：交換技術(shù)概述

1、第一章交換技術(shù)概述電話系統(tǒng)的基本組成設(shè)備是終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備。最簡(jiǎn)單的終端設(shè)備是電話機(jī)，電話機(jī)的基本功能是完成聲電轉(zhuǎn)換和信令功能，將人的話音信號(hào)轉(zhuǎn)換為交變的話音電流信號(hào)，并完成簡(jiǎn)單的信令功能。傳輸設(shè)備的功能是將電話機(jī)和交換機(jī)、交換機(jī)與交換機(jī)連接起來(lái)。常用的傳輸設(shè)備有電纜、光纖等。電話系統(tǒng)的核心是交換設(shè)備，交換機(jī)的基本功能是完成交換，即將不同的用戶(hù)連接起來(lái)，以便完成通話。如果采用用戶(hù)直接相連方式， 當(dāng)用戶(hù)數(shù)為N時(shí)，所需的互連線對(duì)數(shù)為 N（N-1） /2。如果引入交換機(jī)，每個(gè)用戶(hù)只要接入到一個(gè)交換機(jī)，就能與世界上的任一用戶(hù)通話。圖1-1圖1-1交換系統(tǒng)示意圖一、交換機(jī)的發(fā)展過(guò)程電話交換是

2、伴隨著電話通信的出現(xiàn)而同時(shí)產(chǎn)生的，隨著電話通信技術(shù)的飛速發(fā)展，交換系統(tǒng)也經(jīng)歷著相應(yīng)的變化和發(fā)展，歸納起來(lái)可分為四個(gè)時(shí)代：（一）人工交換機(jī)：這是最古老的交換機(jī)，這是依靠人 （話務(wù)員）完成主被叫用戶(hù)間的接 續(xù)的。它可分為磁石式或共電式交換機(jī)兩種。 現(xiàn)在這種交換機(jī)已被淘汰， 但這種人工接續(xù)方 式，在一些特殊場(chǎng)合還有應(yīng)用。（二）步進(jìn)制和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作交換系統(tǒng)： 從人工交換機(jī)到自動(dòng)交換系統(tǒng)的革命性變革最早是 由步進(jìn)制交換系統(tǒng)完成的。步進(jìn)制交換機(jī)是由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)選擇器（又叫接線器）垂直和旋轉(zhuǎn)的雙重運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)主叫和被叫用戶(hù)的接續(xù)的。（三）縱橫制交換系統(tǒng)：該系統(tǒng)使用電磁力建立和保持接續(xù)?！翱v橫”是指它的選擇器采

3、用交叉的“橫棒”和“縱棒”選擇接點(diǎn)。后期的選擇器雖然使用了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電磁繼電器 構(gòu)成接線矩陣，但“縱橫” 一詞卻一直被沿用下來(lái)。以區(qū)別于后來(lái)出現(xiàn)的步進(jìn)制和縱橫制電話交換系統(tǒng)通常又被稱(chēng)為機(jī)電式電話交換系統(tǒng), 電子交換系統(tǒng)。以區(qū)別于后來(lái)出現(xiàn)的（四）電子交換系統(tǒng)：早期的電子交換系統(tǒng)， 只是使用電子元件如晶體管和集成器件代 替縱橫制交換系統(tǒng)中的電磁繼電器等體積大、耗電多的機(jī)電元件。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在通信技術(shù)中的應(yīng)用，交換技術(shù)開(kāi)始了它的第二次革命性的變革。新一代的交換系統(tǒng)利用予先編制好的計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)程序來(lái)控制整個(gè)交換系統(tǒng)的運(yùn)行，以代替用布線方式連接起來(lái)的邏輯電路控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，所以這種新型的交換系統(tǒng)

4、叫做存儲(chǔ)程序控制交換系統(tǒng)（SPC）,簡(jiǎn)稱(chēng)程控交換系統(tǒng)。步進(jìn)制、縱橫制和程控交換系統(tǒng)都屬于自動(dòng)交換系統(tǒng)。一個(gè)自動(dòng)交換系統(tǒng)由兩個(gè)主要部分組成：話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。前者用來(lái)建立交換系統(tǒng)的入端和出端之間的連接，而后者則對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行譯碼并發(fā)布各種命令去控制交換網(wǎng)絡(luò)。早期的程控交換機(jī)在話路系統(tǒng)方面與機(jī)電式交換機(jī)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，它仍然使用了空間分割的話路交換網(wǎng)絡(luò)，而所交換的信息也都是模擬信號(hào)，因而這一類(lèi)交換機(jī)叫做模擬程控交換機(jī)。隨著脈沖編碼調(diào)制技術(shù)（PCM）得到應(yīng)用。PCM傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，促使程控交換向時(shí)間 分割的數(shù)字交換機(jī)發(fā)展，數(shù)字交換機(jī)所交換的信息是數(shù)字信號(hào)。所以這類(lèi)交換機(jī)就稱(chēng)為數(shù)字程控交換機(jī)。二、交

5、換機(jī)的基本組成用戶(hù)電話交換機(jī)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)間通話的接續(xù)。基本劃分為兩大部分： 話路設(shè)備和控制設(shè)備。話路設(shè)備主要包括各種接口電路 （如用戶(hù)線接口和中繼線接口電路等） 和交換 網(wǎng)絡(luò)；控制設(shè)備在程控交換機(jī)中，包括中央處理器（ CPU）,存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備。程控 交換機(jī)基本構(gòu)成如圖1所示。程控交換機(jī)實(shí)質(zhì)上是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行“存儲(chǔ)程序控制”的交換機(jī)，它將各種控制功能， 方法編成程序，存入存儲(chǔ)器，利用對(duì)外部狀態(tài)的掃描數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)程序來(lái)控制，管理整個(gè)交換 系統(tǒng)的工作。圖1-2程控交換機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖1-2程控交換機(jī)結(jié)構(gòu)圖（一）交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)的基本功能是根據(jù)用戶(hù)的呼叫要求，通過(guò)控制部分的接續(xù)命令， 建立主叫

6、與被叫用戶(hù)間的連接通路。 在縱橫制交換機(jī)中它采用各種機(jī)電式接線器， 在程控交換機(jī)中目前主 要采用由電子開(kāi)關(guān)陣列構(gòu)成的空分交換網(wǎng)絡(luò)，和由存儲(chǔ)器等電路構(gòu)成的時(shí)分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)。（二）用戶(hù)電路用戶(hù)電路的作用是實(shí)現(xiàn)各種用戶(hù)線與交換網(wǎng)絡(luò)之間的連接，通常又稱(chēng)為用戶(hù)線接口電路（SLIC）。根據(jù)交換機(jī)制式和應(yīng)用環(huán)境的不同，用戶(hù)電路也有多種類(lèi)型，對(duì)于程控?cái)?shù)字交換 機(jī)來(lái)說(shuō)，目前主要有與模擬話機(jī)連接的模擬用戶(hù)線電路（ALC）及與數(shù)字話機(jī)，數(shù)據(jù)終端（或終端適配器）連接的數(shù)字用戶(hù)線電路（三）出入中繼器出入中繼器是中繼線與交換網(wǎng)絡(luò)間的接口電路，用于交換機(jī)中繼線的連接。它的功能和電路與所用的交換系統(tǒng)的制式及局間中繼線信號(hào)方式有密

7、切的關(guān)系。對(duì)模擬中繼接口單元（ATU）,其作用是實(shí)現(xiàn)模擬中繼線與交換網(wǎng)絡(luò)的接口，基本功能一般有：發(fā)送與接收表示 中繼線狀態(tài)（如示閑、占用、應(yīng)答、釋放等）的線路信號(hào)、轉(zhuǎn)發(fā)與接收代表被叫號(hào)碼的記發(fā) 器信號(hào)、向控制設(shè)備提供所接收的線路信號(hào)。（四）控制設(shè)備控制部分是程控交換機(jī)的核心，其主要任務(wù)是根據(jù)外部用戶(hù)與內(nèi)部維護(hù)管理的要求，執(zhí)行存儲(chǔ)程序和各種命令，以控制相應(yīng)硬件實(shí)現(xiàn)交換及管理功能。程控交換機(jī)控制設(shè)備的主體是微處理器，通常按其配置與控制工作方式的不同，可分為集中控制和分散控制兩類(lèi)。為了更好的適應(yīng)軟硬件模塊化的要求，提高處理能力及增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性與可靠性，目前程控交換系統(tǒng)的分散控制程度日趨提高，已廣泛

8、采用部分或完全分布式控制方式。三、交換信令的工作原理在交換機(jī)各部分之間或者交換機(jī)與用戶(hù)、 交換機(jī)與交換機(jī)之間， 除傳遞話音、數(shù)據(jù)等信 息外，還必須傳送各種專(zhuān)用的附加性質(zhì)的控制信號(hào)， 以保證交換機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作， 完成用戶(hù)呼叫 的處理、接續(xù)、控制與維護(hù)管理等功能。（一）信令的概述信令（signaling）是面向連接工作模式通信網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)源和目的端點(diǎn)之間準(zhǔn)確而有效地互通信息，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立傳信通路所必需的協(xié)議命令序列，是通信網(wǎng)中規(guī)范化的控制命令。信令是通信網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，信令技術(shù)是通信網(wǎng)的基本技術(shù)。信令的組成：包含源地址、目的地址、信令類(lèi)別、設(shè)備狀態(tài)和要完成的任務(wù)等信息。（二）信令的基本功能 TOC o

9、 1-5 h z 電話通信網(wǎng)把各種類(lèi)型的電話機(jī)和交換機(jī)連成一個(gè)整體，為了完成全程全網(wǎng)的接續(xù)，必須在用戶(hù)與交換機(jī)之間以及交換局與交換局之間傳送一些接續(xù)、控制信息，以建立、維護(hù)、解除雙方的通信關(guān)系。這些信息稱(chēng)為信令（信號(hào)）。在電話網(wǎng)中，信令是傳遞非話音的電信號(hào)，依靠它來(lái)實(shí)現(xiàn)電話網(wǎng)中通信電路的建立、釋放、控制和維護(hù)。它是各交換局在完成呼叫接續(xù)過(guò)程中控制交換機(jī)產(chǎn)生動(dòng)作所采用的一種“通 信語(yǔ)言”。用于協(xié)調(diào)動(dòng)作、控制呼叫。王叫用戶(hù)發(fā)瑞局H*對(duì)文梅機(jī)1導(dǎo)立蓬濟(jì)茗息傳寓 林放直接一1導(dǎo)立蓬濟(jì)茗息傳寓 林放直接一憶苣，進(jìn)量導(dǎo)示后箝點(diǎn).京片機(jī)示.闈占用代號(hào)u向選擇好抬甲攀到.田耀由信號(hào)廣榭口用戶(hù)號(hào)碼，R虻值年 扣

10、器信寄未培攔東信-孑）.度等信號(hào)應(yīng)答拎帆I(xiàn)應(yīng)答信號(hào)）4-1*復(fù)原理機(jī)i薛M居皆1.話號(hào)信號(hào)后向朦上信號(hào)丁前的轉(zhuǎn)倍母（博知而鹿）A揖強(qiáng)證交倡導(dǎo)所緯后*不闈圖1-3連接建立和釋放信令流程圖在連接建立和釋放階段，用戶(hù)線和中繼線中所傳輸?shù)谋闶侵笇?dǎo)通信網(wǎng)絡(luò)接續(xù)或拆線的信號(hào)。終端和本地交換機(jī)之間信號(hào)稱(chēng)為終端信令或用戶(hù)一網(wǎng)絡(luò)信號(hào)（用戶(hù)線信號(hào)）。交換機(jī)之間通過(guò)中繼線傳遞的信號(hào)稱(chēng)為局間信令或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信號(hào)，典型的局間信令有中國(guó)1號(hào)信令和No.7信令。四、常用的交換技術(shù)（一）電路交換電路交換是指在用戶(hù)通過(guò)呼叫信令通知本地交換機(jī)為其建立通信連接并獲得電路接續(xù)之后，通信雙方終止該通信連接之前，無(wú)論通信雙方是否有信息經(jīng)該

11、通路流過(guò)網(wǎng)絡(luò)，他們都將始終獨(dú)占著同一條電路。電路交換特點(diǎn)如下：.優(yōu)點(diǎn)時(shí)延?。粋鬏斝矢?；信息的編碼方法與信息格式不受網(wǎng)絡(luò)限制。.缺點(diǎn)電路接續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；電路利用率低；用戶(hù)終端的制式受限；有呼損。在我國(guó)，典型的電路交換系統(tǒng)就是電路交換機(jī)系統(tǒng)，下文中將以程控交換機(jī)為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。（二）分組交換分組交換原來(lái)是為完成數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)發(fā)展起來(lái)的一種交換方式，由于分組交換技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在利用分組交換技術(shù)不僅可以用來(lái)完成數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，也可以用來(lái)完成話音和視頻通信。分組交換利用存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行交換。在分組交換方式中，首先將需傳送的信息劃分為一定長(zhǎng)度的分組，并以分組為單位進(jìn)行傳輸和交換。在每個(gè)分組中都有一個(gè)3

12、-10個(gè)字節(jié)的分組頭，在分組頭中包含有分組的地址和控制信息，以控制分組信息的傳輸和交換。分組交換采用的是統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式，電路的利用率較高。 但統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生附加的隨機(jī)時(shí)延和丟失數(shù)據(jù)的可能。這是由于用戶(hù)傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間是隨機(jī)的，若多個(gè)用戶(hù)同時(shí)發(fā)送分組數(shù)據(jù)，則必然有一部分分組需要在緩沖區(qū)中等待一段時(shí)間才能占用電路傳送，若等待的分組超過(guò)了緩沖區(qū)的容量，就可能發(fā)生部分分組的丟失。另外，在分組交換中普遍采用逐段反饋重發(fā)措施，以保證數(shù)據(jù)傳送是無(wú)差錯(cuò)的。所謂逐段反饋重發(fā)，是指數(shù)據(jù)分組經(jīng)過(guò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行檢錯(cuò)，并在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后要求對(duì)方重新發(fā)送。分組交換有虛電路（面向連接）和數(shù)據(jù)報(bào)（無(wú)連接

13、）這兩種方式。.虛電路方式虛電路方式傳虛電路方式是指兩個(gè)用戶(hù)在進(jìn)行通信之前要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接。虛電路方式傳輸數(shù)據(jù)一般包括建立連接，數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接三個(gè)階段。 虛電路不同于電路交換中的物理連接，而是邏輯連接。虛電路并不獨(dú)占電路，在一條物理線路上可以同時(shí)建立多個(gè)虛電路， 以達(dá)到資源共享。.數(shù)據(jù)報(bào)方式數(shù)據(jù)報(bào)方式是獨(dú)立地傳送每一個(gè)數(shù)據(jù)分組，每一個(gè)數(shù)據(jù)分組都包含終點(diǎn)地址的信息，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要為每一個(gè)分組獨(dú)立地選擇路由，因此一份報(bào)文包含的不同分組可能沿著不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)。(三)ATM的基本工作原理ATM是英文aAsynchronous Transfer Mode ”(異步轉(zhuǎn)送方式)的縮寫(xiě)。在這

14、種轉(zhuǎn)送方式中， 信息被組織成固定長(zhǎng)度的信元在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，異步傳送的含義是來(lái)自一個(gè)特定用戶(hù)的信息的信元不需要周期性地出現(xiàn)。.信元在ATM中，信元是信息傳輸、復(fù)用和交換的基本單位。每個(gè)信元都具有固定的長(zhǎng)度， 總是53個(gè)字節(jié)，5個(gè)字節(jié)是信頭(Header), 48個(gè)字節(jié)是信息域(Information field)。信頭中包 含這個(gè)信元的路徑信息，優(yōu)先度、一些維護(hù)信息和信頭的糾錯(cuò)碼。信息段中包含用戶(hù)需傳送的信息內(nèi)容，這些信息透明地穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)。.復(fù)用ATM采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式。由于采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，每個(gè)用戶(hù)需發(fā)送信元的時(shí)間是 隨機(jī)的，就可能發(fā)生碰撞。.交換ATM采用面向連接的方式工作，交換節(jié)點(diǎn)完成的是虛

15、電路的交換，同一虛電路上的所 有信元都選擇同樣的路由，經(jīng)過(guò)同樣的通路到達(dá)目的地。五、交換網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在交換網(wǎng)中，所謂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間的互連方式?；镜耐?fù)浣Y(jié)構(gòu) 有：網(wǎng)狀網(wǎng)、星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線形網(wǎng)等0（一）網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)都相連，組成一個(gè)網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)：線路冗余度大，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，任意兩點(diǎn)間可直接通信；缺點(diǎn)：線路利用率低（N值較大時(shí)傳輸鏈路數(shù)將很大 ），網(wǎng)絡(luò)成本高，另外網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容也不方便，在 N個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng) 狀網(wǎng)中，每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就需增加N條線路。適用場(chǎng)合：通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)目少，又有很高可靠性要求的場(chǎng)合。（二）星形網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)都連至一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)上。優(yōu)點(diǎn)：與網(wǎng)形網(wǎng)相比，降低了傳輸鏈路的成本，提高了線路的利用率。缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的可靠性差，一旦中心轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或轉(zhuǎn)接能力不足時(shí)，全網(wǎng)的通信都會(huì)受到影響。適用場(chǎng)合：在傳輸鏈路費(fèi)用高于轉(zhuǎn)接設(shè)備、可靠性要求又不高的場(chǎng)合，以降低建網(wǎng)成本。（三）環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)首尾相連，組成一個(gè)環(huán)。N個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)需要 N條傳輸鏈路。環(huán)網(wǎng)可以是單向環(huán)，也可以是雙向環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，雙向自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可