现代交换原理(全套课件).ppt

1、 第一讲 绪论 陈建亚l通信的目的就是将人类活动中的相关信息相互交换。l信息类型模拟和数字信息，包括语音、文字、数据及图像。l信息转送的组织方式原始模拟信号方式转送，烽火、莫尔斯电报、模拟电话、频分载波等；数字化转送，包括PCM编码等时复用和分组打包统计复用方式。l信息传送复用模拟信号，采用媒体直传或频分载波传送；数字信号，等时时分复用或统计复用传送。l交换设备的作用及分类作用：实现多点到多点的信息转移交互；分类：l模拟信号，采用空分开关l数字时分信号，采用时隙电路交换l数据分组信号，采用分组路由器方式。l通信网由终端设备、传输系统和转接交换设备联合组成的完成信息交互的系统。l终端设备是通信的

2、源点和终点，完成信息的变换和反变换，例如电话机、计算机等。l传输系统是网络节点间的连接媒体，提供信息传送通路，如电缆、光缆、空间电磁波及相关协议和信号方式等。l转接交换设备是通信网的核心，完成接入信号的汇集、转接和分配。如程控交换机、路由器等。 No.7信令网汇接交换机端局交换机端局交换机端局交换机123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#123456789*8#图1.1 电话网一般结构 省际平面DC1DC1DC1DC1省内平面DC2DC2DC2

3、DC2DC2DC2DC2基干路由低呼损直达路由高效直达路由图1.2 电话网的等级结构l电话网分为本地网和长途网，本地网为同一区号内的网络，不同区号之间的网络为长途网。l电话交换局为电话网的核心，采用数字程控交换设备，每个话路占用64kbit/s带宽，为一个时隙，交换设备完成时隙交换。l我国现在采用三级网路结构，DC1为省、直辖市交换中心，网状互连，DC2为省区内汇接中心，C5为端局，上接DC2，下接电话机。l用户到端局采用模拟信号传输；l交换局到交换局之间采用PCM时分复用方式相互连接；l每个用户在通话之前要利用信令通知交换机为其建立通话通路；l每条通路固定占用64kbit/s带宽，实时性和通

4、话质量有保证，但无话音传送时将浪费带宽资源；l网络结构由交换技术决定，拓扑不灵活，扩展新业务较困难。l1.3.1 什么是下一代网络l下一代网络（NGN），从广义上讲，它表征一种具有宽带化、光纤化、大容量、分组交换、数据化、层次化、呼叫与承载分离、能快速开发和部署新业务等特征的理想网络。l下一代网络，可向用户提供PSTN话音业务、无线话音业务、基础数据业务、多媒体数据业务等。l开放式系统：NGN是一个有机整体，不同模块可独立发展，运营商可按需求选择优势产品，各模块接口按标准协议互联。l业务与呼叫控制分离：使业务从网络中分离出来，可有效缩短新业务开发周期。l多用户：使模拟用户、移动用户、ADSL用

5、户、ISDN用户、IP用户以及卫星接入用户都可在下一代网络中相互建立呼叫。l多媒体：语音、数据、视频及其他媒体流可在下一代网络中以IP方式进行资源共享，并满足实时传送要求。l低成本：与目前的PSTN相比，通信费用将大大降低。lNGN通常和软交换联系在一起，是下一代网络的核心。l呼叫功能：涉及呼叫建立、保持和释放的过程，包括会议、授权、资源分配、监控等功能；l协议功能：负责各类协议间的互通；l接入功能：用户通过网关接入到NGN；l业务功能：能提供PSTN/ISDN、IN的所有业务，并提供呼叫与控制之间的通信功能；l互通功能：提供分组交换网与No.7、IN、IP电话网、ATM网、SIP网等之间的互

6、通；l资源管理功能：提供资源的分配、释放和控制等功能；l计费功能：l认证功能：用户鉴权，阻止非法用户，提供安全保证；l地址解析功能：完成E.164、别名、IP、ULR等地址方案的解释和重定向；l语音处理功能：提供语音编解码、噪音抑制、话音识别、回声抵消等功能；l操作维护功能：包括系统的监控、配置、修改、测试、统计、告警处理以及故障诊断排除等功能。 IN TMN 业务执行 网络业务层与网络无关的业务软交换路由选择信令服务器呼叫服务器控制层核心交换边缘交换媒体网关媒体层无线接入蜂窝移动3G无线数字环路载波CSN/RSUIP汇聚ASAMCableMODEM接入层图1.3 NGN分层体系结构l现有电话

7、交换网是以交换机为核心，交换机负责业务接入、媒体处理、呼叫控制和业务管理等全部功能。lNGN是以IP为基础，采用开放式架构，将业务接入、媒体处理、呼叫控制和业务处理分开，并在它们之间采用标准协议进行通信。l接入层，解决业务接入问题，接入可以是一个完整的业务网络，如PSTN、GSM、局域网、ADSL、PON、CableMODEM等。l媒体层，处理由接入层送来的媒体流，主要完成媒体类型的转换和传送，包括网管和统计功能。其硬件实体是媒体网关和核心网，实现编解码算法选择、呼叫建立、资源分配和释放等功能。l控制层，主要完成信令处理，包括信令网关、软交换等设备。信令网关完成PSTN/No.7信令到NGN标

8、准信令的转换，软交换处理各种呼叫控制信令并控制媒体网关完成呼叫接续，提供标准API接口。l网络业务层，处理业务逻辑，包括IN业务逻辑、认证、授权、记账和地址解析等，提供业务生成环境。 业务管理服务器应用服务器业务生成环境 业务支撑环境AAA服务器网管服务器软交换设备软交换设备信令网关媒体网关接入网关No.7PSTN/PLMNPBX/RAS核心传输网络（IP网）RADUIS开放协议APISNMPSIP-T/BICC业务平面控制平面传输平面接入平面l从网络角度看，通过软交换结合媒体网关和信令网关，跨接和互连电路交换网与分组化网，以实现业务层的基本融合，可提供统一管理，并加快新业务部署。l软交换技术

9、的切入点，可先从长途局和汇接局开始，再端局和接入局，然后扩展到多媒体应用和3G网络。l原始通信 烽火，消息树l初始通信 1876年贝尔发明电话，点到点 连接，人工接续l自动交换通信 1889年发明步进制交换机 1932年出现纵横制交换机 l网络自动化 二战后，长途网络实现了自 动化l程控交换程控交换 1965 1965年年AT&TAT&T推出第一台程控推出第一台程控 交换机，空分开关模拟交换。交换机，空分开关模拟交换。l数字传输数字传输 脉冲编码调制脉冲编码调制PCMPCM的产生。的产生。l程控数字交换程控数字交换 1970 1970年首先在法国拉尼翁年首先在法国拉尼翁开通第一台数字程控交换机

10、。开通第一台数字程控交换机。开创了数字化语音网络新时期。 数据网络和分组交换，始于数据网络和分组交换，始于2020世纪世纪7070年年代。代。lCCITTCCITT建立了一个称作建立了一个称作X.25X.25的标准协议。的标准协议。lISOISO通过了通过了OSIOSI七层框架协议七层框架协议，为世界上，为世界上任何计算机与其他计算机通信提供了条任何计算机与其他计算机通信提供了条件。件。lInternet,Internet,路由器，路由器，IPIP技术，现已成为技术，现已成为NGNNGN的技术基础。的技术基础。l宽带交换技术，主要用来交换大块数据业务和视频业务。l快速电路交换和帧中继，解决数据

11、分组交换的节点处理速度问题。lATM交换，将数据组装成定长的短分组，利用电路交换机制实现高速数据交换。l多协议标记交换(MPLS)，是IP技术和ATM交换相结合的产物。l光交换技术，随着光器件和波分复用技术的发展和不断成熟，光交换机技术成为实现NGN的一个核心技术，当前有空分机制的光路交换(ODX)、时空结合的光突发交换(OBS), 只完成光层交换。l软交换技术，将呼叫控制和业务处理分离，采用开放式结构，方便新业务的开发和部署。软交换也称作呼叫代理、媒体网关控制器，是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体。 SCPSS7网络SS7网络传统电路交换模式软交换模式管理系统新业务软交换技术IP/

12、ATM骨干网帐单系统控制器用户板中继板时隙交换TDMTDMTDMTDM网关控制协议网关控制协议接入/中继媒体网关接入/中继媒体网关ATM异步转移模式IP因特网协议SCP业务控制点SS7信令系统7TDM时分复用图1.5 从媒体传输中松绑业务和控制的软交换模型结构IPIPATMATM 地址解析/路由功能地址解析/路由功能业务提供功能业务提供功能网管、计费功能网管、计费功能SSF功能SSF功能呼叫控制功能呼叫控制功能互互通通功功能能软软交交换换设设备备各种各种媒体网关媒体网关SIPSIP终端终端H.248H.248终端终端MGCPMGCP终端终端信信令令网网关关NO.7网络H.323IPH.323I

13、P电话网电话网H.323H.323SIP系统SIP系统软交换软交换信信令令网网关关现有IN现有INSIPSIPSIP/BICCSIP/BICCINAP/IPINAP/IPH.248H.248SS7/IPSS7/IPAAA服务器AAA服务器业务创作APIs业务创作APIs应用服务器应用服务器网管服务器网管服务器RadiusRadius待定待定SNMPSNMP图1.6 软交换功能结构示意图 SCPSCP号薄系统号薄系统后营业室后营业室系统系统软交换技术软交换技术电缆网络电缆网络IP电话IP电话TCAP/IPTCAP/IPTCAP/SCCPTCAP/SCCP本地本地交换机交换机SLCSLCSS7SS

14、7网络网络本地本地交换机交换机SS7SS7网络网络ISUP/MTPISUP/MTPISUP/IPISUP/IPPOTS电话POTS电话分组智能外分组智能外围围中继网关中继网关中继网关中继网关接入网关接入网关PBXPBXSIPSIPPOTS电话POTS电话POTS电话POTS电话MGCP/MGCP/IPDCIPDCH.323v1/v2H.323v1/v2或具有IPDC或具有IPDC的隧道PRI的隧道PRIRTP/UDP/IPRTP/UDP/IPMGCP/MGCP/IPDCIPDCTDMTDMG.71G.711 1ISDN PRI或T1或E1ISDN PRI或T1或E1（例如，WINK、E&M）（

15、例如，WINK、E&M）TDM G.711TDM G.711图1.7 基于软交换技术的VoIP网络组织结构l电路交换硬件l电路交换软件l信令系统，加强l分组交换，包括IP、ATM、MPLSl光交换l软交换，包括媒体网关、信令网关和呼叫处理流程 l交换机的基本功能是在任一入线和出线之间建立通信连接，实现这一功能的部件称作交换网络，交换单元是基本元素，例如一组开关、一组存储单元等。l交换方式有同步时分交换、分组交换和异步时分的信元分组交换。l同步时分交换，主要应用PCM时分复用方式，利用一组存储单元存放输入PCM链路各时隙的数据信息，在信令控制下交换至目的时隙，属于物理层时间(电路)交换模式。l分

16、组交换，如路由器，属于软件交换模式，没有具体的交换网络机构，从接口线卡流入的数据分组先集中缓存在一个存储器中，利用路由软件对各分组的目的地址分析后，选择适当的输出线卡排队输出。l异步时分信元分组交换，属于混合交换模式，用于ATM及MPLS方式，将数据信息划分成定长分组，以统计复用方式完成信元转移。可充分利用资源，又可快速交换。 帧(125us)帧(125us)帧(125us)帧(125us)时隙时隙N N2 21 1N N2 21 1N N(a) PCM方式的同步时分复用(a) PCM方式的同步时分复用数据分组1数据分组1数据分组N数据分组N数据分组3数据分组3数据分组1数据分组1(b) 数据

17、分组方式的统计时分复用(b) 数据分组方式的统计时分复用信元信元信息信息标标志志1 11 15 53 32 2（c)统计时分信元分组复用（c)统计时分信元分组复用图2.1 复用方式比较图2.1 复用方式比较l2.2.1 交换单元及其数学描述l1. 交换单元l是构成交换网络的最基本单元，可实现任意入出线间的连接，完成同步时分交换或分组统计复用交换。l交换单元可为集中型(入线数大于出线数)、分配型(入出线数相等)、扩散型(入线数小于出线数)。l2. 连接与连接函数l交换单元的基本功能是建立和拆除连接，连接函数利用数学方法描述连接特性，以便评价交换单元的设计性能。l交换单元的入、出线可看作集合序列，

18、 入线集合：T=0,1,2,M-1 出线集合：R=0,1,2,N-1l定义：tT，t是T的一个元; r Rt， Rt R, Rt 是R的一个子集， r是Rt的一个元，则集合C=t, Rt为一个连接，t为起点， r Rt为终点。l交换单元的一个连接就是入线集合和出线集合组成的集合。l若r Rt， Rt中只一个元，称作点到点连接。l若r Rt， Rt中有多个元，称作点到多点连接。l若一交换单元提供点到多点连接，且Rt R，称其有同播（组播）功能。l若Rt =R，称其有广播功能。l交换单元的连接集合为 C=C0，C1，C2，,l其中，起点集 Tc=t；tCi, Ci C 终点集 Rc=r；rRt,

19、Rt ci, ci Cl一个交换单元的连接函数具有瞬时性，可随时间变化。l一个交换单元的连接集合越多，则连接功能愈强。l某时刻一交换单元处于交换集合C，若一入线tTc ，称该入线处于占用状态，否则为空闲状态。连接函数描述了交换单元的连接特性。l每个交换单元都可用一组连接函数表示，一个连接函数对应一种连接，连接函数表示了交换单元入出线之间一一对应的关系。l从集合的角度看，一个连接函数反映了入线集合和出线集合之间的一种映射关系。l(1)函数表示形式l用x表示入线号变量，采用2进制，连接函数f(xn-1xn-2x2x1x0)=xn-1xn-2x2x1x0。l均匀洗牌函数 (xn-1xn-2x1x0)

20、 =xn-2xn-3.x1x0 x-1l例如N=8，有(x1x2x0)=x1x0 x2l函数表示便于对交换单元信息交换的计算。l(2) 排列表示形式 t0，t1，tn-1 起点，入线 r，r，rn-1 终点，出线 即输入输出对应的表示方式，方便观察。l(3) 图形表示，如P21-图2.6的均匀洗牌连接。这种方式直观，但不能用计算机方法演算信息连接性能。l通过电子开关实现任一入线到任一出线之间的连接。l特性，任意时间都可接通任意入出线对，控制简单，时延固定，有串扰，容量较小，具有同播和广播功能。l实现，可采用继电器或电子逻辑选通门电路组成开关矩阵。 出线0出线0出线1出线1出线2出线2出线3出线

21、3A0A0A1A1A0A0A1A1A0A0A1A1A0A0A1A1入线0 1 2 3入线0 1 2 3选通选通地址地址一个4X4的空分交换单元示例一个4X4的空分交换单元示例 a aa aTS49TS49TS58TS58写地址写地址写数据写数据读数据读数据SMSM4949a a数据入数据入数据出数据出CM读出数据=SM的读数地址CM读出数据=SM的读数地址58584949CMCM读地址读地址时隙计数器时隙计数器呼叫处理机呼叫处理机以源端时隙号为地址以目的端时隙号为内容写入以源端时隙号为地址以目的端时隙号为内容写入图2.18 时间接线器 RXRXTXTXRXRXTXTXRXRXTXTXRXRXT

22、XTX端口0端口0端口8端口8端口7端口7端口15端口15双套端口7双套端口7双套端口0双套端口039根并行时分复用总线39根并行时分复用总线时钟时钟图2.22 DSE的结构图2.22 DSE的结构l每DSE由8个双套双向交换端口组成，每交换端口接一条双向PCM链路，链路速率为4096kb/s。l39根时分复用总线包括：16根数据线，4根端口地址，5根信道地址，5根控制，一根证实，5根返回信道地址，3根时钟。l每个交换端口的接收侧由两个32存储单元的端口RAM、信道RAM和输入同步器组成，发送侧由一个32存储单元的数据RAM和端口比较器、发送控制、缓冲器等组成。l工作原理，DSE采用每时隙16

23、比特宽度的数据格式在PCM总线上传送话音数据和交换控制命令。 F F E E D D C C B B A A 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 说说明明0 0 0 0 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X0 0 1 1 X X X X X X X X X X 0 0 1 1 0 0 0 0 X X X X X X X X X X0 0 1 1 X X X X X X X X X X 0 0 0 0 0 0 1 1 X X X X X X X X X X0 0 1 1 X X

24、X X X X X X X X 1 1 1 1 0 0 1 1 X X X X X X X X X X0 0 1 1 X X P P0 0 P P1 1 P P2 2 P P3 3 0 0 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X X X X0 0 1 1 X X P P0 0 P P1 1 P P2 2 P P3 3 1 1 0 0 1 1 1 1 Q Q0 0 Q Q1 1 Q Q2 2 Q Q3 3 Q Q4 4. . . .空空闲闲状状态态选选择择命命令令：端端口口指指定定，信信道道任任意意端端口口、信信道道均均指指定定1 1 0 0 0 0 D D0 0 D D1 1 D

25、D2 2 D D3 3 D D4 4 D D5 5 D D6 6 D D7 7 D D8 8 D D9 9 D DA A D DB B D DC C1 1 1 1 X X S S0 0 S S1 1 S S2 2 S S3 3 S S4 4 S S5 5 S S6 6 S S7 7 0 0 0 0 0 0 0 0 P PR R1 1 1 1 X X S S0 0 S S1 1 S S2 2 S S3 3 S S4 4 S S5 5 S S6 6 S S7 7 S S8 8 S S9 9 S SA A S SB B S SC C话话音音或或数数据据处处理理机机间间通通信信，换换码码 端端口口R

26、RA AM M信信道道R RA AM MD D P P C CT TS S1 10 0S S0 01 10 03 31 10 01 10 03 31 19 92 20 0R RX X3 3T TX X9 9S S2 20 03 31 10 0S ST TS S2 20 0图图2 2. .2 24 4 D DS SE E工工作作通通路路数数据据R RA AM Ml交换单元只能实现较少线数之间的连接交换，用多个交换单元组成更大的交换机构称作交换网络。l在一个交换网络中，各个交换单元按照一定规则互连，在扩大交换容量的同时，还可减少交换网络的内部阻塞。l内部阻塞，当一个交换网络的某一出线为空闲，但由于

27、交换网络内部的拓扑连线结构而使某一入线不能和该空闲的出线建立连接时，称作内部阻塞。 0 0n-1n-101m-11m-1001n-1001n-1m-1m-1第1级第1级第2级第2级当第1级模块0的线0和第2级模块0的线0建立了连接时，则第1级当第1级模块0的线0和第2级模块0的线0建立了连接时，则第1级模块0任何线和第2级模块0的任何线建立连接模块0任何线和第2级模块0的任何线建立连接l通过适当增加网络的级数和合理拓扑连接可做到无内部阻塞，下图为CLOS三级无阻塞网络结构。 1 1n n1 1n n1 1r rm m1 11 1m m1 1r r1 1r r1 1r r1 11 1r rm m

28、1 11 1r rm m1 11 1n nn n图2.28 三级CLOS网络(1)(1)(2)(2)(3)(3)1-n想与r-1建1-n想与r-1建立连接，产生立连接，产生内部阻塞内部阻塞1 1r rl三级CLOS网络无阻塞条件是中间接线器数m2n-1。l以上图的彩色链线和添加的中间接线器进行说明。l三级CLOS网络所需的交叉点数 C(3)=2N(2n-1)+(N/2)(2n-1)l这里N为网络的总入出线数，n为交换单元入出线数。l三级CLOS网络，当2n-1m n时，称作可重排无阻塞网络。即该网络不是严格无阻塞，但通过重新排序可解决阻塞。如图2.30，已建立了C1和C2(红线)，C3连接请求

29、遇到阻塞，重排C2为CC2(黑线)，阻塞解决。 1 11 12 23 34 42 23 34 4C1C1C2CC2CC2C3C3C4C4图2.30 三级可重排CLOS网络lTST网络是由时间接线器T和空间接线器S联合组成的一种CLOS型交换网络结构。l常用的有三级结构，是可重排无阻塞网络。为了做到严格无阻塞，可以增加中间级S的级数来解决(如TSST)。l图2.32表示一个典型TST网络结构，可实现(51232)(32512)信道的时隙交换。 a a0 02 251151107 7511511CMA0CMA0SMA31SMA31SMA0SMA0用户Aa aTS2TS2b bTS2TS205115

30、11b b5115112632630511CMA31CMA31b b用户B用户Ba a顺序写入，顺序写入，控制读出控制读出顺序写入，顺序写入，控制读出控制读出07a aa ab bb b0入0入31入31入0出0出31出31出2632633131CMC0CMC0 CMC31CMC31ITS7ITS7a5112632632 25115117 7CMB31CMB31CMB0CMB0a aTS511TS511控制写入，控制写入，顺序读出顺序读出控制写入，控制写入，顺序读出顺序读出b bTS2TS2ITS263ITS263b b2 2图2.32 TST交换网络2 2输入控制输入控制l由22交换单元组成

31、的一种空分交换网络，多用于ATM和光交换系统。l结构(a)平行连接(b)交叉连接图2.36 2X2交换单元第1级第2级图2.37 4X4交换单元01230123l书中图2.38为88网络，由3级12个单元组成，图2.39为16 16网络，需4级共32个单元组成。l一个NN的BANYAN网络，级数为 ，每级需N/2个单元， 共需N/2 个2 2的交换单元。NM2logNM2logl(1)唯一路径，入线到出线只有一条路经。由于多端网络都是由2 2单元组合而成，所以利用数学归纳法，所有N=2的幂倍数读由唯一的路径。l(2)自选路由，网络入出线相等，且为 ，M为网络的级数，以2进制对出口线号编码，便可

32、通过出口线号唯一的自选路由。M2l(3)编号数字置换，即实现入线编号顺序变换。例如连接函数 0 1 2 3 3 0 2 1l实现01230123 0123456701234567入线入线信元信元0101101110信息地址110111011011101101110001信元信元信元信元信息信息信息地址地址出线图2.43 BANYAN网络工作原理示意l多条入线都想从同一出线输出，称作出线阻塞，属业务竞争，与网络结构无关。l除最末级外，网络内部不能实现到某一空闲出线的连接，称作内部阻塞，如图2.44所示。lBANYAN网络的内部阻塞随着网络级数的增加而变大，因此不能实现大容量网络。l(1)限制入线

33、上的信息流入量或增加缓存器，以减小信元碰撞机会。l(2)添加额外级数，提供附加通路，当级数达到 时，可做到完全无阻塞。l增加交换平面，提供更多的可选路由。l增加排序网络，改变信元流入口，消除信元碰撞机会。1log22Nl当同时输入到BANYAN网络的全部数据的出线地址呈单调排列(单调递增或递减)时，则网络无内部阻塞。l在BANYAN网络前面增加一个排序网络，对流入的信元按出线地址单调排序。l排序网络只完成地址大小重排，不指定地址接续。l2 2排序器，有两种执行方式，(1)正逻辑，高地址信元送高端(H)，低地址信元送低端(L)，只一个时送低端。(2)负逻辑，则正好与正逻辑相反。x xy yL L

34、H HMin(x,y)Min(x,y)Max(x,y)Max(x,y)Min(x,y)Min(x,y)Min(x,y)Min(x,y)Max(x,y)Max(x,y)Max(x,y)Max(x,y)x xx xy yy yy yx xL LH HMax(x,y)Max(x,y)Min(x,y)Min(x,y)(b)复逻辑(b)复逻辑(a)正逻辑(a)正逻辑图2.45 BATCHER比较器的表示方法l如书中图2.46所示，该结构可以避免内部阻塞，但不能解决出线阻塞，出线阻塞可利用缓存器延迟某信元输出来解决。l作业：2，6，7，11，14电路交换技术及接口电路l电路交换模式定义：在用户通过呼叫信令

35、通知本地交换机为其建立通信连接并获得电路接续后，通信双方终止该通信连接之前，无论通信双方是否有信息经该通路流过网络，他们都将始终独占着同一条电路。l电路交换属于物理层交换，它不管信息的包装处理，以及信息是否受到损害。l电路交换技术包括电子域的线路交换、时隙交换和光域的波长交换、分时突发交换等。l线路交换完成两用户间的实线连接，如人工共电交换台、步进交换机、纵横制交换机等。l时隙交换是指利用PCM时分复用方式完成用户信息传送和接续连接的交换方式，通常称作数字程控交换机。l光域的波长交换是利用波长变换器实现WDM技术的波长路由交换，分时突发交换是将波长路由细分成突发时段来实现大块数据交换。l3.2

36、.1 电路交换呼叫接续过程l任何呼叫接续都经历3个阶段：l呼叫建立阶段，主叫摘机向交换机发出连接请求，交换机回送信号音予以证实，主叫拨送所需被叫号码，交换机查找被叫并检查状态，空闲则对被叫振铃，给主叫送回铃音。l消息传送阶段，被叫摘机，停铃和停回铃音，通路接续，双方通话。l话终释放阶段，任一方挂机表示请求终止该次接续，交换机对未挂一方送忙音，双方挂机则释放全部资源，本次呼叫接续过程结束。 123456789*8#123456789*8#交换机交换机用户线用户线用户线用户线摘机摘机拨号音拨号音拨号拨号回铃音回铃音振铃振铃摘机摘机挂机挂机（接续通话）（接续通话）忙音忙音挂机挂机图3.1 交换过程的

37、三个阶段及相应的信令关系图3.1 交换过程的三个阶段及相应的信令关系被叫话机被叫话机主叫话机主叫话机停振铃停振铃停回铃音停回铃音呼叫阶段呼叫阶段消息传送阶段消息传送阶段释放阶段释放阶段l能随时发现信呼叫的到来；l能接受和保存主叫发送的被叫号码；l能检测被叫忙闲状态及是否有空闲通路；l能向被叫发出来话通知-振铃；l能发送多种通知音，忙音、回令音等；l能为通话双方建立通话通路；l能发现话终挂机状态。 123456789*8#用用户户接接口口交交换换连连接接机机构构中中继继接接口口控控制制机机构构用用户户线线中中继继线线到到其其他他交交换换机机信信令令收收发发装装置置图3.2 电路交换系统的基本功能

38、模块结构及相互关系 甲甲乙乙 1 1 a ab bTS1TS1TS1TS130303030b bTS30TS30a aTS30TS30a ab bTS1TS1TS30TS30数字交换网络a ab bTS1TS1TS30TS30图3.3 时隙交换的概念l状态监视，用户呼叫和应答状态监视；l号码接收，包括DP和DTMF信号接收；l通知提示，通知音包括拨号音、忙音、回铃音等，振铃信号提示被叫有来话到达。l局间信令，交换机之间互通命令，包含呼叫状态、号码、类型、路由、信道分配等信息，有中国1#和No.7信令系统两类。l终端，电路交换机的外围终端由普通电话机、数字电话机、维护计费计算机、其他交换机等。l

39、终端接口，就是提供交换机设备与外部连接的部件。包括普通电话接口电路、数字电话接口电路、中继接口电路、计算机接口电路等。l终端接口的功能，就是为了实现信息的接入和传送，并且方便交换机的通路接续工作，使得外围终端的各项特性能与交换机的内部操作机制相互匹配的设施。l交换机的作用，就是根据用户的请求，按照其所发出的目的码为其建立和保持通信通路，通信结束时释放相关资源。l控制功能，就是在分析信令消息的基础上，查询目的端状态和当前资源情况，在允许条件下控制交换网络执行通路连接。分析过程属于高层功能，状态查询、信令接收和连接驱动等属于低层功能。 交换机交换机中继接口中继接口其他交换机其他交换机用户接口用户接

40、口计费接口计费接口维护接口维护接口用户终端用户终端计费系统计费系统维护管理维护管理交换网络交换网络维维护护I/OI/O计计费费I/OI/O监测监测振铃振铃I/OI/O监测监测信令信令I/OI/O多频多频信令信令I/OI/O共路共路信令信令I/OI/O接续接续控制控制I/OI/O存储器存储器CPUCPU接口系统接口系统控制系统控制系统总线总线图3.4 电路交换系统的电路结构图3.4 电路交换系统的电路结构l1. 集中控制方式，特点是处理机掌握着整个系统的状态，可达系统中所有资源。l集中控制的优点是某项功能改变只需修改软件即可，缺点是软件体系庞大、复杂，且容易受到破坏。l集中控制结构如图3.5-3

41、.7。小系统可采用单处理机，大系统通常采用双机控制，有负荷分担形式和主备用方式。l负荷分担方式，两台处理机独立工作，各自承担一半话务负荷。l优点：负荷能力强，能适应话务量波动；抗软件故障，可防止软件差错引起的系统阻断；调试新程序方便，一机工作，另一调试软件。l缺点：双机互通信息频繁，软件较复杂，且不易发现硬件故障。l主备用方式，一机在线运行，另一待命，主用处理机故障时启动备用机接替工作。l优点：硬件和软件均较简单。l缺点：主备倒换时会丢失当前已建立的连接。l分散控制方式，即每台处理机只能达到部分资源和执行部分功能。可以有单级多机系统，也可多级多机。各个处理机可实现容量分担，也可功能分担。l特点

42、，系统处理能力强，可独立扩充功能部件，组织结构灵活，适应性强。 123456789*8#123456789*8#数字交换网络数字交换网络用户接口电路用户接口电路用户模块用户模块用户处理机用户处理机PCM总线PCM总线数字中继器数字中继器PCM总线PCM总线远端远端模块模块用户线路用户线路中继线路中继线路信令设备信令设备模拟中继器模拟中继器数字中继器数字中继器连接其他连接其他交换机交换机话路部分话路部分控制部分控制部分PCM总线PCM总线PCM总线PCM总线PCM总线PCM总线I/O系统I/O系统中央处理机中央处理机存储器存储器图3.1 分级控制方式交换机的基本结构l接口电路，完成使外部应用系统

43、与交换机在物理层和逻辑链路层相匹配的设备。l按照Q.511规定，交换机间连接接口有三种：l接口A，通过PCM一次群连接其他交换机；l接口B，通过PCM二次群连接；l接口C，通过模拟信号方式连接。l与用户终端的连接有两种：l接口Z，连接模拟话机；l接口V，数字用户接口，如2B+D、V5.1(30B+D)、V5.2(多达16个30B+D群)。l是交换机连接模拟电话机的接口，提供BORSCHT功能。 T T测测试试R R振振铃铃O O过过压压保保护护B B馈馈电电S S监监视视H H2/42/4线线变变换换C C编编译译码码器器二线二线到话机到话机四线四线到交换到交换网络网络模拟用户接口功能框图 1

44、23456789*8#测试T测试Ta ab b外线测试外线测试内线测试内线测试倒极性倒极性振铃电路振铃电路振铃振铃R R过压保护过压保护R R监视S监视S-48V-48V译码器译码器编码器编码器T T接接线线器器馈电B馈电B混合电路H混合电路H编译码C编译码C选选通通门门扫描状态扫描状态75V正弦波75V正弦波锁锁存存器器控制信号控制信号图3.17 用户接口电路原理结构图l是交换机连接数字用户话机或终端的接口。通常采用2B1Q码数字信号方式在对绞线上传送数字话音和数据。lQ.512规定了V1V4，V1为2B+D接口，V2为一次群或二次群接远端设备，V3为30B+D或23B+D数字用户段，V4为

45、多个V1的复合链路。lV5为标准化的30B+D接口，接口电路与PCM中继电路接口基本相同。 阻抗匹配阻抗匹配线路保护线路保护测试切换测试切换阻抗匹配阻抗匹配线路保护线路保护测试切换测试切换阻抗匹配阻抗匹配线路保护线路保护测试切换测试切换U接口 0U接口 0U接口 1U接口 1U接口 7U接口 7测试控制测试控制线路收发器线路收发器2B+D2B+D2B+D2B+D2B+D2B+D2Mbit/s链路2Mbit/s链路D信道提D信道提取/插入取/插入HDLCHDLC控制控制B信道B信道交换交换存储器存储器CPUCPU分组数据分组数据HDLC控制HDLC控制通信通信控制器控制器至交换机主控处理器至交换

46、机主控处理器图3.17* 数字用户线接口电路l用来和模拟交换机互连，电路结构和模拟用户接口类似，但没有馈电和铃流控制。 测测试试过过压压保保护护线线路路信信令令监监视视二/四线变换二/四线变换编编译译码码器器模拟模拟中继线中继线PCMPCM接至数字接至数字交换网络交换网络图3.18 模拟中继接口电路框图l数字中继接口电路是数字程控交换机之间通过PCM信号互连的接口，它提供GAZPACHO八种功能。双双/ /单单时时钟钟提提取取码码型型变变换换预预定定位位告告警警检检测测再再生生控控制制信信令令提提取取同同步步插插入入信信令令插插入入码码型型变变换换单单/ /双双插插入入控控制制时时钟钟脉脉冲冲

47、P PC CM M输输入入连连接接其其他他交交换换机机P PC CM M输输出出接接数数字字交交换换网网络络图3.19 数字中继接口电路功能框图l数字程控交换机通过PCM数字中继互连时，可采用三种数字同步方式：l(1)准同步，即各交换机均采用高精度、高稳定的时钟，相互偏差很小，异步连接通信。l(2)主从同步，全国设置高精密、高稳定钟源作为长途枢纽交换机参考时钟，低一级交换机向高一级交换机锁相同步。l(3)互同步，各交换机有自己的时钟，互连时互锁同步，使时钟稳定在同一频率上。l(1)码形变换，将单极性码变成双极性码，以适应外部线路传输特性的需要，内部为不归零码，外部可为HDB3/AMI码。l(2

48、)时钟提取，从输入PCM码流中提取2.048MHz时钟信号。l(3)帧同步和复帧同步，确定TS0的位置。搜索特定码组“0011011”，连续两次搜索到该码组即可确定TS0位置。l复帧同步主要在随路信令应用情形下有效，当采用No.7信令时TS16同于其他话音数据时隙。l(4)监测和传送告警信息，当6个50ms内连续发生一次以上误码，则发送告警。l(5)帧定位，利用弹性缓存器暂存输入PCM码流，用本机时钟驱动读出，使两交换机时隙相位达到同步。l(6)帧和复帧同步信号插入，在输出方向的PCM链路上的偶数帧TS0插入10011011，奇数帧插入11X11111帧同步信号，在复帧的第0帧TS16插入00

49、001X11复帧同步信号。l(7)信令提取和格式转换，复帧第115帧的TS16传送随路信令的线路状态信令，每时隙8比特传两个话路的信令，须分开和转换。l(8)连零控制，由于比特同步和帧同步的需要，不允许PCM链路输出超过4个比特位置连续为0，当出现时则自动插1，接收时再去掉。l交换机中，数字多频信号包括送给用户话机的信号音、用户拨号以及交换局之间的MFC信号。l数字多频信号产生450Hz信号音；PCM量化编码；以450和8khz的最小公倍周期存储编码数据；连续循环读取可得拨号音，间断控制得其他音；PCM复用，共享交换，可达所有端口。l同理，利用该方法也可产生MFC发送信号。 数数字字逻逻辑辑解

50、解码码BCDBCD输出输出F1 数字滤波F1 数字滤波F2 数字滤波F2 数字滤波F3 数字滤波F3 数字滤波F4 数字滤波F4 数字滤波F5 数字滤波F5 数字滤波F6 数字滤波F6 数字滤波PCMPCM输入输入图3.23 DTMF数字信号处理接收器原理图3.23 DTMF数字信号处理接收器原理解解码码逻逻辑辑检波检波检波检波检波检波检波检波检波检波检波检波直流电平直流电平带通带通带通带通带通带通高高通通1075Hz1075Hz1477Hz1477Hz1336Hz1336Hz1029Hz1029Hz带通带通带通带通带通带通941Hz941Hz852Hz852Hz697Hz697Hz低低通通1