2014-2015网络通信原理_3公用交换电话网

网络通信原理（三）2014级研究生课程2020年1月1SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网(PSTN)2020年1月2SCUTDT&PLabsCopyright公用电话交换网(PSTN)PSTN的典型结构PSTN的程控交换机基本结构PSTN的信号及呼叫过程PSTN的数据传输PSTN的演进技术3.公用交换电话网华南理工大学2020年1月3SCUTDT&PLabsCopyright公用交换电话网(PSTN)PSTN：PublicSwitchedTelephoneNetwork）PSTN：特指传统的有线公用交换电话网PSTN的发展：人工交换:一种完全由呼叫用户与接线员间通过语言交流和手动接插完成的交换；机电制交换:由呼叫用户的摘机、挂机和拨号脉冲等信号控制继电器和机械接触器动作实现的交换；电子的布线逻辑控制交换:以电子元件作为切换的控制部件，一种从机电制交换到程序控制交换过渡阶段的交换技术；程控交换：基于计算机，由程序控制实现的一种交换；基于IP的交换：……。华南理工大学2020年1月4SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网程控交换特点：交换过程完全由计算机控制完成；交换的部件由集成电路元件实现。华南理工大学2020年1月5SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN的五级典型结构我国PSTN网络的典型五级机构：第一、二、三和四级为长途交换中心；第五级为由端局组成的本地交换中心。结构：(1)终端设备以星形方式连接到端局；(2)第二、三和四级的中继/交换节点和端局节点间则以树形结构的形式逐级汇聚接入到主干网；(3)主干网络采用网状结构。华南理工大学2020年1月6SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网华南理工大学2020年1月7SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN的典型结构华南理工大学2020年1月8SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN话音与信令的路由选择策略PSTN网络是一个多跳的网络，话音或信令的传输均有路由选择的问题。路由选择的一般原则：(1)首先选择可直达的路由；(2)当直达路由不可用时，选择第一迂回路由；(3)当第一迂回路由也不可用时，再选择优先级别次高的第二迂回路由；以此类推，直到确定合适的路由为止。示例：端局A1与A2之间直达路由为A1—A2；第一迂回路由为A1—B2—A2；第二迂回路由为A1—B1—B2—A2；第三迂回路由则为A1—B1—C1—B2—A2；…；等等华南理工大学2020年1月9SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN的简化二级结构省内和省际的两级网络平面上分别构成网状的结构以减少长途话务的转接次数；在两省和省内网络平面的节点间，可设置直达路由，提高系统的传输效率。华南理工大学2020年1月10SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN程控交换机的基本结构PSTN程控交换机的基本结构(1)用户电路:用于实现端局的交换机与用户电话机之间的连接；主要功能：提供用户电话机的馈电；过压保护；检测电话的状态（摘机或挂机）和线上的信号（拨号音或脉冲）；向被叫用户发送振铃信号；编解码（CODEC）以完成模数或数模变换；混合（2/4）以实现用户线上的模拟2线和数字交换所需的4线间的转换等。华南理工大学2020年1月11SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网2020年1月12SCUTDT&PLabsCopyrightPSTN程控交换机的基本结构(2)出中继器与入中继器:交换机与交换机之间的接口。基本功能：时钟同步；帧或者复帧信号的同步；码型变化；局间信令的插入与提取等。(3)中央控制系统和控制电路:根据用户的拨号信息、中继线上的局间信令，执行程控交换机设定的操作。3.公用交换电话网华南理工大学2020年1月13SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN程控交换机的基本结构(4)交换网络:由硬件构成的时分交换电路或者空分交换电路，或者是时分与空分组合构成的交换电路。交换网络根据控制系统发出的指令完成交换操作:端局的交换网络操作:将从编码器获得的特定用户音频数据的代码，放置到连接建立时预定的输出帧时隙内，同时将输入帧特定时隙获取的代码送到解码器上进行解码，通过用户电路传输给用户。中继局的交换网络操作：完成用户呼叫连接建立时预定的输入帧与输出帧之间时隙交换。交换操作(1)时隙交换：不同帧与时隙之间的交换；(2)空分交换：不同线路之间的交换。华南理工大学2020年1月14SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PCME1基群复帧信号复帧：一个复信号帧包含了16帧用户的语音信号样值、复帧同步、帧同步、话路信号码等，组成一个完整的信令周期；(1)话路信号中的话路信号码用于指示特定时隙中对应的话路当前的工作状态。(2)在每一帧中都包含30个话路的各一个时隙，一个时隙中可容纳一个8比特的抽样量化值，即一个PCM码组。(3)一个基群信号帧的时间长度为125us，对应8KHz采样信号的采样周期。华南理工大学2020年1月15SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PCME1基群复帧信号华南理工大学2020年1月16SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN网络的呼叫过程PSTN的呼叫是一种面向连接的通信过程，一次呼叫中信号的交互和通话的基本流程可由下图描述。局间信令如果采用的是共路信令，信令间的交换过程通过专门的信令网来实现华南理工大学2020年1月17SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN网络上的数据传输PSTN的接入网的传输信道由双绞线铜缆组成的，双绞线在300到3400Hz频谱段，信号的衰减最小，适合信号能量主要集中在这一频段的语言信号。普通电话机信号通过双绞线到达端局的传输距离可达3到5公里。但如果在这样的传输距离直接传送数字基带信号，则比特速率通常最多只能达到若干Kbps。通过PSTN网络传输数据，在接入网加入调制解调器(Modem),将数据通过多进制的载波调制方式来传输。采用Modem，接入网的传输速率可达到几十Kbps。Modem是一种自适应的设备，可根据实际可使用的传输速率典型的传输速率等级为9.6Kbps、14.4Kbps、28.8Kbps和56Kbps等。华南理工大学2020年1月18SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN的演进技术(窄带)综合业务数字网（ISDN：IntegratedServicesDigitalNetwork）ISDN的定义：为了传输数字信号，由数字交换机及数字信道构成的综合数字网，此网可提供电话和各类数据的传输服务。ISDN的涵义：业务的综合：通过一根nB+D的数据线连接的网络终端，可以提供包括数字电话、数字传真、可视电话、计算机和其他各类数字终端接入网络的服务；网络的综合，通过本地交换机，本地系统可以接入不同的网络系统：程控交换机构成的电话交换网络；专门的电路交换网络；分组交换网络等等。华南理工大学2020年1月19SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网PSTN的演进技术ISDN的系统结构：华南理工大学2020年1月20SCUTDT&PLabsCopyright3.公用交换电话网2020年1月21SCUTDT&PLabsCopyrightPSTN的演进技术ISDN的接口：NT1：nB+D方式，B通常一个64Kbps的数据信道，D是16Kbps或者64Kbps的信令信道。最高可提供基群数据速率（E1-2.048Mbps/T1-1.544Mbps。为用户数据和网络信令的传输提供透明的传输通道，实现用户线的物理连接、信号传输、定时、馈电和线路的维护监控等功能；NT2：实现符合ISDN标准的用户终端数据的集中（复接和分接）等功能；终端适配器TA：将非标准的终端变换为满足ISDN标准的终端；用户线集线器：nB+D传输线与本地交换机LS的接口。3.公用交换电话网华南理工大学2020年1月22SCUTDT&PLabsCopyrightPSTN的演进技术ISDN的协议：(1)信令系统采用可支持多种业务传输的Q.700系列建议，即所谓的7号信令方式。处理包括电话和数据等业务的传输交换，以及进行系统的维护和管理的协议规范。通过专门的共路信令网，实现传输与控制分离。(2)协议参考模型ISDN系统的协议包含：物理层数据链路层网络层的相关协议。3.公用交换电话网华南理工大学2020年1月23SCUTDT&PLabsCopyrightPSTN的演进技术协议参考模型(续)若在B信道或者D信道采用分组交换，继续沿用X.25协议；若在B信道采用电路交换或者专线的方式，则仅仅为用户提供透明的传输通道，报文或帧的格式完全由用户自行定义。3.公用交换电话网网络层链路层物理层OSI分组交换专线电路交换分组交换呼叫控制D信道B信道用户-用户信令第1层(I.430，I.431)第2层(I.440/441)*I.450、451ISDN协议X.25第3级第3层*X.25第2级X.25第3级华南理工大学2020年1月24SCUTDT&PLabsCopyrightPSTN的演进技术ISDN的综合服务的两个特点：(1)端到端的数字通信传输服务，在用户与网络之间，已经完全去除了原来电话机到端局间的模拟信号传输部分，服务性能得到更好的保障；(2)综合的业务服务，用户通过申请一个nB+D的端口，可以得到一个（n×64+16/64）Kbps数据率的综合传输信道。示例：用户申请一个2B+D的端口，在端口上可以同时接入多达8个包括数字电话、数字传真等不同设备；其中2个64Kbps的数字终端可以同时独立地工作，另外16Kbps的信道除了传输有关的控制信令外，还可为用户提供分组交换的传输服务。3.公用交换电话网2020年1月SCUTDT&PLabsCopyright25华南理工大学PSTN的演进技术ISDN与其他网络的互连互通功能ISDN与电话网间可实现网间的互连互通，除了可以保证ISDN用户与普通电话网的用户互通外，还可以将电话网作为ISDN的中继网络；利用ISDN可实现25分组网用户间的互联互通。3.公用交换电话网NT2NT1TADTENTnB+DISDNPSPDNX.75(分组交换网网间互连协议)X.25(用户-网络间分组交换协议)DTEX.252020年1月SCUTDT&PLabsCopyright26华南理工大学PSTN的演进技术智能网(IN：IntelligentNetwork)技术:一种在PSTN网络平台上发展起来的新的技术和应用。智能网技术的典型应用(1)企事业单位为公众提供的商业咨询或在线技术支持的800号、400号业务等，这些通常都是被叫付费的通信服务；(2)用户个人预付费的呼叫卡200号业务，这种业务为用户在普通的市话服务中拨打本地的或长途的电话带来的很大的便利；(3)各种类型的呼叫业务转移业务，这种服务可以为离开家居或者办公室的用户方便的接听固话的来电；(4)各种声讯的信息查询服务业务;等等。3.公用交换电话网2020年1月SCUTDT&PLabsCopyright27华南理工大学PSTN的演进技术智能网的基本组成和结构SW：程控交换机；SSP:业务交换点；SCP：业务控制点；STP：信令转接点。3.公用交换电话网SWSSPSWSWSSPSWIPSCPSCESMSDBSTP2020年1月SCUTDT&PLabsCopyright28华南理工大学PSTN的演进技术智能网的主要功能组件(1)智能外设(IP)IP可提供语音合成、语音编解码、语音识别等各种所需的信号处理功能；(2)业务管理系统(SMS)SMS提供业务数据、用户数据和业务量管理等功能；(3)业务生成环境(SCE)SCE是智能