交換技術(shù)基礎(chǔ)

2.1電路交換的發(fā)展2.3交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)2.2電路交換基礎(chǔ)2.4交換網(wǎng)絡(luò)第二章電路交換原理2.1電路交換的發(fā)展1878年，世界第一部電話交換機——磁石交換機1892年，史端喬發(fā)明第一部自動電話機——步進制交換機1926年，瑞典——縱橫制交換機1946年，第一臺程控交換電子計算機，1965年第一個程控交換系統(tǒng)。程控交換技術(shù)大致經(jīng)歷了四代。

2.1電路交換的發(fā)展20世紀60年代，大型專用計算機集中控制20世紀70年代，應用PCM技術(shù)，開始研制數(shù)字交換設(shè)備，1970年拉尼翁開通了第一個程控數(shù)字交換系統(tǒng)E1020世紀80年代，在程控數(shù)字交換機中引入分散控制方式20世紀80年代末，程控數(shù)字交換機同時具有電路交換和分組交換的功能。第一套萬門數(shù)字程控交換機HJD04機2.2電路交換基礎(chǔ)電路交換：兩個用戶在相互通信時使用一條物理鏈路，在通信過程中自始至終使用該條鏈路進行信息傳輸，同時不允許其它用戶終端設(shè)備共享該鏈路的通信方式。特點：固定分配帶寬，電路利用率低；一定的連接建立時延，實時傳輸；無差錯控制措施，對于數(shù)據(jù)交換的可靠性沒有分組交換高；適合于電話交換、文件傳送、高速傳真，不適合突發(fā)業(yè)務和對差錯敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務。本局呼叫過程送撥號音（待收號）主叫側(cè)交換機收號（停撥號音）號碼分析，發(fā)現(xiàn)為本局呼叫若被叫閑，呼叫被叫（鈴流、回鈴音）停鈴流，建立通話電路釋放話路主叫摘機撥號被叫摘機主叫或被叫掛機話機交換機呼叫處理電路交換基本過程2.2電路交換基礎(chǔ)補充：信號復用方式頻分復用波分復用碼分復用時分復用（1）頻分復用將來自于不同源端的信息調(diào)制在不同頻率的載波上，形成要發(fā)送的信號，然后將各信號合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進行傳輸。主要用于模擬電信號，對應的鏈路是電纜等電信號傳輸介質(zhì)。（2）波分復用將來自于不同源端的信息調(diào)制在不同波長的載波上，形成要發(fā)送的信號，然后將各信號合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進行傳輸。主要用于光信號，其使用的載波是光信號，對應的鏈路是光纖傳輸介質(zhì)。（3）碼分復用將來自于不同源端的信息分別用不同的偽隨機碼進行信息編碼，形成要發(fā)送的信號，然后將各信號合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進行傳輸。在碼分復用系統(tǒng)中，接收端必須用同樣的偽隨機碼才能正確解碼。主要用于數(shù)字電信號和光信號。（4）時分復用采用時間分割的方法，將一條高速數(shù)字通道在時間軸分成若干個時隙間隔，來自于不同源端的信號在該通道的不同時隙間隔上傳輸。主要用于數(shù)字電信號和光信號。

時分復用又可分為同步時分復用和統(tǒng)計時分復用。

1）同步時分復用。將時間劃分為以幀為單位的等時間間隔，每幀再進一步劃分為等數(shù)量等間隔的時隙且對這些時隙按順序編號，所有幀中編號相同的時隙位置用于傳送來自于同一源端的信號，同步的含義在于時隙位置與源端信號是嚴格對應的，在一次通信建立后的交換過程中，時隙位置與源端信號對應關(guān)系一旦確立，其關(guān)系就保持固定不變。易見，知道時隙位置，就可以知道該位置上的信號來自于哪個源端。2）異步時分復用（統(tǒng)計時分復用）。將時間劃分為若干個等間隔或不等間隔的時隙，每個時隙位置用于傳送來自于一個源端的信號，但信號與時隙位置沒有固定的對應關(guān)系。正是由于信號與時隙位置之間沒有固定對應關(guān)系這一原因，所以，不同于同步時分復用方式，統(tǒng)計時分復用方式中每個時隙位置上的信號都含有一個附加的標志頭，該標志頭信息用于標志該信號來自哪個源端以及用于轉(zhuǎn)接設(shè)備進行轉(zhuǎn)接處理，而同步復用方式無需添加標志頭。

2.3.1交換單元的基本概念2.3.2時間接線器的基本原理2.3.3空間接線器的基本原理2.3交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)

2.3.1交換單元

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的基本部件。用多個交換單元按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方式即可構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)。交換單元的基本功能：在任意的入線和出線之間建立連接，或?qū)⑷刖€上的信息傳遞到出線（一）基本概念

···M×N交換單元···入線出線控制端狀態(tài)端0101M-1N-1

2.3.1交換單元交換單元如何建立信息傳送通道（連接）。對于同步時分復用信號（實連接）

對于統(tǒng)計復用信號

（虛連接）

（二）信息交換方式

······入線出線12M12N（a）同步時分復用信號···入線出線12M12N···2NN1121122NN（b）統(tǒng)計復用信號

2.3.1交換單元集中型：M＞N，也稱為集中器。擴散型：M＜N，也稱為擴散器。分配型：M=N，也稱為分配器。（三）交換單元的分類

12M······1N入線出線(a)集中型1M······1N入線出線(b)擴散型入線1M······1N出線(c)分配型

2.3.1交換單元有向交換單元無向交換單元（2）根據(jù)信息流向

交換單元的連接特性連接的表示形式函數(shù)表示形式排列組合表示形式常用的連接函數(shù)直線連接交叉連接均勻洗牌連接

2.2.1交換單元接口，交換單元需要規(guī)定信號接口標準，不同交換單元進行交換的信號形式不同。容量，交換單元所有入線同時傳送的總信息量。功能，建立連接質(zhì)量，連接建立情況（成功率、速率），信息傳輸損傷（時延，信噪比降低）。（四）交換單元的性能

（五）幾種典型的交換單元共享存儲型交換單元空分陣列型交換單元總線型交換單元數(shù)字交換單元DSE1.共享存儲器型交換單元

1213N存儲器2N···輸入信號輸出信號213N（五）幾種典型的交換單元工作方式：輸入緩沖輸出緩沖

時間接線器

語音存儲器（SM）:暫存話音編碼信息。SM單元數(shù)由輸入復用線上每幀的時隙數(shù)決定。控制存儲器（CM）：存儲輸入或輸出話音信息的時隙地址。CM單元數(shù)與SM單元數(shù)相同，每個存儲單元存放SM的地址?；窘M成：完成同一條時分復用線上時隙之間的信息交換。

時間接線器（1）順序?qū)懭?，控制讀出（輸出控制）（2）控制寫入，順序讀出（輸入控制）工作方式“順序?qū)懭搿薄ⅰ绊樞蜃x出”的“順序”是指按照話音存儲器的地址順序，由脈沖控制?！翱刂谱x出”、“控制寫入”的“控制”是指按控制存貯器各單元定義的內(nèi)容控制話音存儲器的讀出或?qū)懭搿?/p>

時間接線器032731TS27TS3TS27TS3273032731RWWR時鐘控制電路時鐘控制存儲器話音存儲器3

AB用戶A，TS3用戶B，TS27順序?qū)懭?，控制讀出輸出時隙流輸入時隙流

（1）順序?qū)懭耄刂谱x出在整個交換過程中，控制存儲器CM控制信息交換的轉(zhuǎn)發(fā)表。轉(zhuǎn)發(fā)表由處理機構(gòu)建。處理機為輸入時隙選定一個輸出時隙后，控制字就寫入控制存儲器。于是，每一幀都重復以上讀寫過程，輸入第3時隙的話音信息，在每一幀中都被交換到輸出的第27時隙中去。0331TS27TS3TS27TS3273032731RWWR時鐘控制電路時鐘控制存儲器話音存儲器2727

AB用戶A，TS3用戶B，TS27控制寫入，順序讀出輸出時隙流輸入時隙流

（2）控制寫入，順序讀出控制寫入、順序讀出的原理與順序?qū)懭?、控制讀出相似。

不同的是：控制存儲器寫入的是話音存儲器的寫入地址，以此來控制話音存儲器的寫入。由于是順序讀出，故在輸出時第27時隙讀出話音存儲器第3單元內(nèi)容，同樣完成了第3個輸入時隙與第27個輸出時隙的交換。表示符號T[k][k]對于時間交換單元，因為時隙交換的關(guān)系，所以每個時隙的信號在經(jīng)過存儲器后都會有大小不等的時延。最大的情況發(fā)生在一個時隙的信號在寫入存儲器后需要等到一幀后才可讀出。時間交換單元會帶來交換時延嗎？如有，最大時延是多少？問題：T接線器的復用和分路復用器工作原理空分交換單元（開關(guān)矩陣）空分陣列型交換單元

工作原理：控制開關(guān)的閉合就能建立任意入線和任意出線之間的連接。性能：取決于開關(guān)類型信號：模擬/數(shù)字/光波入線出線空分交換單元的特點空間接線器

（1）控制簡單，時延均勻。（2）交叉點數(shù)是入線數(shù)和出線數(shù)的乘積。適合構(gòu)成較小的交換單元。（3）容易實現(xiàn)多播和廣播。入線出線

交叉矩陣：由按時隙通斷的開關(guān)組成。控制存儲器：對交叉接點矩陣開關(guān)進行控制。完成不同時分復用線之間同一時隙的信息交換?；窘M成輸入線1輸入線2輸入線3輸入線n輸出線1輸出線nN×N交叉點矩陣空間接線器

空間接線器（1）輸入控制方式（2）輸出控制方式工作方式

（1）輸入控制方式對應于每條入線配置一個控制存儲器。由于它要控制入線上每個時隙接通到哪一條出線上，所以控制存儲器的容量等于每條復用線的復用度，而每個單元的位數(shù)則決定于選擇輸出線的地址碼位數(shù)。在每一幀期間，處理機依次讀出控制存儲器各單元的內(nèi)容，控制矩陣中相應交叉點的開關(guān)。這里的控制存儲器就是控制接續(xù)的轉(zhuǎn)發(fā)表。輸入控制方式工作原理TS1012141531TS14PCM1PCM2TS14TS1PCM1PCM201100011CM0CM121輸入線輸出線輸入控制方式

（2）輸出控制方式每條出線配一個控制存儲器。由它控制出線上每個時隙接通到哪一條入線，所以控制存儲器的容量等于每條復用線復用度，而每個單元的位數(shù)則決定于選擇輸入線的地址碼位數(shù)。在每一幀期間，處理機依次讀出控制存儲器各單元的內(nèi)容，控制矩陣中對應交叉點的開關(guān)。這里的控制存儲器就是控制接續(xù)的轉(zhuǎn)發(fā)表。輸出控制方式工作原理TS1012141531TS14PCM1PCM2TS14TS1PCM1PCM210010011CM1CM012輸入線輸出線輸出控制方式

空間接線器空間交換單元的交叉接點按時隙高速接通與斷開。如一幀中有不同時隙的信碼要交換到同一條輸出線上，則在CM控制下的交叉接點在一幀內(nèi)就要開、關(guān)若干次。即:每個交叉節(jié)點是時分復用的。m×mS接線器······12m12m[k][k][k][k][k][k]表示符號TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWnTS4TS4TS22…

…

…

…

…

…

1n…

22輸入控制方式單元地址為時隙號，內(nèi)容為HW號（輸出）TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4TS22TS4TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWn…

…

…

…

…

…

n0…

22輸出控制方式單元地址為時隙號，內(nèi)容為HW號（輸入）TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

2.4交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成要素：交換單元、拓撲連接和控制方式。交換單元交換單元······交換單元交換單元······控制單元······入線出線2.4.2交換網(wǎng)絡(luò)由一個交換單元或若干個位于同一級的交換單元構(gòu)成。（一）單級交換網(wǎng)絡(luò)

交換單元···線入線出···(a)一個交換單元交換單元······交換單元······交換單元······線入線出(b)同級多個交換單元2.2.2交換網(wǎng)絡(luò)多級交換網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可以用三個參數(shù)表示：交換單元容量，級數(shù)，連接通路數(shù)（鏈路數(shù)）。（二）多級交換網(wǎng)絡(luò)

···1142···143···144···141···142···143···144···14······1414141414141414線入線出2.2.2交換網(wǎng)絡(luò)交換單元···入線出線···單級網(wǎng)絡(luò)交叉接點數(shù)：16×16=256。兩級網(wǎng)絡(luò)交叉接點數(shù)：4×4×8=128。1616···1142···143···144···141···142···143···144···14······1414141414141414入線出線1616

由于內(nèi)部鏈路忙而導致呼叫損失掉的情況稱為節(jié)點內(nèi)部阻塞。按照數(shù)據(jù)通信的觀點，內(nèi)部阻塞也可稱為沖突。（一）內(nèi)部阻塞

11n21n···m1n11m21m···n1m1n1n1n1n1n1n入線出線1（三）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

T－S，S－TT－S－T，S－T－ST－S－S－TT－S－S－S－T,S－T－T－T－ST－T－T……DSN、BANYAN型（三）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)T—S—T交換網(wǎng)的組成1210...

10交叉矩陣1210...TTS如T=512TS，TST網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)5120時隙之間的交換。

T-S-T交換網(wǎng)工作原理工作方式：兩側(cè)時間接線器工作方式必須相反。中間時隙的確定：反相法；奇偶法如選定一個方向的時隙為X，則另一個方向中間時隙為X+n/2?！綳+1】雙向通路的建立

主叫被叫：正向通路

被叫主叫：反向通路數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)T-S-T交換網(wǎng)工作原理

輸入線0、TS2的A用戶輸出線2、TS20的用戶B（三）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)TST交換過程舉例：正向通路：AB中間時隙：7反向通路

BA中間時隙：23TST網(wǎng)絡(luò)組成和工作原理AA20AAAA001231031？310003120310CMC-2SMA-0CMA-0CMA-2CMB-2SMB-2TS20TS7TS23TS7TS2TSTAB0310SMB-0CMC-02BBB031310SMA-2TS202BBB31231？0CMB-0TS2TS23020222TST網(wǎng)絡(luò)組成和工作原理AA20AAA20A001231031731700031203170CMC-2SMA-0CMA-0CMA-2CMB-2SMB-2TS20TS7TS23TS7TS2TSTAB031230SMB-02CMC-02BBB2003131230SMA-2TS202BB2B31231230CMB-0TS2TS230202AB27727027TST網(wǎng)絡(luò)組成和工作原理2BBBB2BB200312312303123031023131CMC-0SMA-2CMA-2CMB-2CMB-0SMB-0TS2TS23TS7TS23TS20TSTAB0200CMA-0SMA-0AA2A0012310317TS7TS203170CMC-2AA20A0312070SMB-2TS2022230BATS70731TS23TS23TS7020CMC-2CMC-0023310123107310203102331031023310310731TS2TS20TS20TS20222020SMA-0CMA-0CMA-2SMA-2SMB-0CMB-0SMB-2CMB-220TST交換過程示意圖2073120731207312TS5TS5寫讀方式TS5129TS5129（3）TTT型交換網(wǎng)絡(luò)圖3-20TTT三級交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)16-1復用器輸入控制8-1復用器輸出控制8-1復用器輸出控制圖中假設(shè)在輸入/輸出端各有128條HW(0～127)，A、B兩級T型交換網(wǎng)絡(luò)各有16個T接線器（TA0～TA15，TB0～TB15）；中間C級有8個接線器（TC0～TC7）；每個輸入/輸出HW有32個時隙，128個HW共4096個時隙；TA、TC采用輸出控制方式，TB采用輸入控制方式。設(shè)A用戶在這次呼叫中占用HW0的TS1，B用戶占用HW127的TS31，則這兩個用戶通過TTT交換網(wǎng)絡(luò)交換：A→B方向的內(nèi)部鏈路選定為TS80和TS111；B→A方向的內(nèi)部鏈路選定為TS79和TS112優(yōu)點：在同樣交換容量的情況下，采用多級T結(jié)構(gòu)可以減少交換單元（芯片）的數(shù)量缺點：控制方式復雜。阻塞率比單T高，但是相對來說微不足道。2.4.2T-S-S-T交換網(wǎng)絡(luò)T-S-S-T交換網(wǎng)絡(luò)中間兩級是S接線器，兩端各為T接線器。圖2.25是T-S-S-T四級交換網(wǎng)絡(luò)的示意圖。

2.4.3CLOS網(wǎng)--無阻塞網(wǎng)絡(luò)

CLOS網(wǎng)絡(luò)：為了減少交叉點總數(shù)而同時具有嚴格的無阻塞特性，CLOSC.很早就提出一種多級結(jié)構(gòu)，推出了嚴格無阻塞的條件，這就是著名的CLOS網(wǎng)絡(luò)。11n······1mr1n······1m1r···r···111r······1r1···1m1m······1n1m······1n1r·········容量記為：C（m,n,r）

CLOS網(wǎng)絡(luò)

條件：中間接線器數(shù)m≥(n-1)×2+1=2n1

或m≥n入

+n出12.4.3網(wǎng)絡(luò)阻塞與CLOS網(wǎng)（二）無阻塞網(wǎng)絡(luò)

11n······1mr1n······1m1r···r···111r······1r1···1m1m······1n1m······1n1r·········多級CLOS網(wǎng)絡(luò)采用子網(wǎng)嵌套法，可由三級構(gòu)造多級CLOS網(wǎng)絡(luò)，如5、7、9級等。

3．數(shù)字交換單元同時完成時間和空間的交換功能。圖3-21DSE的基本結(jié)構(gòu)（2）DSE的工作原理圖3-22DSE交換示例以RX5的信道（時隙）CH12的信息S交換到發(fā)送端口TX8的TS18為例：圖3-23DSE工作原理

2.4.4DSN網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)(DSN)是上海貝爾生產(chǎn)的電路交換系統(tǒng)中使用的典型的交換網(wǎng)絡(luò)，它是由多個總線型交換單元DSE，按照一定的連接方式連接而成。DSN采用單側(cè)折疊式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的所有出入線處于同一側(cè)，并使任何一個網(wǎng)絡(luò)終端具有唯一的地址。DSN擴充方便，可平滑地進行擴充。在交換網(wǎng)絡(luò)需要擴充時，對原網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不需改動。1)DSN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu):DSN是多級交換網(wǎng)絡(luò)，它由入口級和選組級兩大部分組成。2)DSN網(wǎng)絡(luò)的連線方式2.4.5BANYAN網(wǎng)絡(luò)

BANYAN網(wǎng)絡(luò)概念

BANYAN網(wǎng)絡(luò)是一種空分的交換網(wǎng)絡(luò)，由若干個2×2個交換單元組成的交換網(wǎng)絡(luò)，主要應用在ATM交換機。2×2的交換單元有兩種不同的連接方式，平行連接和交叉連接，能夠完成不同編號的入線和出線的連接。圖2.28BANYAN交換單元圖2.298×8的三級BANYAN網(wǎng)絡(luò)2)BANYAN網(wǎng)絡(luò)