现代交换原理 电子教案

现代交换原理第1章概论1第1章概论1.1通信网与交换1.2通信交换的基本技术1.3交换技术分类现代交换原理第1章概论2通信的目的：实现信息的传递与处理。通信系统组成1）终端。2）传输媒介。3）信息转接设备。1.1通信网与交换现代交换原理第1章概论3点对点通信系统：通信网：1.1通信网与交换终端终端传输媒介用户线终端用户接口网络内部链路信息转接设备用户线现代交换原理第1章概论4例：多台交换机组成的网络1.1通信网与交换用户终端汇接交换机用户线本地交换机中继线现代交换原理第1章概论5对于上例，当网络进一步扩大时，可将若干台汇接交换机通过更高一级的汇接交换机连接，如此重复，最终形成一个树形的等级制网络。例如我国的公用电话网：1.1通信网与交换本地网长途网国际网用户用户端局汇接局四级交换中心三级交换中心二级交换中心一级交换中心国际出入口局现代交换原理第1章概论6在交换式通信网中，交换机是必不可少的信息转接设备,其组成通常包括：1）接口2）互连网络3）控制系统所涉及的基本技术包括：1）接口技术2）互连技术3）信令技术4）控制技术上述技术也是交换式通信网络中所涉及的一些典型技术1.2通信交换的基本技术互连网络控制系统接口用户线中继线现代交换原理第1章概论7交换机一般都具有用户接口和中继接口，分别对应用户线和中继线。主要作用：1）一方面将来自终端或其它交换机的各种传输信号转换成统一的交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将予以规范化的信令传送给控制模块，将用户消息传送给互连网络，以便控制模块或互连网络进行处理或接续2）另一方面是将来自于交换机的信令或用户消息转换成适合用户线或中继线传输的信号并通过这些线路发送出去。针对处理的信号性质、不同类型的交换机所具有的接口技术也不完全相同。一、接口技术1.2通信交换的基本技术现代交换原理第1章概论8交换机一般都具有互连网络（或称交换网络），任务是实现任一入线与任一出线之间信号的接续互连。互连技术主要包括：（1）拓扑结构交换网络都具有一定的拓扑结构。对于不同的交换机，其交换网络的拓扑结构要依据交换方式、服务质量等因素来确定。拓扑结构可分为时分结构、空分结构、时空分混合结构等。（2）选路策略对于具有多级空分拓扑结构的交换网络，一入端和一出端之间在该网络内部可能存在多条并行通路，所以也需要为一个呼叫请求选择一条合适的通路。二、互连技术1.2通信交换的基本技术现代交换原理第1章概论9（3）控制机理控制机理是泛指完成选路完成后还必须对交换网络进行的一些控制，以使交换网络能正常而有效的工作。（4）阻塞特性阻塞特性反映了在呼叫建立或用户信息传送时，由于交换网络的拥塞而遭受损失的现象。不同角度划分：1）连接阻塞和传送阻塞.2）有阻塞与无阻塞其中，无阻塞交换网络又可分为严格无阻塞、可重排无阻塞及广义无阻塞三种网络。……二、互连技术1.2通信交换的基本技术现代交换原理第1章概论10任何通信网的正常通信都必须有信令来控制。在交换式通信网络中，要使终端、交换机和传输系统协同运行，要实现任意用户之间的呼叫连接并完成交换功能，以及要维持网络本身的正常运行，都必须在信令的控制下有条不紊地进行。信令过程是予以规范化的一系列协议。针对各种不同的具体通信系统，可以有不同的信令过程及信令方式。不同角度划分：1）用户信令与局间信令2）随路信令与共路信令3）监视信令、地址信令和维护管理信令三、信令技术1.2通信交换的基本技术现代交换原理第1章概论11主要负责处理信令，按信令的要求控制交换网络完成呼叫接续，通过接口发送必要的信令，协调整机工作以及参与管理整个通信网等。互连功能、接口功能及信令功能都与控制功能有着密切关系。对于不同类型的交换机，其各有主要的控制技术。处理机是交换机控制系统的重要组成成分。控制技术的实现与处理机的控制结构密切相关。对于处理机控制结构，需要考虑的一个重要因素是控制方式。集中控制和分散控制是两种基本的控制方式。四、控制技术1.2通信交换的基本技术现代交换原理第1章概论12在通信网领域中出现了诸多交换技术概念，可从不同角度进行分类：（1）交换机所接续的信号特点角度1）模拟交换2）数字交换（2）交换机所接续信息的承载信号角度1）电子交换2）光交换（3）传输通路角度1）有线交换2）移动交换1.3交换技术分类现代交换原理第1章概论13（4）交换机内的信号接续角度1）时分交换2）空分交换3）频分/波分交换4）混合交换……（5）交换机控制方式角度人工控制交换自动控制交换。其中,自动控制交换方式又经历从机电式自动交换向程控式自动交换发展的过程。机电式自动交换还可进一步大致细分为四个先后发展阶段：步进式自动交换机→机动制自动交换机→全继电器自动交换机→纵横制自动交换机。程控式自动交换又可分为模拟程控交换和数字程控交换。1.3交换技术分类现代交换原理第1章概论14（6）传送模式角度数据包交换操作所在的协议模型层次角度1）二层交换2）三层交换3）四层交换4）七层交换……1.3交换技术分类电路交换多速率电路交换快速电路交换ATM交换帧中继帧交换分组交换快速分组交换固定比特率可变比特率现代交换原理第1章概论15本章小结本书将主要介绍一些典型或先进的交换技术，具体包括：电路交换、数字程控交换、分组交换和帧中继、ATM交换、多层交换以及光交换。考虑到软交换作为下一代网络的核心技术，也将介绍软件换技术。另外，鉴于交换网络及信令技术是交换技术的核心组成，也将以独立章节专门介绍该两方面的内容。现代交换原理第1章概论16第2章交换网络2.1信号复用方式2.2交换单元2.3点到点多级交换网络2.4多点连接交换网络现代交换原理第1章概论17（1）频分复用将来自于不同源端的信息调制在不同频率的载波上，形成要发送的信号，然后将各信号合在一起并通过一条高带宽的链路进行传输。主要用于模拟电信号，其使用的载波是电信号，对应的链路是电缆等电信号传输介质。（2）波分复用将来自于不同源端的信息调制在不同波长的载波上，形成要发送的信号，然后将各信号合在一起并通过一条高带宽的链路进行传输。主要用于光信号，其使用的载波是光信号，对应的链路是光纤传输介质。2.1信号复用方式现代交换原理第1章概论18（3）码分复用将来自于不同源端的信息分别用不同的伪随机码进行信息编码，形成要发送的信号，然后将各信号合在一起并通过一条高带宽的链路进行传输。在码分复用系统中，接收端必须用同样的伪随机码才能正确解码。主要用于数字电信号和光信号。（4）时分复用采用时间分割的方法，将一条高速数字通道在时间轴分成若干个时隙间隔，来自于不同源端的信号在该通道的不同时隙间隔上传输。主要用于主要用于数字电信号和光信号。时分复用又可分为同步时分复用和统计时分复用。2.1信号复用方式现代交换原理第1章概论191）同步时分复用。将时间划分为以帧为单位的等时间间隔，每帧再进一步划分为等数量等间隔的时隙且对这些时隙按顺序编号，所有帧中编号相同的时隙位置用于传送来自于同一源端的信号，同步的含义在于时隙位置与源端信号是严格对应的，在一次通信建立后的交换过程中，时隙位置与源端信号对应关系一旦确立，其关系就保持固定不变。易见，知道时隙位置，就可以知道该位置上的信号来自于哪个源端。TS0TS1...TSNTS0TS1...TSN......帧帧时隙时隙话路1话路N2.1信号复用方式现代交换原理第1章概论202）异步时分复用（统计时分复用）。将时间划分为若干个等间隔或不等间隔的时隙，每个时隙位置用于传送来自于一个源端的信号，但信号与时隙位置没有固定的对应关系。正是由于信号与时隙位置之间没有固定对应关系这一原因，所以，不同于同步时分复用方式，统计时分复用方式中每个时隙位置上的信号都含有一个附加的标志头，该标志头信息用于标志该信号来自哪个源端以及用于转接设备进行转接处理，而同步复用方式无需添加标志头。标志头2TS0......时隙话路0标志头0TS0时隙标志头0TS0时隙标志头1TS0时隙话路1本章后续部分将以时分复用电信号为对象，介绍一些典型的交换单元及交换网络。2.1信号复用方式现代交换原理第1章概论21交换单元的功能是在控制信号的作用下在入线和出线之间为呼叫请求建立适当接续，将入线上的信息送到出线上去。交换单元是交换网络的基本组成元素。任何交换单元都可表示成下图所示的等效示意。上图实际上也是任一交换网络的示意图。入线出线1MN1控制信号2.2交换控制单元现代交换原理第1章概论22该类交换单元主要通过时隙互换来实现输入线与输出线上的复用信号交换，其本质思想是改变信号的时隙位置。这种交换单元主要由信号缓存或延迟器件及控制信号器件组成。根据控制信号，缓存或延迟器件执行相应操作，从而实现信号时隙位置的改变，达到交换目的。下面，针对时分复用电信号，介绍几种典型的基于时分结构的交换单元。一、基于时分结构的典型交换单元2.2交换控制单元现代交换原理第1章概论23其主要部件是由控制信号所控制的用户信息存储器，一般结构如下图所示。用户信息存储器被分为M个区域，用于存储传输线上各时隙输入信号。通过使用不同控制方式控制该存储器的各时隙信号写入和信号读出来完成时隙转换，即将输入信号的时隙位置转换成不同的输出信号的时隙位置，从而实现交换接续功能。一、基于时分结构的典型交换单元1、共享存储器型交换单元2.2交换控制单元用户信息存储器0M-1输入信号时隙...输出信号...时隙......控制读/写控制信号产生器件现代交换原理第1章概论24工作原理：可以采用两种控制方式之一进行交换工作，即：1）输入控制。用户信息存储器采用控制写入和顺序读出，即在输入端，各路输入信号根据控制要求写入用户信息存储器的相应区域，而在输出端，该存储器的信息从第一个区域到最后一个区域顺序读出。2）输出控制。用户信息存储器采用顺序写入和控制读出，即在输入端，各路输入信号顺序写入用户信息存储器的第一个区域到最后一个区域，而在输出端，根据控制要求读出该存储器中相应区域的信息。共享存储器型交换单元可用于同步时分复用信号、统计时分复用信号，其具体实现方式不同。下面介绍一种典型的针对同步时分复用信号交换的共享存储器型交换单元——时间交换单元。一、基于时分结构的典型交换单元1、共享存储器型交换单元2.2交换控制单元现代交换原理第1章概论25时间交换单元（T交换单元或T接线器）。主要应用于同步时分复用信号的交换。由用户信息存储器、控制存储器和计数器组成。用户信息存储器用于存储用户数据；控制存储器用于存储用户信息存储器的控制写入或控制读出的地址；计数器用于控制用户信息存储器和控制存储器的读写操作，为了保证同步操作，要求计数器的时钟频率与时隙频率相等。采用输入控制和输出控制两种方式之一进行工作。一、基于时分结构的典型交换单元2、时间交换单元2.2交换控制单元现代交换原理第1章概论26输入控制。一、基于时分结构的典型交换单元2、时间交换单元2.2交换控制单元0N-1输入信号TS0用户信息存储器写入地址0N-1TSN-1......Tsi(A)...帧输出信号TS0TSN-1.........帧TSj(A)A计数器用户信息存储器读出地址控制存储器读出地址jij用户信息存储器控制存储器现代交换原理第1章概论27输出控制。一、基于时分结构的典型交换单元2、时间交换单元2.2交换控制单元0N-1输入信号TS0用户信息存储器读出地址0N-1TSN-1......Tsi(A)...帧输出信号TS0TSN-1.........帧TSj(A)A计数器用户信息存储器写入地址控制存储器读出地址ji用户信息存储器控制存储器i现代交换原理第1章概论28实现示例：CCITT的PCM话音一次群信号电路交换，采用输出控制方式。一、基于时分结构的典型交换单元2、时间交换单元2.2交换控制单元输入信号5位循环计数器ij32×8话音存储器32×5bit控制存储器Tsi031310i与门G1与门G2非门或门与门G3R/WR/W时钟（1/256k）串/并与门GTi256kb/s,8线2.048Mb/s并/串与门GTo256kb/s,8