交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)-課件

第二章交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)

交換網(wǎng)絡(luò)是交換設(shè)備的一個重要組成部分，用來提供交換所需的通路。

什么是交換網(wǎng)絡(luò)？交換網(wǎng)絡(luò)是由基本的交換單元組成。1ppt課件第二章內(nèi)容§2.1交換網(wǎng)絡(luò)中的信號形式及時隙交換概

念（背景知識）§2.2具體交換單元介紹§2.3交換網(wǎng)絡(luò)§2.4舉例2ppt課件§2.1交換網(wǎng)絡(luò)中的信號形式及

時隙交換概念

交換網(wǎng)絡(luò)中的信號形式是數(shù)字的、時分復(fù)用信號。電路交換采用

同步時分復(fù)用信號分組交換和ATM交換采用

統(tǒng)計時分復(fù)用信號什么是同步時分復(fù)用信號和統(tǒng)計時分復(fù)用信號？3ppt課件1信道共享與多路復(fù)用技術(shù)

為了提高信道的利用率，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，使多路信息在一個信道或一條傳輸線路上傳輸。

多路復(fù)用技術(shù)

頻分復(fù)用:將信道按頻率分割為

多個子信道。

時分復(fù)用:將信道按時間分割為

多個子信道。

空分復(fù)用:將信道按空間分割為

多個子信道。

碼分復(fù)用:將信道通過不同的擴

頻碼序列分割成多個子信道。4ppt課件a頻分復(fù)用b時分復(fù)用不同用戶在同一時段發(fā)送，占用不同頻道不同用戶占用同一頻道，在不同時段發(fā)送5ppt課件

同步時分復(fù)用的由來：話音信號的頻率300HZ～3400HZ，取采樣頻率為8KHZ，即采樣周期為125us，采樣值用8位二進制編碼，8位二進制占用的時間相對于125us很少，為了提高傳輸線的利用率，將125us分成若干時隙，不同用戶的采樣值占用不同的時隙進行傳輸。因為子信道在每一幀時間軸上的位置是固定的，所以稱為同步時分復(fù)用。同步時分復(fù)用信道又稱位置信道，是通過時間軸上的位置來區(qū)分子信道（話路）的。同步時分復(fù)用子信道的速率是恒定的。

TS1TSn-1ＢＸＸＢＢTSn-1TS1TS0時間125us125usＡＡＡTS02同步時分復(fù)用每個用戶的采樣周期都是125us，都能在接收端正確還原6ppt課件

信息按分組先存儲再發(fā)送，每個分組附加標志碼，各個分組占用不同的時隙；但標志相同的分組屬于一個用戶，將它們所占用的信道容量看成一個子信道，這種復(fù)用方式稱為統(tǒng)計時分復(fù)用。

信息2速度＞信息速度1＞信息速度3

因為信道是按時間分割為多個子信道，而子信道的容量需要通過統(tǒng)計才能得到，所以稱為統(tǒng)計時分復(fù)用。特點:先存儲再發(fā)送，信息速率高的用戶所占的信道容量大，且所占信道容量隨著信息的多少動態(tài)變化，取消了幀概念，統(tǒng)計時分復(fù)用信道又稱標志信道，是通過標志來區(qū)分各子信道的。3統(tǒng)計時分復(fù)用7ppt課件※統(tǒng)計時分復(fù)用的顯著優(yōu)點是按照用戶的需要動態(tài)地分配信道容量。一個用戶信息速度高時，占的信道容量大，當它的信息速度變低的時候，它占的信道容量也隨之減小?！纸M交換的統(tǒng)計復(fù)用時分信號使用的分組長度不相等，因此分組傳輸速率不固定，不適于采用硬件交換單元。ATM交換的統(tǒng)計時分復(fù)用信號使用的分組長度相等（信元），適于采用硬件交換單元，故ATM交換速度快。8ppt課件4話音信號的同步時分復(fù)用——PCM30/32幀結(jié)構(gòu)

話音信號需要數(shù)字化后才能在數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸、交換，話音信號數(shù)字化后的信號為PCM信號。話音信號的采樣周期為125us，將125us分成32個時隙進行時分復(fù)用就形成了PCM30/32幀結(jié)構(gòu)(歐洲體制)，或?qū)?25us分成24個時隙就形成了24時隙的幀結(jié)構(gòu)(北美與日本體制）。我們國家采用歐洲體制。9ppt課件PCM30/32幀結(jié)構(gòu)的特點:一幀周期為125us，分成32個時隙TS0～

TS31。每個時隙傳輸8位二進制碼，一個時隙3。91us。32個時隙中，TS0為幀同步時隙，TS16為標志信號時隙，其余時隙傳送30路的話音信號。每個話路的傳輸碼率：8000HZ×8bit=64kbit/s

復(fù)用后線路基群的傳輸碼率:

32×64Kbit/s=2048kbit/s=2Mb/s16幀為一復(fù)幀，復(fù)幀周期為2ms10ppt課件關(guān)于幀同步時隙TS0偶幀奇幀11ppt課件關(guān)于標志信號時隙TS16(信令時隙)標志信號以500Hz頻率出現(xiàn)就行了，所以每話路標志信號出現(xiàn)的周期是2ms。12ppt課件

一個信道復(fù)用了32個時隙(或24個時隙)稱為PCM基群。隨著技術(shù)的發(fā)展，信息傳輸速率的提高，PCM基群可以進一步復(fù)用，形成PCM高次群。復(fù)用PCM基群PCM一次群復(fù)用PCMn-1次基群PCMn次群13ppt課件5同步時分復(fù)用信號的交換常常是要通過時隙交換實現(xiàn)（時隙交換的概念）時隙交換示意圖（實現(xiàn)第一話路與第三話路的信息交換）TS3TS1復(fù)用

第一路分路第三路分路發(fā)分路收群發(fā)送群接收分路發(fā)分路收數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)TS3TS114ppt課件

同步時分復(fù)用信號的交換需要通過復(fù)用線的交換和時隙的交換來完成。15ppt課件第二章內(nèi)容§2.1交換網(wǎng)絡(luò)中的信號形式及時隙交換概

念（背景知識）§2.2

具體交換單元介紹§2.3交換網(wǎng)絡(luò)§2.4舉例16ppt課件§2.2具體交換單元介紹一、空間接線器（spaceswitch）空間接線器用來完成不同復(fù)用線之間的交換，而不改變時隙的位置，可簡稱為S接線器，主要用于同步時分復(fù)用信號的交換。1結(jié)構(gòu)

組成交叉矩陣（交叉點陣）控制存儲器17ppt課件類型：兩種工作方式對應(yīng)兩種類型輸入控制：控制存儲器對交叉矩陣的入線進行控制，一條入線配一個控制存儲器輸出控制：控制存儲器對交叉矩陣的出線進行控制，一條出線配一個控制存儲器18ppt課件19ppt課件20ppt課件注意：S型接線器的入線數(shù)與出線數(shù)可以不等控制存儲器的內(nèi)容只在通路建立或拆除時才寫入或清除。21ppt課件二共享存儲器型交換單元和時間接線器1共享存儲器型交換單元共享存儲器型交換單元的一般結(jié)構(gòu)如圖所示，N路輸入信號分別送入存儲器的N個不同區(qū)域，再分別送出，存儲器的寫入和讀出采用不同的控制，以實現(xiàn)交換。共享存儲器型交換單元可對三種時分復(fù)用信號進行交換，但其具體實現(xiàn)有所不同。

入線緩沖和出線緩沖0???N-122ppt課件2時間接線器（TimeSwitch）

時間接線器是用于同步時分復(fù)用信號交換的共享存儲器型交換單元，可簡稱T接線器，具體功能是完成一條時分復(fù)用線上時隙的交換。組成：話音存儲器（SpeechMemory）控制存儲器（ControlMemory）類型：按工作方式分類順序?qū)懭耄刂谱x出（或輸出控制）控制寫入，順序讀出（或輸入控制）23ppt課件順序?qū)懭?、控制讀出的T接線器的結(jié)構(gòu)示意圖A???AAWR8???2???WRSMCM210定時脈沖處理機時鐘TS2TS8在CLK2時刻，A順序?qū)懭氲絊M的第2號單元在CLK8時刻，CM讀出第8號單元的數(shù)據(jù)2，2選中SM的第2號單元，A被讀出。以TS2→TS8

的實現(xiàn)介紹T接線器的工作原理。要實現(xiàn)TS2→TS8

的交換，首先要由處理機在CM的8號單元寫入2。24ppt課件控制寫入、順序讀出的T接線器的結(jié)構(gòu)示意圖???A???AAWR2???8???WRSMCM8定時脈沖處理機時鐘TS2TS8在CLK8時刻，SM第8號單元中的A被順序讀出。在CLK2時刻，CM讀出第2號單元的數(shù)據(jù)8，8選中SM的第8號單元，A被寫入SM的第8號單元。要實現(xiàn)TS2→TS8

的交換，首先要由處理機在CM的2號單元寫入8。25ppt課件工作原理：

順寫控讀的T接線器PCM入線上各時隙的話音信號在定時脈沖的控制下按時隙號順序地寫入到話音存儲器，然后在控制存儲器的控制下讀出到指定的時隙上。

控寫順讀的T接線器PCM入線上的各時隙的話音信號在控制存儲器CM的控制下寫入到話音存儲器的指定存儲單元，然后在定時脈沖的控制下順序讀出。

T接線器的CM是按控制寫入順序讀出的方式工作，原理與S接線器的CM相同。定時脈沖由環(huán)形計數(shù)器輸出，輸出數(shù)據(jù)值與時隙時刻值相等。備注:順寫控讀的T接線器中，定時脈沖作為SM寫入數(shù)據(jù)時存儲單元的地址，控制存儲器CM的輸出數(shù)據(jù)作為SM讀出數(shù)據(jù)時存儲單元的地址。26ppt課件說明: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。T型接線器的輸入時隙數(shù)和輸出時隙數(shù)可以不等。如:控寫順讀時，輸入時隙可以比輸出時隙多，順寫控讀則反過來。27ppt課件二總線型交換單元和數(shù)字交換單元DSE1總線型交換單元一般結(jié)構(gòu)28ppt課件各部分功能:(1)入線控制部件將入線上的信息經(jīng)過格式變換存入緩沖存儲器，在分配給該部件的時隙上將信息送到總線上。(2)出線控制部件檢測總線上的信息，將屬于自己的信息讀入緩沖存儲中，經(jīng)過格式變換，由出線送出。特點:可以實現(xiàn)三種時分復(fù)用信號的交換，但是具體實現(xiàn)有所不同。若入線上信息的傳輸碼率為bit/s，則總線上信息的傳輸碼率為nbit/s。29ppt課件2數(shù)字交換單元DSE（digitalswitchelement）DSE是一種總線型交換單元，又稱空時結(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。只適用于同步時分復(fù)用信號的交換。30ppt課件結(jié)構(gòu)

16個雙向端口：每個端口包含發(fā)送部分T和接收部分R，可連接復(fù)用了32個話路的PCM復(fù)用線。并行時分復(fù)用總線：又分為數(shù)據(jù)總線、信道總線、控制總線，總線是并行時分工作（分成16個時隙供16個端口使用）RTRTRTRT并行時分復(fù)用總線07815時鐘★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。31ppt課件端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10→Port9TS20實現(xiàn)過程進行說明要實現(xiàn)Port3TS10→

Port9TS20的接續(xù)，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，信道RAM的10號單元寫入20，以控制交換到Port9和TS20。910端口RAM2010信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMTS10PDCTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—信道（時隙）總線32ppt課件端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10→

Port9TS20實現(xiàn)過程進行說明TS10到來時刻，話音信號S置入數(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，信道RAM的10號單元中的信道信息20也被順序讀出到信道總線C。910端口RAM2010信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—信道（時隙）總線S92033ppt課件端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10→

Port9TS20實現(xiàn)過程進行說明

這時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，這時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。信道總線上的信道號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信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10PDCSTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—信道（時隙）總線S92034ppt課件端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理：

以Port3TS10→

Port9TS20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信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS0PDCSTS20R3T9P—端口Port總線D—數(shù)據(jù)總線C—信道（時隙）總線35ppt課件注意：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)用線上的時隙其中，N為端口數(shù)。發(fā)送部分應(yīng)在每個總線時隙檢測端口信息?？偨Y(jié)：回過頭來看一下，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。36ppt課件第二章內(nèi)容§2.1交換網(wǎng)絡(luò)中的信號形式及時隙交換概

念（背景知識）§2.2具體交換單元介紹§2.3交換網(wǎng)絡(luò)§2.4舉例37ppt課件§2.3交換網(wǎng)絡(luò)按結(jié)構(gòu)分

單級交換網(wǎng)絡(luò)：入線到出線的連接只經(jīng)過一個交換單元；可以由一個交換單元形成或由多個交換單元并聯(lián)構(gòu)成。

多級交換網(wǎng)絡(luò)：入線到出線的連接經(jīng)過多個交換單元。三要素：交換單元、拓撲連接和控制方式38ppt課件按功能分

集中型交換網(wǎng)絡(luò)：輸出鏈路數(shù)＜輸入鏈路數(shù)，實現(xiàn)話務(wù)或信息的集中。

分配型交換網(wǎng)絡(luò)：輸出鏈路數(shù)≈輸入鏈路數(shù)，實現(xiàn)交換。

擴展型交換網(wǎng)絡(luò)：輸出鏈路數(shù)＞輸入鏈路數(shù)，實現(xiàn)話務(wù)或信息的擴散。（注：交換單元也可以進行這樣的劃分）39ppt課件結(jié)構(gòu)：類型：根據(jù)T接線器控制方式的不同有兩種基本類型

第一種：輸入T級采用輸出控制，輸出T級采用輸入控制

第二種：輸入T級采用輸入控制，輸出T級采用輸出控制

（S接線器控制方式不限）一、TST網(wǎng)絡(luò)

——TST交換網(wǎng)絡(luò)是電路交換系統(tǒng)中廣泛使用的交換網(wǎng)絡(luò)輸入T級STTTTS級輸出T級40ppt課件工作原理：下面以第一種TST實現(xiàn)PCM0TS2

PCM31TS51的實現(xiàn)過程講解TST交換網(wǎng)絡(luò)的工作原理。(設(shè)每根復(fù)用線復(fù)用了512個時隙)RWSMSMαTS2α72bbTS22PCM0PCM0WSMαTS7αTS51PCM31RSMbTS5126351PCM31要實現(xiàn)PCM0TS2→

PCM31TS51的交換，首先要找到一個空閑的內(nèi)部時隙，在此時隙上，S接線器的PCM0入線和PCM31出線均空閑。這樣PCM0TS2→PCM31TS51=PCM0TS2→PCM0TS內(nèi)→PCM31TS內(nèi)→PCM31TS51假設(shè)找到一個空閑的內(nèi)部時隙TS7在有關(guān)的控制存儲器中寫入數(shù)據(jù)以實現(xiàn)預(yù)定交換TS7TS263bTS2632αbb51α517要實現(xiàn)PCM31TS51→PCM0TS2交換，同樣要選擇一個空閑的內(nèi)部時隙，為方便處理，通常采用反相法獲取第二條通道的空閑內(nèi)部時隙，即兩個方向的內(nèi)部時隙相差半幀（最高位取反）7+512/2=26351226341ppt課件1要實現(xiàn)PCM0TS2→

PCM31TS51的交換，首先要找到一個空閑的內(nèi)部時隙，在此時隙上S接線器的PCM0入線和PCM31出線均空閑，這樣PCM0TS2→

PCM31TS51=PCM0TS2→

PCM0TS內(nèi)→

PCM31TS內(nèi)→

PCM31TS51

假設(shè)找到一個空閑的內(nèi)部時隙TS72在有關(guān)的控制存儲器中寫入數(shù)據(jù)以實現(xiàn)預(yù)定交換3要實現(xiàn)PCM31TS51→

PCM0TS2的交換，同樣要選擇一個空閑的內(nèi)部時隙，為方便處理，通常采用反相法獲取第二條通道的空閑內(nèi)部時隙，即兩個方向的內(nèi)部時隙相差半幀(最高位取反):7+512/2=7+256=263∴PCM31TS51→

PCM0TS2=PCM31TS511→PCM31TS263→

PCM0TS263→

PCM0TS24

在相關(guān)的控制存儲中寫入數(shù)據(jù)以實現(xiàn)預(yù)定交換42ppt課件附件:復(fù)用器和分路器

由于數(shù)據(jù)或話音在傳輸時采用串行方式，在交換網(wǎng)絡(luò)中必須以并行方式工作，故話音進入交換網(wǎng)絡(luò)之前首先要進行串/并變換，而串/并變換使信息碼率降低，為充分利用交換網(wǎng)絡(luò)的速度，故串/并變換之后要緊跟著進行復(fù)用，串/并變換電路與復(fù)用電路結(jié)合起來簡稱為復(fù)用器。在交換網(wǎng)絡(luò)輸出端與復(fù)用器相對應(yīng)的電路就是分路器，先分路再并/串變換。43ppt課件分路器T分路器T復(fù)用器T復(fù)用器TS復(fù)用線路S/P8S/P88復(fù)用器原理圖分路線路8P/SP/S88分路器原理圖44ppt課件二.DSN網(wǎng)絡(luò)

(DigitalSwitchnetwork)DSN網(wǎng)絡(luò)是由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)，即出、入線處于同一側(cè)，DSN的通路選擇時根據(jù)出，入線端子的地址號進行比較，來決定接續(xù)路由的反射點，即反射點可位于網(wǎng)絡(luò)的任一級，即接續(xù)路由不一定要經(jīng)過DSN的所有各級。

DSN擴充方便，可平滑擴充，且擴充時，對原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不需改動。45ppt課件最簡單的一種級聯(lián)入址地址號=BA，A為第一級端口號，8個端口用3bit表示。B為第二級的端口號，16個端口號用4bit表示。若B相等，說明，出、入線位于第一級的同一個DSE，反射點為第一級。若B不相等，說明反射點為第二級。01515007077071501500(00)(07)(F0)(F7)46ppt課件三.網(wǎng)絡(luò)的阻塞和CLOS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)阻塞的概念網(wǎng)絡(luò)的出、入線空閑，卻找不到空閑的通路將兩者連接起來，這種現(xiàn)象稱阻塞（blocking）。單級交換網(wǎng)絡(luò)不存在內(nèi)部阻塞，多級交換網(wǎng)絡(luò)可能存在阻塞。47ppt課件嚴格無阻塞網(wǎng)絡(luò)（strictnon-blocking）無論網(wǎng)絡(luò)處于何種狀態(tài)，任何時候都可以在空閑的入端和出端之間建立連接?？芍嘏艧o阻塞網(wǎng)絡(luò)（rearrangeablenon-blocking）無論網(wǎng)絡(luò)處于何種狀態(tài)，任何時刻都可以在空閑的入端和出端之間直接或通過對已有的連接重選路由來建立連接。廣義無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)（widesensenon-blocking）給定網(wǎng)絡(luò)存在固有阻塞的可能，但通過精巧的選路方法，所有阻塞均可避免（選路不合理可能會出現(xiàn)阻塞）實用的廣義無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)很少見。無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)有三種類型48ppt課件

單級的空分交換網(wǎng)N×N是無阻塞的，但交叉點數(shù)為N2（交叉點數(shù)越多，成本越高）CLOS.Z提出一種空分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以使交叉點數(shù)盡量減少，同時又可以做到無阻塞，這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)就稱為CLOS網(wǎng)絡(luò)。2CLOS網(wǎng)絡(luò)（一種空分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）49ppt課件三級CLOS網(wǎng)絡(luò)（空分的）特點：前一級交換單元與后一級的每一交換單元有連接，且只有一條連接，反之亦然。三級CLOS網(wǎng)絡(luò)嚴格無阻塞的條件：

m≥2n-1三級CLOS網(wǎng)絡(luò)可重排無阻塞的條件：

m≥n1r1m1r1n1n11mr11mr11rm11rm1n1n50ppt課件嚴格無阻塞條件的證明：

任意入端與任意出端有m條平行鏈路，最不利的情況是入端接線器的其它（n-1）個入端占用了其中的n-1條鏈路，出端接線器的其它的其它n-1個出端占用了（n-1）條鏈路，且雙方不重合，若還存在一條空閑鏈路就可建立連接，即

m=2(n-1)+1=2n-11r1m1r1n1n11mr11mr11rm11rm1n1n2n-1n-151ppt課件非對稱CLOS網(wǎng)絡(luò)（入線數(shù)不等于出線數(shù)）

嚴格無阻塞的條件：

m≥（n1+n2）-1

n1為入線數(shù)，n2

為出線數(shù)

可重排無阻塞的條件

m≥max（n1，n2

）三級CLOS網(wǎng)絡(luò)的中間級用三級CLOS子網(wǎng)絡(luò)替代，就形成五級CLOS網(wǎng)絡(luò)，五級CLOS網(wǎng)絡(luò)的中間級再用三級CLOS子網(wǎng)代替就形成七級CLOS網(wǎng)絡(luò)。52ppt課件時分交換網(wǎng)絡(luò)可等效為空分交換網(wǎng)絡(luò)：T(n)(m)S1n1mS1n1nS(1)1n1nS(m)1n1n(m)