《现代通信系统》课件第三章.pptx
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1、第三章 现代数字交换技术第三章 现代数字交换技术第三章 现代数字交换技术3.1概述通信的目的是实现信息的传递。一个能传递信息的通信系统至少应该由发送终端、传输媒介和接收终端组成,如上图所示。发送终端将含有信息的消息,如话音、图像、计算机数据等转换成可被传输媒介接受的信号形式,如电信系统就要转换成电信号形式,光纤系统就要转换成光信号形式,同时在接收终端把来自传输媒介的信号还原成原始信息;传输媒介则把信号从一个地点送至另一个地点。这种仅涉及两个终端的单向或交互通信称为点对点通信。图3.1最简单的“点对点”通信示意图第三章 现代数字交换技术在用户密集的中心安装一个设备,把每个用户的电话机或其他终端设
2、备都用各自专用的线路连接到这个设备上。此设备相当于一个开关节点,平时处于断开状态,当任意两个用户之间交换信息时,该设备就把连接这两个用户 的有关节点合上,这时两用户的通信线路连通。由于该设备能够完成任意两用户之间交换信息的任务,所以称其为交换设备,N部电话机仅需要N条电路,如图3.2(b)所示。图3.2用户之间的连接方式第三章 现代数字交换技术3.2交换方式分类3.2.1布控交换和程控交换布控和程控是交换设备控制部分两种不同的实现方法。布控是布线逻辑控制(WiredLogicalControl,WLC)的简称。程控是存储程序控制(StoredProgramControl,SPC)的 简称。第三
3、章 现代数字交换技术1.布线逻辑控制交换机所谓布控,是指将交换 机各控制部件按逻辑要求设计好,并用电路板布线的方法将各元器件同定连接好。具有一定的逻辑操作功能,在外来信号作用下,交换机的各项功能即能实现的一种控制方法。具有以下特点:(1)控制设备电路复杂,电路设计麻烦。(2)当用户和网络发生变化,或者开放新业务时,必须更改布线或电路,还要增加新设备。(3)控制设备动作速度慢,对元器件要求低。(4)交换机容量不大时比较经济。(5)相对程控交换机来说,操作易于掌握。第三章 现代数字交换技术2.存储程序控制交换机所谓程控,是存储程序控制的简称,程控交换是一种用计算机控制的电话交换技术 它将对交换机话
4、路设备的控制功能预先编制成程序存到存储器中然后用计算机启动运行 程序再通过接口电路控制交换机话路设备接续。即把各种控制功能、步骤、方法编成程序,放入存储器,利用存储器,由所存储的程序控制整个交换机的工作。具有以下特点:(1)灵活性大,适应性强。(2)能方便地提供各种新业务。(3)便于采用公共信道信令系统。(4)易于实现维护自动化和集中化。(5)便于维护管理。(6)可靠性高体积小,重量轻。第三章 现代数字交换技术3.2.2模拟交换和数字交换模拟交换与数字交换反映了交换接续的两种不同的实现方法。所谓模拟交换,是指通过交换机交换接续的是模拟信号;所谓数字交换,是指通过交换机交换接续的是数字信 号。当
5、然,对数字交换而言,如果交换机所接终端(比如我们目前最常用的电话机)产生的信号是模拟信号则有一个A/D或D/A转换的过程。第三章 现代数字交换技术3.2.3空分交换和时分交换空分交换与时分交换是交换网络的两种不同的实现方式。空分是指空间分隔,时分是指时间复用。空分交换由空分交换网络来实现。不同通话话路是通过空间位置的不同来进行分隔的,即在空间位置上实现的一种交换方式。时分交换是指对时分复用的信号进行交换。时分复用通常采用脉冲编码调制(PCM)。模拟的话音信号经过脉码调制后,就变成了 PCM信号。对PCM信号进行交换叫做”脉码时分交换”,也称“时隙交换”,通过数字接线器来实现。第三章 现代数字交
6、换技术3.2.4电交换和光交换电交换与光交换反映了交换的信息载体的两种不同的形式。电交换是指对电信号进行的交换,即交换的信息载体是电流或电压形式的电信号。光交换是对光信号直接进行的交换。它不需要将光缆送来的光信号先变成电信号,经过交换后再复原为光信号。由于被交换的信息载体从电变成了光。从而使光交换具有宽带特性,且不受电磁干扰。光交换系统被认为是可以适应高速宽带通信业务的新一代交换系统。第三章 现代数字交换技术3.3信息交换的常用术语3.3.1交换网络与接线器交换网络又称为接续网络,它可由一个或多个接线器组成。一台交换机通常由交换网络、接口、控制系统三部分组成,它们之间的关系如下图所示。图3.3
7、交换机组成示意图第三章 现代数字交换技术接口的作用是将来自不同终端(如电话机、计算机等)或其他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信令传送给控制系统,将消息传送给交换网络。交换网络的任务是实现各入线与出线上信号的传递或接续。控制系统则负责处理信令,按信令的要求控制交换网络以完成接续,通过接口发送必要的信令,协调整个交换机的工作。第三章 现代数字交换技术接线器可看做是一个有M条入线和N条出线的网络,它有MN个交叉接点。每个接点都可在控制系统的控制下接通或断开,接线器的作用是根据需要使某一入线与某一出线接通。例如,在下图3.4中,当我们希望将l号用户线与中继线
8、接通时,只需将网络交点(交叉接点)a接通。图3.4交叉接点式接线原理示意图第三章 现代数字交换技术3.3.2集中控制和分散控制集中控制与分散控制是程控交换机系统的控制机构所配置的两种结构方式。如果每台处理机均能控制全部资源,也能执行所有功能,则这种控制方式就称为集中控制;如果每台处理机只能控制部分资源,执行交换机的部分功能则这种控制方式就称为分散控制。集中控制的优缺点:优点是处理机对整个交换系统的状态能全面了解,处理机能控制所有资源。因为功能接口之间主要是软件间的接口,改动功能也主要是改变软件,比较简单。缺点是它的软件包括所有的功能,规模很大啕系统管理相当困难,同时系统相当脆弱。分散控制的优缺
9、点:主要优点是每台处理机只处理系统部分资源,没有集中控制复杂,软件规模较小,当一台处理机故障时,其他处理机仍能完成控制功能,因此系统可靠性高。缺点是控制系统不了解所有资源,不能对资源和功能进行最佳分配。第三章 现代数字交换技术3.3.3电路交换和分组交换交换方式可分为电路交换与信息交换两大类,这两大类还可以进一步细分,如图3.5所示。这里主要介绍电路交换和分组交换。图3.5交换方式分类第三章 现代数字交换技术电路交换是交换中最早出现的一种交换方式在电话通信中普遍采用电路交换方式。电路交换是一种实时的交互式交换,包括呼叫建立、信息传送和连接释性三个阶段。在模拟电路交换中,交换机为通话双方提供物理
10、连接电路,并在整个通信过程巾被通话双方独占。在通话结束后释放物理电路其他用户才能占用。整个通信过程中每个分配的时隙是同定不变的,并为通话用户所独占,在通话结束后才能分配给别的用户,这一工作方式也称为同步时分复用。分组交换采用存储转发交换方式,把传送的信息分成很多小段(分组),并在每段信息前都附加一个标志码(分组头),用以标志其属于哪一路信号。在许多情况下,多个这样的单路信号共用一个标志化信道,信道可以按照需要动态地、灵活地分配给各单路信号,这一工作方式也称为异步时分复用或统计时分复用。第三章 现代数字交换技术3.3.4静态路由与动态路由交换网络通过使用路由表或路由目录在用户之间发送信息。路由选
11、择的任务就是根据 确定的输入端与输出端在交换网络上的位置选择一条空闲的、运段连接的路由。对于静态路由,除非网络上发生重大的事情,如交换机故障,否则这个路由是不会发生变化的。即使故障,这类网络也只向用户发送错误信号。而不会试图恢复中断的用户数据。对于具有自适应能力的动态路由,路由需要定期更新以反映不断变化的网络状况,由于路由表随时可能发生变化,与两个终端用户有关的分组可能采取不同的路由通过网络。采用动态路由时,网络或最终用户负责在接收点重新组装分组。第三章 现代数字交换技术3.4数字程控交换技术程控交换也称时隙交换,由于在公用通信网中数字话音信号是采用TDM帧结构传输的,不同用户的话音信号分别占
12、用不同的时隙,因此在数字程控交换机中实现的数字交换 实际上就是对数字话音信号进行时隙交换。时隙交换通过数字交换网络完成,也就是要完成任意PCM复用线上任意时隙之间的信息交换。在具体实现时应具备以下两种基本功能:在同一条 PCM复用线上进行不同的时隙交换功能;在复用线之间进行同一时隙的空间交换功能。第三章 现代数字交换技术图3.6同一复用线时隙交换示意图图3.7 多复用线(4条)时隙交换示意图在同一条 PCM复用线上进行不同的时隙交换功能;在复用线 之间进行同一时隙的空间交换功能。任何一条输入时分 复用线上的任一时隙的信息,可以交换到任何一条输出时分复用线上的任一时隙中去。同一复用线时隙交换多复
13、用线时隙交换第三章 现代数字交换技术然而在多复用线时隙变换中既有TSi的信息“A”交换到TS;又有TSj的信息“B”交换到TS,实现了信息的双向传递,由此实现双方通话。但是数字交换网络只能单向传送信息,所以对于每一个通话接续,在数字交换中应建立来去两条通路构成双向通路,如图3.8所示。图3.8 双向通信示意图第三章 现代数字交换技术如前所述,数字交换网络的基本功能可归纳为实现时隙交换和空间交换。实现时隙交 换功能的部件称为时间(T)接线器,实现空间交换功能的部件称为空间(S)接线器,T接线器与S接线器的适当组合就构成了数字交换网络,接线器是构成数字交换网络的基本部件。容量的数字交换机可仅由T接
14、线器构成单级数字交换网络,S接线器不具有时隙交换功能,所以不能仅由S接线器构成数字交换网络,但通过SJ主线器可以扩大交换也围,增大容量。引入S接线器后,数字交换网络可有两种基本结构:TST型和STS型。第三章 现代数字交换技术3.4.1T接线器的基本原理 T接线器实现时隙交换的原理是利用存储器写入与读出时间(隙)的不同,即在输入时 隙写入,而在其他时隙(通话另用户占用时隙)读出来完成时隙交换。T接线器的组成和工作原理如图3.9所示,主要由信息存储器(IM)和控制存储器(CM)组成。IM用来暂存信息码,其容量取决于复用线的复用度(图中以32为例)。IM的存取方式有两种:一种为“顺序写人,控制读出
15、”的输出控制型;另一种为“控制写入,顺序读出”的输入控制型,从而形成两类T接线器即顺入控出型和控入顺出型,分别如图 3.9(a)和(b)所示。第三章 现代数字交换技术在图3.9(a)中,设输入信码在TSw上,要求经过T接线器以后交换至TS上去然后 输出至下一级。CPU根据这一要求,通过软件在控制存储器的2号单元写入“30,即由 CPU“控制写入”。控制存储器的读入定时时钟控制,按照时隙号读出相对应单元内容。图3.9(b)的T接线器是按“控入顺出”方式工作的,亦即其信息存储器是按“控制写入,顺序读出”方式工作的。图3.9 T接线器的组成和工作原理第三章 现代数字交换技术3.4.2S接线器的基本原
16、理 S接线器的作用是完成不同复用线间的时隙交换,主要由电子交叉接点矩阵和控制存 储器(CM)组成。图3.10表示出22的交叉接点矩阵,它有2条输入复用线和2条输出复用线。控制存储器的作用是控制交叉接点矩阵,控制方式有两种:一种是输入控制方式,如图3.10(a)所示,它是按输入复用线来配置和管理CM的,即每一条输入复用线有一个 CM,由这个CM未决定该输入PCM线上各时隙的信码要交换到哪一条输出PCM复用线 上去;另一种是输出控制方式,如图3.10(b)所示,它是按输出PCM复用线来配置和管理 CM的,即每一条输出复用线有一个CM,由这个CM来决定哪条输入PCM线上哪个时隙 的信码要交换到这条输
17、出PCM复用线上来。第三章 现代数字交换技术以图3.10(a)为例来说明S接线器的工作原理。设输入PCM的TS1中的信码要交换到输出PCM1中去,当时隙1时刻到来时,在CM的控制下,使交叉点01闭合,使输入PCM的TS1中的信码直接转送至输出PCM1的TS1去。因此,S接线器能完成不同的PCM复用线间的信码交换,但是在交换中其信码所在的时隙位置不变,即它只能完成同时隙位置内的信码交换。故s接线器在数字交换网络中不单独使用。图b原理相同。图3.10 S接线器的组成和工作原理第三章 现代数字交换技术3.4.3TST交换网络TST是三级交换网络,两侧为T接线器,中间一级为S接线器,S级的出入线数取决
18、于两侧T接线器的数量,如S级采用1616256挂线器的输出控制方式,则S接线器有16条输入复用线。有16条输出复用线,所以两侧各有16个T接线器,每个T接线器完成256个 时隙交换,整个交换网络可以完成25616=4096个时隙的交换。TST网络实现交换的关键 是接线器的受控特性,通过处理机向各控制存储器相应存储单元内写入正确的内容。第三章 现代数字交换技术下图给出了一个TST网络的结构示意,图中假设S级采用3332接线器输入控制方式T,表示S接线器有3条复用线(HW),每条复用线有32个时隙。因此,TA、TK两级信息存储器各有32个单元,各级控制存储器也各有32个单元。图3.11 TST数字
19、交换结构示意图第三章 现代数字交换技术因此3条输入复用线就需要有3个T接线器;3条输出复用线需要有3个TB接线器;而负责复用线交换的S接线器矩阵应为33,因而也有3个控制存储器。各级的功能与控制方式如下:(1)TA接线器负责输入复用线的时隙交换,工作于输出控制方式;(2)S接线器负责复用线之间的空间交换,工作于输入控制方式;(3)TB接线器负责输出复用线的时隙交换,工作于输入控制方式。需要指出,两级T接线器的工作方式必须不同,以利于控制。而谁是输入控制,谁是 输出控制,都是可以的。对于S接线器用什么控制方式也是二者均可的,因3.11中采用的是输入控制方式。假设A信码占用HWI的TS2B信码占用
20、HWO的TS1,TST交换网络在A、B之间是如何进行路由接续的呢?第三章 现代数字交换技术首先讨论HWITS2HW3TS:n方向的接续。CPU在存储器中找到一条空闲路由,即交换网络中的一个空闲时隙,图中假设此空闲时隙为TS7。这时,CPU就向HWI的CM 的7号单元写入“2”;向CMH的7号单元写入“31”向S级1号CMc的7号单元写入“3”。IMA按顺序写入,TS2时刻将信码A写入到HWI的IMA的2号单元中去。TS7时刻,顺序读出CM,7号单元内容“2”作为IMA的读出地址,控制读出,于是就把原来在TS2的信码A交换到了TS。此时,S级1号CMc读出7号单元内容“3”,控制l号输入线和3号
21、输出线在TS1时接通,就将信码A送至TB接线器中。HW线上的TB接线器的JMB在CMB控制下将TS7中的信码A写入到31号单元中去。在 IMBJ顺序读出时,TS31时隙读信码HWITS2并送至HW3TS31,完成HWITSHW.TSn方向的交换。第三章 现代数字交换技术交换网络必须建立双向通路,即除了上述HW1TS2HW3TS31方向之外,还要建立 HW3TS31HWITS2方向的路由。HW:iTS:nHW1TS2方向的路由选择通常采用“反相法”,即两个方向相差半帧。在本例中一帧为32个时隙,半帧为16个时隙,HWITS2HW3TS31方向空闲内部时隙选定TS7则HW3TS:llHWITS2方
22、向就应选定16+7=23,即TS2:i。这样可使得CPU一次选择两个方向的路由,避免CPU的二次路由选择,从而减轻CPU的负担。HW3TSnHWITS,方向的信息传输过程与HWITS2HW.,TSi1方向相似,只需将 内部空闲时隙改为TS2:i,图3.11也画出了HW:iTS.11HWITS2方向的交换过程,信息交换原理大同小异,不再赘述。在通话终结拆线时,CPU只要把控制存储器相应单元清除即可。第三章 现代数字交换技术3.4.4数字程控交换呼叫处理与控制用户打电话的过程是:主叫摘机,拨被叫号码,被叫应答,开始讲话,话毕挂机。对应于用户的这些操作,交换机应按顺序完成下列动作:送出拨号音;接收拨
23、号;拨号数字分析:呼叫被叫用户;被叫应答;切断。这就是程控交换机基本的呼叫接续过程。现将几个呼叫接续阶段用流程图表示,如图3.12所示图3.12呼叫接续阶段流程图第三章 现代数字交换技术3.5分组交换3.5.1概述 分组交换技术是由RAND公司的保罗布朗(PaulBaran)和他的同事于1961年在美 国空军RAND计划的研究报告中首先提出来的。布朗等人当时的想法是,将通话双方的对话内容分成一个一个很短的小块(分组),在每一个交换站将这一呼叫的“分组”与其他呼叫的“分组”混合起来,并以“分组”为单位发 送,通话内容通过不同路径到达终端,终点站收集所有到达的“分组”,然后将它们按顺序 重新组合成
24、可懂语言。如果传输线路在网中的某一位置被截收,收到的是由多个对话交错 在一起的“分组”,其含意是不连贯的,从而达到保密目的。后来,美国国防部高级规划研究局,开始从事分组交换技术的研究和开发工作,并于1969年完成了世界上第一个分组交换网ARPAnet的建设。ARPAnet的 成功,鼓舞了许多通信设备公司,使他们看到了利用分组交换技术实现公用数据通信网的前景,于是纷纷开始研究和开发分组交换技术。第三章 现代数字交换技术分组交换的主要优点是:(1)对用户终端的适应性强。(2)信息传输时延相对于报文交换减小。(3)线路利用率高。分组交换传输实现了线路的动态统计时分复用,在一条物理线路上可以同时提供多
25、条信息通路,提高了线路利用率。(4)可实现分组多路通信。(5)可靠性高。分组在分组交换网中传输时,分段独立地进行差错控制,使信息传输误码率大大降低。(6)经济性好。信息以分组为单位存储和处理,可以简化交换处理,降低网内设备的费用;采用动态统计时分复用,从而大大降低线路使用费用。分组交换的主要缺点是:(1)信息传输效率较低。(2)实现技术复杂。第三章 现代数字交换技术3.5.2分组交换的基本原理 分组交换是在传统的存储转发式报文交换的基础上发展起来的一种新型的数据交换技术。分组交换方式的工作过程是分组终端将用户要发送的数据信息分割成许多一定长度的 数据段,每个数据段除了用户信息外,还另加上了一些
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