电信系统

王朝百科·作者佚名 2012-06-04

概述电信系统是由硬件和软件组成，主要包括终端设备、传输设备和交换设备。电信系统是各种协调工作的电信装备集合的整体。最简单的电信系统是只在两个用户之间建立的专线系统；而较复杂的系统则是由多级交换的电信网提供信道，在一次呼叫中所构成的系统。不管简单还是复杂的系统，都可以用统一的模型表示。[1]

系统组成模型图一电信系统组成模型图

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对于一个实际的通信系统来说，除有发信终端（信源）、传输信道和收信终端（信宿）外，还需要交换设备来提供多点之间的通信连接。各种电信系统其具体设备的构造和功能各不相同，可以抽象和概括为统一的模型表示，具体结构组成如图1 所示。

图1 中交换设备的功能是：交换设备在用户群内每对用户终端间，按需提供传输信道构成临时通信连接；并可控制信号流向及流量的集散，从而达到共用电信设施和提高设备利用率的目的。[1]

硬件设备系统组成的各部件可归结为三类，即电信系统的三大硬件设备―—终端设备、传输设备和交换设备。终端设备终端设备一般装在用户处，提供由用户实现接入协议所必需的功能的设备（电信端点）。它的作用是将话音、文字、数据和图像信息转变为电信号、电磁信号或光信号发出去，并将接收到的电信号、电磁信号或光信号复原为原来的话音、文字、数据或图像。典型的终端设备有电话机、电报机、移动电话机、微型计算机，数据终端机、传真机、电视机等等。有的终端本身也可以是一个局部的或小型的电信系统，但它们对于公用通信网来说是作为终端设备接入的，如局域网、办公自动化系统、计算机系统等。[1]传输设备传输设备是将电信号、电磁信号或光信号从一个地点传送到另一个地点的设备，它构成电信系统的传输链路（信道），包括无线传输设备和有线传输设备。无线传输设备有短波、超短波、微波收发信机和传输系统以及卫星通信系统（包括卫星和地球站设备）等；有线传输设备有架空明线、同轴电缆、海底电缆、光缆等传输系统。装在上述系统中的各种调制解调设备、脉冲编码调制设备、终端和中继附属设备、监控设备等，也属于传输设备。[1]交换设备交换设备是实现一个呼叫终端（用户）和它所要求的另一个或多个终端（用户）之间的接续或非连接传输选路的设备和系统，是构成通信网中节点的主要设备。交换设备根据主叫用户终端所发出的选择信号来选择被叫终端，使这两个或多个终端间建立连接，然后，经过交换设备连通的路由传递信号。

交换设备包括电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电话交换机、分组交换机、 ATM 交换机、宽带交换机等。以终端设备、交换设备为点，以传输设备为线，点、线相连就构成了一个通信网，即电信系统的硬件设备。但是只有这些硬件设备还不能很好的完成信息的传递和交换，还需有系统的软件，即一整套的网路技术，才能使由设备所组成的静态网变成一个协调一致、运转良好的动态体系。网路技术包括网的拓扑结构、网内信令、协议和接口以及网的技术体制、标准等等，是业务网实现电信服务和运行支撑的重要组成部分。[1]

网络拓扑结构电信网的拓扑结构，主要是星型网、网状网、复合网和蜂窝网。同时介绍计算机通信网的一些基本知识。对以实现通信为目的的通信网而言，不管实现何种业务，还是服务何种范围，电信通信网的基本网路结构形式都是一致的。所谓拓扑即网络的形状，网络节点和传输线路的几何排列，反映电信设备物理上的连接性，拓扑结构直接决定网络的效能、可靠性和经济性。电信网拓扑结构是描述交换中心间、交换中心与终端间邻接关系的连通图。网络的拓扑结构主要有网状网、星型网、复合网、环型网、直线网、栅格网、蜂窝网等形式，由于环型网、直线网等结构主要用于数据通信。[1]网状网网状网又称为点点相连制，网中任何两个节点之间都有直达链路相连接，在通信建立的过程中，不需任何形式的转接。如图 2 所示。采用这种形式建网时，如果通信网中的节点数为 N ，则连接网络的链路数 H 可由下面公式计算：

H = N（N-1）/2

图二网状网

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这种拓扑结构的优点：

① 点点相连，每个通信节点间都有直达电路，信息传递快；

② 灵活性大，可靠性高，其中任何一条电路发生故障时，均可以通过其他电路保证通信畅通；

③通信节点不需要汇接交换功能，交换费用低。

这种拓扑结构的缺点：①线路多，总长度长，基本建设和维护费用都很大；②在通信量不大的情况下，电路利用率低。

综合以上优缺点可以看出：网状网适用于通信节点数较少而相互间通信量较大的情况。[1]星型网图三星型网

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星型网又称为辐射制，在地区中心设置一个中心通信点，地区内的其他通信点都与中心通信点有直达电路，而其他通信点之间的通信都经中心通信点转接。如图 3 所示。

采用这种形式建网时，如果通信网中的节点数为 N，则连接网络的链路数 H可由下面公式计算：

H = N 一 l

拓扑结构的优点：①网络结构简单、电路少、总长度短，基本建设和维护费用少；②中心通信点增加了汇接交换功能，集中了业务量，提高了电路利用率；③只经一次转接。

拓扑结构的缺点：①可靠性低，若中心通信点发生故障，整个通信系统瘫痪；②通信量集中到一个通信点，负荷重时影响传输速度。通信量大时，③相邻两点的通信也需经中心点转接，电路距离增加。交换成本增加：综合以上优缺点可以看出：这种网络结构适用于通信点比较分散，距离远，相互之间通信量不大，且大部分通信是中心通信点和其他通信点之间的往来情况。[1]复合网图四复合网

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复合网又称为辐射汇接网，是以星型网为基础，在通信量较大的地区间构成网状网。复合网吸取了网状网和星型网二者的优点，比较经济合理，且有一定的可靠性，是通信网的基本结构形式。如图4所示。[1]蜂窝网图五蜂窝网

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蜂窝网是移动通信网的网络拓扑结构形式，形状为正六边形，连在一起，像蜂窝形状，如图 5 所示。[1]

电信管理网电信管理网的产生电信网从产生以来就是面向公众提供服务业务的，结合电信业务的特点，为了保证业务质量，电信网的管理一直是非常重要的。随着网络技术的发展，电信网的设备越来越多样化和复杂化，规模上也越来越大。这些因素决定了现代电信网络的管理必须是有效的、可靠的、安全的和经济的。为此，国际电信联盟电信标准化部门（ITU一T）提出具有标准协议、接口和体系结构的管理网络——电信管理网（Telecommunication Management Network ， TMN），作为管理现代电信网的特点。从 20 世纪 80 年代起，ITU一T 就开始进行网管系统互操作的研究。在研究过程中，人们发现网管系统的互操作不仅是网管系统建设中的一个问题，在网管系统的建设中还有其他一些问题也迫切需要解决。如网管系统的可持续建设、网管系统的质量、网管系统的容量、网管系统的系统结构、网管系统的演变、网管系统的使用方式等。除此之外，人们还进一步发现，这些问题中的每一个问题，都不是孤立存在的，都和其他问题有各种各样的关系，对其中每一个问题的研究不能和其他问题割裂开来，必须将其放在网管系统的大环境中进行综合研究，才有可能得到一个较好的解决方法。基于上述的考虑，人们将网管系统建设中的主要问题，放在通信网的大环境中进行统一考虑，希望能得到一个全面解决各问题的方案，TMN 就是这样一个解决有关网管系统建设问题的方案。[1]电信管理网的作用及其与电信网的关系TMN 为电信网和业务提供管理功能并能提供与电信网和业务进行通信的能力。TMN 的基本思想是提供一个有组织的体系结构，实现各种运营系统以及电信设备之间的互连，利用标准接口所支持的体系结构交换管理信息，从而为管理部门和厂商在开发设备以及设计管理电信网络和业务的基础结构时提供参考。 TMN 的目标是在电信网的管理方面支持主管部门，提供一大批电信网的管理功能，并提供它本身与电信网之间的通信。TMN 的结构组成以及它与被管理的电信网之间的关系如图 6 所示，图中虚线框内就是电信管理网，它由一个数据通信网、电信网设备一部分、电信网操作系统和网络管理工作站组成。TMN 与它所管理的电信网是紧密藕合的，但它在概念上又是一个分离的网络，它在若干点与电信网连接，另外TMN有可能利用电信网的一部分来实现它的通信能力。[1]图六 TMN 与电信网的关系

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在上述结构图，各组成部分的功能如下。TMN 中的电信网设备部分是电信网状态数据的收集和网管指令的执行设施，比如交换机的网管接口（可接本地管理终端，也可作为 TMN 接口）、传输设备的监控设施等。它们负责从电信网的设备中收集相应设备的网管信息或执行网管中心的指令，对交换系统或传输设备的状态和参数进行控制，有的是电信网设备的一部分，有的是在电信网设备外附加的。操作系统可以有一至多个，每个操作系统通常都是一组计算机，负责处理电信网的网管数据，发送对电信网设备的控制指令。这是电信网及其 TMN 的“大脑”或“指挥中心”。电信网的操作人员则通过操作系统对电信网进行管理和控制，所以操作系统一般都具有良好的人机接口，包括网络信息的显示输出、控制指令和参数的输入。

数据通信网则负责在运营系统之间、运营系统与电信网之间传递信息，是一个可靠的专用数据网，并且具有多层次的体系结构。

网络管理工作站则可以认为是网络操作系统的本地或远程操作终端。电信网的操作人员只要在这些工作站上操作就能实现对电信网的管理。网管操作终端通过 TMN 与各个运营系统相连。[1]电信管理网（TMN）的管理业务电信管理网的主要功能是：根据各局间的业务流向、流量统计数据有效地组织网路流量分配；根据网路状态，经过分析判断进行调度电路、组织迂回和流量控制等，以避免网路过负荷和阻塞扩散；在出现故障时根据告警信号和异常数据采取封闭、启动、倒换和更换故障部件等，尽可能使通信及相关设备恢复和保持良好运行状态。随着网路不断地扩大和设备更新，维护管理的软硬件系统将进一步加强、完善和集中，从而使维护管理更加机动、灵活、适时、有效。[1]ITU一T 给出了可以利用 TMN 进行管理的各种通信网的 11 种业务，具体有：

（ l ）用户管理；（ 2 ）网络指配管理；（ 3 ）人力资源管理；（ 4 ）资费和服务管理；（ 5 ）服务质量和网络性能管理；（ 6 ）业务测量及分析管理；（ 7 ）业务量管理；（ 8 ）路由管理；（ 9 ）维护管理；（ 10 ）安全管理；（ 11 ）物资管理。

其中物资管理是对通信网中各种设备（交换设备、传输设备等）的备件进行管理。使用这 11 种管理业务可以对13 种通信网进行管理，这 13 种网络是：（ l ）电话交换网；（ 2 ）移动通信网；（ 3 ）数据通信网；（ 4 ）智能网；（ 5 ）窄带综合业务数字网；（ 6 ）宽带综合业务数字网；（ 7 ）用户接入网；（ 8 ）信令网；（ 9 ）传输网；（ 10 ）专用并可重新配置电路网；（ 11 ）电信管理网；（ 12 ）电信基础设施和支撑系统；（ 13 ）未来公用陆地移动通信网。[1]电信管理网（TMN）的网络管理功能TMN 是用来支持电信管理网的，TMN 的应用功能也就是 TMN 支持的网络管理功能，包括电信网的运营、管理维护和补给四大类，这四大类管理功能在不同的管理机构中有不尽相同的含义，也并不要求这些功能包含所有的网络管理功能。 TMN 支持的网络管理功能，根据其管理的目的可以分成性能管理、故障管理（或维护管理）、配置管理、记账管理和安全管理五个功能域。[1]

（1）性能管理

①性能管理的目的

典型的网络性能管理可以分成两大部分：性能监测和网络控制，性能监测指网络工作状态信息的收集和整理；而网络控制则指为改善网络设备的性能而采取的动作和措施。性能管理监测的目的是：在发现故障后进行搜索监测，在用户发现故障并报告后，去查找故障的发生位置；全局监测，及早发现故障苗头，在影响服务之前就及时将其排除；对过去的性能数据进行分析以获得资源利用情况及其发展趋势。

性能管理的一系列活动用来持续地评测网络运营中的主要性能指标，以验证网络服务是否达到了规定的水平，指出已经发生或潜在发生的瓶颈，形成并报告网络性能的变化趋势，为管理机构的决策提供依据。为此网络性能管理功能需要维护性能数据库、网络模型，要与性能管理功能域保持连接，提供自动化的性能管理处理过程。[1]

②性能管理的功能

性能管理包括一系列管理功能，以网络性能为准则收集、分析和调整管理对象的状态。其日的是保证网络可以提供可靠的连续的通信能力，并使用最少的网络资源和具有最小的时延。网络性能管理的功能应包括：（a）从管理对象中收集与性能有关的数据；（b）管理对象的性能设计，与性能有关的历史数据的产生、记录和维护；（c）分析当前统计数据，以验测性能故障、产生性能告警、报告性能事件；将当前统计数据的分析结果与历史模型进行比较，以预测性能的长期变化趋势；（d）形成并改进性能评估准则和性能门限，开发以性能管理为目标的改变操作模式和网络管理对象配置的控制命令序列；（e）管理对象和管理对象群的控制，以保证网络的性能为目标。

根据这些功能要求，还可进一步细化，它们是性能事件的监测、网络或管理对象的性能分析、性能的调节和性能控制。[1]

（2）故障管理

当某个系统或部件不能达到规定的工作性能指标时，网络的故障管理就要开始起作用，处理资源中发生或发现的故障现象。比如当发现差错率过高（重发次数过多）时，故障报告算法要比较实际重发次数和设定的门限，以判断故障是否存在。故障管理是用来动态的维持网络服务水平的一系列活动，这些活动保证了网络有高度的可用性，这些活动及时发现网络中发生的故障和找出网络故障的原因，必要时启动控制功能以排除故障，控制活动包括测试诊断活动、故障修复或恢复活动和启用备用设备等。故障管理是网络管理功能中与监测设备故障、故障设备的诊断、故障设备的恢复或故障排除等措施有关的网络管理功能，其目的是保证网络能够提供连接可靠的服务。故障管理功能可以分解成以下五个模块：（a）检测管理对象的差错现象或接收管理对象的差错条件通报；（b）当存在空余设备或迁回路由时，提供新的网络资源用于服务；（c）创建和维护差错日志库，并对差错日志进行分析；（d）进行诊断测试，以追踪和确定故障位置和故障性质；（e）通过资源的更新或维护或其他恢复措施，使其重新开始服务。[1]

（3）配置管理

所谓网络的配置管理就是指网络中应有或实有多少设备，每个设备的功能及其连接关系和工作参数等等，它反映网络的状态。通信网及其环境是经常变化的，比如最简单的和最明显的就是用户对网络服务的需求可能经常发生变化。通信系统本身也要随着设备的维修、网络规模的扩大、旧设备的淘汰等原因而经常调整网络的配置。需要调整网络配置的原因有：（a）为用户提供满意的服务，网络必须根据用户需求的变化调整网络的配置（如扩大规模）；（b）随着时间的流逝，网络技术、传输技术的演变，需要用新设备、新设施和新资源来替换陈旧过时的设备和设施；（c）网络管理部门可能需要在网络中添加资源。增设新的设备和设施，以增加网络的服务能力；（d）网络管理系统在检测到某个设备或设施发生故障后的故障排除活动，将会影响部分网络部件；（e）交换机与中继线路的关系经常要根据业务量分布作调整；（f）分组交换数据网中某个站点的故障造成网络上减少了一个节点，其他各个节点的路由关系就需改变；（g）传输链路中断，造成网络连接关系变化。

以上对网络配置的改变可能是临时的、短暂的，但系统配置的改变也可能是永久的。配置管理就是用来识别、定义、初始化、控制和监测通信网中的管理对象（通信网中的设备、设施、工作参数等）的功能集合，包括为通信网用户初始化、提供和回收通信资源。以上这些工作都需要配置管理功能的支持。配置管理与其他四个功能都有关系，配置管理是网络中对管理对象的变化进行动态管理的核心。其他四个功能域需要改变管理对象的状态、属性时，是通过配置管理功能实现的。但也有例外，比如涉及到优先级等安全问题时，管理工作一般由安全管理功能域的设施直接进行。[1]

（4）记账管理

记账管理的功能是：提供对网络中资源占有情况的记录，测量网络中各种服务的使用情况和决定它们的使用费用，完成资源使用费的核算等等。它包括账单管理、资费管理、收费与资金管理、财务审计管理。[1]

（5）安全管理

安全管理是保证现有运行网络安全的一系列功能，对无权操作的人员进行限制，保证只有经授权的操作人员才允许存取数据。安全管理包括只个方面的含义：（a）首先是保证管理事务处理的安全，这些功能涉及所有 TMN 的管理逻辑分层；（b）要保证 TMN 本身与电信网的安全，对非法使用网络资源的事件进行管理；（c）安全的组织管理，即对安全信息的管理，这些安全信息是保证 TMN 和电信网的安全所必需的。[1]

计算机通信网随着通信和计算机技术的发展，计算机网络技术和通信相结合，产生了计算机通信网，作为通信网上的一种具体应用，已得到了大力的发展。计算机通信网的产生随着计算机的问世，收发器可以将数据经电话线路发送到远地的计算机中。此后，用户可在远地的电传打字机上键入自己的程序，计算机算出的结果又可以从计算机传送到远地的电传打字机上扫印出来，这标志着计算机与通信的结合。最初计算机和远程终端连接时，是一个联机系统，并须在计算机中增加线路控制器，计算机和终端还要通过调制解调器才能与电话线路相连，完成模拟和数字信号的变换。后来，出现了多重线路控制器，可以和多个远程终端与计算机通过电话线路相连接，这种联机系统就是第一代计算机网络。后来，用前端处理机分下完成全部的通信业务，而让计算机专门进行数据处理，提高了主机（计算机）的效率。为了节省通信线路，降低通信费用，可在远程终端较密集的地方加一个集中器。[1]计算机通信网的组成随着数据通信网络的发展，计算机通信网逐步发展到以网络为中心。典型的计算机通信网从逻辑功能上分为用户子网和通信子网两级结构，如图7 所示。图七两级 r 网结构

[7]

用户子网是指所有端节点（包括它们所有的设备）以及连接这些节点的链路的集合体，具体设备有主机、终端控制器和终端等；通信子网是指所有转接节点以及连接这些节点的链路集合体。具体设备有节点处理机、传输链路和通信软件等。[1]

（1）结构组成

计算机通信网是指多台计算机，包括主机系统、通信处理机或者利用计算机实现的其他智能设备互连构成的通信网络。[1]

（2）各部件功能

①主机

计算机网络中的主机是指担负数据处理的计算机系统，可以是单机，也可以是多机系统。主机应具有完成成批实时和交互式分时处理的硬件和操作系统，同时，还应具有通道部件及相关的接口。在分布式网络中要考虑程序的兼容性和可移植性问题，要具有虚拟存储系统及数据库管理功能。[1]

②集中器／终端控制器

集中器／终端控制器的作用是把若干终端经本地线路（一般为低速线路）集中起来到一两条高速线路，以提高通信速率和降低通信费用。集中器／终端控制器大多由小型机或微型机担任，它具有差错控制、代码转换、报文缓冲、电路转接及轮询等功能，实质上可以说它是接在终端侧的通信处理机。如果一个网络节点只是把若十个低速线路集中，实现高速线路的多路复用，则叫多路复用器。[1]

③终端

它是网络中不直接附属主机的设备，直接面对客户。终端的数量及种类较多，除一般具有键盘和显示功能的终端外，还有智能终端、虚拟终端等。[1]

④通信处理机

为了减轻主机的负担，常常在主机与网络之间设置一部小型机，专门处理网络的通信，用来实现差错控制、代码转换、报文分组或重装、路径选择等功能，这种处理机也叫做前端处理机。它的作用是使主机用户在远地进行数据通信时传输信息时透明的。另外，在通信子网中为了进行报文中转交换，设有分组交换处理机。[1]

⑤通信线路

大多数通信线路是电缆、光缆等有线通信线路以及微波、卫星等无线通信线路。信号的形式有模拟或数字两种。[1]

⑥节点处理机

节点处理机是指在网络节点上的接口信息处理机，它具有双重作用。其一，提供通信子网和用户子网的接口，诸如信息的接收和发送以及信息传输状态的监测等功能。其二，对其他节点来说提供存储转发的中转作用，即信息的路由选择，它也和网络的其余节点在一起共同完成避免信息拥挤及有效利用网络资源的作用。[1]

⑦通信软件

提供对链路和节点的存储器的管理，与硬件配合提供与处理机、终端、终端集中器或其他设备进行信息交换的接口功能。[1]

⑧其他