之間都需要獨(dú)占一個(gè)一直的通信線路，通信線路使用的物理媒介可以是銅線、光纖或無(wú)線信道。然而該方法并不適用于構(gòu)建大型廣域通信網(wǎng)，其主要原因如下：
(1) 用戶數(shù)目眾多時(shí)，構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)成本太高，任意一個(gè)用戶到其他N-1個(gè)用戶都要有一個(gè)直達(dá)線路，技術(shù)上也不可行。
(2) 每一對(duì)用戶之間獨(dú)占一個(gè)一直的通信線路，信道資源無(wú)法共享，會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)。
(3) 這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以實(shí)施集中的控制和管理。
為解決上述問題，廣域通信網(wǎng)采用了交換技術(shù)，即在網(wǎng)絡(luò)中引入交換節(jié)點(diǎn)，組建交換式網(wǎng)絡(luò)，如圖1.2(b)所示。在交換式網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端都通過用戶線與交換節(jié)點(diǎn)相連，交換節(jié)點(diǎn)之間通過中繼線相連，任何兩個(gè)用戶之間的通信都要通過交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)接交換。在網(wǎng)絡(luò)中，交換節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)用戶的接入、業(yè)務(wù)量的集中、用戶通信連接的創(chuàng)建、信道資源的分配、用戶信息的轉(zhuǎn)發(fā)，以及必要的網(wǎng)絡(luò)管理與控制功能的實(shí)現(xiàn)。

“交換”概念背后的思想是：讓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶實(shí)際的需求為其分配通信所需的網(wǎng)絡(luò)資源，即用戶有通信需求時(shí)，網(wǎng)絡(luò)為其分配資源，通信結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)再回收分配給用戶的資源，讓其他用戶使用，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源共享，降低通信成本的目的。其中，網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)管理和分配的最重要資源就是通信線路上的帶寬資源，而網(wǎng)絡(luò)為此付出的代價(jià)是，需要一套復(fù)雜的控制機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)這種“按需分配”。因此從資源分配的角度來(lái)看，不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的差異，主要體現(xiàn)在分配、管理網(wǎng)絡(luò)資源策略上的差異，它們直接決定了網(wǎng)絡(luò)中交換、傳輸、控制等具體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式。一般來(lái)講，簡(jiǎn)單的控制策略，通常資源利用率不高，若要提高資源利用率，則需要以提高網(wǎng)絡(luò)控制復(fù)雜度為代價(jià)?，F(xiàn)有的各類交換技術(shù)，都根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)的需求，在資源利用率和控制復(fù)雜度之間做了某種程度的折衷。
在交換式網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端至交換節(jié)點(diǎn)可以使用有線接入方式，也可以采用無(wú)線接入方式；可以采用點(diǎn)到點(diǎn)的接入方式，也可以采用共享介質(zhì)的接入方式。傳統(tǒng)有線電話網(wǎng)中使用有線、點(diǎn)到點(diǎn)的接入方式，即每個(gè)用戶使用一條單獨(dú)的雙絞線接入交換節(jié)點(diǎn)。如果多個(gè)用戶采用共享介質(zhì)方式接入交換節(jié)點(diǎn)，則需解決多址接入的問題。目前常用的多址接入方式有：頻分多址接入(FDMA)、時(shí)分多址接入(TDMA)、碼分多址接入(CDMA)、隨機(jī)多址接入等。例如CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)中，就采用了無(wú)線、共享介質(zhì)、碼分多址接入方式；在寬帶接入網(wǎng)中，也多采用了共享介質(zhì)方式接入。
另一方面，為了提高中繼線路的利用率，降低通信成本，現(xiàn)代通信網(wǎng)采用復(fù)用技術(shù)，即將一條物理線路的全部帶寬資源分成多個(gè)邏輯信道，讓多個(gè)用戶共享一條物理線路。實(shí)際上，在廣域通信網(wǎng)上，任意用戶間的通信，通常占用的都是一個(gè)邏輯信道，極少有獨(dú)占一條物理線路的情況。
復(fù)用技術(shù)大致可分為靜態(tài)復(fù)用和動(dòng)態(tài)復(fù)用(又叫統(tǒng)計(jì)復(fù)用)兩大類。靜態(tài)復(fù)用技術(shù)包括頻分多路復(fù)用和同步時(shí)分復(fù)用兩類；動(dòng)態(tài)復(fù)用主要指動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用(統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用)技術(shù)。實(shí)際上，在多址接入時(shí)也涉及復(fù)用問題，相關(guān)的內(nèi)容將在后續(xù)的章節(jié)中詳細(xì)介紹。
交換式網(wǎng)絡(luò)主要有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 大量的用戶可以通過交換節(jié)點(diǎn)連到骨干通信網(wǎng)上，由于大多數(shù)用戶并不是全天候需要通信服務(wù)，因此骨干網(wǎng)上交換節(jié)點(diǎn)間可以用少量的中繼線路以共享的方式為大量用戶服務(wù)，這樣大大降低了骨干網(wǎng)的建設(shè)成本。
(2) 交換節(jié)點(diǎn)的引入也增加了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的方便性，便于網(wǎng)絡(luò)的控制與管理。
實(shí)際中的大型交換網(wǎng)絡(luò)都是由多級(jí)復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，為用戶建立的通信連接往往涉及多段線路、多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)。

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