第二章 交換網(wǎng)絡(luò)

交換網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和分類交換單元交換單元的基本概念空間交換單元——空分交換

開(kāi)關(guān)陣列空間接線器時(shí)分交換單元——時(shí)分交換

共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)(時(shí)間接線器)

共享總線型結(jié)構(gòu)交換網(wǎng)絡(luò)CLOS網(wǎng)絡(luò)TST網(wǎng)絡(luò)DSN網(wǎng)絡(luò)BANYAN網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容2023/2/41通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

交換的基本功能是在任意的入線和出線之間建立連接。

1、交換網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和分類在交換系統(tǒng)中完成這一基本功能的部件就是交換網(wǎng)絡(luò)，它是交換系統(tǒng)的核心。交換網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的。

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的最基本的部件。2023/2/42通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉電信交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)交換網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)接口接口接口接口用戶線中繼線信息傳送子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)2023/2/43通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元的基本概念開(kāi)關(guān)陣列與空間交換單元共享存儲(chǔ)器型的交換單元——時(shí)間交換單元共享總線型的交換單元——數(shù)字交換單元2、交換單元2023/2/44通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)交換網(wǎng)絡(luò)：將入線上的信息送到出線上，完成交換動(dòng)作；接口單元：完成外部線路接口標(biāo)準(zhǔn)與交換單元接口標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換；控制單元：控制交換單元的動(dòng)作。2023/2/45通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.1交換單元的基本概念入線出線控制端狀態(tài)端…………MXN的交換單元0011M-1N-12023/2/46通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元結(jié)構(gòu)模型——信息流向完成基本電信交換功能的部件，即按一定要求，將入端信息送到出端。無(wú)向2023/2/47通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元結(jié)構(gòu)模型——按使用需求入線0M-1出線0N-1入線0M-1出線0N-1出線0N-1入線0M-1集中型（M>N）擴(kuò)散型（M<N）連接型（M=N）2023/2/48通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元結(jié)構(gòu)模型——按內(nèi)部結(jié)構(gòu)（b）時(shí)分交換單元01M-101N-1入線出線（a）空分交換單元（開(kāi)關(guān)陣列）01M-1入線...01N-1...出線......共享總線按照交換單元所接收的信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可以把交換單元分為數(shù)字交換單元與模擬交換單元。2023/2/49通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉對(duì)于M*N交換單元：入線集合：T={0,1,2,…,M-1}；

出線集合：R={0,1,2,…,N-1}；

連接：一個(gè)入線t(t∈T)和一組出線Rt(Rt∈R)的集合c={t,Rt

}為一個(gè)連接。t稱連接的起點(diǎn)，r∈Rt

稱連接的終點(diǎn)。連接集合：一個(gè)交換單元的連接同時(shí)有多個(gè)，這就構(gòu)成了交換單元的連接集合。

交換單元的連接特性(1)——集合描述方式2023/2/410通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元的連接特性(1)——集合描述方式若Rt

中只含有一個(gè)元素，則稱該連接是點(diǎn)到點(diǎn)連接；若Rt

中包含多個(gè)元素，則稱該連接是點(diǎn)到多點(diǎn)連接。

一個(gè)交換單元中，若允許點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，

RtR，則稱具有同發(fā)功能；

若Rt=R，則稱具有廣播功能。

不允許多對(duì)多或多對(duì)一連接，該種情況稱出線沖突。2023/2/411通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

連接方式：C={c1,c2,…}為由若干個(gè)連接組成的集合

連接方式的起點(diǎn)集：Tc

={t;t∈ci

,ci

∈C}為該連接方式中所有連接的起點(diǎn)組成的集合。

連接方式的終點(diǎn)集：Rc

={r;r∈Rt,Rt

∈ci

,ci

∈C}為該連接方式中所有連接的終點(diǎn)組成的集合。

若入端t∈Tc，稱其處于占用狀態(tài)；否則稱其處于空閑狀態(tài)。

若出端r∈Rc，稱其處于占用狀態(tài)；否則稱其處于空閑狀態(tài)。交換單元的連接特性(1)——集合描述方式2023/2/412通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元在某一時(shí)刻一定處于某種連接方式

總結(jié)：連接和連接集合是對(duì)應(yīng)于某一時(shí)刻的；連接集合的數(shù)目越多，連接能力就越強(qiáng)。交換單元的連接特性(1)——集合描述方式2023/2/413通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

連接函數(shù)

一個(gè)連接函數(shù)對(duì)應(yīng)一種連接，連接函數(shù)表示相互連接的入線編號(hào)和出線編號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即存在連接函數(shù)f，入線t與出線集合f(t)相連接，其連接函數(shù)為

f(t)=Rt

(Rt包含于R)對(duì)于一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)連接，連接函數(shù)還可以表示為：

f(t)=r(r∈R)

交換單元的連接特性(2)——函數(shù)描述方式2023/2/414通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉連接函數(shù)的表示形式M*N交換單元在任意時(shí)刻的連接函數(shù)為

f(t)=Rt

，表示入線集合與出線集合的映射關(guān)系；連接函數(shù)有兩種表示形式：1、排列表達(dá)式即入線和出線的對(duì)應(yīng)關(guān)系t0，t1，…，tn-1r0，r1，…，rn-12、圖形表示

二進(jìn)制函數(shù)表示（點(diǎn)到點(diǎn)連接方式常用）2023/2/415通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉（1）排列表達(dá)式

考慮到存在點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，因此t1，t2，……tn中可能有重復(fù)的元素存在，因此可以把排列表達(dá)式也稱為重排表達(dá)式；

出線競(jìng)爭(zhēng):是指在排列表達(dá)式中r1，r2，……rn之間存在著重復(fù)的元素，表明在同一時(shí)刻，有多條入線共同連接到同一條出線，造成出線的沖突，是應(yīng)該避免的問(wèn)題。在點(diǎn)到點(diǎn)的連接情況下，并且不存在出線競(jìng)爭(zhēng)的情況下，其排列表達(dá)式可以改寫為：t0，t1，……tN-10，1，……N-12023/2/416通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉重排舉例寫出排列表達(dá)式2023/2/417通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

同樣，也可以定義出線排列表達(dá)式為：0，1，……N-1r1，r2，……rN-1

它的簡(jiǎn)化表示為：(r1，r2，……rN-1)簡(jiǎn)化的排列表達(dá)式

在點(diǎn)到點(diǎn)的連接情況下，并且不存在出線競(jìng)爭(zhēng)的情況下，出線按序排列時(shí)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化表示為：(t0，t1，……tN-1)稱之為入線排列表達(dá)式，由于可能存在空閑的出端，所以t0，t1，……tN-1中可能有空的元素存在，可用φ表示。2023/2/418通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉入端重排舉例寫出入線表達(dá)式和出線表達(dá)式2023/2/419通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉還可通過(guò)圖形方式來(lái)表達(dá)連接函數(shù)。分別把入線與出線按編號(hào)由上到下排列，然后入線與出線之間可以用一條直線連接起來(lái)，表示該入線與出線有連接。下圖表示了一個(gè)常用的N=8的交叉連接方式。（2）圖形表示2023/2/420通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)連接方式，常用的方法是二進(jìn)制函數(shù)表示法，即為：E(xn-1xn-2……x1x0)=xn-1xn-2……x1

其中入線編號(hào)可以用一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)字xn-1xn-2……x1x0表示，用它作為連接函數(shù)的變量；與該入線連接的出線的編號(hào)也用一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示，作為連接函數(shù)的值。（3）二進(jìn)制函數(shù)表示2023/2/421通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉直線連接：二進(jìn)制函數(shù)表示：I(xn-1xn-2…x1x0)=xn-1xn-2…

x1x0

排列表示（N=4）：0，1，2，30，1，2，3

圖形表示（N=4）：

00123123

交換單元常用的連接方式（1）2023/2/422通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交叉連接：二進(jìn)制函數(shù)表示：E(xn-1xn-2…x1x0)=xn-1xn-2…

x1x0

排列表示（N=4）：0，1，2，31，0，3，2

圖形表示（N=4）：

00123123

交換單元常用的連接方式（2）2023/2/423通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉間隔交叉連接：

Ck(xn-1xn-2…xk

…

x1x0)=xn-1xn-2…xk

…

x1x00012312300123123N=4k=1N=4k=0

交換單元常用的連接方式（3）2023/2/424通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉均勻洗牌連接：

σ(xn-1xn-2…xk

…

x1x0)=xn-2…xk

…

x1x0xn-10123N=84567301234567

交換單元常用的連接方式（4）2023/2/425通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉蝶式連接：

β(xn-1xn-2…xk

…

x1x0)=x0xn-2…xk

…

x1xn-10123N=8456701234567

交換單元常用的連接方式（5）2023/2/426通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換單元的性能指標(biāo)交換單元所有入線可以同時(shí)送入的總的信息量；交換單元需要規(guī)定自己的信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)，即信號(hào)形式、速率及信息流方向；點(diǎn)到點(diǎn)、同發(fā)、廣播；完成交換動(dòng)作的速度、任何情況下是否能完成指定連接、信息經(jīng)過(guò)交換單元是否有損傷（時(shí)間、語(yǔ)義）。容量接口功能質(zhì)量2023/2/427通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.2各類基本交換單元

2.2空間交換單元——空分交換

2.2.1開(kāi)關(guān)陣列

2.2.2空間接線器

2.3時(shí)分交換單元——時(shí)分交換

2.3.1

共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)(時(shí)間接線器)

2.3.2

共享總線型結(jié)構(gòu)2023/2/428通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.2.1基本開(kāi)關(guān)陣列2023/2/429通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉有向開(kāi)關(guān)陣列和無(wú)向開(kāi)關(guān)陣列

2023/2/430通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉有向開(kāi)關(guān)陣列和無(wú)向開(kāi)關(guān)陣列

演示12023/2/431通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉全連通和半連通開(kāi)關(guān)陣列全連通的開(kāi)關(guān)陣列

半連通的開(kāi)關(guān)陣列

2023/2/432通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉基本開(kāi)關(guān)陣列——工作原理開(kāi)關(guān)有接通、斷開(kāi)兩種狀態(tài)?？刂茖?duì)應(yīng)的入線和出線是否連接。

每個(gè)開(kāi)關(guān)都有一個(gè)控制端和一個(gè)狀態(tài)端，分別用于控制和表示開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)。

開(kāi)關(guān)陣列的控制端構(gòu)

開(kāi)關(guān)陣列的狀態(tài)端構(gòu)成控制方陣成狀態(tài)方陣2023/2/433通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉基本開(kāi)關(guān)陣列工作原理控制方陣不允許出線沖突時(shí)，不允許同發(fā)廣播時(shí)，同列只允許一個(gè)“1”。同行只允許一個(gè)“1”。2023/2/434通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉基本開(kāi)關(guān)陣列——性質(zhì)由空間上分離的多個(gè)開(kāi)關(guān)部件構(gòu)成，是一種空分交換單元；開(kāi)關(guān)數(shù)量=交叉點(diǎn)數(shù)量=，適于構(gòu)造小的交換單元；容易實(shí)現(xiàn)同發(fā)和廣播；為避免出線沖突，每列開(kāi)關(guān)只能有一個(gè)處于“接通”狀態(tài)；

無(wú)內(nèi)部阻塞；

均勻的單位延遲時(shí)間。M×N2023/2/435通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉實(shí)際開(kāi)關(guān)陣列舉例

繼電器開(kāi)關(guān)陣列噪聲大、動(dòng)作慢；模擬電子開(kāi)關(guān)陣列衰耗和延時(shí)大；數(shù)字電子開(kāi)關(guān)陣列邏輯門，動(dòng)作迅速；2023/2/436通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉開(kāi)關(guān)陣列的實(shí)現(xiàn)舉例

多路選擇器多路選擇器實(shí)際上就是多個(gè)入線中選擇一個(gè)出線，或一條入線從多個(gè)出線中選出。演示2、32023/2/437通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉開(kāi)關(guān)陣列的實(shí)現(xiàn)舉例

多路選擇器的特點(diǎn)一列開(kāi)關(guān)作為一個(gè)多路選擇器；可有效避免出線沖突。2023/2/438通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉開(kāi)關(guān)陣列的實(shí)現(xiàn)舉例2023/2/439通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.2.2空間接線器

空間接線器用來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入復(fù)用線與多個(gè)輸出復(fù)用線之間的空間交換，而不改變其時(shí)隙位置?？臻g交換單元的另一種結(jié)構(gòu)是空間接線器（SpaceSwitch），簡(jiǎn)稱為S單元或S接線器，定義2023/2/440通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的基本結(jié)構(gòu)S接線器的構(gòu)成：

交叉點(diǎn)矩陣：開(kāi)關(guān)陣列控制存儲(chǔ)器（CM-ControlMemory）：

控制每條輸入復(fù)用線與輸出復(fù)用線上的各個(gè)交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)在什么時(shí)候打開(kāi)或閉合。2023/2/441通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的特點(diǎn)特點(diǎn)S接線器所含CM數(shù)量等于入（出）線數(shù)；每個(gè)CM的所含有的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)等于入（出）線上的復(fù)用時(shí)隙數(shù)；每個(gè)存儲(chǔ)單元為n位,且滿足N≤2n,

其中N為入（出）線上數(shù)。2023/2/442通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的控制方式分類按照空間接線器的控制存儲(chǔ)器控制交叉點(diǎn)矩陣的工作方式，分為兩類：輸入控制方式與輸出控制方式。輸入控制方式

控制存儲(chǔ)器是按照輸入復(fù)用線配置，控制每條輸入復(fù)用線上應(yīng)該打開(kāi)的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)。輸出控制方式控制存儲(chǔ)器是按照輸出復(fù)用線配置，控制每條輸出復(fù)用線上應(yīng)該打開(kāi)的交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)。2023/2/443通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉空間接線器的輸入控制方式012012012TS50TS303501TS32TS5020127演示52023/2/444通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉012012012TS50TS303501TS30TS5020空間接線器的輸出控制方式127演示42023/2/445通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉只完成空間交換，不進(jìn)行時(shí)隙的交換空間接線器的工作特點(diǎn)空間交換單元的輸入線和輸出線都是時(shí)分復(fù)用線，按照時(shí)分方式工作。交換的控制過(guò)程由硬件CM實(shí)現(xiàn)，速度快。交換時(shí)延小，且穩(wěn)定。嚴(yán)格無(wú)阻塞,可避免出線沖突2023/2/446通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3

時(shí)分交換單元按照共享通路是存儲(chǔ)器還是總線，將時(shí)分交換單元?jiǎng)澐譃閮煞N類型：

共享存儲(chǔ)器型交換單元共享總線型交換單元時(shí)分交換單元的內(nèi)部只存在一條唯一的通路，由輸入復(fù)用線上的各個(gè)子信道分時(shí)共享并完成交換功能。2023/2/447通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.1共享存儲(chǔ)器型交換單元01N-1N路輸入信號(hào)N路輸出信號(hào)

劃分為兩種工作方式：輸入緩沖方式輸出緩沖方式2023/2/448通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時(shí)間(T)接線器時(shí)間接線器（TimeSwitch），簡(jiǎn)稱為T單元或T接線器，它是一個(gè)典型的共享存儲(chǔ)器型的交換單元，用來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換功能。

時(shí)隙交換是指入線上各個(gè)時(shí)隙的內(nèi)容要按照交換連接的需要，分別在出線上的不同時(shí)隙位置輸出。2023/2/449通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時(shí)間接線器的基本結(jié)構(gòu)T接線器主要由話音存儲(chǔ)器（SM:SpeechMemory）、控制存儲(chǔ)器(CM:Controlmemory)構(gòu)成和控制電路組成。(1)話音存儲(chǔ)器SM用來(lái)暫存話音的數(shù)字編碼信息，SM的容量等于輸入復(fù)用線上每幀的時(shí)隙數(shù)。(2)控制存儲(chǔ)器用來(lái)控制話音存儲(chǔ)器的讀或?qū)懀娣诺膬?nèi)容是話音存儲(chǔ)器在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)應(yīng)該寫入或讀出的地址。分為輸出控制與輸入控制兩種方式2023/2/450通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時(shí)間接線器的輸出控制方式演示62023/2/451通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時(shí)間接線器的輸入控制方式演示72023/2/452通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉時(shí)間接線器基本結(jié)構(gòu)

話音存儲(chǔ)器的單元數(shù)與入復(fù)用線（或出復(fù)用線）的時(shí)隙數(shù)相同，如果傳輸語(yǔ)音信息，每個(gè)單元的大小也應(yīng)該是8位?？刂拼鎯?chǔ)器存放的內(nèi)容是話音存儲(chǔ)器在當(dāng)前時(shí)隙內(nèi)應(yīng)該寫入或讀出的地址?？刂拼鎯?chǔ)器與話音存儲(chǔ)器的單元數(shù)大小相等，每個(gè)單元的大小與控制存儲(chǔ)器的單元數(shù)目n有關(guān)系，設(shè)控制存儲(chǔ)器每個(gè)單元為c比特，那么c至少應(yīng)該滿足條件2c=n。2023/2/453通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉輸出控制方式實(shí)例2023/2/454通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉輸入控制方式實(shí)例2023/2/455通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉T接線器的工作原理CM：在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)至少完成一次讀操作；

SM：在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成一次讀操作和一次寫操作；2023/2/456通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉T接線器的工作特點(diǎn)時(shí)分交換。

用于交換同步時(shí)分復(fù)用的信號(hào)。

SM劃分為N個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域一個(gè)字節(jié)，存放一個(gè)話音數(shù)據(jù)。各個(gè)區(qū)域間不共享，各個(gè)區(qū)域內(nèi)無(wú)排隊(duì)緩沖。

交換的控制過(guò)程由硬件CM實(shí)現(xiàn)，速度快。

嚴(yán)格無(wú)阻塞。

可避免出線沖突。速率（帶寬）固定為64kbit/s。

經(jīng)過(guò)時(shí)間接線器交換的信息存在著時(shí)延。（最小、最大的情況）2023/2/457通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.2共享總線型交換單元2023/2/458通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉共享總線型交換單元的結(jié)構(gòu)輸入部件：接收入線信號(hào)，進(jìn)行格式變換并緩存，并在分配給該部件的時(shí)隙上把收到的信息送到總線上。輸出部件：檢測(cè)總線上的信號(hào)，取出屬于本出線的信息，格式變換，送出線。

總線：包括多條數(shù)據(jù)線和控制線：數(shù)據(jù)線用于在輸入部件和輸出部件傳送信號(hào)；控制線用于控制各輸入部件獲得時(shí)隙和發(fā)送信息，以及輸出部件讀取屬于自己的信息。

總線按時(shí)隙輪流分配給各個(gè)輸入部件和輸出部件使用，其時(shí)隙的分配有一定的規(guī)則，如固定時(shí)隙分配，按需時(shí)隙分配等。2023/2/459通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉定義

數(shù)字交換單元DSE

數(shù)字交換單元DSE（DigitalSwitchingElement）是共享總線型交換單元的典型代表，可以用來(lái)組成大規(guī)模的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)DSN(DigitalSwitchingNetwork)。2023/2/460通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉16個(gè)雙向端口，每個(gè)雙向端口連接一條雙向32路的時(shí)分復(fù)用PCM線路，構(gòu)成16*16交換單元。每個(gè)信道時(shí)隙3.9us，傳輸16bit信息，該條PCM線路速率4096kbit/s。16個(gè)雙向端口通過(guò)一條時(shí)分復(fù)用總線(TDM)連接在一起。

DSE的結(jié)構(gòu)2023/2/461通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

DSE內(nèi)部電路各模塊作用

緩存和時(shí)序轉(zhuǎn)發(fā)接收本時(shí)隙數(shù)據(jù)的端口地址。緩存和時(shí)序轉(zhuǎn)發(fā)接收本時(shí)隙數(shù)據(jù)的信道地址。端口地址匹配比較，匹配時(shí)產(chǎn)生寫信號(hào)將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)RAM。緩存數(shù)據(jù)，并按時(shí)序操作輸出數(shù)據(jù)2023/2/462通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE——復(fù)用總線復(fù)用總線：39根數(shù)據(jù)總線D——16根；端口地址總線P——4根；信道地址總線CH——5根；控制總線C——5根；證實(shí)線ACK——1根；返回信道總線ABC——5根；時(shí)鐘線CK——3根。2023/2/463通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE——信道字

PCM鏈路有32個(gè)時(shí)隙（32個(gè)信道），每個(gè)信道傳輸16比特的信息，包括8bit用于選路的控制信息8bit的用戶話音/數(shù)據(jù)信息把這16bit的信息稱為信道字，DSE根據(jù)從PCM鏈路接收到的信道字進(jìn)行工作的。2023/2/464通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉數(shù)據(jù)信道字不管包含了話音與數(shù)據(jù)信息，一般只用到了16bit中的8位，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)；(最高位11)換碼信道字

用于表示信道字中有處理機(jī)傳送的控制信息。(最高位10)置閑信道字使占用的話路置為空閑，用來(lái)拆除已經(jīng)建立的連接；(最高位00)選擇信道字由端口號(hào)，信道號(hào)構(gòu)成，表明該路信號(hào)要交換到哪個(gè)端口的哪個(gè)信道上去，一般用來(lái)建立連接；(最高位01)信道字主要有以下四種類型2023/2/465通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE的交換工作原理

呼叫建立階段，外圍模塊按接續(xù)要求產(chǎn)生通道選擇字寫入端口RAM和信道RAM，這里，端口3的TS10上數(shù)據(jù)想交換到端口9的TS20。數(shù)據(jù)交換階段，端口RAM和信道RAM在時(shí)序操作下，自動(dòng)將命令字按時(shí)序放在總線上。當(dāng)收到的端口地址數(shù)據(jù)與本端口號(hào)符合時(shí)，則產(chǎn)生寫信號(hào)并總線上的信道地址將數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)RAM的對(duì)應(yīng)單元。在時(shí)序操作下，按序?qū)⒏鲉卧臄?shù)據(jù)讀出。2023/2/466通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSE——總結(jié)DSE具有建立、保持、拆除其內(nèi)部通道的功能，并且能夠在已建立好的內(nèi)部通道上進(jìn)行信息交換。DSE是比較復(fù)雜的交換單元，它不僅能完成不同復(fù)用線之間信息的交換，還能完成不同時(shí)隙之間的信息交換，即它同時(shí)具有

空間交換功能和時(shí)間交換功能，因而我們也稱其為時(shí)空結(jié)合交換單元2023/2/467通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

2.3交換網(wǎng)絡(luò)概念

在交換系統(tǒng)中完成交換功能的部件就是交換網(wǎng)絡(luò)，它是交換系統(tǒng)的核心。交換網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的。

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的最基本的部件。2023/2/468通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)控制單元出線入線……交換網(wǎng)絡(luò)……交換單元交換單元交換單元交換單元...2023/2/469通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接

2.3.2

交換網(wǎng)絡(luò)的分類方式多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部阻塞有阻塞交換網(wǎng)絡(luò)單通路交換網(wǎng)絡(luò)多條通路多通路交換網(wǎng)絡(luò)空分交換網(wǎng)絡(luò)交換方式時(shí)分交換網(wǎng)絡(luò)2023/2/470通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(1)按拓?fù)溥B接方式單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)需要交換的信息從交換網(wǎng)絡(luò)入線到交換網(wǎng)絡(luò)出線只經(jīng)過(guò)一個(gè)交換單元。2023/2/471通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉需要交換的信息從交換網(wǎng)絡(luò)輸入端到交換網(wǎng)絡(luò)輸出端需要經(jīng)過(guò)多個(gè)交換單元。多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)(1)按拓?fù)溥B接方式2023/2/472通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)也稱為多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)MIN(MultistageInterconnectionNetwork)定義所有交換網(wǎng)絡(luò)輸入端都只與第1級(jí)交換單元連接；所有第1級(jí)交換單元的出線只連接和第2級(jí)交換單元入線；所有第2級(jí)交換單元的出線只連接和第3級(jí)交換單元入線；依此類推，所有第N-1級(jí)交換單元的出線只連接和第N級(jí)交換單元的入線；所有交換網(wǎng)絡(luò)的輸出端只連接到第N級(jí)交換單元的出線上。2023/2/473通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉0123456701234567三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)例交換網(wǎng)絡(luò)2023/2/474通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（1）交換網(wǎng)絡(luò)中信元從輸入端到輸出端至少需要經(jīng)過(guò)兩次以上的過(guò)程來(lái)確定傳輸路徑；（2）

入線到出線的全連通性；（3）內(nèi)部通路的共享。。

2023/2/475通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(2)按存在內(nèi)部阻塞分類交換網(wǎng)絡(luò)不同輸入端來(lái)的信息在交換網(wǎng)絡(luò)中交換時(shí)發(fā)生了對(duì)同一公共資源爭(zhēng)搶的情況，這時(shí)在競(jìng)爭(zhēng)資源中失敗的信息就會(huì)被阻塞，直到這個(gè)公共資源被釋放。對(duì)同一公共資源的競(jìng)爭(zhēng)(1)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)同時(shí)要交換的兩路信息同搶交換單元內(nèi)部的通路資源；

(2)出線競(jìng)爭(zhēng)不同入端來(lái)的信息同時(shí)爭(zhēng)搶交換網(wǎng)絡(luò)同一個(gè)輸出端口出線而發(fā)生的競(jìng)爭(zhēng)。2023/2/476通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(2)按存在內(nèi)部阻塞分類因?yàn)閮?nèi)部競(jìng)爭(zhēng)而發(fā)生的阻塞稱為內(nèi)部阻塞，把存在內(nèi)部阻塞的交換網(wǎng)絡(luò)稱為有阻塞交換網(wǎng)絡(luò)，把不存在內(nèi)部阻塞的交換網(wǎng)絡(luò)稱為無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)。三種類型的無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)（1）嚴(yán)格無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)不管網(wǎng)絡(luò)處于何種狀態(tài)，任何時(shí)刻都可以在交換網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)新的連接，只要這個(gè)連接的起點(diǎn)、終點(diǎn)是空閑的，而不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中已建立起來(lái)的連接。。2023/2/477通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)類型（2）可重排無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)不管網(wǎng)絡(luò)處于何種狀態(tài)，任何時(shí)刻都可以在交換網(wǎng)絡(luò)中直接或間接地對(duì)已有的連接重新選路來(lái)建立一個(gè)連接，只要這個(gè)連接的起點(diǎn)、終點(diǎn)是空閑的，而不會(huì)影響已建立起來(lái)的連接。（3）廣義無(wú)阻塞交換網(wǎng)絡(luò)指一個(gè)給定的網(wǎng)絡(luò)存在著固有的阻塞可能，但又可能存在著一種精巧的選路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排網(wǎng)絡(luò)中已建立起來(lái)的連接。2023/2/478通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉13421342C1C1cc2cc2可重排無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò)舉例1，2，3，44，2，1，3

重排連接連接通暢2023/2/479通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(3)按內(nèi)部存在通路分類單通路交換網(wǎng)絡(luò)多通路交換網(wǎng)絡(luò)任一條入線與出線之間只存在唯一的一條通路，沒(méi)有其他可供選擇的通路。任一條入線與出線之間存在著多條通路。如果信息要從一個(gè)輸入端口交換到一個(gè)輸出端口，可以選擇這多條通路中的一條來(lái)進(jìn)行交換。2023/2/480通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉0123456701234567單通路交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)例交換網(wǎng)絡(luò)2023/2/481通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉多通路交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)例2023/2/482通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

單通路和多通路交換網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)單通路交換網(wǎng)絡(luò)不存在內(nèi)部阻塞，控制簡(jiǎn)單。多通路空分交換網(wǎng)絡(luò)比單通路空分交換網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，但是多通路交換網(wǎng)絡(luò)有很好的容錯(cuò)性能。比較2023/2/483通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉(4)按交換方式分類空分交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)分交換網(wǎng)絡(luò)任可以在多對(duì)輸入端口與輸出端口間同時(shí)并行地傳送信息，具有空間交換的功能。所有的輸入與輸出端口分時(shí)共享單一的通信通路，具有時(shí)隙交換功能；2023/2/484通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.1TST交換網(wǎng)絡(luò)TST網(wǎng)絡(luò)是在電路交換系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種交換網(wǎng)絡(luò)，它是三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，兩側(cè)為T接線器，中間一級(jí)為S接線器，S級(jí)的出入線數(shù)決定于兩側(cè)T接線器的數(shù)量。定義第1級(jí)T接線器：負(fù)責(zé)輸入母線的時(shí)隙交換；第2級(jí)S接線器：負(fù)責(zé)母線之間的空間交換；第3級(jí)T接線器：負(fù)責(zé)輸出母線的時(shí)隙交換。2023/2/485通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉交換網(wǎng)絡(luò)一般是建立雙向通路，為簡(jiǎn)化控制，內(nèi)部時(shí)隙的選擇一般采用“反相法”，使兩個(gè)方向的內(nèi)部時(shí)隙相差半幀，即：

Nb=Na+Nf/2其中：Nf=一幀的時(shí)隙數(shù)Na=A到B方向的內(nèi)部時(shí)隙數(shù)

Nb=B到A方向的內(nèi)部時(shí)隙數(shù)TST網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)好處：呼叫處理機(jī)可以一次選擇兩個(gè)方向的路由，避免二次路由選擇，減輕了處理機(jī)負(fù)擔(dān)。2023/2/486通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

DSN是由DSE構(gòu)成的多級(jí)多平面時(shí)空結(jié)合的交換網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于S1240數(shù)字程控交換系統(tǒng)。2.3.2DSN網(wǎng)絡(luò)2023/2/487通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.2DSN網(wǎng)絡(luò)

采用多級(jí)多平面結(jié)構(gòu)，入口級(jí)DSE分為兩部分分別連接終端模塊，熱備用或負(fù)荷分擔(dān)，向上連接不同平面。選組級(jí)采用多平面結(jié)構(gòu)，最多4個(gè)平面，熱備用或負(fù)荷分擔(dān)，通路連接采用折疊返回方式，鏈路為入出雙向。各個(gè)DSE之間的連線按照已設(shè)計(jì)好的固定規(guī)律相連，例如，入口級(jí)到第2級(jí)，端口號(hào)－8＝平面號(hào)，DSE號(hào)或DSE號(hào)＋4＝第2級(jí)端口號(hào)。0-712-15共1024個(gè)DSE每組8個(gè)DSE2023/2/488通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSN工作原理DSN的接續(xù)通路建立不必歷經(jīng)所有級(jí)。每個(gè)終端都具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址，不同端口之間連接的建立是根據(jù)目的端口的網(wǎng)絡(luò)地址逐級(jí)選路進(jìn)行的。建立連接時(shí)，首先由主叫終端模塊處理機(jī)產(chǎn)生選擇命令字，包括網(wǎng)絡(luò)地址有13bit，分為ABCD四部分。選擇命令字經(jīng)入口級(jí)進(jìn)入DSN，DSN中各相關(guān)DSE按照命令字要求，將相關(guān)控制命令存入端口RAM和信道RAM的對(duì)應(yīng)單元。選擇命令字經(jīng)相關(guān)級(jí)指定建立接續(xù)通路，再?gòu)恼鄯迭c(diǎn)到被叫模塊自由選路。2023/2/489通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉A：4比特，對(duì)應(yīng)于第1級(jí)，表示終端模塊所連接的入口級(jí)DSE的輸入端口號(hào)（0~7，12~15，共12個(gè)）。B：2比特，對(duì)應(yīng)于第2級(jí)，表示第1級(jí)DSE的出線應(yīng)連接的第2級(jí)DSE的輸入端口號(hào)（0~7）。由于第1級(jí)成對(duì)DSE連接到第2級(jí)DSE的端口號(hào)分別為n和n+4，這里n為0~3，因此只需要2比特來(lái)區(qū)分4個(gè)地址即可。C：3比特，對(duì)應(yīng)于第3級(jí)，表示第2級(jí)DSE的出線應(yīng)連接的第3級(jí)DSE的輸入端口號(hào)（0~7）。D：4比特，對(duì)應(yīng)于第4級(jí)，表示第3級(jí)DSE的出線應(yīng)連接的第4級(jí)DSE的輸入端口號(hào)（0~15）。也等于第2級(jí)和第3級(jí)的組號(hào)。DSN工作原理2023/2/490通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉當(dāng)某一終端模塊要與另一終端模塊通過(guò)DSN建立通路連接時(shí)，就將自己的網(wǎng)絡(luò)地址與目的端口的網(wǎng)絡(luò)地址相比較，首先比較的是D，如不相同，說(shuō)明源和目地終端模塊之間所要建立的連接不在同一組內(nèi)（位于第2級(jí)和第3級(jí)的不同組內(nèi)），通路連接要經(jīng)過(guò)第4級(jí)；若D相同，C不同，說(shuō)明兩個(gè)終端模塊之間所建立的通路連接位于同一組內(nèi)，連接的建立只涉及到選組級(jí)的第2、3級(jí)；若D、C相同，B不同，則說(shuō)明兩個(gè)終端模塊之間所建立的通路連接經(jīng)過(guò)第2級(jí)的同一個(gè)DSE，該通路的建立折回點(diǎn)在第2級(jí)；若D、C、B相同，A不同，此時(shí)通路的建立只經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)的第1級(jí)。如此通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址的比較確定通路的折回點(diǎn)，并發(fā)送選擇命令進(jìn)行逐級(jí)選路，從而建立起通路連接，完成交換功能。DSN工作原理2023/2/491通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉DSN工作原理

DSN地址D位不同，即主被叫處于不同的組（5和10），須全網(wǎng)接續(xù)。2023/2/492通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉小結(jié)電路交換網(wǎng)絡(luò)，就是從物理層面上提供信號(hào)傳送通路，可采用數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)，用者選擇讀取的共享存儲(chǔ)器方式，也可以利用時(shí)分總線方式。時(shí)間接線器是數(shù)字交換技術(shù)的核心，可實(shí)現(xiàn)不同時(shí)隙、不同復(fù)用線之間的數(shù)據(jù)交換，受電子器件和模式限制，不能實(shí)現(xiàn)大容量交換?？臻g接線器只完成不同總線同一時(shí)隙數(shù)據(jù)交換，不能單獨(dú)使用，但和時(shí)間接線器聯(lián)合使用，可構(gòu)成大容量的交換網(wǎng)絡(luò)。多級(jí)互連是構(gòu)成大容量交換網(wǎng)絡(luò)的基本方法，TST網(wǎng)絡(luò)和DSN網(wǎng)絡(luò)。2023/2/493通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉2.3.3.1Banyan網(wǎng)絡(luò)Banyan網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)Banyan網(wǎng)絡(luò)的基本特性Banyan網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部阻塞的解決方法2023/2/494通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

典型的banyan網(wǎng)絡(luò)是指由2X2的交換單元構(gòu)成的多級(jí)、空分的交換網(wǎng)絡(luò)。

Banyan網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)8x8的3級(jí)banyan網(wǎng)絡(luò)樹(shù)型結(jié)構(gòu)0123456701234567網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)單通路2023/2/495通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

樹(shù)型結(jié)構(gòu)特性：

每個(gè)輸入端通過(guò)N級(jí)交換單元均可以到達(dá)任何輸出端；

banyan網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)k=log2N，N表示入線或出線數(shù)單通路特性：

banyan的任一入端到任一出端之間，具有1條且僅有一條通路。Banyan網(wǎng)絡(luò)的特征（1）2023/2/496通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉

自選路由，即是給定出線地址，不用外加控制命令，就可選到出線。

Banyan網(wǎng)絡(luò)的特征自選路由特性：2023/2/497通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉Banyan網(wǎng)絡(luò)的自選路由特性012345678910111213141501234567891011121314150010001001100110入線4出線2入線6出線62023/2/498通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉可擴(kuò)展性：

banyan的構(gòu)成具有一定的規(guī)律，可以采用有規(guī)則的擴(kuò)展方法將較小容量的banyan擴(kuò)展成較大規(guī)模。如從已有NXN的BANYAN網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展成2NX2N的BANYAN網(wǎng)絡(luò)，可用2組NXN，再加上一組N個(gè)2X2交換單元構(gòu)成。Banyan網(wǎng)絡(luò)的特征2023/2/499通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉4X4的BANYAN擴(kuò)展成8X8的BANYAN2023/2/4100通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉8X8擴(kuò)展成16X16的BANYAN網(wǎng)絡(luò)2023/2/4101通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111Banyan網(wǎng)絡(luò)的特征（4）內(nèi)部鏈路競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)部線路竟?fàn)幮裕?/p>

banyan是具有內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)的有阻塞網(wǎng)絡(luò)。入線4出線4入線6出線6同時(shí)建立兩個(gè)連接：和2023/2/4102通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉1）可以通過(guò)增加多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)來(lái)消除內(nèi)部阻塞。2）使用排序-banyan網(wǎng)絡(luò)——BATCHER-BANYAN網(wǎng)絡(luò)。解決內(nèi)部阻塞的方法2023/2/4103通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉解決內(nèi)部阻塞——增加網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)Banyan網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)，可以達(dá)到無(wú)阻塞，但失去了唯一路徑特性和自動(dòng)選路特性。BENES網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部鏈路競(jìng)爭(zhēng)2023/2/4104通信網(wǎng)安全研究小組周賢偉解決內(nèi)部阻塞——加入排序網(wǎng)絡(luò)xymin(x,y)max(x,y)向上排序器x=0010y=0001min(x,y)max(x,y)向下排序器當(dāng)排序器的輸入只有一個(gè)時(shí)，則排序器將它作為選路標(biāo)簽小的信息來(lái)處理。Batcher網(wǎng)絡(luò)是由被稱為batcher排序器（sorter）的2×2排序器構(gòu)成，它實(shí)際上是一個(gè)兩入線/兩出線的比較單元