第一章 概述

2001-2-21
牛志升@清华大学
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Traffic Control in CS Networks
? Quality of service:
? connection blocking probability
C
? connection setup time
? no queueing delay inside the network
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通信网性能与业务的随机性
? 影响通信网性能的主要因素
? 传输延迟：链路传输延迟 ? 信息处理延迟：压缩、打包等 ? 交换延迟：输入缓冲、内部缓冲、输出缓冲
? 业务的随机性是造成网络性能恶化的最主要原因
? 业务需求的产生是随机的、突发的 ? 业务所需要的服务时间是随机的 ? 网络资源（带宽/缓冲器）是有限的、共享的 ? 膨胀的网络流量控制和信令传输给网络带来了沉重的负担
? explicit congestion notification
? Typical traffic control schemes
? explicit flow/rate control (FECN & BECN) ? selective packet discarding (DE)
2001-2-21
? 通信网性能分析需要概率模型
? “Errors using inadequate data are much less than those using no data at all”
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Why Performance Evaluation ?
?What’s congestion?
? selective cell discarding
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我们真的需要QoS吗？
? No:
? 光传输和光交换技术的发展带来无限的传输带宽，不会再 有拥塞发生
? QoS控制太复杂了而不实用；过于近似又不可信
? Yes:
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Traffic Control in FR Networks
? Quality of services
? throughput ? queueing delay ? CIR (committed information rate)
? Features
? end-to-end retransmission and error detection/correction
heterogeneous users
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Congestion and Control
No Congestion
Mild Congestion Wild Congestion
Throughput
Congestion Management Congestion Avoidance Congestion Recovery
用户
终端
终端
MUX
MUX
用户
用户
终端
ＳＷ
ＳＷ
终端
图１－１ 信息网络＝复用＋交换＋传输
2001-2-21
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通信网络概述(2)
? 通信网络的发展方向
? 信息: 多媒体化; ? 交换: 高速化、层次化; ? 传输: 数字化、无线化、光纤化; ? 网络: 综合化、智能化、个人化;
? 现代通信网络的典型代表
? Features
A
B
? dedicated bandwidth for QoS
Fig.2 Alternative Routing
guarantee
? Typical traffic control
(?1, µ1) NB
schemes
shared
? blocking new calls ? alternative routing ? trunk reservation
? 不同的通信网有着不同的性能要求
? 电话交换网：低延迟、高接通性（迂回中继）；允许一定的信息丢失。 ? 数据交换网：低丢失率、高通过率（缓存）；允许一定程度的延迟。 ? 多媒体网络：低丢失率、低延迟、低抖动、高通过率；Differentiated QoS
? 主要性能指标
? 阻塞率：用户连接建立请求被拒绝的概率(面向连接网络) ? 丢失率：信息传输过程中被丢失的概率(链路误码、网络拥塞） ? 通过率：信息被成功传送的概率（吞吐量） ? 连接建立延迟：建立通信连接所需的时间(面向连接网络) ? 信息传送延迟：信息在网络中的滞留时间
? ２１世纪的通信将是一个融合了语音、数据和图像业务 的超高速、宽带、可移动的多媒体网络
? 通信的多样化和大规模化要求对网络进行周密的预测、 有效的控制以及合理的优化
? 随着硬件技术的不断成熟，网络管理和性能优化已经 成为决定网络公司成败的决定因素
? 竞争的不断激烈（通信自由化）大大促进了网络运营 商和制造商对网络性能和成本的关注
2001-2Βιβλιοθήκη 21牛志升@清华大学2
要求先修课程及主要知识点
? 概率论
? 随机事件概念；
? 随机事件的独立性与相关性；
? 条件概率与全概率定理；
? 常见概率分布及其特性；
? 多维随机变量及其分布函数；
? 随机变量的特征量（均值、方差、相关系数等）；
? 大数定律及中心极限定理
? 随机过程
? 随机过程的特征量与特征函数；
? Features:
? short & fixed-length cell switching ? asynchronous transfer ? virtual networking
? Typical traffic controls
? connection admission control
? usage parameter control
? 1999年更名为《通信网理论基础》研究生专业基础课， 48学时，并荣获“清华大学教学优秀奖”
2001-2-21
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本课程的定位
?学会用数学的语言研究通信网 ?学会用随机的思想看待通信网 ?掌握各种通信网的性能分析技巧 ?加深对通信网工作原理的理解
?不仅要知其然，还要知其所以然
本课程主要讲授多媒体通信网的性能分析、资源分配与 流量控制理论，传授如何采用应用概率论、随机过程以 及排队论的手法解决多媒体通信网的设计与优化问题。
? no guarantee for delay
? Features:
? store-and-forward at each link
? retransmission with ACK/NACK as well as timeout
? Typical traffic
control schemes
? window-based flow control
? rate-based flow control / credit-based flow control
? explicit congestion notification (EFCI & ER)
? early packet discarding (EPD) and partial packet discarding (PPD)
清华大学信息与通信工程专业研究生专业基础课
《通信网理论基础》
2001-2-21
牛志升 微波与数字通信国家重点实验室
清华大学电子工程系 （东主楼１０区３１１：６２７８１４２３）
niuzhs@
２００１年２月
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第一章
Orientation 《通信网与通信网理论》
2001-2-21
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本课程的背景（2/2）
? 电子工程系向来以比“硬”工夫、打“硬”仗著称
? 时代的变化需要我们培养既能打“硬”仗，又懂得网络 运营和管理的高级专门人才
? 具体地讲，我们需要懂得网络层及网络层之上的功能， 尤其是懂得网络控制平面和管理平面的人才
? 1995年开设《信息交换网络及其性能分析理论》研究 生任选课，32学时
? 程控电话交换网: PSTN, ISDN;
? IP分组交换网： Internet、NGI;
? ATM交换网：
IP/ATM、MPLS；
? 天地空无线通信网：GSM、IMT2000、平流层
2001-2-21
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通信网的性能需求
? 用户对通信网的基本要求
? 连通性：任意、快速 ? 可靠性：迂回路由，自愈恢复、信息安全 ? 灵活性：突发业务，新业务 ? 经济性：价格性能比，最优化
? 泊松过程、生灭过程、更新过程；
? 马尔可夫过程的状态转移概率与切普曼－柯尔莫哥洛夫方程式；
? 高斯过程
? 通信网络
? 电路交换、分组交换、ＡＴＭ交换的概念
? 局域网、广域网等网络拓扑学及路由技术
? 计算机网络基本工作原理（七层协议等）
2001-2-21
牛志升@清华大学
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本课程的背景（1/2）
? 70年代以来，随着计算机、程控交换、分组交换、IP、 ISDN、ATM等技术的出现、通信网络技术飞速发展
? Features
?free access of shared media for easy implementation
?Traffic control for contention resolution