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通信網絡理論與應用 版權信息
- ISBN：9787030723666
- 條形碼：9787030723666 ; 978-7-03-072366-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
通信網絡理論與應用 內容簡介
《通信網絡理論與應用》系統介紹了通信網絡的基礎理論和應用，理論與實際相結合，通俗易懂、實用性強！锻ㄐ啪W絡理論與應用》共10章，主要內容包括緒論、通信網絡業務和協議建；A、排隊論及其應用、圖論及其應用、通信網絡中的傳輸與交換、多址接入、流量控制和擁塞控制、自組織網絡及其分析方法、網絡性能分析與仿真，以及智能化通信網絡技術。
通信網絡理論與應用 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 通信網絡的概念 1
1.2 通信網絡的基本構成與分類 2
1.3 網絡協議概述 11
1.4 通信網絡的性能 15
1.5 通信網絡的發展與應用 17
擴展閱讀：Internet早期發展簡史 20
習題 21
第2章 通信網絡業務和協議建；A 22
2.1 通信網絡的業務特點 22
2.2 業務建模 22
2.3 典型通信業務源的建模 31
2.4 典型通信網絡的建！33
2.5 有限狀態機 35
擴展閱讀：Petri網的概念 39
習題 40
第3章 排隊論及其應用 41
3.1 排隊系統模型 41
3.2 排隊系統的性能指標 46
3.3 Little公式 47
3.4 M/M/m/n排隊系統 48
3.5 M/G/1排隊系統 56
3.6 排隊論在通信網絡中的應用 62
擴展閱讀：信息年齡 63
習題 65
第4章 圖論及其應用 67
4.1 圖論概述 67
4.2 圖論基礎 68
4.3 圖的*小生成樹問題 74
4.4 圖的*短路徑問題和選擇算法 79
4.5 圖論在網絡流量分析中的應用 84
擴展閱讀：四色定理的證明歷程 88
習題 89
第5章 通信網絡中的傳輸與交換 92
5.1 傳輸鏈路 92
5.2 交換技術 104
擴展閱讀：中國首臺大型數字程控交換機HJD04 124
習題 125
第6章 多址接入 128
6.1 靜態分配方案 128
6.2 動態分配方案 130
6.3 非正交多址接入 144
擴展閱讀：水聲通信的多址接入 147
習題 149
第7章 流量控制和擁塞控制 150
7.1 流量控制 150
7.2 網絡*大流算法 158
7.3 *佳流問題 167
7.4 擁塞控制原理 169
7.5 擁塞控制算法 173
擴展閱讀：范 雅各布森與其熱愛著的事業 176
習題 177
第8章 自組織網絡及其分析方法 178
8.1 自組織網絡特點及體系結構 179
8.2 自組織網絡MAC協議 181
8.3 自組織網絡路由協議 184
8.4 自組織網絡服務質量 201
8.5 自組織網絡的安全性分析 208
擴展閱讀一：LTE中的SON的概念 210
擴展閱讀二：無人機自組織網絡 211
習題 212
第9章 網絡性能分析與仿真 214
9.1 引言 214
9.2 無線網絡容量分析基礎 216
9.3 無線網絡提供服務質量的方法 220
9.4 網絡可靠性分析 227
9.5 網絡仿真軟件 230
擴展閱讀：ALOHANET 242
習題 244
第10章 智能化通信網絡技術 245
10.1 智能化通信網絡概述 245
10.2 機器學習算法基礎 246
10.3 新一代通信網絡機器學習算法 253
10.4 機器學習算法在通信網絡中的應用 270
擴展閱讀：沃倫 麥卡洛克的開創性貢獻 274
習題 275
參考文獻 276
第1章 緒論 1
1.1 通信網絡的概念 1
1.2 通信網絡的基本構成與分類 2
1.3 網絡協議概述 11
1.4 通信網絡的性能 15
1.5 通信網絡的發展與應用 17
擴展閱讀：Internet早期發展簡史 20
習題 21
第2章 通信網絡業務和協議建；A 22
2.1 通信網絡的業務特點 22
2.2 業務建模 22
2.3 典型通信業務源的建模 31
2.4 典型通信網絡的建！33
2.5 有限狀態機 35
擴展閱讀：Petri網的概念 39
習題 40
第3章 排隊論及其應用 41
3.1 排隊系統模型 41
3.2 排隊系統的性能指標 46
3.3 Little公式 47
3.4 M/M/m/n排隊系統 48
3.5 M/G/1排隊系統 56
3.6 排隊論在通信網絡中的應用 62
擴展閱讀：信息年齡 63
習題 65
第4章 圖論及其應用 67
4.1 圖論概述 67
4.2 圖論基礎 68
4.3 圖的*小生成樹問題 74
4.4 圖的*短路徑問題和選擇算法 79
4.5 圖論在網絡流量分析中的應用 84
擴展閱讀：四色定理的證明歷程 88
習題 89
第5章 通信網絡中的傳輸與交換 92
5.1 傳輸鏈路 92
5.2 交換技術 104
擴展閱讀：中國首臺大型數字程控交換機HJD04 124
習題 125
第6章 多址接入 128
6.1 靜態分配方案 128
6.2 動態分配方案 130
6.3 非正交多址接入 144
擴展閱讀：水聲通信的多址接入 147
習題 149
第7章 流量控制和擁塞控制 150
7.1 流量控制 150
7.2 網絡*大流算法 158
7.3 *佳流問題 167
7.4 擁塞控制原理 169
7.5 擁塞控制算法 173
擴展閱讀：范 雅各布森與其熱愛著的事業 176
習題 177
第8章 自組織網絡及其分析方法 178
8.1 自組織網絡特點及體系結構 179
8.2 自組織網絡MAC協議 181
8.3 自組織網絡路由協議 184
8.4 自組織網絡服務質量 201
8.5 自組織網絡的安全性分析 208
擴展閱讀一：LTE中的SON的概念 210
擴展閱讀二：無人機自組織網絡 211
習題 212
第9章 網絡性能分析與仿真 214
9.1 引言 214
9.2 無線網絡容量分析基礎 216
9.3 無線網絡提供服務質量的方法 220
9.4 網絡可靠性分析 227
9.5 網絡仿真軟件 230
擴展閱讀：ALOHANET 242
習題 244
第10章 智能化通信網絡技術 245
10.1 智能化通信網絡概述 245
10.2 機器學習算法基礎 246
10.3 新一代通信網絡機器學習算法 253
10.4 機器學習算法在通信網絡中的應用 270
擴展閱讀：沃倫 麥卡洛克的開創性貢獻 274
習題 275
參考文獻 276
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通信網絡理論與應用 節選
第1章 緒論 從人類社會誕生以來，人們就生活在各種各樣的網絡中。這些網絡包括人際關系網絡、交通網絡，以及用于信息交互的通信網絡等。隨著社會不斷發展，人們的日常生活也越來越離不開網絡。在當前信息化社會中，其他網絡往往需要通信網絡的支撐得以運行，例如，為了維持良好的人際關系，人們往往需要通過通信網絡進行溝通和交流；為了使交通網絡運行流暢，也需要通信網絡來進行流量監控、數據支撐和資源調度等。換一個角度來看，通信網絡的運行與日常所見的人際關系網絡、交通網絡也有很多相似之處，甚至本質是相同的，構造和維護通信網絡的很多方法也是受這些網絡啟發而得來的。因此，透過所熟知的人際關系網絡，能更深刻地理解通信網絡的運行。希望讀者在本書后續的閱讀中能借鑒這一思路，這樣很多關于通信網絡的理解就會更輕松，一些問題也能更容易理解。 1.1通信網絡的概念 通信網絡是由一定數量的節點（包括終端節點、交換節點或轉發節點等）和連接這些節點的傳輸鏈路有機地組織在一起，按約定的信令或協議完成網絡內任意用戶間信息交換的通信系統。對于一般的通信網絡系統，可以用圖1-1所示的模型來抽象地描述（圖中圓圈表示網絡節點，可以是計算機、路由器、手機、傳感器等，每個節點都起到信源和/或信宿的作用；連接各節點的線段表示傳輸鏈路，它們可以是有線的，一如光纖、雙絞線、電話線等，也可以是無線的）。 圖1-1通信網絡系統模型示意圖 通信網絡的發展需要基礎理論的支撐和不斷演進。通信網絡正朝著泛在化、移動化、多媒體化、寬帶化和智能化的方向發展，這對通信網絡理論的研究提出了新的需求。當前，通信網絡理論已經成為一門獨立的學科，其內涵豐富、前景廣闊。近年來，網絡科學、隨機網絡、復雜網絡等相關理論不斷開枝散葉，出現了很多新的進展。然而，追根溯源，其仍植根于排隊論、圖論等基礎通信網絡理論。掌握這些理論不僅對于通信網絡的規劃、設計、建設、管理和維護等具有重要的指導意義，而且對于理解不斷涌現的通信網絡新理論也大有裨益。 通信網絡的發展是以應用來驅動的，其演進本質是需求、理論、技術、產業相互作用并不斷迭代完善的過程。人們一直希望打破不同地域或客觀條件的限制實現“5W”的目標，即“任何人（Whoever）在任何時候（Whenever）的任何地方（Wherever）與任何人（Whomever）進行任何方式（Whatever）的通信”的目標，從早期的電話網到互聯網，再到移動互聯網等都是在這一目標需求驅使下發展起來的。當前，通信網絡已經不再只是滿足于人與人的連接，人與物的連接、物與物的連接成為更重要的發展趨勢。為了達到“萬物互聯”的目標，傳感器網絡、物聯網等不斷成為研究熱點。近年來，隨著新一代移動通信網絡的發展，不少專家學者也提出了“知識的互聯”“意識的互聯”“人-機-物-靈的互聯”等需求和應用場景，通信網絡也要不斷發展來適應這些需求和應用場景。 因此，本書從通信網絡的理論和應用兩方面進行闡述，希望讀者有一個較全面的認識，本書的內容安排如圖1-2所示。本章首先討論通信網絡的基本構成與分類，然后討論通信網絡體系結構和網絡協議，*后討論通信網絡的性能指標和基本理論問題。這樣對通信網絡的全貌有一個基本了解后，才能理解通信網絡中有哪些基本的理論和技術，以及有哪些不同的應用場景。有了這樣一個概貌，后面的各章再對各部分的細節內容進行闡述。 圖1-2本書的內容安排 1.2通信網絡的基本構成與分類 1.2.1通信網絡的基本構成 如前所述，通信網絡是由若干有連接關系的網絡節點和連接它們的傳輸鏈路所構成的集合，也就是說通信網絡是由相互依存、相互制約的許多要素組成的有機整體，用以完成規定的功能。在通信網絡中，信息的交換可以在用戶之間進行，也可以在設備之間進行，還可以在用戶和設備之間進行。交換的信息包括業務信息（如語音、數據、圖像、視頻等）、控制信息（如信令信息、路由信息、測控信息等）和網絡管理信息（如服務質量、故障信息、配置信息等）等。為了便于理解，以常見的移動通信網絡為例，來介紹移動通信網絡的一般架構，如圖1-3所示。 通信網絡中的每一次通信都需要軟硬件的協調配合來完成。軟件主要包括信令、協議、控制、管理、計費等單元，主要作用是完成通信網絡的控制、管理、運營和維護。硬件主要包括終端設備、接入設備、交換設備、傳輸系統和支撐系統，它們完成通信網絡的接入、交換、控制和傳輸等功能。下面將依次介紹這些硬件設施的定義和功能。 1.終端設備 終端設備是指用戶與通信網絡之間的接口設備，包括信源、信宿，以及變換器和反變換器的一部分。*常見的終端設備有手機、固定電話、計算機、傳真機、打印機、機頂盒、可視電話終端、網絡攝像頭等。終端設備的功能如下。 （1）將待傳送的信息和傳輸鏈路上傳送的信息進行相互轉換。在發送端，將信源產生的信息轉換成適合在傳輸鏈路上傳送的信號；在接收端則將從鏈路上接收的信號轉換為信宿要接收的信息。 （2）將信號與傳輸鏈路相匹配，由信號處理設備完成。 （3）信令的產生和識別，即終端設備產生和識別網內所需的信令，以實現呼叫建立、監控、拆除、網絡管理等一系列通信控制功能。 2.接入設備 接入設備是指將終端設備連接入網絡的設備。早期個人計算機常用調制解調器（即Modem，俗稱“貓”）接入互聯網，到后來的寬帶綜合接入設備，包括DSL（DigitalSubscriberLine，數字用戶線）、ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine，非對稱數字用戶線）等。目前，隨著無線網絡的發展和大量普及，大家更常見的是無線網絡的接入設備，包括蜂窩網絡中的各種基站（如宏基站、小基站、微基站等）、無線熱點（Wi-Fi的接入點）等。它們相當于一個連接有線網絡和無線網絡的橋梁，其主要作用是將各個無線網絡客戶端連接到一起，從而達到網絡無線覆蓋的目的。 3.交換設備 交換設備是指實現一個網絡節點和它所要求的另一個或多個網絡節點之間的交換連接的設備，其基本功能是集中、轉發終端節點產生的用戶信息，或轉發其他交換節點需要轉接的信息。常見的交換設備有電話交換機、分組交換機、路由器、集線器、轉發器等，這些設備是核心網中設備的主體。 盡管路由器和交換機都屬于交換設備，但它們還是有明顯區別的，有必要在概念上對它們進行區分。為了使讀者更容易理解，在學習網絡的七層架構后再來分析兩者的區別。 4.傳輸系統 傳輸系統即傳輸鏈路，是信息的傳輸通道，是連接網絡節點的媒介。傳輸鏈路可以分為不同的類型，如有線鏈路和無線鏈路（每一種還可再細分為不同的鏈路），各有不同的實現方式和適用范圍。通常傳輸系統的硬件包括線路接口設備、傳輸媒介、連接設備等。傳輸系統的一個主要設計內容就是如何提高物理線路的使用效率，因此傳輸系統通常會采用多路復用技術，如頻分復用、時分復用、碼分復用、空分復用、波分復用等。 另外，為保證交換節點能正確接收和識別傳輸系統的數據流，交換節點必須與傳輸系統協調一致，包括保持幀同步和位同步、遵守相同的傳輸協議等。 5.支撐系統 除了上述業務性的設備外，一個復雜的通信網絡中往往還包括專門支持運營和管理整個網絡系統的支撐系統，包括構建數據中心的設備、網絡狀態監測設備、網絡安全設備等。 需要指出的是，上述設備或系統在實際中也并不是嚴格進行區分的，因為不同網絡根據其應用場景的不同，構成可能不同，一個設備也可在網絡中承擔多個不同的角色。 1.2.2通信網絡的分層體系結構 網絡設備龐多，網絡運行起來也會很繁雜。如果一個問題太大或者太復雜，往往可以將其分解成多個子問題，而且為了加快問題解決的速度，這些子問題*好可以由各自領域的專業人士解決。正是基于這樣的理念，為了讓不同設備制造廠商生產的產品能夠很好地協作，需要切分不同設備的界面，解耦設備間的緊密接口聯系，這樣對某一個設備進行替換或升級后不會影響到其他設備的正常運行。由此，建立了基于開放系統互連（OpenSystemInterconnection，OSI）參考模型的分層體系結構。分層就是將完成計算機通信全過程的所有功能劃分成若干層，每一層對應一些獨立的功能，從而將龐大而復雜的問題轉化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題是比較容易研究和處理的，而且是可以并行研究和處理的。 1.網絡體系結構定義 網絡體系結構是一套頂層的設計標準，這套標準用來指導網絡的技術設計，特別是協議和算法的工程設計。它包括以下兩個層次。 （1）網絡的構建原則，本層次確定了網絡的基本框架。 （2）功能分解和系統的模塊化，本層次指出了實現網絡體系結構的方法，具體包括以下方面：網絡狀態的維護和轉移；網絡中的實體命名規則；命名、尋址和路由功能的內在關系及工作原理；通信功能的模塊化劃分；信息流之間的網絡資源分配、網絡終端系統與這種分配法則的相互作用、公平性和擁塞控制的實現；網絡安全的實現和保證；網絡管理功能的設計與實現；不同服務質量（QualityofService，QoS）的實現方法。 根據以上定義，通信網絡的網絡體系結構必須完成以下三項具體工作。 （1）按一定規則把網絡劃分成為許多部分，并明確每一部分所包含的內容。 （2）建立參考模型，將各部分組合成通信網絡，并明確各部分間的參考點。 （3）設置標準化接口，對參考點的接口標準化。接口標準化的實質就是從整體上使通信網絡*優化，但局部可能暫時出現一些問題，如成本上升、處理信息量增加，并導致性能下降。一旦硬件大規模集成化和高速化，這些問題會迎刃而解。 2.網絡的分層和分段 通信網絡采用分層體系結構、通信協議和分組交換方式實現了遠程網絡通信。任意一個網絡總可以從垂直方向分解為若干獨立的層。網絡采用分層體系結構具有以下好處。 （1）各層相互獨立。某一層并不需要知道它下面的層是如何實現的，而僅僅需要知道該層通過層間接口所提供的服務即可，故各層均可以采用*合適的技術來實現。由于每一層只實現一種相對獨立的功能，因此可將一個難以處理的復雜問題分解為若干個較容易處理的問題。這樣，整個問題的復雜度就下降了。 （2）靈活性好。當任何一層發生變化時，只要接口關系保持不變，上下相鄰層則均不受影響。而且，某層提供的服務可以修改，如果某層提供的服務不再需要，可取消這一層，故易于擴充或者改變協議。 （3）實現和維護方便。分層體系結構通過把整個系統分解成若干個易于處理的部分，而使通信網絡的實現、調試和維護等變得容易。 （4）易于標準化。因為每一層的功能及其所提供的服務都有精確的說明，所以，每一層的工作都可根據說明進行標準化設計。 當然，凡事都有兩面性，分層也有一些缺點。例如，有些功能會在不同的層次中重復出現，因而產生了額外開銷；每個層都單獨做設計和優化，可能難以達到全局的*優化等。故在分層的時候，應該遵循一系列的原則。 作為計算機網絡發展里程碑的阿帕網（AdvancedResearchProjectAgencyNetwork，ARPANET）就是采用分層方法實現的。ARPANET確定了通信子網和資源子網兩層網絡及網絡層次結構等概念，并研究了檢錯、糾錯、中繼路由選擇、分組交換和流量控制等多種控制方法與協議。另外，其還制定了遠程通信和文件傳輸等多種用戶協議，為網絡體系結構的完善和發展提供了實踐經驗。 網絡分層后，每一層仍然很復雜。為了便于管理，在分層的基礎上，再從水平方向把每一層網絡劃分為若干個分離的部分，這就是分段。采用分段概念的重要特點是允許層網絡的一部分被層網絡的其余部分看成一個單獨實體。因而，層網絡的內部結構是隱藏不露的，對于減少層網絡管理控制的復雜性十分有利，使網絡運營
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