电子与通信现代交换技术.ppt

现代交换技术 信息工程包括信息的检测 传输 交换 处理 识别 本课程即是介绍信息的交换技术 信息传输 解决如何利用媒介传输信息 信息交换 解决处于同一通信网中的用户如何交换信息 教材及参考书目 现代电信交换技术与通信网 尤克 黄静华 北京航空航天大学出版社 2002 9 现代交换原理 第2版 金惠文等 电子工业出版社 2005 4 21世纪高等学校电子信息类教材 程控数字交换与现代通信网 叶敏 北京邮电大学出版社1998 2 程控交换与综合业务通信网 乐正友 清华大学出版社 1999 5 第一章概论 介绍本课程的基本概念和主要内容 交换与通信网通信网的种类及发展交换技术的种类及发展交换设备的组成 1 1交换与通信网 组成通信网的三个基本要素 终端 传输线路 交换设备 将消息 话音 图像 数据 转换成媒介能够接受的电信号形式 同时将来自传输媒介的电信号还原成原始消息 如 电话机 传真机 计算机 或称传输媒介 信息的传输通道 如 电缆 光缆 无线电波 负责在任意的两条用户之间建立和 而后 释放一条通信链路 如 交换机 路由器 说明 在图1 2中 任意两个终端需要通信 交换信息 可由交换设备控制相应的开关接点接通 为两者提供一条通信链路 当通信结束 则相应的开关接点断开 释放通信链路 比较 互连式通信网可靠 不会出现通信阻塞 但成本高 需n n 1 2根线 通过交换设备构成的通信网有可能出现阻塞 不是一定会阻塞 成本低 通信网越大 后者的优点越明显 如N 100时 交换式通信网需100根线互连式通信网需100 99 2 4950根线 结论 交换设备是通信网的重要组成部分 交换设备的好坏决定了通信网的好坏 第一章概论 介绍本课程的基本概念和主要内容 交换与通信网通信网的种类及发展交换技术的种类及发展交换设备的组成 1 2通信网的种类及发展 现有的通信网 电话网 电报网 传真网 计算机数据网 有线电视网CATV 移动通信网 微波通信网 无线寻呼网 综合业务数字网ISDN 通信网的种类 电话网 主要业务为电话 图文传真 低速数据 慢速图像 电报网 主要业务为电报和低速数据 电子信箱 传真网 主要利用电话网进行图文传真 计算机数据网 主要业务为计算机数据 分组话音 图像 计算机数据网有各种类型 现存的计算机网如 公用分组交换数据网 公用数字数据网 Internet 金融网 教育科研网以及各种局域网 有线电视网CATV 主要业务为视频 电视 信号及话音 数据 综合业务数字网 在一网中实现话音 数据 电报 视频多种业务 而且象可视电话 图文电视 视频点播传输的是多媒体信息 即一种业务同时传输话音 图像 视频 文本的多媒体信息 此外还有移动通信网 微波通信网 无线寻呼网等 通信网的发展趋势 电话网各种单一业务通信网综合业务数字网ISDN IntegratedServicesDigitalNetwork NGN下一代网络 第一章概论 介绍本课程的基本概念和主要内容 交换与通信网通信网的种类及发展交换技术的种类及发展交换设备的组成 1 3交换技术的发展及种类 交换技术的发展可以从两个方面看 交换的控制方式是随着电子技术的发展而发展 设备方面 交换方式的发展是随着通信网的发展而发展 不同业务的通信有不同的特点 其交换方式也不同 理论方面 控制方式的发展 交换方式的发展 人工交换 机电式 电子式 自动交换 电路交换 报文交换 分组交换 快速电路交换 ATM交换 帧中继 多协议标记交换MPLS 三种基本交换方式 宽带交换方式 软交换 单一业务网 宽带综合业务网 下一代网络 一 电话网中的交换方式 电路交换 circuitswitching 主叫方通过拨号的方式通知网络被叫方的电话号码 网络根据被叫方的号码在主叫与被叫之间建立一条通路 特点 通信之前先建立通路 通信时通路独占 通信结束 通路释放 实时性好 线路利用率差 将整个报文信息 报文 目的地址 源地址 在网络的每个节点处 交换局 都是先存储 等输出线路空闲再转发 直至送达目的地 特点 无需建立通路 无连接 实时性差 线路利用率好 可在非高峰时期传送 二 电报网的交换方式 报文交换messageswitching 三 计算机网的交换方式 分组交换packetswitching将报文分成若干个报文组 packet 每个报文组要加上地址 编号 校验码 然后以报文组为存储转发单位逐节点转发 到达目的地再按编号组装成原报文 分组交换有两种工作模式 数据报 虚电路方式 数据报方式 以分组为基本单位逐节点转发 且不同分组可沿不同的路径传输 类似报文交换 虚电路方式 首先网络在通信两端建立逻辑连接 然后用户数据以分组为单位沿该路径顺序传送到达终点 逐节点转发 类似于电路交换 但通路不是一直占用 X 25分组交换网采用虚电路方式 Internet采用的是数据报方式 分组交换的特点 实时性较好 线路利用率高 三种基本交换方式的比较 四 异步转移模式ATMAsynchronousTransferMode ATM是ITU T建议在宽带综合业务数字网B ISDN中信息复用 传输 交换的方式 ATM可以看成是分组交换和电路交换的结合 兼具两者的优点 ATM是将消息分成固定长度的信元进行存储转发 采用统计时分复用方式 即不同的业务根据信息速率的不同决定信元的发送频率 以适应综合业务的需要 五 多协议标记交换MPLS Internet已取得了巨大成功 但随着用户量的急剧增加 由多层路由器构成的网络已趋于饱和 网络经常阻塞 用户的业务质量得不到保证 为此需用ATM技术对传统的Internet网络进行改进 IP交换和标记交换就是ATM技术与IP路由技术结合的两个产物 最后这两种产物技术统一成一个标准多协议标记交换MPLS 六 软交换SoftSwitch 软交换技术是能够将现存网络融合成以IP为中心同时可以支持语音 数据和多媒体业务的下一代网络NGN的关键技术 软交换的核心思想是通过软件的方式实现原来电路交换机的控制 接续 业务处理等功能 软交换网络的体系结构图 七 光交换技术 光技术在信息的传输中已得到广泛应用 特别是在B ISDN中几乎所有的传输都采用光纤传输 而目前的交换机都是电交换机 采用光交换已是迫切需要 光交换技术处在研发阶段 采用光交换的优点 减少了光电转换的损伤 光信号的抗干扰能力远远高于电信号 提高了交换速度 电交换的速度受电子器件的速度限制 第一章概论 介绍本课程的基本概念和主要内容 交换与通信网通信网的种类及发展交换技术的种类及发展交换设备的组成 用户电路 用户电路 交换网络 出中继 入中继 收号器 扫描与驱动电路 中央处理器 I O设备 存储器 话路部分 控制部分 一 程控交换机的基本结构 1 4程控交换机的组成 中继线 用户电路 交换机与用户线之间的接口 向用户话机提供通话电流 向处理机提供用户状态等 出入中继 交换机之间的接口 或交换机与中继线之间的接口 收号器 接收用户所拨的电话号码 扫描驱动电路 对话路设备的状态进行扫描 以便送入CPU进行分析处理 CPU发出的指令经驱动电路控制话路设备动作 I O设备 键盘 显示器 打印机等 交换网络外围接口电路用户电路模拟用户电路数字用户电路中继单元模拟中继单元数字中继单元操作管理和维护接口控制系统 实现交换的控制和系统的维护管理 信令系统 在交换系统各部件之间 用户与交换机之间 交换机与交换机之间传送专用的控制联络信号 信令 的发送接收设备 网络连接设备 与其它网络 数据网 移动通信网 互连的接口设备 其它辅助设备 电源 配线架 二目前程控交换机的组成 小结 交换设备是通信网的重要组成部分 交换设备负责用户间路由的接续和释放 常用的交换方式有 电路交换 报文交换 分组交换 帧中继 局域网中使用 异步转移模式ATM 多协议标记交换MPLS 本课程即是介绍交换设备的组成 各种交换方式的原理和方法 第一章作业 1组成通信网的基本要素有哪些 各有什么作用 2介绍电路交换 报文交换 分组交换的特点 并比较三种基本交换的性能 3程控交换机由那些部件组成 第二章交换单元与交换网络 交换网络是交换设备的一个重要组成部分 用来提供交换所需的通路 什么是交换网络 交换网络是由基本的交换单元组成 第二章内容 2 1交换网络中的信号形式及时隙交换概念 背景知识 2 2具体交换单元介绍 2 3交换网络 2 4举例 2 1交换网络中的信号形式及时隙交换概念 交换网络中的信号形式是数字的 时分复用信号 电路交换采用同步时分复用信号分组交换和ATM交换采用统计时分复用信号什么是同步时分复用信号和统计时分复用信号 1信道共享与多路复用技术为了提高信道的利用率 通常采用多路复用技术 使多路信息在一个信道或一条传输线路上传输 多路复用技术频分复用 将信道按频率分割为多个子信道 时分复用 将信道按时间分割为多个子信道 空分复用 将信道按空间分割为多个子信道 码分复用 将信道通过不同的扩频码序列分割成多个子信道 a频分复用 b时分复用 不同用户在同一时段发送 占用不同频道 不同用户占用同一频道 在不同时段发送 同步时分复用的由来 话音信号的频率300HZ 3400HZ 取采样频率为8KHZ 即采样周期为125us 采样值用8位二进制编码 8位二进制占用的时间相对于125us很少 为了提高传输线的利用率 将125us分成若干时隙 不同用户的采样值占用不同的时隙进行传输 因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的 所以称为同步时分复用 同步时分复用信道又称位置信道 是通过时间轴上的位置来区分子信道 话路 的 同步时分复用子信道的速率是恒定的 2同步时分复用 每个用户的采样周期都是125us 都能在接收端正确还原 信息按分组先存储再发送 每个分组附加标志码 各个分组占用不同的时隙 但标志相同的分组属于一个用户 将它们所占用的信道容量看成一个子信道 这种复用方式称为统计时分复用 信息2速度 信息速度1 信息速度3因为信道是按时间分割为多个子信道 而子信道的容量需要通过统计才能得到 所以称为统计时分复用 特点 先存储再发送 信息速率高的用户所占的信道容量大 且所占信道容量随着信息的多少动态变化 取消了帧概念 统计时分复用信道又称标志信道 是通过标志来区分各子信道的 3统计时分复用 统计时分复用的显著优点是按照用户的需要动态地分配信道容量 一个用户信息速度高时 占的信道容量大 当它的信息速度变低的时候 它占的信道容量也随之减小 分组交换的统计复用时分信号使用的分组长度不相等 因此分组传输速率不固定 不适于采用硬件交换单元 ATM交换的统计时分复用信号使用的分组长度相等 信元 适于采用硬件交换单元 故ATM交换速度快 4话音信号的同步时分复用 PCM30 32帧结构 话音信号需要数字化后才能在数字交换网络中传输 交换 话音信号数字化后的信号为PCM信号 话音信号的采样周期为125us 将125us分成32个时隙进行时分复用就形成了PCM30 32帧结构 欧洲体制 或将125us分成24个时隙就形成了24时隙的帧结构 北美与日本体制 我们国家采用欧洲体制 PCM30 32帧结构的特点 一帧周期为125us 分成32个时隙TS0 TS31 每个时隙传输8位二进制码 一个时隙3 91us 32个时隙中 TS0为帧同步时隙 TS16为标志信号时隙 其余时隙传送30路的话音信号 每个话路的传输码率 8000HZ 8bit 64kbit s复用后线路基群的传输码率 32 64Kbit s 2048kbit s 2Mb s16帧为一复帧 复帧周期为2ms 关于帧同步时隙TS0偶帧奇帧 关于标志信号时隙TS16 信令时隙 标志信号以500Hz频率出现就行了 所以每话路标志信号出现的周期是2ms 一个信道复用了32个时隙 或24个时隙 称为PCM基群 随着技术的发展 信息传输速率的提高 PCM基群可以进一步复用 形成PCM高次群 5同步时分复用信号的交换常常是要通过时隙交换实现 时隙交换的概念 时隙交换示意图 实现第一话路与第三话路的信息交换 TS3 TS1 复用 第一路 分路 第三路 分路发 分路收 群发送 群接收 分路发 分路收 数字交换网络 TS3 TS1 同步时分复用信号的交换需要通过复用线的交换和时隙的交换来完成 第二章内容 2 1交换网络中的信号形式及时隙交换概念 背景知识 2 2具体交换单元介绍 2 3交换网络 2 4举例 2 2具体交换单元介绍 一 空间接线器 spaceswitch 空间接线器用来完成不同复用线之间的交换 而不改变时隙的位置 可简称为S接线器 主要用于同步时分复用信号的交换 1结构组成交叉矩阵 交叉点阵 控制存储器 类型 两种工作方式对应两种类型输入控制 控制存储器对交叉矩阵的入线进行控制 一条入线配一个控制存储器输出控制 控制存储器对交叉矩阵的出线进行控制 一条出线配一个控制存储器 注意 S型接线器的入线数与出线数可以不等控制存储器的内容只在通路建立或拆除时才写入或清除 2S接线器的交叉矩阵 8选一 1 PCM1 来自控制存储器1 8选一 0 PCM0 来自控制存储器0 8选一 7 PCM7 来自控制存储器7 PCM0 PCM1 PCM7 该交叉矩阵是什么控制方式 输入控制方式 3S接线器的控制存储器 CM的读出需要按时隙顺序地进行 CM的写入由处理机控制 CP信号 时序脉冲 周期为时隙周期 在CP的后半周期 CP 0 则R W 1 定时脉冲为CM的读出地址 控制CM中的内容顺序读出至Bn 1 B0线 在CP的前半周期 且写命令有效时 处理机提供的地址ABn 1 AB0在对应的时隙时刻到来时 ABn 1 AB0 An 1 A0 R W 0 选中对应的存储单元 处理机过来的数据写入其中 CM的写入不是每个CP时刻进行 只在通路建立或释放时进行 二共享存储器型交换单元和时间接线器 1共享存储器型交换单元共享存储器型交换单元的一般结构如图所示 N路输入信号分别送入存储器的N个不同区域 再分别送出 存储器的写入和读出采用不同的控制 以实现交换 共享存储器型交换单元可对三种时分复用信号进行交换 但其具体实现有所不同 2时间接线器 TimeSwitch 时间接线器是用于同步时分复用信号交换的共享存储器型交换单元 可简称T接线器 具体功能是完成一条时分复用线上时隙的交换 组成 话音存储器 SpeechMemory 控制存储器 ControlMemory 类型 按工作方式分类顺序写入 控制读出 或输出控制 控制写入 顺序读出 或输入控制 顺序写入 控制读出的T接线器的结构示意图 A A W R 8 W R SM CM 2 1 0 定时脉冲 处理机 时钟 TS2 TS8 在CLK2时刻 A顺序写入到SM的第2号单元 在CLK8时刻 CM读出第8号单元的数据2 2选中SM的第2号单元 A被读出 以TS2 TS8的实现介绍T接线器的工作原理 要实现TS2 TS8的交换 首先要由处理机在CM的8号单元写入2 控制写入 顺序读出的T接线器的结构示意图 A A W R 2 W R SM CM 8 定时脉冲 处理机 时钟 TS2 TS8 在CLK8时刻 SM第8号单元中的A被顺序读出 在CLK2时刻 CM读出第2号单元的数据8 8选中SM的第8号单元 A被写入SM的第8号单元 要实现TS2 TS8的交换 首先要由处理机在CM的2号单元写入8 工作原理 顺写控读的T接线器PCM入线上各时隙的话音信号在定时脉冲的控制下按时隙号顺序地写入到话音存储器 然后在控制存储器的控制下读出到指定的时隙上 控写顺读的T接线器PCM入线上的各时隙的话音信号在控制存储器CM的控制下写入到话音存储器的指定存储单元 然后在定时脉冲的控制下顺序读出 T接线器的CM是按控制写入顺序读出的方式工作 原理与S接线器的CM相同 定时脉冲由环形计数器输出 输出数据值与时隙时刻值相等 备注 顺写控读的T接线器中 定时脉冲作为SM写入数据时存储单元的地址 控制存储器CM的输出数据作为SM读出数据时存储单元的地址 说明 SM的读写是在同一时隙完成 但读和写不能同时进行 需要将时隙一分为二或一分为三 分别进行读和写 前半时隙进行写操作 后半时隙读操作 T型接线器的输入时隙数和输出时隙数可以不等 如 控写顺读时 输入时隙可以比输出时隙多 顺写控读则反过来 二总线型交换单元和数字交换单元DSE 1总线型交换单元一般结构 各部分功能 1 入线控制部件将入线上的信息经过格式变换存入缓冲存储器 在分配给该部件的时隙上将信息送到总线上 2 出线控制部件检测总线上的信息 将属于自己的信息读入缓冲存储中 经过格式变换 由出线送出 特点 可以实现三种时分复用信号的交换 但是具体实现有所不同 若入线上信息的传输码率为 bit s 则总线上信息的传输码率为n bit s 2数字交换单元DSE digitalswitchelement DSE是一种总线型交换单元 又称空时结合交换单元 既可实现时隙之间交换 又可实现复用线之间的交换 只适用于同步时分复用信号的交换 结构 16个双向端口 每个端口包含发送部分T和接收部分R 可连接复用了32个话路的PCM复用线 并行时分复用总线 又分为数据总线 信道总线 控制总线 总线是并行时分工作 分成16个时隙供16个端口使用 DSE任一端口的接收部分的任一信道 时隙 可以与任一端口的发送部分的任一信道接通 端口的内部组成及DSE的工作原理 以Port3TS10 Port9TS20实现过程进行说明 要实现Port3TS10 Port9TS20的接续 首先要由处理机在Port3的接收部分的端口RAM的10号单元写入9 信道RAM的10号单元写入20 以控制交换到Port9和TS20 9 10 端口RAM 20 10 信道RAM S 20 数据RAM TS0 P D C TS20 R3 T9 P 端口Port总线 D 数据总线 C 信道 时隙 总线 端口的内部组成及DSE的工作原理 以Port3TS10 Port9TS20实现过程进行说明 TS10到来时刻 话音信号S置入数据总线D 端口RAM10号单元中的端口信息 9 顺序读出置入端口总线P 信道RAM的10号单元中的信道信息20也被顺序读出到信道总线C S TS10 P D C S TS20 R3 T9 P 端口Port总线 D 数据总线 C 信道 时隙 总线 S 9 20 端口的内部组成及DSE的工作原理 以Port3TS10 Port9TS20实现过程进行说明 这时各端口的端口比较器 位于发送部分T 对端口总线上的端口号码进行识别 这时Port9的发送部分的端口比较器比较端口总线上的数据与本端口一致 允许其它总线 D C 数据进入本发送部分 控制数据RAM进行写操作 信道总线上的信道号20作为数据RAM的地址信号选中20号单元 数据总线上的话音信号S经数据RAM的数据输入线写入到20号单元 P 端口Port总线 D 数据总线 C 信道 时隙 总线 S 9 20 端口的内部组成及DSE的工作原理 以Port3TS10 Port9TS20实现过程进行说明 在TS20到来时 话音信号S被顺序读出到PCM出线上 P 端口Port总线 D 数据总线 C 信道 时隙 总线 注意 各端口的接收部分应在分配给它的时隙上向总线置入数据 如另一端口的R部件也在同一时隙TS10将数据置入总线 会造成数据混乱 实际上 总线上的时隙 1 N PCM复用线上的时隙其中 N为端口数 发送部分应在每个总线时隙检测端口信息 总结 回过头来看一下 S接线器是通过多路转换开关实现空间交换 T接线器是通过话音存储器的缓冲来实现时间的交换 DSE利用总线的地址选择来实现空间交换 利用存储器 数据存储器 实现时间交换 第二章内容 2 1交换网络中的信号形式及时隙交换概念 背景知识 2 2具体交换单元介绍 2 3交换网络 2 4举例 2 4交换网络 按结构分单级交换网络 入线到出线的连接只经过一个交换单元 可以由一个交换单元形成或由多个交换单元并联构成 多级交换网络 入线到出线的连接经过多个交换单元 按功能分集中型交换网络 输出链路数 输入链路数 实现话务或信息的集中 分配型交换网络 输出链路数 输入链路数 实现交换 扩展型交换网络 输出链路数 输入链路数 实现话务或信息的扩散 注 交换单元也可以进行这样的划分 结构 类型 根据T接线器控制方式的不同有两种基本类型第一种 输入T级采用输出控制 输出T级采用输入控制第二种 输入T级采用输入控制 输出T级采用输出控制 S接线器控制方式不限 一 TST TST交换网络是电路交换系统中广泛使用的交换网络 工作原理 下面以第一种TST实现PCM0TS2PCM31TS51的实现过程讲解TST交换网络的工作原理 设每根复用线复用了512个时隙 R W SM SM TS2 7 2 b b TS2 2 PCM0 PCM0 W SM TS7 TS51 PCM31 R SM b TS51 263 51 PCM31 要实现PCM0TS2 PCM31TS51的交换 首先要找到一个空闲的内部时隙 在此时隙上 S接线器的PCM0入线和PCM31出线均空闲 这样PCM0TS2 PCM31TS51 PCM0TS2 PCM0TS内 PCM31TS内 PCM31TS51 假设找到一个空闲的内部时隙TS7在有关的控制存储器中写入数据以实现预定交换 TS7 TS263 b TS263 2 b b 51 51 7 要实现PCM31TS51 PCM0TS2交换 同样要选择一个空闲的内部时隙 为方便处理 通常采用反相法获取第二条通道的空闲内部时隙 即两个方向的内部时隙相差半帧 最高位取反 7 512 2 263 51 2 263 1要实现PCM0TS2 PCM31TS51的交换 首先要找到一个空闲的内部时隙 在此时隙上S接线器的PCM0入线和PCM31出线均空闲 这样PCM0TS2 PCM31TS51 PCM0TS2 PCM0TS内 PCM31TS内 PCM31TS51假设找到一个空闲的内部时隙TS72在有关的控制存储器中写入数据以实现预定交换3要实现PCM31TS51 PCM0TS2的交换 同样要选择一个空闲的内部时隙 为方便处理 通常采用反相法获取第二条通道的空闲内部时隙 即两个方向的内部时隙相差半帧 最高位取反 7 512 2 7 256 263 PCM31TS51 PCM0TS2 PCM31TS511 PCM31TS263 PCM0TS263 PCM0TS24在相关的控制存储中写入数据以实现预定交换 附件 复用器和分路器由于数据或话音在传输时采用串行方式 在交换网络中必须以并行方式工作 故话音进入交换网络之前首先要进行串 并变换 而串 并变换使信息码率降低 为充分利用交换网络的速度 故串 并变换之后要紧跟着进行复用 串 并变换电路与复用电路结合起来简称为复用器 在交换网络输出端与复用器相对应的电路就是分路器 先分路再并 串变换 分路器 T 分路器 T 复用器 T 复用器 T S 复用线路 S P 8 S P 8 8 复用器原理图 分路线路 8 P S P S 8 8 分路器原理图 工作原理 先找到一个空闲的内线 在此内部的PCM线上 T接线器在输入时隙和输出时隙上均空闲 即PCM入TS入 PCM出TS出 PCM入TS入 PCM内TS入 PCM内TS出 PCM出TS出 二 STS交换网络 思考 为什么不采用更简单的 DSN网络 不讲 DigitalSwitchnetwork DSN网络是由DSE按照一定的连接方式连接而成 DSN采用单侧折叠式网络结构 即出 入线处于同一侧 DSN的通路选择时根据出 入线端子的地址号进行比较 来决定接续路由的反射点 即反射点可位于网络的任一级 即接续路由不一定要经过DSN的所有各级 DSN扩充方便 可平滑扩充 且扩充时 对原网络结构不需改动 最简单的一种级联入址地址号 BA A为第一级端口号 8个端口用3bit表示 B为第二级的端口号 16个端口号用4bit表示 若B相等 说明 出 入线位于第一级的同一个DSE 反射点为第一级 若B不相等 说明反射点为第二级 0 15 15 0 0 7 0 7 7 0 7 15 0 15 0 0 00 07 F0 F7 四BANYAN网络 banyan榕树 不讲 BANYAN网络是一种空分交换网络 由若干个2 2交换单元按一定规律连接组成 适合于统计复用信号的交换 N N的BANYAN网络级数M log2N 每级需N 2个2 2交换单元 级与级之间的连接方式可以是均匀洗牌连接 子均匀洗牌 蝶式 子蝶式连接 4 4交换网络 8 8交换网络 特点 路径唯一 在每一条入线与每一条出线之间都有一条并且只有一条路径 0号入线到每一条出线都只有一条路径 自选路由 由于路径是唯一的 而且出线的M位二进制编码正好对应该路径的M个级上的2 2交换单元应接通的出线号 0或1 则根据出线号 网络可以自选路由 实现交换 内部有阻塞 0号入线 1号出线 010 1号入线 3号出线 011 则第一级的二根入线要同时接通0号出线 阻塞 五网络的阻塞和CLOS网络 网络阻塞的概念网络的出 入线空闲 却找不到空闲的通路将两者连接起来 这种现象称阻塞 blocking 单级交换网络不存在内部阻塞 多级交换网络可能存在阻塞 严格无阻塞网络 strictnon blocking 无论网络处于何种状态 任何时候都可以在空闲的入端和出端之间建立连接 可重排无阻塞网络 rearrangeablenon blocking 无论网络处于何种状态 任何时刻都可以在空闲的入端和出端之间直接或通过对已有的连接重选路由来建立连接 广义无阻塞交换网络 widesensenon blocking 给定网络存在固有阻塞的可能 但通过精巧的选路方法 所有阻塞均可避免 选路不合理可能会出现阻塞 实用的广义无阻塞交换网络很少见 无阻塞交换网络有三种类型 单级的空分交换网N N是无阻塞的 但交叉点数为N2 交叉点数越多 成本越高 CLOS Z提出一种空分网络结构 可以使交叉点数尽量减少 同时又可以做到无阻塞 这种结构的网络就称为CLOS网络 2CLOS网络 一种空分的网络结构 三级CLOS网络 空分的 特点 前一级交换单元与后一级的每一交换单元有连接 且只有一条连接 反之亦然 三级CLOS网络严格无阻塞的条件 m 2n 1三级CLOS网络可重排无阻塞的条件 m n 严格无阻塞条件的证明 任意入端与任意出端有m条平行链路 最不利的情况是入端接线器的其它 n 1 个入端占用了其中的n 1条链路 出端接线器的其它的其它n 1个出端占用了 n 1 条链路 且双方不重合 若还存在一条空闲链路就可建立连接 即m 2 n 1 1 2n 1 2 n 1 n 1 非对称CLOS网络 入线数不等于出线数 严格无阻塞的条件 m n1 n2 1n1为入线数 n2为出线数可重排无阻塞的条件m max n1 n2 三级CLOS网络的中间级用三级CLOS子网络替代 就形成五级CLOS网络 五级CLOS网络的中间级再用三级CLOS子网代替就形成七级CLOS网络 时分交换网络可等效为空分交换网络 T n m S 1 n 1 m S 1 n 1 n S 1 1 n 1 n S m 1 n 1 n m m TST交换网络去掉时分复用就等效为三级CLOS网络 TST交换网络严格无阻塞的条件 内部时隙数 2倍外部时隙数 1STS交换网络严格无阻塞的条件 内线数 2倍外线数 1对称的数字交换网络严格无阻塞的条件 有时分复用 内部链路数 2倍外部链路数 1对称的数字交换网络可重排无阻塞的条件 有时分复用 内部链路数 外部链路数非对称的数字交换网络严格无阻塞的条件 内部链路数 入链路数 出链路数 1非对称的数字交换网络可重排无阻塞的条件 内部链路数 max 入链路数 出链路数 第二章内容 2 1交换网络中的信号形式及时隙交换概念 背景知识 2 2具体交换单元介绍 2 3交换网络 2 4举例 举例 一12 14输出控制方式的S接线器 它的每根复用线上复用了64个时隙 则其控制存储器应有个 每个存储器应有个存储单元 要实现PCM5上的TS2交换到PCM7的TS2应在号控制存储器的号单元存入数据 一个有32个输入时隙和64个输出时隙的T接线器采用控制写入顺序读出的工作方式 其话音存储器应有个存储单元 控制存储器应有个存储单元 14 64 控制写入顺序读出的T接线器的控制存储器的单元数等于输入时隙数 话音存储器的单元数等于输出时隙数 顺序写入控制读出的T接线器的话音存储器的单元数等于输入时隙数 控制存储器的单元数等于输出时隙数 说明 返回到原理框图 返回到原理框图 32 64 7 2 5 画出一控制写入顺序读出的T接线器组成原理图 该T接线器的输入时隙和输出时隙数均为32 并在相应的单元中填入合适的内容以实现TS7 TS10的交换 A A W R 7 W R SM CM 10 定时脉冲 处理机 时钟 TS7 TS10 根据A所在SM的单元地址确定出CM中的内容 再根据另一个时隙确定CM的单元地址 画出控制写入顺序读出的T接线器组成原理图 并根据输入 输出时隙数确定存储器的单元数 根据工作方式确定话音信号应存放在SM的哪个单元 0 31 0 31 A 10 第三章电路交换系统的硬件 上一章我们介绍了交换网络 交换机除了由交换网络提供交换所需的通路 还应有实现控制功能的控制部件及其它接口电路 本章即是介绍这些硬件 第三章内容 3 1电路交换过程 3 2电路交换的接口电路一模拟用户线接口电路二数字中继电路 3 3信令设备 3 4控制系统 3 1电路交换过程 电话交换过程 主叫话机 交换机 被叫话机 摘机 拨号音 号码 回铃音 通话 挂机 振铃 摘机 通话 催挂音 挂机 呼叫 阶段 消息传输 释放 阶段 电路交换过程分三个阶段 呼叫建立 消息传输和释放在呼叫建立和释放阶段用户线和中继线上传输的信号称信令 起联络控制作用 在消息传输阶段所传输的信号称消息 前面谈到外围接口电路主要有用户电路 中继电路 用户电路模拟用户电路数字用户电路中继电路模拟中继电路数字中继电路本节主要讲解模拟用户电路和数字中继电路 3 2电路交换的接口电路 一模拟用户线接口电路 Analoglinecircuit 交换机与模拟用户线的接口模拟用户线电路目前都是专用的集成电路 主要有七大功能 馈电 过压保护 振铃 监视 混合 编译码与滤波 测试 1馈电 为用户话机提供通话所需的直流电源 扼流圈阻止交流的话音信号通过电源回路串路 还有电流馈电方式 通过恒流源馈电 无需电感线圈 过压保护 避免高压进入交换机内部而损坏交换机 设置了两极保护 第一级在总配线架上安放保安器第二级在用户电路中设置二极管箝位电路保安器可为热线圈或放电管 有高压时 保安器动作 会引高压入地 但保安器的输出电压仍可达上百伏 故需第二级保护 箝位电路将用户线 a或b 的电压箝位在 48V 0V之间 热敏电阻R起限流作用 R的阻值随电流增大而增大 仅有第一级或第二级保护是不够的 需两级配合使用 3振铃 提供振铃所需25 50HZ 90V 15V的交流电压 发送铃流 过程 控制系统发 振铃控制 开关动作 铃流经用户线送达用户话机 振铃 用户摘机 振铃电路产生 截铃 信号 控制系统停止 振铃控制 信号 开关释放 停止振铃 原理图 4监视 通过用户线回路状态来监视用户状态摘 挂机状态用户状态号盘话机的拨号脉冲投币话机的输入信号 原理图 实现用户线上的模拟信号与交换机内部的PCM信号之间的转换 5编译码和滤波 用户话机的模拟信号是二线双向PCM数字信号在去话方向上要进行编码 在来话方向上要进行译码 必须采用四线制的单向传输 测试当故障发生时 测试开关将用户内线与用户外线分开 以测定故障是局内设备故障 还是局外设备故障 6混合电路 二 四线转换 模拟用户线电路的功能框见书 通过该框图了解各功能电路的位置 先后次序 测试 换极 振铃 过压保护 馈电 监视 混合 滤波与编译码模拟中继电路与模拟用户电路有许多相同的地方 同学们自己看 是数字中继线和交换机的接口 主要实现码型变换 同步和信令控制三方面的功能 具体功能如下 1码型变换完成中继线上适于远距离传输的双极性的HDB3或AMI码与交换机内部单极性的NRZ码之间的相互转换 单极性 双极性NRZ HDB3 或AMI 远距离传输码型的特点 便于时钟提取 具有内在的检错能力 具有良好的谱结构 便于线路均衡和回波抵消等 二数字中继电路 Digitaltrunk 2时钟提取 从输入的PCM码流中提取对端局的时钟频率 作为输入基准时钟 使收发频率一致 又称位同步 不至于漏位或一位数据重复接收 时钟提取电路 锁相环 谐振回路 晶体滤波 读出结果 0010010011 读出结果 0100011 3帧 复帧同步帧同步 使收 发两端各路时隙对齐 以便发端所发送的各路信息都能够被收端各路正确接收而不会错路 方法 识别帧同步码 0011011复帧同步 使收 发两端一复帧中的帧与帧对齐 以便正确接收各路标志信号 方法 识别复帧同步码 00011011 4帧定位 帧调整 将输入的PCM码流同步到本局时钟上来 频率相位一致 以便进入本局交换机流通 检测 帧 复帧同步检测误码检测对端告警检测告警处理 告警比特插入6帧和复帧同步信号插入 输出时 7信令提取和插入TS16中的标志信号的提取 收时 和插入 发时 5检测和告警处理 数字中继电路的结构框图 双 单 码型变换 帧定位 信令提取 时钟提取 帧 复帧同步 告警检测 帧同步 复帧同步 指示 信令 告警控制 帧 复帧同步及告警比特插入 信令插入 信令 码型变化 单 双 内部时钟 前面已经谈过 交换过程中需要信令的配合 交换机需要产生信令发送出去 又要接收信令 在电路交换系统中 常采用带内音频信号作信令 便于用户接收 信令的方式后面介绍 这里只介绍数字音频信号的产生 发送和接收 用户 拨号音 忙音 回铃音 交换机 号码 双音多频 多频编码 多频编码 交换机 3 3信令设备 音频信令有三种 单音 双音 多频编码 双音多频 号码 语音通知音 信令设备是接在交换网络上 因此产生的信令应是数字信号 数字单音频信令产生的原理 取单频信号的一个周期进行采样 采样频率为8kHZ 量化 编码 转化为PCM信号 存入ROM中 需要时以8kHZ的频率循环读出 每隔125us读一个单元 双音频信令产生原理类似 只不过要对 f1 f2 8kHz 的公共重复周期内的f1 f2采样 一数字音频信令的产生 对500HZ的正弦波信号按8kHZ采样 1 16环形计数器 地址译码器 帧脉冲 ROM 500HZ单音频信令的产生原理图 8kHZ 数据读出 举例 产生500HZ单音频信令 数字音频信令通过数字交换网络送出 和话音信号一样处理 也可占用某个固定时隙 如TS0 TS16 利用T接线器交换到多个用户 即向多个用户发送音频信令 一个信号可交换给多个用户 多个用户信号不能交换给同一用户 三数字音频信令的接收发给用户的数字音频信令经用户电路变成模拟信号由用户话机自动接收 发给交换机的多频信令由交换机内部的收号器接收 二数字音频信令的发送 f1数字滤波 f2数字滤波 fn数字滤波 数字逻辑判断 输入 输出 收号器原理框图 数字逻辑判断 根据频率的组合判断信令含义 代表什么数字 3 4控制系统 其功能是通过软件体现 此处侧重于控制系统的硬件构成 程控交换机中的控制系统实际上是一个多处理机系统 或计算机的局域网 没有必要讨论每台处理机的组成 这里只了解控制系统的结构方式 控制系统的结构方式主要由控制系统的控制方式 处理机的分工方式来决定 控制方式集中控制分散控制分级控制全分散控制1集中控制处理机可以使用所有的资源 完成所有的功能 特点 灵活性差 经济性差 处理机复杂故贵 软件庞大 维护困难 一控制方式 资源1 资源2 资源m 处理机1 处理机2 处理机n 功能1 功能2 功能f 图 集中控制系统 控制系统中的每台处理机只能使用部分资源 完成部分功能 分级式多处理机系统将控制功能分级 不同层次的控制功能由不同的处理机完成 分布式 全分散 多处理机系统取消了中央处理机 处理机遍布于每个功能模块 每个模块都具有通路选择和建立功能 设立辅助控制单元完成较高层次的呼叫处理和控制功能 如S 1240型数字交换机 特点 更好地使用硬件和软件的模块化 便于系统扩充 提高了系统的可靠性和灵活性 2分散控制 话路设备 预处理机1 用户处理机 呼叫处理机 可有多台 维护管理处理机 图 分级控制系统 预处理机1 预处理机1 数字交换网络DSN 模拟用户模块 S 1240型数字交换机 数字用户模块 ISDN用户模块 服务电路模块 公共信道模块 模拟中继模块 数字中继模块 ISDN中继模块 维护和外设模块 话务员接口模块 辅助控制单元 按功能分担如分级控制的不同级之间是按功能分担容量分担完成的功能一样 使用的资源不一样 如分级控制的同级处理机之间可按容量分担 话务分担各承担一部分话务 完成的功能一样 使用的资源也一样 如集中控制的处理机之间可按话务分担 业务分担按业务类别分担 实现的功能不一样 使用的资源也不一样 分布式控制即是采用业务分担 二多处理机系统的分工方式 对交换机的控制系统的可靠性要求非常高 指标是累计间断时间 3分钟 每年 为了提高控制系统的可靠性 采用冗余配置 对于完成重要功能的处理机采用1 1冗余配置 不重要的则可采用 n 1 冗余配置 即n台处理机1台冗余 1 1的冗余配置有三种工作方式 同步双工工作方式双机互助 话务分担 主 备用方式 三处理机的冗余配置 1同步双工工作方式 同时接收话路设备的输入信息 执行相同的指令 两台处理机同步工作 执行结果进行比较 相同则继续 两台处理机中只有一台处理机输出信息控制话路设备工作 如结果不一致 则中断正常业务 各自启动检测程序 检测有故障的处理机退出服务 且应尽快修复 返回到工作系统中 特点 1 对硬件故障反应快 对软件故障没有容错能力 2 需不停进行同步复核 降低了处理机的效率 话路设备 处理机 A 比较器 处理机 存储器 同步双工工作方式 B 话务工作由两台能独立承担该话务工作的处理机分担 一旦有一台处理机出现故障 就由另一台处理机承担全部的话务工作 故障处理机应尽快修复 返回到工作系统中 2双机互助 话务分担 一旦某个话务工作被一台处理机接受处理 禁止设备就禁止另一台处理机再去处理该话务 优点 1 过负荷能力强 2 对软件故障有容错能力 3 调试新软件 扩充新设备时 可使一台服务 一台调试 缺点 为避免双机同抢资源 双机通信息较频繁 使软件较复杂 对硬件故障不如同步方式反应快 3主 备方式一台处理机联机工作 一台处理机备用 一旦主用机出现故障 进行主 备用设备切换 特点 实现简单 主 备用切换时会产生延误或已有的连接中断 四多处理机间的通信方式 通信方式利用PCM信道利用TS16进行通信与话音信息一样在交换网络中传输 用不同的标志区分采用计算机网常用方式 作业 1如何提高交换机控制系统的可靠性 从控制方式 硬件的冗余配置 软件具有监视和维护功能 组成元件要高可靠性几个方面来写 2交换机采取什么措施防止高压进入交换机 3为什么数字中继电路要实现帧调整 另外数字中继电路中没有帧同步会出现什么情况 41 1冗余配置三种方式的优缺点 第四章电路交换系统的软件 4 1交换软件的组成 交换软件 运行软件系统 交换机运行时执行的软件 支援软件系统 操作系统 数据库系统 应用软件系统 软件开发 生产工具与环境 软件维护工具与环境 呼叫处理程序 管理程序 维护程序 一运行软件系统 呼叫处理程序 管理程序 应用软件系统 维护程序 调用返回 系统调用 操作系统 硬件系统 中断 控制 数据库管理系统 数据 图4 1运行软件的系统结构 数据 反映交换局和用户的情况 为程序的执行提供必要的环境和依据 操作系统 负责资源的管理和程序的执行控制 操作系统直接覆盖在裸机上 为其它软件提供一个虚拟机环境 呼叫处理程序 负责呼叫处理功能 管理程序 协助实现交换机的软 硬件系统的更新 如新用户建立 用户改号时用户数据的更新 进行计费管理 监督交换机的工作情况 确保交换机的服务质量 如服务观察和话务量测量 维护程序 负责交换机的故障检测 诊断和恢复 保证交换机可靠工作 管理25 呼叫处理15 操作系统20 维护40 图4 2运行软件的比例分配 交换机的运行软件本身是很庞大和复杂 它的设计生产和维护工作也是艰巨的 软件支援系统就是提供这两方面的工具和环境 交换机的运行软件大体结构相同 但对不同的交换局 需作一定的修改以适应各种具体要求 利用软件开发 生产工具与环境可高效 可靠地完成 软件维护指对原先设计的运行软件不断地改进和扩充 直至交换机退役 这也可以由软件维护工具与环境完成 二软件支援系统 4 2呼叫处理软件 呼叫处理软件是负责呼叫处理功能 具体有 监视话路设备的状态 用户线 中继线 接收用户号码 数字 号码 分析 状态分析 路由选择 通路选择 驱动话路设备等 第一位号码到 一呼叫处理的过程及处理任务 处理任务 状态 输入信号 事件 用户扫描 去话分析 送拨号音 停拨号音 数字分析 来话分析 路由选择 通路选择 振铃控制 送回铃音 通路接续 路由复原 送忙音 主叫复原 空闲 等待收号 收号 振铃 通话 听忙音 空闲 主叫摘机 送用户号码 被叫摘机 被叫挂机 主叫挂机 上述呼叫处理过程中所执行的处理任务可以分为三种类型 输入处理 内部处理 输出处理 输入处理 用于识别输入信号 具体有用户扫描 收号等 内部处理 分析输入信息的现有状态 分配资源 收号器 中继路由 内部链路 决定下一步的工作 如数字分析 来话分析 通路选择 输出处理 执行内部处理的结果 完成对话路设备的驱动 如振铃控制 通路接续 送忙音 回铃音等 一个呼叫处理过程是输入处理 内部处理 输出处理的不断循环 一个循环的结束 硬件设备就从一个稳定状态转移到新的稳定状态 一个呼叫处理的过程实际上是状态转移的过程 二用户扫描 识别用户状态 摘机或挂机状态 的输入处理 摘机 用户回路闭合 48V提供给用户话机 用 0 表示挂机 用户回路断开 用 1 表示交换机通过周期性扫描用户线来识别用户状态 1用户扫描周期 确定为100ms左右 96ms或100ms 太长 影响服务质量 太短 增加了处理机的负担 100ms左右的扫描周期滤去了话机抖动造成的干扰 2摘机识别和挂机识别摘机识别式 SCN LSCN 1本次扫描值上次扫描值 摘机事件的识别是识别摘机动作 而不是识别是否出于摘机状态 以便处理机做下一步处理 对于摘机事件还应区分出是呼出摘机还是应答摘机 两个事件会有不同的处理 可利用用户的忙闲状态LM进行区分 呼出摘机前 用户处于 闲 状态用 1 表示 应答摘机前 用户处于 忙 状态 已振铃 用 0 表示 因此 呼出摘机识别 SCN LSCN LM 1应答摘机识别 SCN LSCN LM 1挂机识别式 SCN LSCN 1 挂机事件的识别也是识别挂机动作 3用户扫描采用群处理方式 用户状态是由硬件周期性地写入特定存储器中 一个用户线扫描值占一位 然后由软件周期性地读取 读取时是一次读一个字长的数据 通过判别式一起判断 再通过寻 1 指令确定具体的用户 另外 大量用户分成若干群 按群分时扫描 以免集中扫描占用过多时间 使其它工作不能及时处理 注意摘机识别和挂机识别是通过不同的判别式判别 但都是在用户扫描程序中识别 同时识别 用户扫描程序流程图 SCN LSCN 0 用户扫描 置扫描行起始地址 读取扫描结果 通过寻1指令找出呼出用户 LSCN 1 Y N Y N N Y Y LM 1 通过寻1指令找出应答用户 通过寻1指令找出挂机用户 行号加1 指定行扫完 N 登记挂机事件 登记应答事件 登记呼出事件用户改忙 结束 1号盘话机的收号号盘话机送号的方式 号盘话机的指标 脉冲速度 每秒8 20个 脉冲断续比 1 1 3 1位间隔 250ms 三收号 收号方法 识别用户线上的脉冲并计数 同时识别位间隔 当识别到位间隔时 计数值存储并给计数器清零 为计下一位号的脉冲作准备 脉冲识别扫描周期识别脉冲需要扫描用户线状态为了不漏掉一个脉冲 脉冲识别扫描周期须 最短的脉冲断或续的持续时间最短的断或续持续时间 1秒 20 1 3 1 12 5ms通常取脉冲识别的扫描周期为8ms或10ms 脉冲识别可通过脉冲前沿变化或脉冲后沿变化来识别脉冲前沿变化识别SCN LSCN 1或 SCN LSCN SCN 1 UM SCN 1 后沿变化识别SCN LSCN 1或 SCN LSCN SCN 1 UM SCN 1 UM SCN LSCN 为失配信号 位间隔识别若用户线在较长一段时间内 位间隔识别周期内 没有脉冲变化 且LSCN 0 则认为是位间隔 用AP表示位间隔识别周期内有无脉冲变化 AP1有脉冲变化0无脉冲变化AP的值由脉冲识别程序给出位间隔识别式 AP LAP LSCN 1 位间隔只识别一次 中途挂机识别式 AP LAP LSCN 1 位间隔识别周期T位确定 第一 T位 最长的断或续状态的持续时间 1秒 8 3 3 1 93 75ms第二 T位 1 2最短的位间隔时间 1 2 250ms 125ms若脉冲识别周期为8ms 则T位取96ms若脉冲识别周期为10ms 则T位取100ms 若2T位 最短位间隔时间 就可以避免该情况的发生 收号扫描 输出扫描指令 读取扫描结果 UM SCN LSCN UM AP AP UM LSCN 1 脉冲计数 判停拨号音 SCN LSCN 全识别完 结束 8ms N 换收号器 N Y Y 位间隔识别 AP LAP 1 LSCN 0 存一位数 计数器清零 AP LAP 0 AP 全识别完 结束 96ms 换收号器 N Y Y 早释事件登记 N Y N 说明 AP的值在每一次位间隔识别周期之初清零 在每次脉冲识别时执行UM AP AP这样在位间隔识别周期内只要有一次脉冲变化AP即为1 收号时 脉冲识别扫描程序和位间隔程序同时启动 共同实现收号任务 按一个键 产生一个双音多频信号 DTMF 双音多频信号由收号器接收转换成十进制数输出 软件则负责在合适的时刻读取收号器输出的数 否则就收不到号 1209133614771633HZ 697HZ770HZ852HZ941HZ 2按钮话机的收号 当数字的音频信号过来时 收号器上有一个 信号出现位 SP变为高电平 数字音频信号过后 SP变为低电平 软件以16ms周期扫描SP位 若 SP LSP LSP 1 则读取收号器的输出 对主叫用户数据进行分析 确定下一步的任务 是不接还是准备收号 并为后面的工作作准备 提供有关信息如优先级 去话分析流程 四去话分析 主叫摘机检测到即进行去话分析 用户状态 如去话拒绝 来话拒绝 去话来话均拒绝 均不拒绝等 用户数据类别用户类别 一般用户 磁卡电话 用户小交换机 数据传真等 出局类别 市话 国内长途 国际长途 专用情况 热线电话 优先级用户等 用户电路类别 普通用户电路 带直流脉冲计数的用户电路等 用户数据类别 用户电路类别 输入 用户状态 话机类别 专用情况 计费类别 输出 不接 去话拒绝 其他 对用户所拨号码进行分析 确定接续性质 国际 长途 特服 本局 它局 应收几位号码 下一步的任务 并为后面的工作做准备 对于不同的接续性质 下一步的任务不一样且输出结果不一样 如本局呼叫 则下一步任务是来话分析 输出是确定被叫用户 出局呼叫则下一步任务是路由选择 输出是路由索引 为路由选择做准备 五号码分析 收号时即进行号码分析 分析步骤 1预译处理 分析号首 确定接续性质以及应收几位号码 2拨号号码分析 分析全部的号码分析方法 查表法 分析流程图 由于不同接续性质处理不一样 不同书本上画的流程不一样 不讲 若是本局呼叫 号码分析完即进行来话分析 对被叫的用户数据 及被叫的忙闲状态 进行分析 确定下一步是通路选择还是给主叫送忙音 六来话分析 来话流程图 输入 一般 来话拒绝 用户