Chapter2數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

主要內(nèi)容：1.交換網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成2.交換單元

◆交換單元的基本概念

◆開關(guān)陣列與空間交換單元◆共享存儲器型的交換單元——時間交換單元3.交換網(wǎng)絡(luò)

◆TST網(wǎng)絡(luò)◆CLOS網(wǎng)絡(luò)交換的基本功能是在任意的入線和出線之間建立連接交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的最基本的部件交換網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成在交換系統(tǒng)中完成交換這一基本功能的部件就是交換網(wǎng)絡(luò)（或交換結(jié)構(gòu)

SwitchingFabric）,它是交換系統(tǒng)的核心。交換網(wǎng)絡(luò)是由若干個交換單元按照一定的拓撲結(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。交換單元的基本概念1.交換單元（SE：SwitchElement）入線出線控制端狀態(tài)端…………MXN的交換單元0011M-1N-1基本交換單元2.2按信息流向分為：有向交換單元：當(dāng)信息經(jīng)過交換單元時只能從入線進 出線出，具有唯一確定的方向。無向交換單元：交換單元的每條線既可入也可出，其入線數(shù)必等于出線數(shù)。出線0N-1入線0M-1MXN有向交換單元…..…..入線/出線0N-1N無向交換單元2.交換單元分類基本交換單元2.2入線0M-1出線0N-1集中型（M>N）入線0M-1出線0N-1擴散型（M<N）出線0N-1入線0M-1連接型（M=N）按使用需要的不同可分為：集中型(集中器)：入線數(shù)大于出線數(shù)的交換單元。連接型(置換器)：入線數(shù)等于出線數(shù)的交換單元。擴散型(擴展器)：入線數(shù)小于出線數(shù)的交換單元?；窘粨Q單元2.2按入線和出線之間是否共享單一通路可分為：時分交換單元：所有的輸入端口與輸出端口之間共享 唯一的一條通路?？辗纸粨Q單元：入線與出線之間存在多條通路。01M-1入線01N-1出線空分交換單元……01M-1入線…01N-1出線…時分交換單元共享總線基本交換單元2.2

容量：交換單元所有入線可以同時送入的總的信息量。

接口：交換單元需要規(guī)定自己的信號接口標(biāo)準(zhǔn)，即信號形式、速率及信息流方向

功能：點到點、同發(fā)、廣播

質(zhì)量：完成交換動作的速度、任何情況下是否能完成指定連接、信息經(jīng)過交換單元是否有損傷（時間、語義）3.交換單元性能基本交換單元2.2開關(guān)陣列與空間交換單元——開關(guān)陣列在交換單元內(nèi)部，要建立任意入線和任意出線之間的連接，就在每條入線和每條出線之間都各自接上一個開關(guān)，所有開關(guān)就構(gòu)成了交換單元內(nèi)部的開關(guān)陣列。開關(guān)陣列與空間交換單元——開關(guān)陣列在交換單元內(nèi)部，要建立任意入線和任意出線之間的連接，就在每條入線和每條出線之間都各自接上一個開關(guān)，所有開關(guān)就構(gòu)成了交換單元內(nèi)部的開關(guān)陣列。開關(guān)的位置：入、出線交叉點開關(guān)的表示：kij(i為入線，j為出線)開關(guān)的狀態(tài)：通、斷開關(guān)的種類：單向、雙向MXN有向交換單元01N-101M-1入線出線MXN有向矩形開關(guān)陣列開關(guān)陣列的工作原理出線0N-1入線0M-1…..…..N無向方形開關(guān)陣列入線0N-1N無向交換單元01N-101N-1入線出線開關(guān)陣列的工作原理入線/出線0N-1N無向交換單元無向交換單元開關(guān)陣列的實現(xiàn)（補充）

若在一個NXN的交換單元中的連接總是對稱的，即如果入端i連接到出端j，則入端j一定連接到出端i，那么相同編號的入端和出端可以看作一個同時具有發(fā)送和接收信息能力的信息端，既具有N個雙向通信的信息端，并且每個信息端都可以和任何其它的信息端相連，這樣的交換單元稱作N個信息端的無向交換單元，簡稱N無向交換單元。N無向交換單元的開關(guān)陣列（用雙向開關(guān)）入線/出線0N-1N無向交換單元01N-21N-1無向交換單元開關(guān)陣列的實現(xiàn)（補充）2N-220101N-1N-1無向交換單元開關(guān)陣列的實現(xiàn)（補充）入線/出線0N-1N無向交換單元N無向交換單元的開關(guān)陣列（用單向開關(guān)）無向交換單元開關(guān)陣列的實現(xiàn)（補充）若N無向交換單元的N個信息端可以分為兩組，分別為K和L個信息端。屬于其中一組的信息端都可以和另一組的任何信息端相連接，但是不能和本組中的其它信息端相連，則稱其為一個KxL的無向交換單元。入線/出線0K-1KxL無向交換單元0L-1…入線/出線…（信息端）（信息端）KXL無向矩形開關(guān)陣列01L-101K-1K(K=L)無向方形開關(guān)陣列01K-101K-1入線/出線0K-1KxL無向交換單元0L-1…入線/出線…（信息端）（信息端）無向交換單元開關(guān)陣列的實現(xiàn)（補充）KXL無向矩形開關(guān)陣列（用雙向開關(guān)）01L-101K-1無向交換單元開關(guān)陣列的實現(xiàn)（補充）(K+L)X(K+L)有向開關(guān)陣列（用單向開關(guān)）0101K-1K+0K+L-1K+0K+1K+L-1K-1K+1K無向方形開關(guān)陣列（用雙向開關(guān)）01K-101K-1無向交換單元開關(guān)陣列的實現(xiàn)（補充）2KX2K有向開關(guān)陣列（用單向開關(guān)）0101K-1K+0K+K-1K+0K+1K+K-1K-1K+1全連接交換單元和部分連接交換單元01N-101N-1入線出線01N-101N-1入線出線開關(guān)數(shù)：N×N2(N-1)01M-1入線出線入線0M-1出線入線0N-1出線01N-1入線出線多路選擇器開關(guān)陣列的特性開關(guān)控制簡單，從入線到出線具有均勻的單位延遲時間。開關(guān)陣列適合于構(gòu)成較小的交換單元（開關(guān)數(shù)反映了實現(xiàn)的復(fù)雜度和成本的高低）。交換單元的性能依賴于所使用的開關(guān)?？刂菩盘柡唵稳菀讓崿F(xiàn)同發(fā)和廣播功能時間接線器(TimeSwitch)，簡稱為T接線器，用來實現(xiàn)時隙交換功能，完成一條時分復(fù)用線上時隙的交換。所謂時隙交換是指入線上各個時隙的內(nèi)容要按照交換連接的需要，分別在出線上的不同時隙位置輸出?；窘粨Q單元2.22.2.1時間交換單元??????WRWRSMCM10定時脈沖處理機時鐘n0??????1基本結(jié)構(gòu)：由話音存儲器(SM)、控制存儲器(CM)組成。SM用來暫存話音的數(shù)字編碼信息。

SM的單元數(shù)等于輸入復(fù)用線上每幀的時隙數(shù)。每個單元至少應(yīng)為8比特。

CM用來存放控制SM的讀出/寫入話音信息的地址。

CM單元數(shù)等于SM的單元數(shù)；CM單元的比特數(shù)為k，SM的單元數(shù)為n，則有2k≥n。(s)…n…基本交換單元2.2控制方式 按照CM對SM的控制關(guān)系，T接線器的工作方式可分為：輸出控制方式：順序?qū)懭?、控制讀出輸入控制方式：控制寫入、順序讀出基本交換單元2.2??????WRWRSMCM810定時脈沖處理機時鐘5110511??????18TS1輸出控制方式：順序?qū)懭?、控制讀出在CLK1時刻，a寫入到SM的第1號單元在CLK8時刻，CM讀出第8號單元的內(nèi)容1，1選中SM的第1號單元，a被讀出。實現(xiàn)A用戶(占用TS1)和B用戶(占用TS8)通話

中央處理機根據(jù)用戶要求，向CM發(fā)出“寫”命令，令其在第8號單元中寫入1aTS8bTS1bTS8a18abA→B(TS1→

TS8)B→A(TS8→

TS1)中央處理機根據(jù)用戶要求，向CM發(fā)出“寫”命令，令其在第1號單元中寫入8在CLK8時刻，b寫入到SM的第8號單元在CLK1時刻，CM讀出第1號單元的內(nèi)容8，8選中SM的第8號單元，b被讀出?；窘粨Q單元2.2???WRWRSMCM10定時脈沖處理機時鐘51105113210???1TS0aTS2c23TS1bTS3d23TS0dTS2bTS1cTS3aTS0TS2bTS1TS3a…TS0→TS3TS1→TS2TS2→TS1TS3→TS0abcdabcd基本交換單元2.2輸出控制方式：順序?qū)懭搿⒖刂谱x出輸入控制方式：控制寫入、順序讀出b???a???WRWRSMCM810定時脈沖處理機時鐘51105118???1???18TS1aTS8bTS1bTS8a基本交換單元2.2???WRWRSMCM10定時脈沖處理機時鐘51105113210???1TS0aTS2c23TS1bTS3d23TS0dTS2TS1cTS3TS0TS2bTS1TS3a…TS0→TS3TS1→TS2TS2→TS1TS3→TS0dcba基本交換單元2.2輸入控制方式：控制寫入、順序讀出

說明：在整個通話期間，中央處理機向CM只下達一次“寫”命令，CM的內(nèi)容在整個通話期間不變，通話結(jié)束才清除該內(nèi)容。SM的讀寫是在同一時隙完成，但讀和寫不能同時進行，需要將時隙一分為二或一分為三，分別進行讀和寫，前半時隙進行寫操作，后半時隙讀操作。存在時間延遲。最壞情況，延遲將近一幀。時分交換具有空分性質(zhì)。不論是輸出控制還是輸入控制，每個輸入時隙對應(yīng)著SM的一個存儲單元，即由空間位置的劃分來實現(xiàn)時隙交換?；窘粨Q單元2.2開關(guān)陣列

在交換單元內(nèi)部，要建立任意入線和任意出線之間的連接，就在每條入線和每條出線之間都各自接上一個開關(guān)，所有開關(guān)就構(gòu)成了交換單元內(nèi)部的開關(guān)陣列。斷開狀態(tài)入線出線接通狀態(tài)入線出線基本交換單元2.22.2.2空間交換單元空間接線器空間接線器（SpaceSwitch），簡稱為S接線器，用來實現(xiàn)多個輸入復(fù)用線與多個輸出復(fù)用線之間的空間交換，而不改變其時隙位置?；窘粨Q單元2.2(1)基本結(jié)構(gòu)由交叉點矩陣、一組控制存儲器(CM)組成。01…01…n…100m(m)開關(guān)陣列，一般具有相同數(shù)量的入線和出線。CM的個數(shù)等于入(出)線數(shù)。每個CM所含的存儲單元個數(shù)等于入(出)線上的復(fù)用時隙數(shù)。每個存儲單元占k位比特，且滿足N≤2k，其中N為入(出)線數(shù)。nn基本交換單元2.2(2)控制方式

S接線器的控制存儲器控制交叉點矩陣的工作方式：輸入控制方式、輸出控制方式。輸入控制方式：控制存儲器按照輸入復(fù)用線配置，即控制每條輸入復(fù)用線上應(yīng)該打開的交叉點開關(guān)。輸出控制方式：控制存儲器按照輸出復(fù)用線配置，即控制每條輸出復(fù)用線上應(yīng)該打開的交叉點開關(guān)?；窘粨Q單元2.2012012210TS15TS150815220031輸出控制方式TS8TS8★CM的數(shù)量取決于輸出復(fù)用線數(shù)★CM所含的單元數(shù)等于輸出復(fù)用線所復(fù)用的時隙數(shù)★CM單元的內(nèi)容表示哪一個交叉點在所對應(yīng)的時隙內(nèi)接通。基本交換單元2.2★輸出控制方式可實現(xiàn)多播，即某一條入線的某個時隙的信息可以同時在多條出線上輸出。012012210080031TS80TS8基本交換單元2.2012012012TS15TS8TS15TS80815312TS8TS81TS15TS1520輸入控制方式基本交換單元2.2

說明：S型接線器的入線數(shù)與出線數(shù)可以不等。CM的內(nèi)容只在通路建立或拆除時才寫入或清除。只完成空間交換，不進行時隙交換，即完成輸入復(fù)用線與輸出復(fù)用線相同時隙內(nèi)信息的空間交換。S接線器按時分方式工作，S接線器的入(出)線都是時分復(fù)用線，每個交叉點的開關(guān)按照復(fù)用時隙接通和閉合的?；窘粨Q單元2.2共享總線型交換單元輸入部件輸入部件輸入部件輸出部件輸出部件輸出部件總線01N-101N-1……基本交換單元2.22.2.3時/空結(jié)合交換單元輸入部件的功能：

接收入線信號，進行相應(yīng)的格式變換，放在緩沖存儲器中，并在分配給該部件的時隙上把收到的信息送到總線上。出線控制部件的功能：

檢測總線上的信號，并把屬于自己的信息讀入一個緩沖存儲器中，進行格式變換，放在緩沖存儲器中，由出線送出，形成出線信號?？偩€： 一般包括多條數(shù)據(jù)線和控制線?；窘粨Q單元2.2

數(shù)字交換單元

數(shù)字交換單元(DSE:DigitalSwitchingElement)是一種總線型交換單元，又稱時/空結(jié)合交換單元，既可實現(xiàn)時隙之間交換，又可實現(xiàn)復(fù)用線之間的交換?；窘粨Q單元2.2★DSE任一端口的接收部分的任一信道（時隙）可以與任一端口的發(fā)送部分的任一信道接通。16個雙向端口：每個端口包含發(fā)送部分TX和接收部分RX，可連接復(fù)用了32個話路的PCM復(fù)用線。時分復(fù)用總線：分為數(shù)據(jù)總線、端口總線、話路總線，總線是并行時分工作(分成16個時隙供16個端口使用)。RXTXRXTXRXTXRXTX并行時分復(fù)用總線07815時鐘基本交換單元2.2

輸入同步器接收部分 端口存儲器(16個單元,4bit)

話路存儲器(32個單元,5bit)

話音存儲器(32個單元,16bit)發(fā)送部分 端口比較器 發(fā)送控制器輸入同步器端口存儲器話路存儲器話音存儲器端口比較器發(fā)送控制器端口032路PCM入32路PCM出RXTXDPC…基本交換單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實現(xiàn)過程進行說明Port3TS10→Port9TS20910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMTS10PDCTS20RX3TX9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線首先要由處理機在Port3的接收部分的端口RAM的10號單元寫入9，話路RAM的10號單元寫入20，以控制交換到Port9的TS20?；窘粨Q單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實現(xiàn)過程進行說明TS10到來時刻，話音信號S由R3置于數(shù)據(jù)總線D；端口RAM10號單元中的端口信息“9”順序讀出置入端口總線P；話路RAM的10號單元中的話路信息20也被順序讀出到話路總線C。910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20RX3TX9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線S920基本交換單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實現(xiàn)過程進行說明各端口的端口比較器(位于發(fā)送部分T),對端口總線上的端口號碼進行識別，Port9的發(fā)送部分的端口比較器比較端口總線上的數(shù)據(jù)與本端口一致，允許其它總線(D.C)數(shù)據(jù)進入本發(fā)送部分，控制數(shù)據(jù)RAM進行寫操作。話路總線上的內(nèi)容20作為數(shù)據(jù)RAM的地址信號選中20號單元，數(shù)據(jù)總線上的話音信號S經(jīng)數(shù)據(jù)RAM的數(shù)據(jù)輸入線寫入到20號單元。910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20RX3TX9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線S920基本交換單元2.2端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10Port9TS20實現(xiàn)過程進行說明在TS20到來時，話音信號S被順序讀出到PCM出線上。910端口RAM2010話路RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20RX3TX9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—話路（時隙）總線基本交換單元2.2注意：各端口的接收部分應(yīng)在分配給它的時隙上向總線置入數(shù)據(jù)，如另一端口的R部件也在同一時隙TS10將數(shù)據(jù)置入總線，會造成數(shù)據(jù)混亂。實際上，總線上的時隙=1/N*PCM復(fù)用線上的時隙(N—端口數(shù))

發(fā)送部分應(yīng)在每個總線時隙檢測端口信息?？偨Y(jié)：S接線器是通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)空間交換；T接線器是通過話音存儲器的緩沖來實現(xiàn)時間的交換；DSE利用總線的地址選擇來實現(xiàn)空間交換，利用存儲器(數(shù)據(jù)存儲器)實現(xiàn)時間交換?；窘粨Q單元2.23、交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)是由若干個交換單元按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)的三個基本要素是：交換單元、不同交換單元間的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方式。50交換網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)……控制單元出線入線……交換單元交換單元交換單元交換單元交換網(wǎng)絡(luò)51單級交換網(wǎng)絡(luò)和多級交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)按拓撲連接方式可分為：單級交換網(wǎng)絡(luò)多級交換網(wǎng)絡(luò)出線0N-1入線0M-1單級交換網(wǎng)絡(luò)交換單元52單級交換網(wǎng)絡(luò)和多級交換網(wǎng)絡(luò)

如果一個交換網(wǎng)絡(luò)中的交換單元可以分為N級，順序命名為第1,2,…,N級，并且滿足：所有入線都只與第1級交換單元連接；所有第1級交換單元都只與入線和第2級交換單元連接；所有第2級交換單元都只與第1級和第3級交換單元連接；依此類推，所有第N級交換單元都只與第N-1級和出線連接；則稱這樣的交換網(wǎng)絡(luò)為多級交換網(wǎng)絡(luò)，或N級交換網(wǎng)絡(luò)。53多級交換網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)可用三個參數(shù)來說明：每個交換單元的容量交換單元的級數(shù)交換單元間的連接通路（鏈路）單級交換網(wǎng)絡(luò)和多級交換網(wǎng)絡(luò)54多級交換網(wǎng)絡(luò)(nmxnm兩級交換網(wǎng)絡(luò))……………O1n-1O1n-1…O1n-1O1m-1O1m-1O1m-1……………………OO11m-1n-11級2級55

交換網(wǎng)絡(luò)的阻塞是指從交換網(wǎng)絡(luò)不通輸入端來的信息在交換網(wǎng)絡(luò)中交換時發(fā)生了對同一公共資源爭搶的情況，這時在競爭資源中失敗的信息就會被阻塞，直到這個公共資源被釋放阻塞的兩種情況：內(nèi)部競爭、出線競爭交換網(wǎng)絡(luò)的分類---有阻塞交換網(wǎng)絡(luò)和無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)

交換網(wǎng)絡(luò)的分類---有阻塞交換網(wǎng)絡(luò)和無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)多級交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞

若出、入線空閑，但因交換網(wǎng)絡(luò)級間鏈路被占用而無法接通的現(xiàn)象，稱為多級交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞。嚴格無阻塞網(wǎng)絡(luò)：不管網(wǎng)絡(luò)處于何種狀態(tài)，任何時刻都可以在交換網(wǎng)絡(luò)中建立一個連接，只要這個連接的起點、終點是空閑的，而不會影響網(wǎng)絡(luò)中已建立起來的連接。58可重排無阻塞網(wǎng)絡(luò)：不管網(wǎng)絡(luò)處于何種狀態(tài)，任何時刻都可以在交換網(wǎng)絡(luò)中直接或?qū)σ延械倪B接重選路由來建立一個連接，只要這個連接的起點、終點是空閑的，而不會影響網(wǎng)絡(luò)中已建立起來的連接。廣義無阻塞網(wǎng)絡(luò)：指一個給定的網(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)中已建立起來的連接。多級交換網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部阻塞5913421342C1C1C2C21，2，3，44，2，1，3

可重排無阻塞網(wǎng)絡(luò)6013421342C1C1cc2cc2可重排無阻塞網(wǎng)絡(luò)61交換網(wǎng)絡(luò)的分類---有阻塞交換網(wǎng)絡(luò)和無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)的分類---時分交換網(wǎng)絡(luò)和空分交換網(wǎng)絡(luò)時分交換網(wǎng)絡(luò)：時分結(jié)構(gòu)的基本特征是所有的輸入與輸出端口分時共享單一通路，具有時隙交換功能。空分交換網(wǎng)絡(luò)：空分結(jié)構(gòu)的基本特征是可以在多對輸入端口與輸出端口間同時傳送信息，具有空間交換的功能。2.3.1由T接線器與復(fù)合器結(jié)合構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)多級交換網(wǎng)絡(luò)2.3A2525143TS25ATS25ATS143ATS3ATS17A 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)，它是三級交換網(wǎng)絡(luò)，兩側(cè)為T接線器，中間一級為S接線器，S級的出入線數(shù)決定于兩側(cè)T接線器的數(shù)量。TTS多級交換網(wǎng)絡(luò)2.32.3.2由T接線器與復(fù)合器結(jié)合構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)0310