6.1 图像与多媒体通信

6.1.1 图像通信

图像通信是一种视觉通信，已成为当代通信领域的主要手段之一。图像通信传送和接收的图像信息可以是静止的或活动的。图像信息可以采用模拟或数字的形式进行传送，传送和接收数字 图像信号的通信系统就是数字图像通信系统。
(1)图像通信的特点
① 直观性强，图像表示形象直观，易于理解。
② 数据量大，数字图像的数据量比语音要大一个数量级，比文本数据大两个数量级。
③ 信息确切性好，与听觉获取相比，视觉获取的信息内容更容易确认，不易发生歧义。

(2)图像通信的分类
① 按业务性质分：传真、可视电话、会议电视、图文电视、有线电视、高清晰度电视和智能 用户电报等。
② 按图像信息内容的运动状态分：静止图像通信和活动图像通信。
③ 按采用的传输技术分：模拟图像通信和数字图像通信。

(3)数字图像通信系统的组成
① 输入设备：输入设备产生静止或活动的图像信号，例如电视摄像机、录像机、扫描仪、传 真扫描头和电子黑板等都可作为产生图像的输入设备。
② 信源编码器：包括信源编码器和信道编码器。
③ 信源编码器：将模拟的图像信号转换为数字信号，压缩图像信号。
④ 信道编码器：将信源编码器输出的比特流转变为适合信道传输的形式，包括差错控制编码 和调制，以及数据打包和传输层控制等。
⑤ 信道：提供让信号通过的通道，同时也会对信号产生限制和损害。狭义信道为传输介质， 广义信道还包括相关的转换器和设备，因此，电话网、移动通信网和因特网等网络是广义信道。
⑥ 显示设备：用来显示图像的设备，如液晶显示屏、打印机等。

2、数字图像的传输
数字图像的传输有两种数字传输方式：基带传输和频带传输。
(1)基带传输：直接传输数字化后的图像信号，实现简单，但是传输距离有限。
(2)频带传输：能够长距离传输，将基带信号进行数字调制，然后再将调制后的信号送上信道传输。

3、数字调制技术
数字调制技术可以在相同的信道带宽下传输更多的图像数据，可以提高图像信号传输的可 靠性。
常用的数字调制方法有：多进制相移键控、多进制正交幅度调制、网格编码调制、正交频分复用调制、编码正交频分复用调制和残留边带调制等。
(1)正交频分复用调制
正交频分复用调制 (Orthogonal Frequency Division Muliplexing，OFDM)将高速率的串行数据转换为多个低速率数据流，每个低速率数据流分别用一个载波进行调制，则组成一个使用多载波同时进行调制的并行传输系统。其优点是采用大量(N个)子载波的并行传输，在相等的传输 数据率下，在时域内 OFDM 码字长度是单载波的N 倍，抗码间干扰的能力可显著提高；与一般 的频分多路复用方式不同，OFDM 的频率利用率较高。
(2)其他调制技术
① 编码正交频分复用调制(Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM)，先将图像信号经过信道编码，成为数据符号，再进行OFDM 调制。由于 COFDM 调制抵抗多径效 应的能力强，所以可以用于地面传输固定接收，也可用于便携和移动接收。
② 残留边带调制是一种特殊的振幅调制方式，它是在双边带调幅的基础上，保留信号的一个 边带的大部分频率成分，而对于另一个边带只保留频率成分的小部分(即残留)。这种调制方法既 比双边带调幅节省频谱，又比单边带调幅易于解调。

4、图像通信的应用
图像通信的应用系统主要有可视电话、会议电视、远程教育/远程医疗、图文电视、视频点 播、数字高清晰度电视、流媒体等。
(1)可视电话
可视电话是指在普通电话功能的基础上，使通话双方能够看到对方活动图像的通信方式，其通信过程同时包含语音信号和图像信号。ITU-T 的H.324系列标准是可视电话系统的标准。
可视电话系统中可分为：独立式的可视电话终端、机顶盒型可视电话终端和基于个人计算机的可视电话终端。

(2)数字高清晰度电视
数字高清晰度电视 (High Definition Television，HDTV) 是指电视节目的制作、传输和接收等各个环节都是以数字方式进行的电视系统，所以它是全数字化的电视，清晰度可以达到传统电视的一倍以上。
HDTV 采用两种扫描方式，既可以采用水平方向1920个像素点，垂直方向1080个像素点 (表示为1920像素×1080像素)的隔行扫描，也可以采用1280像素×720像素的逐行扫描。显示方式采用大屏幕和宽高比(例如16:9),在观看距离为屏幕高度的3 倍时，为观众提供接近或相 当于观看真实景物的效果，并相当于35mm 电影放映的图像质量。
HDTV系统组成如图6-3所示，主要由信源压缩编码子系统、业务复用与传输子系统、射频发送子系统 3个部分组成。

HDTV的特点如下。
① 垂直分辨率和水平分辨率是模拟电视的两倍，因此，与模拟电视相比， HDTV 显示画面的清晰度更高。
② 克服了现行电视重影、同频干扰严重、图像不稳定、图像清晰度低等缺陷。
③ 16:9的宽高比显示方式更接近人类自然视域，数字声音压缩技术能够传输5.1声道环绕声， 突破了现有电视声音的模拟声道限制，伴音质量相当于激光唱片，因此， HDTV 实现的现场感更 接近于真实景物。
④ 采用数字制作、数字传输、数字存储和数字显示技术，作为全数字化电视，它与现行的电视制式不能兼容。

6.1.2 多媒体通信技术

1、多媒体通信概念

(1)媒体、多媒体
① 媒体
媒体指信息传递和存取的最基本技术和手段，日常的语音、音乐、报纸、电视、书籍、文件、 电话、邮件等都是媒体。
ITU-T 定义了5类媒体。
感觉媒体：由人类感官直接感知，如引起人的听觉反应的语言、音乐及自然界的其他声音； 引起视觉反应的文字、图形、图像及自然景象等。
表示媒体：指传输感觉媒体的中介媒体，如声音编码、图像编码等。它定义了信息的特征。
显示媒体：指电信号和感觉媒体之间的转换媒体，包括键盘、光笔、扫描仪、摄像机、话筒等输入显示媒体和显示器、喇叭、打印机等。
存储媒体：指存储表示媒体的物理设备，如磁盘、磁带、光盘等。
传输媒体(Transmission Medium)：指传输媒体的物理介质，如电缆、光缆、电磁波、红外线等。
② 多媒体
多媒体通信技术是多媒体技术、计算机网络技术及通信技术相结合的产物。我们可将多媒体定义为：能同时处理多种信息，使信息之间建立某种逻辑联系，集成为一个交互性系统的技术。 或者说多媒体是使声音、文字、图形、图像等媒体有机结合成信息的表示形式。

(2)多媒体通信系统
实现多媒体通信的系统，称为多媒体通信系统。
多媒体通信是指在通信过程中能同时提供多种媒体信息，如声音、图像、图形、数据、文本 等的一种通信方式。
与电话、电报、传真、文本数据传输等传统的单一媒体通信比较，多媒体通信的用户之间不 仅能声像图文并茂地交流信息，而且用户对通信全过程具有完备的交互控制能力。

(3)多媒体通信系统的特征
① 集成性
●多媒体通信系统能够处理、存储和传输多种表示媒体(即图像编码、文本编码、声音编码 等),并能显现多种感觉媒体(图像、文字、声音等)。
●多媒体通信系统是集多种编译码器、多种感觉媒体显现方式于一体，能够与多种传输媒体 接口，并且能与多种存储媒体进行通信的集成通信系统。
② 交互性
●多媒体通信系统的终端用户对通信的全过程具有完善的交互控制能力。
●交互性并非多媒体通信系统独有的特性，许多通信系统也具有不同程度的交互性。
③ 同步性
●在多媒体通信终端上显现的图像、文字和声音在时间和空间上是同步的。这些图像、文字 和声音可以来自不同的信息源，可以通过不同的传输途径传送过来，多媒体通信终端能够将这些 图像、声音、文字同步起来，构成一个完整的多媒体信息显现在用户面前。例如多媒体会议电视 系统的声音和图像之间不允许存在延迟，必须严格遵循“唇音同步”,否则传输的声音和图像就失去意义。
●同步性是多媒体通信系统的重要特征，各种信息是否同步决定了该系统是多媒体系统还是 多种媒体系统。
④ 互通性
工作在不同网络环境下的多媒体终端通过网关实现互操作。

2、多媒体通信的组成

① 用户视听设备由用户视频、音频输入/输出设备组成，如监视器、投影仪、录像机、摄像 机、打印机、话筒、喇叭等，用以实现多媒体信息的输入输出。
② 多媒体终端是多媒体通信系统中的关键设备，其作用是接入、压缩及传输多媒体信息，包括视频、音频输入/输出接口、视频和音频编解码器、多路信号复用/分接设备、信息通信设备、 控制系统和网络接口等。从功能上看，多媒体终端和用户视听设备的功能是独立的，但在实现时，二者功能经常结合在一起，统称为多媒体终端设备。
③ 通信网络为多媒体通信系统提供承载信息的传输通道，能够提供高带宽、多种服务类型的 分组交换网络。
在一些多媒体会议系统中，还有多点控制单元 (Mulipoint Control Unit，MCU) 。MCU 的作 用相当于特殊的交换机，在多点通信中完成网络中各个终端之间的切换，控制分布在不同地点的终端同时进行相互间的通信。

3、多媒体通信的业务分类

根据ITU-T 对多媒体通信业务的定义，其业务类型共有以下6种。
① 多媒体会议型业务：此类业务具有多点、实现人与人之间双向通信的特点，如多媒体会议 系统等。
② 多媒体会话型业务：此类业务具有点到点通信、实现人与人之间双向信息交换的特点，如 可视电话、数据交换业务。
③ 多媒体分配型业务：此类业务具有点对多点通信、实现机器与人之间单向信息交换的特点， 如广播式视听会议系统。
④ 多媒体检索型业务：此类业务具有点对点通信、实现机器与人之间单向信息交换的特点， 如多媒体图书馆和多媒体数据库等。
⑤ 多媒体消息型业务：此类业务具有点到点通信、实现人—机器一人之间单向信息交换的特 点，如多媒体文件传送。
⑥ 多媒体采集型业务：此类业务具有多点到点、实现机器与机器或者机器与人之间单向信息 交换的特点，如远程监控系统等。

4、实用化的多媒体通信系统类型

(1)多媒体会议系统：包括可视电话、会议电视、桌面声像会议、个人会晤系统等，主要在 两点以上用户之间进行可视文件、图像、资料、图表、声音的信息交换。
(2)远程信息服务系统：包括远程教育、远程医疗、声像信息服务、多媒体邮件、多媒体检 索、多媒体写作和编辑出版系统等，主要提供多个分散用户共享教材、图表、图像、师资、医务 人员的信息资源，以及用户间的电子邮件、语音信箱、电子金融业务、各种认证系统信息等。
(3)多媒体数据库系统：包括多媒体图书馆、博物馆、展览、多媒体商业广告购物、多媒体 查询和检索系统等。它提供用户以不同速率检索信息中心多媒体数据库的房地产、旅游、交通、 商业广告以及邮购业务信息等。
(4)IP 电话： IP 电话是在 IP 网络上以语音业务为主，同时提供多种增值业务的一种多媒体 通信方式。利用IP 电话技术，不仅可以在IP 网络上传送语音，还可以实现传真、视频和数据等 业务。
(5)视频点播：视频点播是一种可以按照用户需要点播节目的交互式多媒体通信系统。用户 可以根据自己的需要在任何时刻收看任意一个视频节目，而且不需要受到节目提供者在时间和内 容安排上的约束。用户可以对节目进行相应的控制，如在播出过程中留言、发表评论等，从而加 强交互性，增加了用户与节目之间的交流。

5、多媒体通信应用系统

（1）多媒体会议电视系统

多媒体视频会议系统，是一种能将音频、视频、图像、文本、数据等集成信息从一个地方通 过网络传输到另一地方的通信系统。
① 多点视频会议系统的结构
一个典型的多媒体会议系统是由终端设备、通信网络、多点控制单元(Multipoint Control Unit, MCU) 和相应的系统运行软件组成的。
会议终端主要完成的功能是数据的处理、音频和视频信息的存储播放处理、数据文件的检索 请求。会议终端的实现方式也有多种，可以是专用的电视接收机，也可以是多媒体计算机。通信 网络的构成可以是电话网、局域网或广域网等网络。在整个视频会议系统中， MCU 是核心设备。 MCU 一般设置在网络的汇接节点处，是一个处理单元，完成对多个会议地点同时通信的处理。 当会议终端数量比较多时，MCU 可能会不只一个，多个MCU 之间以主从方式连接。
MCU所完成的工作如下。
·时钟同步和通信控制
MCU 和诸多的终端之间的连接呈星形状态，即参加会议的各个终端都以双向通信的方式和 MCU 相连接。MCU 按照会议控制者的要求，将多方信息进行配送。为此， MCU 各个端口上的 信息流必须同步在同一个时钟上。在通信控制方面，MCU 支持各端口的信令和互通方式，支持 p×64kbit/s(p=1～30)速率信号的通信，完成主席控制、语音控制和演讲人控制等会议控制功能。
●码流控制
MCU要对从各个终端输入的所有码流进行处理。MCU 对符合H.221建议的复合会议电视码流 进行解复用处理，对分解出的各路压缩数字视频信号并不进行解码，采用直接分配的方式将视频码 流发送到目的终端；对分解出的各路数字音频信号进行解码得到多路PCM 信号，通过对多路PCM 信号的叠加处理形成现场感很强的混合语音信号，再将这一混合音频信号经压缩处理后发送到所有 终端。对于数据信号的除了MCU 都是采用广播或多层协议的方式将源数据发往目的终端。
●MCU 的端口连接
处于会议系统核心的 MCU 是一个多端口连接设备，端口数量的多少也是衡量MCU 的重要 指标。MCU 还可以用来控制若干个独立的分组会议，只要参加会议的终端总数不超过MCU 的最 大端口数。
② 组网实例
高清视频会议系统如图6-5所示。
主会场主备高清视频终端连接到运营商高清视频系统会议平台进行转发、控制等处理。高清 终端接入终端接入电路2×2Mbit/s主备用，接入路由器也为主备用配置。

分会场高清视频终端配置接入路由器，采用2Mbit/s电路接入。
控制中心的高清视频会议系统包括 MCU、配套服务器、各分会场的电路汇聚设备。

（2）IPTV

IPTV也称为交互式电视。它是利用电信宽带网或广电有线网，通过采用互联网协议向用户提 供多种交互式多媒体服务。IPTV 的基本特点是采用IP技术和个性化服务。IPTV 可以提供的视频 发送方式有3种：现场直播、定时广播和视频点播。IPTV 采用支持实时传输的标准协议，如实时 传输协议 (Real-time Transport Protocol,RTP)、实时传输控制协议 (Real-time Transport Control Protocol,RTCP) 、 实时流协议 (Real-Time Streaming Protocol,RTSP)等。IPTV 可运行在多种宽 带网上。
① IPTV 业务需求
IPTV 业务具有比较独特的特征。这些特征包括高带宽需求、高服务质量(Quality of Service, QoS) 保证需求、点对多点的广播流需求、大量的系统资源需求、巨大的并发服务/业务数需求等。
· 高带宽需求： IPTV 业务涉及大量的图像和视频数据，在传输这些数据时往往需要占用大 量的带宽资源，有些视频业务是需要实时传输的，而且 IPTV 的用户将会比以往任何时候都要多 得多。因此，IPTV 业务对带宽的需求尤其强烈。
· 高QoS保证需求： IPTV 业务主要是流媒体业务，包括电视节目直播、视频点播业务(Video on Demand,VoD)、准视频点播 (Near Video on Demand,NVoD)、时移电视点播以及视频即时通 信等服务，而相当小的时间间隙就能够为人眼所感知。因此，这些服务都需要相当高的实时性保 证。另外，如果输出的图像和视频过于粗糙，也直接影响到用户的感受。
·点对多点的广播流需求：在IPTV 业务中，电视节目直播、视频点播业务、准视频点播、 时移电视点播等服务都需要支持从广播源到用户终端的流传输。由于这些服务往往在同一时刻同 时有许多用户需要相同的数据，因此需要提供点对多点的广播流。
· 大量的系统资源需求：图像和视频数据的文件往往都非常大，而且处理起来非常烦琐，因 此不仅存储时需要大量的存储空间，而且编解码时还需要大量的交换空间。
● 巨大的并发服务/业务数需求：电视机的用户数非常巨大，加上计算机和手机终端的用户后，这一特点尤其明显。
② IPTV 的基本结构
组成 IPTV的平台在结构上分为4层：用户接入层、业务承载层、业务应用层和运营支撑层。 IPTV 平台结构如图6-6所示。

③ 组网实例
IPTV 典型组网结构如图6-7所示。

IPTV 典型组网采用3层架构：核心节点、区域中心节点、POP 节点。省中心将BTV 流量单 播推送至市中心。在开了多播的地市，市中心平台通过单播转多播服务器，作为多播源，起多播下发 BTV 流量。边缘节点作为热点VOD 片源存储节点，保证80%点播业务命中。
IPTV的终端形式可以分为3种： PC 终端、电视+机顶盒终端和手机终端。

6.2 移动通信

移动通信是移动台之间的通信，或移动台与固定台之间的通信，正在通信的双方(或多方) 至少有一方可以处于运动状态。支持移动通信功能的系统称为移动通信系统。支持移动通信业务 服务的范围称为移动通信覆盖的网络。

6.2.1 移动通信的特点

由于移动通信系统允许移动终端在移动状态(甚至很快速度、很大范围)下通信，所以，系 统与用户之间的信号传输一定要采用无线方式。移动通信的主要特点如下。
(1)信道特性差
由于采用无线传输方式，电波会随着传输距离的增加而衰减(扩散衰减);不同的地形、地物 对信号也会有不同的影响；信号可能经过多点反射，会从多条路径到达接收点，产生多径效应(电 平衰落和时延扩展);当用户的通信终端快速移动时，会产生多普勒效应(附加调频),影响信号 的接收。并且，由于用户的通信终端是可移动的，所以，这些衰减和影响还是不断变化的。
(2)干扰复杂
移动通信系统运行在复杂的干扰环境中，如外部噪声干扰(天电干扰、工业干扰、信道噪声)、 系统内干扰和系统间干扰(邻道干扰、互调干扰、交调干扰、共道干扰、多址干扰和远近效应等)。 如何减少这些干扰的影响，也是移动通信系统要解决的重要问题。
(3)有限的频谱资源
考虑到无线的覆盖、系统的容量和用户设备的实现等问题，移动通信系统基本上选择在特高 频 (Ultra High Frequency,UHF)(分米波段)上实现无线传输，而这个频段还有其他的系统(如 雷达、电视、其他的无线接入),移动通信可以利用的频谱资源非常有限。而随着移动通信的发展， 通信容量不断提高，必须研究和开发各种新技术，采取各种新措施，提高频谱的利用率，合理地 分配和管理频率资源。
(4)用户终端设备(移动台)要求高
用户终端设备除了技术含量很高外，对于手持机(手机)还要求体积小、重量轻、防震动、 省电、操作简单、携带方便；对于车载台还应保证在高低温变化等恶劣环境下也能正常工作。
(5)要求有效管理和控制
由于系统中用户终端可移动，为了确保与指定的用户进行通信，移动通信系统必须具备很强 的管理和控制功能，如用户的位置登记和定位、呼叫链路的建立和拆除、信道的分配和管理、越 区切换和漫游的控制、鉴权和保密措施、计费管理等。

6.2.2 移动通信系统分类

移动通信有以下多种分类方法。
(1)按使用对象可分为民用设备和军用设备。
(2)按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信。
(3)按多址方式可分为频分多址、时分多址和码分多址等。
(4)按覆盖范围可分为广域网和局域网，或本地网和长途网。
(5)按业务类型可分为电话网、数据网和多媒体网，现代移动通信系统都能提供综合业务。 (6)按工作方式可分为单工、半双工、全双工(又分为时分双工和频分双工)。
(7)按服务范围可分为专用网和公用网。
(8)按信号形式可分为模拟网和数字网，现代移动通信系统基本上都采用数字技术。

6.2.3 常用移动通信系统

随着移动通信应用范围的扩大、移动通信系统的类型也越来越多。下面是几种典型的移动通 信系统。

1、 蜂窝移动通信系统

蜂窝移动通信系统是把整个服务区划分成若干个较小的区域(Cell, 在蜂窝系统中称为小区), 各小区均用较小功率的发射机(即基站发射机)进行覆盖，许多小区像蜂窝一样能布满(即覆盖) 任意形状的服务地区。服务区很大的公用移动通信网通常采用峰窝的方式覆盖。在规划设计时， 蜂窝的形状通常理解为正六边形，以实现有效、无缝覆盖(见图6-8 (b)) 。 根据划分的蜂窝大小 不同又可分为宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝系统。
蜂窝移动通信系统大致上由移动交换中心、基站、中继传输系统和移动台组成。移动交换中 心与基站之间通过中继线相连，基站和移动台之间的信号通过无线方式传送，移动交换中心又可 与本地网相连，如图6-8 (a) 所示。
采用蜂窝系统组网最大的优越性之一就是可以实现无线资源再用，即在非相邻的小区(保证 足够间隔)可使用相同的无线资源，使有限的系统带宽，能容纳很多很广的用户。
公用蜂窝移动通信系统从第一代到第四代(1G 到 4G), 再到即将来临的第五代(5G), 发 展 十分迅速。
(1)第一代移动通信系统(1st Generation,1G)的典型代表是美国的先进移动电话系统(Advanced Mobile Phone System,AMPS)和欧洲的全接入通信系统(Total Access Communications System, TACS), 以及北欧移动电话(Nordic Mobile Telephone,NMT)和日本电报电话公司(Nippon Telegraph &Telephone,NTT) 等 。AMPS 使用模拟峰窝传输的800MHz 频带，在美洲和部分环太平洋国家广 泛使用； TACS 是20世纪80年代欧洲的模拟移动通信的制式，也是我国20世纪80年代采用的模 拟移动通信制式，使用900MHz 频带。第一代移动通信系统为模拟制式，提供语音业务。
蜂窝移动通信的出现，可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并 增大了系统容量。网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了移动通信的服务范围，但模 拟系统有以下四大缺点：①各系统间没有公共接口；②很难开展数据业务；③频谱利用率低无法 适应大容量的需求；④安全保密性差，易被窃听、易被盗号。
尤其是在欧洲，由于系统间没有公共接口相互之间不能漫游，给客户之间通信造成很大的 不便。
(2)第二代移动通信系统(2nd Generation,2G)是数字通信系统，典型的系统有全球移动通 信系统(Global System for Mobile Communication,GSM)( 采 用TDMA 方式)、CDMAIS-95 等数 字移动通信系统。2G 系统除提供语音通信服务之外，也可提供低速数据服务和短消息服务。
归纳起来，相比1G 系统，2G 系统的优点有：频谱效率高、容量大、语音质量高、安全性高。
(3)第三代移动通信系统(3rd Generation,3G),国际电联也称 IMT-2000(International Mobile Telecommunications in the year 2000),欧洲的电信业则称其为通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System,UMTS)。它能够将语音通信和多媒体通信相结合，其可能的增值服 务包括图像、音乐、网页浏览、视频会议以及其他一些信息服务。3G 系统意味着全球适用的标准、 新型业务、更大的覆盖面以及更多的频谱资源，以支持更多用户。
3G 系 统 与 2G系统有根本的不同。3G 系统采用 CDMA 技术，加入了分组交换技术，与2G 系统相比，3G 系统将支持更多的用户，实现更高的传输速率。
3G 系统的无线传输技术 (Radio Transmission Technology,RTT) 可以满足以下需求。
① 信息传输速率：144kbit/s(终端高速运动)、384kbit/s(终端运动速度较低),以及2Mbit/s (终端基本不动，或小范围运动)。
② 根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递。
③ 一个连接中可以同时支持具有不同QoS 要求的业务。
④ 满足不同业务的延时要求(从实时要求的语音业务到尽力而为的数据业务)。
(4)第四代移动通信系统(4th Generation,4G) 。2008年3月，在国际电信联盟-无线电通信 部 门 (ITU-R) 指定 一 组用于4G 标准的要求，命名为IMT-Advanced 规范，设置4G 服务的峰值 速率要求在高速移动的通信(如在火车和汽车上使用)速率达到100Mbit/s, 固定或低速移动的通 信(如行人和定点上网的用户)速率达到1Gbit/s。
长期演进 (Long Term Evolution,LTE)项 目 是 3G 系统的演进，它改进并增强了3G 系 统 的 空中接入技术，采用多输入多输出系统(Multiple-Input Multiple-Output,OFDM) 和正交频分复 技 术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,MIMO)作为其无线网络演进的唯一标准。其 主要特点是在20MHz 频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s 与 上 行 5 0Mbit/s 的峰值速率，相对于 3G 网络大大地提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低。该技术包括TDD-LTE 和 FDD-LTE
两种制式。
(5)第五代移动通信系统(5th Generation,5G)。由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快 速发展，其对网络速率有着更高的要求。我国于2016年1月启动了5G 技术试验，并有望在2020 年实现大规模商用。和4G 系 统 相 比 ， 5G系统的提升是全方位的，按照3GPP 的定义，5G 系 统 具备高性能、低延迟与高容量特性，而这些优点主要体现在毫米波、小基站、Massive MIMO、全 双工以及波束成形这五大技术上。而5G 系统将带来最高20Gbit/s 的传输速率。

2、集群移动通信系统

集群移动通信系统属于专用移动通信系统，主要实现某行业内部调度和指挥的通信。简单的 调度通信系统可由若干移动台组成，其中一个移动台充当调度台，由它用广播方式向所有其他的 移动台发送消息，进行指挥与控制，这种调度系统的通信是单向的(调度台到移动台)。为了增加 系统的功能，人们采用了很多技术措施，建立了具有双向通信能力的专用系统。
所谓集群，即多个无线信道为众多用户共用，以便在最大程度上利用整个系统的信道和频率 资源。集群移动通信系统主要由中央控制器、电话互连终端、集群信道机、收发天线共用器、天 线、系统管理终端、动态重组终端、系统监视终端以及调度台、移动台和手持机等网元设备组成。
集群移动通信系统均以基本网元构成的系统为模块，并用这些模块扩展为区域网。根据覆盖 的范围及地形条件，基本系统可由单基站或多基站组成。集群移动通信系统的控制方式有两种， 即专用控制信道的集中控制方式和随路信令的分布控制方式，分别如图6- 10和图6- 11所示。


集群移动通信网络中，当用户开机要求通话时，系统就会自动分配空闲信道。若要求无线对 无线，则基地站起到多信道转发器的作用；若要求无线对有线，则经过一个交换矩阵将有线线路 与无线信道连接起来。通信完毕后，此信道又被系统收回，这样每个用户都可以使用系统全部的 通信信道，大大提高了频率的利用率。通话全过程由计算机控制，使网络的功能容易根据实际情 况调整，更好地为用户服务，因而该系统具有实用性。
集群移动通信系统采用的基本技术是频率共用技术，其主要技术特点如下。
(1)把一些由各部门分散建立的专用通信网络集中起来，统一建网和管理，并动态地利用分 配给它们的有限个频道，以容纳数量更多的用户。
(2)改进频道共用的方式，即移动用户在通信的过程中，不是固定地占用某一个频道，而是 在按下发信开关时才能占用一个频道； 一旦松开发信开关，频道将被释放，变成空闲频道，并允 许其他用户占用。
集群移动通信系统与蜂窝移动通信系统在技术上有很多相似之处，但在主要用途、网络组成 和工作方式上有很多不同，主要表现如下。
(1)集群移动通信网络属于专用移动通信网络，适用于在各个行业(或几个行业合用)中进 行调度和指挥，常常对网络中的不同用户赋予不同的优先等级。蜂窝移动通信网络属于公众移动 通信网，适用于各阶层和各行业中个人之间的通信， 一般不分优先等级。
(2)根据调度业务的特征，集群移动通信网络通常具有一定的限时功能， 一次通话的限定时 间较短(可根据业务情况调整)。蜂窝移动通信网络对通信时间一般不进行限制。
(3)集群移动通信网络一般采用半双工(现在已有全双工产品)工作方式， 一般情况下一对 移动用户之间进行通信时只需占用一对频道。蜂窝移动通信网络都采用全双工工作方式， 一对移 动用户之间进行通信时必须占用两对频道。
(4)蜂窝移动通信网络中可以采用频道复用技术来提高系统的频率利用率，而集群移动通信 网络主要以改进频道共用技术来提高系统的频率利用率。

3、卫星移动通信系统

卫星移动通信系统是利用卫星实现移动通信的系统。由于卫星比地面的无线基站高得多，所 以卫星上面的无线收发信机的覆盖范围很大，尤其是可以覆盖海上、空中和地形复杂的地区。
按照卫星的轨道分布，移动卫星通信系统可以分为高轨 (Geostationary Earth Orbit,GEO) 移 动卫星通信系统和低轨 (Low Earth Orbit,LEO) 移动卫星通信系统。
典型的高轨卫星移动通信系统有国际海事卫星移动通信系统 (Inmarsat) 。Inmarsat 是基于同 步轨道的卫星移动通信系统，其特点是服务范围大、流动性大、业务量小，而且通信质量高，稳 定，因此具有很多的用户。
所谓低轨是指卫星轨道定位在1500km 以下的空中。利用低轨卫星移动通信可实现手持机个 人通信，其优点在于： 一方面，卫星的轨道高度低、传输时延短、路径损耗小，多个卫星组成的 星座可实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；另一方面，蜂窝通信、多址、点波束、频率复用 技术的发展也为低轨卫星移动通信提供了技术保障。
全球星系统是典型的低轨卫星移动通信系统。全球星系统用48 颗绕地球运行的低轨道卫星 (轨道高度为1414km), 在全球范围向用户提供无缝隙覆盖的、低价的卫星移动通信业务，业务 包括语音、传真、数据、短信息、定位等。用户可使用双模式手持机，双模式手持机既可工作在 地面蜂窝通信模式，也可工作在卫星通信模式(包括在地面蜂窝网覆盖不到的地方)。这样，用户 一机在手，就可实现全球范围内任何地点、任何个人、在任何时间与任何人、以任何方式通信， 即所谓的全球个人通信。

6.3 互联网

6.3.1 互联网的基本概念

1、网络的网络
起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网。我们先给出关于网络、 互联网及因特网的一些最基本的概念。
网络由若干节点和连接这些节点的链路组成。网络中的节点可以是计算机、集线器、交换机 或路由器等。
网络和网络还可以通过路由器直连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网， 因此互联网是“网络的网络”。
因特网(Internet), 又称网际网络，是世界上规模最大、用户最多的互联网。 请注意以下两个意思相差很大的名词internet 和 Intemet。
以小写字母i开始的 intemet是一个通用名词，通常译为“互联网”,它泛指由多个计算机网 络互连而成的网络，这些网络之间的通信协议可以是任意的。
以大写字母I 开始的Intemet则是一个专用名词，通常译为“因特网”,它指当前全球最大的、 开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/TP 协议簇作为通信的规则，且 其前身是美国的ARPAnet。
因此，我们可以建立这样的基本概念；网络把许多计算机连接在一起，而Internet 则把许多 网络连接在一起。
还有一点也必须注意，就是网络互联并不是把计算机简单地在物理上连接起来，因为这样做 并不能达到计算机之间能相互交换信息的目的，还必须在计算机上安装许多使计算机能够交换信 息的软件。因此当我们谈到网络互联时，就默认表示已经在这些计算机上安装了适当的软件，因 而在计算机之间可以通过网络交换信息。

2、Internet 发展的3个阶段
Intenet 的基础结构大体上经历了3个阶段的演进，但这3个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是在某个日期突然发生了变化。
第一阶段是从单个网络ARPAnet 向互联网发展的过程。1969年美国国防部创建的第一个 分组交换网ARPAnet 最初只是一个单个的分组交换网。所有要连接在ARPAnet 上的主机都直 接与就近的节点交换相连。但到了20世纪70年代中期，人们已认识到不可能仅使用一个单独 的网结来满足所有的通信问题。于是ARPA 开始研究多种网络(如分组无线电网络)互联的技 术，这就导致后来互联网的出现。这样的互联网就成为现在Internet 的雏形。1983年 TCP/IP 成为ARPAnet 上的标准协议，使得所有使用TCP/IP 的计算机都能利用互联网通信，因而人们 就把1983年作为 Internet的诞生时间。1990年ARPAnet 正式宣布关闭，因为它的实验任务已 经完成。
第二阶段的特点是建成了三级结构的 Intemet。从1985年起，美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF) 就围绕3个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金 NSFNET。 它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网(或企业网)。这种三级计算 机网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为Intenet 的主要组成部分。1991年，NSF 和 美国的其他政府机构开始认识到， Intermet 必将扩大其业用范围，不应仅限于大学和研究机构。世 界上的许多公司纷纷接入到 Internet, 使网络上的通信量急剧增大， Internet 的容量已满足不了需 要。于是美国政府决定将Internet的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入Internet的单位 收费。
第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP 结构的 Intemet,从1993年开始，由美国政府资助 的NSFNET 逐渐被若干个商用的 Internet主干网替代，而政府机构不再负责Intermet的运营。这样 就出现了一个新的名词：Internet 服务提供者 (Internet Service Provider,ISP)。在许多情况下，ISP 就是一个进行商业活动的公司，因此ISP又常译为Intemet 服务提供商。ISP 拥有从Intermet管理 机构中申请到的多个IP 地址，同时拥有通信线路以及路由器等联网设备，因此任何机构和个人只 要向ISP 交纳规定的费用，就可从ISP得到所需的IP 地址，并通过该ISP 接入到 Internet。我们 通常所说的“上网”就是指“(通过某个ISP) 接入到Internet”。从以上所讲的可以看出，现在的 Internet 已不是某单个组织所拥有而是全世界无数大大小小的ISP 所共同拥有的。
由于Intemet 存在着技术上和功能上的不足，加上用户数量猛增，使得现有的Internet 不堪重 负。因此1996年美国的一些研究机构和34所大学提出研制和建造新一代Internet 的设想，即“NGI 计划”。
但近年来，网络的飞速发展以及网络中业务形式的多样化使得现有的网络架构仍不断呈现出 各种问题。4K/8K 高清视频、增强现实、自动驾驶等新型业务均对网络提出了更高的性能需求， 所有这些都迫使人们重新审视互联网的体系架构，思考各种改进的可能，由此引发了未来网络的 研究热潮。
什么是未来网络?未来网络，又称为下一代网络或者新一代网络。目前业内的定义各不相同。 专家指出，最通俗的理解就是更快捷、更简单、更便宜、更安全的下一代互联网，以用户为中心， 让上网的人感觉更好。
2016年，国家重大科技基础设施——未来网络试验设施(China Environment for Network Innovations,CENI) 项目建议书正式获得国家发改委批复同意，将覆盖全国40个城市，支撑100 个边缘网络和128个异构虚拟网络，支持4096个并行试验，并创新体系结构与组网技术，全面 支持软件定义网络与网络功能虚拟化。

3、Intenet 的标准化工作
Internet在制定其标准上很有特色，其中的一个很大的特点是面向公众Intemnet所有的RFC 文档都可从Internet上免费下载，而且任何人都可以用电子邮件随时发表对某个文档的意见或建议，这种方式对Internet的迅速发展影响很大。1992年由于Internet不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性组织叫作Internet协会(ISOC),以便对Internet进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。ISOC 下面有一个技术组织叫作因特网体系结构委员会(lAB),负责管理Internet有关协议的开发。LAB下面又设有两个工程部。

(1)Internet工程部IETF

由许多工作组(WG)组成的论坛，具体工作由Intemet程指导小组(ESG)管理。这些工作组划分为若干个领域，每个领域集中研究某特定的短期和中期的工程问题，主要是针对协议的开发和标准化。

(2)Internet研究部RTF

由一些研究组(RG)组成的论坛，具体工作由Internet研究指导小组(RSG)管理。

所有的Internet标准都是以RFC的形式在Intemet上发表。(RFC)的意思就是“请求评论”。所有的RFC文档都可从Intemet上免费下载。但应注意，并非所有的RFC 文档都是Internet标准，只有一小部分RFC文档最后才能变成Internet标准。RFC按收到时间的先后从小到大编上序号（即RFCX XX,这里的X×X是阿拉伯数字）一个RFC文档更新后就使用一个新的编号，并在文档中指出原来老编号的RC文档已成为陈旧的。

制定Internet的正式标准要经过以下的4个阶段：

①Internet草案：在这个阶段还不是RFC文档，其有效期只有6个月。

②建议标准：从这个阶段开始就成为RFC文档。

③草案标准：被放入IETP的“Intemet草案”在线目录，如果该草案在这6个月中并没有进入到RFC状态，那么就将其从目录中撒除。

④Internet标准：是经过充分测试并通过的正式规约。

除了以上3种RFC外（即建议标准、草案标准和Internet标准），还有3种RFC,即历史的、实验的和提供信息的。历史的RFC或者是被后来的规约所取代，或者是从未到达必要成熟等级因而未变成为Internet标准：实验的RFC表示其工作属于正在实验的情况：提供信息的RFC包括与Internet有关的一般的、历史的或指导的信息。

2.互联网的体系结构
2.1 TCP/IP体系结构

开放式系统互联(OSI)七层协议体系结构

传输控制协议/因特网互联协议(TCP/IP)体系结构则不同，它是一个4层的体系结构，它包含应用层、传输层、网络层和网络接口层。

(1)应用层

应用层是体系结构中的最高层。应用层直接为用户的应用进程提供服务，这里的进程就是指正在运行的程序。在Internet中的应用层协议很多，如支持万维网应用的超文本传输协议(HTTP)、支持电子邮件的简单邮件传输协议(SMTP)、支持文件传送的文件传输协议FTP)等。Internet并不等同于万维网（亦作“Web”"“WWW”“W3”,英文全称为“World WideWeb”),万维网只是一个建基于超文本相互链接而成的全球性系统，且是Internet所能提供的服务之一。

(2)传输层

传输层的任务就是负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机可同时运行多个进程，因此传输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务，分用则是传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。

(3)网络层

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把传输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系结构中，由于网络层使用网际协议(IP),因此分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。

网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机。因特网是一个很大的互联网，它由大量的异构网络通过路由器相互连接起来，因特网主要的网络层协议是无连接的P和许多种路由选择协议。

(4)网络接口层

网络接口层实际上并不是Internet协议组中的一部分，但是它是数据包从一个设备的网络层传输到另外一一个设备的网络层的方法。它与OSI体系结构中的物理层和数据链路层相对应。网络接口层是TCP/P体系结构与各种局域网(LAN)或广域网(WAN)的接口。

网络接口层在发送端将上层的IP数据报封装成帧后发送到网络上：数据帧通过网络到达接收端时，该节点的网络接口层对数据帧拆封，并检查帧中包含的MAC地址。如果该地址就是本机的MAC地址或者是广播地址，则上传到网络层，否则丢弃该帧。为了实现和支持分层策略，TCP/IP体系结构在数据包设计上采用封装和分用的策略，所谓封装就是在应用程序发送数据的过程中，每一层都增加一些首部信息，这些信息用于和接收端同层次进行沟通。

2.2 Intemet的地址和域名

就像每一个家庭都有住址一样，在网络上连接的计算机也需要有自己的住址（地址）。在TCP/IP环境中，所有连入网的计算机都被分配一个独一无二的地址，计算机正是通过地址来存取信息数据的。当然，除了IP地址之外，还有很多其他种类的地址。

a.统一资源定位器(URL)：这是Web浏览器中使用的地址.

b.域名：也称为主机名或企业等机构的逻辑组织名称，用它可以代替IP地址。可以说，域名只是以数字方式表示的、难以记忆的IP地址的别名。

c.邮件地址：也称为邮件D(Identification),具有类似zhang(@sina.com的表示形式，被用作邮件(E-mail)地址。

d.端口号：与TCP/IP应用进行通信时需要使用的地址。有时，一台计算机可能同时支持几个应用，因此，为了识别到底与哪一个应用进行通信，就需要联合使用P地址和端口号。端口号应用于传输层。

e.IP地址：这是为每一个计算机分配的地址，采用如“210.10.30.1”形式的点分十进制方法表示。这种地址工作于网络层。

f.物理地址：连接在LAN中的设备的媒体访问控制(MAC)地址，即媒体接入控制地址，也称为物理地址，用十六进制数来表示。网络接口层（物理层）要使用这种地址。

可见，IP地址是IP网络中数据传输的依据，它标识了IP网络中的主机与网络的连接。目前正处于IPv4和IPv6这两个版本交接、过渡时期。

(1)Pv4地址

目前Internet使用的IPv4地址，32比特(4字节)，通常用4个点分十进制数表示，如01111011.00101101.01000011.00001000,可记为123.45.67.8。它主要由两部分组成：一部分是用于标识所属网络的网络地址，称为网络号：另一部分是用于标识给定网络上的某个特定的主机的主机地址，称为主机号。为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP的设计者将IP地址空间划分为几个不同的地址类别，地址类别的划分就针对不同大小规模的网络。

A类网：网络号为1个字节，定义最高比特为0，余下7比特为网络号，主机号则有24比特编址，用于超大型的网络，每个网络有16777216(224)台主机（边缘号码如全“0”或全“1”的主机有特殊含义，这里没有考虑)。全世界总共有128(27)个A类网络，早已被瓜分完了。

B类网：网络号为2字节，定义最高2比特为10，余下14比特为网络号，主机号则可有16比特编址。B类网是中型规模的网络，总共有16384(214)个网络，每个网络有65536(216)台主机（也忽略边缘号码）。

C类网：网络号为3字节，定义最高3比特为110，余下21比特为网络号，主机号仅有8比特编址。C类地适用的是较小规模的网络，总共有2097152(221)个网络号码，每个网络有256(28)台主机（忽略边缘号码）。

D类网：不分网络号和主机号，定义最高4比特为1110，表示一个多播地址，即多目的地传输，可用来识别一组主机。

如何识别一个IP地址的属性呢？只需从点分法的最左一个十进制数就可以判断其归属。例如，1一126属A类地址，128一191属B类地址，192一223属C类地址，224一239属D类地址。除了以上4类地址外，还有E类地址，但暂未使用。对于P地址中有特定的专用地址不做分配。

①主机地址全为“0”。不论哪一类网络，主机地址全为“0”表示指向本网，常用在路由表中。

②主机地址全为“1”。主机地址全为“1”表示广播地址，向特定的所在网上的所有主机发送数据报。

③四字节32比特全为“1”。若P地址4字节32比特全为“1”，表示仅在本网内进行广播发送。

④网络号127.TCP/IP规定网络号127不可用于任何网络.其中有一个特别地址：127.0.0.1，被称为回送地址。它将信息通过自身的接口发送后返回，可用来测试端口状态。

(2)子网掩码

子网掩码是屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式。对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说，默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说，默认的子网掩码是255.255.255.0，通过子网掩码，可以进一步在各类网络中进行子网划分。

(3)IPv6地址

IPv6是Internet Protocol Version6的缩写，它是互联网工程任务组(ETF)设计的用于替代现行版本IPv4的下一代IP。

①IPv6具有更大的地址空间。IPv6中IP地址的长度为128位，即最大地址个数为2128。与32位地址空间相比，其地址空间增加了2128-232个。

②IPV6增加了增强的多播支持以及对流的控制，这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量(QoS)控制提供了良好的网络平台。

③IPV6具有更高的安全性。在使用IPv6的网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPV6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。

④更好的头部格式。IPv6使用一种全新的、不兼容的数据报格式。在IPv4中，使用固定格式的数据报报头，而IPv6使用一组可选的报头格式，其选项与基木头部分开，如果需要，可将选项插入基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择过程，因为大多数的选项不需要由路由选择。

⑤允许扩充。如果新的技术或应用需要时，IPv6允许协议进行扩充。

2.3 TCP/IP协议簇

在Internet所使用的各种协议中，最重要的和最著名的就是TCP和IP两个协议。现在人们经常提到的TCP/IP并不一定是单指TCP和IP这两个具体的协议，而往往是表示Intemnet所使用的整个TCP/P协议簇。TCP/IP协议簇可被大致分为应用层、传输层、网络层和网络接口层4层。

基于TCP的协议有：HTTP、SMTP、POP3、FTP、Telnet等。

基于UDP的协议有：DHCP、SNMP、TFTP、DNS等。

网络文件系统(NFS)既可基于UDP来实现，又可基于TCP来实现

(1)应用层的主要协议

①超文本传输协议(HTTP)：该协议是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。所有的WWW文件都必须遵守这个标准。设计HTTP的最初目的是提供一种发布和接收HTML页面的方法。通过使用Wb浏览器、网络爬虫或者其他的工具，客户端发起一个到服务器上指定端口（默认端口为80）的HTTP请求。HTTP服务器则在那个端口监听客户端发送过来的请求。一旦收到请求，服务器（向客户端）发回一个状态行和（响应的）消息。

②简单邮件传输协议(SMTP):该协议是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，由它来控制信件的中转方式，即它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。

③邮局协议版本3(POP3):该协议主要用于支持使用客户端远程管理在服务器上的电子邮件，例如调用邮件客户机程序以连接服务器，并下载所有未阅读的电子邮件。

④文件传输协议(FTP):该协议用于Internet上控制文件的双向传输.同时，它也是一个应用程序，基于不同的操作系统有不同的FTP应用程序，而所有这些应用程序都遵守同一种协议以传输文件。

⑤Telnet:该协议是Internet远程登录服务的标准协议和主要方式，它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。要开始一个Telnet会话，必须输入用户名和密码来登录服务器。

⑥动态主机配置协议(DHCP):该协议通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态地获得IP地址、Gateway地址等信息，并能够提升地址的使用率。

⑦简单网络管理协议(SNMP):该协议能够支持网络管理系统，提供了监视和控制网络设备以及管理诸如配置、统计、性能和安全的手段，其目标是管理Internet上众多厂商生产的软硬件平台。

⑧简单文件传输协议(TFTP):该协议设计的时候是用于进行小文件传输的，因此它不具备通常的FTP的许多功能，它只能从文件服务器上获得或写入文件，不能列出目录，不进行认证。

⑨域名系统(DNS):该协议是Internet.上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便地访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串，通过主机名就可得到该主机名对应的IP地址，该过程叫作域名解析（或主机名解析）。

(2)传输层的主要协议

①TCP:为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。可见，为了提供可靠的服务，TCP采用了超时重传、发送和接收端到端的确认分组等机制，由于传输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。

②UDP:为应用层提供一种非常简单的服务，它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。UDP任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

(3)网络层的主要协议

①IP:该协议是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在Internet中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，也就是说，任何厂商生产的计算机系统，只要遵守IP就可以与Internet互联互通。

②Intemet控制报文协议(ICMP):该协议用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。我们在网络中经常会使用到ICMP,比如用于检查网络通不通的Ping命令(Linux和Windows系统中均有)，这个“Ping”的过程实际上就是ICMP工作的过程。

③Internet组管理协议(IGMP):该协议是Internet协议家族中的一个多播协议，运行在主机和多播路由器之间。

④地址解析协议(ARP):该协议是根据P地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标P地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址：收到返回消息后将该P地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

⑤反向地址转换协议(RARP):该协议允许局域网的物理机器从网关服务器的ARP表或者缓存上请求其IP地址，它以与ARP相反的方式工作。

(4)网络接口层

协议网络接口层并没有规定具体的协议，它采取开放的策略，允许使用广域网（如点对点协议(PPP)、传统的X.25和综合业务数字网(ISDN)等)、局域网（如CSMA/CD、令牌环等）与城域网的洛种协议，这些协议是现成的，可不予关注。任何一种流行的底层传输协议都可以与TCP/IP互联网络层接口。这正体现了TCP/IP体系的开放性、兼容性的特点，也是TCP/IP成功应用的基础。

3.互联网应用
3.1 典型的互联网应用

互联网接入方式千变万化，如xDSL、光纤、PON、Cble、FTTx、微被、移动网、VSAT…人类发明的几乎所有通信接入网，都可以被用于接入互联网。

电信运营商或者ISP,他们建立了自已庞大的IP网并与其他国际、国内运营商的IP网互联，这是电信运营商的“互联网接入”。而这种“接入”更多是一种“互联”，因为它们建立的网络本身就是互联网的重要组成部分。

互联网内容的主要载体是Internet数据中心(IDC)。也就是说，互联网中丰富多彩的内容存在于IDC中。IDC的基础服务类型包括主机托管（把服务器保存在机房并且通过一定带宽连接到互联网上去)、虚拟主机托管（多个客户把信息存放在同一台服务器里，对于每个客户而言，都仿佛拥有一台自己的计算机，而实际上，只是大家共享一台而已，这就叫“虚拟”主机)、邮件缓存、场地、机柜的出租、域名系统服务、虚拟专用拨号网(VPDN)及虚拟专用网络(VPN)系统、高速缓存技术、数据存储和备份服务等。

互联网在现实生活中应用很广泛，如经典应用E-mail、搜索引擎：更受欢迎的即时通信、电子商务：远程教学和远程医疗：网络游戏等。因此，互联网绝不仅仅是带来了个人娱乐方式的改变，更多的是带来了人们生存模式的变革,“Web2.0”的概念提出以来，出现了博客、播客、维基网、沃客、在线视频等一系列代表业务，也就是说，互联网的应用只需建立基础框架，任何人、单位、团体都可以自行添加内容，并分享给公众，而不像传统的互联网应用，由网络内容服务商(ICP)提供内容，用户更多的是浏览。从网络营销的角度而言，Web2.0的核心价值在于其互动性。

3.2“互联网+”的应用

“互联网+”的含义就是要充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用，把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合，产生化学反应、放大效应，大力提升实体经济的创新力和生产力，形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。通俗来讲，“互联网+”就是“互联网+各个传统行业”，但并不是简单地两者相加，而是利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态。

“互联网+”的实际应用如下：

(1)“互联网+医疗”：移动医疗垂直化发展“互联网+医疗”的融合，最简单的做法是实现信息透明，解决资源分配不均等问愿，还可以解决大家看病时挂号排队时间长，看病等待时间长、结算排队时间长的“三长一短”问题。

(2)“互联网+工业”：让生产制造更智能“工业4.0”是应用物联网、智能化等新技术提高制造业水平，将制造业向智能化转型，通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理，它“自下而上”的生产模式革命，不但节约创新技术、成本与时间，还拥有培育新市场的潜力与机会。

(3)“互联网+农业”：催化中国农业品牌化道路数字技术可以提升农业生产效率。农业信息的互联网化将有助于需求市场的对接。农业互联网化，也可以吸引越来越多的年轻人积极投身农业品牌打造中，可以创造出更为多样模式的“新农业”。

(4)“互联网+教育”：在线教育大爆发“互联网”与教育逐渐深度融合，具体表现在优化教育资源配置、促进教有公平、尊重学生个体差异、满足学生个性化需求、突破学习时空限制、加快学习方式变革、变革原有教学方式、丰富学科课程内容。

(5)“互联网+金融”：全民理财与微小企业发展“互联网+金融”的结合将城起全民理财热潮，低门槛与便捷性让资金快速流动，大数据让征信更加容易，这也将有助于中小微企业、工薪阶层、自由职业者、进城务工人员等大众获得金融服务。

(6)“互联网+交通和旅游业”：让一切资源共享起来“互联网+交通和旅游业”，不仅可以缓解道路交通拥堵，还可以为人们出行提供便利，为交通领域的从业者创造财富。

(7)“互联网+文化”：让创意更具延展性和想象力互联网与文化产业高度融合，推动了产业自身的整体转型和升级换代。互联网对创客文化、创意经济的推动非常明显，它再次激发起全民创新、创业，以及文化产业、创意经济的无限可能。

(8)“互联网+家电/家居”：让家电会“说话”，家居更“聪明”目前大部分家电产品还处于互联阶段，真正有价值的是互联网家电产品的互通，让更多的智能终端作为智能家居的入口和控制中心，实现互联网智能家电产品的硬件与服务融合解决方案。

(9)“互联网+家”：O20才刚刚开始“互联网+家”将会带动生活服务O20的大市场，互联网化的融合就是去中介化，让供给直接对接消费者需求，并用移动互联网进行实时链接。

(10)“互联网+媒体”：新业态的出现互联网不只改变了媒体的传播渠道，还使其在传播界面与形式上也有了极大的改变。融入互联网后的媒体形态是以双向、多渠道、跨屏等形式，进行内容的传播与扩散。

(11)“互联网+广告”：互联网语境+创意+技术+实效的协同单一广告的模式已经终结，未来广告公司需要思考互联网时代的传播逻辑，并且要用互联网创意思维和互联网技术来实现。

(12)“互联网+零售”：零售体验、跨境电商和移动电商的未来实体店与网店并不冲突，实体店不仅不会受到冲击，还会借助“互联网+”从而重获新生。

总之，“互联网+”还处于发展阶段，在“全民创业”时代的常态下，与互联网相结合的项目会越来越多。

3.3 互联网应用发展状况

从总体上看，全球互联网已进入中速发展阶段，用户总体规模持续增长，普遍服务快速推进，网络流量则保持高位增长。从发展周期上看，互联网已全面进入移动时代，全球移动应用规模已超过千万款，移动成为重要业务领域的主流服务渠道。中国规模优势显著，第三方移动应用商店承载的应用规模与分发规模领军全球。而同时，全球移动互联网爆发式扩张浪潮退却，全球互联网连接增长步入动力转换阶段，从“人人相联”向“万物互联”迈进，产业互联网发展全球提速，工业互联网和车联网成为两大热点。

2017年8月，中国互联网络信息中心(CNNIC)发布了第40次《中国互联网络发展状况统计报告》。报告显示，我国个人互联网应用保持快速发展，各类应用用户规模均呈上升趋势，其中网上外卖和互联网理财是增长最快的两个应用，网络购物仍保持较快增长，而且手机外卖、手机在线教有课程用户规模增长最为明显。此外，报告针对不同应用类型进行了发展趋势预测：

①即时通信、搜索引繁、网络新闻作为基础的互联网应用，用户规模趋于稳定，提供精准优质内容服务为重点方向。

②网络购物、网上外卖和在线旅行预订保持高速增长，用户偏好逐步向品质、智能、新品类消费转移，带动国民消费升级。

③互联网理财市场趋向规范化，网民在超市、便利店等线下实体店使用手机网上支付结算的习惯进一步加深，在深耕国内市场的同时，我国网络支付企业纷纷拓展市场潜力巨大的海外市场。

④网络娱乐类应用进步向移动端转移，手机网络音乐、视频、游戏、文学用户规模稳步增长。在网络视频行业，各大视频网站均布局包括文学、漫画、影视、游戏及其衍生产品的泛娱乐内容新生态，生态化平台的整体协同能力正在逐步凸显：以秀场直播和游戏直播为核心的网络直播业务保持了莲勃发展趋势，运营正规化和内容精品化是当前发展的主要方向。

⑤在线教育、网约出租车、网约专车或快车等公共服务类各细分领域应用用户规模均有所增长。而且报告指出，人工智能技术驱动在线教育产业升级：网约车市场经历资本驱动的急速扩张阶段，回归以全局为重的规范化发展道路。

6.4 通信电源

6.4.1 通信设备对电源的要求

1、通信设备对电源的一般要求
(1)可靠性高
一般的通信设备发生故障影响面较小，是局部性的。如果电源系统发生直流供电中断故障， 则影响几乎是灾难性的，往往会造成整个电信局、通信枢纽的全部通信中断。因此，通信电源系 统要在各个环节多重备份，保证供电可靠。这就包括“多路、多种、多套”的备用电源。在暂还 没有条件达到“三多”配置的地方，至少应有后备电池。
(2)稳定性高
各种通信设备都要求电源电压稳定，不允许超过容许的变化范围，尤其是计算机控制的通信 设备，数字电路工作速度高、频带宽，对电压波动、杂音电压、瞬变电压等非常敏感。所以，供 电系统必须有很高的稳定性。
(3)效率高
能源是宝贵的，通信设备在耗费巨资完成设备投资后，日常的费用支出中，电费是一笔比重 很大的开支。尤其随着通信容量的增大， 一个母局的各种设备用上百、上千安培直流的用电量已
是司空见惯，这时效率问题就特别突出。这就要求电源设备(主要指整流电源)应有较高的转换 效率，即要求电源设备的自耗要小。
2. 现代通信对电源系统的新要求
(1)低压、大电流，多组供电电压需求
低压、大电流，多组供电电压需求，功率密度大幅度提升，是供电方案和电源应用方案应呈 现出的多样性。
(2)模块化：自由组合扩容互为备用
提高安全系数，模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的 模块化。
多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流， 一旦其中某个 模块失效，其他模块再平均分担负载电流。这样就极大地提高了系统可靠性，即使万一出现单模 块故障，也不会影响系统的正常工作。
(3)能实现集中监控
现代通信运维体制要求动力机房的维护工作通过远程监测与控制来完成。这就要求电源自身具有 监控功能，并配有标准通信接口，以便与后台计算机或与远程维护中心通过传输网络进行通信，交换 数据，实现集中监控，从而提高维护的及时性，减小维护工作量和人力投入，提高维护工作的效率。
(4)自动化、智能化
自动化、智能化要求电源能进行电池自动管理、故障自诊断、故障自动报警等，自备发电机 应能自动开启和自动关闭。
(5)小型化
现在各种通信设备日益集成化、小型化，这就要求电源设备也相应地小型化，作为后备电源 的蓄电池也应向免维护、全密封、小型化方面发展，以便将电源、蓄电池随小型通信设备布置在 同一个机房，而不需要专门的电池室。
(6)新的供电方式
相应于电源小型化，供电方式应尽可能实行各机房分散供电，设备特别集中时才采用电力室 集中供电，大型的高层通信大楼可采用分层供电(即分层集中供电)。
集中供电和分散供电各有优点，应根据条件不同斟酌选用。

6.4.2 通信电源的分级

无论是交流不间断电源系统还是直流不间断电源系统，都是从交流市电或油机发电机组取得能源，再转换成不间断的交流或直流电源去供给通信设备。通信设备内部再根据电路需要，通过DC/DC变换或AC/DC整流将单一的电压转换成多种交、直流电压。因此，从功能及转换层次来看，可将整个电源系统划分为3级：

交流市电和油机发电机组称为第一级电源，这一级是保证提供能源，但可能中断；

交流不间断电源和直流不间断电源称为第二级电源，主要保证电源供电的不间断；

通信设各内部的DC/DC变换器、DC/AC逆变器及AC/DC 整流器则划为第三级电源，第三级电源主要是提供通信设备内部各种不同的交、直流电压要求，常由插板电源或板上电源提供。板上电源又称为模块电源，由于功率相对较小，其体积很小，可直接安装在印制板上，由通信设备制造厂商与通信设备一起提供。

3.通信电源系统的组成
3.1 通信电源的系统组成

通信电源是专指对通信设备直接供电的电源。在一个实际的通信局（站）中，除了对通信设备供电的不允许间断的电源外，一般还包括对允许短时间中断的保证建筑负荷（比如电梯、营业用电等)、机房空调等供电的电源和对允许中断的一般建筑负荷（比如办公用空调、后勤生活用电等)供电的电源。所以说，通信电源和通信局（站）电源是两个不同的概念，通信电源是通信局(站)电源的主体和关键组成部分。

(1)市电引入

由于市电比油机发电等其他形式电能更可靠、经济和环保，所以市电仍是通信用电的主要能源。为了提高市电的可靠性，大型通信局（站）的电源一股采用高压电网供电，为了进一步提高可靠性，一些重要的通信枢纽局还采用从两个区域变电所引入两路高压市电，并且由专线引入一路主用，一路备用。市电引入部分通常包含局站变电所（含有高压开关柜、降压变压器等)、低压配电屏（含有计量、市电一油机电转换、电容补偿、防雷和分配等功能）等，通过这些变电、配电设备，将高压市电（一般为10kV)转为低压市电（三相380V),然后为交流、直流不间断电源设备及机房空调、建筑负荷提供交流能源。

(2)油机发电

当市电不可用时（比如停电、市电质量下降等），可用备用油机发电机组提供能源，某些通信局（站）配有移动油机发电机组（或便携式发电机）以适应局（站）外应急供电的需要，比如移动基站的市电故障应急供电。
整个通信局（站）电源供电系统线路根据供电中断与否可分为：a级（供电不允许中断）、b级(供电允许短时间中断)、c级（供电允许中断）3个等级。由于市电的中断在某些情况下是无法控制和避免的，对一些不能长时间停电的线路（比如通信机房用空调以及通信电源交流输入）必须由备用油机发电机组在市电中断几分钟至十几分钟内提供能替代市电的交流能源，此外，由于通信局（站）中，建筑负荷用电量日趋增加，为了减小备用油机发电机组容量和节约能源，在市电中断后，备用油机发电机组仅供给保证建筑负荷，而不再对一般建筑负荷供电。

(3)不间断电源

通信的特点决定了通信电源必须不间断地为通信设备提供电源，但市电（油机电）做不到这一点。我们要做的就是将市电（油机电）这种可能中断的电源转换为不间断电源对通信设备的供电。必须明确的是，不间断电源只是将市电（油机电）进行电能的转换和传输，它并不生产电能。对通信设备的供电，可分为交流供电和直流供电两种。交换、传输、光通信、微波通信和移动通信等通信设备均属直流供电的设备，还有一些设备则属于交流供电的通信设备，目前直流供电的通信设备占绝大部分。

3.2 交流供电系统和直流供电系统

通信设备的供电要求有交流、直流之分，因此通信电源也有交流供电系统和直流供电系统。

(1)交流供电系统

①系统组成

通信电源的交流供电系统由高压配电所、降压变压器、油机发电机、UPS和低压交流配电屏组成。交流供电系统可以有3种交流电源：变电站供给的市电、油机发电机供给的自备交流电、UPS供给的后备交流电。

②油机发电机

为防止停电时间较长导致电池过放电，通信局一般都配有油机发电机组。当市电中断时，通信设备可由油机发电机组供电。油机分普通油机和自动启动油机。当市电中断时，自动启动油机能自动肩动，开始发电。由于市电比油机发电机供电更经济和可靠，所以，在有市电的条件下，通信设备一般都应由市电供电。

③UPS

为了确保通信电源不中断、无瞬变，可采用静止型交流不停电电源系统，即UPS。UPS一般都由蓄电池、整流器、逆变器和交流静态开关等部分组成。市电正常时，市电和逆变器并联给通信设备提供交流电源，而逆变器是由市电经整流后给它供电。同时，整流器也给蓄电池充电，蓄电池处于并联浮充状态。当市电中断时，蓄电池通过逆变器给通信设备提供交流电源。逆变器和市电的转换由交流静态开关完成。

④低压交流配电屏

低压交流配电器用于输入市电，为各路交流负载分配电能。当市电中断或交流电压异常时（过压、欠压和缺相等)，低压交流配电屏能自动发出相应的告警信号。

(2)直流供电系统

①系统组成

通信设备的直流供电系统由高频开关电源(AC/DC变换器)、蓄电池、DC/DC变换器和直流配电屏等部分组成。

②整流器

整流器用于从低压交流配电屏引入交流电，将交流电整流为直流电压后，输出到直流配电屏与负载及蓄电池连接，为负载供电，给电池充电。

③蓄电池

蓄电池用于在交流供电停电时，向负载提供直流电，是保障直流系统不间断供电的基础设备。

④直流配电屏

直流配电屏用于为不同容量的负载分配电能，当直流供电异常时要产生告警或保护，如熔断器断告警、电池欠压告警、电池过放电保护等。

⑤DC/DC变换器

DC/DC变换器将基础电源电压(-48V或+24V)变换为各种直流电压，以满足通信设备内部电路多种不同数值的电压（士5V、士6V、土12V、土15V、-24V等）的需要。

3.3 接地系统

为了提高通信质量、确保通信设备与人身的安全，通信局（站）的交流和直流供电系统都必须有良好的接地装置。

(1)通信机房的接地系统：通信机房的接地系统包括交流接地和直流接地。

(2)交流接地：包括交流工作接地、保护接地、防雷接地。

(3)直流接地：包括直流工作接地、机壳屏蔽接地。

(4)通信电源的接地

通信电源的接地包括交流零线复接地、机架保护接地和屏蔽接地、防雷接地、直流工作地接地。通信电源的接地系统通常采用联合地线的接地方式。联合地线的标准连接方式是将接地体通过汇流条（粗铜缆等）引入电力机房的接地汇流排，防雷地、直流工作地和保护地分别用铜芯电缆连接到接地汇流排上。交流零线复接地可以接入接地汇流排入地，但对于相控设备或电机设备使用较多（谐波严重）的供电系统，或三相严重不平衡的系统，交流零线复接地最好单独埋设接地体，或从直流工作接地线以外的地方接入地网，以减小交流对直流的污染。

以上4种接地一定要可靠，否则不但不能起到相应的作用，甚至可能适得其反，对人身安全、设备安全、设备的正常工作造成威胁。