《電信交換基礎(chǔ)》課件

電信交換基礎(chǔ)電信交換技術(shù)是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一，它使人們能夠輕松地進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)和其他信息的傳輸。課程簡(jiǎn)介課程目標(biāo)掌握電信交換系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)，了解交換技術(shù)的演變歷史和發(fā)展趨勢(shì)。理解不同類型交換系統(tǒng)的原理和應(yīng)用，為深入學(xué)習(xí)電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。課程內(nèi)容涵蓋交換系統(tǒng)概述、電路交換與分組交換、線路交換與報(bào)文交換、TDM與FDM技術(shù)、PSTN交換系統(tǒng)、ISDN交換技術(shù)、移動(dòng)通信網(wǎng)交換技術(shù)、下一代網(wǎng)絡(luò)NGN交換技術(shù)等內(nèi)容。交換系統(tǒng)概述電話交換機(jī)電話交換機(jī)是連接電話線，實(shí)現(xiàn)電話呼叫的關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)交換機(jī)數(shù)據(jù)交換機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和路由功能。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是通信網(wǎng)絡(luò)中重要的數(shù)據(jù)交換設(shè)備。電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程早期電話網(wǎng)絡(luò)早期電話網(wǎng)絡(luò)主要以電路交換技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)語音通信。電話機(jī)通過電話線連接到交換機(jī)，用戶撥打電話時(shí)，交換機(jī)建立起一條電路連接。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)興起隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字交換機(jī)開始應(yīng)用于電信網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字交換機(jī)可以處理數(shù)字信號(hào)，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸效率和可靠性。移動(dòng)通信發(fā)展移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展帶來了手機(jī)的普及，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的建立改變了人們的通信方式，也推動(dòng)了電信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。互聯(lián)網(wǎng)的融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電信網(wǎng)絡(luò)的融合，推動(dòng)了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的帶寬不斷提升，用戶體驗(yàn)得到顯著改善。未來發(fā)展趨勢(shì)未來，電信網(wǎng)絡(luò)將朝著更加智能化、融合化、泛在化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。電路交換與分組交換1電路交換電路交換是一種傳統(tǒng)的交換技術(shù)，它在數(shù)據(jù)傳輸前建立一條專用的物理連接，類似于電話網(wǎng)絡(luò)。2分組交換分組交換將數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)包，并通過網(wǎng)絡(luò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，不需要建立專用的物理連接。3電路交換的優(yōu)點(diǎn)電路交換提供了穩(wěn)定的帶寬和低延遲，適用于實(shí)時(shí)通信，例如語音通話和視頻會(huì)議。4分組交換的優(yōu)點(diǎn)分組交換利用網(wǎng)絡(luò)資源更有效率，支持多用戶共享網(wǎng)絡(luò)帶寬，適用于數(shù)據(jù)傳輸和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。線路交換與報(bào)文交換線路交換線路交換是一種早期的交換技術(shù)，在通信期間，它將兩個(gè)用戶之間建立一條物理連接。通話持續(xù)時(shí)間，這條線路被占用。報(bào)文交換報(bào)文交換將信息分成數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包通過不同的路徑傳輸，并在目的地重新組裝。數(shù)據(jù)包可以在網(wǎng)絡(luò)中等待可用路線，并且它們不必按順序到達(dá)。應(yīng)用場(chǎng)景線路交換適用于實(shí)時(shí)語音通信，而報(bào)文交換更適合數(shù)據(jù)通信，例如電子郵件、文件傳輸?shù)?。交換系統(tǒng)的基本原理連接建立用戶請(qǐng)求建立連接，交換系統(tǒng)分配資源，建立用戶之間的通信路徑。數(shù)據(jù)傳輸用戶數(shù)據(jù)通過交換系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，交換系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)。連接釋放通信結(jié)束后，用戶釋放連接，交換系統(tǒng)回收資源，終止通信路徑。交換系統(tǒng)的基本功能1連接功能交換系統(tǒng)提供用戶之間連接，完成呼叫建立和數(shù)據(jù)傳輸，例如電話網(wǎng)絡(luò)中的語音呼叫和互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸。2路由功能交換系統(tǒng)選擇最佳路徑，例如在呼叫過程中將信號(hào)路由到目的地，或者在互聯(lián)網(wǎng)中將數(shù)據(jù)包路由到目標(biāo)地址。3控制功能交換系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)資源，例如分配帶寬，管理用戶賬戶，處理網(wǎng)絡(luò)故障，并確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。4信息處理功能交換系統(tǒng)處理各種信息，例如用戶號(hào)碼、呼叫信息、數(shù)據(jù)包等，進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢、傳輸?shù)炔僮?。TDM時(shí)分交換技術(shù)TDM（TimeDivisionMultiplexing）時(shí)分復(fù)用技術(shù)是將一條物理線路按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片，并依次分配給多個(gè)用戶，每個(gè)用戶在各自的時(shí)間片內(nèi)獨(dú)占整條線路。TDM技術(shù)可以有效地提高線路利用率，是傳統(tǒng)的電話交換系統(tǒng)的主要交換技術(shù)。時(shí)分交換技術(shù)具有以下特點(diǎn)：線路利用率高、成本低、易于實(shí)現(xiàn)，但也有缺點(diǎn)，如帶寬利用率低、傳輸效率低、靈活性差。FDM頻分交換技術(shù)FDM頻分交換技術(shù)是一種將信道劃分為多個(gè)頻帶的技術(shù)。每個(gè)頻帶分配給一個(gè)用戶，用戶可以在自己的頻帶上傳輸數(shù)據(jù)。FDM技術(shù)常用于電話網(wǎng)絡(luò)和有線電視系統(tǒng)中。11個(gè)頻率22個(gè)用戶33個(gè)信道44個(gè)頻帶交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成交換系統(tǒng)通常由多個(gè)子系統(tǒng)組成，以完成不同的功能。這些子系統(tǒng)包括交換機(jī)、控制系統(tǒng)、信令系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、維護(hù)系統(tǒng)等。交換機(jī)是交換系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)連接線路并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)負(fù)責(zé)管理整個(gè)交換系統(tǒng)的運(yùn)行，包括線路分配、呼叫處理、故障診斷等。交換子系統(tǒng)的構(gòu)成交換機(jī)處理電話呼叫的連接和路由，確保信號(hào)順利傳輸?？刂葡到y(tǒng)管理交換機(jī)的運(yùn)行，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)和故障處理。信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)交換機(jī)之間的通信，協(xié)調(diào)呼叫建立、釋放等操作，保證通信的可靠性和效率。信令系統(tǒng)與控制系統(tǒng)信令系統(tǒng)信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)在交換機(jī)之間傳輸控制信息。包括呼叫建立、呼叫連接、呼叫釋放等。信令系統(tǒng)使用專門的信令通道，獨(dú)立于語音或數(shù)據(jù)通道?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理交換機(jī)的整體運(yùn)行。包括資源分配、路由選擇、故障處理等?？刂葡到y(tǒng)使用中央處理單元（CPU）和軟件來實(shí)現(xiàn)其功能。PSTN公共電話網(wǎng)概述PSTN是傳統(tǒng)的公共電話網(wǎng)絡(luò)，是固定電話服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。它使用電路交換技術(shù)，為用戶提供語音通話服務(wù)，并支持各種附加功能，例如呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待等。PSTN交換系統(tǒng)的構(gòu)成交換機(jī)PSTN的核心組件，負(fù)責(zé)連接用戶線路、處理呼叫連接、進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。傳輸網(wǎng)絡(luò)連接交換機(jī)和用戶線路，提供信號(hào)傳輸通道，包括光纖、銅線等。信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)呼叫建立、控制和釋放，例如呼叫號(hào)碼傳送、計(jì)費(fèi)信息傳遞。PSTN信令系統(tǒng)的功能呼叫建立和連接信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)建立和連接電話呼叫，并分配網(wǎng)絡(luò)資源。呼叫控制和管理信令系統(tǒng)提供呼叫控制功能，例如呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持和呼叫等待。用戶身份驗(yàn)證和計(jì)費(fèi)信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)驗(yàn)證用戶身份并記錄呼叫時(shí)長(zhǎng)，用于計(jì)費(fèi)和管理。網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和故障處理信令系統(tǒng)可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并提供故障診斷和處理功能。ISDN綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，是一種基于數(shù)字技術(shù)，提供多種業(yè)務(wù)的綜合性通信網(wǎng)絡(luò)。ISDN在傳統(tǒng)電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上，使用數(shù)字信號(hào)傳輸語音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)，并提供更快的傳輸速率和更高的通信質(zhì)量。ISDN采用面向連接的通信模式，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式，并提供多種用戶接入方式，包括基本速率接口（BRI）和主速率接口（PRI）。ISDN的交換技術(shù)電路交換ISDN使用電路交換技術(shù)來建立連接，保證話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。電路交換技術(shù)在連接建立時(shí)，將通信雙方分配給專用的物理線路，在通話過程中一直保持連接，即使沒有數(shù)據(jù)傳輸，線路也占用著資源。分組交換ISDN還使用分組交換技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分成固定長(zhǎng)度的“分組”，并在網(wǎng)絡(luò)中通過不同的路徑傳輸。分組交換技術(shù)可以有效利用線路資源，減少傳輸延遲，提高傳輸效率。信令技術(shù)ISDN使用基于信令技術(shù)的控制方法來管理交換過程。信令系統(tǒng)負(fù)責(zé)建立和釋放連接，傳遞呼叫信息，以及進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理等操作。移動(dòng)通信網(wǎng)概述移動(dòng)通信網(wǎng)，又稱為蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，是利用無線電波進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)通信網(wǎng)可分為GSM、CDMA、TD-SCDMA、LTE、5G等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。移動(dòng)通信網(wǎng)具有移動(dòng)性、靈活性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的重要通信基礎(chǔ)設(shè)施。移動(dòng)通信網(wǎng)的交換技術(shù)移動(dòng)交換中心(MSC)MSC是移動(dòng)通信網(wǎng)的核心交換設(shè)備，負(fù)責(zé)處理移動(dòng)用戶的呼叫連接、移動(dòng)管理、位置更新等功能?；究刂破?BSC)BSC負(fù)責(zé)管理和控制基站，分配無線資源，處理用戶數(shù)據(jù)和信令。分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)PDN負(fù)責(zé)為移動(dòng)用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。移動(dòng)交換中心(MSC)MSC負(fù)責(zé)處理移動(dòng)用戶的呼叫連接、移動(dòng)管理、位置更新等功能。下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）是基于IP技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)，融合了語音、數(shù)據(jù)、視頻等各種業(yè)務(wù)，并具有可擴(kuò)展性、靈活性和開放性等特點(diǎn)。NGN的交換技術(shù)特點(diǎn)11.多媒體支持NGN支持語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種媒體類型，為用戶提供更加豐富的通信服務(wù)。22.靈活的接入方式NGN支持各種接入方式，包括固定電話、移動(dòng)電話、無線網(wǎng)絡(luò)等。33.基于IP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NGN采用基于IP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加靈活，管理更加便捷。44.開放的網(wǎng)絡(luò)接口NGN提供開放的網(wǎng)絡(luò)接口，支持多種應(yīng)用和服務(wù)的接入。交換系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)高速數(shù)據(jù)處理交換系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)，對(duì)CPU、存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)接口卡等硬件性能提出很高要求。軟件架構(gòu)軟件架構(gòu)決定了交換系統(tǒng)的性能、可靠性和可擴(kuò)展性，例如面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)、分布式架構(gòu)等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換系統(tǒng)需要支持各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如TCP/IP、ATM、IP、MPLS等，以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通。安全性交換系統(tǒng)需要保障數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和可用性，并采用各種安全技術(shù)，例如身份驗(yàn)證、加密和防火墻。交換系統(tǒng)的性能指標(biāo)指標(biāo)說明容量處理能力吞吐量單位時(shí)間內(nèi)處理的呼叫數(shù)時(shí)延呼叫建立所需時(shí)間阻塞率呼叫失敗的概率可靠性運(yùn)行穩(wěn)定性安全性數(shù)據(jù)保護(hù)交換系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)向高性能、高可靠性發(fā)展交換系統(tǒng)正朝著更高性能、更高可靠性的方向發(fā)展，以滿足日益增長(zhǎng)的通信需求。向軟件化和虛擬化發(fā)展軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)推動(dòng)交換系統(tǒng)向軟件化和虛擬化發(fā)展，提高靈活性和可擴(kuò)展性。向智能化和自適應(yīng)發(fā)展人工智能技術(shù)應(yīng)用于交換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化管理、優(yōu)化資源分配，提高網(wǎng)絡(luò)效率。向5G和下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)的到來對(duì)交換系統(tǒng)提出了更高的要求，推動(dòng)交換系統(tǒng)向高速率、低延遲、高容量方向發(fā)展。交換系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例交換系統(tǒng)是現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分。它們用于連接用戶，路由呼叫，并提供各種通信服務(wù)。交換系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，例如固定電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)接入、數(shù)據(jù)中心等。它們?cè)诂F(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。學(xué)習(xí)思考與討論本節(jié)課主要介紹了電信交換的基礎(chǔ)知識(shí)。通過學(xué)習(xí)，我們了解了交換系統(tǒng)的基本概念、工作原理、類型和發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，我們還學(xué)習(xí)了公共電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)等不同網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)。通過對(duì)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可以加深對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和運(yùn)作機(jī)制的理解。討論話題交換技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)是什么？5G技術(shù)對(duì)交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)有何影響？云計(jì)算和邊緣計(jì)算如何改變交換系統(tǒng)的架構(gòu)？總結(jié)與展望交換技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)交換技術(shù)不斷演進(jìn)，朝著更高帶寬、更低延遲、更靈活、更安全的方向發(fā)展，以滿足未來網(wǎng)絡(luò)的各種需求。未來應(yīng)用場(chǎng)景交換技術(shù)將廣泛應(yīng)用于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域，為各種應(yīng)用提供可靠的連