通信工程师传输与接入交换式网络

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　　1．交换式网络
要实现一个通信网，最简单直观的方案就是在任意两个用户之间提供点到点的连接，从而构成一个网状网的结构，如图1.2(a)所示。该方法中每一对用户之间都需要独占一个一直的通信线路，通信线路使用的物理媒介可以是铜线、光纤或无线信道。然而该方法并不适用于构建大型广域通信网，其主要原因如下：
(1) 用户数目众多时，构建网状网成本太高，任意一个用户到其他N-1个用户都要有一个直达线路，技术上也不可行。
(2) 每一对用户之间独占一个一直的通信线路，信道资源无法共享，会造成巨大的资源浪费。
(3) 这样的网络结构难以实施集中的控制和管理。
为解决上述问题，广域通信网采用了交换技术，即在网络中引入交换节点，组建交换式网络，如图1.2(b)所示。在交换式网络中，用户终端都通过用户线与交换节点相连，交换节点之间通过中继线相连，任何两个用户之间的通信都要通过交换节点进行转接交换。在网络中，交换节点负责用户的接入、业务量的集中、用户通信连接的创建、信道资源的分配、用户信息的转发，以及必要的网络管理与控制功能的实现。

“交换”概念背后的思想是：让网络根据用户实际的需求为其分配通信所需的网络资源，即用户有通信需求时，网络为其分配资源，通信结束后，网络再回收分配给用户的资源，让其他用户使用，从而达到网络资源共享，降低通信成本的目的。其中，网络负责管理和分配的最重要资源就是通信线路上的带宽资源，而网络为此付出的代价是，需要一套复杂的控制机制来实现这种“按需分配”。因此从资源分配的角度来看，不同的网络技术之间的差异，主要体现在分配、管理网络资源策略上的差异，它们直接决定了网络中交换、传输、控制等具体技术的实现方式。一般来讲，简单的控制策略，通常资源利用率不高，若要提高资源利用率，则需要以提高网络控制复杂度为代价。现有的各类交换技术，都根据实际业务的需求，在资源利用率和控制复杂度之间做了某种程度的折衷。
在交换式网络中，用户终端至交换节点可以使用有线接入方式，也可以采用无线接入方式；可以采用点到点的接入方式，也可以采用共享介质的接入方式。传统有线电话网中使用有线、点到点的接入方式，即每个用户使用一条单独的双绞线接入交换节点。如果多个用户采用共享介质方式接入交换节点，则需解决多址接入的问题。目前常用的多址接入方式有：频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(TDMA)、码分多址接入(CDMA)、随机多址接入等。例如CDMA移动通信网中，就采用了无线、共享介质、码分多址接入方式；在宽带接入网中，也多采用了共享介质方式接入。
另一方面，为了提高中继线路的利用率，降低通信成本，现代通信网采用复用技术，即将一条物理线路的全部带宽资源分成多个逻辑信道，让多个用户共享一条物理线路。实际上，在广域通信网上，任意用户间的通信，通常占用的都是一个逻辑信道，极少有独占一条物理线路的情况。
复用技术大致可分为静态复用和动态复用(又叫统计复用)两大类。静态复用技术包括频分多路复用和同步时分复用两类；动态复用主要指动态时分复用(统计时分复用)技术。实际上，在多址接入时也涉及复用问题，相关的内容将在后续的章节中详细介绍。
交换式网络主要有如下优点：
(1) 大量的用户可以通过交换节点连到骨干通信网上，由于大多数用户并不是全天候需要通信服务，因此骨干网上交换节点间可以用少量的中继线路以共享的方式为大量用户服务，这样大大降低了骨干网的建设成本。
(2) 交换节点的引入也增加了网络扩容的方便性，便于网络的控制与管理。
实际中的大型交换网络都是由多级复合型网络构成的，为用户建立的通信连接往往涉及多段线路、多个交换节点。

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