一级建造师《通信与广电》课程辅导-精讲讲义(三)

IL411013核心网

核心网是指通信交换网络,担负着建立信源和信宿之间信息链接的桥梁作用。交换技术是核心网的核心技术。核心网主要包括固定核心网的 电路交换和软交换系统、移动核心网的电路域交换和分组域交换系统、 互联网数据中心(IDC)以及其他业务平台。

一、交换技术

(一)电路交换

电路交换是在通信网中任意两个或多个用户终端间建立电路暂时连 接的交换方式。暂时连接独占一条电路保持到连接释放为止。通话必须 经历电路建立、传送和拆除电路三个阶段。

1.工作方式:电路交换系统分:

(1) 空分交换:入线在空间位置上选择并建立连接的交换。

(2) 时分交换:通过时隙交换网络完成语音时隙搬移,从而做到入 线和出线间信号交换。

2.电路交换的特点

1) 用户间必须建立专用的物理通道。呼叫建立时间长,并有呼损。

2) 对通信信息不做任何处理,原封不动的传送(信令除外)。

3) 对传送信息没有差错控制,对用户提供了完全"透明"的通道。

4) 实时性强,但线路利用率低,信道为专用的。

(二)分组交换

分组交换从报文交换而来的。采用了报文交换的“存储一转发"技术。不同的是,分组交换将用户要传送的消息被划为若干个分组(数据段 ),在每个数据段上加一个标题后组成一个一个的数据包。由分组交换 节点对所收到的各个分组(数据包)分别处理,按其中的信息选择去向 ,以发送到能到达的目的地的下一个交换节点。为适应不同业务需求, 分组交换可提供虚电路与数据报两种服务方式。

1.虚电路方式特点

虚电路方式是面向连接的方式,先通过发送呼叫请求,分组建立端 到端的虚电路。属于同一组的数据沿着这一虚电路传送,最后通过呼叫清除分组拆除虚电路。虚电路的链接方式有以下特点:

(1) 虚电路不同于交换中的物理连接,而是逻辑连接。不独占线路 ,在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路,以达到资源共享。

(2) 虚电路方式的每个分组(数据包)头中含有对应于所建立的逻 辑标识。不需要进行复杂的选路。传送时,属于同一呼叫的各分组在同 一虚电路上传输,按原有的顺序到达终点,不会产生失序现象。

(3) 虚电路适用于较连续的数据流传送,如文件传送、传真业务等。

数据报方式特点

1)不需要预先建立逻辑连接。

2)数据报的每个分组头含有详细的地址,各个分组独立地选择路由 。属于同一呼叫的各组可以从不同的路由转送,会引起失序。由于各个 分组可选择不同的路由,对故障的防卫能力较强,从而可靠性较高。

3)适用于面向事物的询问/响应型数据业务。

分组交换的主要优点

(1)传输时延较小,而且变化也不大,能较好地满足交互通信的实时性要求。

(2)易于实现链路的统计,时分多路复用提高了电路利用率。

(3)容易建立灵活的通信环境,便于在传送速率、信息格式、编码类型、同步方式及通信规程等方面都不同的数据终端实现互通。

(4) 可靠行高,作为独立的传输实体,便于实现差错控制,大大降低了数据信息在分组交换网中的传输误码率。一般可达10^-10以下。

(5)经济性好,信息以“分组”为单位在交换机中进行存储和处理,节约交换机得存储容量,提髙利用率,降低通信费用。

补充:分组交换的缺点:

1) 网络附加信息多,影响分组交换的传输效率。

2) 实现技术复杂。交换机要对各种类型分组进行分析处理,交换机必须有较强的处理功能。

(三)ATM交换

ATM (异步传输模式)是以分组模式为基础融合了电路模式高速化的优点发展而成的,继承了电路交换较好的时间透明性和分组交换较好的 语义透明性。ATM克服了电路模式不能适应任意速率业务,难以导入未 知新业务的缺点,简化了分组模式中的协议,并由硬件对简化的协议进 行处理,交换节点不再对信息进行流量控制和差错控制,极大提高了网 络的处理能力。

ATM技术是ITU--T确定用于宽带综合业务数字网(B—ISDN)的复用 、传输和交换的模式。ATM交换可以实现高速、高吞吐量和高服务质量 的信息交换,提供灵活的带宽分配,适应很低速率到很高速率的宽度业务的交换要求。

1.采用固定长度的数据包。信元由53个字节组成。开头5个字节为信 头,其余48个为信息域,或称净荷。短信元可以减少节点内部缓冲容 量以及排队时延抖动;长度固定的信元有利于简化交换和缓冲器管理; 简单的信头减少了交换节点的处理开销,提高了交换的速度。

2.采用面向连接的工作方式,通过建立虚电路进行数据传输,同时 也支持无连接业务(如数据报方式)。

(四)软交换

软交换也属于分组交换系统。软交换是一种提供呼叫控制功能的软件实体,是在由电路交换向分组交换演进过程中逐步完善的,软交换支 持现有的电话功能及新型会话式多媒体业务,采用标准协议,如SIP、 H3.23、MGCP, MEGAC0/H.248、SIGTRAN等,提供了不同厂商设备间的互 操作能力。它与一种或多种组件配套使用,如媒体网关、信令网关、特性服务器、媒体服务卷、收费接口等。

软交换的核心是提供与呼叫控制分离,呼叫控制与承载分离。其特点

1、实现业务提供与呼叫控制分离,呼叫控制与承载分离,有利于以 最快速度、最有效的方式引入各类新业务。

2、采用标准协议,软交换各网络部件既能独立发展,又能有机组合 一个整体,实现互联互通。

3、符合网络融合趋势,使异构网络的互通方便灵活。模拟、数字、移 动、ADSL、ISDN、窄带IP、宽带IP等用户可以通过软交换提供业务。

(五)IP交换和MPLS交换

IP交换由IP技术和ATM技术融合而来,集成了 IP路由技术的灵活性和 ATM交换技术的高速性,主要有重叠模型和集成模型两类。在集成模 型中,将IP封装在ATM信元中,IP分组以ATM信元的形成在信道中传输和 交换,从而使IP分组的转发速度提高到交换的速度。

传统的IP分组转发采用面向无连接方式逐条转发,选路基于软件查表,采用地址前缀最长匹配算法,速度慢。集成模型的IP交换为面向连 接方式,使用短标记代替长的IP地址,基于标记进行数据分组转发,速度快。

多协议标记交换(MPLS)特点如下:

1、MPLS在网络中的分组转发是基于定长标记,简化了转发机制。

2、MPLS采用原有的IP路由,在此基础上改进,简化了转发机制。

3、MPLS采用ATM高效交换方式,抛弃了复杂的ATM信令,无缝地将IP技术优点融合到ATM的髙效转发中。

4、MPLS网络的数据传输和路由计算分开,同时支持X. 25,帧中继、 ATM、PPP、SDH、DWDM等,将各种不同网络传输技术统一在一个平台上。

二、移动核心网的发展

1、2G GSM阶段,核心网采用电路交换技术,主要支持语音业务,数 据业务速率为9. 6kbps。

2、2.5 GPRS阶段,核心网引入通用分组无线业务(GPRS)技术,最高速 率达到171.2kbps.GPRS采用包交换技术。提高了无线资源利用率,降低了用户成本。

3、3G UTMS R99引入了全新的无线空口WCDM,并且采用分组化传输, 实现了高速移动数据业务,可支持3846kbps的传输速率。由于系统采用 CDMA技术,使得频率利用率大大提高,同时改善调制技术(QPSK),增 强了抗干扰能力。2.5G GSM/CPRS可以平滑过渡到3G UTMS R99,增强了 无线部分,核心网部分基本不变。

4、3G UTMS R4在核心网电路域有很大的改进,主要体现在呼叫控制 与承载的分离,语音和信令实现分组化。3G UTMS R4完成了移动核心网 的电路域由电路交换到软交换的演进,核心网分组域基本没变。

5、3G UTMS R5/R6/R7阶段,核心网电路域基本保持不变,主要的发 展开的。IMS的引入,实现了呼叫控制和媒体网关控制移动核心网由电路 域,分组域和IP多媒体子系统组成。

6、4G LTE R8/R9阶段,在空中接口方面用频分多址替代了码分多址 ,并且大量采用多输入输出技术和自适应技术,提高了数据速率和系统 性能。

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