現(xiàn)代交換原理與通信網(wǎng)技

現(xiàn)代交換原理與通信網(wǎng)技術(shù)作者:卞佳麗等編著

北京郵電大學出版社目錄第1章交換概論第2章交換網(wǎng)絡(luò)第3章數(shù)字程控交換與交換網(wǎng)第4章信令系統(tǒng)第5章分組交換與分組交換網(wǎng)第6章ISDN交換與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)第7章ATM交換與寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)第8章IP交換技術(shù)第9章軟交換與下一代網(wǎng)絡(luò)第10章光交換第1章交換概論本章將要講述的內(nèi)容:什么是交換為什么在通信網(wǎng)中一定要引入交換的功能通信網(wǎng)中交換設(shè)備究竟完成哪些功能在現(xiàn)有通信網(wǎng)中都有哪些交換方式不同交換方式之間的區(qū)別是什么

1.1交換的引入

圖1.1點到點通信方式

一個最簡單的通信系統(tǒng)是只有兩個用戶終端和連接這兩個終端的傳輸線路所構(gòu)成的通信系統(tǒng)，這種通信系統(tǒng)所實現(xiàn)的通信方式，我們稱之為點到點通信方式，如圖1.1所示。1.2各種交換方式

在通信網(wǎng)中，交換功能是由交換節(jié)點即交換設(shè)備來完成的。不同的通信網(wǎng)絡(luò)由于所支持業(yè)務(wù)的特性不同，其交換設(shè)備所采用的交換方式也各不相同，目前在通信網(wǎng)中所采用的或曾出現(xiàn)的交換方式主要有以下幾種：

l

電路交換l

幀中繼

l

多速率電路交換l

ATM交換

l

快速電路交換l

IP交換

l

分組交換l

光交換

l

幀交換l

軟交換

常用的分類方法:假設(shè)按照信息傳送模式的不同，可將交換方式分為電路傳送模式〔CTM-CircuitTransferMode〕、分組傳送模式〔PTM-PacketTransferMode〕和異步傳送模式〔ATM-AsynchronousTransferMode〕三大類，如電路交換、多速率電路交換、快速電路交換屬于電路傳送模式，分組交換、幀交換、幀中繼屬于分組傳送模式，而ATM交換那么屬于異步傳送模式圖1.7各種交換方式

1.2.1電路交換〔CS:CircuitSwitching)圖1.8電路交換的根本過程電路交換具有以下6個特點：(1)信息傳送的最小單位是時隙(2)面向連接的工作方式〔物理連接〕(3)同步時分復用〔固定分配帶寬〕如圖1.9

圖1.9同步時分復用的根本原理如圖1.10所示，電路交換基于PCM30/32路同步時分復用系統(tǒng)，每秒鐘傳送8000個幀，每幀32個時隙，每個時隙8比特，每路通信信道〔TS〕為64kbit/s恒定速率，即對每路通信所分配的帶寬是固定的。在信息傳送階段不管有無信息傳送，都占用這個TS子信道，直到通信結(jié)束。圖1.10PCM30/32路同步時分復用系統(tǒng)

(4)信息傳送無過失控制(5)信息具有透明性

(6)基于呼叫損失制的流量控制綜述:通過上述對電路交換特點的分析，我們不難看到：通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)特性決定了所采用的交換方式的特點，換句話說，通信網(wǎng)采用的交換方式一定要適應其業(yè)務(wù)特性。通信網(wǎng)中的話音業(yè)務(wù)，具有實時性強、可靠性要求不高的特點，而電路交換不管是其面向連接的特點，還是對信息無過失控制、透明傳輸以及基于呼叫損失制的流量控制特點，都滿足了話音業(yè)務(wù)的特性，因而通信網(wǎng)采用電路交換方式。電路交換由于無過失控制機制，因而對數(shù)據(jù)交換的可靠性沒有分組交換高，不適合對過失敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；同時由于電路交換采用固定帶寬分配方式，因而其電路利用率低、不適合突發(fā)〔burst〕業(yè)務(wù)。電路交換適合于實時性、恒定速率的業(yè)務(wù)。1.2.2多速率電路交換

〔MRCS:Multi-RateCircuitSwitching〕多速率電路交換其本質(zhì)還是電路交換，具有電路交換的主要特點，我們可以將其看作是采用電路交換方式為用戶提供多種速率的交換方式。

多速率電路交換和電路交換都采用同步時分復用方式，即只有一個固定的根本信道速率，如64kbit/s。多速率電路交換的一種實現(xiàn)方式是，可以將幾個這樣的根本信道捆綁起來構(gòu)成一個速率更高的信道，供某個通信使用，從而實現(xiàn)多速率交換.

實現(xiàn)多速率電路交換的另一種方式是設(shè)置多種根本信道速率，這樣，一個幀就被劃分為不同長度的時隙。如圖1.11和圖1.12圖1.11采用不同根本信道速率的幀結(jié)構(gòu)圖1.12采用多種根本信道速率的多速率電路交換系統(tǒng)從上述多速率電路交換實現(xiàn)的方法來看，該交換方式還是基于固定帶寬分配的，雖然能提供多種速率，但這些速率是事先定制好的，而且速率類型不能太多，否那么其控制和交換網(wǎng)絡(luò)會非常復雜，甚至于無法實際實現(xiàn)，因而這種交換方式不能真正靈活地適應突發(fā)業(yè)務(wù)。1.2.3快速電路交換

〔FCS:FastCircuitSwitching〕在快速電路交換中，當呼叫建立時，在呼叫連接上的所有交換節(jié)點要在相應的路由上分配所需的帶寬，與電路交換不同的是交換節(jié)點只記住所分配的帶寬和相應路由連接關(guān)系，而不完成實際的物理連接。當用戶真正要傳送信息時，才根據(jù)事先分配的帶寬和建立的連接關(guān)系，建立物理連接；當沒有信息傳送時，那么撤除該物理連接。由此可知，快速電路交換是在要傳送用戶信息時才連接物理傳輸通道，即只在信息要傳送時才使用所分配的帶寬和相關(guān)資源，因而它提高了帶寬的利用率。1.2.4分組交換〔PS:PacketSwitching)分組交換的本質(zhì)就是存儲轉(zhuǎn)發(fā),它將所接收的分組暫時存儲下來，在目的方向路由上排隊，當它可以發(fā)送信息時，再將信息發(fā)送到相應的路由上，完成轉(zhuǎn)發(fā)。其存儲轉(zhuǎn)發(fā)的過程就是分組交換的過程.如圖1.13說明了分組交換的根本過程。圖1.20分組交換的根本過程分組交換有兩種方式，一種是虛電路〔VC—VirtualCircuit〕方式，另一種是數(shù)據(jù)報〔DG—Datagram〕方式。

虛電路采用面向連接的工作方式〔OC—OrientedConnection〕，其通信過程與電路交換相似，具有連接建立、數(shù)據(jù)傳送和連接撤除三個階段，即在用戶數(shù)據(jù)傳送前先建立端到端的虛連接；一旦虛連接建立后，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿著這一虛連接傳送；通信結(jié)束時撤除該虛連接。我們將虛連接也稱為虛電路，即邏輯連接，它不同于電路交換中的實際的物理連接，而是通過通信連接上的所有交換節(jié)點保存選路結(jié)果和路由連接關(guān)系來實現(xiàn)連接的，因而是邏輯的連接。虛電路方式的特點如圖1.14所示。圖1.14虛電路方式特點

數(shù)據(jù)報采用無連接工作方式〔CL—ConnectionLess〕，在呼叫前不需要事先建立連接，而是邊傳送信息邊選路，并且各個分組依據(jù)分組頭中的目的地址獨立地進行選路。圖1.15數(shù)據(jù)報方式特點面向連接工作方式和無連接工作方式的特點〔1〕面向連接工作方式的特點：不管是面向物理的連接還是面向邏輯的連接，其通信過程可分為三個階段：連接建立、傳送信息、連接撤除。

一旦連接建立，該通信的所有信息均沿著這個連接路徑傳送，且保證信息的有序性〔發(fā)送信息順序與接收信息順序一致〕

信息傳送的時延相比無連接工作方式要小。一旦所建立的連接出現(xiàn)故障，信息傳送就要中斷，必須重新建立連接，因此對故障敏感?！?〕無連接工作方式的特點：l

沒有連接建立過程，一邊選路、一邊傳送信息。l

屬于同一個通信的信息沿不同路徑到達目的地，該路徑事先無法預知，無法保證信息的有序性〔發(fā)送信息順序與接收信息順序不一致〕。l

信息傳送的時延相比面向連接工作方式要大。l

對網(wǎng)絡(luò)故障不敏感。分組交換具有以下6個特點

信息傳送的最小單位是分組〔Packet〕分組由分組頭和用戶信息組成，分組頭含有選路和控制信息。

面向連接〔邏輯連接〕和無連接兩種工作方式虛電路采用面向連接的工作方式，數(shù)據(jù)報是無連接工作方式。統(tǒng)計時分復用〔動態(tài)分配帶寬〕

圖1.16統(tǒng)計時分復用的根本原理統(tǒng)計時分復用的根本原理是把時間劃分為不等長的時間片，長短不同的時間片就是傳送不同長度分組所需的時間，對每路通信沒有固定分配時間片，而是按需來使用。當某路通信需要傳送的分組多時，所占用的時間片的個數(shù)就多；傳送的分組少時，所占用的時間片的個數(shù)就少。這也就意味著使用這條復用線傳送分組時間的長短，由此可見統(tǒng)計時分復用是動態(tài)分配帶寬的。l信息傳送有過失控制l信息傳送不具有透明性l基于呼叫延遲制的流量控制

分組交換的技術(shù)特點決定了它不適合對實時性要求較高的話音業(yè)務(wù)，而適合突發(fā)〔burst〕和對過失敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1.2.5幀交換〔FS:FrameSwitching〕幀交換是一種幀方式的承載業(yè)務(wù)，為克服分組交換協(xié)議處理復雜的缺點，它簡化了協(xié)議，其協(xié)議棧只有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，去掉了三層協(xié)議功能，從而加快了處理速度。由于在二層上傳送的數(shù)據(jù)單元為幀，因此稱其為幀交換。圖1.17分組交換、幀交換、幀中繼協(xié)議處理的不同

1.2.6幀中繼〔FR:FrameRelay〕幀中繼與幀交換方式相比，其協(xié)議進一步簡化，它不僅沒有三層協(xié)議功能，而且對二層協(xié)議也進行了簡化。它只保存了二層數(shù)據(jù)鏈路層的核心功能,沒有了流量控制、重發(fā)等功能，以到達為用戶提供高吞吐量、低時延特性，并適合突發(fā)性的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的目的。表1.1分組交換、幀交換、幀中繼技術(shù)特點比較1.2.7ATM交換

CTM技術(shù)特點是固定分配帶寬、面向物理連接、同步時分復用，適應實時話音業(yè)務(wù)，具有較好的時間透明性；PTM技術(shù)特點是動態(tài)分配帶寬、面向無連接或邏輯連接、統(tǒng)計時分復用，適應可靠性要求較高、有突發(fā)特性的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，具有較好的語義透明性。ATM交換技術(shù)是以分組傳送模式為根底并融合了電路傳送模式的優(yōu)點開展而來的，兼具分組傳送模式和電路傳送模式的優(yōu)點。

ATM交換技術(shù)主要有以下幾個特點：l固定長度的信元和簡化的信頭l采用了異步時分復用方式

l采用了面向連接的工作方式綜述:ATM技術(shù)是以分組傳送模式為根底并融合了電路傳送模式高速化的優(yōu)點開展而成的。采用異步時分復用方式，實現(xiàn)了動態(tài)分配帶寬，可適應任意速率的業(yè)務(wù)；固定長度的信元和簡化的信頭，使快速交換和簡化協(xié)議處理成為可能，從而極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸處理能力，使實時業(yè)務(wù)應用成為可能。圖1.18異步時分復用的根本原理1.2.8IP交換

在這里我們所說的IP交換是指一類IP與ATM融合的技術(shù)它主要有兩大類：疊加模型、集成模型。屬于疊加模型的IP交換技術(shù)主要有CIP、

IPOA和MPOA。在疊加模式中，IP層運行于ATM層之上，實現(xiàn)信息傳送需要兩套地址——ATM地址和IP地址、兩種選路協(xié)議——ATM選路協(xié)議和IP選路協(xié)議，還需要地址解析功能，完成IP地址到ATM地址的映射。屬于集成模型的IP交換技術(shù)主要有IP交換、Tag交換和MPLS。在集成模式中，只需要—種地址——IP地址，一種選路協(xié)議——IP選路協(xié)議，無需地址解析功能，不涉及ATM信令，但需要專用的控制協(xié)議來完成3層選路到2層直通交換機構(gòu)的映射。1.2.9光交換

網(wǎng)絡(luò)中大量傳送的是光信號，而在交換節(jié)點信息還以電信號的形式進行交換，那么當光信號進入交換機時，就必須將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，才能在交換機中交換，而經(jīng)過交換后的電信號從交換機出來后，需要轉(zhuǎn)變成光信號才能在光的傳輸網(wǎng)上傳輸，如圖1.19所示。這樣的轉(zhuǎn)換過程不僅效率低下，而且由于涉及到電信號的處理，要受到電子器件速率“瓶頸〞的制約。圖1.19光信號的電交換

光交換是基于光信號的交換，如圖1.20所示。在整個光交換過程中，信號始終以光的形式存在，在進出交換機時不需要進行光/電轉(zhuǎn)換或者電/光轉(zhuǎn)換，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)信息傳送和處理能力。

圖1.20光交換

1.2.10軟交換

NGN〔NextGenerationNetwork〕即下一代網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡(luò)向以分組交換為主的IP電信網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變，從而使在IP網(wǎng)絡(luò)上開展語音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)成為可能。軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的控制功能實體，它獨立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費等主要功能，同時可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力，它是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心。軟交換最核心的思想就是業(yè)務(wù)/控制與傳送/接入相別離，其特點具體表達在：應用層和控制層與核心網(wǎng)絡(luò)完全分開，以利于快速方便的引進新業(yè)務(wù)；傳統(tǒng)交換機的功能模塊被別離為獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，各部件功能可獨立開展；

部件間的協(xié)議接口標準化，使自由組合各局部的功能產(chǎn)品組建網(wǎng)絡(luò)成為可能，使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通方便靈活；具有標準的全開放應用平臺，可為客戶定制各種新業(yè)務(wù)和綜合業(yè)務(wù)，最大限度的滿足用戶需求。1.3交換系統(tǒng)

1.3.1交換系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)電信交換系統(tǒng)主要由信息傳送子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)組成。

圖1.21電信交換系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)1、信息傳送子系統(tǒng)

信息傳送子系統(tǒng)主要包括交換網(wǎng)絡(luò)和各種接口l交換網(wǎng)絡(luò)對于信息傳送子系統(tǒng)來說，交換就是信息〔話音、數(shù)據(jù)等〕從某個接口進入交換系統(tǒng)經(jīng)交換網(wǎng)絡(luò)的交換從某個接口出去，由此可知交換系統(tǒng)中完成交換功能的主要部件就是交換網(wǎng)絡(luò)，交換網(wǎng)絡(luò)的最根本功能就是實現(xiàn)任意入線與出線的互連，它是交換系統(tǒng)的核心部件。l

接口接口的功能主要是將進入交換系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻粨Q系統(tǒng)內(nèi)部所適應的信號，或者是相反的過程，這種變換包括信號碼型、速率等方面的變換，交換網(wǎng)絡(luò)的接口主要分兩大類：用戶接口和中繼接口，用戶接口是交換機連接用戶線的接口，中繼接口是交換機連接中繼線的接口，主要有數(shù)字中繼接口和模擬中繼接口2、控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)是由處理機及其運行的系統(tǒng)軟件、應用軟件和OAM軟件所組成的。交換系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)使用信令與用戶和其它交換系統(tǒng)〔交換節(jié)點〕進行“協(xié)調(diào)和溝通〞，以完成對交換的控制。信令是通信網(wǎng)中標準化的控制命令，它的作用是控制通信網(wǎng)中各種通信連接的建立和撤除，并維護通信網(wǎng)的正常運行。

1.3.2交換系統(tǒng)的根本功能通信網(wǎng)中通信接續(xù)的類型，即交換節(jié)點需要控制的根本接續(xù)類型主要有4種：即本局接續(xù)、出局接續(xù)、入局接續(xù)和轉(zhuǎn)接〔匯接〕接續(xù)，如圖1.22所示。圖1.22交換系統(tǒng)的接續(xù)類型

〔1〕本局接續(xù)本局接續(xù)是只在本局用戶之間建立的接續(xù)，即通信的主、被叫都在同一個交換局。如圖1.22中的交換機A的兩個用戶A和B之間建立的接續(xù)①就是本局接續(xù)?！?〕出局接續(xù)出局接續(xù)是主叫用戶線與出中繼線之間建立的接續(xù)，即通信的主叫在本交換局，而被叫在另一個交換局，如圖1.22中的交換機A的用戶A與交換機B的用戶C之間建立的接續(xù)②，對于交換機A來說就是出局接續(xù)。〔3〕入局接續(xù)入局接續(xù)是被叫用戶線與入中繼線之間建立的接續(xù)，即通信的被叫在本交換局，而主叫在另一個交換局，如圖1.22中的交換機A的用戶A與交換機B的用戶C之間建立的接續(xù)②，對于交換機B來說就是入局接續(xù)。〔4〕轉(zhuǎn)接〔匯接〕接續(xù)轉(zhuǎn)接接續(xù)是入中繼線與出中繼線之間建立的接續(xù)，即通信的主被叫都不在本交換局，如圖1.22中的交換機B的用戶D與交換機A的用戶B之間建立的接續(xù)③，對于交換機C來說就是轉(zhuǎn)接接續(xù)。通過分析交換系統(tǒng)所要完成的4種接續(xù)類型，我們不難得出交換系統(tǒng)必須具備的最根本的功能是：l

能正確識別和接收從用戶線或中繼線發(fā)來的通信發(fā)起信號l

能正確接收和分析從用戶線或中繼線發(fā)來的通信地址信號l能按目的地址正確地進行選路以及在中繼線上轉(zhuǎn)發(fā)信號l

能控制連接的建立與撤除l能控制資源的分配與釋放1.4以交換為核心的通信網(wǎng)

1.4.1通信網(wǎng)的分類〔1〕根據(jù)通信網(wǎng)支持業(yè)務(wù)的不同進行分類：l

通信網(wǎng)l

電報通信網(wǎng)l

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)l綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)〔ISDN〕等〔2〕根據(jù)通信網(wǎng)采用的傳送模式的不同進行分類：

l電路傳送網(wǎng)：PSTN、ISDNl分組傳送網(wǎng)：(分組交換網(wǎng))PSPDN、(幀中繼網(wǎng))FRN

l

異步傳送網(wǎng)：B-ISDN〔3〕根據(jù)通信網(wǎng)采用傳輸媒介的不同進行分類：l有線通信網(wǎng)：傳輸媒介為架空明線、電纜、光纜。l無線通信網(wǎng)：通過電磁波在自由空間的傳播來傳輸信號，根據(jù)采用電磁波長的不同又可分為中/長波通信、短波通信和微波通信等?！?〕根據(jù)通信網(wǎng)使用場合的不同進行分類：l

公用通信網(wǎng)：向公眾開放使用的通信網(wǎng)，如公用網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)等。l專用通信網(wǎng)：沒有向公眾開放而由某個部門或單位使用的通信網(wǎng)，如專用網(wǎng)等〔5〕根據(jù)通信網(wǎng)傳輸和交換采用信號的不同進行分類：l

數(shù)字通信網(wǎng)：抗干擾能力強，有較好的保密性和可靠性，目前已得到廣泛應用。l模擬通信網(wǎng)：早期通信網(wǎng)，目前已很少應用。1.4.2通信網(wǎng)的分層體系結(jié)構(gòu)

圖1.23通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)

表1.2業(yè)務(wù)網(wǎng)的種類及其應用特點

通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)的根本組網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要有星型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)、樹型網(wǎng)、總線型網(wǎng)和復合型網(wǎng)等。1、星型網(wǎng)這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省線路，但中心交換節(jié)點的處理能力和可靠性會影響整個網(wǎng)絡(luò)，因而全網(wǎng)的平安性較差，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較小，適于網(wǎng)徑較小的網(wǎng)絡(luò)。圖1.24星形網(wǎng)

2、環(huán)型網(wǎng)

環(huán)型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)簡單,容易實現(xiàn)，但可靠性較差,如圖1.25所示

圖1.25環(huán)型網(wǎng)

3、網(wǎng)狀網(wǎng)

網(wǎng)狀網(wǎng)中所有交換節(jié)點兩兩互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜，線路投資大，但可靠性高，如圖1.26所示。

圖1.26網(wǎng)狀網(wǎng)

4、樹型網(wǎng)樹型網(wǎng)也叫分級網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復雜性、線路投資的大小以及可靠性介于星型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)之間,如圖1.27所示。

圖1.27樹型網(wǎng)

5、總線型網(wǎng)

在總線型網(wǎng)中，所有交換節(jié)點都連接在總線上，這種網(wǎng)絡(luò)線路投資經(jīng)濟，組網(wǎng)簡單，但網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較小，可靠性不高。如圖1.28所示。

圖1.28總線型網(wǎng)

6、復合型網(wǎng)

復合型網(wǎng)是上述幾種結(jié)構(gòu)的混合形式，是根據(jù)具體應用情況的不同采用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組合而成。如圖1.29所示

圖1.29復合型網(wǎng)

1.4.4通信網(wǎng)的質(zhì)量要求

l應能保證網(wǎng)內(nèi)任意用戶之間相互通信l應能保證滿意的通信質(zhì)量l具有較高的可靠性l投資和維護費用合理l能不斷適應通信新業(yè)務(wù)和通信新技術(shù)的開展第2章交換網(wǎng)絡(luò)在第一章中我們已經(jīng)介紹了交換系統(tǒng)的根本組成，其中信息傳送子系統(tǒng)包括接口電路和交換網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)成交換系統(tǒng)的重要組成局部，它完成信息交換的功能。在本章中我們將要介紹構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的交換單元的根本特性、功能和交換網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，以及現(xiàn)在廣泛使用的各種結(jié)構(gòu)的交換網(wǎng)絡(luò)的工作原理。2.1交換單元2.1.1交換單元的根本概念1、交換單元交換單元〔SwitchElement--SE〕是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的最根本的部件，假設(shè)干個交換單元按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)連接起來就可以構(gòu)成各種各樣的交換網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f交換單元是完成交換功能的最根本的部件。圖2.1M×N的交換單元如圖2.1所示，一個交換單元從外部看主要由四個局部組成：一組輸入端口、一組輸出端口、控制端與狀態(tài)端。交換單元的輸入端口又稱為入線，輸出端口也稱為出線，一個具有M條入線，N條出線的交換單元我門把它稱為M×N的交換單元，同時把入線編號為0到M-1，出線編號為0到N-1；控制端主要用來控制交換單元的動作，可以通過控制端的控制把交換單元的特定入線與特定出線連接起來，讓信息從入線交換到出線而完成交換的功能；狀態(tài)端用來描述交換單元的內(nèi)部狀態(tài)，不同的交換單元有不同的內(nèi)部狀態(tài)集，通過狀態(tài)端口讓外部及時了解到其工作情況。從內(nèi)部看交換單元，其構(gòu)成是多種多樣的，可以是一個時分總線或是一個空分的開關(guān)陣列，我們將在本章后續(xù)內(nèi)容中介紹各種類型的交換單元。但無論其內(nèi)部構(gòu)成如何，交換單元都應能夠完成最根本的交換功能，既總能把交換單元任意入線的信息交換到任意出線上去。對交換單元有多種分類方法，可以從不同的角度對交換單元進行分類，一般采用以下4種分類方法?！?〕按照入線與出線上信息傳送的方向是單向還是雙向可以把一個交換單元分為有向交換單元與無向交換單元，如圖2.2所示。有向交換單元指任何入線或出線上信息的傳輸是單方向的，即信息只能從入線進入交換單元，從出線上交換出來，如果一個有向交換單元有M條入線、N條出線，那么我們把這個交換單元稱為M×N有向交換單元。圖2.2交換單元分類1：有向與無向無向交換單元主要有兩種類型：N無向交換單元與K×L無向交換單元。其中N無向交換單元并沒有入線與出線的區(qū)別，它相當于把一個N×N的有向交換單元〔入線數(shù)與出線數(shù)相等的交換單元〕的相同編號的入線與出線合并在一起，將其看作同時具有發(fā)送和接收信息能力的一個信息端，那么這個N×N有向交換單元就變成一個具有N個雙向通信信息端的N無向交換單元；設(shè)N=K+L，K×L無向交換單元是指在N無向交換單元的根底上把N個信息端分為一組輸入端與一組輸出端，輸入端假設(shè)有K個信息端，輸出端有L個信息端，并且只有輸入的K個信息端與輸出的L個信息端之間才能有信息交換，在輸入的K個信息端之間不能進行信息交換，同樣L個輸出端之間也不能進行信息交換，滿足這種條件的N無向交換單元稱為K×L無向交換單元。〔2〕按照交換單元入線與出線的數(shù)量關(guān)系可以把一個M×N的交換單元分為集中型，連接型以及擴散型，如圖2.3所示。圖2.3交換單元分類2：按照入線與出線數(shù)目集中型交換單元是指入線數(shù)大于出線數(shù)〔M>N〕的交換單元，也叫集中器〔concentrator〕；連接型交換單元是指入線數(shù)等于出線數(shù)〔M=N〕的交換單元，也稱為置換器或連接器〔connector〕；擴散型交換單元是指入線數(shù)小于出線數(shù)〔M<N〕的交換單元，擴散型交換單元也可稱為擴展器〔expander〕。注意圖2.3中表示的為有向交換單元?！?〕按照交換單元的所有入線與所有出線之間是否共享單一的通路，可以把交換單元分為時分交換單元與空分交換單元，如圖2.4所示。這是按照交換單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)來進行的分類。圖2.4交換單元分類3：時分與空分時分交換單元的根本特征是所有的輸入端口與輸出端口之間共享唯一的一條通路，從入線來的所有的信息都要通過這條唯一的通路才能交換到目的出線上去，這條唯一的通路可以是一個共享總線，也可以是一個共享存儲器?？辗纸粨Q單元的所有入線與出線之間存在多條通路，從不同入線來的信息可以并行的在這些通路上傳送，空分交換單元也可稱為空間交換單元，典型的空間交換單元就是開關(guān)陣列?！?〕按照交換單元所接受的信號是模擬信號還是數(shù)字信號，可以把交換單元分為數(shù)字交換單元與模擬交換單元2、交換單元的連接特性交換單元的根本功能就是要在入線與出線之間建立一定的連接，使信息能從入線交換到出線。交換單元的連接特性〔connectivity〕反映出交換單元從入線到出線的連接能力，是交換單元的根本特性。交換單元的連接特性有兩種描述方式，可以用集合來描述，也可以用函數(shù)方式來描述?！?〕集合描述方式用集合方式來描述一個M×N交換單元的連接特性，可以把該交換單元的所有入線組成一個集合，用T來表示：T={0，1，2，……M-1}把該交換單元的所有出線組成一個集合，用R表示：R={0，1，2，……N-1}記入線集合T中的元素為t〔t∈T〕，出線集合R中的元素為r〔r∈R〕，同時記Rt為出線集合R的一個子集，那么可以把一個連接定義為一個集合，用c表示：c={t，Rt}該集合表示了該M×N交換單元的入線t與一組出線Rt之間的連接，可以把t稱為連接的起點，把r∈Rt稱為連接的終點。如果Rt中只含有唯一的一個元素，那么把該連接稱為點到點連接；如果Rt中包含多個元素，那么把該連接稱為點到多點連接。特別的對于點到多點連接，如果Rt≠R，稱此連接具有同發(fā)功能，如果Rt=R，稱此連接具有播送功能。一個交換單元的連接方式表示了該交換單元在某個時刻建立的所有從入線到出線之間的連接，連接方式可以表示為一個集合，我們用C來表示，那么：C={c1，c2，c3，……}該集合是由假設(shè)干個連接組成的一個集合〔表示各個連接的集合c的下標不代表任何實際意義，只是區(qū)分不同的連接〕。特別要說明的是一個交換單元的連接方式總是對應于某個具體時刻的，在這個時刻的連接方式是這樣的，在另一個時刻，它的連接方式又會變?yōu)槟菢?。在某一時刻，一個交換單元總是處在一定的連接方式C下，也就是說該交換單元的各個入線與各個出線按照該連接方式連接著。一個交換單元的連接方式可以通過該交換單元的控制端口改變，同時也可以通過該交換單元的狀態(tài)端口反映出來。對于一個連接方式，可以定義連接方式的起點集，表示該連接方式中所有連接的起點組成的集合，用Tc表示：Tc={t：t∈ci，ci∈C}同樣可以定義該連接方式的終點集，表示該連接方式中所有連接的終點組成的集合，用Rc表示：Rc={r：r∈Rt，Rt∈ci，ci∈C}同時可以判定，當交換單元處于連接方式C下，假設(shè)某條入線t∈Tc，稱該入線處于占用狀態(tài)，否那么處于空閑狀態(tài)；同樣假設(shè)某條出線r∈Rc，稱該出線處于占用狀態(tài)，否那么處于空閑狀態(tài)?！?〕函數(shù)描述方式用函數(shù)方式來描述一個M×N的交換單元的連接特性，可以將其連接方式用函數(shù)f(t)表示：f(t)=Rt〔Rt包含于R〕該函數(shù)的自變量為t，它的定義域為交換單元的入線集合T，值域為交換單元的出線集合R的各個子集組成的集合。一個連接函數(shù)對應一種連接，連接函數(shù)表示相互連接的入線編號和出線編號之間的一一對應關(guān)系，即存在連接函數(shù)f，入線t與出線集合f(t)中每條出線相連接。如果該入線空閑，那么與它連接的出線的集合為一個空集。對于一個點到點連接，連接函數(shù)還可以表示為：f(t)=r(r∈R)它的值域變成了出線集合R。上述表示連接方式的函數(shù)稱為連接函數(shù)，可以有兩種更直觀的形式來表示連接函數(shù)，一種是排列表示形式，還有一種是通過圖形來表示。對于點到點連接方式我們經(jīng)常采用2進制函數(shù)表示方法?！?〕排列表達式交換單元的連接實際上是交換單元的入線與出線之間的一種對應關(guān)系，那么可以通過羅列的方式來表達連接方式，我們稱為連接方式的排列表達式，表示為：t1，t2，……tnr1，r2，……rn其中ti為入線編號，ri為出線編號，上述的排列表達式表示了入線t1連接到出線r1，入線t2連接到出線r2……入線tn連接到出線rn，其中n≤N〔注意入線t1并不表示入線1，出線rn也不表示為出線n〕。考慮到存在點到多點的連接，因此t1，t2，……tn中可能有重復的元素存在，因此也可以把排列表達式稱為重排表達式。所謂存在出線競爭，就是指在排列表達式中r1，r2，……rn之間存在著重復的元素，說明在同一時刻，有多條入線共同連接到同一條出線，造成出線的沖突，也就是說從多條入線上來的信息，同時要交換到同一條出線上，共同競爭這條出線，這是應該防止或要采取一定措施來解決的問題。在點到點的連接情況下，并且不存在出線競爭的情況下，排列表達式中的t1，t2，……tn之間沒有重復的元素，同時r1，r2，……rn之間也沒有重復的元素，那么點到點連接方式的排列表達式可以改寫為：t0，t1，……tN-10，1，……N-1我們把這種排列表達式稱為入線排列表達式，它實際上是使出線的編號按照自然數(shù)順序排列，表示入線t0連接到出線0，入線tN-1連接到出線N-1，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。上式也可以進一步簡化表示為：(t0，t1，……tN-1)同樣，也可以定義出線排列表達式為：0，1，……N-1r1，r2，……rN-1它的簡化表示為：(r1，r2，……rN-1)根據(jù)排列表示形式，對于一個N×N的交換單元，假設(shè)沒有空閑的入線與出線，N條入線與N條出線任意進行點到點連接，那么N個元素可以有N！種不同的排列，因此一個N×N的交換單元可以最多有N！種不同的點到點連接方式?！?〕圖形表示還可通過圖形方式來表達連接函數(shù)。分別把入線與出線按編號由上到下排列，然后入線與出線之間可以用一條直線連接起來，表示該入線與出線有連接。如圖2.5所示，表示了一個常用的N=8的交叉連接方式。圖2.5連接函數(shù)的圖形表示2進制函數(shù)表示有一種更為常用的方法來表示點到點連接方式。假設(shè)入線編號可以用一個n位2進制數(shù)字xn-1xn-2……x1x0表示，用該2進制數(shù)字作為連接函數(shù)的變量，連接函數(shù)的值也用一個2進制數(shù)字表示，表示與該入線連接的出線的編號。我們把這種函數(shù)表現(xiàn)形式稱為2進制函數(shù)表示。對于圖2.5所示的連接方式，用2進制函數(shù)表示那么為：E(xn-1xn-2……x1x0)=xn-1xn-2……x1下面我們來看看幾種常用的連接方式：a〕直線連接對于連接型交換單元，把相同編號的入線與出線直接連接起來而形成的點到點連接方式稱為直線連接，也稱為恒等置換〔identitypermutation〕。一個恒等置換的8×8交換單元的排列表達式為：0，1，2，……70，1，2，……7入線排列表達式為：(0，1，2，……7)恒等置換的圖形表示如圖2.6所示。恒等置換〔常用I表示〕的2進制函數(shù)表示為：I(x2x1x0)=x2x1x0圖2.6恒等置換的圖形表示b〕交叉連接在交換單元入線數(shù)M等于出線數(shù)N，并且入/出線數(shù)為偶數(shù)的情況下，把相鄰編號的2條入線與2條出線交叉連接起來，入線0連接出線1，入線1連接出線0，入線2連接出線3……這種連接方式稱為交叉連接，也稱為交換置換〔exchangepermutation〕，交換置換的入線排列表示式為：(1，0，3，2，……N-1，N-2)交換置換的圖形表示如圖2.7所示。交換置換〔常用E表示〕的2進制函數(shù)表示為：E(xn-1xn-2……x1x0)=xn-1xn-2……x1圖2.7交換置換的圖形表示c〕蝶式連接蝶式連接方式也稱為蝶式置換〔butterflypermutation一般用β表示〕，蝶式置換這個名稱來自FFT變換的實現(xiàn)時其圖形形狀如蝴蝶一樣。這種連接方式被定義為：β(xn-1xn-2……x1x0)=x0xn-2……x1xn-1可以看出，蝶式置換是將輸入端2進制編號的最高位xn-1與最低位x0互換位置而得到輸出端的2進制編號。同樣可以定義子蝶式(subbutterfly)置換β(k)與超蝶式(superbutterfly)置換β(k)：β(k)(xn-1xn-2……xk+1xkxk-1……x1x0)=xn-1xn-2……xk+1x0xk-1……x1xkβ(k)(xn-1xn-2……xn-kxn-k-1xn-k-2……x1x0)=xn-k-1xn-2……xn-kxn-1xn-k-2……x1x0圖2.8顯示了N=8的β、β(1)與β(1)圖形表示。圖2.8N=8的蝶式置換d〕均勻洗牌連接均勻洗牌連接也稱為均勻洗牌置換(perfectshufflepermutation)，正如我們平時玩撲克牌洗牌一樣，它將入線分為兩個局部，每個局部入線數(shù)目相等，同時前一局部和后一局部按順序一個接一個交叉的與出線連接，理想的狀態(tài)是這兩個局部入線數(shù)目相等，然后一個隔一個按順序與出線對應連接，到達洗牌的最好效果，故稱為均勻洗牌置換。均勻洗牌置換一般表示為：δ(xn-1xn-2……x1x0)=xn-2xn-3……x1x0xn-1由此表達式可見均勻洗牌置換是將入線2進制地址循環(huán)左移一位，即得到對應的輸出端2進制地址。還可以定義子洗牌(subshuffle)連接δ(k)與超洗牌(supershuffle)連接δ(k)：δ(k)(xn-1xn-2……xk+1xkxk-1……x1x0)=xn-1xn-2……xk+1xk-1……x1x0xkδ(k)(xn-1xn-2……xn-kxn-k-1xn-k-2……x1x0)=xn-2……xn-kxn-k-1xn-1xn-k-2……x1x0圖2.9顯示了N=8的δ、δ(1)、δ(1)變換圖形。圖2.9N=8的洗牌置換均勻洗牌置換在有些時候也稱為混洗連接，使用非常廣。注意有以下的恒等關(guān)系：δ〔x〕=δ(n-1)〔x〕=δ(n-1)〔x〕δ(0)〔x〕=δ(0)〔x〕=x在應用中廣泛使用的還有逆均勻洗牌置換，它的連接函數(shù)實際上是均勻洗牌置換連接函數(shù)的逆函數(shù)，其定義為：δ-1(xn-1xn-2……x1x0)=x0xn-1xn-2xn-3……x1N=8的逆均勻洗牌置換如圖2.10所示。圖2.10N=8的逆均勻洗牌置換e〕間隔交叉連接間隔交叉連接也稱為方體置換(cubepermutation)，實現(xiàn)了2進制地址編號中第k位位值不同的輸入端和輸出端之間的連接，定義為：Ck(xn-1xn-2……xk+1xkxk-1……x1x0)=xn-1xn-2……xk+1xk-1……x1x0以N=8為例，共有三種方體置換：C0(x2x1x0)=x2x1C1(x2x1x0)=x2x0C2(x2x1x0)=x1x0其圖形表示如圖2.11所示。2.11N=8的方體置換交換單元的性能對于交換單元，我們通過以下幾個指標來描述其特性：〔1〕容量交換單元的容量，包含兩方面的內(nèi)容，一個是交換單元的入線與出線數(shù)目，一個是每條入線上可以送入交換的信息量大小，如模擬信號的帶寬與數(shù)字信號的速率。因此交換單元的容量就是交換單元所有入線可以同時送入的總的信息量?！?〕接口交換單元的各個入線與出線要規(guī)定信號接口標準，如速率大小，信號單、雙向等。如果是有向交換單元，那么就有入線與出線的區(qū)別，且入線與出線的信息傳送方向是單向的，既信息從入線進入然后從出線輸出；如果是無向交換單元，可以說沒有入線或出線的區(qū)別，信息可以經(jīng)過交換單元進行雙向傳送。如果是模擬交換單元，那么只能交換模擬信號；如果是數(shù)字交換單元，只能交換數(shù)字信號，當然有的交換單元既能交換模擬信號，又能交換數(shù)字信號。〔3〕功能交換單元的根本功能是能在入線與出線之間建立連接并傳送信息。從外部看交換單元，主要有3個功能，一個是點到點連接功能，一個是同發(fā)功能，還有一個是播送功能，要根據(jù)實際情況選擇適宜的功能?！?〕質(zhì)量一個交換單元的質(zhì)量主要表達在兩個方面，一個是完成交換功能的能力，它通常指交換單元完成交換動作的速度，以及是否在任何情況下都能完成指定的連接；另一個是信息是否存在損傷，如信息經(jīng)過交換單元的時延。這里要說明的是，信息經(jīng)過交換單元的時延〔從入線進入交換單元到從出線輸出所經(jīng)歷的時間〕是衡量交換單元質(zhì)量的一個重要的指標，時延越短越好。此外，信息經(jīng)交換單元交換時，如果存在出線競爭，交換單元必須設(shè)置相應的措施來保證不喪失信息。如圖2.12所示是S1240數(shù)字程控交換系統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)所采用的交換單元專用芯片，我們習慣上稱它為數(shù)字交換單元〔DigitalSwitchingElement--DSE〕，它有16個雙向端口，每個端口接一條雙向的32路PCM鏈路，這個交換單元的容量為512×512，它的接口為雙向的PCM數(shù)字信號。圖2.12數(shù)字交換單元的性能2.1.2空間交換單元交換單元可以分為空分交換單元與時分交換單元?？辗纸粨Q單元也稱為空間交換單元，一般來說，空間交換單元是由空間上別離的多個小的交換部件或開關(guān)部件按照一定的規(guī)律連接構(gòu)成的。從空間交換單元的內(nèi)部來看，其入線到出線之間存在著多條通路，所有的這些通路可以并行的傳送信息，也就是說從不同入線上來的信息可以并行的交換到不同的出線上去。1、開關(guān)陣列交換單元完成的最根本的功能就是交換。在交換單元內(nèi)部，要把某條入線上的信息交換到某條出線上去，最簡單最直接的方法就是把該入線與該出線在需要的時候直接連接起來。為了做到在需要的時候直接將入線和出線連接起來，人們自然會想到在入線與出線之間加上一個開關(guān)，開關(guān)接通，那么入線與出線連接；開關(guān)斷開，那么入線與出線連接斷開。如此構(gòu)成的交換單元的內(nèi)部就是一個由大量開關(guān)組成的陣列，因此，我們把這樣的交換單元稱為開關(guān)陣列。開關(guān)陣列的開關(guān)一般位于入線與出線的交叉點上，它有兩種狀態(tài)：接通與斷開。圖2.13表示了一個開關(guān)的兩種不同狀態(tài)。如下圖當開關(guān)接通的時候，入線與出線就連接在一起；當開關(guān)斷開的時候入線與出線就不連接。開關(guān)陣列的開關(guān)分為兩種：單向開關(guān)與雙向開關(guān)，單向開關(guān)主要用于有向交換單元，它只允許信息從入線傳送到出線；而雙向開關(guān)一般用于無向交換單元中，它允許信息雙向傳送。圖2.13開關(guān)陣列中的開關(guān)及其兩種狀態(tài)對于一個M×N的有向交換單元，其開關(guān)陣列的實現(xiàn)如圖2.14所示。在入線與出線上的每個交叉點都有一個開關(guān)，且開關(guān)為單向開關(guān)，那么它總共需要M×N個開關(guān)。一般把入線i與出線j交叉點的開關(guān)記為Kij。如果需要將入線i與出線j連接，只要把開關(guān)Kij置為接通狀態(tài)就可以了。圖2.14M×N有向交換單元的開關(guān)陣列實現(xiàn)一個N無向交換單元的開關(guān)陣列實現(xiàn)如圖2.15〔a〕所示。圖2.15〔a〕采用雙向開關(guān)N無向交換單元沒有入線與出線之分，因此無論是橫向還是縱向的信息端，只要編號相同就是同一個信息端，該信息端可以雙向傳送信息。同時其所使用的開關(guān)也是雙向開關(guān)?？梢园褜崿F(xiàn)N無向交換單元的開關(guān)陣列與實現(xiàn)N×N有向交換單元的開關(guān)陣列相比較，它們的功能根本相同，區(qū)別主要是：對于N無向交換單元的開關(guān)陣列，1〕假設(shè)入線i與出線j相連，那么入線j與出線i一定相連；2〕編號相同的入線與出線之間沒有連接關(guān)系。N無向交換單元的開關(guān)陣列，假設(shè)采用雙向開關(guān)實現(xiàn)時，共需要N(N-1)/2個開關(guān)，即有這么多的交叉點。N無向交換單元的開關(guān)陣列假設(shè)采用單向開關(guān)，那么其開關(guān)陣列的實現(xiàn)如圖2.15〔b〕所示?！瞓〕采用單向開關(guān)圖2.15N無向交換單元的開關(guān)陣列實現(xiàn)相同編號的入線和出線的復合構(gòu)成了N無向交換單元的信息端。與N×N有向交換單元的開關(guān)陣列結(jié)構(gòu)相似，只是相同編號的入線和出線不需要連接，故沒有開關(guān)。采用單向開關(guān)實現(xiàn)時，共需要N〔N-1〕個開關(guān)，很明顯其開關(guān)陣列的開關(guān)數(shù)要比采用雙向開關(guān)的多。一個M×N無向交換單元的開關(guān)陣列實現(xiàn)如圖2.16所示。由圖可知，M×N無向交換單元的開關(guān)陣列與M×N有向交換單元的開關(guān)陣列的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)完全相同，所不同的只是其信息端是雙向傳送信息的并且所使用的開關(guān)為雙向的。圖2.16M×N無向交換單元的開關(guān)陣列實現(xiàn)假設(shè)M×N無向交換單元的信息端是由一對單向傳送信息的入線和出線復合而成，那么M×N無向交換單元就有M+N條單向傳送信息的入線和M+N條單向傳送信息的出線，且其開關(guān)陣列的構(gòu)成需采用單向開關(guān)，假設(shè)L=M+N，那么其開關(guān)陣列的另一種實現(xiàn)方式如圖2.17所示，它可看作是L×L有向交換單元的一種局部連通情況。圖2.17M×N無向交換單元的另一種開關(guān)陣列實現(xiàn)如果一個交換單元的每條入線都能夠與每條出線相連接，那么我們稱這個交換單元為全連通交換單元；如果一個交換單元的每條入線只能與局部出線相連接，那么我們稱這個交換單元為非全連通交換單元。圖2.14、圖2.16的交換單元是全連通交換單元，圖2.15、圖2.17的交換單元是非全連通交換單元。在非全連通交換單元的開關(guān)陣列中，如果入線i與出線j不需要連接，那么開關(guān)Kij就不存在，顯然，如果要用開關(guān)陣列實現(xiàn)全連通的交換單元，那么所需要的開關(guān)數(shù)目會比非全連通的多。開關(guān)陣列的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：〔1〕容易實現(xiàn)同發(fā)與播送功能。如果一條入線上的信息要交換到多條出線上，那么只要把這條入線與相應的出線所對應的開關(guān)翻開就可以了，這樣就實現(xiàn)了同發(fā)和播送；反之，如果不允許同發(fā)和播送，那么每一入線與所有出線相對應的開關(guān)只有一個處于連接狀態(tài)即可?！?〕信息從入線到出線具有均勻的單位延遲時間。信息從任一入線到任一出線經(jīng)過的開關(guān)數(shù)是相等的，因而經(jīng)開關(guān)陣列構(gòu)成的交換單元的信息延遲時間是均等的，不存在時延抖動?！?〕開關(guān)陣列的控制簡單。構(gòu)成開關(guān)陣列的每一個開關(guān)都有一個控制端和一個狀態(tài)端，用于控制和反映開關(guān)的通斷情況。開關(guān)的狀態(tài)不外乎“通〞和“斷〞，用兩值信號表示就可以了，因而開關(guān)陣列的控制簡單。〔4〕開關(guān)陣列適合于構(gòu)成較小規(guī)模的交換單元。當交換單元的入線數(shù)M與出線數(shù)N較大時交叉點數(shù)目會迅速增加，那么相應所需要的開關(guān)數(shù)目也會迅速增加。比方要構(gòu)成一個100×80的全連通的有向交換單元，其開關(guān)陣列的開關(guān)數(shù)為8000個之多，這說明實際使用開關(guān)數(shù)的多少反映了開關(guān)陣列實現(xiàn)的復雜度和本錢的上下，所以要盡量減少開關(guān)的數(shù)目?！?〕開關(guān)陣列的性能依賴于所使用的開關(guān)。開關(guān)是雙向的還是單向的，是可傳送模擬信息的還是數(shù)字信息的，是電開關(guān)還是光開關(guān)，決定了所構(gòu)成的交換單元是無向交換單元還是有向交換單元，是可交換模擬信號的交換單元還是可交換數(shù)字信號的交換單元，是電交換單元還是光交換單元。在實際應用中，一般存在三種開關(guān)陣列：繼電器、模擬電子開關(guān)與數(shù)字電子開關(guān)。繼電器一般構(gòu)成小型的交換單元，所構(gòu)成的交換單元是無向的，可交換模擬和數(shù)字信息，其缺點是干擾和噪聲大、動作慢〔ms級〕、體積大〔cm級〕。模擬電子開關(guān)一般由半導體材料制成，只能單向傳送信息，且衰耗和時延較大。但模擬電子開關(guān)的開關(guān)動作比繼電器快得多，構(gòu)成的交換單元與繼電器構(gòu)成的交換單元相比，體積小，一般用來代替繼電器構(gòu)成小型的交換單元。數(shù)字電子開關(guān)由簡單的邏輯門構(gòu)成，開關(guān)動作極快且無信號損失，用于完成數(shù)字信號的交換，目前得到廣泛的應用。另外需要說明的是，開關(guān)陣列的物理實現(xiàn)不一定是由一個一個的開關(guān)構(gòu)成，它可以由多路選擇器構(gòu)成。對一個M×N的交換網(wǎng)絡(luò)，可以由N個M選一的集中器實現(xiàn)，也可以由M個一選N的分路器構(gòu)成，如圖2.18所示。圖2.18開關(guān)陣列的的多路選擇器等效實現(xiàn)2、空間接線器〔1〕根本結(jié)構(gòu)空間接線器主要由交叉點矩陣與一組控制存儲器構(gòu)成，如圖2.19和圖2.20所示圖2.20空間接線器的輸出控制方式圖2.19空間接線器的輸入控制方式空間接線器的交叉點矩陣，即開關(guān)陣列，一般具有相同數(shù)量的入線和出線。一個N×N的空間接線器有N條輸入復用線與N條輸出復用線，N條輸入復用線與N條輸出復用線共同組成了一個開關(guān)陣列，這個開關(guān)陣列有N2個交叉點，每個交叉點有接通與斷開兩種狀態(tài)，這些交叉點的狀態(tài)由該輸入復用線或輸出復用線所對應的控制存儲器來控制。實際的空間接線器的交叉點矩陣多使用選擇器來構(gòu)成，例如一個8×8的空間接線器的交叉點矩陣可由8個8選一的選擇器構(gòu)成。空間接線器的控制存儲器也稱為CM〔ControlMemory〕，它控制每條輸入復用線與輸出復用線上的各個交叉點開關(guān)在什么時候翻開或閉合。空間接線器的控制存儲器的數(shù)量等于輸入線數(shù)或輸出線數(shù)，而每個控制存儲器所含有的單元數(shù)等于輸入線或輸出線所復用的時隙數(shù)。一個N×N的空間接線器，具有N條輸入復用線與N條輸出復用線，那么其需要N個控制存儲器，每個控制存儲器對應一條輸入復用線或輸出復用線，控制該輸入復用線或輸出復用線上的所有交叉點的接續(xù)和斷開。假設(shè)每條復用線上一幀有n個時隙，那么每個控制存儲器就應該具有n個單元。假設(shè)每個控制存儲器單元的比特數(shù)為m，那么m應該滿足2m=N。例如一個4×4的空間接線器，有4條輸入復用線與4條輸出復用線，每條入線與出線復用了32個時隙，那么需要4個控制存儲器，且每個控制存儲器有32個單元，每個單元的大小為2bit?！?〕控制方式空間接線器的控制存儲器控制交叉點矩陣的工作有兩種方式：輸入控制方式與輸出控制方式。如果控制存儲器按照輸入復用線配置，即控制每條輸入復用線上應該翻開的交叉點開關(guān)，我們把這種控制方式叫做輸入控制方式；如果控制存儲器按照輸出復用線配置，即控制每條輸出復用線上應該翻開的交叉點開關(guān)，我們把這種控制方式叫做輸出控制方式?？臻g接線器的這兩種控制方式分別對應了空間接線器的兩種工作方式。①輸入控制方式在輸入控制方式下，控制存儲器的數(shù)量取決于輸入復用線數(shù)，每條輸入復用線對應著相同編號的一個控制存儲器，控制存儲器所含有的單元數(shù)等于輸入復用線所復用的時隙數(shù)，每個存儲器單元的內(nèi)容表示輸入復用線與所有輸出復用線的交叉點開關(guān)，哪一個在該單元所對應的時隙內(nèi)接通。圖2.19為輸入控制方式的空間接線器。該空間接線器的大小為N×N，其控制存儲器有N個，圖中每一列代表一個控制存儲器，用來控制編號相同的輸入復用線上的所有開關(guān)。每個控制存儲器的單元數(shù)為n個，標號為0~n-1，分別對應著TS0~TSn-1。在TS0到來的時候，對于入線0來說，從第0號控制存儲器〔圖中CM左起第一列〕第0號單元〔圖中第一列第一個單元〕讀出數(shù)據(jù)1，說明在TS0到來的時候，應該翻開輸入復用線0與輸出復用線1相交叉的開關(guān)，關(guān)閉其它開關(guān)，使入線0上TS0時隙的信息a交換到出線1的TS0上去?！沧⒁?，空間接線器只能實現(xiàn)不同復用線之間的空間交換，時隙不變〕。由此我們還可以看到，在TS0內(nèi)，入線1上的信息b交換到出線N-1上去，而入線N-1上的信息c交換到出線0上去。各條入線上的TSn-1時隙上的信息同樣在控制存儲器的控制下完成了交換。②輸出控制方式在輸出控制方式下，控制存儲器的數(shù)量取決于輸出復用線的數(shù)量，每條輸出復用線對應著相同編號的一個控制存儲器，控制存儲器所含有的單元數(shù)等于輸出復用線所復用的時隙數(shù)，每個控制存儲器單元的內(nèi)容表示對應輸出復用線上的所有交叉點，哪一個在該單元所對應的時隙內(nèi)接通。圖2.20為輸出控制方式的空間接線器。該空間接線器的大小為N×N，其控制存儲器有N個，圖中每一列代表一個控制存儲器，用來控制編號相同的輸出復用線上的所有開關(guān)。每個控制存儲器的單元數(shù)為n個，標號為0~n-1，分別對應著TS0~TSn-1。在圖中，出線0由第0號控制存儲器〔圖中CM左起第一列〕控制著其與入線的所有交叉點，當TS0到來的時候，其對應的第0號單元〔圖中第一列第一個單元〕的數(shù)據(jù)為1，說明在TS0時隙內(nèi)，應該翻開出線0與入線1相交叉的開關(guān)，關(guān)閉其它開關(guān)，使入線1上TS0時隙的信息b交換到出線0的TS0上去。由此我們還可以看到，在TS0內(nèi)，入線0上的信息a交換到出線N-1上去，而入線N-1上的信息c交換到出線1上去?？臻g接線器不管工作在哪種方式下，都具有如下的特點：①只完成空間交換，不進行時隙的交換。即完成輸入復用線與輸出復用線相同時隙內(nèi)信息的空間交換。②空間接線器按時分方式工作。空間交換單元的輸入線和輸出線都是時分復用線，交叉點矩陣的各個開關(guān)均按照復用時隙而高速接通和閉合，因而我們說它按照時分方式工作?？臻g接線器一般用于構(gòu)成數(shù)字交換系統(tǒng)中的交換網(wǎng)絡(luò)，用來完成對PCM信號的交換。2.1.3時分交換單元1、時分交換單元的一般構(gòu)成相對于空間交換單元而言，時分交換單元的內(nèi)部只存在一條唯一的通路，該通路由輸入復用線上的各個子信道分時共享，從入線上來的各個子信道的信息都必須通過這個唯一的通路才能完成交換。通常人們按照時分交換單元內(nèi)這個唯一的公共通路是存儲器還是總線，將時分交換單元劃分為兩種類型：共享存儲器型交換單元與共享總線型交換單元?！?〕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2.21所示。該交換單元具有N路輸入信號與N路輸出信號，作為交換單元核心局部的存儲器被劃分為N個區(qū)域，N路輸入信號被放在存儲器的N個區(qū)域中，然后不同區(qū)域的N路信號被讀出，形成N路輸出信號。圖2.21共享存儲器型交換單元的一般結(jié)構(gòu)通常共享存儲器有兩種工作方式：輸入緩沖方式與輸出緩沖方式。輸入緩沖方式是指存儲器中N個區(qū)域是與N路輸入信號一一對應的，即0~N-1路輸入信息分別對應存放在存儲器的0~N-1個區(qū)域中，并在適當?shù)臅r候輸出到目的輸出信道上去。輸出緩沖方式是指存儲器中N個區(qū)域是與N路輸出信號一一對應的，即存儲器的0~N-1個區(qū)域分別對應0~N-1路輸出信息。從不同輸入信道來的信息如果要交換到輸出信道中，那么就把信息放在這個輸出信道所對應的存儲器的相應區(qū)域中，當輸出時刻到來時輸出信息?！?〕共享總線型交換單元共享總線型交換單元的一般結(jié)構(gòu)如圖2.22所示，總線型交換單元有N條入線與N條出線，每條入線都經(jīng)過各自的輸入部件連接到總線上去，同時每條出線也都經(jīng)過各自的輸出部件連接到總線上去。圖2.22共享總線型交換單元一般結(jié)構(gòu)共享總線的工作原理是把總線的工作時間劃分為N個時間片〔我們稱其為時隙〕，在每一個時隙內(nèi)把總線分給相應入線所對應的輸入部件，同時當一個輸入部件獲得總線上的輸入時隙后，就把入線上的信息送到總線上去，與此同時，信息的目的出線相對應的輸出部件將總線上的信息讀入，然后從出線上輸出信息。輸入部件的功能是接收入線信號，進行信號的格式變換，在相應時隙到來時將輸入信號發(fā)送到總線上去，因此為暫時存儲輸入線上的連續(xù)信號，輸入部件一般具有緩沖存儲器。設(shè)輸入部件每隔τ時間獲得一個時隙，輸入端輸入的信號速率為V比特/秒，那么輸入部件緩沖存儲器的容量至少應為Vτ比特。輸出部件的功能是檢測總線上的信號，將屬于本端口的信息讀出，進行格式變換，在出線上輸出。由于出線上輸出的是連續(xù)的比特流，因此輸入部件應設(shè)置緩沖存儲器。設(shè)輸出部件每隔τ時間獲得一組信息量，且該組信息量為常數(shù)，輸出端輸出的信號速率為V比特/秒，那么輸出部件的緩沖存儲器的容量至少應為Vτ比特?？偩€主要包括數(shù)據(jù)總線和控制總線，總線的寬度是指所包含的信號線數(shù)，由于數(shù)據(jù)線數(shù)的多少與交換單元的容量密切相關(guān)，因此通常把總線含有的數(shù)據(jù)線數(shù)叫做總線的寬度。設(shè)總線型交換單元有N條入線，每條入線上傳送的同步時分復用信號的速率為V，那么總線上的信號速率就是NV，因此當N增大時，總線上傳送的信息速率會增大，該速率以及入、出線控制電路的工作速率是有極限的，因此入出線數(shù)以及所傳送的信號速率不能超過一定的值。由于上述因素的限制，設(shè)總線上的一個時隙長度不能超過T，并且在一個時隙中只能傳送B個比特，那么有以下等式成立：kNV=B/T其中k為總線時隙分配規(guī)那么因子，當采用簡單的固定分配時隙規(guī)那么時，k=1；當采用復雜的按需分配時隙規(guī)那么時，k<1。1/k反映了總線的利用程度。我們可以通過增加B、減少T以及減少k來增加交換單元的容量。增加B，最直接的方法就是增加總線的寬度，即增加數(shù)據(jù)線的數(shù)量，但這會使交換單元變得復雜。減少T，最直接的方法就是使用快速的器件尤其是較高存儲速率的存儲器。2、時間接線器時間接線器也稱為T接線器，它是一個典型的共享存儲器型的交換單元，它的輸入是一條同步時分復用線〔簡稱為入復用線〕，同時它的輸出也是一條同步時分復用線〔簡稱為出復用線〕。時間接線器主要應用在數(shù)字交換系統(tǒng)中，用于完成一條同步時分復用線上各個時隙之間話音信息的交換。〔1〕根本結(jié)構(gòu)時間接線器由話音存儲器〔SpeechMemory--SM〕與控制存儲器〔ControlMemory--CM〕構(gòu)成，如圖2.23所示。圖2.23時間接線器其中話音存儲器用來暫時存放數(shù)字編碼的話音信息，話音存儲器大小與入復用線〔或出復用線〕上的時隙數(shù)相關(guān)，如果一條入復用線〔或出復用線〕上有n個時隙，那么話音存儲器相對應必須有n個單元，由于每個時隙上傳輸?shù)氖?位編碼，因此話音存儲器每個單元的大小也應該是8位。例如一個時間接線器它的入復用線〔或出復用線〕上的時隙數(shù)為512，那么該接線器的話音存儲器有512個存儲單元，每個單元的大小為8比特，話音存儲器的容量為512×8比特?？刂拼鎯ζ饔脕砜刂圃捯舸鎯ζ鞯淖x或?qū)?，它存放的?nèi)容是話音存儲器在當前時隙內(nèi)應該寫入或讀出的地址。控制存儲器與話音存儲器的大小相等，假設(shè)話音存儲器有n個單元，那么控制存儲器也應該有n個單元，不過每個單元的大小與控制存儲器的單元數(shù)目n有關(guān)系，設(shè)控制存儲器每個單元為c比特，那么c至少應該滿足條件2c=n，才能控制尋址到話音存儲器的所有單元，假設(shè)輸入輸出復用線上的時隙數(shù)為512，那么話音存儲器就應具有512個單元，控制存儲器也具有512個單元，且每個單元為9比特，控制存儲器的容量就應該為512×9比特?！?〕控制方式控制存儲器對話音存儲器的控制方式分為：輸出控制方式與輸入控制方式。(1)輸出控制方式在輸出控制方式下，時間接線器入復用線上來的信息按照時隙號順序?qū)懭朐捯舸鎯ζ飨鄬膯卧校吹趇路時隙的8比特話音存入話音存儲器地址為i的單元。同時對于出復用線來說，第j個時隙到來的時候，總要從話音存儲器中某個單元讀出信息放到復用線上傳輸，而從話音存儲器中所要讀出的這個單元的地址就存儲在控制存儲器第j個單元中。在圖2.23〔a〕中，第k個時隙到來的時候，從入復用線上來的信息a存儲在話音存儲器中的第k個單元中，當?shù)趇個時隙到來時，從控制存儲器第i個單元中讀出地址k，用這個地址訪問話音存儲器第k個單元，讀出信息a，如此完成了入復用線上k時隙到出復用線上i時隙的信息交換，這種將輸入線信息順序?qū)懭朐捯舸鎯ζ髦?，在輸出時隙到來時控制讀出的工作方式就是輸出控制方式。圖2.24描述了一幀有4個時隙的同步時分復用線上各時隙話音信息的交換過程。我們看到入復用線上的TS0、TS1、TS2、TS3分別交換到出復用線上的TS3、TS2、TS1、TS0，接線器采用輸出控制方式。

圖2.24時間接線器的輸出控制方式在TS0到來時，在該時隙的前半周期，入復用線上TS0的話音信息a被寫入話音存儲器中的第0號單元中，同時控制單元將控制內(nèi)容3寫入控制存儲器0號單元中；在該時隙的后半周期，控制存儲器讀出單元0的內(nèi)容3，以此作為讀取話音存儲器的地址，讀出話音存儲器3號單元的話音d，因而在出復用線的TS0輸出話音d；……當TS3到來時，在該時隙的前半周期，入復用線上TS3的話音信息d被寫入話音存儲器中的第3號單元中，同時控制單元將控制內(nèi)容0寫入控制存儲器3號單元中；在該時隙的后半周期，控制存儲器讀出單元3的內(nèi)容0，以此作為讀取話音存儲器的地址，讀出話音存儲器0號單元的話音a，因而在出復用線的TS3輸出話音a。通過上述過程的描述，我們看到入復用線TS0在完成與出復用線TS3的信息交換時，在TS0將信息a寫入話音存儲器后，需要經(jīng)過3個時隙的延遲時間在TS3才能將信息從話音存儲器讀出。交換過程中信息延遲的最好情況是在寫入時隙的下一個時隙立即讀出，最壞情況是在寫入時隙的前一個時隙讀出，有將近1幀的延遲。此外我們注意到，在一個時隙內(nèi)話音存儲器和控制存儲器都要完成讀寫各一次的操作，當輸入輸出線上信號傳送的速率增大時，那么時隙間隔縮小，這就要求存儲器讀寫速率足夠的快，由于電子器件的操作速度是有限的，因而交換單元輸入線和輸出線上信號的速率是有極限的。②輸入控制方式如果時間接線器工作在輸入控制方式下，當入復用線上第i個時隙到來時，接線器從控制存儲器第i個單元讀出一個地址j，該地址是話音存儲器存儲i時隙信息的地址，隨后接線器把輸入復用線上第i個時隙的信息存儲在話音存儲器的j單元，對于出復用線來說，當?shù)趈個時隙到來的時候，話音存儲器j單元的信息被順序讀出。在圖2.23〔b〕中，當?shù)趉個時隙到來時，首先從控制存儲器第k個單元中讀出地址i，將入復用線上來的信息a存儲在話音存儲器中的第i個單元中，當?shù)趇個時隙到來時，出復用線順序從話音存儲器中讀出信息a，如此完成了入復用線上k時隙到出復用線上i時隙的信息交換，這種將輸入線信息控制寫入話音存儲器中，在輸出時隙到來時順序讀出的工作方式就是輸入控制方式。圖2.25描述了采用輸入控制方式的時間接線器圖2.25時間接線器的輸入控制方式將入復用線上的TS0、TS1、TS2、TS3分別交換到出復用線上的TS3、TS2、TS1、TS0的過程，與前面圖2.24所介紹的輸出控制方式相似，該方法在交換過程中同樣存在著時間延遲，而且在一個時隙內(nèi)話音存儲器和控制存儲器分別讀寫各一次，只不過在一個時隙的前半周期，控制存儲器是寫操作，話音存儲器是讀操作；而在后半周期，控制存儲器是讀操作，話音存儲器是寫操作。輸出控制方式實際上是采用輸入緩沖的共享存儲器型交換單元，它的工作方式可以簡單地描述為：順序?qū)懭?，控制讀出。輸入控制方式實際上是采用輸出緩沖的共享存儲器型交換單元，它的工作方式可以簡單的描述為：控制寫入，順序讀出。對于時間接線器，我們應注意以下三點：a〕時間接線器的控制存儲器是由控制單元寫入數(shù)據(jù)的，實際上控制存儲器〔CM〕就相當于一條同步時分復用線上各個時隙之間信息交換的交換控制表，向控制存儲器寫入不同的控制信息，就能實現(xiàn)不同時隙間信息的交換。b〕話音存儲器需要在一個時隙內(nèi)完成一次讀操作與一次寫操作，控制存儲器也要在一個時隙內(nèi)至少完成一次讀操作〔如果控制單元向控制存儲器寫數(shù)據(jù)，那么控制存儲器還必須在一個時隙內(nèi)完成一次讀操作與一次寫操作〕，所以構(gòu)成時間接線器的話音存儲器與控制存儲器的訪問速度必須能滿足在一個時隙內(nèi)各完成一次讀寫操作。c〕經(jīng)過時間接線器交換的信息存在著時延，時延最好的情況是入復用線上第i個時隙的信息要交換到出復用線第i+1個時隙〔只經(jīng)過1個時隙的時延〕，時延最壞的情況是入復用線上第i個時隙的信息要交換到出復用線上第i-1個時隙，那么從入復用線上來的第i個時隙的信息將會存儲在話音存儲器中，直到下一幀第i-1個時隙到來時，才從出復用線上輸出，其時延為n-1個時隙的時間〔n為1幀的時隙數(shù)〕。3、數(shù)字交換單元數(shù)字交換單元〔DSE〕是共享總線型交換單元的典型代表，可以用來組成大規(guī)模的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)〔DSN〕。〔1〕DSE的結(jié)構(gòu)DSE可完成16條雙向PCM復用線之間的信息交換。DSE結(jié)構(gòu)如圖2.26所示，它的內(nèi)部有16個雙向端口，每個雙向端口接一條雙向32路的PCM線路，每路子信道16bit，該條PCM線路速率為4096Kbit/s，這16個雙向端口通過一條時分復用總線〔TDM〕連接在一起。圖2.26數(shù)字交換單元結(jié)構(gòu)把這16個端口從0到15編號，把每個雙向的端口分為RX〔PCM鏈路接收局部〕與TX〔PCM鏈路的發(fā)送局部〕兩個局部，并且16個雙向端口的RX與TX分別從0到15編號。其中RX由輸入同步器、端口存儲器與信道存儲器三個局部組成；TX由話音存儲器、端口比較器與發(fā)送控制器三個局部構(gòu)成。其中RX的輸入同步器用于完成輸入信息的幀同步和位同步；端口存儲器有32個單元，每個單元與該RX上輸入PCM的32個時隙相對應，單元大小為4bit，用來存儲目的端口號；信道存儲器也具有32個單元，每個單元5bit，用來存儲目的信道號。此外，TX的話音存儲器有32個單元，每個單元16bit，用來存儲TX上PCM線路相應時隙所要輸出的數(shù)據(jù)；端口比較器將TDM上的端口號與本端口號相比較，以確定數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)是否是到本端口的；發(fā)送控制器用于TX內(nèi)部控制。DSE中TDM時分復用總線主要包括這樣幾種總線1〕16位的數(shù)據(jù)總線，用來傳遞PCM鏈路上每個時隙的16位數(shù)據(jù)，它將RX的輸入同步器與TX的話音存儲器連在一起，數(shù)據(jù)總線由16個RX分時復用；2〕4位的端口總線〔共16個端口〕，用來連接RX的端口RAM、TX的端口比較器與TX的發(fā)送控制器；3〕5位的信道總線〔PCM鏈路共32個時隙，即32個信道〕，用來連接RX的信道存儲器與TX的發(fā)送控制器。此外還有控制總線、時鐘線、證實線等?！?〕工作原理PCM鏈路有32個時隙，即32個信道，注意它的每個信道傳輸16比特的信息，在這16bit的信息中，除了8bit的用戶話音/數(shù)據(jù)信息外，還包括了用于選路的控制信息，我們一般把這16bit的信息稱為信道字，DSE就是根據(jù)從PCM鏈路接收到的信道字進行工作的。信道字主要有以下四種類型：選擇信道字：由端口號，信道號構(gòu)成，說明該路信號要交換到哪個端口的哪個信道上去，一般用來建立連接；數(shù)據(jù)信道字：包含了話音與數(shù)據(jù)信息，一般只用到了16bit中的8位，用來傳送數(shù)據(jù)；置閑信道字：使占用的話路置為空閑，用來撤除已經(jīng)建立的連接。換碼信道字：用于表示信道字中有處理機傳送的控制信息。下面舉例說明DSE的工作原理，見圖2.27。假設(shè)RX5的PCM線路時隙5〔信道5〕上的信息a要交換到TX8上的時隙19〔信道19〕上輸出，那么交換的過程如下：圖2.27DSE信息交換過程1〕當RX5的TS5處于空閑狀態(tài)的時候，從PCM鏈路TS5上收到選擇信道字，其中包括了該信道上的信息要交換到的目的地址：端口8的TS19；2〕RX5將接收到的選擇信道字中的端口號8送到端口總線上，當TX8的端口比較器從端口總線上得到數(shù)據(jù)與自己的端口號8比較成功后，通過證實線向RX5回送一個證實消息；3〕當RX5收到TX8的證實后，把選擇信道字中的端口號存入端口存儲器中的第5個單元〔單元號與時隙號相對應〕，同時把信道號19存入信道存儲器中的第5單元〔單元號與時隙號相對應〕。這樣，在DSE內(nèi)部，RX5的第5個信道〔TS5〕就與TX8的第19個信道〔TS19〕之間建立了一條內(nèi)部通道；4〕當RX5在TS5上接收到數(shù)據(jù)信道字后，從端口存儲器第5個單元讀出里面的內(nèi)容8送到端口總線上去，從信道存儲器第5個單元讀出里面的內(nèi)容19送到信道總線上去，說明RX5的TS5上信息要交換到TX8的TS19上去，同時將數(shù)據(jù)信道字中的信息a送到數(shù)據(jù)總線上去；5〕當TX8把端口總線上的數(shù)據(jù)8與自己的端口號相比較，發(fā)現(xiàn)一致后，先從信道總線上讀出信道號19，把數(shù)據(jù)總線上的信息a存放到話音存儲器的第19個單元〔也就是從信道總線上讀出的信道號所對應的單元〕中；當TX8上TS19到來的時候，就將話音存儲器中的第19個單元的信息a放到PCM線上輸出，從而完成交換。實際上在這里話音存儲器的工作方式是：控制寫入、順序讀出?！?〕當信息交換完畢后，RX5的TS5上接收到置閑信道字后，就把該信道置為空閑，直到下次再收到選擇信道字重新建立內(nèi)部通道。通過以上對DSE工作原理的介紹，我們知道DSE具有建立、保持、撤除其內(nèi)部通道的功能，并且能夠在已建立好的內(nèi)部通道上進行信息交換。DSE是比較復雜的交換單元，它不僅能完成不同復用線之間信息的交換，還能完成不同時隙之間的信息交換，即它同時具有空間交換功能和時間交換功能，因而我們也稱其為時空結(jié)合交換單元。2.2交換網(wǎng)絡(luò)2.2.1交換網(wǎng)絡(luò)的根本概念交換網(wǎng)絡(luò)的根本結(jié)構(gòu)如圖2.28所示，可以說交換網(wǎng)絡(luò)是由交換單元按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)擴展而成的，這樣構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)也稱為互連網(wǎng)絡(luò)。交換網(wǎng)絡(luò)從外部看，也是有一組輸入端與一組輸出端，我們將其分別稱為交換網(wǎng)絡(luò)的入線與交換網(wǎng)絡(luò)的出線，如果交換網(wǎng)絡(luò)有M條入線與N條出線，我們把這個交換網(wǎng)絡(luò)稱為M×N的交換網(wǎng)絡(luò)。圖2.28交換網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)交換網(wǎng)絡(luò)也有多種分類方法，下面我們來看看交換網(wǎng)絡(luò)的分類。〔1〕單級交換網(wǎng)絡(luò)與多級交換網(wǎng)絡(luò)單級交換網(wǎng)絡(luò)是由一個或者多個位于同一級的交換單元所構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)，即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)過一個交換單元，并且當同一級有多個交換單元構(gòu)成時，不同交換單元的入線與出線之間可建立連接。圖2.29所示就是一個基于均勻洗牌交換的單級交換網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由四個2×2的交換單元構(gòu)成，需要交換的信息從入線到出線只經(jīng)過一個交換單元，并且這四個交