現(xiàn)代交換技術

1、現(xiàn)代交換技術（第2版）張中荃 主編人民郵電出版社李陽 主講安徽農(nóng)業(yè)大學通信工程系2010年8月28日目 錄第1章 交換技術概述 8學時1.1 交換的基本概念1.1.1 交換的引入1.1.2 交換節(jié)點的基本功能1.2 交換技術分類1.2.1 模擬交換與數(shù)字交換1.2.2 布控交換與程控交換1.2.3 電路交換與分組交換1.2.4 窄帶交換與寬帶交換1.3 交換技術的發(fā)展1.3.1 電話交換技術的發(fā)展1.3.2 分組交換技術的發(fā)展1.3.3 ATM交換技術的發(fā)展1.3.4 IP交換技術的發(fā)展1.4 電話交換信令方式1.4.1 信令的概述1.4.2 信令的類型1.4.3 用戶線信令1.4.4 局間信

2、令第2章 數(shù)字交換與數(shù)字交換網(wǎng) 8學時2.1 數(shù)字交換原理2.1.1 數(shù)字交換2.1.2 時隙交換原理2.1.3 數(shù)字交換網(wǎng)絡2.2型時分 T接線器的基本組成2.2.2 T接線器的工作原理2.2.3 T接線器的電路組成2.2.4 T接線器的實際電路與應用2.3 S型時分接線器2.3.1 S接線器的基本組成2.3.2 S接線器的工作原理2.4 三級時分交換網(wǎng)絡2.4.1 TST型時分交換網(wǎng)絡2.4.2 STS型時分交換網(wǎng)絡2.5 阻塞的概念與計算2.5.1 阻塞的概念2.5.2 阻塞概率的計算第3章 程控交換機的硬件系統(tǒng) 8學時3.1 程控交換機的總體結構3.2 話路系統(tǒng)3.2.1 用戶級話路3

3、.2.2 中繼器3.2.3 信號部件3.3 控制系統(tǒng) 處理機控制方式 處理機備用方式 控制系統(tǒng)的可用性第4章 程控交換機的軟件系統(tǒng) 8學時4.1 程控交換機的軟件組成 在線程序 支援程序 數(shù)據(jù)4.2 呼叫處理的基本原理 呼叫處理過程及狀態(tài)轉移 輸入處理 分析處理 任務執(zhí)行和輸出處理4.3 程序的執(zhí)行管理 軟件管理技術 程序的級別劃分 程序的啟動控制 周期級的調度管理 基本級程序的管理執(zhí)行4.4 系統(tǒng)的診斷與維護 故障處理的一般過程 故障檢測與診斷 故障排除第5章 移動交換系統(tǒng)簡介 8學時5.1 移動交換系統(tǒng)概述 移動通信系統(tǒng)組成 移動交換控制的特征5.2 移動交換控制原理 移動呼叫處理 移動交

4、換基本技術5.3 移動交換接口信令 無線接口信令 基站接入信令 網(wǎng)絡接口信令總計：40學時第1章 交換技術概述 8學時通信的目的是實現(xiàn)信息的交換。通信網(wǎng)絡是由用戶終端設備、傳輸設備、交換設備組成的。終端設備的功能是把信息轉換成傳輸媒質可以接收的電磁信號（聲、光、電）；或者把傳輸媒質中的電磁信號（聲、光、電）轉換成信息。傳輸設備的功能是實現(xiàn)信息的傳輸。交換設備的功能是實現(xiàn)信息的交換。信息是對客觀事物的屬性、狀態(tài)的事件的符號化描述。消息是信息中包含的客觀事物的屬性、狀態(tài)的事件集合。信息量是信息中包含的客觀事物的屬性、狀態(tài)的基本事件的數(shù)量。資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)終端1終端n 圖1-1 通信網(wǎng)絡示意圖資源子

5、網(wǎng)負責信息的組織和信息格式的轉換。通信子網(wǎng)負責信息的傳輸與交換。1.1 交換的基本概念1.1.1 交換的引入2點之間信息的交換終端2終端1圖1-2 2點之間信息的交換N點之間信息的交換終端1終端2終端N圖1-3 N點之間信息的交換交換機的引入終端1交換機終端2終端N圖1-4 交換機的引入通信網(wǎng)的組成交換機4交換機1匯接交換機3交換機n交換機2圖1-5 通信網(wǎng)的組成1.1.2 交換節(jié)點的基本功能交換接點的接續(xù)類型：本局接續(xù)：本局用戶線之間的接續(xù)。出局接續(xù)：本局用戶線和出中繼線之間的接續(xù)。入局接續(xù)：入中繼線和本局用戶線之間的接續(xù)。轉接接續(xù)：入中繼線和出中繼線之間的接續(xù)。交換接點的基本功能：接收并分

6、析呼叫信號；接收并分析地址信號；正確選擇路由；控制連接建立；根據(jù)釋放信號拆除連接；1.2 交換技術分類模擬交換與數(shù)字交換：按照傳輸信號的方式分類；布控交換與程控交換：按照接線控制方式分類；電路交換與分組交換：按照傳輸信道占用方式分類；窄帶交換與寬帶交換：按照傳輸帶寬分配方式分類；1.2.1 模擬交換與數(shù)字交換 模擬信號與數(shù)字信號 模擬信號：時間和振幅都連續(xù)的信號。 數(shù)字信號：時間和振幅都離散的信號。 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信：用模擬信號來傳輸信號的通信方式。數(shù)字通信：用數(shù)字信號來傳輸信號的通信方式。信源傳輸介質解調器信宿調制器噪聲圖1-6 模擬通信系統(tǒng)模型基帶信號：未經(jīng)調制，直接在信道上傳輸

7、的信號。基帶模擬信號基帶數(shù)字信號調制器信道編碼信源編碼信源噪聲調制器解調器信道解碼信源解碼信宿圖1-7 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬交換與數(shù)字交換模擬交換：針對模擬信號的交換；數(shù)字交換：針對數(shù)字信號的交換；1.2.2 布控交換與程控交換布控：是布線邏輯控制的簡稱。交換機有：步進制、縱橫制機電交換機。程控：是程序邏輯控制的簡稱。交換機有：模擬、數(shù)字程控交換機。1.2.3 電路交換與分組交換 電路交換a電路交換：是固定分配帶寬，連接建立以后，即使通信雙方?jīng)]有信息傳送也占用電路的一種交換方式。信號可以是模擬的、也可以是數(shù)字的。電路交換的基本過程：呼叫建立；信息傳送；連接釋放； b多速率電路交換，信號是數(shù)字

8、的。多速率電路交換是對電路交換的改進，它對不同的業(yè)務提供不同的帶寬或速率。c快速電路交換FCS，信號是數(shù)字的?？焖匐娐方粨Q是電路交換的一種形式。平時，根據(jù)用戶要求建立邏輯信道；它僅僅在傳送信號時才分配帶寬和資源（占用物理信道），沒有信號傳送時立即釋放物理信道、保留邏輯信道；信號傳送完畢時，刪除邏輯信道。（虛電路工作方式） 分組交換（僅僅對數(shù)字信號） 報文交換報文交換是以報文為單位進行信息傳輸?shù)?。它的工作過程是：把需要傳送的信息，組成一篇報文，包括報頭（發(fā)信地址、收信地址、輔助信息）、正文（用戶傳送的信息）、報尾（結束標志等）3個組成部分。報文在通信節(jié)點以存儲/轉發(fā)方式，從信源傳遞到信宿。 分組

9、交換分組交換有數(shù)據(jù)報和虛電路兩種通信方法。分組交換是把需要傳送的消息（報文）分成若干個信息包；以信息包為單位，采用存儲轉發(fā)的方式傳送到目的地；在目的地，把信息包組合成原來的消息（報文）提交給用戶。數(shù)據(jù)報：把需要傳送的消息（報文）分成若干個信息包，把每一個信息包加上標志、源地址、目的地址、效驗碼等信息以后；通信網(wǎng)中的各個節(jié)點，以信息包為單位，采用存儲轉發(fā)的方式傳送到目的地；在目的地，把信息包、按編號組合成原來的消息（報文）。特點：信息傳送前，沒有建立連接，每個數(shù)據(jù)包在通信網(wǎng)上獨立路由。虛電路：把需要傳送的消息（報文）分成若干個信息包，通信雙方在通信前先建立一條通信信道（邏輯信道），通信時通信系統(tǒng)

10、分配實際的物理信道、信息沿著物理信道、按信息包的先后順序依次把信息包從源發(fā)送到目的地，在目的地按照接收信息包的先后順序組裝出原消息（報文）。 路由選擇路由是從信源到達信宿的信息傳輸路徑的選擇。路由選擇是選擇從信源到達信宿的信息傳輸路徑的過程。路由的方法有擴散法、查表法、虛電路法。擴散法：信息分組從原節(jié)點發(fā)往與它相鄰的每個節(jié)點，接收該分組的節(jié)點檢查自己以前是否已經(jīng)收到過該分組，如果已經(jīng)收到過、則將它拋棄；如果沒有收到過、則將它再次發(fā)往它相鄰的每個節(jié)點（除了該分組來源的哪個節(jié)點之外）。這樣，一個分組的許多拷貝便嘗試著通過各種可能的路徑到達終點，其中必然有一個分組以最小的時延首先到達終點，終節(jié)點刪除

11、后續(xù)到達的該分組的拷貝。特點：信息傳輸可靠；容易產(chǎn)生網(wǎng)絡阻塞。查表法（靜態(tài)路由法）：查表法：在每一個節(jié)點中使用路由表，它指明從該節(jié)點到網(wǎng)絡中任何終點應當選擇的路徑。分組到達節(jié)點以后，按照路由表規(guī)定的線路行進。因為信息分組從源到達信宿的路徑有多條，可以按照一定的準則建立最佳路由和備選路由。建立路由表的方法：最短距離準則：按照最短距離準則建立路由表；最小時延準則：按照最小時延準則建立路由表；靜態(tài)路由法：路由表經(jīng)過一段時間以后更新；路由工作時、不更新路由表；動態(tài)路由法：路由表每時每刻都在更新；每次路由工作時、都要根據(jù)計算更新路由表；虛電路路由表法：對一次呼叫確定路由，路由選擇在節(jié)點接收到呼叫請求分組

12、之后執(zhí)行的，此后到達的數(shù)據(jù)分組將沿著已經(jīng)建立的路由通過網(wǎng)絡。 幀交換（僅僅對數(shù)字信號）X.25協(xié)議是數(shù)據(jù)通信端到端的協(xié)議，包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層。幀交換是把信息分成若干幀、以幀為單位傳輸信息。包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。相對于7層協(xié)議，第2層傳送的信息單元是幀；第3層傳送的信息單元是分組。 快速分組交換（僅僅對數(shù)字信號）高速分組交換是在分組交換基礎上發(fā)展起來的，它把X.25分組交換中的分組逐點轉發(fā)、差錯控制、流量控制，改為端到端、由智能終端或者高層協(xié)議進行必要處理的方案，大大簡化了協(xié)議處理速度，提高了傳輸效率。高速分組交換有2種方式：幀中繼、信元中繼。幀中繼：把需要傳送的消息（報文）分成若

13、干個信息幀，用虛電路的方式進行傳輸。信元中繼：把需要傳送的消息（報文）分成若干個等長的信元，每個信元長度為53個字節(jié)（48個字節(jié)是數(shù)據(jù)，5個字節(jié)是頭部，頭部包括用于路由的邏輯地址、信頭效驗碼、優(yōu)先級等控制信息），以數(shù)據(jù)報方式傳輸。1.2.4 窄帶交換與寬帶交換窄帶交換是限定傳輸數(shù)據(jù)速率為64kbit/s或者是其整數(shù)倍，并且小于等于2Mbit/s的業(yè)務交換。寬帶交換是對每個用戶接口提供至少2Mbit/s的業(yè)務交換。B-ISDN.1.3 交換技術的發(fā)展1.3.1 電話交換技術的發(fā)展1） 機電式電話交換人工電話交換機： 磁石式：電話網(wǎng)的電源由各個電話機提供。共電式：電話網(wǎng)的電源由各個交換機統(tǒng)一提供。

14、特點：交換機需要人工值班，電話轉接需要人工進行。機電式電話交換機：步進制電話交換機（史端喬交換機1889年）：用戶通過撥號，發(fā)出直流脈沖信號，控制交換機中步進電機的動作，完成電話轉接的工作。機動制電話交換機：交換機用記發(fā)器記錄用戶的轉接信令，控制交換機中步進電機的動作，完成電話轉接的工作?？v橫制電話交換機：用繼電器代替步進電機，交換機中控制和話路分離；交換機用記發(fā)器記錄用戶的轉接信令，控制交換機中繼電器的動作，完成電話轉接的工作。2） 模擬程控交換（1965年）用計算機技術實現(xiàn)電話交換機的控制；電話網(wǎng)中傳輸模擬話音電信號。3） 數(shù)字程控交換（1970年）用計算機技術實現(xiàn)電話交換機的控制；電話網(wǎng)

15、中傳輸數(shù)字話音電信號。發(fā)展共路信令：用單獨的信道傳輸信令。4） POTS交換節(jié)點的發(fā)展趨勢POTS普通電話業(yè)務。ISO進行信息化建設的3個步驟建議：普及數(shù)字程控交換機；普及N-ISDN；普及B-ISDN；支持移動交換中心。1.3.2 分組交換技術的發(fā)展1） 早期的研究和實驗1967年開始ARPAnet計劃；1969年實現(xiàn)計算機分組交換網(wǎng)絡；1972年10月，第1屆計算機通信會議，開始民用分組交換網(wǎng)絡建設。2） 分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)1974年開始，計算機網(wǎng)絡進入商業(yè)運行，推動網(wǎng)絡標準化工作。1976年，CCITT建議X.25協(xié)議；等等。3） 分組交換系統(tǒng)的分代第一代分組交換系統(tǒng)：用一臺計算機完成分

16、組交換功能；把某個輸入隊列里的信息分發(fā)到指定的輸出隊列中。第二代分組交換系統(tǒng)：用專用的前端機完成分組交換功能；前端機通過共享媒體、采用時分復用方式進行分組信息的交換。第三代分組交換系統(tǒng)：用專用集成電路實現(xiàn)信息的分組交換。1.3.3 ATM交換技術的發(fā)展ATM是異步時分復用快速分組交換的簡稱。1） 早期的研究ATM研究的目的：結合電路交換和分組交換的優(yōu)點，實現(xiàn)快速信息交換CCITT建議：ATM采用固定長度的分組（每個分組53個字節(jié)），作為B-ISDN信息分組的標準格式。2） 公用ATM交換網(wǎng) 小容量ATM交換網(wǎng)絡：吞吐量10Gbit/s、及其以下交換網(wǎng)。實驗網(wǎng)。 公用ATM交換系統(tǒng)：骨干網(wǎng)絡吞吐

17、量40Gbit/s160Gbit/s。3） 研究熱點和展望交換結構：業(yè)務流控制：話音和多媒體支持：和智能網(wǎng)絡的結合：光交換：物連網(wǎng)：1.3.4 IP交換技術的發(fā)展1） 發(fā)展背景當前的計算機局域網(wǎng)是按照ISO的建議建立的：基于共享媒體的結構的（以太網(wǎng)），為用戶提供廉價的、非實時的、不可靠的、臨近的信息共享服務。為用戶提供電信級信息服務，必須對以太網(wǎng)進行改造。計算機網(wǎng)絡的迅速發(fā)展也需要對傳統(tǒng)局域網(wǎng)進行改造。2） IP交換IP交換是用于在ATM網(wǎng)絡上傳送IP分組的技術。其工作目標是用ATM交換機取代路由器。3） 標記交換技術標記交換技術是基于路由器的ATM承載IP技術。特點：支持多協(xié)議。4） IP/

18、ATM集成交換把IP技術和ATM技術集成在一起。特點：支持多協(xié)議。1.4 電話交換信令方式1.4.1 信令的概述信令：維持通信系統(tǒng)正常工作的信息和指令。1.4.2 信令的類型帶內信令：在電話交換局之間，通過話音頻帶傳送的信令。帶外信令：在電話交換局之間，通過話音頻帶以外傳送的信令。隨路信令：與話音信號同路傳輸?shù)男帕?。分組信令：信令以分組的方式傳送，信令采用對等層通信。公共信道信令：共路信令：采用專門的信道傳輸信令。1.4.3 用戶線信令用戶線信令：是在用戶機器和交換機之間傳輸?shù)男帕?。用戶狀態(tài)信令：選擇信令：地址信令可聞音信令：交換機向用戶發(fā)出的信令。1.4.4 局間信令局間信令：是交換機之間，

19、通過中繼線傳輸?shù)男帕睢Ｖ袊?號信令（隨路信令）：把話路所需的各種控制信號用話路本身或與之有固定聯(lián)系的信道傳輸，即用一個信道傳輸話音和信令。線路信號：是線路設備之間傳送的信號，用于通信的建立、維持、監(jiān)視。 記發(fā)器信號：是記發(fā)器之間傳輸?shù)男盘?。在通信前后傳輸。中?號信令（共路信令）：把通信所需的各種控制信號用專用信道傳輸，即用不同的信道傳輸話音和信令。7號信令的四個功能級： Internet的結構用戶應用層（會話、表示、應用）信號網(wǎng)運輸層信號鏈路互連網(wǎng)層物理鏈路子網(wǎng)層（物理、數(shù)據(jù)鏈路）第2章 數(shù)字交換與數(shù)字交換網(wǎng) 8學時數(shù)字程控交換機的核心是數(shù)字交換網(wǎng)絡，數(shù)字交換網(wǎng)絡用時分方式進行工作，輸入/輸

20、出數(shù)字信號。2.1 數(shù)字交換原理2.1.1 數(shù)字交換數(shù)字交換用時分方式進行工作，把一段時間平均分成若干時隙（時間片），對時隙進行編號。每個時隙中存儲若干位數(shù)字信息。用不同時隙中的數(shù)字信號的交換，實現(xiàn)信息交換。2.1.2 時隙交換原理在時隙交換過程中，如果A用戶的話音信道占用TS1時隙，如果B用戶的話音信道占用TS2時隙，怎樣實現(xiàn)信息的交換？01 23032112話音存儲器 地址圖2-1時隙交換原理時隙交換過程： 用戶終端地址和PCM數(shù)據(jù)流的時隙號、通過復用器和分用器聯(lián)系起來。 把輸入信息，按照PCM時隙號和話音存儲器的地址對應的方式、順序寫入話音存儲器。 把輸出信息，按照控制存儲器的要求、按照

21、指定的話音存儲器的地址的順序，控制讀出到輸出的PCM數(shù)據(jù)流的時隙號中去。實現(xiàn)信息交換。2.1.3 數(shù)字交換網(wǎng)絡時隙交換：實現(xiàn)同一個線路不同時隙信息的交換。數(shù)字交換網(wǎng)絡空間交換：實現(xiàn)同一個時隙不同線路信息的交換。2.2 T型時分接線器2.2.1 T接線器的基本組成T型時分接線器又叫時間型接線器，簡稱T接線器。它有兩組存儲器：話音存儲器和控制存儲器。話音存儲器用于存儲PCM話音信息?？刂拼鎯ζ饔糜诳刂茝脑捯舸鎯ζ髯x信息時的地址。一般情況下，話音存儲器采用“順序輸入、控制讀出”方式工作。一般情況下，T型接線器的輸入時隙數(shù)、輸出時隙數(shù)、話音存儲器數(shù)、控制存儲器數(shù)是相等的。2.2.2 T接線器的工作原理

22、T型接線器的工作方式：（1）順序輸入、控制讀出；（2）控制輸入、順序讀出；T型接線器的類型：分配器：輸入時隙數(shù)等于輸出時隙數(shù)。（入線數(shù)等于出線數(shù)）集線器：輸入時隙數(shù)大于輸出時隙數(shù)。（入線數(shù)大于出線數(shù)）擴展器：輸入時隙數(shù)小于輸出時隙數(shù)。（入線數(shù)小于出線數(shù)）（1）順序輸入、控制讀出工作方式1）信息交換原理： 輸入時隙數(shù)、輸出時隙數(shù)、話音存儲器數(shù)、控制存儲器數(shù)是相等的。 輸入信息，按照輸入時隙號和話音存儲器地址號順序對應的方式、從時隙中存入話音存儲器中；同時，把信息交換的地址寫入控制存儲器中。 輸出信息，按照控制存儲器的地址號和輸出時隙號對應的方式、從中控制存儲器中讀出話音存儲器的地址、從話音存儲器對應的地址中讀信息、放到輸出時隙中。完成時隙交換。2）舉例：用T接線器實現(xiàn)TS1(a)和TS8(b)的信息交換 輸入時隙數(shù)、輸出時隙數(shù)、話音存儲器數(shù)、控制存儲器數(shù)是相等的。 輸入信息，按照輸入時隙號和話音存儲器地址號順序對應的方式、從時隙中存入話音存儲器中；同時，把信息交換的地址寫入控制存儲器中。 輸出信息，按照控制存儲器的地址