現(xiàn)代交換技術(shù)

1、現(xiàn)代交換技術(shù)（第2版）張中荃 主編人民郵電出版社李陽 主講安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)通信工程系2010年8月28日目 錄第1章 交換技術(shù)概述 8學(xué)時1.1 交換的基本概念1.1.1 交換的引入1.1.2 交換節(jié)點(diǎn)的基本功能1.2 交換技術(shù)分類1.2.1 模擬交換與數(shù)字交換1.2.2 布控交換與程控交換1.2.3 電路交換與分組交換1.2.4 窄帶交換與寬帶交換1.3 交換技術(shù)的發(fā)展1.3.1 電話交換技術(shù)的發(fā)展1.3.2 分組交換技術(shù)的發(fā)展1.3.3 ATM交換技術(shù)的發(fā)展1.3.4 IP交換技術(shù)的發(fā)展1.4 電話交換信令方式1.4.1 信令的概述1.4.2 信令的類型1.4.3 用戶線信令1.4.4 局間信

2、令第2章 數(shù)字交換與數(shù)字交換網(wǎng) 8學(xué)時2.1 數(shù)字交換原理2.1.1 數(shù)字交換2.1.2 時隙交換原理2.1.3 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)2.2型時分 T接線器的基本組成2.2.2 T接線器的工作原理2.2.3 T接線器的電路組成2.2.4 T接線器的實(shí)際電路與應(yīng)用2.3 S型時分接線器2.3.1 S接線器的基本組成2.3.2 S接線器的工作原理2.4 三級時分交換網(wǎng)絡(luò)2.4.1 TST型時分交換網(wǎng)絡(luò)2.4.2 STS型時分交換網(wǎng)絡(luò)2.5 阻塞的概念與計算2.5.1 阻塞的概念2.5.2 阻塞概率的計算第3章 程控交換機(jī)的硬件系統(tǒng) 8學(xué)時3.1 程控交換機(jī)的總體結(jié)構(gòu)3.2 話路系統(tǒng)3.2.1 用戶級話路3

3、.2.2 中繼器3.2.3 信號部件3.3 控制系統(tǒng) 處理機(jī)控制方式 處理機(jī)備用方式 控制系統(tǒng)的可用性第4章 程控交換機(jī)的軟件系統(tǒng) 8學(xué)時4.1 程控交換機(jī)的軟件組成 在線程序 支援程序 數(shù)據(jù)4.2 呼叫處理的基本原理 呼叫處理過程及狀態(tài)轉(zhuǎn)移 輸入處理 分析處理 任務(wù)執(zhí)行和輸出處理4.3 程序的執(zhí)行管理 軟件管理技術(shù) 程序的級別劃分 程序的啟動控制 周期級的調(diào)度管理 基本級程序的管理執(zhí)行4.4 系統(tǒng)的診斷與維護(hù) 故障處理的一般過程 故障檢測與診斷 故障排除第5章 移動交換系統(tǒng)簡介 8學(xué)時5.1 移動交換系統(tǒng)概述 移動通信系統(tǒng)組成 移動交換控制的特征5.2 移動交換控制原理 移動呼叫處理 移動交

4、換基本技術(shù)5.3 移動交換接口信令 無線接口信令 基站接入信令 網(wǎng)絡(luò)接口信令總計：40學(xué)時第1章 交換技術(shù)概述 8學(xué)時通信的目的是實(shí)現(xiàn)信息的交換。通信網(wǎng)絡(luò)是由用戶終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備組成的。終端設(shè)備的功能是把信息轉(zhuǎn)換成傳輸媒質(zhì)可以接收的電磁信號（聲、光、電）；或者把傳輸媒質(zhì)中的電磁信號（聲、光、電）轉(zhuǎn)換成信息。傳輸設(shè)備的功能是實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。交換設(shè)備的功能是實(shí)現(xiàn)信息的交換。信息是對客觀事物的屬性、狀態(tài)的事件的符號化描述。消息是信息中包含的客觀事物的屬性、狀態(tài)的事件集合。信息量是信息中包含的客觀事物的屬性、狀態(tài)的基本事件的數(shù)量。資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)終端1終端n 圖1-1 通信網(wǎng)絡(luò)示意圖資源子

5、網(wǎng)負(fù)責(zé)信息的組織和信息格式的轉(zhuǎn)換。通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)信息的傳輸與交換。1.1 交換的基本概念1.1.1 交換的引入2點(diǎn)之間信息的交換終端2終端1圖1-2 2點(diǎn)之間信息的交換N點(diǎn)之間信息的交換終端1終端2終端N圖1-3 N點(diǎn)之間信息的交換交換機(jī)的引入終端1交換機(jī)終端2終端N圖1-4 交換機(jī)的引入通信網(wǎng)的組成交換機(jī)4交換機(jī)1匯接交換機(jī)3交換機(jī)n交換機(jī)2圖1-5 通信網(wǎng)的組成1.1.2 交換節(jié)點(diǎn)的基本功能交換接點(diǎn)的接續(xù)類型：本局接續(xù)：本局用戶線之間的接續(xù)。出局接續(xù)：本局用戶線和出中繼線之間的接續(xù)。入局接續(xù)：入中繼線和本局用戶線之間的接續(xù)。轉(zhuǎn)接接續(xù)：入中繼線和出中繼線之間的接續(xù)。交換接點(diǎn)的基本功能：接收并分

6、析呼叫信號；接收并分析地址信號；正確選擇路由；控制連接建立；根據(jù)釋放信號拆除連接；1.2 交換技術(shù)分類模擬交換與數(shù)字交換：按照傳輸信號的方式分類；布控交換與程控交換：按照接線控制方式分類；電路交換與分組交換：按照傳輸信道占用方式分類；窄帶交換與寬帶交換：按照傳輸帶寬分配方式分類；1.2.1 模擬交換與數(shù)字交換 模擬信號與數(shù)字信號 模擬信號：時間和振幅都連續(xù)的信號。 數(shù)字信號：時間和振幅都離散的信號。 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信：用模擬信號來傳輸信號的通信方式。數(shù)字通信：用數(shù)字信號來傳輸信號的通信方式。信源傳輸介質(zhì)解調(diào)器信宿調(diào)制器噪聲圖1-6 模擬通信系統(tǒng)模型基帶信號：未經(jīng)調(diào)制，直接在信道上傳輸

7、的信號?；鶐M信號基帶數(shù)字信號調(diào)制器信道編碼信源編碼信源噪聲調(diào)制器解調(diào)器信道解碼信源解碼信宿圖1-7 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬交換與數(shù)字交換模擬交換：針對模擬信號的交換；數(shù)字交換：針對數(shù)字信號的交換；1.2.2 布控交換與程控交換布控：是布線邏輯控制的簡稱。交換機(jī)有：步進(jìn)制、縱橫制機(jī)電交換機(jī)。程控：是程序邏輯控制的簡稱。交換機(jī)有：模擬、數(shù)字程控交換機(jī)。1.2.3 電路交換與分組交換 電路交換a電路交換：是固定分配帶寬，連接建立以后，即使通信雙方?jīng)]有信息傳送也占用電路的一種交換方式。信號可以是模擬的、也可以是數(shù)字的。電路交換的基本過程：呼叫建立；信息傳送；連接釋放； b多速率電路交換，信號是數(shù)字

8、的。多速率電路交換是對電路交換的改進(jìn)，它對不同的業(yè)務(wù)提供不同的帶寬或速率。c快速電路交換FCS，信號是數(shù)字的?？焖匐娐方粨Q是電路交換的一種形式。平時，根據(jù)用戶要求建立邏輯信道；它僅僅在傳送信號時才分配帶寬和資源（占用物理信道），沒有信號傳送時立即釋放物理信道、保留邏輯信道；信號傳送完畢時，刪除邏輯信道。（虛電路工作方式） 分組交換（僅僅對數(shù)字信號） 報文交換報文交換是以報文為單位進(jìn)行信息傳輸?shù)?。它的工作過程是：把需要傳送的信息，組成一篇報文，包括報頭（發(fā)信地址、收信地址、輔助信息）、正文（用戶傳送的信息）、報尾（結(jié)束標(biāo)志等）3個組成部分。報文在通信節(jié)點(diǎn)以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式，從信源傳遞到信宿。 分組

9、交換分組交換有數(shù)據(jù)報和虛電路兩種通信方法。分組交換是把需要傳送的消息（報文）分成若干個信息包；以信息包為單位，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳送到目的地；在目的地，把信息包組合成原來的消息（報文）提交給用戶。數(shù)據(jù)報：把需要傳送的消息（報文）分成若干個信息包，把每一個信息包加上標(biāo)志、源地址、目的地址、效驗(yàn)碼等信息以后；通信網(wǎng)中的各個節(jié)點(diǎn)，以信息包為單位，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳送到目的地；在目的地，把信息包、按編號組合成原來的消息（報文）。特點(diǎn)：信息傳送前，沒有建立連接，每個數(shù)據(jù)包在通信網(wǎng)上獨(dú)立路由。虛電路：把需要傳送的消息（報文）分成若干個信息包，通信雙方在通信前先建立一條通信信道（邏輯信道），通信時通信系統(tǒng)

10、分配實(shí)際的物理信道、信息沿著物理信道、按信息包的先后順序依次把信息包從源發(fā)送到目的地，在目的地按照接收信息包的先后順序組裝出原消息（報文）。 路由選擇路由是從信源到達(dá)信宿的信息傳輸路徑的選擇。路由選擇是選擇從信源到達(dá)信宿的信息傳輸路徑的過程。路由的方法有擴(kuò)散法、查表法、虛電路法。擴(kuò)散法：信息分組從原節(jié)點(diǎn)發(fā)往與它相鄰的每個節(jié)點(diǎn)，接收該分組的節(jié)點(diǎn)檢查自己以前是否已經(jīng)收到過該分組，如果已經(jīng)收到過、則將它拋棄；如果沒有收到過、則將它再次發(fā)往它相鄰的每個節(jié)點(diǎn)（除了該分組來源的哪個節(jié)點(diǎn)之外）。這樣，一個分組的許多拷貝便嘗試著通過各種可能的路徑到達(dá)終點(diǎn)，其中必然有一個分組以最小的時延首先到達(dá)終點(diǎn)，終節(jié)點(diǎn)刪除

11、后續(xù)到達(dá)的該分組的拷貝。特點(diǎn)：信息傳輸可靠；容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻塞。查表法（靜態(tài)路由法）：查表法：在每一個節(jié)點(diǎn)中使用路由表，它指明從該節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中任何終點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇的路徑。分組到達(dá)節(jié)點(diǎn)以后，按照路由表規(guī)定的線路行進(jìn)。因?yàn)樾畔⒎纸M從源到達(dá)信宿的路徑有多條，可以按照一定的準(zhǔn)則建立最佳路由和備選路由。建立路由表的方法：最短距離準(zhǔn)則：按照最短距離準(zhǔn)則建立路由表；最小時延準(zhǔn)則：按照最小時延準(zhǔn)則建立路由表；靜態(tài)路由法：路由表經(jīng)過一段時間以后更新；路由工作時、不更新路由表；動態(tài)路由法：路由表每時每刻都在更新；每次路由工作時、都要根據(jù)計算更新路由表；虛電路路由表法：對一次呼叫確定路由，路由選擇在節(jié)點(diǎn)接收到呼叫請求分組

12、之后執(zhí)行的，此后到達(dá)的數(shù)據(jù)分組將沿著已經(jīng)建立的路由通過網(wǎng)絡(luò)。 幀交換（僅僅對數(shù)字信號）X.25協(xié)議是數(shù)據(jù)通信端到端的協(xié)議，包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層。幀交換是把信息分成若干幀、以幀為單位傳輸信息。包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。相對于7層協(xié)議，第2層傳送的信息單元是幀；第3層傳送的信息單元是分組。 快速分組交換（僅僅對數(shù)字信號）高速分組交換是在分組交換基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它把X.25分組交換中的分組逐點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)、差錯控制、流量控制，改為端到端、由智能終端或者高層協(xié)議進(jìn)行必要處理的方案，大大簡化了協(xié)議處理速度，提高了傳輸效率。高速分組交換有2種方式：幀中繼、信元中繼。幀中繼：把需要傳送的消息（報文）分成若

13、干個信息幀，用虛電路的方式進(jìn)行傳輸。信元中繼：把需要傳送的消息（報文）分成若干個等長的信元，每個信元長度為53個字節(jié)（48個字節(jié)是數(shù)據(jù)，5個字節(jié)是頭部，頭部包括用于路由的邏輯地址、信頭效驗(yàn)碼、優(yōu)先級等控制信息），以數(shù)據(jù)報方式傳輸。1.2.4 窄帶交換與寬帶交換窄帶交換是限定傳輸數(shù)據(jù)速率為64kbit/s或者是其整數(shù)倍，并且小于等于2Mbit/s的業(yè)務(wù)交換。寬帶交換是對每個用戶接口提供至少2Mbit/s的業(yè)務(wù)交換。B-ISDN.1.3 交換技術(shù)的發(fā)展1.3.1 電話交換技術(shù)的發(fā)展1） 機(jī)電式電話交換人工電話交換機(jī)： 磁石式：電話網(wǎng)的電源由各個電話機(jī)提供。共電式：電話網(wǎng)的電源由各個交換機(jī)統(tǒng)一提供。

14、特點(diǎn)：交換機(jī)需要人工值班，電話轉(zhuǎn)接需要人工進(jìn)行。機(jī)電式電話交換機(jī)：步進(jìn)制電話交換機(jī)（史端喬交換機(jī)1889年）：用戶通過撥號，發(fā)出直流脈沖信號，控制交換機(jī)中步進(jìn)電機(jī)的動作，完成電話轉(zhuǎn)接的工作。機(jī)動制電話交換機(jī)：交換機(jī)用記發(fā)器記錄用戶的轉(zhuǎn)接信令，控制交換機(jī)中步進(jìn)電機(jī)的動作，完成電話轉(zhuǎn)接的工作。縱橫制電話交換機(jī)：用繼電器代替步進(jìn)電機(jī)，交換機(jī)中控制和話路分離；交換機(jī)用記發(fā)器記錄用戶的轉(zhuǎn)接信令，控制交換機(jī)中繼電器的動作，完成電話轉(zhuǎn)接的工作。2） 模擬程控交換（1965年）用計算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電話交換機(jī)的控制；電話網(wǎng)中傳輸模擬話音電信號。3） 數(shù)字程控交換（1970年）用計算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電話交換機(jī)的控制；電話網(wǎng)

15、中傳輸數(shù)字話音電信號。發(fā)展共路信令：用單獨(dú)的信道傳輸信令。4） POTS交換節(jié)點(diǎn)的發(fā)展趨勢POTS普通電話業(yè)務(wù)。ISO進(jìn)行信息化建設(shè)的3個步驟建議：普及數(shù)字程控交換機(jī)；普及N-ISDN；普及B-ISDN；支持移動交換中心。1.3.2 分組交換技術(shù)的發(fā)展1） 早期的研究和實(shí)驗(yàn)1967年開始ARPAnet計劃；1969年實(shí)現(xiàn)計算機(jī)分組交換網(wǎng)絡(luò)；1972年10月，第1屆計算機(jī)通信會議，開始民用分組交換網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。2） 分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)1974年開始，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行，推動網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作。1976年，CCITT建議X.25協(xié)議；等等。3） 分組交換系統(tǒng)的分代第一代分組交換系統(tǒng)：用一臺計算機(jī)完成分

16、組交換功能；把某個輸入隊列里的信息分發(fā)到指定的輸出隊列中。第二代分組交換系統(tǒng)：用專用的前端機(jī)完成分組交換功能；前端機(jī)通過共享媒體、采用時分復(fù)用方式進(jìn)行分組信息的交換。第三代分組交換系統(tǒng)：用專用集成電路實(shí)現(xiàn)信息的分組交換。1.3.3 ATM交換技術(shù)的發(fā)展ATM是異步時分復(fù)用快速分組交換的簡稱。1） 早期的研究ATM研究的目的：結(jié)合電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速信息交換CCITT建議：ATM采用固定長度的分組（每個分組53個字節(jié)），作為B-ISDN信息分組的標(biāo)準(zhǔn)格式。2） 公用ATM交換網(wǎng) 小容量ATM交換網(wǎng)絡(luò)：吞吐量10Gbit/s、及其以下交換網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)。 公用ATM交換系統(tǒng)：骨干網(wǎng)絡(luò)吞吐

17、量40Gbit/s160Gbit/s。3） 研究熱點(diǎn)和展望交換結(jié)構(gòu)：業(yè)務(wù)流控制：話音和多媒體支持：和智能網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合：光交換：物連網(wǎng)：1.3.4 IP交換技術(shù)的發(fā)展1） 發(fā)展背景當(dāng)前的計算機(jī)局域網(wǎng)是按照ISO的建議建立的：基于共享媒體的結(jié)構(gòu)的（以太網(wǎng)），為用戶提供廉價的、非實(shí)時的、不可靠的、臨近的信息共享服務(wù)。為用戶提供電信級信息服務(wù)，必須對以太網(wǎng)進(jìn)行改造。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展也需要對傳統(tǒng)局域網(wǎng)進(jìn)行改造。2） IP交換IP交換是用于在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送IP分組的技術(shù)。其工作目標(biāo)是用ATM交換機(jī)取代路由器。3） 標(biāo)記交換技術(shù)標(biāo)記交換技術(shù)是基于路由器的ATM承載IP技術(shù)。特點(diǎn)：支持多協(xié)議。4） IP/

18、ATM集成交換把IP技術(shù)和ATM技術(shù)集成在一起。特點(diǎn)：支持多協(xié)議。1.4 電話交換信令方式1.4.1 信令的概述信令：維持通信系統(tǒng)正常工作的信息和指令。1.4.2 信令的類型帶內(nèi)信令：在電話交換局之間，通過話音頻帶傳送的信令。帶外信令：在電話交換局之間，通過話音頻帶以外傳送的信令。隨路信令：與話音信號同路傳輸?shù)男帕?。分組信令：信令以分組的方式傳送，信令采用對等層通信。公共信道信令：共路信令：采用專門的信道傳輸信令。1.4.3 用戶線信令用戶線信令：是在用戶機(jī)器和交換機(jī)之間傳輸?shù)男帕睢Ｓ脩魻顟B(tài)信令：選擇信令：地址信令可聞音信令：交換機(jī)向用戶發(fā)出的信令。1.4.4 局間信令局間信令：是交換機(jī)之間，

19、通過中繼線傳輸?shù)男帕?。中?號信令（隨路信令）：把話路所需的各種控制信號用話路本身或與之有固定聯(lián)系的信道傳輸，即用一個信道傳輸話音和信令。線路信號：是線路設(shè)備之間傳送的信號，用于通信的建立、維持、監(jiān)視。 記發(fā)器信號：是記發(fā)器之間傳輸?shù)男盘?。在通信前后傳輸。中?號信令（共路信令）：把通信所需的各種控制信號用專用信道傳輸，即用不同的信道傳輸話音和信令。7號信令的四個功能級： Internet的結(jié)構(gòu)用戶應(yīng)用層（會話、表示、應(yīng)用）信號網(wǎng)運(yùn)輸層信號鏈路互連網(wǎng)層物理鏈路子網(wǎng)層（物理、數(shù)據(jù)鏈路）第2章 數(shù)字交換與數(shù)字交換網(wǎng) 8學(xué)時數(shù)字程控交換機(jī)的核心是數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)用時分方式進(jìn)行工作，輸入/輸

20、出數(shù)字信號。2.1 數(shù)字交換原理2.1.1 數(shù)字交換數(shù)字交換用時分方式進(jìn)行工作，把一段時間平均分成若干時隙（時間片），對時隙進(jìn)行編號。每個時隙中存儲若干位數(shù)字信息。用不同時隙中的數(shù)字信號的交換，實(shí)現(xiàn)信息交換。2.1.2 時隙交換原理在時隙交換過程中，如果A用戶的話音信道占用TS1時隙，如果B用戶的話音信道占用TS2時隙，怎樣實(shí)現(xiàn)信息的交換？01 23032112話音存儲器 地址圖2-1時隙交換原理時隙交換過程： 用戶終端地址和PCM數(shù)據(jù)流的時隙號、通過復(fù)用器和分用器聯(lián)系起來。 把輸入信息，按照PCM時隙號和話音存儲器的地址對應(yīng)的方式、順序?qū)懭朐捯舸鎯ζ鳌?把輸出信息，按照控制存儲器的要求、按照

21、指定的話音存儲器的地址的順序，控制讀出到輸出的PCM數(shù)據(jù)流的時隙號中去。實(shí)現(xiàn)信息交換。2.1.3 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)時隙交換：實(shí)現(xiàn)同一個線路不同時隙信息的交換。數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)空間交換：實(shí)現(xiàn)同一個時隙不同線路信息的交換。2.2 T型時分接線器2.2.1 T接線器的基本組成T型時分接線器又叫時間型接線器，簡稱T接線器。它有兩組存儲器：話音存儲器和控制存儲器。話音存儲器用于存儲PCM話音信息?？刂拼鎯ζ饔糜诳刂茝脑捯舸鎯ζ髯x信息時的地址。一般情況下，話音存儲器采用“順序輸入、控制讀出”方式工作。一般情況下，T型接線器的輸入時隙數(shù)、輸出時隙數(shù)、話音存儲器數(shù)、控制存儲器數(shù)是相等的。2.2.2 T接線器的工作原理

22、T型接線器的工作方式：（1）順序輸入、控制讀出；（2）控制輸入、順序讀出；T型接線器的類型：分配器：輸入時隙數(shù)等于輸出時隙數(shù)。（入線數(shù)等于出線數(shù)）集線器：輸入時隙數(shù)大于輸出時隙數(shù)。（入線數(shù)大于出線數(shù)）擴(kuò)展器：輸入時隙數(shù)小于輸出時隙數(shù)。（入線數(shù)小于出線數(shù)）（1）順序輸入、控制讀出工作方式1）信息交換原理： 輸入時隙數(shù)、輸出時隙數(shù)、話音存儲器數(shù)、控制存儲器數(shù)是相等的。 輸入信息，按照輸入時隙號和話音存儲器地址號順序?qū)?yīng)的方式、從時隙中存入話音存儲器中；同時，把信息交換的地址寫入控制存儲器中。 輸出信息，按照控制存儲器的地址號和輸出時隙號對應(yīng)的方式、從中控制存儲器中讀出話音存儲器的地址、從話音存儲器對應(yīng)的地址中讀信息、放到輸出時隙中。完成時隙交換。2）舉例：用T接線器實(shí)現(xiàn)TS1(a)和TS8(b)的信息交換 輸入時隙數(shù)、輸出時隙數(shù)、話音存儲器數(shù)、控制存儲器數(shù)是相等的。 輸入信息，按照輸入時隙號和話音存儲器地址號順序?qū)?yīng)的方式、從時隙中存入話音存儲器中；同時，把信息交換的地址寫入控制存儲器中。 輸出信息，按照控制存儲器的地址