现代交换原理第3章.ppt

串行码
PCM 0 PCM 1 PCM 7
并行码
复 用 器
串行码 分 路 器
PCM 0’ PCM 1’
:
T
TS=32x8=256 2.048Mb/s
:
PCM 7’
TS=32 2.048Mb/s
TS=32 2.048Mb/s
串并变换原理
移 位 寄 存 器 (8) HW7 移 位 寄 存 器 D0 D7 锁 存 器 … D0 D7 锁 存 器 (8) D0 … D7 HW0 … D0 D7 … HW0
第三章 交换单元与交换网络
主要内容 1. 交换网络的构成和分类 2. 交换单元

3. 交换网络
交换单元的基本概念 开关阵列与空间交换单元 共享存储器型的交换单元——时间交换单元 共享总线型的交换单元——数字交换单元 CLOS网络 TST网络 DSN网络 BANYAN网络
•3.1 引言
开关阵列的工作原理
出线 0 1 N-1
0
入线 N-1
0
N无向交换单元
1 入线 N-1
N无向方形开关阵列
无向交换单元开关阵列的实现
0
入线/出线
N-1
N无向交换单元
若在一个N X N的交换单元中的连接总是对称的，即 如果入端i连接到出端j，则入端j一定连接到出端i，那么 相同编号的入端和出端可以看作一个同时具有发送和接 收信息能力的信息端，既具有N个双向通信的信息端， 并且每个信息端都可以和任何其它的信息端相连，这样 的交换单元称作N个信息端的无向交换单元，简称N无向 交换单元。
0
入线/出线
0 1 2 1 2 N-2 N-1
N-2
N-1 N无向交换单元
N无向交换单元的开关阵列 （用双向开关）
全连接交换单元和部分连接交换单元
0 出线 1 N-1 0 出线 1 N-1
0 1 入线 N-1
0 1 入线 N-1
多路选择器
出线 0 0 入线 1 M-1 0 入线 0 出线 出线 1 N-1
交叉点矩阵：开关阵列
控制存储器（CM-Control Memory）：


S接线器所含CM数量等于入（出）线数
每个CM的所含有的存储单元个数等于入（出）
线上的复用时隙数

每个存储单元为n位bit,且满足N≤2n,其中N
为入（出）线上数
空间交换单元的控制方式
TS12 TS8 0 1 2 TS12 TS8 0 0 8 2 12 2 1 输入控制方式 0 1 2 TS12 TS8 TS12 TS8 0 1 2
入线
N-1
出线
入线 M-1
开关阵列的特性
开关控制简单，从入线到出线具有均匀的单位延迟时 间。 开关阵列适合于构成较小的交换单元（开关数反映了 实现的复杂度和成本的高低）。 交换单元的性能依赖于所使用的开关。 控制信号简单
容易实现同发和广播功能
实际的开关阵列
继电器：其构成的交换单元是无向的，可交换模拟和数字信息， 干扰和噪声大、动作慢（ms级）、体积大（cm级）。 模拟电子开关：一般利用半导体材料制成。 如：MC142100、MC145100（4 x 4开关阵列） 只能单向传送，且衰耗和时延较大。 数字电子开关：由简单的由逻辑门构成，用于数字信号的交
M
M1
N N1
用户4
2
绳路
• 时分方式：
– 是指交换网络为各条话路分别提供时间位置的一种 接续方式。 – 多用户占用同一条通路，但按时间互相错开，多个 话路轮流接通，即采用时分复用方式，各路通话只 占同一条线路的其中一定时间。
③模拟和数字
• 模拟方式：是指通过交换机交换接续的是模拟
•
信号。 数字方式：指通过交换机交换接续的是数字信 号。
共享存储器型交换单元的一般结构
时间交换单元
时间交换单元也称为时间接线器（Time Switch），简称为T单元或T接线器，用来实现 时隙交换功能。所谓时隙交换是指入线上各个 时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在出 线上的不同时隙位置输出。
时间交换单元的基本结构
T接线器主要由话音存储器（SM:Speech Memory）和控制存储器(CM:Control memory)构 成。
SM用来暂存话音的数字编码信息，故每个单 元至少应为8比特。SM的容量等于输入复用线上 每帧的时隙数。
CM的容量等于SM的容量；设CM每个单元的比 特数为n，SM的单元数为N，则有2n=N，N也就是复 用线上的时隙数。
SM i A A j W 时 钟 CM R W i
SM A A j j
A i
A
R 时 钟 CM
1．数字交换的基本概念 交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接。
数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图
在交换系统中完成交换功能的部件就是交 换网络，它是交换系统的核心。 交换网络是由若干个交换单元按照一定的 拓扑结构和控制方式构成的。 交换单元是构成交换网络的最基本的部件. 交换网络有：空分、时分 数字、模拟
数字交换单元（DSE）
DPC TS6 S 端口RAM 0 话路RAM 0 数据RAM 0
S 10
20
20 6 10 6 20
10
S
20
S
TS20 S
31
31
31
RX3
TX10
DSE内的通路
• 每个接受端口中有端口RAM和信道RAM, • 端口RAM和信道RAM是控写顺读， • 端口RAM的地址对应输入时隙，而内容为
0 N-1 N无向交换单元
…..
…..
交换单元的性能
容量： 交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量 接口： 交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形式、 速率及信息流方向 功能： 点到点、同发、广播 质量： 完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定连 接、信息经过交换单元是否有损伤（时间、语义）
两种信号的交换
0 入线 1
2 1
0 0
0 1
0
0 1 出线
2
2
2
2
2
异步时分复用信号的交换
3.2 交换单元
0 1
…… … … 入线
0 1
出线 N-1
M-1
控制端 状态端
M X N的交换单元
交换单元按使用需要的不同可分为：
0 入线 M-1
0 0 M-1
0
出线 N-1
出线 N-1
入线
集中型（M>N） 入线 0
出线控制部件的功能：
检测总线上的信号，并把属于自己的信息读入一个 缓冲存储器中，进行格式变换，放在缓冲存储器中，由 出线送出，形成出线信号。
共享总线型交换单元
总线： 一般包括多条数据线和控制线。数据线用于在入线 控制部件和出线控制部件传送信号；控制线用于控制各 入线控制部件获得时隙和发送信息，以及出线控制部件 读取属于自己的信息。 总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控 制部件使用，其时隙的分配有一定的规则。
3.6 复用器、分路器和串/并、并/串变换
----是连接交换网络的接口。
信息以串行格式送入交换网络的入线并从出线送出。
入线和出线上一帧的时隙数定义为复用度。
在交换网络中，为了提高交换速度，信息以并行方式交换，因 此在交换网络接口处，要进行串/并和并/串变换。 复用器和分路器的作用就是完成这种变换。
HW0
8-1
HW7 (D0)
D0
(8)
8-1
HW7 (D7)
D7
CP
CP∧TD7
CP
并串变换原理
串行码
并行码
PCM 0 PCM 1 PCM 7 复 用 器
TSi’
:
TSi
TSj
T
TSj’
分 路 器
PCM 0’ PCM 1’
:
PCM 7’
TS=32 2.048Mb/s
TS=32x8=256 2.048Mb/s
• 空分方式：
– 是指交换机对各个通话接续分别提供空间 即实线通道的一种接续方式。
– 任何一对用户通话时，都在话路网络的空间位置 上，占用一条独立的通路，而与其它用户的通话 回路无关。 – 例： • 人工交换机 • 纵横制交换机
纵横制交换机
标志器 用户电路 用户1 记发器
1 2 3 4
1
绳路
用户2 用户3
输出端口编号， • 信道RAM的地址对应输入时隙，而内容对 应着输出时隙。
•
每个发送端口有数据RAM，也是控写顺读， 其地址对应输出时隙，而内容为语音抽样 编码值，端口间的信息交换通过时分复用 总线完成。 • 总线有控制总线，数据总线，端口总线， 信道总线。
数字交换单元（DSE）的工作原理
127
空间交换单元的控制方式
TS12 TS8 0 TS12 TS8 0 1 TS12 TS8 0 0 8 12 127 2 2 0 输出控制方式 1 1 2 TS12 TS8 2
1
2
1
…
TS7 A A TS7
1 2 N
…
2
N 7 2 CM
…
1 2 … N
控制存储器按入线配置的空分接线器
HW HW HW
扩散型（M<N ） 0 出线
M-1
N-1
连接型（M=N）
交换单元按信息流向分为：
有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线
进出线出，具有唯一确定的方向。
无向交换单元：交换单元的每条线即可入也可出， 其入线数必等于出现数。 0 入线 M-1
0
出线 N-1
M X N有向交换单元
入 线 / 出 线
j i j
i
W
R 时 钟 (a)
W
RΒιβλιοθήκη Baidu时 钟 (b)
T接线器的工作原理
(a) 输出控制；(b) 输入控制
TS30
(a)输出控制方式； T接线器原理
(b)输入控制方式
时分接线器的工作方式有两种: 第一种是顺序写入，控制读出，简称输出控制，如图 (a)所示。 第二种是控制写入，顺序读出，简称输入控制，如图 (b)所示。 用这两种方式进行时隙交换的原理是相同的。 顺序写入或读出是由时钟控制的，控制读出或写入则由CM 完成。
HW0 TS143 A 25 分 路 器 HW1 HW2
TS17 A HW7
…
HW7
25 255 CM
143
T接线器与复用器结合构成的交换网络
8/ l 复用和串→并变换
3.7 共享总线型交换单元——数字交换单元
共享总线型交换单元
入线控制部件的功能： 接收入线信号，进行相应的格式变换，放在缓冲存 储器中，并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到 总线上。
3.3 开关阵列与空间交换单元——开关阵列
在交换单元内部，要建立任意入线和任意出 线之间的连接，就在每条入线和每条出线之间都 各自接上一个开关，所有开关就构成了交换单元 内部的开关阵列。
开关阵列的工作原理
入线 M-1
0
0 出线 N-1
M X N有向交换单元 0 1
…..
…..
0
出线 1 N-1
入线 M-1 M X N有向矩形开关阵列
• 模拟和数字与空分和时分又有什么关系呢？
空分制： 只能采取模拟交换 模拟交换：脉冲幅度调制（PAM） 时分制：
数字交换（主要）：
脉冲编码调制（PCM）
• 1). 同步时分复用信号——位置化信道
两种信号的交换
入线
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4
出线
同步时分复用信号的交换
• 2). 统计时分复用信号——标志化信道
TS=32 2.048Mb/s
• • • •
TSj=TSi x n + HWk (j=0,1,...nx32-1) n 为总线数量 k 为总线序号(k=0,1,2...n-1) i为复用前时隙号(i=0,1...31)
HW0 HW1 HW2
SM TS3 A 复 用 器
…
0 TS25 A A 255 时钟 0
0 1
a TS2
HW HW a TS2 HW
7
0 1
7
0 1 2
0
31 CM
0
CM
1
CM
7
1
…
1
…
2
A T S1 3 A T S1 3 … N 13 N … 2 1
2 N
N
控制存储器按出线配置的空分接线器
3.5 共享存储器型的交换单元——时间交换单元
0 1 输入信号 N-1 输出信号
工作方式：入线缓冲、出线缓冲
换，开关动作极快且无信号损失。
3.4 开关阵列与空间交换单元——空间交换单元
空间交换单元也称为空间接线器（Space Switch），简称为S单元或S接线器，用来实现 多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间 交换，而不改变其时隙位置。
空间交换单元的基本结构
S接线器的构成：交叉点矩阵、控制存储器