《數(shù)字交換與交換機》課件

數(shù)字交換與交換機數(shù)字交換技術(shù)是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)之一。它通過將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行處理和交換,實現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。交換機作為數(shù)字交換系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,擔負著整個網(wǎng)絡(luò)通信的樞紐功能。數(shù)字交換技術(shù)概述數(shù)字化轉(zhuǎn)換數(shù)字交換技術(shù)將模擬語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行處理和傳輸。靈活性提升數(shù)字交換技術(shù)可以提供更多功能和更靈活的服務(wù)?？煽啃栽鰪姅?shù)字交換系統(tǒng)具有更高的抗干擾能力和更強的抗故障性。成本效益數(shù)字交換設(shè)備的成本越來越低,且具有更高的性能。數(shù)字交換機的工作原理1信號采集數(shù)字交換機首先采集輸入的模擬信號,并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。2時分復(fù)用數(shù)字信號被切分成多個時間片,實現(xiàn)對多路信號的同時傳輸。3空間交換交換機根據(jù)呼叫信息,把每個時間片切換到對應(yīng)的輸出端口。4信號輸出輸出端口接收到交換后的數(shù)字信號,并將其轉(zhuǎn)換回模擬信號。數(shù)字交換機的工作原理是將輸入的模擬信號數(shù)字化,利用時分復(fù)用技術(shù)對多路信號進行同時傳輸,并通過空間交換將每路信號切換到對應(yīng)的輸出端口。最后交換機將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換回模擬信號,完成整個交換過程。數(shù)字交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)基本元素數(shù)字交換系統(tǒng)由交換機、信令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和管理系統(tǒng)等基本元素組成，用于實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換和傳輸。功能模塊交換系統(tǒng)包含控制模塊、交換模塊、語音編解碼模塊和信令處理模塊等功能模塊，協(xié)同工作實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)交換。信令機制系統(tǒng)采用專用信令網(wǎng)絡(luò)來處理呼叫建立、維護和拆除等信令流程，確保數(shù)據(jù)交換的及時性和準確性。空間交換網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)切換空間交換網(wǎng)絡(luò)通過物理連接在不同端口之間切換信號傳輸路徑。交叉連接信號在不同端口之間進行物理交叉連接以實現(xiàn)高效切換。網(wǎng)絡(luò)拓撲空間交換網(wǎng)絡(luò)通常采用星型或菊花鏈等拓撲結(jié)構(gòu)以提高靈活性。時分交換網(wǎng)絡(luò)時間分割時分交換通過將時間信號分割為多個時間段來實現(xiàn)多個通道的共享傳輸。每個用戶獲得固定的時間槽來進行通信。信號同步時分交換網(wǎng)絡(luò)需要精確的時間同步,確保每個用戶只在分配的時間槽內(nèi)傳輸數(shù)據(jù),避免時間沖突。結(jié)構(gòu)優(yōu)勢時分交換能夠充分利用帶寬資源,實現(xiàn)多路復(fù)用,同時具有較高的安全性和可靠性。動態(tài)調(diào)度交換機可以根據(jù)實際需求動態(tài)分配時間槽,提高整體網(wǎng)絡(luò)的利用率和效率。數(shù)字交換系統(tǒng)的功能模塊交換模塊負責實現(xiàn)呼叫的連接和切換,是數(shù)字交換系統(tǒng)的核心功能。信令模塊處理呼叫接入、呼叫控制和呼叫釋放等信令協(xié)議,確保交換過程順暢。語音編碼模塊對語音信號進行數(shù)字編碼和壓縮,以提高傳輸效率和減少帶寬占用。管理模塊負責系統(tǒng)的配置、監(jiān)控和故障診斷,確保交換系統(tǒng)的可靠運行。呼叫處理流程呼入請求用戶通過電話、網(wǎng)絡(luò)等方式發(fā)起呼叫請求。路由尋址交換機根據(jù)呼叫信息查找目標用戶地址并建立連接路徑。資源分配交換機動態(tài)分配所需的網(wǎng)絡(luò)通道、處理器等資源。信號傳輸建立連接通道后,雙方用戶開始語音通話或數(shù)據(jù)交換。呼叫結(jié)束通話結(jié)束后,交換機釋放占用的系統(tǒng)資源。時分復(fù)用技術(shù)原理概述時分復(fù)用技術(shù)通過將時間劃分為多個時間片,使多個信號在同一信道中傳輸,提高了信道利用率。執(zhí)行過程在發(fā)送端,將數(shù)據(jù)流劃分成時間片并分別調(diào)度到不同的時間槽;在接收端,則按順序接收并還原數(shù)據(jù)流。優(yōu)勢與應(yīng)用時分復(fù)用技術(shù)可以顯著提高信道利用率,廣泛應(yīng)用于數(shù)字語音、視頻等領(lǐng)域的信號傳輸。技術(shù)發(fā)展隨著通信技術(shù)進步,時分復(fù)用技術(shù)也不斷演化,為現(xiàn)代數(shù)字交換系統(tǒng)提供有力支撐。交換機內(nèi)部總線交換機內(nèi)部總線是連接各功能模塊的高速傳輸通道。它負責高速傳輸數(shù)據(jù)包和控制信號,確保交換機內(nèi)部各功能單元之間的高效協(xié)作?？偩€的寬度、時鐘頻率和拓撲結(jié)構(gòu)是影響交換機性能的關(guān)鍵因素。高性能交換機通常采用總線與網(wǎng)格相結(jié)合的混合架構(gòu),以實現(xiàn)高帶寬、低時延的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?？偩€結(jié)構(gòu)簡單高效,網(wǎng)格結(jié)構(gòu)則能提升擴展性和可靠性。虛電路交換和分組交換虛電路交換在虛電路交換中,交換機在通信過程中為每個數(shù)據(jù)流分配一條專用的虛擬通信通路,稱為虛電路。這種方式保證了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)順序性。分組交換分組交換將數(shù)據(jù)流拆分成多個小數(shù)據(jù)包,獨立路由和傳輸。雖然無法保證質(zhì)量和順序,但分組交換更靈活、效率更高。對比虛電路交換適用于實時服務(wù),如語音和視頻。分組交換適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),如互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。兩種技術(shù)各有優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)。電路交換與分組交換的比較特點電路交換分組交換傳輸方式建立專用通信線路數(shù)據(jù)打包成分組傳輸傳輸效率傳輸效率較低傳輸效率較高資源利用率資源利用率較低資源利用率較高延遲延遲較低延遲較高應(yīng)用場景實時通信、電話數(shù)據(jù)傳輸、互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代交換技術(shù)的發(fā)展趨勢1軟交換技術(shù)軟交換技術(shù)將交換功能從專用硬件分離,采用通用服務(wù)器和軟件實現(xiàn),提高了靈活性和可編程性。2SDN和NFV技術(shù)Software-DefinedNetworking和NetworkFunctionsVirtualization技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)功能更加靈活和可編程。3全IP化網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)全面向IP化發(fā)展,基于IP協(xié)議的交換成為主流,融合語音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸。45G技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)帶來更高帶寬、更低時延和海量連接的優(yōu)勢,為交換技術(shù)提供新的發(fā)展機遇。語音編碼技術(shù)數(shù)字化將模擬語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式以便存儲和傳輸。編碼壓縮利用語音信號的特性進行編碼壓縮,減小數(shù)字語音的碼率。分析合成通過分析語音信號特征,采用合成方法重建語音,實現(xiàn)高效編碼。語音識別將語音信號轉(zhuǎn)換為文字,實現(xiàn)人機交互和語音控制功能。語音數(shù)字化1模擬信號采樣將連續(xù)的模擬語音信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號,使其可以被數(shù)字設(shè)備處理和傳輸。2量化和編碼將采樣后的數(shù)字信號量化為一系列有限的離散電平,并用二進制編碼表示。3編碼算法優(yōu)化采用不同的編碼算法,如PCM、ADPCM等,進一步提高數(shù)字語音信號的編碼效率。數(shù)字信號處理技術(shù)數(shù)字信號處理算法數(shù)字信號處理技術(shù)采用專門設(shè)計的算法,如傅里葉變換、濾波、編碼等,來實現(xiàn)對數(shù)字信號的高效處理和分析。專用集成電路針對數(shù)字信號處理的特殊需求,設(shè)計了專用的集成電路芯片,如數(shù)字信號處理器(DSP)及ASIC芯片,實現(xiàn)高性能和低功耗的數(shù)字信號處理。音頻處理應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于音頻信號的采集、編碼、傳輸和解碼等,為高質(zhì)量的數(shù)字音頻體驗奠定基礎(chǔ)。交換系統(tǒng)信令技術(shù)信令網(wǎng)絡(luò)信令網(wǎng)絡(luò)通過獨立的信令通道傳輸控制信息,確保了語音通道的獨立性和實時性。信令協(xié)議常見的信令協(xié)議包括SS7、ISDN等,定義了信令消息格式和交互流程。信令功能信令技術(shù)支持呼叫建立、維護、釋放,以及用戶身份認證、計費等功能。信令交換信令交換器負責信令消息的路由和分發(fā),協(xié)調(diào)各節(jié)點間的信令交互。軟交換技術(shù)軟交換架構(gòu)軟交換架構(gòu)將交換功能分離為控制面和傳輸面,利用標準的計算機和通信技術(shù)實現(xiàn)更加靈活和可擴展的交換系統(tǒng)。軟交換設(shè)備軟交換設(shè)備包括媒體網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)和呼叫代理服務(wù)器等,它們協(xié)同工作實現(xiàn)電路交換和分組交換的融合。軟交換系統(tǒng)功能軟交換系統(tǒng)提供呼叫控制、資源管理、業(yè)務(wù)計費等功能,支持語音、視頻和數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù),具有高度靈活性。下一代網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)云計算下一代網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)利用云計算提供按需計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源，提高交換機靈活性和擴展性。軟件定義網(wǎng)絡(luò)通過分離控制平面和數(shù)據(jù)平面實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的軟件化和虛擬化，提高網(wǎng)絡(luò)的可編程性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，支持更智能的交換機決策和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。5G技術(shù)5G的高帶寬、低時延和大連接能力為下一代交換技術(shù)提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐。交換系統(tǒng)的擴展性交換系統(tǒng)的擴展性是指系統(tǒng)在硬件和軟件方面具有良好的可擴展性和升級性。這意味著交換系統(tǒng)可以根據(jù)需求動態(tài)擴大或縮小網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、增加或減少用戶數(shù)量、提升處理能力和吞吐量。良好的擴展性讓交換系統(tǒng)能夠隨時根據(jù)實際需求進行升級和改造,滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求,避免頻繁更換設(shè)備導(dǎo)致的高成本和中斷服務(wù)的風險。這是現(xiàn)代交換系統(tǒng)設(shè)計的一個重要指標。交換系統(tǒng)的可靠性99.999%正常運行時長交換系統(tǒng)目標是每年只有5分鐘的停機時間24/7全天候服務(wù)交換系統(tǒng)應(yīng)能提供持續(xù)不間斷的服務(wù)10^-9錯誤率交換系統(tǒng)的信號處理錯誤概率應(yīng)小于10億分之一交換系統(tǒng)的可靠性是保證通信業(yè)務(wù)正常運行的核心指標。系統(tǒng)應(yīng)具有極高的正常運行時長、全天候服務(wù)能力和極低的信號處理錯誤概率。這需要在設(shè)計、部署和維護各方面嚴格把控,確保交換系統(tǒng)的最佳性能。交換系統(tǒng)的可維護性交換系統(tǒng)的可維護性是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行并快速響應(yīng)用戶需求的關(guān)鍵。這需要在系統(tǒng)設(shè)計、部署和運維等各個階段采取措施,提升交換系統(tǒng)的可靠性和可服務(wù)性。主要措施包括:模塊化設(shè)計、熱插拔配件、自動故障診斷、遠程維護等。此外,還需要制定完善的運維管理制度,培訓(xùn)專業(yè)的維護人員,建立健全的備件供應(yīng)體系。交換系統(tǒng)的性能指標響應(yīng)時間從用戶發(fā)起請求到系統(tǒng)響應(yīng)的時間延遲?？焖夙憫?yīng)時間是關(guān)鍵要求。吞吐量系統(tǒng)在單位時間內(nèi)能處理的數(shù)據(jù)量。要能處理大量并發(fā)請求。可靠性系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和故障恢復(fù)能力。確保用戶體驗不受干擾?？蓴U展性系統(tǒng)在用戶和流量增加時仍能保持良好性能。支持線性擴展。不同交換機的比較1交換機性能不同型號的交換機在速度、端口數(shù)量、交換容量等方面有顯著差異。高端交換機通常具有更強的性能。2交換機功能高端交換機通常具備更豐富的功能,如虛擬局域網(wǎng)、端口聚合、流量監(jiān)控等,滿足更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)需求。3成本與投資高性能高功能的交換機通常價格較高,需要更多的初始投資。中低端交換機性價比更好。4可擴展性模塊化設(shè)計的交換機可以根據(jù)需求動態(tài)擴展端口數(shù)量和交換容量,靈活性更強。PSTN交換網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）是傳統(tǒng)的公共電話交換網(wǎng)絡(luò),采用電路交換技術(shù),為用戶提供電話通話服務(wù)。它是基于模擬技術(shù)的老式電話系統(tǒng),由電話機、傳輸線路、交換機等設(shè)備組成。架構(gòu)與特點PSTN網(wǎng)絡(luò)采用分層的層次化設(shè)計,由本地局域網(wǎng)、長途網(wǎng)絡(luò)和國際網(wǎng)絡(luò)三個層次組成。其特點是延遲小、可靠性高,但擴展性和靈活性較弱。應(yīng)用場景PSTN網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于固定電話、傳統(tǒng)語音通訊服務(wù),為用戶提供呼叫建立、語音編碼解碼等功能。盡管逐漸被新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所取代,但仍在一些地區(qū)發(fā)揮重要作用。發(fā)展趨勢隨著VoIP、5G等新技術(shù)的興起,PSTN網(wǎng)絡(luò)正逐步向數(shù)字化和智能化演進,最終與新型網(wǎng)絡(luò)融合,為用戶提供更加豐富的通信服務(wù)。移動通信交換網(wǎng)絡(luò)移動核心網(wǎng)移動通信網(wǎng)絡(luò)的核心部分,負責管理用戶信息、呼叫路由和資源分配等關(guān)鍵功能。蜂窩網(wǎng)絡(luò)由基站組成,為移動用戶提供無縫覆蓋和漫游服務(wù)。終端設(shè)備移動通信網(wǎng)絡(luò)的終端,包括手機、平板電腦等,實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)等服務(wù)。信令網(wǎng)絡(luò)負責移動用戶認證、呼叫設(shè)置、資源分配等信令控制功能?；ヂ?lián)網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)互連互聯(lián)網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)是通過各種協(xié)議和標準將不同網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施。它使電子設(shè)備能夠相互通信和共享信息。靈活性互聯(lián)網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)具有很強的靈活性和擴展性,可以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和業(yè)務(wù)需求。核心功能它主要負責數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和路由,以及網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控等核心功能。發(fā)展趨勢隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)正朝著更加智能化、自動化的方向演進。交換網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢1向IP協(xié)議轉(zhuǎn)型傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)逐步向基于IP協(xié)議的分組交換網(wǎng)絡(luò)演化,提高網(wǎng)絡(luò)靈活性和帶寬利用率。2云計算與SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)技術(shù)與云計算的融合,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)調(diào)配和靈活管控。3融合與智能化多業(yè)務(wù)融合和人工智能技術(shù)的應(yīng)用,使交換網(wǎng)絡(luò)具備智能調(diào)度和自動優(yōu)化功能。4光電融合光電子技術(shù)的深度融合,推動交換設(shè)備向高速、高密度和低功耗發(fā)展。交換技術(shù)在未來網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用智能城市交換技術(shù)將支持智能城市中的各種應(yīng)用,如交通管理、能源調(diào)度和遠程醫(yī)療,提高城市運行效率。5G網(wǎng)絡(luò)5G技術(shù)依賴高性能交換機支持海量設(shè)備連接、低時延和高可靠性,實現(xiàn)移動通信向智能化轉(zhuǎn)型。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用交換技術(shù)將連接日常生活中的各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,支撐智能家居、可