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[摘 要]本文阐述了支撑通信网络的几种关键技术，并通过对这些技术的介绍，说明未来的通信网络是一个国际标准化的、综合化的、宽带化的多媒体数据通信网。对复杂通信网络拓扑结构的恰当描述与刻画是研究其可靠性及确定信号流在其中有效的传输方式的前提。通过引进适当的数据结构并采用递归分解的技巧，给出了将任意复杂通信网络分解为环、弦、链等基本网络结构的某种组合与连接的结构分解法，并由此得到了研究网络可靠性的新的两阶段法：即先分析各基本结构的可靠性，再由此给出原网络可靠性的估计。
[关键词]通信网络 支撑技术 全光网络 加权网络 可靠性分析
中图分类号：TE95 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0095-02
随着通信技术的发展趋势，未来通信网将朝着数字化、智能化、综合化、宽带化和个人化的方向发展。建立一个功能强大的信息网络已成为信息社会必不可少的基础设施和社会物资生产的必备条件。当下，通信网应该是一个能支持全业务的传输网，应该具有高可靠性、高灵活性和自组织、自愈合的能力。
为此，支撑这一网络的关键技术就显得非常重要。通信网络的可靠性分析的分解网络的多种方法，均存在着计算精度较低，计算量大和计算较为复杂等不足。为了寻求一种有效的计算大型复杂网络可靠性的新方法，本文提出一种基于通信网络自身结构特性进行分解的方法。该方法将原复杂通信网络分解为若干个对通信网有意义的基本子网结构， 这里的基本结构包括环、弦、链及关键点。通过这样的分解， 可将原大规模或复杂网络转化为由基本结构通过关键点连接所构成的连通度较低的小型逻辑视图。这不仅使得我们可有效描述实际中的大规模复杂通信网络，而且可使原网络的可靠性估计也得以简化，因为对基本结构的可靠性很容易精确计算。由此再考虑到基本结构的互连情况， 则可将逻辑网络视图转化为普通的加权网络，并进而基于它来计算原网络的可靠性，这样就导出了计算网络可靠性的两阶段法。由于经过基本结构简化，加权网络的复杂度大大降低，为计算可靠性带来了方便。
一、通信网络的支撑技术
通信网络的支撑技术包括：光纤传输技术、无线接入技术、ATM宽带交换技术、高速路由器技术、图像压缩编码技术、软件技术。
（一）光纤传输技术
光纤传输技术的目标是超大容量和超长距离的全光网络。为此所采用的新技术包括如下几方面。
1.波分复用（WDMPDWDM）技术：充分利用光纤低损耗窗口的波长宽度，使一根光纤的传输容量增加多倍。
2.掺饵光纤放大器（EDFA）：避免了再生中继的光P电与电P光转换过程，实现全光传输，更好地满足大容量、长距离通信要求。
3.时分复用（OTDM）：用多个电信号去调制同一光源，复用成大容量的通信信道，克服了高束电子器件的困难。
4.光弧子传输技术：是一种有效利用了光纤中的非线性特性，可望实现超高速、超长距离的传输技术。
5.光交叉连接（OXC）P光分插复用（OADM）：完成光路倒换、转接的技术，是组建全光通信网的关键技术。
6.光子集成（PIC）P光电集成（OEIC）技术：解决用分立的光有源器件和光无源器件无法也不可能达到实用要求的技术难题。
（二）无线接入技术
现代无线通信要求能够同时提供实时语音和宽带数据等多媒体业务，包括能够支持新的基于分组交换的空中接口，实现无线接入Internet及无线IP技术，支持话音、活动视频和高清晰图像等多种多媒体业务，实现多种信息一体化。第三代移动通信系统的推出，旨在提供接近有线质量的无线语音业务，而且可以实现支持普通多媒体和高速数据应用所需的速率和容量。能把现存的寻呼、无绳、蜂窝和卫星移动等通信系统综合在统一的系统中，以提供多种服务。第三代移动通信系统给我们的未来带来美好的前景，能真正实现一部手机的可视通话，接入Internet等享受到随时随地的多媒体通信。
（三）ATM交换技术
异步转换模式（ATM）作為一种非常成熟的技术，既具有电路交换的简便，又具有分组交换的灵活。ATM支持交换式虚通道和永久性虚电路两个级别的连接。在虚电路建立之后，ATM网络提供不中断业务的性能监督和报告功能，用来估算网络达到的性能指标值。
ATM网络的高速发展，要求ATM网络必须具有一个全功能可调节的核心网络，特定的核心网络需求推动着核心业务交换机的发展。
（四）高速路由器技术
随着Internet骨干网上业务量的剧增，对核心路由器的处理能力和容量都提出了更高的要求，从而产生了千兆级路由器。千兆级路由器抛弃了传统的总线P背板加集中处理器的结构，代之以高性能的专用或通用的交换矩阵，有些甚至直接采用了ATM交换矩阵；同时将原来集中在中央处理器的智能尽量分散到各个接口处理模块，希望通过高速缓存和其它的路由预处理手段加速数据包的转发。
（五）图像压缩技术
当今社会是一个信息的社会，通信业务的指数增长，尤其是数字图像通信量的增加，给通信网带来了沉重的负担，从而形成图像通信与通信容量的矛盾，极大地制约了图像通信的发展。国际电联和ISO制定了一系列图像编码国际标准，推动了图像编码技术的快速发展。目前图像编码主要分为两个研究方向，实现现有的图像编码国际标准；对图像编码理论和其它图像编码方法的研究。
（六）软件技术
随着网络规模及技术的飞速发展，通信网络正从以硬件为主的网络结构向软件功能为主的网络结构转变，软件将成为系统的核心。软件系统的可重用性、可靠性对通信系统高速可靠的运转起到了不可估量的作用。许多大型的应用系统，如：军事系统、通信系统、金融系统、商务系统等，软件系统中的微小错误必将造成无可挽救的巨大损失。因此，构件软件技术及其理论、方法、语言和工具的研究是未来软件技术的重要方向。 二、通信网络的发展应用
随着信息量传输的巨增，通信网络必将由以传统的电路交换为基础的电信网，向着分组化的以IP网为基础的数据网方向发展，使100年来始终占主导地位的语音业务让位给数据业务。下一代网络的格局将会是由光纤因特网、接入网和无线网组成的数据业务网。
光纤因特网，利用DWDM（波分复用）技术，可以组成支持全业务的传输网。接入网（SDH），采用无源光网络（PON）的光纤用户环路（FTTL）实用化系统己推出，可提供的服务有光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）和光纤到家（FTTH）。它可以为用户提供100MbPs的上因特网速度，120个数字电视，70个模拟电视和31个高质量的音频信道。无线通信网，陆地移动通信系统CDMA（码分多址）因为采用了先进的纠错和校错算法，可变速率话音编码器，频率、空间、路径与时间分集技术，先接后断的软切换，自动频率控制等技术，因而扩大了信号覆盖范围。由于CDMA系统能处理宽带业务，因而可传输多媒体数据。
21世纪，卫星移动通信会在许多国家得到应用。它除了作为陆地通信系统的补充外，可为海上、空中及边远地区提供业务。今后，传输网将向不同的传输媒体为基础的混合网发展，如光纤P无线。
三、网络分解技术和算法描述
不难理解，任何网络均可看作是由环、弦、链等基本结构通过某种方式复合、连接起来而构成的，称连接基本结构的节点为关键点。这些基本结构可简单描述如下：环形结构是指首尾相接的线形结构， 该结构为环中任意两个节点之间都提供了两个通路，因此环形结构本身就具有保护路由，具有较好的可靠性。在通信网络中，作为主要的组网方式，环形结构常被用来构建具有一定自愈能力的网络，以防止由于局部线路断开或者节点失效带来的业务中断。弦形结构是指两端均与环相连的线形结构，它提供了不同结构间的一个连接，故对于提高网络可靠性亦有帮助。链形结构指非环非弦的线形结构，增加链形虽不能提高整个系统的可靠性，但可以用来扩大通信网络的覆盖范围，因而也是一种常见的网络架设结构。关键点是指连接不同基本结构的节点，关键点对网络可靠性起着很重要的作用，度越高其影响越大，因为它们的失效不仅造成结构间互连的失败，而且会导致多个结构体本身的失败。因此在进行可靠性分析时，应当特别注意关键点的作用。
（一）分解算法的基本思想与描述
对于一个给定的网络，首先将其中的单连通节点进行递归的删除，直到该网络不再包含这种节点。所有被删除的部分就是给定网络中链形结构的全體，由它可以得到网络中的链结构。称删除这些链形结构所得的网络为封闭网络。对封闭网络采用一定的寻环策略找到各环路，记录、删除这些环路，网络将会产生新的单连通节点。递归删除这些节点，直到网络不再包含单连通节点而成为封闭网络。如此循环，直到网络节点集为空，即可分离出包含在网络中的所有环路；而所有非环路的边集，就构成了网络中的弦结构。在上述过程中， 通过适当的标记手段可以得到所有关键点的连接数据。
通过以上分解算法，能够将一个复杂网络拆分成多个基本结构。进一步，将基本结构收缩为一个节点，而将连接基本结构的关键点变形拉伸成为基本结构间的连接边；若基本结构之间存在重复边，则进行合并；这样就得到利用基本网络结构来描述网络的逻辑视图。关于寻环策略的选择，可根据网络设计的目标与实际中的具体情况选取不同的方法。比如，当以网络架设成本作为主要参考指标时，可采取找最短路的方法来寻求各个环路；而对于时延要求较高的情况，则要考虑用最少转接作为最优准则来寻找环路。为了能在适当的内存空间中有效实现上述分解思想，并便于有关信息在可靠性分析等中的应用， 我们对各个节点与基本结构分别采用下列数据结构描述：节点连接的数据结构节点号度标志位连接节点与附加信息域网络基本结构的数据结构基本结构编号标志位节点序列算法中用于描述网络的链接表结构，则是由描述节点连接的数据结构作为元素所组成的线性表构成。
四、结束语
当下，多媒体通信将在整个社会发展中起到非常重要的作用，而攻破通信技术的难题将是今后网络发展速度的关键所在。组建一个全功能的、全业务的通信网络将是未来的发展目标。当人们无拘无束地、随时随地通过网络漫游世界、收看网络电视、移动环境虚拟办公、彼此声情并貌地面对面交流的时候，正是多媒体通信新时代的到来。
参考文献
[1] 秦文.三代移动通信的现状和发展[J]通信天地.2000.
[2] 司徒卫.无线数据通信技术的发展未来[J].中国通信.1999.
[3] 杨同友.光纤通信市场的需求与技术进步[J].通信天地.
作者简介
郑红刚、男、籍贯（浙江绍兴）、现任浙江省邮电工程建设有限公司交付管理部主任职务、学士学位；研究方向（通信网络的发展应用及物联网相关技术）。
[关键词]通信网络 支撑技术 全光网络 加权网络 可靠性分析
中图分类号：TE95 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0095-02
随着通信技术的发展趋势，未来通信网将朝着数字化、智能化、综合化、宽带化和个人化的方向发展。建立一个功能强大的信息网络已成为信息社会必不可少的基础设施和社会物资生产的必备条件。当下，通信网应该是一个能支持全业务的传输网，应该具有高可靠性、高灵活性和自组织、自愈合的能力。
为此，支撑这一网络的关键技术就显得非常重要。通信网络的可靠性分析的分解网络的多种方法，均存在着计算精度较低，计算量大和计算较为复杂等不足。为了寻求一种有效的计算大型复杂网络可靠性的新方法，本文提出一种基于通信网络自身结构特性进行分解的方法。该方法将原复杂通信网络分解为若干个对通信网有意义的基本子网结构， 这里的基本结构包括环、弦、链及关键点。通过这样的分解， 可将原大规模或复杂网络转化为由基本结构通过关键点连接所构成的连通度较低的小型逻辑视图。这不仅使得我们可有效描述实际中的大规模复杂通信网络，而且可使原网络的可靠性估计也得以简化，因为对基本结构的可靠性很容易精确计算。由此再考虑到基本结构的互连情况， 则可将逻辑网络视图转化为普通的加权网络，并进而基于它来计算原网络的可靠性，这样就导出了计算网络可靠性的两阶段法。由于经过基本结构简化，加权网络的复杂度大大降低，为计算可靠性带来了方便。
一、通信网络的支撑技术
通信网络的支撑技术包括：光纤传输技术、无线接入技术、ATM宽带交换技术、高速路由器技术、图像压缩编码技术、软件技术。
（一）光纤传输技术
光纤传输技术的目标是超大容量和超长距离的全光网络。为此所采用的新技术包括如下几方面。
1.波分复用（WDMPDWDM）技术：充分利用光纤低损耗窗口的波长宽度，使一根光纤的传输容量增加多倍。
2.掺饵光纤放大器（EDFA）：避免了再生中继的光P电与电P光转换过程，实现全光传输，更好地满足大容量、长距离通信要求。
3.时分复用（OTDM）：用多个电信号去调制同一光源，复用成大容量的通信信道，克服了高束电子器件的困难。
4.光弧子传输技术：是一种有效利用了光纤中的非线性特性，可望实现超高速、超长距离的传输技术。
5.光交叉连接（OXC）P光分插复用（OADM）：完成光路倒换、转接的技术，是组建全光通信网的关键技术。
6.光子集成（PIC）P光电集成（OEIC）技术：解决用分立的光有源器件和光无源器件无法也不可能达到实用要求的技术难题。
（二）无线接入技术
现代无线通信要求能够同时提供实时语音和宽带数据等多媒体业务，包括能够支持新的基于分组交换的空中接口，实现无线接入Internet及无线IP技术，支持话音、活动视频和高清晰图像等多种多媒体业务，实现多种信息一体化。第三代移动通信系统的推出，旨在提供接近有线质量的无线语音业务，而且可以实现支持普通多媒体和高速数据应用所需的速率和容量。能把现存的寻呼、无绳、蜂窝和卫星移动等通信系统综合在统一的系统中，以提供多种服务。第三代移动通信系统给我们的未来带来美好的前景，能真正实现一部手机的可视通话，接入Internet等享受到随时随地的多媒体通信。
（三）ATM交换技术
异步转换模式（ATM）作為一种非常成熟的技术，既具有电路交换的简便，又具有分组交换的灵活。ATM支持交换式虚通道和永久性虚电路两个级别的连接。在虚电路建立之后，ATM网络提供不中断业务的性能监督和报告功能，用来估算网络达到的性能指标值。
ATM网络的高速发展，要求ATM网络必须具有一个全功能可调节的核心网络，特定的核心网络需求推动着核心业务交换机的发展。
（四）高速路由器技术
随着Internet骨干网上业务量的剧增，对核心路由器的处理能力和容量都提出了更高的要求，从而产生了千兆级路由器。千兆级路由器抛弃了传统的总线P背板加集中处理器的结构，代之以高性能的专用或通用的交换矩阵，有些甚至直接采用了ATM交换矩阵；同时将原来集中在中央处理器的智能尽量分散到各个接口处理模块，希望通过高速缓存和其它的路由预处理手段加速数据包的转发。
（五）图像压缩技术
当今社会是一个信息的社会，通信业务的指数增长，尤其是数字图像通信量的增加，给通信网带来了沉重的负担，从而形成图像通信与通信容量的矛盾，极大地制约了图像通信的发展。国际电联和ISO制定了一系列图像编码国际标准，推动了图像编码技术的快速发展。目前图像编码主要分为两个研究方向，实现现有的图像编码国际标准；对图像编码理论和其它图像编码方法的研究。
（六）软件技术
随着网络规模及技术的飞速发展，通信网络正从以硬件为主的网络结构向软件功能为主的网络结构转变，软件将成为系统的核心。软件系统的可重用性、可靠性对通信系统高速可靠的运转起到了不可估量的作用。许多大型的应用系统，如：军事系统、通信系统、金融系统、商务系统等，软件系统中的微小错误必将造成无可挽救的巨大损失。因此，构件软件技术及其理论、方法、语言和工具的研究是未来软件技术的重要方向。 二、通信网络的发展应用
随着信息量传输的巨增，通信网络必将由以传统的电路交换为基础的电信网，向着分组化的以IP网为基础的数据网方向发展，使100年来始终占主导地位的语音业务让位给数据业务。下一代网络的格局将会是由光纤因特网、接入网和无线网组成的数据业务网。
光纤因特网，利用DWDM（波分复用）技术，可以组成支持全业务的传输网。接入网（SDH），采用无源光网络（PON）的光纤用户环路（FTTL）实用化系统己推出，可提供的服务有光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）和光纤到家（FTTH）。它可以为用户提供100MbPs的上因特网速度，120个数字电视，70个模拟电视和31个高质量的音频信道。无线通信网，陆地移动通信系统CDMA（码分多址）因为采用了先进的纠错和校错算法，可变速率话音编码器，频率、空间、路径与时间分集技术，先接后断的软切换，自动频率控制等技术，因而扩大了信号覆盖范围。由于CDMA系统能处理宽带业务，因而可传输多媒体数据。
21世纪，卫星移动通信会在许多国家得到应用。它除了作为陆地通信系统的补充外，可为海上、空中及边远地区提供业务。今后，传输网将向不同的传输媒体为基础的混合网发展，如光纤P无线。
三、网络分解技术和算法描述
不难理解，任何网络均可看作是由环、弦、链等基本结构通过某种方式复合、连接起来而构成的，称连接基本结构的节点为关键点。这些基本结构可简单描述如下：环形结构是指首尾相接的线形结构， 该结构为环中任意两个节点之间都提供了两个通路，因此环形结构本身就具有保护路由，具有较好的可靠性。在通信网络中，作为主要的组网方式，环形结构常被用来构建具有一定自愈能力的网络，以防止由于局部线路断开或者节点失效带来的业务中断。弦形结构是指两端均与环相连的线形结构，它提供了不同结构间的一个连接，故对于提高网络可靠性亦有帮助。链形结构指非环非弦的线形结构，增加链形虽不能提高整个系统的可靠性，但可以用来扩大通信网络的覆盖范围，因而也是一种常见的网络架设结构。关键点是指连接不同基本结构的节点，关键点对网络可靠性起着很重要的作用，度越高其影响越大，因为它们的失效不仅造成结构间互连的失败，而且会导致多个结构体本身的失败。因此在进行可靠性分析时，应当特别注意关键点的作用。
（一）分解算法的基本思想与描述
对于一个给定的网络，首先将其中的单连通节点进行递归的删除，直到该网络不再包含这种节点。所有被删除的部分就是给定网络中链形结构的全體，由它可以得到网络中的链结构。称删除这些链形结构所得的网络为封闭网络。对封闭网络采用一定的寻环策略找到各环路，记录、删除这些环路，网络将会产生新的单连通节点。递归删除这些节点，直到网络不再包含单连通节点而成为封闭网络。如此循环，直到网络节点集为空，即可分离出包含在网络中的所有环路；而所有非环路的边集，就构成了网络中的弦结构。在上述过程中， 通过适当的标记手段可以得到所有关键点的连接数据。
通过以上分解算法，能够将一个复杂网络拆分成多个基本结构。进一步，将基本结构收缩为一个节点，而将连接基本结构的关键点变形拉伸成为基本结构间的连接边；若基本结构之间存在重复边，则进行合并；这样就得到利用基本网络结构来描述网络的逻辑视图。关于寻环策略的选择，可根据网络设计的目标与实际中的具体情况选取不同的方法。比如，当以网络架设成本作为主要参考指标时，可采取找最短路的方法来寻求各个环路；而对于时延要求较高的情况，则要考虑用最少转接作为最优准则来寻找环路。为了能在适当的内存空间中有效实现上述分解思想，并便于有关信息在可靠性分析等中的应用， 我们对各个节点与基本结构分别采用下列数据结构描述：节点连接的数据结构节点号度标志位连接节点与附加信息域网络基本结构的数据结构基本结构编号标志位节点序列算法中用于描述网络的链接表结构，则是由描述节点连接的数据结构作为元素所组成的线性表构成。
四、结束语
当下，多媒体通信将在整个社会发展中起到非常重要的作用，而攻破通信技术的难题将是今后网络发展速度的关键所在。组建一个全功能的、全业务的通信网络将是未来的发展目标。当人们无拘无束地、随时随地通过网络漫游世界、收看网络电视、移动环境虚拟办公、彼此声情并貌地面对面交流的时候，正是多媒体通信新时代的到来。
参考文献
[1] 秦文.三代移动通信的现状和发展[J]通信天地.2000.
[2] 司徒卫.无线数据通信技术的发展未来[J].中国通信.1999.
[3] 杨同友.光纤通信市场的需求与技术进步[J].通信天地.
作者简介
郑红刚、男、籍贯（浙江绍兴）、现任浙江省邮电工程建设有限公司交付管理部主任职务、学士学位；研究方向（通信网络的发展应用及物联网相关技术）。