《電信交換基礎》課件

電信交換基礎電信交換技術是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的核心技術之一，它使人們能夠輕松地進行語音、數(shù)據(jù)和其他信息的傳輸。課程簡介課程目標掌握電信交換系統(tǒng)基礎知識，了解交換技術的演變歷史和發(fā)展趨勢。理解不同類型交換系統(tǒng)的原理和應用，為深入學習電信網(wǎng)絡技術奠定基礎。課程內容涵蓋交換系統(tǒng)概述、電路交換與分組交換、線路交換與報文交換、TDM與FDM技術、PSTN交換系統(tǒng)、ISDN交換技術、移動通信網(wǎng)交換技術、下一代網(wǎng)絡NGN交換技術等內容。交換系統(tǒng)概述電話交換機電話交換機是連接電話線，實現(xiàn)電話呼叫的關鍵設備。數(shù)據(jù)交換機數(shù)據(jù)交換機連接網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和路由功能。網(wǎng)絡交換機網(wǎng)絡交換機是通信網(wǎng)絡中重要的數(shù)據(jù)交換設備。電信網(wǎng)絡發(fā)展歷程早期電話網(wǎng)絡早期電話網(wǎng)絡主要以電路交換技術為基礎，實現(xiàn)語音通信。電話機通過電話線連接到交換機，用戶撥打電話時，交換機建立起一條電路連接。數(shù)字網(wǎng)絡興起隨著數(shù)字技術的發(fā)展，數(shù)字交換機開始應用于電信網(wǎng)絡。數(shù)字交換機可以處理數(shù)字信號，提高了網(wǎng)絡傳輸效率和可靠性。移動通信發(fā)展移動通信技術的發(fā)展帶來了手機的普及，移動網(wǎng)絡的建立改變了人們的通信方式，也推動了電信網(wǎng)絡的進一步發(fā)展。互聯(lián)網(wǎng)的融合互聯(lián)網(wǎng)技術與電信網(wǎng)絡的融合，推動了數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展，網(wǎng)絡的帶寬不斷提升，用戶體驗得到顯著改善。未來發(fā)展趨勢未來，電信網(wǎng)絡將朝著更加智能化、融合化、泛在化的方向發(fā)展，實現(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，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。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)絡路由器轉發(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)點電路交換提供了穩(wěn)定的帶寬和低延遲，適用于實時通信，例如語音通話和視頻會議。4分組交換的優(yōu)點分組交換利用網(wǎng)絡資源更有效率，支持多用戶共享網(wǎng)絡帶寬，適用于數(shù)據(jù)傳輸和互聯(lián)網(wǎng)應用。線路交換與報文交換線路交換線路交換是一種早期的交換技術，在通信期間，它將兩個用戶之間建立一條物理連接。通話持續(xù)時間，這條線路被占用。報文交換報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)絡中等待可用路線，并且它們不必按順序到達。應用場景線路交換適用于實時語音通信，而報文交換更適合數(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)進行傳輸，交換系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)路由和轉發(fā)。連接釋放通信結束后，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)包路由到目標地址。3控制功能交換系統(tǒng)管理網(wǎng)絡資源，例如分配帶寬，管理用戶賬戶，處理網(wǎng)絡故障，并確保網(wǎng)絡穩(wěn)定運行。4信息處理功能交換系統(tǒng)處理各種信息，例如用戶號碼、呼叫信息、數(shù)據(jù)包等，進行存儲、查詢、傳輸?shù)炔僮鳌DM時分交換技術TDM（TimeDivisionMultiplexing）時分復用技術是將一條物理線路按時間分成若干個時間片，并依次分配給多個用戶，每個用戶在各自的時間片內獨占整條線路。TDM技術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。時分交換技術具有以下特點：線路利用率高、成本低、易于實現(xiàn)，但也有缺點，如帶寬利用率低、傳輸效率低、靈活性差。FDM頻分交換技術FDM頻分交換技術是一種將信道劃分為多個頻帶的技術。每個頻帶分配給一個用戶，用戶可以在自己的頻帶上傳輸數(shù)據(jù)。FDM技術常用于電話網(wǎng)絡和有線電視系統(tǒng)中。11個頻率22個用戶33個信道44個頻帶交換系統(tǒng)的結構組成交換系統(tǒng)通常由多個子系統(tǒng)組成，以完成不同的功能。這些子系統(tǒng)包括交換機、控制系統(tǒng)、信令系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、維護系統(tǒng)等。交換機是交換系統(tǒng)的核心，負責連接線路并進行數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)負責管理整個交換系統(tǒng)的運行，包括線路分配、呼叫處理、故障診斷等。交換子系統(tǒng)的構成交換機處理電話呼叫的連接和路由，確保信號順利傳輸?？刂葡到y(tǒng)管理交換機的運行，監(jiān)控設備狀態(tài)，實現(xiàn)系統(tǒng)維護和故障處理。信令系統(tǒng)負責交換機之間的通信，協(xié)調呼叫建立、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)負責在交換機之間傳輸控制信息。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，獨立于語音或數(shù)據(jù)通道?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)負責管理交換機的整體運行。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，是固定電話服務的基礎設施。它使用電路交換技術，為用戶提供語音通話服務，并支持各種附加功能，例如呼叫轉移、呼叫等待等。PSTN交換系統(tǒng)的構成交換機PSTN的核心組件，負責連接用戶線路、處理呼叫連接、進行信號轉換。傳輸網(wǎng)絡連接交換機和用戶線路，提供信號傳輸通道，包括光纖、銅線等。信令系統(tǒng)負責呼叫建立、控制和釋放，例如呼叫號碼傳送、計費信息傳遞。PSTN信令系統(tǒng)的功能呼叫建立和連接信令系統(tǒng)負責建立和連接電話呼叫，并分配網(wǎng)絡資源。呼叫控制和管理信令系統(tǒng)提供呼叫控制功能，例如呼叫轉移、呼叫保持和呼叫等待。用戶身份驗證和計費信令系統(tǒng)負責驗證用戶身份并記錄呼叫時長，用于計費和管理。網(wǎng)絡維護和故障處理信令系統(tǒng)可以監(jiān)控網(wǎng)絡狀態(tài)，并提供故障診斷和處理功能。ISDN綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN是綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)，是一種基于數(shù)字技術，提供多種業(yè)務的綜合性通信網(wǎng)絡。ISDN在傳統(tǒng)電話網(wǎng)的基礎上，使用數(shù)字信號傳輸語音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務，并提供更快的傳輸速率和更高的通信質量。ISDN采用面向連接的通信模式，支持點對點和點對多點的通信方式，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的交換技術電路交換ISDN使用電路交換技術來建立連接，保證話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。電路交換技術在連接建立時，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來傳輸數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分成固定長度的“分組”，并在網(wǎng)絡中通過不同的路徑傳輸。分組交換技術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ISDN使用基于信令技術的控制方法來管理交換過程。信令系統(tǒng)負責建立和釋放連接，傳遞呼叫信息，以及進行網(wǎng)絡管理等操作。移動通信網(wǎng)概述移動通信網(wǎng)，又稱為蜂窩移動通信網(wǎng)，是利用無線電波進行通信的網(wǎng)絡。移動通信網(wǎng)可分為GSM、CDMA、TD-SCDMA、LTE、5G等技術標準。移動通信網(wǎng)具有移動性、靈活性、可擴展性等特點，已成為現(xiàn)代社會不可或缺的重要通信基礎設施。移動通信網(wǎng)的交換技術移動交換中心(MSC)MSC是移動通信網(wǎng)的核心交換設備，負責處理移動用戶的呼叫連接、移動管理、位置更新等功能?；究刂破?BSC)BSC負責管理和控制基站，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負責為移動用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務，支持移動互聯(lián)網(wǎng)應用。移動交換中心(MSC)MSC負責處理移動用戶的呼叫連接、移動管理、位置更新等功能。下一代網(wǎng)絡（NGN）下一代網(wǎng)絡（NGN）是基于IP技術的下一代網(wǎng)絡，融合了語音、數(shù)據(jù)、視頻等各種業(yè)務，并具有可擴展性、靈活性和開放性等特點。NGN的交換技術特點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。22.靈活的接入方式NGN支持各種接入方式，包括固定電話、移動電話、無線網(wǎng)絡等。33.基于IP的網(wǎng)絡架構NGN采用基于IP的網(wǎng)絡架構，使得網(wǎng)絡結構更加靈活，管理更加便捷。44.開放的網(wǎng)絡接口NGN提供開放的網(wǎng)絡接口，支持多種應用和服務的接入。交換系統(tǒng)的關鍵技術高速數(shù)據(jù)處理交換系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)，對CPU、存儲器和網(wǎng)絡接口卡等硬件性能提出很高要求。軟件架構軟件架構決定了交換系統(tǒng)的性能、可靠性和可擴展性，例如面向對象的設計、分布式架構等。網(wǎng)絡協(xié)議交換系統(tǒng)需要支持各種網(wǎng)絡協(xié)議，例如TCP/IP、ATM、IP、MPLS等，以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的互聯(lián)互通。安全性交換系統(tǒng)需要保障數(shù)據(jù)的機密性、完整性和可用性，并采用各種安全技術，例如身份驗證、加密和防火墻。交換系統(tǒng)的性能指標指標說明容量處理能力吞吐量單位時間內處理的呼叫數(shù)時延呼叫建立所需時間阻塞率呼叫失敗的概率可靠性運行穩(wěn)定性安全性數(shù)據(jù)保護交換系統(tǒng)的發(fā)展趨勢向高性能、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，以滿足日益增長的通信需求。向軟件化和虛擬化發(fā)展軟件定義網(wǎng)絡（SDN）和網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）技術推動交換系統(tǒng)向軟件化和虛擬化發(fā)展，提高靈活性和可擴展性。向智能化和自適應發(fā)展人工智能技術應用于交換系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化管理、優(yōu)化資源分配，提高網(wǎng)絡效率。向5G和下一代網(wǎng)絡發(fā)展5G網(wǎng)絡的到來對交換系統(tǒng)提出了更高的要求，推動交換系統(tǒng)向高速率、低延遲、高容量方向發(fā)展。交換系統(tǒng)應用實例交換系統(tǒng)是現(xiàn)代電信網(wǎng)絡的核心組成部分。它們用于連接用戶，路由呼叫，并提供各種通信服務。交換系統(tǒng)應用廣泛，例如固定電話網(wǎng)絡、移動電話網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)接入、數(shù)據(jù)中心等。它們在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著至關重要的作用。學習思考與討論本節(jié)課主要介紹了電信交換的基礎知識。通過學習，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。同時，我們還學習了公共電話網(wǎng)、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)和移動通信網(wǎng)等不同網(wǎng)絡的交換技術。通過對本節(jié)內容的學習，可以加深對電信網(wǎng)絡架構和運作機制的理解。討論話題交換技術的未來發(fā)展趨勢是什么？5G技術對交換系統(tǒng)設計有何影響？云計算和邊緣計算如何改變交換系統(tǒng)的架構？總結與展望交換技術發(fā)展趨勢交換技術不斷演進，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)絡的各種需求。未來應用場景交換技術將廣泛應用于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等領域，為各種應用提供可靠的連