《現(xiàn)代交換》第2章 交換單元及網(wǎng)絡

1、第二章第二章 交換單元與交換網(wǎng)絡交換單元與交換網(wǎng)絡 第二章第二章 交換單元與交換網(wǎng)絡交換單元與交換網(wǎng)絡2.1 引言2.2 具體交換單元介紹具體交換單元介紹2.3 交換網(wǎng)絡2.1 引言引言什么是什么是 交換網(wǎng)絡？交換網(wǎng)絡？ 交換網(wǎng)絡交換網(wǎng)絡是交換設備的一是交換設備的一個重要組成部分，用來提個重要組成部分，用來提供交換所需的通路。供交換所需的通路。 交換網(wǎng)絡交換網(wǎng)絡是由基本的交換單元組成。是由基本的交換單元組成。交換單元是基本元素，例如一組開關(guān)、一組存儲單元等。交換單元是基本元素，例如一組開關(guān)、一組存儲單元等。信號的基本形式n電信號n模擬信號n數(shù)字信號n光信號交換網(wǎng)絡中的信號形式及交換網(wǎng)絡中的信號

2、形式及 時隙交換概念時隙交換概念 交換網(wǎng)絡中的信號形式是數(shù)字的、時分交換網(wǎng)絡中的信號形式是數(shù)字的、時分復用信號。復用信號。電路交換電路交換采用采用 同步時分復用信號同步時分復用信號分組交換和分組交換和ATM交換交換采用采用 統(tǒng)計時分復用信號統(tǒng)計時分復用信號什么是什么是同步時分復用信號同步時分復用信號和和統(tǒng)計時分復用統(tǒng)計時分復用信號信號？信道共享與多路復用技術(shù)信道共享與多路復用技術(shù) 為了提高信道的利用率，通常采用多路復用技術(shù)，使多路信息在一個信道或一條傳輸線路上傳輸。 多路復用技術(shù) 頻分復用:將信道按頻率分割為 多個子信道。 時分復用:將信道按時間分割為 多個子信道。 空分復用:將信道按空間分割

3、為 多個子信道。 碼分復用:將信道通過不同的擴 頻碼序列分割成多個子信道。頻分復用和時分復用的區(qū)別頻分復用和時分復用的區(qū)別a 頻分復用b 時分復用不同用戶在同一時段發(fā)送，占用不同頻道不同用戶占用同一頻道，在不同時段發(fā)送同步時分（時間位置、物理信道）同步時分（時間位置、物理信道） (STD(STD：Synchronous Time Division) Synchronous Time Division) 異步時分（標記、物理信道）：統(tǒng)計時分復用異步時分（標記、物理信道）：統(tǒng)計時分復用 (ATD(ATD：Asynchronous Time Division)Asynchronous Time Di

4、vision)時分交換時分交換ATD與STD的概念 同步時分復用：同步時分復用：話音信號的頻率話音信號的頻率300HZ3400HZ，取采樣，取采樣頻率為頻率為8KHZ，即采樣周期為，即采樣周期為125us，采樣值用，采樣值用8位二進制編碼，位二進制編碼，8位二進制占用的時間相對于位二進制占用的時間相對于125us很少，為了提高傳輸線的利用率，很少，為了提高傳輸線的利用率，將將125us分成若干時隙，不同用戶的采樣值占用不同的時隙進行傳分成若干時隙，不同用戶的采樣值占用不同的時隙進行傳輸。輸。 因為子信道在每一幀時間軸上的位置是固定的，所以稱為因為子信道在每一幀時間軸上的位置是固定的，所以稱為同

5、步同步時分復用時分復用。同步時分復用信道又稱。同步時分復用信道又稱位置信道位置信道，是通過時間軸上的位，是通過時間軸上的位置來區(qū)分子信道（話路）的。同步時分復用子信道的速率是恒定的。置來區(qū)分子信道（話路）的。同步時分復用子信道的速率是恒定的。 同步時分復用同步時分復用每個用戶的采樣周期都是125us，都能在接收端正確還原。時間125us125usTS0TS1TSn-1TS0TS1TSn-1 信息按分組先存儲再發(fā)送，每個分組附加標志碼，各個分組占用不同的時隙；但標志相同的分組屬于一個用戶，將它們所占用的信道容量看成一個子信道，這種復用方式稱為統(tǒng)計時分復用。 信息2速度信息速度1信息速度3 因為信

6、道是按時間分割為多個子信道，而子信道的容量需要通過統(tǒng)計才能得到，所以稱為統(tǒng)計時分復用。特點:先存儲再發(fā)送，信息速率高的用戶所占的信道容量大，且所占信道容量隨著信息的多少動態(tài)變化，取消了幀概念，統(tǒng)計時分復用信道又稱標志信道，是通過標志來區(qū)分各子信道的。統(tǒng)計時分復用統(tǒng)計時分復用統(tǒng)計時分復用統(tǒng)計時分復用的顯著的顯著優(yōu)點優(yōu)點是按照用戶的需要動態(tài)是按照用戶的需要動態(tài)地分配信道容量。一個用戶信息速度高時，占地分配信道容量。一個用戶信息速度高時，占的信道容量大，當它的信息速度變低的時候，的信道容量大，當它的信息速度變低的時候，它占的信道容量也隨之減小。它占的信道容量也隨之減小。分組交換分組交換的統(tǒng)計復用時分

7、信號使用的分組長度不的統(tǒng)計復用時分信號使用的分組長度不相等，因此分組傳輸速率不固定，不適于采用相等，因此分組傳輸速率不固定，不適于采用硬件交換單元。硬件交換單元。ATM交換交換的統(tǒng)計時分復用信號的統(tǒng)計時分復用信號使用的分組長度相等（信元），適于采用硬件使用的分組長度相等（信元），適于采用硬件交換單元，故交換單元，故ATM交換速度快。交換速度快。統(tǒng)計時分復用統(tǒng)計時分復用話音信號的同步時分復用 PCM30/32幀結(jié)構(gòu) 話音信號需要數(shù)字化后才能在數(shù)字交換網(wǎng)絡中傳輸、交換，話音信號數(shù)字化后的信號為PCM信號。 話音信號的采樣周期為125us，將125us分成32個時隙進行時分復用就形成了PCM30/3

8、2幀結(jié)構(gòu)(歐洲體制)，或?qū)?25us分成24個時隙就形成了24時隙的幀結(jié)構(gòu)(北美與日本體制）。 我們國家采用歐洲體制。n一幀周期為125us，分成32個時隙TS0 TS31。每個時隙傳輸8位二進制碼，一個時隙3.91us。s32個時隙中，TS0為幀同步時隙， TS16為標志信號時隙，其余時隙傳送30路的話音信號。n每個話路的傳輸碼率： 8000HZ8bit=64kbit/s 復用后線路基群的傳輸碼率:32 64Kbit/s=2048 kbit/s=2Mb/sn16 幀為一復幀，復幀周期為2msPCM30/32幀結(jié)構(gòu)的特點 一個信道復用了32個時隙(或24個時隙)稱為PCM基群。 隨著技術(shù)的發(fā)展

9、，信息傳輸速率的提高，PCM基群可以進一步復用，形成PCM高次群。復用PCM 基群PCM一次群復用PCM n-1次基群PCM n次群 同步時分復用信號的交換常常是要通過 時隙交換實現(xiàn)（時隙交換的概念）時隙交換示意圖（實現(xiàn)第一話路與第三話路的信息交換）TS3TS1復用 第一路分路第三路分路發(fā)分路收群發(fā)送群接收分路發(fā)分路收數(shù)字交換網(wǎng)絡TS3TS1 同步時分復用信號的交換需要通過復用同步時分復用信號的交換需要通過復用線的交換和時隙的交換來完成。線的交換和時隙的交換來完成。2.2具體交換單元介紹具體交換單元介紹2.2.1 交換單元及其數(shù)學描述n交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡的最基本單元，可實現(xiàn)任意入出線間的連

10、接，完成同步時分交換或統(tǒng)計復用交換。（a）同步時分復用信號的交換（b）統(tǒng)計復用信號的交換交換單元的分類交換單元的分類n按使用需要的不同，交換單元可分為集中型(入線數(shù)大于出線數(shù))、分配型(入出線數(shù)相等)、擴散型(入線數(shù)小于出線數(shù))。n按信息流向可分為有向交換單元和無向交換單元。2.2 具體交換單元介紹具體交換單元介紹一、 空間接線器（space switch） 空間接線器用來完成不同復用線之間的交換，而不改變時隙的位置，可簡稱為S接線器 ，主要用于同步時分復用信號的交換。（1） 結(jié)構(gòu) 交叉矩陣（交叉點陣） 組成 控制存儲器 類型：類型：兩種工作方式對應兩種類型兩種工作方式對應兩種類型 輸入控制：

11、控制存儲器對交叉矩陣的入輸入控制：控制存儲器對交叉矩陣的入 線進行控制，一條入線配一線進行控制，一條入線配一個控制存儲器個控制存儲器 輸出控制：控制存儲器對交叉矩陣的出輸出控制：控制存儲器對交叉矩陣的出線進行控制，一條出線配一線進行控制，一條出線配一個控制存儲器個控制存儲器空間接線器的類型空間接線器的類型1.S型接線器的入線數(shù)與出線數(shù)可以不等2.控制存儲器的內(nèi)容只在通路建立或拆 除時才寫入或清除。注意注意S接線器的交叉矩陣接線器的交叉矩陣8選一選一（1）PCM1選通選通B0B1B2來自控來自控制存儲制存儲器器18選一選一（0）PCM0選通選通B0B1B2來自控來自控制存儲制存儲器器08選一選一

12、（7）PCM7選通選通B0B1B2來自控來自控制存儲制存儲器器7PCM0PCM1PCM7該該交交叉叉矩矩陣陣是是什什么么控控制制方方式？式？輸入控制方式輸入控制方式1.輸出控制方式有一個優(yōu)點：某一輸入線上的某一個時隙的內(nèi)容可以同時在幾條輸出線上輸出。2.而在輸入控制方式時，若在多個控制存儲器的相同單元中寫入相同的內(nèi)容，只會造成重接或出線沖突，這對于正常的通話是不允許的。2.2.3 時分復用交換單元時分復用交換單元共享存儲器型交換單元 共享存儲器型交換單元的一般結(jié)構(gòu)如圖所示，N路輸入信號分別送入存儲器的N個不同區(qū)域，再分別送出，存儲器的寫入和讀出采用不同的控制，以實現(xiàn)交換。 共享存儲器型交換單元

13、可對三種時分復用信號進行交換，但其具體實現(xiàn)有所不同。0N-1工作方式工作方式n入線緩沖：若存儲器中的N個區(qū)域是和各路輸入信號順序?qū)?，則稱交換單元是入線緩沖的。n出線緩沖：若存儲器中的N個區(qū)域是和各路輸出信號一一對應的，則稱交換單元是出線緩沖的。時間接線器時間接線器（Time Switch） 時間接線器是用于同步時分復用信號交換的共享存儲器型交換單元，可簡稱T接線器，具體功能是完成一條時分復用線上時隙的交換。組成： 話音存儲器（Speech Memory） 控制存儲器（Control Memory）類型：按工作方式分類 順序?qū)懭?，控制讀出（或輸出控制） 控制寫入，順序讀出（或輸入控制）時間接

14、線器時間接線器a aa aTS49TS49TS58TS58寫地址寫地址寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)SMSM4949a a數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)出數(shù)據(jù)出CM讀出數(shù)據(jù)=SM的讀數(shù)地址CM讀出數(shù)據(jù)=SM的讀數(shù)地址58584949CMCM讀地址讀地址時隙計數(shù)器時隙計數(shù)器呼叫處理機呼叫處理機以源端時隙號為地址以目的端時隙號為內(nèi)容寫入以源端時隙號為地址以目的端時隙號為內(nèi)容寫入圖2.18 時間接線器順序?qū)懭?、控制讀出的順序?qū)懭?、控制讀出的T接線器的結(jié)構(gòu)示意圖接線器的結(jié)構(gòu)示意圖AAAWR82WRSMCM210定時脈沖處理機時鐘TS2TS8u 在CLK2時刻，A順序?qū)懭氲絊M的第2號單元u 在在CLK8 時刻，時刻，CM

15、讀出第讀出第8號單號單元的數(shù)據(jù)元的數(shù)據(jù)2，2選選中中SM的第的第2號單號單元，元，A被讀出。被讀出。u 以TS2TS8 的實現(xiàn)介紹T接線器的工作原理。u 要實現(xiàn)TS2TS8 的交換，首先要由處理機在CM的8號單元寫入2?？刂茖懭?、順序讀出的控制寫入、順序讀出的T接線器的結(jié)構(gòu)示意圖接線器的結(jié)構(gòu)示意圖AAAWR28WRSMCM8定時脈沖處理機時鐘TS2TS8u 在在CLK8時刻，時刻，SM第第8號單元號單元中的中的A被順序被順序讀出。讀出。u 在在CLK2時刻，時刻，CM讀出第讀出第2號單號單元的數(shù)據(jù)元的數(shù)據(jù)8，8選選中中SM的第的第8號單號單元，元，A被寫入被寫入SM的第的第8號單元。號單元。u

16、 要實現(xiàn)TS2TS8 的交換，首先要由處理機在CM的2號單元寫入8。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n話音存儲器用來暫存數(shù)字編碼的話音信息。每個話路時隙有8位編碼，故話音存儲器的每個單元應至少具有8個比特。n話音存儲器的容量等于輸入復用線上的時隙數(shù)。n控制存儲器的容量通常等于話音存儲器的容量，也就是取決于復用線上的時隙數(shù)。n輸入時隙選定一個輸出時隙后，由處理機控制寫入控制存儲器的內(nèi)容在整個通話期間都是保持不變的。 輸出控制的T接線器PCM入線上各時隙的話音信號在定時脈沖的控制下按時隙號順序地寫入到話音存儲器，然后在控制存儲器的控制下讀出到指定的時隙上。 輸入控制的T接線器PCM入線上的各時隙的話音信號在控制存儲器CM

17、的控制下寫入到話音存儲器的指定存儲單元，然后在定時脈沖的控制下順序讀出。 T接線器的CM是按控制寫入順序讀出的方式工作，原理與S接線器的CM相同。 定時脈沖由環(huán)形計數(shù)器輸出，輸出數(shù)據(jù)值與時隙時刻值相等。備注:順寫控讀的T接線器中，定時脈沖作為SM寫入數(shù)據(jù)時存儲單元的地址，控制存儲器CM的輸出數(shù)據(jù)作為SM讀出數(shù)據(jù)時存儲單元的地址。工作原理工作原理容量容量n時間接線器的容量等于輸入復用線上的時隙數(shù)N，N的增加是有限制的。n若單路信號的速率為v，采用的存儲器為雙向數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的寬度（即每次存取數(shù)據(jù)的比特數(shù)）B比特，需要時間t，則： 2Nv=Btn因此，增加時間接線器的容量的方法包括：n 使用快

18、速的存儲器n增加存儲器數(shù)據(jù)總線的寬度n使用單向數(shù)據(jù)總線的存儲器時延時延n信號進行串并變換時的時延：這與存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度成正比。n在存儲器中的時延。n假設時間接線器在一幀各時隙的信號都到齊后經(jīng)過時間開始輸出，則信號經(jīng)過時間接線器的平均時延為 T= +NWN是一幀的時隙數(shù)，W是一個時隙的時間長度。注意：各時隙中的單路信號經(jīng)歷的時延各不相同?？偩€型交換單元總線型交換單元n一般結(jié)構(gòu) 入線 出線 1 1 1 2 2 n n 總線 入線控制 入線控制 入線控制 出線控制 出線控制 出線控制 總線管理 入線控制 總線管理 一般結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)n總線型交換單元包括入線控制部件、出線控制部件和總線三部分。n交換

19、單元的每條入線都經(jīng)過各自的入線控制部件與總線相連，每條出線也經(jīng)過各自的出線控制部件與總線相連。n總線按時隙輪流分配給各個入線控制部件和出線控制部件使用，分配到的輸入部件將輸入信號送到總線上。(1)入線控制部件將入線上的信息經(jīng)過格式變換存入緩沖存儲器，在分配給該部件的時隙上將信息送到總線上。設一個入線控制部件每隔時間獲得一個時隙，輸入信息的速率為Vbit/s，則緩沖存儲器的容量至少是（ V） bit。(2)出線控制部件檢測總線上的信息，將屬于自己的信息讀入緩沖存儲中，經(jīng)過格式變換，由出線送出。設一個出線控制部件在每個時間段內(nèi)獲得的信息量是一個常數(shù)，而出線的數(shù)字信息 速率為Vbit/s，則緩沖存儲

20、器的容量至少是（ V） bit。(3)總線一般包括多條數(shù)據(jù)線和控制線。(4)總線時隙分配要按一定的規(guī)則。功能及特點功能及特點特點可以實現(xiàn)三種時分復用信號的交換，但是具體實現(xiàn)有所不同。若入線上信息的傳輸碼率為bit/s，則總線上信息的傳輸碼率為n bit/s。設總線上的一個時隙的長度不能超過T，且在一個時隙中只能傳送B，則有： kNV=B/TK是時隙分配規(guī)則因子，k反映了總線的利用率。要增加總線的傳輸速率的方法包括：增加總線的寬度使用快速的器件來減少T數(shù)字交換單元數(shù)字交換單元DSE（digital switch element） DSE是一種總線型交換單元，又稱空時結(jié)合交換單元，既可實現(xiàn)時隙之間

21、交換，又可實現(xiàn)復用線之間的交換。只適用于同步時分復用信號的交換。 DSE是組成數(shù)字交換網(wǎng)絡（DSN）的基本單元。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 16個雙向端口： 每個端口包含發(fā)送部分T和接收部分R，可連接復用了32個話路的PCM復用線。 39根并行時分復用總線： 數(shù)據(jù)總線16線、端口地址總線4線、信道地址總線5線、控制總線5線、證實線1線、返回信道總線5線、時鐘線3線 DSE任一端口的接收部分的任一信道（時隙）可以與任一端口的發(fā)送部分的任一信道接通。RXRXTXTXRXRXTXTXRXRXTXTXRXRXTXTX端口0端口0端口8端口8端口7端口7端口15端口15雙套端口7雙套端口7雙套端口0雙套端口039根并行時

22、分復用總線39根并行時分復用總線時鐘時鐘圖2.22 DSE的結(jié)構(gòu)圖2.22 DSE的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n端口的接收側(cè)（RX）包括有：n輸入同步電路:使幀和位同步。n端口RAM：32個存儲單元，每個單元對應一條信道，存儲信道該接續(xù)的發(fā)送端口的號碼。n信道RAM：32個存儲單元，分別對應32條信道，存儲信道該接續(xù)的發(fā)送話路號碼。n端口的發(fā)送側(cè)（TX）包括有：n數(shù)據(jù)RAM：交換用的話音存儲器，32個存儲單元對應32條信道?？刂茖懭?，順序?qū)懗?。n端口比較器：將時分復用總線上的端口號碼和本端號碼相比較。n發(fā)送控制：協(xié)調(diào)發(fā)送側(cè)的內(nèi)部操作。工作原理nPCM鏈路每幀有32個信道，每路有16比特。這16比特信息稱為信

23、道字，信道字中既可以有控制信息，也可以有用戶話音/數(shù)據(jù)信息，DSE根據(jù)所收到的不同信道字來完成不同的任務。信道字有四種：置閑信道字；選擇信道字；數(shù)據(jù)信道字；換碼信道字。n當選擇和建立通路時，若所選信道成功，會沿著一條證實線回送一個“證實”信號（ACK），若選擇遭到失敗，就會回送一個“不證實”信號（NACK）。端口的內(nèi)部組成及端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理的工作原理n要實現(xiàn)要實現(xiàn)PortPort3 3TSTS1010 PortPort9 9TSTS20 20 的接的接續(xù)，首先要由續(xù)，首先要由處理機在處理機在PortPort3 3的接收部分的的接收部分的端口端口RAMRAM的的1010號號單元寫

24、入單元寫入9 9，信，信道道RAMRAM的的1010號單號單元寫入元寫入2020，以，以控制交換到控制交換到PortPort9 9和和TSTS2020。910端口RAM2010信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMTS10P D CTS20R3T9P端口端口Port總線總線D數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線C信道（時隙）總線信道（時隙）總線以Port3TS10Port9TS20 實現(xiàn)過程進行說明端口的內(nèi)部組成及端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理的工作原理nTS10到來時刻，話音信號S置入數(shù)據(jù)總線D，端口RAM10號單元中的端口信息“9”順序讀出置入端口總線P，信道RAM的10號單元中的信道信息20也被順序讀出到信道總線C。

25、910端口RAM2010信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10P D CSTS20R3T9P端口端口Port總線總線D數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線C信道（時隙）總線信道（時隙）總線S920以Port3TS10 Port9TS20 實現(xiàn)過程進行說明端口的內(nèi)部組成及端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理的工作原理 這時各端口的端口這時各端口的端口比較器（位于發(fā)送部分比較器（位于發(fā)送部分T），對端口總線上的），對端口總線上的端口號碼進行識別，這端口號碼進行識別，這時時Port9的發(fā)送部分的的發(fā)送部分的端口比較器比較端口總端口比較器比較端口總線上的數(shù)據(jù)與本端口一線上的數(shù)據(jù)與本端口一致，允許其它總線（致，允許其它總線（D、

26、C）數(shù)據(jù)進入本發(fā)送部）數(shù)據(jù)進入本發(fā)送部分，控制數(shù)據(jù)分，控制數(shù)據(jù)RAM進行進行寫操作。信道總線上的寫操作。信道總線上的信道號信道號20作為數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)RAM的地址信號選中的地址信號選中20號單元，數(shù)據(jù)總線上號單元，數(shù)據(jù)總線上的話音信號的話音信號S經(jīng)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)RAM的數(shù)據(jù)輸入線寫入的數(shù)據(jù)輸入線寫入到到20號單元。號單元。910端口RAM2010信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS10P D CSTS20R3T9P端口Port總線D數(shù)據(jù)總線C信道（時隙）總線S920以Port3TS10 Port9TS20 實現(xiàn)過程進行說明端口的內(nèi)部組成及端口的內(nèi)部組成及DSE的工作原理的工作原理n在TS20到來時，話音

27、信號S被順序讀出到PCM出線上。910端口RAM2010信道RAMS20數(shù)據(jù)RAMSTS0P D CSTS20R3T9P端口Port總線D數(shù)據(jù)總線C信道（時隙）總線以Port3TS10 Port9TS20 實現(xiàn)過程進行說明 各端口的接收部分應在分配給它的時隙上向總線置入數(shù)據(jù)，如另一端口的R部件也在同一時隙TS10將數(shù)據(jù)置入總線，會造成數(shù)據(jù)混亂。 發(fā)送部分應在每個總線時隙檢測端口信息?？偨Y(jié)： 回過頭來看一下，S接線器是通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)空間交換，T接線器是通過話音存儲器的緩沖來實現(xiàn)時間的交換，DSE利用總線的地址選擇來實現(xiàn)空間交換，利用存儲器（數(shù)據(jù)存儲器）實現(xiàn)時間交換。注意注意n交換網(wǎng)絡是由若

28、干個交換單元按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)路。n交換網(wǎng)絡含有三大要素：交換單元、不同交換單元間的拓撲連接和控制方式。2.3 交換網(wǎng)絡交換網(wǎng)絡2.3.1 clos網(wǎng)絡網(wǎng)絡按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分 單級交換網(wǎng)絡單級交換網(wǎng)絡：入線到出線的連接只經(jīng)過：入線到出線的連接只經(jīng)過 一個交換單元；可以由一個交換單元；可以由一一 個交換單元形成或由多個交換單元形成或由多個個 交換單元并聯(lián)構(gòu)成。交換單元并聯(lián)構(gòu)成。 多級交換網(wǎng)絡多級交換網(wǎng)絡：入線到出線的連接經(jīng)過：入線到出線的連接經(jīng)過 多個交換單元。多個交換單元。內(nèi)部阻塞內(nèi)部阻塞n內(nèi)部阻塞，當一個交換網(wǎng)絡的某一出線為空閑，但由于交換網(wǎng)絡內(nèi)部的拓撲連線結(jié)構(gòu)而使某一入線不

29、能和該空閑的出線建立連接時，稱作內(nèi)部阻塞。n單級交換網(wǎng)絡不存在內(nèi)部阻塞，多級交換網(wǎng)絡可能存在阻塞。 0 0n n- -1 101m-11m-1001n-1001n-1m m- -1 1第第1 1級級第第2 2級級當當?shù)诘? 1級級模模塊塊0 0的的線線0 0和和第第2 2級級模模塊塊0 0的的線線0 0建建立立了了連連接接時時，則則第第1 1級級模模塊塊0 0任任何何線線和和第第2 2級級模模塊塊0 0的的任任何何線線建建立立連連接接兩級交換網(wǎng)絡兩級交換網(wǎng)絡n兩級交換每一對出、入線的連接需要通過兩個交換單元和一條級間鏈路，增加了控制交換單元和搜尋空閑鏈路的難度。n在單級交換網(wǎng)絡，只要有一對出、

30、入線空閑，便可將兩者接通。而兩級交換網(wǎng)絡中，由于第一級的每個交換單元與第二級的每一個交換單元之間僅存在一條鏈路，任何時刻在一對交換單元之間只能有一對出、入線接通。n這種出、入線空閑，但因交換網(wǎng)絡級間鏈路被占用而無法接通的現(xiàn)象稱為多級交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞。為什么實際使用的都為什么實際使用的都是多級交換網(wǎng)絡？是多級交換網(wǎng)絡？n單級交換網(wǎng)絡不存在內(nèi)部阻塞，而且控制比較簡單，時延短，時延與級數(shù)成正比。但不同交換單元的入線與出線間無法建立連接。n在一個交換網(wǎng)絡中，各個交換單元按照一定規(guī)則互連，在擴大交換容量的同時，還可減少交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞。n交換網(wǎng)絡拓撲設計的總目標，就是在滿足一定的連接能力的要求下，盡

31、量最小化交叉點數(shù)。容量相同的多級與單級交換網(wǎng)絡比較，交叉點數(shù)會大大減少。n如何盡量減少，以至最后消除多級交換網(wǎng)絡的內(nèi)部阻塞。n嚴格無阻塞網(wǎng)絡（strict non-blocking） 無論網(wǎng)絡處于何種狀態(tài)，任何時候都可以在空閑的入端和出端之間建立連接。n可重排無阻塞網(wǎng)絡（rearrangeable non-blocking） 無論網(wǎng)絡處于何種狀態(tài)，任何時刻都可以在空閑的入端和出端之間直接或通過對已有的連接重選路由來建立連接。n廣義無阻塞交換網(wǎng)絡（wide sense non-blocking） 給定網(wǎng)絡存在固有阻塞的可能，但通過精巧的選路方法，所有阻塞均可避免（選路不合理可能會出現(xiàn)阻塞） 實用

32、的廣義無阻塞交換網(wǎng)絡很少見。無阻塞交換網(wǎng)絡無阻塞交換網(wǎng)絡 單級的空分交換網(wǎng)NN是無阻塞的，但交叉點數(shù)為N2（交叉點數(shù)越多，成本越高）CLOS提出一種空分網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以使交叉點數(shù)盡量減少，同時又可以做到無阻塞，這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡就稱為CLOS網(wǎng)絡。CLOS網(wǎng)絡（一種空分的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)）網(wǎng)絡（一種空分的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)）三級三級CLOS網(wǎng)絡（空分的網(wǎng)絡（空分的）特點：前一級交換單元與后一級的每一交換單元有連接，且只有一條連接，反之亦然。三級CLOS網(wǎng)絡嚴格無阻塞的條件： m2n-1三級CLOS網(wǎng)絡可重排無阻塞的條件： m n1r1m1r1n1n11mr11mr11rm11rm1n1n對稱CLOS網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的結(jié)

33、構(gòu)n兩邊各有r個對稱的mn的矩形交換單元，中間是m個rr的方形交換網(wǎng)絡。n記為C（m，n，r）。n每一個交換單元都與下一級的交換單元有連接且僅有一條連接，因此任意一條入線與出線之間均存在一條通過中間級交換單元的路徑。n例如，N=6，第一級是6個611的矩形交換網(wǎng)絡，中間級是11個66的方形交換網(wǎng)絡，第三級是6個116的矩形交換網(wǎng)絡。嚴格無阻塞條件的證明：嚴格無阻塞條件的證明： 任意入端與任意出端有任意入端與任意出端有m m條平行鏈路，最不利的條平行鏈路，最不利的情況是入端接線器的其它（情況是入端接線器的其它（n-1n-1）個入端占用了其）個入端占用了其中的中的n-1n-1條鏈路，出端接線器的其

34、它的其它條鏈路，出端接線器的其它的其它n-1n-1個個出端占用了（出端占用了（n-1n-1）條鏈路，且雙方不重合，若還）條鏈路，且雙方不重合，若還存在一條空閑鏈路就可建立連接，即存在一條空閑鏈路就可建立連接，即 m=2(n-1)+1=2n-11r1m1r1n1n11mr11mr11rm11rm1n1n2n-1n-1三級可重排無阻塞CLOS網(wǎng)絡n假設有一個44的三級可重排無阻塞CLOS網(wǎng)絡，m=n=r=2，顯然它不滿足嚴格無阻塞的條件。n這個網(wǎng)絡不能實現(xiàn)入線和出線之間的所有可能的交換，例如 1 2 3 4 4 2 3 1n可重排無阻塞網(wǎng)絡要實現(xiàn)無阻塞連接，需要一套重新安排路徑的算法。 嚴格無阻塞

35、的條件： m（n1+n2）-1 n1為入線數(shù)，n2 為出線數(shù) 可重排無阻塞的條件 m max（ n1，n2 ） 三級CLOS網(wǎng)絡的中間級用三級CLOS子網(wǎng)絡替代，就形成五級CLOS網(wǎng)絡，五級CLOS網(wǎng)絡的中間級再用三級CLOS 子網(wǎng)代替就形成七級CLOS網(wǎng)絡。非對稱非對稱CLOS網(wǎng)絡網(wǎng)絡（入線數(shù)不等于出線數(shù)）（入線數(shù)不等于出線數(shù)） TST交換網(wǎng)絡是電路交換系統(tǒng)中廣泛使用的交換網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)： TST是三級交換網(wǎng)絡，兩側(cè)為T接線器，中間一級是S接線器。S級的入線數(shù)決定兩側(cè)T接線器的數(shù)量。TST輸入T級STTTTS級級輸出T級類型類型 根據(jù)T接線器控制方式的不同有兩種基本類型 第一種：輸入T級采用輸出控

36、制，輸出T級采用輸入控制。 第二種：輸入T級采用輸入控制，輸出T級采用輸出控制。 （S接線器控制方式不限）工作原理：工作原理：下面以第一下面以第一種種TST實現(xiàn)實現(xiàn)PCM0TS2 PCM31TS51的實現(xiàn)過程的實現(xiàn)過程講解講解TST交交換網(wǎng)絡的工換網(wǎng)絡的工作原理。作原理。(設每根復設每根復用線復用了用線復用了512個時隙個時隙)RWSMSMTS272bbTS22PCM0PCM0WSMTS7TS51PCM31RSMbTS5126351PCM31要實現(xiàn)PCM0TS2 PCM31TS51的交換，首先要找到一個空閑的內(nèi)部時隙，在此時隙上，S接線器的PCM0入線和PCM31出線均空閑。這樣PCM0TS2

37、PCM31TS51=PCM0TS2PCM0TS內(nèi)PCM31TS內(nèi)PCM31TS51假設找到假設找到一個空閑的一個空閑的內(nèi)部時隙內(nèi)部時隙TS7在有關(guān)的在有關(guān)的控制存儲器控制存儲器中寫入數(shù)據(jù)中寫入數(shù)據(jù)以實現(xiàn)預定以實現(xiàn)預定交換交換TS7TS263bTS2632bb51517要要實現(xiàn)實現(xiàn)PCM31TS51PCM0TS2交換，同樣要交換，同樣要選擇一個空閑選擇一個空閑的內(nèi)部時隙，的內(nèi)部時隙，為方便處理，為方便處理，通常采用反相通常采用反相法獲取第二條法獲取第二條通道的空閑內(nèi)通道的空閑內(nèi)部時隙，即兩部時隙，即兩個方向的內(nèi)部個方向的內(nèi)部時隙相差半幀時隙相差半幀（最高位取反）（最高位取反）7+512/2=26

38、35122631 要實現(xiàn)PCM0TS2 PCM31TS51的交換，首先 要找到一個空閑的內(nèi)部時隙，在此時隙上S接線器的PCM0入線和PCM31出線均空閑，這樣PCM0TS2 PCM31TS51= PCM0TS2 PCM0TS內(nèi) PCM31TS內(nèi) PCM31TS51 假設找到一個空閑的內(nèi)部時隙TS72 在有關(guān)的控制存儲器中寫入數(shù)據(jù)以實現(xiàn)預定交換3 要實現(xiàn)PCM31TS51 PCM0TS2 的交換，同樣要選擇一個空閑的內(nèi)部時隙，為方便處理，通常采用反相法獲取第二條通道的空閑內(nèi)部時隙，即兩個方向的內(nèi)部時隙相差半幀(最高位取反): 7 + 512/2 =7 + 256 =263 PCM31TS51 P

39、CM0TS2= PCM31TS51 PCM31TS263 PCM0TS263 PCM0TS24 在相關(guān)的控制存儲中寫入數(shù)據(jù)以實現(xiàn)預定交換 由于數(shù)據(jù)或話音在傳輸時采用串行方式，在交換網(wǎng)絡中必須以并行方式工作，故話音進入交換網(wǎng)絡之前首先要進行串/并變換，而串/并變換使信息碼率降低，為充分利用交換網(wǎng)絡的速度，故串/并變換之后要緊跟著進行復用，串/并變換電路與復用電路結(jié)合起來簡稱為復用器。 在交換網(wǎng)絡輸出端與復用器相對應的電路就是分路器，先分路再并/串變換。復用器和分路器復用器和分路器分分路路器器T分分路路器器T復復用用器器T復復用用器器TS復復用用線線路路S/P8S/P88復用器原理圖分分路路線線路

40、路8P/SP/S88分路器原理圖舉例一一1214輸出控制方式的輸出控制方式的S接線器，它的每根復用線上接線器，它的每根復用線上復用了復用了64個時隙，則其控制存儲器應有個時隙，則其控制存儲器應有 個，每個存?zhèn)€，每個存儲器應有儲器應有 個存儲單元，要實現(xiàn)個存儲單元，要實現(xiàn)PCM5上上TS2的的5交換到交換到PCM7的的TS2應在應在 號控制存儲器的號控制存儲器的 號單元存入數(shù)號單元存入數(shù)據(jù)據(jù) 。 一個有一個有32個輸入時隙和個輸入時隙和64個輸出時隙的個輸出時隙的T接線器采用控接線器采用控制寫入順序讀出的工作方式，其話音存儲器應有制寫入順序讀出的工作方式，其話音存儲器應有 個個存儲單元，控制存儲

41、器應有存儲單元，控制存儲器應有 個存儲單元。個存儲單元。 1464控制寫入順序讀出的控制寫入順序讀出的T接線器的控制存儲器的單元數(shù)接線器的控制存儲器的單元數(shù)等于輸入時隙數(shù)，話音存儲器的單元數(shù)等于輸出時隙等于輸入時隙數(shù)，話音存儲器的單元數(shù)等于輸出時隙數(shù)。數(shù)。順序?qū)懭肟刂谱x出的順序?qū)懭肟刂谱x出的T接線器的話音存儲器的單元數(shù)接線器的話音存儲器的單元數(shù)等于輸入時隙數(shù)，控制存儲器的單元數(shù)等于輸出時隙等于輸入時隙數(shù)，控制存儲器的單元數(shù)等于輸出時隙數(shù)。數(shù)。說明說明返回到原理框圖返回到原理框圖3264 7 25返回到原理框圖畫出一控制寫入順序讀出的畫出一控制寫入順序讀出的T接線器組成原理圖，該接線器組成原理圖，該T接線器的輸入時隙和輸出時隙數(shù)均為接線器的輸入時隙和輸出時隙數(shù)均為32，并在相應，并在相應的單元中填入合適的內(nèi)容以實現(xiàn)的單元中填入合適的內(nèi)容以實現(xiàn)TS7TS10的交換的交換 AAWR7WRSMCM10定時脈沖定時脈沖處理機處理機時鐘時鐘TS7TS10u 根據(jù)根據(jù)A所在所在SM的的單元地址確定出單元地址確定出CM中的內(nèi)容，中的內(nèi)容，再根據(jù)另一個時再根據(jù)另一個時隙確定隙確定CM的單的單元地址元地址u 畫出控制寫入順畫出控制寫入順序讀出的序讀出的T接線接線器組成原理圖，器組成原理圖，并根據(jù)輸入、輸并根據(jù)輸入、輸出