本书共四个部分。第一部分介绍电信技术基础，主要包括电信技术所涉及的基本概念、传输介质及传统的电话网结构。第二部分介绍数据通信网及因特网，主要包括数据通信的基本概念、局域网、广域网、因特网的结构及演进。第三部分为下一代网络（NGN），主要包括基于IP的业务、NGN的结构、下一代光网络和宽带接入网。第四部分讲述无线通信，主要涉及无线通信的基本概念与技术基础、无线广域网、无线城域网、无线局域网、无线个域网、相关的技术标准以及应用领域。无线通信尤其是无线宽带接入是当前通信领域最前沿、最热门的话题，本书在第四部分中对移动通信的发展历程以及3G、4G和5G都有介绍，对宽带无线接入的相关标准及技术也有全面介绍。 本书适合通信工程技术及通信服务领域的从业人员阅读，也可作为高等院校电子信息工程、通信工程等专业“通信概论”类课程的教材或电信行业从业人员的培训教材。

绪论 宽带的发展历程 我热爱电信技术，它有极大影响力，对我们的社会有着重要的意义。它已经展示出改变社会的潜力，而且变革才刚刚开始。随着电话的发明，人们的交流和社会交往发生了永久性的改变：对商业而言，时间和空间的障碍开始消失；你可以与你的爱人一直保持联系；也可以对世界上的重大事件立即做出反应。通过计算机和电信网络，人们能够充分发挥想像力、影响力和创造力，就好比在工业革命时期通过使用庞大的机器来扩展人们的肌肉和身体本身的力量一样。如今，新发明、新开发被作为一种赖以依靠的力量，它们保持电信的平衡发展，继续改变着人们的交流和交往方式，并不断将机器作为成员引入到网络社会。这是一个激进的时代，我们面对众多新的电信技术和应用，它们为我们带来许多难得的机会，特别是在娱乐业、教育、卫生保健、政府、广告业、生活方式以及令人悲痛的战争中更是如此。 虽然信息和通信技术（ICT）行业经历了多年历炼，但其间许多新的技术在各个领域的发展并未减缓，它们是各种带宽设备、应用和网络结构继续发展的关键。这些卓越的发展推进着宽带技术的变革，也为下一代网络提供了依据。 X.1 数字领域的度量标准 在数字领域，主要有三种度量标准： ●处理能力，以晶体管的数量和每秒钟内的运算次数来度量。 ●存储量，以字节数度量。 ●带宽或数据传输速率，以比特每秒来度量。 处理能力 摩尔定律告诉我们，单个芯片上的逻辑门数（即微处理器的处理能力）每18个月会翻倍。Intel最早的微处理器于1971年诞生，它拥有2300个晶体管。到2001年，顶级计算机的处理器包括大约4200万个晶体管，每秒能执行1000亿次运算。如今，Intel的高端芯片包含的晶体管数量在17亿以上，到2010年，这个数字有望超过100亿。 遗憾的是，关于摩尔定律也存在一个可怕的事实。如今集成电路中一个晶体管的总体长度大约在微米量级，即意味着几十个晶体管可以被安放在人类的红血球细胞上。这种巨大的成功将芯片制造者带到一个边缘，成为进一步提升性能的障碍，其问题在于将晶体管连成集成电路的极小的金属线。如Intel公司的Pentium 4处理器，它大约包括5500万个晶体管，在每平方厘米内使用了长约4.8 km的金属线进行电路连接。随着90 nm工艺的引入，微处理器可以在每平方厘米内容纳1.1亿个晶体管，并用将近6.9 km导线进行电路连接。如今，大多数先进的集成电路每秒可进行100亿次交换，而金属导线互连难以支持相应的水平。 每个新一代的芯片都会使这种情况变得更加严重。当互连时延问题日益突出，而晶体管处理速度越来越快时，更多的信号会由于线路的速度不足而被延缓。额外的不利影响还包括热集结、电流泄漏和相邻传输线之间的窜扰。铜，这种传统的互连技术，已达到其速度的极限。好消息是业界在同时致力于寻找多种解决方案。所出现的两种主要方案为：优化设计以改变芯片微小传输线的传输特性，发展硅基光子技术。 研究者正在开发介电常数（k）比现在最为通用的二氧化硅绝缘层更小的介质薄膜。它通过改变绝缘层的材料减小传输线之间的电容。但这种低k值的薄膜极难集成到产品中。它们非常柔软、易碎，对硅和金属线的附着力差，容易破裂和脱落。因此下一代要求有更低k值的芯片还面临着巨大的挑战。 有关硅基光子技术，最有意义的报道是来自Intel最近成功演示首个连续工作的全硅激光器。硅基光子技术具有大大延续摩尔定律寿命的潜力。光连接能够以数千倍于铜的速度传输数据。不过，现有光器件对于个人计算机甚至是本地网来说，都过于昂贵。如果采用硅制作光器件，其制作会更加便宜和容易。最终，硅光子可能会取代片内处理器之间的铜线，并被微处理器用于执行指令的内部时钟，极大地增加时钟速度和计算速度。 从积极的方面来说，也要感谢摩尔定律，它使如今网络端点设备的尺寸小、功能强、价格便宜。对于功能如此强大的端点，在网络核心收缩中需要对其嵌入网络功能。此外，智能终端设备能够比集中网络更好地建立和管理呼叫。实际上，在终端设备中加入话音使之可能合成其他类型的互动功能，如在线游戏、协同工作和共享Web冲浪。 最新的处理器也能支持庞大数据集的快速可视化和强大的实时仿真，如数字娱乐、三维游戏、电脑绘画、天文学、生物科学和预测建模。这些应用的例子包括人体内血液流动，空间气象模型，治癌药物的虚拟测试，地球磁层的整体建模，湍流冲击和漩涡的仿真，星系和星系群大规模结构，单个细胞内蛋白质的相互作用模型以及宇宙结构形成的测试模型。大量的这类应用都特别适合于科学工程领域，但同样也被设计用于教育和娱乐之中。 存储量 如今能够支持可视化和多媒体应用的快速处理器仅仅是要解决的难题之一，第二个因素是存储。目前，存储密度每12个月就会翻倍。新兴的解决方案要保证存储密度和容量以惊人的速度增长。 在了解存储技术的发展之前，先看看一些关于存储要求的例子： ●1.5 KB（大约12 000比特），基本上能存储以两倍行距打印 的一页文本内容。 ●1 MB，可以存储一篇文本形式的长篇小说，或存储一幅整个 页面的黑白图像、一张3英寸×5英寸的彩色照片、2分钟的电 话质量的声音、7秒CD质量的声音或0.04秒广播质量的视频。 ●4 GB，能够存储一部普通的正常长度的电影。 新的存储设备能将存储量提升到1 TB，这样的存储设备可以存储250部未删节的电影。 如今可用的存储媒质较过去有了极大的改进，但是与将来我们能够看到的介质相比根本不算什么。目前，CD-ROM能提供650 MB的容量，DVD存储量为4.6 GB~17 GB，所支持的传输速率为600 Kbps~1.3 Mbps。也有一些令人兴奋的新型存储设备正在开发之中，包括细菌蛋白质内存、全息存储系统和磁传感器。 细菌蛋白质内存 在我们的星球上，视紫红质菌（BR）是生命的首要基本成分之一，至少在23亿年以前，蛋白质是由盐沼菌生长而来的，它有可能成为未来计算机存储和运算的主流。BR是一种极小的低级蛋白质，经过数亿年的演变，将光转换为能量已经极为有效。作为一个生物物质，蛋白质也能够使数据以三维形式存储，就像在人的大脑中一样。 BR记忆棒也称为存储池，是一个尺寸约为1 cm×1 cm×3 cm的透明介质。每一个BR棒所拥有的容量可存储国会图书馆的数据，大约是10 TB的信息。对于普通消费者，BR记忆棒将减小使用成本，增强离线数据存储的便携性。科学家估计一个10 GB的存储池成本大约为10美元。如果花费100美元，就可以存储你需要的所有东西。可以将存储池放在你的口袋里带回家，并插入电脑中使用。科学家也预言了蛋白质在高空卫星成像中的运用，它天生具有不受伽马射线辐射影响的特性，能够保证其所存储数据的安全，可以避免太阳风暴和其他高能量辐射的影响。 全息存储系统 为了获得巨大计算机能力的全方位光计算环境，具有快速接入和大容量的存储器是必需的。全息存储设备，是一种面向页面的设备，它是以光的形式来读写数据的。全息技术要求有很高的存储密度和快速接入时间。全息技术记录来自三维目标的信息，采用该方式随时可以构建三维图像。利用全息数据存储，用如今DVD碟片大小的空间，就可以存储超过1 TB的数据。由于这种系统没有移动部分，并且其页面是并行接入的，因此数据吞吐量估计将达到1 Gbps甚至更高。 磁传感器 微小的磁传感器可能帮助提高下一代计算机碟片的存储容量，突破技术障碍。这种传感器是一种在显微镜下才可见的镍晶须，只有几个原子大小的宽度（比可见光的波长还要小），能够检测极其微弱的磁场。太比特的数据能够存储在一个1平方英寸的碟片中。 带宽 除了处理能力和存储量之外，数字世界的第三个关键度量标准是带宽。术语“带宽”来源于电磁场频谱的可视化，其中频谱被分为多个频带。每个频带通道有一个相应的宽度，用Hz或每秒多少个周期表示。频带越宽，所能承载的信息也就越多。信息传递速率以每秒多少个比特表示。表1中列出了描述不同带宽数据速率的常用单位。 表1 常用的带宽单位 单位 前缀意义 传输速率 千比特每秒（Kbps） 千 = 103 103 bps 兆比特每秒（Mbps） 兆 = 106 106 bps 吉比特每秒（Gbps） 吉 = 109 109 bps 太比特每秒（Tbps） 太 = 1012 1012 bps 帕比特每秒（Pbps） 帕 = 1015 1015 bps 安比特每秒（Ebps） 安 = 1018 1018 bps 尤其是在过去的10年，网络已经开始承载越来越高的数据速率。Gbps网络如今已常见，Pbps网络也开始出现，Ebps网络能期望在五年内出现。 带宽和传输速率有什么实际的意义呢？带宽越宽，速度越快，意味着下载时间就越短。来看下面的例子： 文件的类型和大小 下载时间 768 Kbps 56 Kbps（窄带） （宽带，如DSL） 滑雪出行照片（1 MB） 4分钟 25秒 流行音乐MP3（1.5 MB） 6分钟 40秒 游戏演示（2.5 MB） 10分钟 60秒 展销会演示文稿（6 MB） 25分钟 2分钟 更短的下载时间即意味着更高的效率。20世纪90年代末，大部分经济增长是新通信和IT产品所导致的生产力的增长。与那些使用拔号上网的人相比，采用宽带的员工有更高的生产效率。一个国家的生产率越高，经济也就越强。 为了更好地理解带宽对传输时间的影响，这里以下载美国国会图书馆全部的资料为例来说明。表2给出了用不同速率进行下载所需使用的时间。 表2 下载国会图书馆全部的资料所需传输时间 数据速率 传输时间 2400 bps 1900.0年 56 Kbps 81.5年 1.5 Mbps 3.0年 1.7 Gbps 23.5小时 10 Gbps 2.35小时 100 Gbps 14.1分钟 1 Tbps 1.41分钟 1 Pbps 8.26秒 1 Ebps 0.826秒 我们并不需要下载国会图书馆的全部资料，也许一生中也不需要，但是需要传输大量其他类型的数据。如今，我们正进入一个应用对带宽要求很高的时代，如表3中所列出的应用，将要求Pbps的网络，最终是Ebps的网络。 表3 不同应用对骨干网带宽要求 应用 骨干网带宽要求 在线虚拟现实 1000 Tbps至10 000 Tbps 3D全息摄影 30 000 Tbps至70 000 Tbps 网格计算 50 000 Tbps至200 000 Tbps Web代理 50 000 Tbps至200 000 Tbps 什么技术能够提供所需要的巨大带宽以实现这类新兴的应用呢？当然，最大的贡献之一来自于光这个舞台。微流体光纤和集成光芯片的发展将我们带入了拥有富裕带宽的全新时代。当接入线的带宽容量达到或超过100 Mbps时，将需要扩展核心网的容量。在本书第三部分中，将讨论下一代网络的基础结构，其中将重点讨论光核心和光边缘的新技术。现在，我们来看看摩尔定律在光带宽中的等效模型：单个波长上每秒内所承载的比特数每12个月会增加一倍，单根光纤中波长数每12个月也会增加一倍，结果使得传输一个信息比特的成本每9个月就会下降50%。 无线领域中的众多发展让我们受益匪浅，它保证了设备的灵活性和移动性。在第四部分中，将探讨无线领域的相关问题。 X.2 适应新的流量模式 信息共享能够通过多种方式进行，例如通过烟雾信号，通过邮政服务由信件传递，或通过电或光媒质传输。在了解产业技术细节之前，重要的是要理解计算与通信背后的驱动力。需要理解这些驱动力对网络流量的影响，进而理解对网络基础结构的影响。 电信革命已经开始蔓延，业务流量及其种类已大大增加，如果将人类的感知加入并作为网络的一部分，则还将看到更多类型的业务。后续的章节会具体讨论处理各种流量类型的网络需求。 业务类型 在当前的数字环境中，业务之间的传统差别不再有实际意义。最终，所有事情就是一系列的1和0。尽管如此，在带宽需求、时延和分组丢失容限等方面还存在着特殊要求，因此仍然要考虑不同业务类型之间的差别。在今天的环境中，电信主要包含四种业务类型，即话音、数据、图像和视频，每一种业务类型在网络容量、时延容限和潜在拥塞容限等方面都有不同的要求。 话音业务 话音业务多年来在发达国家一直占有很大的比重，越来越多的用户线几乎是全时段使用的。然而，世界大约有30亿人从未使用过电话，因此仍然存在巨大的市场有待开发。话音通信通常被认为是窄带通信，也即意味着它们不要求有较大网络容量。但是要注意的是，大多时候话音被作为一个单独的范畴列举出来。在数字时代，话音本质上与数据和图像没有什么不同，它们都是在网络上被交换的“1”和“0”比特流。然而，为了使话音易懂，时延必须保持最小，所以在将话音信息从一点传至另一点时，时延因素必须被严格控制，以真正支持实时话音流。数据分组丢失也必须得到控制，因为少量的分组丢失会导致咔嚓声，大量的丢失则会使得会话无法理解。 数据业务 术语“数据通信”是指设备间数字化的文本和文档的交换。数据包括许多不同的信息类型。在过去，我们将视频、话音和视频会议这些不同类型看成是不同的实体，但在将来不会以这种方式区分，因为所有数据都是由1和0组成的。也许最好是认为传统的数据包括文本和文档。带宽及容量要求可在较大范围变化，具体则取决所要支持的应用。当自然界中越来越多的可视化对象（如图像和视频）被列入数据的范畴，数据通信对容量的要求也日益增长。不同类型的数据应用在时延容忍度上差别较大。基于文本的数据交换通常对时延的容忍度很好。而实时信息数据（比如视频），需要进行比较严格的控制以克服时延。 数据业务比话音业务的增长速度要快得多，在过去的10年中，它平均以每年30%~40%的速度增长。为了容纳数据通信，网络服务在不断发展，以满足更大的容量、更好的传输设备和更智能的网络管理工具的需求。 图像业务 图像传输有中高等的带宽要求：分辨率要求越高，带宽要求也就越高。例如，许多医学诊断图像要求非常高的分辨率。图像业务可容忍一定程度的时延，不会由于网络中的时延造成假象。 视频业务 视频业务如今已变得越来越流行，同时对带宽的要求也越来越高，它们对时延非常敏感。未来将是可视化的通信，我们需要解决如何在网络上使视频得以应用的问题，并且价格适中。当网络基础结构能够支持实时应用对容量和时延限制的要求时，视频业务将跳跃性地增长。 日益庞大的骨干网和不断增长的带宽 全新的话音、数据和视频业务意味着骨干网流量不断提高。迄今为止我们已经讨论过的许多发展都将要求有巨大的骨干网带宽。另外，宽带接入技术的发展也会驱动骨干网附加容量的应用需求。当100 Gbps宽带家庭接入可用时，核心网络所要求的容量将以Ebps来计算。这样巨大的骨干网带宽要求，使得光网络和无线宽带对我们的将来非常重要。 处理新型应用 新的业务模式意味着下一代网络将承担一系列新的应用，这些应用不仅仅是简单的话音和文本数据，还包括许多融合各种媒体类型的新应用。 网络中处理数字娱乐应用的能力是至关重要的。在世界上某些地区，比如亚洲，教育可能是首要关注的问题，它将告诉我们哪些是我们期望能够获得更大发展的方向。但很多地区，娱乐是人们愿意花钱去获取的电子商品和服务。日益壮大的数字娱乐领域包括视频剪辑、数字创作、数字成像、三维游戏和虚拟现实应用，所有这些都驱动着网络的变革。它也好比是鸡和蛋的故事 ：到底是谁先出现呢？网络还是应用？如果没有什么好的东西需要传送，为什么需要光纤宽带连接呢？如果没有方法来分配流量，为什么想要创建一个三维虚拟现实应用呢？底线就是应用和基础结构是交错发展的，从而证明了其好处以及我们为其前景所花费的意义。 另一种越来越重要的应用形式是流媒体。信息的实时传递已作为一个重要的关注点，比如在娱乐、教育、培训、消费者陈述、IPO商品展览和远程医疗会诊等方面。 电子商务和移动商务在内容管理、事务处理平台和稳私安全工具上引入了新的要求，从而影响信息的类型，这些信息必须被编码成基本数据流，同时也影响着网络对包含在数据分组中信息的处理方式。 X.3 ICT趋势驱动宽带革命 智能时代和新一代网络有潜力改造ICT产业并永久性地改变电信现状。许多重要的ICT发展趋势驱动着宽带革命，包括嵌入式设备、智能服装、人机交互、网络计算和实时通信。 嵌入式设备 如今用于互联网通信的设备，包括PC、管理器、电话和移动设备，存在两个问题：一是对于人类的行为它们是不平等的，二是它们常常是阻碍信息交换和处理的瓶颈。 意识到处理这种现实的需求，世界范围的研究工作都在追求泛在的计算境界，也就是所谓的无处不在的普适计算。这种情形下人们会将计算机从机箱中取出来，放在普通的常用物件之中。嵌入式设备将被集成到较大的系统中，在系统中它们会执行控制功能并和互联网上其他的成员通信。数以亿计的这类微处理器，其中许多是我们所看不到的，将被用于各种情形中。 嵌入式设备将在以下三个方面影响泛在计算。 ●智能标签，特别是射频识别（RFID） —RFID可用于在几厘米 至几十千米的范围内识别目标和人，识别距离取决于所用的 频率、标签尺寸和识别器。RFID的应用正在增长，包括传 输、消费产品鉴定、药物和血液ID和保存期限信息、患者识 别、智能屋和新时代纺织品。 ●智能设备—包括仪表、设备、汽车、工业产品和医学设备、 衣服、辅助设备和构件。 ●智能办公—工作场所的室内用品将保证更高的效率和更好的 工作条件。传感技术将支持特殊环境的自动配置或提供研究 内容。 下面将讲述一些新出现的嵌入式设备。这些设备可能用得很好，也可能不好，主要取决于确保这些新兴技术能否改善我们的生活，而不是侵犯我们的隐私。在这样一个勇于技术创新和到处都有嵌入式智能设备的年代，我们都肩负着重大的责任，以努力保证新的工具能真正用于促进人们的合作、协同发展和交流。 家用嵌入式设备 如今存在的一些嵌入式设备（比如一台带有LCD面板的冰箱），它允许你浏览电子邮件甚至可能进行视频会议。如果冰箱能与智能标签食品盒交互，则它可以告知你所存放食物的状态、保鲜期以及它们的存放顺序。 另一个例子是智能洗衣机，它能够读取衣服或织物中的RFID标签，从而可依据织物的结构和年代确定洗涤周期。 智能相框则允许你的朋友和家人将相片发给你，使得你可以经常从你所爱的人那里获得可以让你放松的信息。智能冲浪板允许冲浪者在等待一个完美的海浪时与同伴即时交互信息。还有智能咖啡壶、防烧焦烘烤机、智能桌布、智能名签、可自动调节的智能螺丝刀以及不需要簸箕就可以收集地面垃圾的智能垃圾箱。 我所喜欢的新兴嵌入式设备之一是装有无线传感器的智能病床，它能够测量脉搏、呼吸和躁动率，病人只需躺下检查就会发送诊疗信息。这些信息也可用于跟踪受照顾者的活动或被送至中心护士站。这一研究的目的是为了改善病人的家庭护理环境并自动对所提供的护理等级归档。这只是众多项目的范例之一。你可以很容易地发现这类研究的商业应用：当你在夜间睡觉时，病床会进行各种测量，包括体温、心跳和呼吸。当你醒来时，它会告诉你相关信息。它可能会告诉你辗转反侧了10次，并建议你做一些瑜伽运动，同时提供一个可以帮助你完成这些运动的Web代理。 如今沉默不语的浴室将来也可能会是智能的。当你刷牙时，牙刷将采集你的血压并查找牙洞 ；当你照镜子时，一个小型摄像头将会扫描眼睛以检查糖尿病或动脉硬化情况，或者其他能够通过人眼发现的上千种疾病中的任何一种 ；当你去盥洗室时，它会检查什么东西在里面。如果你忘记带药，盥洗室会知道并提醒你。在不久的将来，智能房间将成为一种医疗救助手段。 嵌入式移动设备 许多移动智能设备已被开发出来，比如智能药丸盒。当你忘记带药时，药盒会发送一条短消息到你的移动设备上或直接呼叫你；如果没有打开药盒取药，它会与你的护理员联系。 另一个智能辅助设备—交互式名签—在大型会议上特别有用。可以将多种信息编程写入名签中，如你的名字、称谓、公司地址和访问号码，以及你的特殊嗜好。当你和另一个配戴有这样的名签的人在会场相遇时，就可自动获知你们是否有需要交谈的共同点。 新型衬衫移动电话是一种以新型表达方式来展示的灵活显示屏 ：一个人穿着上的个性化图案反映了他或她所处的环境、爱好、情绪等。用户会选择他们想充分展示自己的信息，包括图样、标志符、动画或短语，这些可能是他们自己创作的，也可能源自别人。 汽车工业是嵌入式设备活跃的另一个舞台。如今的汽车越来越多地配备多种通信设备，包括视频监控、导航系统、互联网连接、移动电话和嵌在方向盘中的蓝牙通信设备，当然还包括乘客娱乐面板。汽车不再是一个简单的交通工具，如今它可以是一个办公室或娱乐中心。 有关智能汽车和智能高速公路的一件有趣事情是 ：网络结构的选择已发生变化。几年前，我们在寻求一种沿公路放置的机架站所组成的高速公路系统，这些站与关注交通管理信息和路线选择的车辆相互通信。如果无线局域网方面取得足够进展，则可将这种基础结构用于智能车辆和公路中，它本质上是将每一辆汽车作为网络上的一个节点。这是802.11x无线局域网的一个非常吸引人的应用，或者是众多新兴无线城域网技术中的一种。在这种情形下，当汽车巡游于城市或乡村之中时，它们可将相关信息中继给其他需要关注道路条件、事故或可能重新选择路线的车辆，以最大程度地提高行车效率。这样，每一辆汽车都变成了一个网络，该网络基于汽车自身以及大型虚拟汽车互联网中的一个子网。 使用RFID的智能植入 嵌入式智能终极情形是将智能植入人，而不仅仅是嵌入到设备。如今有数万人通过耳蜗植入能够获悉鸟的歌声或调情耳语。现在已取得许多令人兴奋的发展。例如可用于多种目的的生物植入物，从个人方位（用于人们为保护孩子或确保知道他们在哪）到医疗保健（个人的完整病史都存于芯片上）以及金融信息（以使你不再需要钱包或信用卡，而只是需要简单将手臂从扫描器上过一下）。 另一个智能植入的例子是用于糖尿病治疗的RFID生物传感器。一种称为糖尿病药泵的神奇植入物已经上市。在此基础上人们所取得的另外一个更大的突破就是带有生物传感器的植入泵，它可以监控血糖值并持续地提供适量的胰岛素。 RFID和芯片植入技术广泛用于银行、加油站、医院、驾驶证办理部门、学校、军队、汽车、电话和移动电话、电视、计算机系统、监狱、政府、车间、公司、酒吧、旅馆和私人俱乐部，换句话说，它们无处不在。 智能服装 衣服的演变真正是一个令人兴奋的新领域。史蒂夫·曼恩，多伦多大学教授，就是可穿戴计算领域的一位倡导者，也是一位颇具争议的奠基人。曼恩已致力于智能衣服研究20余年。20世纪80年代早期到90年代中期，他所研制的衣服具有相应的功能，但尺寸很大，很笨拙。到90年代末，他的智能衣服可被看成是一副太阳镜和一部移动电话。 从分子加工到由考古挖掘物激发的灵感而得到处理方式，研究人员一直在寻找各种新的方法以得到合身的衣服，创造未着色的衣服和颜色绚丽的智能衣服。这些衣服可屏蔽污染，帮我们找钥匙，为我们读邮件，释放吸引完美异性的信息素。或帮助我们保护隐私，防止植入身体及以插入个人电子设备的RFID芯片被非法接入。 商业人士、普通消费者和世界范围内的年轻人正使用越来越多的便携式电子ICT装置，如移动电话、PDA、数码相机、MP3播放器、游戏平台，等等。电子织物则作为一种用途更多、外形更端庄的选择出现。衬衫、毛衣、鞋子、地毯或墙纸都可能有电子设备嵌入其中。 纳米技术的进展同样也找到了它在流行时尚中的位置。碳纳米管的发现，以及近期在处理其传导特性取得的进展，吸引很多公司竞相开发新一代的智能衣服。任何可用的技术都将用于将衣物做得更加完善，以至于不能分辨人们穿的究竟是纺织品还是设备。 未来服装的计划涉及的范围很广，包括灵活的电子计算显示，即一种能改变图案、影像和装饰花样的装置。温度传感纤维能被植入神经组织。军队正筹措资金研究终极伪装：能够响应电子指令而改变颜色和装饰的变色织物。智能将可能由光电纤维激励，将光和热转换成多种功能。 人机交互 人机交互领域覆盖一个很宽的范围，包括情感计算、脑机接口、软件代理、扩充现实、虚拟现实、远程沉浸和成长中的机器人。目前，计算一般只响应键盘输入和鼠标移动。用户必须学习专门的操作来控制机器，而不是依靠其自然交流能力。 ICT的发展越来越关注创造强大的人机接口。这些新兴的物理接口能够用于控制，不仅包括声音，还包括手势、触和模仿。甚至通过人脑的电波流也可能被利用。人主要有五种直接获取信息的渠道：看、听、闻、触和尝；两种输出信息渠道：说和肢体运动。而机器有许多的输入输出通道，但如今它们被人的能力范围所限制。以后将允许直接使用人的交流渠道，包括思想、情感、脑电波和视线追踪。 情感计算 情感计算实质上是给计算机建立情感，它使计算机能够记录人的反应、识别行为模式。穿戴式计算机在衣服内嵌入了多个能够寄存生物生理参数并能与计算机交互信息的传感器。生物特征识别技术开创了基于个人惟一生理特征的安全应用，这些生理特征包括声音、指纹、手掌几何特征、脸型和眼球虹膜结构。 情感计算的一个目标是建立能够感知用户情感状态的计算机系统。你可以想像一台计算机能够发觉你的沮丧和踌躇心理而帮你解决问题的情形。实现这一目标的一个方法是通过穿戴式情感计算，即在衣服内装有尺寸很小的但功能强大的计算机，使用对人体无害的生物传感器感知生理变化，这些生理变化正好反映了情感状态上的变化。 情感珠宝工程是努力创造舒适的、符合审美观念的低成本生物传感器饰品，并且能与现有的各种服装相搭配。皮肤传导率传感器已经被集成到戒指和鞋子中，耳环也被用来做成血压传感器。 情感计算领域里的另一个例子是表情眼镜，它可在人们演讲过程中给予帮助。在演讲中，听众可配戴这样一副眼镜，用于监视其身体状态。演讲者在台上可通过眼镜得知听众的感受，如是否感到迷惑，是否觉得无趣，是否已经理解或者是否感兴趣和兴奋。演讲者可以实时地调整其表述以满足听众的要求。 脑机接口 脑机接口是另一个前沿研究领域，它允许计算机能够被人的思维能力控制。这种接口类似一顶帽子，帽子里装有100个电极，当用户戴上帽子时，这些电极可测量人脑电波流。然后脑电图信号被放大，噪声脉冲被滤除。接着信号被传到计算机，并由专门开发的学习和信号处理算法在线转换成控制指令。这种设备目前正处于试验阶段。 许多这样的研究开始在医疗保健中应用，用于那些在意外故事中由于撞击或脊髓损伤而受伤或瘫痪的人。实际上，一个微电极阵列能被植入大脑运动皮层以允许一个瘫痪者通过想像让指针移动。这种设备可帮助那些丧失行为能力的人与计算机交互。 以上的发明及技术发展迅速找到其商业用途。有的公司正准备推出第一款脑控电子游戏。作为一名游戏者，只需戴一顶特殊的帽子，就可按照你的想法，移动游戏中的对象。如果希望游戏人物移到左边，则只需要简单想一下，他便会照做。 软件代理 软件代理可执行预定任务和过程。高级代理可按用户的想法来配置，它们可被自动激活并能独立地做出决定。当需要做决定时，代理可通过执行预定任务或提交建议来支持用户。它们能注意到任何变化并对外部事件做出响应。在人性化的代理系统中可运行多种数字助理： ●智能代理—智能代理能草拟它们自己的结论并独立做出决 定。 ●用户代理—用户代理能执行命令、指导谈判以及独立与其他 代理交流，就像用户的替身一样。 ●协作代理—协作代理完成联络功能，分析和解释用户任务并 判定哪一个功能代理是适当的。 ●功能代理—功能代理包含执行某个特殊功能的具体知识要 求。 语义Web 新型的、更加智能化的互联网是不同软件代理间相互通信的关键需求。这种新的网络不仅能传输信号，同时也能理解其意义。语义网，或者说语义Web，是Tim Berners-Lee当前正在从事的工程。语义Web的目标包括精炼索引和搜索，以及结构信息的增强处理。例如，可以对比科学数据搜索商务文档，或者也可以区分作者与演员的区别。另外，语义Web在科学仪器的指挥与控制以及标记数据中起着重要作用，它在数据采集和数据存档上也非常重要。 语义网是一个非常吸引人的开发领域，在这里鼓励大家多去了解它。 软件代理必须能协调工作并具有授权功能。作为一个使用软件代理的例子，电子旅行支持业务正在开发中。该项目的任务是通过结合运输手段和旅行信息来优化旅行。使用一台连接互联网的个人电脑、移动电话或其他移动设备，旅行者可与个人旅行助理（PTA）建立联系。代理可完成各种服务，如获取天气和铁路信息，预订酒店和餐馆，持续提供交通信息。例如，如果用户没有驾驶证，PTA将自动为你提供一个火车旅行方案，而不是采用租车的方式。对于驾驶员，它能够提供来自于控制中心的最新交通信息或者识别特殊的停车系统。 增强现实 增强现实是人机交互的一种形式，它涉及到在现实图像上叠加计算机数据。采用这种方法，各类目标的隐藏信息能变得可见。它可以通过几种不同的技术实现，如使用全息投影或数据眼镜。增强现实应用于多个领域，包括建筑学、建筑工程、维护操作、外科手术和战争。 目前有数条数据眼镜生产线服务于内科医生、建筑工人和设计工程师。其中，虚拟信息被叠加在实际的文档、病人或专业人士工作的蓝图上。数据眼镜是一个很受欢迎的工具，并已进入消费者领域。目前已有某公司正在为运动员制作平视智能显示器。水中呼吸面罩、摩托车头盔和自行车头盔都被设计成可提供重要信息的工具，以在人们运动过程给予帮助。对于潜水员，眼镜可显示水温以及下潜深度。自行车头盔可显示骑行速度和骑行者的心率。 增强现实会率先用于军队。例如，我们推测2025年的作战装置包括一个能获取360度全景的头盔和一个允许士兵检测是否有任何人或武器藏于门、墙或其他建筑后的热传感器。 虚拟现实 虚拟现实是人机交互最彻底的形式，它包括完成浸入计算机生成的三维世界中。虚拟现实允许按照与实际目标相同的方式处理全息投影。它通过充分减小基本概念与成形产品之间的时间跨度来提高生产率。 出于设计的目的，开发人员可在虚拟域中利用虚拟现实与三维目标结合。他们可从任何一个角度观察目标并随意对之测试。如果需要，项目成员可在地理上分散，极大地简化了设计小组之间的协作。虚拟现实开启了通向新一代应用的大门，其应用范围很广，从外科手术到建筑仿真，以及训练运动员的虚拟产品研发。 触觉感知接口，或者说感官技术，正在增加虚拟现实的价值： ●在汽车测试时使用一种特殊的手套，用户可感知在泥地和干 地表上驾车的感受。 ●一种新兴的产品允许分布式团队在三维空间浇铸目标，并在 网络上相互共享信息，包括智能粘土的远程汇总变化。 ●在医疗保健中，触觉感知接口能够让内科医生助手或护士远 程管理诊断检查结果，并将信息传给远处的专家。 远程沉浸 虚拟现实包括远程沉浸，它将现实和虚拟环境相结合，以达到显示和交互的目的。远程沉浸的主要应用包括远程会议、远程培训、协同工程与设计、医学应用和娱乐服务。 在远程沉浸中，海量的隐形摄像头提供大量的观测点，并对其进行比较，以创建用户和其周边环境的模型。这些摄像头能被隐藏于屏幕小孔中或置于天花板上，其中显示屏幕也必须用做选择性的反射表面。远程沉浸也包括共享仿真目标。这些目标出现在用户之间，并能够像工做模型一样被操纵。远程沉浸被用于寻找更好的技术来结合人们使用不兼容的本地软件工具在不同对话终端上开发的模型。 远程沉浸的另一个要素是不易被觉察到的结构光。对裸眼而言，它看起来像标准的白光，但它投射了隐藏的简单闪烁模式，以帮助计算机理解其他没有明显特征的视觉扩张。目前所设计屏幕原型采用了两幅偏振图像的重叠投影，要求用户配戴偏振眼镜，每幅图像仅能被一只眼睛所见。这种技术在未来将被自动立体显示所取代，它将信道分别映入双眼中，而不需要眼镜。 最终要考虑的是设计接口特征，如虚拟镜子，它允许用户检查他们所处的环境呈现在其他人面前是什么样的。例如，用户可选择显示比自己实现穿着更加正式的衣服的样子。目前还没有能达到这种转换的软件，但有关视觉过滤的例子已经出现了。 一个非常有意义的项目是专门设计用于外科培训的远程沉浸。当外科医生进行手术时，其整个过程会被拍摄下来。接着将所拍摄的视频进行编码，放入一本电子书中，并在其中叠加附加数据。戴上合适的数据手套和眼镜，另一位医生或者学生能够以虚拟的方式参于这个手术，独自进行手术并在仪器操作有危险时给予提示。这将为医学教育创造巨大的价值。通过一本外科电子书，学生可获得对现场病人进行手术时所有必要的反馈。 智能机器人小组 人机交互的另一部分包括全新的人类：机器人。智能机器人小组（机器人的自组织群，由神经网络控制）可以代替人们执行危险任务。机器人小组的性能可通过大量单个思维过程的交互得以提升，就好比我们所观察到的鸟群或蚁群的行为一样。目前而言，它是一个较远的应用前景，不过它正向我们走来。 如今，许多不同种类的单任务和多任务机器人可实现多种不同的功能： ●一种六轮单臂的机器人车辆可进行排爆处理、核监视与维 护、有害物质响应、SWAT行动及机场安全维护。 ●机器人农民能够耕作田地，同时进行土壤成分测量。 ●医院信使机器人会在整个医院范围内递送邮件以及医疗记 录。 ●工厂机器人可执行范围很广的多种任务，从组装到焊接，以 及搬运操作均可完成。 ●美国国家航空航天局（NASA）已经设计出了能够进行太空行 走和修复空间工作站以及卫星的机器宇航员。 网格计算 网格计算是未来电子商务的关键，它代表了互联网的下一步发展方向，即作为一个实时计算平台。如今，PC工作站或主机中大约80%~90%的处理能力并未得到利用，网格计算的目标就是弥补这一缺陷。 网格计算的想法是将计算资源捆绑到网络中，就像电流一样，允许计算处理能量在任何需要的时候流至任何需要的地方。网格计算是作为下一代万维网概念出现的，也被称为万维网格。未来的互联网不是简单地从事信息交换，而是要实现在世界任何地方随时能够接入高性能的计算机。网格计算技术将特别用于执行资源密集型任务以及解决复杂计算问题，安全将是网格计算一个严峻的问题。 网格计算主要用于三个方面： ●随选（按需）计算网格—随选（按需）计算网格将属于不同 组的计算资源接连起来，以更快的速度来完成处理密集型应 用。工业不断发展要求许多应用领域具备密集处理能力，包 括科学研究、汽车制造、电子设计、生命科学、能源和金融 业。 ●数据存储网格—对于商业及工业应用，计算机必须能够自动 地、透明地根据所要求的程序和数据定位计算机。闲置存储 资源利用是数据网格的主要优势，网格计算关注的焦点则是 数据池的智能分配和带宽连接。 ●协同网格—研究工作者将越来越依赖于与不同工作组之间的 协同，这些工作组具备不同的能力。协同网格将通过连接不 同属主的系统达到更好的协同。这种协同网格将简化不同合 作者之间的数据交换和接入，加快处理过程，并按需提供带 宽。这将有效减少开发周期和成本。 CERN（欧洲粒子物理研究所）开展了一个有关网格计算的振奋人心的项目，即大型强子对撞机（LHC），它是世界上最大的粒子加速器，要求有数据网格。实验的速率达40 TBps，相当于全球所有人同时进行20部电话的通话。即使通过压缩等方式来减小数据量，它一年仍然会产生8 PB的数据量。全球LHC计算网格（WLCG，http://lcg.web.cern.ch/LCG/）由34个国家的170多个计算中心协作组成，它的任务是为高能物理研究机构建立并维护一个数据存储和分析的基础设施，以用于CERN大型强子对撞机。 20世纪90年代，通常认为网络就是计算机，而在21世纪的首个10年中，应将网络理解成“计算”。 云计算 什么是云计算？它是这样一种计算，即与IT相关的能力可以像一种业务一样被提供，允许用户接入云中任何技术上可行的服务，而不用去了解、专门掌握或控制支持它们的技术结构。为什么称之为“云”呢？这个名称其实是源于通信网结构的一般表征—云。 广义上，云计算包含了网络中传递主机业务的所有对象。这个概念听起来很像“IT外包”，其实它就是这样。云计算是一种简单的、全新的演绎，是新一代的“外包IT”。云计算与IT外包的主要差异在于提供云计算业务的方法。首先，云计算是按需出售的，以小时或分钟计，而不要求数月或数年的长期合同。其次，云计算提供了按需弹性，允许用户在任何时候选择他们所想要的服务量。第三，它是一种全管理的业务，服务提供者负责操作和维护。用户所需要的只是一台计算设备并与因特网连接。云计算的好处还包括多租用，即允许资源和成本由多个用户共享。云计算支持设备和位置独立性，即允许用户不必考虑他们所使用的设备类型（PC或移动电话）便可在任何地方远程接入系统。 因特网的发展促成了云计算，它使企业不再需要专门的数据中心，同时也省去了专用传输线。在云中，基础设施可以随时随地放置。虚拟和分布式计算中的重大革新、高速因特网接入技术的改进和成本的降低，进一步增强了人们对于云计算的兴趣。有两种类型的云存在，即公共云和专用云。公共云提供者，如Amazon Web业务，对因特网上的任何人提供服务。专用云是对有限的人提供主机服务的专有网络或数据中心，称为虚拟专用云。两种情形中，云计算的目的都是提供到计算资源、应用程序和IT服务简便的、可升级的接入。 通常，服务的主要范畴包括三种，即设施服务（IaaS），平台服务（PaaS）和软件服务（SaaS）。通过提供与电信合同绑定的管理业务，电信服务提供商发现它们能够从云计算的市场中获益，这个市场的存在取决于快速的、不间断的因特网接入。 设施服务提供了具有惟一IP地址和巨大存储空间的虚拟服务器。用户使用服务提供商的应用程序接口（API）来启动、停止、接入和配置他们的虚拟服务器和存储空间。对于企业而言，云计算允许它们只支付所需使用的容量，而且只要有需求，便可提供更多的在线服务。因为这种支付方式像用电、燃料和水一样，所以有时云计算也被称为实用计算。软硬件ICT公司和系统集成商都在关注这个领域，并转向基于网络的应用交付业务。 平台服务包括一系列的软件和产品开发工具，它位于服务提供商的基础设施上。开发人员通过因特网在服务平台上创建应用程序。平台服务提供者可能会使用安装在用户计算机上的API、网页入口或网关软件。这种提供者的两个例子是GoogleApps和Force.com。一些服务商不允许从它的服务平台上移除用户创建的软件。 在软件服务云模型中，服务商提供硬件设施和软件产品，并通过前端入口与用户交互。软件服务有着非常广阔的市场，服务可以是Web邮件、目录控制以及与数据库处理相关的任何事情。因为服务商拥有应用程序和数据，终端用户可以在任何地方自由使用服务。随着软件服务的出现，并作为目前最受欢迎的IT传递模型，我们可能看到IT和电信的合并计划。 然而，软件服务的真正成功，还有待于通信服务商和IT服务商的合作，以建立一个低成本的平台。这将和目前现存的OTT（over-the-top）模型形成明显的对照。OTT描述了一种服务，即在网络上使用的业务实际上并不是由网络操作者提供的。在不要求与网络操作者建立技术联系的情况下，服务可以被“越顶”提供。 云计算的建议者认为我们将达到这样一种境界，即凡事都会作为一种服务提供，从工作、生活到娱乐以及各种社会活动。个人及单位将完全控制其计算环境，塑造其所希望拥有的体验。 实时通信 业界分析家认为在未来10年内，大多数商务处理将会是实时或近实时的。实时通信会提高商务处理的速度、效率和安全性。实时通信的核心是基于IP的话音和数据会话。这一技术可让企业拥有一个统一通信环境。 第一代IP通信关注于将多种应用综合进现有网络，以减小通信成本。第二代IP通信将主要关注商务处理的再设计和区分。将实时通信集成到IT中，企业将创造实时商务处理的可能。新的生产力增长有望在以下两个重要应用中体现： ●进程支持通信—进程支持通信包括操作员必须在某些点进行 干预并和用户通信的所有半自动行为。它们主要基于集成IT 和通信进程。 ●Ad hoc通信—在Ad hoc通信中，几个人可同时交换信息。它 是建立在合适的结构和技术基础之上的。 X.4 新一代网络 如果电信技术发生革命的改变，显然我们会转向使用一种新的公共网络。新型公共网需要端到端的数字化。上世纪60年代早期就开始采用数字技术，如今我们已经很好地将之用于多种不同的骨干网中。在世界范围内，大约80%的骨干网已经数字化。然而，本地环路仍然有很多是模拟的。如今，仅仅约10%的用户线是数字的，因此很大一部分用户会由于采用模拟方式而导致功能受限。 目前，要真正实现网络端到端的数字化，还面临着数字化本地环路的艰巨任务。然而，更大的挑战则在于“最后一公里”的经济与政治问题，监管及政治问题紧要而且繁重。如果没有宽带接入，互联网就不能良好发展，许多高级应用无法实现，国家税收也不能完成，我们则不能进步。目前本地环路主要由世界各电话公司控制，而它们似乎没有政治与经济动机来完成端到端的数字化。关于如何解决这一问题的讨论很多，特别是在政府这一级，如通过宏观调控、强制执行或市场力量等。当我们找到解决方案时，电信行业将会出现前所未有的繁荣景象。 影响新一代公共网的另一个因素，是目前我们正处于电子时代的末期和新一代光网络的初期。电光信号之间的转换降低了数据速率，并引入了失真，从而影响数据流的质量。为了免去这些转换，我们需要向端到端的全光网络方向努力。 新一代的公共网必须也是一个可编程的智能网络。也就是说，我们希望在整个网络范围内通过数据库来分配业务逻辑，从而在世界的任何地方，你可以接入任何你所想要的服务，不管你是接至哪一个网络运营商或者网络平台。智能可编程网络对网络单元之间的通信要求有相应的形式。在公共交换电话网（PSTN）中，通信采用了高速公共信道信令系统，允许网络单元间的实时通信，本质上，它看起来像一个专用子网。话音、数据以及图像都不在信令信道中传输，仅只有信令信息存在于其中，这些信息指示了谁在呼叫以及他们有什么权限，想使用什么服务，等等。因为网络平台制造运营商众多，因此可编程的平台采用开放式应用程序接口是非常重要的。在如今的集中式网络结构中，IP多媒体子系统（IMS）创建了一个面向电话的信令网络，它叠加于一个下层IP网络之上，作为无线及有线网络的一个控制层面替代传统的电信7号信令系统（SS7）。 新的公共网要求有新的宽带结构，即很高的容量，并能提供多通道服务。高速光纤和宽带无线是活跃在宽带舞台上的两种主要的传输媒质。 低时延对于新一代公共网来说非常重要。人们在接收信息时通常不能忍受太大的时延，否则将不能理解信息。为了更好地帮助理解这个时延要求，这里以卫星电话为例来说明。在使用卫星电话时，从一端说“你好”到对方听到声音，其时延约为500 ms，但通话过程已经让你觉得很恼人了。目前的基础结构，如互联网，时延可能会是1000 ms或2000 ms。因此它们可能对时延敏感业务，如话音、视频和多媒体等造成极大的影响。所以，当我们说希望为未来建立一个低时延的网络时，就意味着在会话端点不引入时延。 新公共网的另一个特征是其平台是多业务的，它们必须容纳话音、数据、视频流以及未来可能出现的任何数据流，而现有网络中，每一种业务类型都拥有独立的平台。 新公共网也应该是不可知论的。也就是说，它不应该只采用一种协议，而是要认识到真正需要多协议。创建一个不可知论网络的最好方法是采用一种能够使用多种流行数据协议接口的箱子。现实情况是，这样一种箱子是我们非常期望的，但它过于昂贵，只能是一个空想的设备。如今IP已经被广泛采用，所以很难再去制作一种采用不太流行的协议的业务箱。 新公共网也需要包括新一代的电话业务，即一种使用分组交换技术的业务。它可以提高传输效率，也允许语音与更多其他标准数据应用捆绑，用于更多的突发环境中。 服务质量（QoS）保证是新公共网的先决条件。网络必须能够区分不同的业务类型，以提供合适的网络资源，保证时延及分组丢失要求得以满足，带宽得到适当的分配。 最后，加密和安全服务在电信设备和网络中也是必要的。以前，它是公司内一项独立的功能，但如今它是电信服务的基本组成单元。 X.5 本书所涵盖的内容 本书全面讲述了电信技术基础知识，以帮助理解通信的基本原理和相关技术。本书提供大量有关电信技术的专业术语，讨论了各种主要的电信架构，包括PSTN、互联网、有线电视、无线网。也涉及有关下一代网络的最新知识与发展，包括下一代网络结构和基础、IP电话、VPN、宽带接入技术以及宽带无线应用。 全书分为四个部分： ●第一部分，通信基础。介绍电信技术的基础知识。这一部分 从促进电信技术变革的因素和一些新技术开始，描述了电信 技术的背景基础，涵盖了通信基础知识，包括不同传输媒质 的特性和应用。该部分还讨论了建立通信信道的过程，比较 了电路交换与分组交换网络之间的区别，讲述了传统PSTN的 特点。 ●第二部分，数据网和互联网。介绍数据通信和网络的基础知 识。该部分主要讨论如今的局域网和广域联网选择，以及如 何构建公共互联网。同时也讨论了下一代网络业务，如VPN、 VoIP和IPTV。 ●第三部分，下一代网络。主要涉及宽带网络、下一代网络结 构、光网络、宽带接入和家域网等内容。 ●第四部分，无线通信。讨论无线网络方面的问题，包括无线 WAN、MAN、LAN和PAN，同时还探讨了一些新的技术，包括近 期和远期的通信技术，以及与IT产业融合的相关问题。

第一部分 通信技术基础 第1章 电信技术基础 2 1.1 传输线 2 1.1.1 电路 2 1.1.2 信道 3 1.1.3 支线与中继线 4 1.1.4 虚电路 5 1.2 网络连接的类型 6 1.3 电磁频谱和带宽 6 1.3.1 电磁频谱 6 1.3.2 带宽 9 1.4 模拟传输和数字传输 11 1.4.1 模拟传输 11 1.4.2 数字传输 11 1.4.3 模拟传输与数字传输的比较 12 1.4.4 模数转换：编解码器和调制解调器 12 1.5 复用技术 13 1.5.1 FDM 15 1.5.2 TDM 16 1.5.3 STDM 16 1.5.4 智能复用 17 1.5.5 逆向复用 18 1.5.6 WDM，DWDM以及CWDM 18 1.6 电信技术的政策导向及监管 20 1.6.1 监管背景 20 1.6.2 政策制定者和监管部门 21 1.6.3 主要监管事务 21 1.6.4 互联网管理 22 1.6.5 标准化组织 22 第2章 传统传输媒质 25 2.1 双绞线 26 2.1.1 双绞线的特性 26 2.1.2 双绞线分类 27 2.1.3 双绞线的应用 28 2.1.4 模拟双绞线和数字双绞线 28 2.1.5 双绞线的优缺点 29 2.2 同轴电缆 30 2.2.1 同轴电缆的特性 30 2.2.2 同轴电缆的应用 31 2.2.3 同轴电缆的优缺点 31 2.3 微波 32 2.3.1 微波的特性 32 2.3.2 微波的传统应用 33 2.3.3 微波的优缺点 35 2.3.4 微波技术新时代：无线宽带技术 35 2.4 卫星 36 2.4.1 卫星的频率分配 37 2.4.2 卫星网络的划分 38 2.4.3 卫星轨道 38 2.4.4 卫星的应用 41 2.4.5 卫星的优缺点 42 2.5 光纤 42 2.5.1 光纤的特性 43 2.5.2 光纤系统的组成 43 2.5.3 光纤系统如何实现信号传输 44 2.5.4 光纤系统的进展：EDFA和WDM 45 2.5.5 光纤系统的应用 45 2.5.6 光纤的优缺点 46 第3章 通信信道的建立 47 3.1 连接的建立：组网模式和交换模式 47 3.1.1 组网模式 47 3.1.2 交换模式 48 3.2 PSTN和互联网 56 3.2.1 PSTN的特点 57 3.2.2 互联网的特点 57 3.2.3 下一代网络—融合的网络 57 第4章 公共交换电话网 58 4.1 PSTN的基础结构 58 4.1.1 服务提供商 59 4.1.2 网络接入 60 4.1.3 接入业务 60 4.1.4 传送业务 61 4.1.5 PSTN架构 63 4.2 传输网结构 64 4.2.1 PDH结构 65 4.2.2 SDH/SONET的结构 70 4.3 信令系统 74 4.3.1 SS7的结构 76 4.4 智能网 78 4.4.1 先进智能网 79 4.5 SS7和下一代网络 80 4.5.1 下一代网络和PSTN 81 第二部分 数据网和互联网 第5章 数据通信基础 84 5.1 数据通信的演进 84 5.1.1 数据通信结构 84 5.1.2 数据通信流量 87 5.2 数据流 88 5.2.1 DTE，DCE，传输信道和物理接口 88 5.2.2 调制解调器和调制 89 5.2.3 单工、半双工和全双工数据传输 92 5.2.4 编码方案：ASCII，EBCDIC，Unicode 和Beyond 93 5.2.5 传输模式：异步和同步传输 94 5.2.6 差错控制 95 5.3 OSI参考模型和TCP/IP参考模型 96 5.3.1 OSI参考模型 97 5.3.2 TCP/IP参考模型 98 5.3.3 TCP协议栈与OSI模型的比较 100 第6章 局域网 101 6.1 局域网基础 101 6.1.1 局域网的概念和优点 101 6.1.2 局域网的构成 102 6.2 局域网特征 102 6.2.1 局域网传输媒质 103 6.2.2 局域网传输技术和标准 103 6.2.3 局域网接入方法 106 6.2.4 局域网的拓扑结构 108 6.3 局域网互连和网络互连技术 110 6.3.1 集线器 110 6.3.2 局域网交换机 111 6.3.3 虚拟局域网 112 6.3.4 网桥 113 6.3.5 路由器 115 6.3.6 IP交换机 117 第7章 广域网 119 7.1 电路交换网络 120 7.1.1 基于租用线的网络 120 7.1.2 基于ISDN的网络 126 7.2 分组交换网络 128 7.2.1 X.25 130 7.2.2 帧中继 131 7.2.3 ATM 137 7.2.4 IP和ATM 142 第8章 互联网与IP基础设施 146 8.1 互联网基础 146 8.1.1 互联网简史 147 8.1.2 互联网是什么，它是如何工作的 149 8.1.3 互联网协议 152 8.1.4 互联网架构 158 8.2 互联网寻址和地址解析 161 8.2.1 寻址和路由机制 161 8.2.2 IPv4寻址 163 8.2.3 IPv6寻址 165 8.2.4 域名系统 169 8.3 互联网组织 172 8.3.1 POP结构的演变 172 8.3.2 互联网的挑战和变化 175 8.3.3 服务供应商和网际互连 176 8.4 IP服务质量 179 8.4.1 QoS机制 179 8.4.2 排队机制 180 8.4.3 IP QoS序列 182 8.5 互联网的下一步会是什么样子 185 8.5.1 下一代互联网 186 8.5.2 星际网络 186 8.5.3 具备互联网功能的设备 187 8.5.4 射频识别应用 187 8.5.5 会话初始化协议技术 187 8.5.6 数字对象和图书馆 187 8.5.7 语义网 188 第三部分 新一代网络 第9章 IP业务 190 9.1 IP业务的演化过程 190 9.2 IP电话 191 9.2.1 IPT的发展 192 9.2.2 IPT 网络 193 9.2.3 IP话音标准 196 9.2.4 VoIP呼叫信令协议 200 9.2.5 ENUM：电话号码映射 205 9.3 IPTV 206 9.3.1 IPTV与流媒体的比较 206 9.3.2 IPTV架构 207 9.4 虚拟专用网 208 9.4.1 VPN的关键概念 209 9.4.2 IP VPN的类型 217 9.4.3 VPN安全性 226 第10章 下一代网络 231 10.1 宽带化演进 231 10.1.1 信息流的趋势 232 10.1.2 通信骨干网趋势 232 10.1.3 通信带宽的趋势 232 10.1.4 通信应用的趋势 233 10.1.5 宽带应用 233 10.2 多媒体网络需求 234 10.2.1 数字视频 235 10.2.2 电视标准 239 10.3 宽带基础设施 247 10.3.1 汇聚公共信息基础设施 247 10.3.2 宽带业务要求 247 10.4 下一代网络和汇聚 248 10.4.1 相关行业领域的汇聚 249 10.4.2 汇聚的好处 249 10.4.3 法规对汇聚的影响 250 10.4.4 汇聚中的信息基础设施 250 10.4.5 运营环境的汇聚 251 10.5 下一代网络的基础设施 252 10.5.1 IP多媒体子系统（IMS） 252 10.5.2 NGN网络结构 256 10.5.3 多业务智能边缘网 261 10.5.4 服务质量 263 10.5.5 MPLS结构 268 第11章 光网络 272 11.1 光网络的现状和未来 272 11.1.1 光网络发展的原动力 272 11.1.2 现有网络实况 274 11.1.3 充裕的带宽 275 11.2 端到端光网络 275 11.2.1 在线光放大器：EDFA、拉曼 放大器、SOA 276 11.2.2 WDM设备 276 11.2.3 OADM 279 11.2.4 光交换 280 11.2.5 集成光路 284 11.2.6 光网络管理 284 11.3 光边缘 284 11.3.1 下一代数字环路载波 285 11.3.2 无源光网络（PON） 285 11.3.3 多业务提供平台（MSPP） 286 11.4 光核心：覆盖模型与对等网络模型 286 11.4.1 覆盖模型 288 11.4.2 对等模型 290 11.4.3 覆盖模型和对等模型的比较 292 11.5 IP+光控制平面 293 11.5.1 GMPLS 294 11.5.2 UNI 295 11.5.3 ASON 295 11.6 向光网络的演进 295 第12章 宽带接入 297 12.1 宽带接入的驱动力 297 12.2 DSL技术 298 12.2.1 DSL工作原理 298 12.2.2 DSL的特点和性能 298 12.2.3 HDSL 300 12.2.4 SDSL 301 12.2.5 G.SHDSL 302 12.2.6 ADSL 303 12.2.7 ADSL2 305 12.2.8 ADSL2+ 305 12.2.9 ADSL2-RE 306 12.2.10 RADSL 306 12.2.11 VDSL 306 12.2.12 VDSL2 306 12.3 有线电视网 307 12.3.1 HFC架构 307 12.3.2 线缆调制解调器和CMTS 308 12.3.3 线缆调制解调器标准 309 12.3.4 有线电视网络的未来 311 12.4 光纤方案 312 12.4.1 FTTx 312 12.4.2 PON 314 12.5 无线宽带接入 316 12.6 宽带PLT 316 12.6.1 PLT架构 317 12.6.2 PLT的未来 318 12.7 家域网（HAN） 319 12.7.1 HAN市场、应用及组成单元 319 12.7.2 HAN的种类 320 12.7.3 HAN 网关和服务器 325 12.7.4 HAN 的未来 325 第四部分 无 线 通 信 第13章 无线通信基础 328 13.1 无线通信简史 328 13.2 无线通信法规问题 330 13.3 无线传输损耗 331 13.4 天线 331 13.4.1 相控阵天线 332 13.4.2 磁极化天线 333 13.4.3 MIMO 天线 333 13.5 无线带宽 334 13.6 无线信号调制 334 13.6.1 单载波调制技术 335 13.6.2 多载波调制技术 336 13.7 频谱利用 336 13.7.1 可用无线电频谱的使用 336 13.7.2 双工技术 344 13.7.3 压缩技术 344 第14章 无线广域网 346 14.1 1G：模拟传输 347 14.1.1 1G模拟蜂窝网 347 14.1.2 1G无线数据网 348 14.2 2G：数字蜂窝无线电 350 14.2.1 GSM 351 14.2.2 UWC 353 14.2.3 cdmaOne 353 14.2.4 PDC 354 14.3 2.5G：增强的数据服务 354 14.3.1 HSCSD 355 14.3.2 GPRS 355 14.3.3 EDGE 356 14.3.4 GERAN 357 14.3.5 消息服务标准 357 14.4 3G：朝着宽带无线前进 358 14.4.1 3G标准 359 14.5 后3G 366 14.6 长期演进（LTE） 367 14.7 4G：无线宽带 370 14.8 5G：智能技术 371 第15章 WMAN、WLAN和WPAN 372 15.1 WMAN 372 15.1.1 BFWA 373 15.1.2 IEEE 802.16（WiMax） 374 15.1.3 WiBro 377 15.1.4 IEEE 802.20（Mobile-Fi） 378 15.1.5 ETSI BRAN 379 15.1.6 iBurst 380 15.1.7 Flash-OFDM 381 15.1.8 DMB 382 15.1.9 VF 384 15.2 WLAN 385 15.2.1 Wi-Fi 387 15.2.2 IEEE 802.11x标准 388 15.2.3 WLAN 的安全 390 15.2.4 VoWLAN 392 15.2.5 WLAN和蜂窝网的结合 393 15.2.6 网状网络 395 15.3 WPAN 399 15.3.1 IEEE 802.15.1（蓝牙） 400 15.3.2 IEEE 802.15.2 401 15.3.3 IEEE 802.15.3（WPAN-HR与WPAN-AHR） 401 15.3.4 UWB 402 15.3.5 IEEE 802.15.4（ZigBee） 405 15.3.6 RFID 407 15.3.7 NFC 412 第16章 新兴的无线应用 414 16.1 手机革命 414 16.1.1 从移动电话到多媒体手机 415 16.1.2 软件无线电 415 16.1.3 认知无线电 416 16.2 移动IP 417 16.3 IP多媒体子系统 418 16.4 移动游戏 421 16.4.1 移动游戏种类 421 16.4.2 移动游戏平台 422 16.5 移动视频 423 16.6 移动TV 424 16.6.1 DMB 424 16.6.2 DVB-H 425 16.6.3 ISDB 425 16.6.4 MediaFLO 425 16.7 移动内容 426 术语与缩略语 428