通信網路化

名稱: 通信網路化

主題詞或關鍵詞: 信息科學 通信

按照經濟學觀點，信息流量是國民經濟發展的倍乘因子，用公式可表示為：

社會凈產值＝物質生產投入總和(主要包括人力和資金)×信息流量

前已提及，按照資訊理論的觀點，一個完整的信息系統由“信源”、“通道”和“信宿”3部分構成。任何一種信息總有一個發源地和目的地，比如李四向張三通報一個重要信息，那麼，李四是信息的源頭，叫“信源”；張三是信息的歸宿，叫“信宿”；李四與張三之間的信息傳輸通道叫“通道”。

在信源、通道和信宿3個要素中，信源與信宿可以互相易位。甲、乙雙方打電話，甲方講話時傳出的信息是信源，乙方接受了甲方傳來的信息是信宿；但當乙方根據甲方傳來的信息作出反饋時，乙方就成了信源，甲方接受了乙方反饋的信息，此時就轉變成了信宿，如此反覆不已。然而，作為信源與信宿之間流通的橋樑——通道，則是相對不變的。信息是可以流通的，但信息的內容必須通過一定的形式反映出來，這就是“信號”。換句話說，信息是通過一定的信號傳遞的，信號起著信息載體的作用。信源發出信息時，一般是以某種信號表現出來，有以電信號為載體的，如有線電通信、無線電通信等，有以光信號為載體的，如無線光通信(大氣激光通信)、有線光通信(光導纖維通信)等。同樣一條信息可以用語言的方式表達(如用電話傳遞信息)，也可以用字元(字母、數字和符號的統稱)、圖像的方式表達(如用電報機、傳真機傳遞信息)，還可以轉換成電子計算機代碼等。此外，信源送出的信息可以壓縮在很短時間內快速傳遞，也可以縮小到很小的空間範圍內先儲存起來。

信息傳輸系統中的信源、通道和信宿三要素與交通運輸系統中的車輛和道路有點類似。交通運輸中有裝貨和卸貨的過程，信息傳輸時也有“裝”和“卸”的問題。“裝”就是將欲傳遞的信息變換成適合通道傳輸的信號形式；“卸”是指將從通道上送來的信號轉換成使信宿能夠接收的形式。在信息系統中，前者稱作“編碼”，後者叫做“解碼”。

譬如說，傳遞一份電報，發報人(信源)先將自己想表達的意思擬成電文，經報務員把電文通過機器或按鍵轉換成電碼，這就是“編碼”，這裡的“碼”就是指按照一定的規則排列起來的符號序列，經過編碼，消息(信息)就演變成了信號。在實際信息傳遞過程中，信息往往要經過多次編碼才被送入通道傳輸。

電碼信號通過通道傳送到接收端以後，收報員先將電信號接收下來，隨之將電碼還原成電文，這就是“解碼”。解碼實際上是編碼的反變換，經過變換，使收報人(信宿)理解發報人要表達的意思，這就是電報傳遞信息的過程。不僅發電報如此，一切信息傳遞過程概莫例外，只是具體的信源、通道、信宿以及編碼、解碼的方式方法可能有所不同罷了。

信息沿通道傳輸，不可避免地會受到各種噪雜音的干擾，有人為的干擾，也有自然的干擾(如雷電)，有來自信息系統內部的干擾(如熱雜訊等)，也有來自信息系統外部的干擾，使信宿不能原原本本、準確無誤地收到信源發出的信息，因而導致傳輸質量劣化。嚴重時，信息甚至完全被噪雜音湮沒，使信息傳輸無法進行。因此，如何同噪雜音作鬥爭就成為信息傳輸中的重要課題。

為了使信宿能從編碼的碼子序列中無失真的複製出原始信息，以最大限度地減少信息疑義度，資訊理論研究中提出了濾波理論。所謂“濾波”，通俗地說，是指從獲得的信號與干擾的合成波中，儘可能將干擾波濾除掉，分離出所期望的信息。這與過濾嘴香煙能濾掉有害的尼古丁有點類似。

前已提到，傳遞信息離不開通道，電報、電話剛問世時，是採取建立直通的專用電路的方法，將通信雙方連通。隨著通信用戶的不斷增多，這種直接連通的方法日益暴露出其弊端。

我們知道，兩部電話機(電報機)要有1對線路連通才能進行通話(也可以用1條線連通，另1條線以大地作迴路)。如果有兩部以上電話機接在同1對線路上，就需要規定不同的呼叫信號；否則，一家搖鈴，大家都會出來應接。實際工作中，直接用1對線(畫圖時通常用1條線表示)將兩部電話機連通(這叫“直通的專用電話”)當然是可以的，但是隨著電話用戶的增多，這種直接連通的方法就會出現問題。我們不難看出，2個用戶相通需要1對線；3個用戶相通需要3對線；4個用戶相通需要6對線……如果有N個通信用戶間相互直通時，根據數學中的組合原理，每個用戶連接的線路需要對線。例如，有5個用戶，則需要＝10對線；倘若N＝8，則需要＝28對線；假設用戶增加到1000個，則共需連接499500對線路。N再增大，所需線路將急劇地增加。再說，當N很大時，每1部電話機要連接(N-1)對線，接續、安裝和使用起來無疑都很不方便。顯然，採用一一直接連通的辦法是行不通的。如果在電話用戶分佈區域的中心設置1台電話交換機，每個電話用戶都拉1對線到它上面，由交換機將要通話的兩個用戶臨時連接起來，這樣，總共只需要N對線路(輻射連接的線對數等於用戶數)就可以完成任意兩個用戶之間的通話接續，而其他用戶則不接入。通信是跨地區、跨部門的，人們總希望在一定範圍內所有的通信點之間都能任意進行通信，這就要求將分散在各地的交換機相互連接起來，組成一個四通八達的通信網路。

繁多，結構不一。在實際通信中，最簡單的通信網路有環狀式、柵格式、網狀式和星狀式等多種。環狀式也叫格形式。甲、乙、丙、丁長途電話局之間都建立有直達電路(稱點點相連)，中間不需要經過接轉。當其中有任何一條電路發生障礙時，只要經過第三者一次接轉，即可建立迂迴通信。例如，甲丁間的長途直達電路發生中斷，可以通過乙或丙長途電話局接轉，必要時也可經過乙和丙2個長途電話局聯合接轉。

建立環狀式通信網，優點是接續迅速，可靠性高。缺點是當通信業務量少時，電路的利用率低。因此，它通常適於通信業務量大的通信點之間使用。

如果在環狀網的基礎上，將任一對角線之間用電路連接，就成了柵格式網；如果2條對角線之間都建立有直達電路，就構成了網狀式網。

星狀網也叫輻射網，它以一個通信局為中心(通常稱作交換中心)向其他通信支局輻射。各中心局之間按照環狀式組網，各通信局之間沒有直達電路，必須經過中心局轉接。1號電話通信網中的1號電話局所轄用戶，如果想找本網中的4號電話局所轄用戶通話，只要經過中心局甲一次轉接即可；倘若要與4號電話通信網中的用戶通話，則需要再經中心局乙和中心局丙等長途電話局接轉。建立星狀式通信網，優點是節省傳輸線路、設備和投資，通信網中的任意兩個用戶藉助於中心局的接轉，可以隨時達成通信，適宜於長途電話業務量比較少、網點散布較為廣闊的區域內使用。但由於這種網路結構特彆強調網路的中心局的作用，一旦中心局發生了障礙，由於沒有建立迂迴電路，往往造成群龍無首而影響全網通信。

上面說的2種組網方式在功能上各有千秋，有所長也有其短。為了集二者之優，在通信網的組織上出現了綜合式(也叫匯接輻射式)通信網路。

匯接輻射網既有環狀網的功能，又有星狀網的特點。在通信量較少的地區採用中繼轉接，在通信量大的地區設置直達電路。

為了增強通信網的可靠性和靈活性、提高傳輸通道的利用效率，使其能夠覆蓋較大地域的長途通信，目前，國內外綜合通信網的匯接方式通常採用多級式(有三級、四級乃至五級)結構。

一級匯接中心是國家中心匯接局；二級匯接中心相互之間以及與一級匯接中心之間按環狀式聯接，建立直達式長途電話網；三級匯接中心與二級匯接中心，以及各三級匯接中心之間通常都建立有長途直達電路；四級匯接中心通常系地區的匯接局，它與三級匯接局建有長途直達電路；五級匯接中心通常系最後一級匯接局，一般是按輻射式組網。多級匯接輻射式綜合通信網因為通信覆蓋面大，可以使網內任何一地的用戶都能找到相距很遠的用戶通話，只不過隨著距離的增長，電話的轉接次數要相應地增多罷了。

隨著科學技術的發展，通信方式越來越多。除了一般的電話電報外，又出現了行動電話、尋呼電話、電視電話、用戶電報、圖像文件電報、用戶傳真、數據業務，以及由這些終端設備綜合而成的辦公自動化系統，將來可能還有新的突破。如果把全世界看成是一個大系統，那麼分佈在世界各地的城市就是一個個信息處理中心，而支撐這個信息中心的則是各種電信網路。

先進、高效的長途通信網路是完成信息傳遞的重要因素。目前一些發達國家都已基本淘汰了人工接續網，而用自動交換網來替代。過去長途通信網都是採用模擬式的，現在已逐步向數字化方向發展(或者是數模兼容)。綜合業務數字通信網(ISDN)已被認為是通信網建設的發展方向，它不僅可以用來進行電話通信，也可傳送非電話信號(如文件、圖表和電腦數據等)，開放電報、傳真、電視、數據傳輸等各種通信業務。

在綜合業務數字通信網中，傳輸和交換的信號都是離散的數字信號，其設備都需要採用數字設備，如果是模擬電話需要進行傳輸或交換，則必須先經過“模/數”轉換設備(A/D)把它轉換成數字信號后才能進網，到達接收終端時，再經“數/模”轉換設備(D/A)變換為原始的模擬電話信號。

隨著信息交換量的日益增大，建立有線和無線綜合利用的通信網已提到了議事日程，當有線通道發生障礙時，信息傳輸就會自動改道，用無線通道接替傳輸。

目前，國外使用較多的“自動通信集成網路”是比較理想的一種電信網路。這種網路由3個相互聯繫的部分組成：電話中樞網、無線電話網和控制中心。其主要優點是通信可靠，能保證用戶隨時同任何地點的其他用戶取得聯繫；機動性強，當它轉移時通信不會中斷；安裝速度快，建立一個電話中樞僅需半小時；抗毀性強，當一部分通信設備遭受意外摧毀或干擾時，信息的傳輸就會自動迂迴，以保證通信聯絡不間斷。

隨著世界各國友好往來的日益增多，通信已經跨過國門通達全球。為使信息流遍五洲四海，只要在綜合電話通信網的基礎上利用各種通道(衛星通信、光纖通信、電纜通信等)將各國的一級匯接中心相互間聯絡起來，就能組建起一個全球性通信網路，偌大的蔚藍色星球都在這個通信巨網覆蓋之下。你只要擁有一台電話機，通過國際長途直撥電話通信網路，就能迅速地與位於異國他鄉的親友通話，打國際電話如同打市內電話那樣方便。“海內存知己，天涯若毗鄰”，這段唐代詩人王勃的絕句，不再是誇張比喻和情感抒發，而是真能做到的事了。不難想象，如果沒有先進發達的全球通信網路，世界各國人們的友好交往和工作、生活將會有多麼大的不便！

通信網路的誕生，被譽為是通信發展史上的一座里程碑。通信網之所以能獲此殊榮，最根本的原因是由於它順應了現代社會發展的需求。

在信息就是財富、信息就是勝利的當今社會，時間的價值明顯上升，有時信息早到或晚到一剎那，就會產生截然不同的效果。作為傳遞與交換信息的通信，從來沒有像現在這樣受人青睞。人們要求通信要迅速、可靠、不間斷。在按“點對點”的形式組織通信聯絡時，如果兩地間的傳輸通道受到阻塞，就會使全線癱瘓不能實現通信，從而貽誤信息的及時傳遞。而在建立了通信網路的條件下，情況就大不一樣。通信兩地間既有直達路由，又有眾多的迂迴電路。當通信網路部分電路或設備發生障礙時，能自動選擇路由，實現迂迴通信，此斷彼通，此阻彼達，可謂是“東方不亮西方亮，條條大路通羅馬”。當4個通信節點呈網狀互相連接時，運用排列求和公式可以算出，從通信始端到通信終端的路由共有5條，換句話說，可以通過5個方向建立通信聯絡；當5個通信節點互相連接時，從通信始端到通信終端的路由共有16條；當6個通信節點互相連接時，從通信始端到通信終端的路由增至65條。由於路由眾多，當某一方向出現信息傳遞擁擠時，就可利用空閑通道接替，實現無阻塞傳輸，因而大大提高了通信聯絡的時效性，可最大限度地滿足人們對通信的需求。

在電子抗爭日益尖銳的今天，通信設施往往成為敵方首選的打擊目標。如何提高通信的抗毀生存能力，以確保信息不間斷的暢通，這也是人們所期盼的問題。在這一方面，通信網路也能一顯身手。

當將眾多的通信通道按照一定的規律編織成網時，網路的局部受損只是影響一定的通信呼損率，使接通率下降，但仍能保證生存用戶間的通信，不會影響通信聯絡的全局。例如，當4個通信節點用6對線連接組成網狀式網路時，如果其中有一對線出了故障，仍能保持各通信節點間互相連通；即使只有在3對線的情況下，也能做到這一點，因而大大增強了通信網路的抗毀能力，使信息傳遞不間斷。

通信網路以其優異的特性，在通信領域佔據很重要的地位，成為通信系統中的神經中樞。隨著社會日益信息化，無論是軍用通信網路還是民用通信網路都在不斷地發展，湧現出了許多新秀。下面介紹的是在網路世界中綻放出來的幾朵久開不衰的耀眼鮮花，它們分別是光纖通信網、微波接力通信網和衛星通信網。這三大通信網路從地面到空中直至九天，將整個地球覆蓋，成為組成現代通信網路的三大支柱。