现代交换原理第2章 交换单元与交换网络
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现代交换原理与技术 第2章 交换技术基础
主机 1 向主机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 计算机 2 AP2
应用层 PDU 再下传到运输层
5 4 3 2 1
4
3 2
加上运输层首部，成为运输层报文
1
2.1.1.3对等层间的通信
主机 1 向主机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 计算机 2 AP2 5
4
3 2
运输层报文再下传到网络层
4 3 2 1
2.1.1.2 分层体系结构
实体与服务访问点
上层使用下层服务时必须通过与下层的接口交换一些 命令，这些命令被称为服务原语。OSI定义了四种原语 类型：
用户 协议 用户 第n+1层
请求原语(Request)； 指示原语(Indication)； 响应原语(Response)； 证实原语(Confirm)。
传输层 网络层
链路层
物理层
主机 B 4.1节
2.1.1.2 分层体系结构
TCP/IP的四层参考模型
OSI
TCP/IP
综合模型 应用层 传输层
应用层 表示层
会话层
传输层 网络层 链路层 物理层
各种应用 层协议 传输层 网际层
网络层
数据链路层
网络 接口层
物理层
4.1节
2.1.1.2 分层体系结构
分层结构中各层功能
规则。
服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接
口提供的。
服务、接口、协议
服务：下层为其上层提供的功能。说明本层做
了什么工作，但并未说明如何做的。
接口：下层告诉上层进程如何访问本层。包括
所需参数及可能的结果等。
协议：为了完成本层的功能，两个对等实体间
计算机 1 AP1 5 计算机 2 AP2
应用层 PDU 再下传到运输层
5 4 3 2 1
4
3 2
加上运输层首部，成为运输层报文
1
2.1.1.3对等层间的通信
主机 1 向主机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 计算机 2 AP2 5
4
3 2
运输层报文再下传到网络层
4 3 2 1
2.1.1.2 分层体系结构
实体与服务访问点
上层使用下层服务时必须通过与下层的接口交换一些 命令，这些命令被称为服务原语。OSI定义了四种原语 类型：
用户 协议 用户 第n+1层
请求原语(Request)； 指示原语(Indication)； 响应原语(Response)； 证实原语(Confirm)。
传输层 网络层
链路层
物理层
主机 B 4.1节
2.1.1.2 分层体系结构
TCP/IP的四层参考模型
OSI
TCP/IP
综合模型 应用层 传输层
应用层 表示层
会话层
传输层 网络层 链路层 物理层
各种应用 层协议 传输层 网际层
网络层
数据链路层
网络 接口层
物理层
4.1节
2.1.1.2 分层体系结构
分层结构中各层功能
规则。
服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接
口提供的。
服务、接口、协议
服务：下层为其上层提供的功能。说明本层做
了什么工作，但并未说明如何做的。
接口：下层告诉上层进程如何访问本层。包括
所需参数及可能的结果等。
协议：为了完成本层的功能，两个对等实体间
现代交换原理与技术第2章 交换技术基础
第2章
交换技术基础 目 录
交换节点的基本组成
交换网络、接口、控制系统、信令系统
交换单元及交换网络 信号数字化技术
模拟语音信号的数字化处理 图像与视频信号的数字化处理
信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 1
第2章 交换技术基础 本章主要内容
通信过程中的信息业务量特性不同
统计表明，电话通信双方讲话的时间各占一半，即对于PCM话音 信号平均速率大约在32Kb/s,一般不会出现长时间信道中没有信 息传输；而数据通信量波动性较大。语音对时延比较敏感。宜采 用面向连接的交换技术。数据对带宽比较敏感，宜采用动态资源 分配技术，大多采用无连接的交换技术。
电话交换
电路交换（Circuit Switching），就是在两通信端之间建立一条专用 的（dedicated）实际路径。此路径由发送端开始，一站一站往目的 端串联起来。一旦建立两端之间的电路后，它将一直维持专用状态 （ 即他人无法使用），直到通信结束之后，这条专用路径才停止使用， 并让出供他人继续使用。目前的电话就是使用这种技术。
交换机的组成 交换单元的组成、描述交换单元外部性能的指标 交换单元的分类与几种典型的交换单元（开关阵列、T接线器 、S接线器） 交换网络的概念、作用，TST、STS交换网络的工作原理 模拟语音信号的数字化技术、图像与视频信号的数字化处理 信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 7
2.1 引言
数据网络交换机
在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工备，HUB本身不能识 别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包 在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验 证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式 下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得 重试。这种方式就是共享网络带宽。 数据网络交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换 机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后 ，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬 件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速 将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口 ，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部 MAC地址表中。
交换技术基础 目 录
交换节点的基本组成
交换网络、接口、控制系统、信令系统
交换单元及交换网络 信号数字化技术
模拟语音信号的数字化处理 图像与视频信号的数字化处理
信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 1
第2章 交换技术基础 本章主要内容
通信过程中的信息业务量特性不同
统计表明，电话通信双方讲话的时间各占一半，即对于PCM话音 信号平均速率大约在32Kb/s,一般不会出现长时间信道中没有信 息传输；而数据通信量波动性较大。语音对时延比较敏感。宜采 用面向连接的交换技术。数据对带宽比较敏感，宜采用动态资源 分配技术，大多采用无连接的交换技术。
电话交换
电路交换（Circuit Switching），就是在两通信端之间建立一条专用 的（dedicated）实际路径。此路径由发送端开始，一站一站往目的 端串联起来。一旦建立两端之间的电路后，它将一直维持专用状态 （ 即他人无法使用），直到通信结束之后，这条专用路径才停止使用， 并让出供他人继续使用。目前的电话就是使用这种技术。
交换机的组成 交换单元的组成、描述交换单元外部性能的指标 交换单元的分类与几种典型的交换单元（开关阵列、T接线器 、S接线器） 交换网络的概念、作用，TST、STS交换网络的工作原理 模拟语音信号的数字化技术、图像与视频信号的数字化处理 信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 7
2.1 引言
数据网络交换机
在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工备，HUB本身不能识 别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包 在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验 证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式 下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得 重试。这种方式就是共享网络带宽。 数据网络交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换 机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后 ，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬 件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速 将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口 ，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部 MAC地址表中。
现代交换第2章--交换技术基础
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类1
入
0┆
线
┆
M－1
┆
0出 N－1 线
（a）集中型（M >N）
入0 线 M－1
┆
┆0
出
┆
线
N－1
（c）扩展型（M <N）
入0 ┆
线 M－1 ┆
0
出
┆
┆
N－1
线
（b）分配型（M=N）
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类2
入
0
线 M－1
┆┆ ┆┆
0
出
组成
由电子交叉矩阵和控制存储器（CM）构成
控制方式
输入控制：按入线配置控制存储器 输出控制：按出线配置控制存储器
开关阵列的应用实例——空间接线器（S接线器）
特点
S接线器是以时分方式工作的（各交叉点按复用时隙工作） S接线器在同步时分复用信号交换网络中不能单独使用 S接线器在输出控制方式下可实现同发和广播功能
功能
用来完成一条复用线上的时隙交换功能
组成
话音控制存储器（SM）:存储话音 控制存储器（CM） :存储SM的写入/读出地址
控制方式（对话音存储器的控制而言）
输出控制：顺序写入、控制读出（入线缓冲） 输入控制：控制写入、顺序读出（出线缓冲）
共享存储器型交换单元的应用实例 ——时间接线器（T接线器）
基本原理
总线按时隙轮流分配给入线控制部件和出线控制部件使用。
特点
受限于总线宽度、速度以及入线、出线控制部件的工作速率
总线型(共享媒体型) 交换单元示意图
1
入线控制
2 入线
入线控制
《现代交换》第2章 交换单元与网络
总线型交换单元
1
一般结构
入线控制 出线控制 出线 1
入线 1
2
入线控制 入线控制
出线控制 出线控制
2 n
n
总线管理
总线
一般结构
பைடு நூலகம்
总线型交换单元包括入线控制部件、出 线控制部件和总线三部分。 交换单元的每条入线都经过各自的入线 控制部件与总线相连，每条出线也经过 各自的出线控制部件与总线相连。 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，分配到的输入 部件将输入信号送到总线上。
第二章 交换单元与交换网络
第二章 交换单元与交换网络
2.1 引言 2.2 具体交换单元介绍 2.3 交换网络
2.1 引言
什么是 交换网络？ 交换网络是交换设备的一 个重要组成部分，用来提 供交换所需的通路。
交换网络是由基本的交换单元组成。 交换单元是基本元素，例如一组开关、一组存储单元等。
信号的基本形式
第一路
群发送
TS1 TS3
分路收
群接收 分路
数字 交换 网络
第三路
分路发
分路收
时隙交换示意图（实现第一话路与第三话路的信息交换）
同步时分复用信号的交换需要通过复用 线的交换和时隙的交换来完成。
2.2具体交换单元介绍
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元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 时分交换或统计复用交换。
ATD与STD的概念
同步时分复用
同步时分复用：话音信号的频率300HZ～3400HZ，取采样 频率为8KHZ，即采样周期为125us，采样值用8位二进制编码，8 位二进制占用的时间相对于125us很少，为了提高传输线的利用率， 将125us分成若干时隙，不同用户的采样值占用不同的时隙进行传 输。 因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的，所以称为同步 时分复用。同步时分复用信道又称位置信道，是通过时间轴上的位 置来区分子信道（话路）的。同步时分复用子信道的速率是恒定的。
现代交换原理 第2章 交换网络
✓状态端：用来描述交换单元的内部状态，不同的 交换单元有不同的内部状态集，通过状态端口让外 部及时了解到其工作情况；
3
勤学 务实 开拓 创新
交换单元
从内部看交换单元：
✓ 其构成是多种多样的，可以
0
1
是一个时分总线或是一个空
入 线
...
分的开关阵列；
M-1
✓ 无论其内部构成如何，交换
0 1
出
... 线
✓ 函数描述方式:
0
0
1
1
2
2
3
3
❖ 2进制函数表示:
……
N-2
N-2
2）交叉连接：
N-1
N-1
在交换单元入线数M等于出线数N，并且入/ 出线数为偶数的情况下，把相邻编号的2条入 线与2条出线交叉连接起来；也称为交换置换；
入线排列表示式为：(1，0，3，2，……N-1，N-2)
交换置换（常用E表示）的2进制函数表示为： x0
入 线
0 1
...
M-1
出 线
0 1
...
N-1
信 息 端 0 1
N-1
...
（a）M×N有向交换单元
（b）N无向交换单元
输 入 端 0 1
K-1
...
输 出 端 0
1
...
L-1
（c）K×L无向交换单元(K+L=N)
6
勤学 务实 开拓 创新
交换单元
✓ K×L无向交换单元：
设N=K+L，K×L无向交换单元是指在N无向交换单元的 基础上把N个信息端分为一组输入端与一组输出端，输入 端假设有K个信息端，输出端有L个信息端，并且只有输 入的K个信息端与输出的L个信息端之间才能有信息交换， 在输入的K个信息端之间不能进行信息交换，同样L个输 出端之间也不能进行信息交换，满足这种条件的N无向交 换单元称为K×L无向交换单元。
3
勤学 务实 开拓 创新
交换单元
从内部看交换单元：
✓ 其构成是多种多样的，可以
0
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是一个时分总线或是一个空
入 线
...
分的开关阵列；
M-1
✓ 无论其内部构成如何，交换
0 1
出
... 线
✓ 函数描述方式:
0
0
1
1
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2
3
3
❖ 2进制函数表示:
……
N-2
N-2
2）交叉连接：
N-1
N-1
在交换单元入线数M等于出线数N，并且入/ 出线数为偶数的情况下，把相邻编号的2条入 线与2条出线交叉连接起来；也称为交换置换；
入线排列表示式为：(1，0，3，2，……N-1，N-2)
交换置换（常用E表示）的2进制函数表示为： x0
入 线
0 1
...
M-1
出 线
0 1
...
N-1
信 息 端 0 1
N-1
...
（a）M×N有向交换单元
（b）N无向交换单元
输 入 端 0 1
K-1
...
输 出 端 0
1
...
L-1
（c）K×L无向交换单元(K+L=N)
6
勤学 务实 开拓 创新
交换单元
✓ K×L无向交换单元：
设N=K+L，K×L无向交换单元是指在N无向交换单元的 基础上把N个信息端分为一组输入端与一组输出端，输入 端假设有K个信息端，输出端有L个信息端，并且只有输 入的K个信息端与输出的L个信息端之间才能有信息交换， 在输入的K个信息端之间不能进行信息交换，同样L个输 出端之间也不能进行信息交换，满足这种条件的N无向交 换单元称为K×L无向交换单元。
现代交换技术第2章 交换网络
19
现代交换技术
第2章 交换网络
输出线
存：各个时隙的 入线标号 = “1”，接通：TSi时隙的入 线标号（如：1线）与 输出2线；
TSi时隙，对应存储 矩阵的第 i+1行 （交换信息，预先写入控制 存储器的行列交点）
（两张表）
20
现代交换技术
存：各个时隙的 入线标号
第2章 交换网络
10
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 2、时间交换单元 举例：时隙内容A，要从输入时隙 i交换到输出时隙 j
输入控制方式：
... TSN-1 ...
i
帧 Tsi
(A)
用户信息存储器 0 ... TS0 ... TSN-1 ...
j
帧 TSj
(A)
...
时隙 时隙 时隙 时隙 ... TS0
标志 头1
TS0 话路1
标志 头0
TS0
标志 头2
TS0
标志 头0
...
话路0
本章后续部分将以时分复用电信号为对象，介绍一 些典型的交换单元及交换网络。
5
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
交换单元的功能是在控制信号的作用下在入线和出 线之间为呼叫请求建立适当接续，将入线上的信息送到 出线上去。
14
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 3、共享总线型交换单元 由入线控制部件，出线控制部件和总线组成，如下图示。入线 控制部件负责接收入线信号并进行信号格式转换，进行信息缓冲存 储，将缓冲信息在适当时刻送到总线上；出线控制部件负责从总线 上检测出属于自己的信号并加以缓冲存储，将缓冲信息进行格式转 换并由出线送出；总线通常由多条数据线和控制线组成，数据线负 责在入线控制部件和出线控制部件之间传送信号，控制线负责控制 各入线控制部件获得时隙和将信息发送到总线上以及控制出线控制 部件读取属于自己的信息。
现代电信交换《现代交换原理与通信网技术》期末复习
第一章交换概论1、电信交换系统的基本结构:信息传送子系统和控制子系统。
·信息传送子系统:（1)交换网络：完成任意入线和出线之间的互连与交换。
(2)接口:完成信号的适配和交换。
·控制子系统:使用信令与用户和其他交换系统(交换节点)进行“协调和沟通”,已完成对交换的控制。
2、支撑网（现代通信网必不可少的必要组成部分）的组成:应用层、业务层、传送层。
（1）应用层:各种信息的应用,它涉及到各种业务。
（2）业务层:支持各种业务应用的业务网。
（3）传送层：支持业务层的各种接入和传送手段的基础设施。
3、通信网的基本组网结构主要有:星型网、环形网、网状网、树型网、总线型网和复合型网等。
习题一1-2构成通信网的三个必不可少的要素是什么?答:交换设备、传输设备和终端设备是构成通信网的三个必不可少的要素。
１-4电路传送模式、分组交换模式和异步传送模式的特点是什么?答：电路传送模式:（１)信息传送的最小单位是时隙（2）面向连接的工作方式（物理连接）（３)同步时分复用（固定分配带宽）(4)信息传送无差错控制(５)信息具有透明性(6）基于呼叫损失制的流量控制分组交换模式：（１）信息传送的最小单位是分组（2）面向连接（物理连接）和无连接两种工作方式（3）统计时分复用(动态分配带宽）（4）信息传送有差错控制(5）信息具不具有透明性(6)基于呼叫延迟制的流量控制异步传送模式:（1）固定长度的信元和简化的信头(２)采用了异步时分复用方式（3）采用了面向连接的工作方式1-4电路交换、分组交换的虚电路方式以及ATＭ交换都用面向连接的工作方式,它们有何异同?答:相同:(1)都有连接建立、信息传递、连接拆除三个阶段。
（2）发送信息顺序与接受信息顺序一致。
（3）信息传送的时延比无连接工作方式的时延小。
(4)对故障敏感。
不同:电路交换建立的物理连接;分组交换的虚电路方式建立的是逻辑连接；ATM交换建立的是逻辑连接(虚连接),分为虚通道连接和虚信道连接。
现代交换第2章
0123
N=4
0213
0
0
1
1
2
2
3
3
01234567
N=8
02461357
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
26
子洗牌连接
σ（k）(x n-1x n-2…x k … x1x0)= x n-1 …xk+1 xk-1 … x 1x 0 x k
第2章 交换网络
1
主要内容
? 交换单元 ? 交换网络
2
2.1 交换单元
? 交换单元的基本概念 ? 开关阵列与空分交换单元 ? 时分交换单元
3
2.1.1交换单元的基本概念
?交换单元及其分类 ?交换单元的连接特性 ?交换单元的性能指标
4
一.交换单元
交换单元是构成交换网络的最基本的部件，若 干个交换单元按照一定的拓扑结构连接起来就可以 构成各种各样的交换网络。 交换单元是完成交换功能的最基本的部件。
? 若r∈R t，Rt中含有多个元素，则称该连接为 一点到多点连接。
15
一个交换单元的连接方式表示了这个交换 单元在 某个时刻 建立的所有的从入线到出线之 间的连接，这就构成了交换单元的连接集合：
C={c0, c1, c2, …} ? 连接和连接集合是对应于某一时刻的 ? 连接集合的数目越多，连接能力就越强
超蝶式置换 β（k）
β(k) = (x n-1 x n-2…x k … x 1 x 0)= x n-k-1 xn-2 …xn-k xn-1x n-k2… x1 x0
25
均匀洗牌连接（均匀洗牌置换）
现代交换原理 张毅 1-3章总结
流入话务量（A）：平均占用时长内负载源发生的平均呼叫次数，即呼叫强度。
完成话务量（ ）：平均占用时长内交换设备发生的平均占用次数，即结束强度。
按时间计算的呼损
按呼叫次数计算的呼损
爱尔兰公式
线束利用率
第二章交换单元及网络
2.1模拟信号数字化和时分复用基础
模拟信号数字化的三个步骤：采样、量化和编码
时分多路复用，把时间分成均匀的时间间隔，将每一路信号的传输时间分配在不同时间间隔内，以达到互相分开的目的。
空间交换单元：由电子交叉矩阵和控制存储器构成，按照控制存储器配置的不同划分为输入控制方式和输出控制方式。
时间交换单元：用来实现在一条复用线上时隙之间交换的基本功能，有两种控制方式，顺序写入，控制读出和控制写入，顺序读出。
总线型交换单元：包括入线控制部件、出现控制部件和总线。总线上的信号是一个同步时分多路复用信号，所有输入信号将被复合成为一个信号。
分组交换方式：链路利用率高，可靠性高，但时延大
1.4话务理论基础
话务量表示话务负荷，由呼叫强度、占用时长、考察时间组成。
话务量强度定义为
一天中通信设备最繁忙的一个小时称为忙时，忙时的话务量称为忙时话务量。
线束中出线数代表线束的大小，称为线束容量M。每条入线能够到达的出现范围称为利用度D。
全利用度线束（D=M），部分利用度线束（D<M）
程序的执行级别可划分为三级：故障级、周期级和基本级。
程控交换机软件系统的调度机制：周期级任务的调度，基本级任务的调度
3.6呼叫处理程序的基本原理
要设计一个能达到预定目标的呼叫处理程序非常复杂，工作量巨大，测试量更大。呼叫处理程序的设计代表程控交换机系统的设计水平，呼叫处理程序的运行效果体现了程控交换机的质量。
完成话务量（ ）：平均占用时长内交换设备发生的平均占用次数，即结束强度。
按时间计算的呼损
按呼叫次数计算的呼损
爱尔兰公式
线束利用率
第二章交换单元及网络
2.1模拟信号数字化和时分复用基础
模拟信号数字化的三个步骤：采样、量化和编码
时分多路复用，把时间分成均匀的时间间隔，将每一路信号的传输时间分配在不同时间间隔内，以达到互相分开的目的。
空间交换单元：由电子交叉矩阵和控制存储器构成，按照控制存储器配置的不同划分为输入控制方式和输出控制方式。
时间交换单元：用来实现在一条复用线上时隙之间交换的基本功能，有两种控制方式，顺序写入，控制读出和控制写入，顺序读出。
总线型交换单元：包括入线控制部件、出现控制部件和总线。总线上的信号是一个同步时分多路复用信号，所有输入信号将被复合成为一个信号。
分组交换方式：链路利用率高，可靠性高，但时延大
1.4话务理论基础
话务量表示话务负荷，由呼叫强度、占用时长、考察时间组成。
话务量强度定义为
一天中通信设备最繁忙的一个小时称为忙时，忙时的话务量称为忙时话务量。
线束中出线数代表线束的大小，称为线束容量M。每条入线能够到达的出现范围称为利用度D。
全利用度线束（D=M），部分利用度线束（D<M）
程序的执行级别可划分为三级：故障级、周期级和基本级。
程控交换机软件系统的调度机制：周期级任务的调度，基本级任务的调度
3.6呼叫处理程序的基本原理
要设计一个能达到预定目标的呼叫处理程序非常复杂，工作量巨大，测试量更大。呼叫处理程序的设计代表程控交换机系统的设计水平，呼叫处理程序的运行效果体现了程控交换机的质量。
现代交换技术第2章PPT课件
E=T阻/T总 ❖ 按呼叫计算的呼损B 表示呼叫损失的概
率
B=C损/C总
❖ 按负载计算的呼损H （忙时） H=A损/A入
呼叫处理能力
❖ BHCA (最大忙时试呼次数) 在保证规定的服务质量标准前提下,处理机
在最忙单位时间内处理的最大呼叫次数.
2.4 服务质量与服务保障
电话通信网服务质量
❖ 接续质量 是指用户通信被接续的速度和难易程度. 用接续呼损和接续时延衡量.用服务等级来规定
❖ IM存储器按存储单元顺序读出。
S型时分接线器
❖ S型时分接线器是空间型接线器(space switch)， 其功能是完成“空间交换”。即在一根入线中，可 以选择任何一根出线与之连通。
1 S型接线器的基本组成
❖ S型接线器由m×n交叉点矩阵和控制 存储器组成。在每条入线i和出线j之间都 有一个交叉点Kij，当某个交叉点在控制 存储器控制下接通时，相应的入线即可 与相应的出线相连，但必须建立在一定 时隙的基础上。
2
31
CM
读出控制方式的T接线器
❖ 话音存储器中每个存储单元内存入的 是发话人的话音信息编码，通常是8位编 码。话音信息编码按顺序写入。
❖ 中央处理机CPU根据用户要求，向控 制存储器发出“写”命令，将控制信息 写入控制存储器。存储的是读出地址。
❖二、写入控制方式
❖ T接线器采用写入控制方式时，如图 2.4所示，它的信息存储器IM的写入受控 制存储器控制，它的读出则是在定时脉 冲的控制下顺序读出。
❖ 话音存储器（SM）用于暂存经过PCM编码 的数字化话音信息，由随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM）构成。
❖ 控制存储器（CM）也由RAM构成，用于 控制话音存储器信息的写入或读出。
率
B=C损/C总
❖ 按负载计算的呼损H （忙时） H=A损/A入
呼叫处理能力
❖ BHCA (最大忙时试呼次数) 在保证规定的服务质量标准前提下,处理机
在最忙单位时间内处理的最大呼叫次数.
2.4 服务质量与服务保障
电话通信网服务质量
❖ 接续质量 是指用户通信被接续的速度和难易程度. 用接续呼损和接续时延衡量.用服务等级来规定
❖ IM存储器按存储单元顺序读出。
S型时分接线器
❖ S型时分接线器是空间型接线器(space switch)， 其功能是完成“空间交换”。即在一根入线中，可 以选择任何一根出线与之连通。
1 S型接线器的基本组成
❖ S型接线器由m×n交叉点矩阵和控制 存储器组成。在每条入线i和出线j之间都 有一个交叉点Kij，当某个交叉点在控制 存储器控制下接通时，相应的入线即可 与相应的出线相连，但必须建立在一定 时隙的基础上。
2
31
CM
读出控制方式的T接线器
❖ 话音存储器中每个存储单元内存入的 是发话人的话音信息编码，通常是8位编 码。话音信息编码按顺序写入。
❖ 中央处理机CPU根据用户要求，向控 制存储器发出“写”命令，将控制信息 写入控制存储器。存储的是读出地址。
❖二、写入控制方式
❖ T接线器采用写入控制方式时，如图 2.4所示，它的信息存储器IM的写入受控 制存储器控制，它的读出则是在定时脉 冲的控制下顺序读出。
❖ 话音存储器（SM）用于暂存经过PCM编码 的数字化话音信息，由随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM）构成。
❖ 控制存储器（CM）也由RAM构成，用于 控制话音存储器信息的写入或读出。
卞佳丽现代交换原理重点总结
6.时分交换单元划分为两种类型：共享存储器型交换单元与共享总线型交换单元。（填空） p38 7.时间接线器：（简答，不画图，基本结构，控制方式）p40 时间接线器也称为 T 接线器，它是一个典型的共享存储器型的交换单元，它的输入是一条同 步时分复用线（简称为入复用线），同时它的输出也是一条同步时分复用线（简称为出复用 线）。时间接线器主要应用在数字电话交换系统中，用于完成一条同步时分复用线上各个时 隙之间话音信息的交换。 （1）基本结构：时间接线器由话音存储器（Speech Memory -- SM）与控制存储器（Control Memory -- CM）构成 其中话音存储器用来暂时存放数字编码的话音信息，话音存储器大小与入复用线（或出复用 线）上的时隙数相关。 控制存储器用来控制话音存储器的读或写，它存放的内容是话音存储器在当前时隙内应该写 入或读出的地址。
T Sn-1 T S 0
0
d …a
1
e …b
...
N-1 f … c
T S n-1 T S0 e …c f …a
d …b
T Sn-1 T S 0
00 11 ... ...
N-1 N-1
d …a e …b
f …c
T S n-1 T S0
f …b
0
d …c
1
...
e … a N-1
01
N-1
0 1 N-1 ... 0
第 3 章 数字程控电话交换与电话通信网
1.电话交换技术的发展经历了三个阶段：
人工交换阶段 机电式自动交换阶段(步进制交换机，纵横制交换机) 和电子式自动交换阶
段 （填空）P68
2.我国发展程控技术经过三个阶段：
引进程控交换机，引进程控交换机生产线，自行研制程控交换机。P70
现代交换原理-重点及复习内容
现代交换原理-重点及复习内容《现代交换原理》第1章概论全互连式的缺点(P1)：1、线对数量随终端数的平方增加。
2、当终端相距较远时，两地间需要大量的长途线路。
3、每个终端都有(N-1)对线与其他终端连接，因而每个终端需要(N-1)个线路接口。
4、增加第(N+1)个终端时，必须增设N对线路。
因此，全互连式仅适合于终端数目较少，地理位置相对集中，且可靠性要求很高的场合。
有了交换设备(P2)：1、尽管增加了交换设备费用，但它的利用率很高，相比之下，总的投资费用将下降。
2、易于组成大型网络数据通信和语音通信的区别(P3)1、通信对象不同。
2、传输可靠性不同。
一般而言，数据通信的比特差错率必须控制在10^-8以下，而话音通信比特差错率可高达10^-3。
3、通信的平均持续时间和通信建立请求响应不同。
4、通信过程中信息业务量特性不同。
利用电话网络进行数据传输的缺点(P4)：1、在电话网络中进行数字信号传输至少需要经过A/D和D/A两次变换，增加了信号传输的开销。
2、数据量很大时信道无法满足传输要求。
3、数据量很小时会浪费网络传输资源。
电路交换的主要优缺点(P5)：电路交换的主要优点①信息的传输时延小，且对一次接续而言，传输时延固定不变。
②交换机对用户的数据信息不存储、分析和处理传用户数据信息时不必附加许多控制信息，交换机在处理方面的开销比较小信息传输效率比较高。
③信息的编码方法和信息格式由通信双方协调，不受网络的限制。
电路交换的主要缺点①电路接续时间较长。
②电路资源被通信双方独占，电路利用率低。
③不同类型的终端（终端的数据速率、代码格式、通信协议等不同）不能相互通信。
④有呼损。
报文交换(P5)：基本原理是“存储—转发”。
1、报文交换的主要优点①可使不同类型的终端设备之间相互进行通信。
②在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用率高。
③无呼损。
④可实现同文报通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。
现代交换原理讲义
通过交换设备构成的通信网有可能出现阻塞（不是 一定会阻塞），成本低。
通信网越大，后者的优点越明显。
如N=100时， 交换式通信网需100根线 互连式通信网需100×99÷2=4950根线
终端 中继线
用户小交换机 用户线
市话交换机 汇接交换机
图1.3 大型通信网
结论
交换设备是通信网的重要组 成部分，交换设备的好坏决定了 通信网的好坏。
光技术在信息的传输中已得到广泛应用，特别是在 B-ISDN中几乎所有的传输都采用光纤传输，而目前的交 换机都是电交换机，采用光交换已是迫切需要。光交换 技术处在研发阶段。
光→电 光
电 电→光
光
光
光
··· ··· ···
···
信
交
号
信 号
交
信 号
光→电 换 电→光
换
采用光交换的优点：
减少了光电转换的损伤。光信号的抗干扰能力远远高于电 信号。
§2.2 具体交换单元介绍 §2.3 交换网络 §2.4 举例
§2.1 交换网络中的信号形式及 时隙交换概念
交换网络中的信号形式是数字的、时分 复用信号。 电路交换采用
同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用
统计时分复用信号
什么是同步时分复用信号和统计时分复用 信号？
1 信道共享与多路复用技术
控制方式的发展：
人工交换
自动交换
交换方式的发展：
机电式 电子式
电路交换
报文交换 分组交换
三种基本 交换方式
快速电 路交换
帧中继
ATM交换 多协议标记 交换MPLS
宽带交换方式
软交换
单一业务网
宽带综合业务网
下一代网络
通信网越大，后者的优点越明显。
如N=100时， 交换式通信网需100根线 互连式通信网需100×99÷2=4950根线
终端 中继线
用户小交换机 用户线
市话交换机 汇接交换机
图1.3 大型通信网
结论
交换设备是通信网的重要组 成部分，交换设备的好坏决定了 通信网的好坏。
光技术在信息的传输中已得到广泛应用，特别是在 B-ISDN中几乎所有的传输都采用光纤传输，而目前的交 换机都是电交换机，采用光交换已是迫切需要。光交换 技术处在研发阶段。
光→电 光
电 电→光
光
光
光
··· ··· ···
···
信
交
号
信 号
交
信 号
光→电 换 电→光
换
采用光交换的优点：
减少了光电转换的损伤。光信号的抗干扰能力远远高于电 信号。
§2.2 具体交换单元介绍 §2.3 交换网络 §2.4 举例
§2.1 交换网络中的信号形式及 时隙交换概念
交换网络中的信号形式是数字的、时分 复用信号。 电路交换采用
同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用
统计时分复用信号
什么是同步时分复用信号和统计时分复用 信号？
1 信道共享与多路复用技术
控制方式的发展：
人工交换
自动交换
交换方式的发展：
机电式 电子式
电路交换
报文交换 分组交换
三种基本 交换方式
快速电 路交换
帧中继
ATM交换 多协议标记 交换MPLS
宽带交换方式
软交换
单一业务网
宽带综合业务网
下一代网络
现代交换wxy2
54
四、交换网络
3. 基本概念
3.1 单级交换网络 ——一个交换单元组 成，直接实现入线到出线的连接 3.2 多级交换网络
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
55
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
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四、交换网络
3.3 内部阻塞：出、入线空闲,但因交换网 络级间链路被占用而无法接通的现象称 多级交换网络的内部阻塞。
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
34
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
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华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
36
三、交换单元的内部结构及工作原理
模拟话音经防混叠低通滤波器限带 (300—3400Hz)，然后以fs(8kHz)频率将 其抽样、非均匀量化，编码成二进制数 码。对于电话通信，规定每抽样值编为8 位码，共有256个量化级。这样每路数字 话的标准速率为64kbit／s。其主要波形 如上图所示。
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕 25
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
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华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
27
二、交换单元及其数学描述
4.6交换单元的性能
容量：所有入线可以同时送入的总的信息量
接口：由所传送信号的形式而定。
功能：入/出线间建立连接的功能。点/点、 同发、广播。
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕 49
华中科技大学 电子与信息工程系 汪小燕
50
三、交换单元的内部结构及工作原理
3.4 总线型交换单元
(1) 工作原理:
一般结构如P33图2．21所示。包括入线控制部 件、出线控制部件和总线三部分。 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，分配到的输入部件将输入信号 送到总线上。
现代交换_chapter2(三)
折叠加，使其级数增加到2M－1，得到的网络是无阻塞的.
010 1 011
010对折叠 加为01010
011对折叠 加为11011 0 1 1
1
由3级增加到5级，消除内部阻塞。
（2）排序Banyan网络，即通过在Banyan网络前面添加 一个排序网络使其成为一个无阻塞网络。可以证明， Banyan网络在满足某些特定条件下可以进行无阻塞连接 ，例如——互换网络。 若有两个连接a→b， c→d，其中入端号和出 端号满足：c＞a，b＞d， d－b≥c－a，则两连接 的路径完全不重叠。
任意一条入线与出线之间均存在一条通过中间 级交换单元的路径。
四、交换网络
三级CLOS网络C(m,n,r) 无阻塞条件:
如果m ≥2n-1，则此网络是严格无阻塞的;
如果m ≥ n，则此网络是可重排无阻塞的。
四、交换网络
TST网络
结构：两侧是T型接线器，中间是S型接线器
负责输入复用线上时隙交换
内部阻塞：
出、入线空闲，但因交换网络级间链路被 占用而无法接通的现象称多级交换网络的内部 阻塞。 若用计算机的术语，阻塞也可称为冲突， 即不同入线上的信息试图时占用同一条链路。
四、交换网络
无阻塞交换网络 —— 交换网络拓扑设计的 目标是满足一定的连接能力的要求下，尽 量最小化交叉点数。
严格无阻塞网络
三种无阻塞网络
可重排无阻塞网络
广义无阻塞网络
四、交换网络
严格无阻塞网络：
不管网络处于何种状态，任何时刻都可 以在交换网络中建立一个连接，只要这个连 接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络 中已建立起来的连接。
理想网络
四、交换网络
可重排无阻塞网络
不管网络处于何种状态，任何时刻都可
现代交换2[2]
![现代交换2[2]](https://img.taocdn.com/s3/m/4d4977ee998fcc22bcd10d6a.png)
输出控制方式的优点：可实现同发与广播功能（ 输出控制方式的优点：可实现同发与广播功能（某一条 输入线上的某一个时隙的内容可以同时在几条输出线上 输出） 输出）
2、时间接线器
对用户信息的交换就是对时隙里的内容进行交换。 对用户信息的交换就是对时隙里的内容进行交换。即时 隙交换。 隙交换。 时隙交换的实质: 时隙交换的实质:是将一个话音信息由某个时隙搬移至 另一个时隙； 另一个时隙； 时隙交换是由时间接线器来完成的。 时隙交换是由时间接线器来完成的。 结构：话音存储器（SM）和控制存储器（CM） 结构：话音存储器（SM）和控制存储器（CM）构成 如下图
8 0 11 7 7 7 7 0 0 0
0
0
0
0
7 终端接口 入口级
7
7
7
选组级
交换网络
由若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方 式构成的网络。 式构成的网络。 三大要素： 三大要素： 交换单元 交换单元间的拓扑连接 控制方式
a b
ITS130 0 130 255 15 0 2 255 0
a a a a
ITS2 255 2 a W 255 tS255
P/S 15
a a
TS31HW127
CMS0
CMS15
CMB15
总线型交换单元
总线 1 2 输入控制 输入控制 输出控制 输出控制 1 2
入线
出线
N
输入控制
输出控制
N
总线管理 入线控制器：接收入线信号，进行相应的格式变换，放在缓冲器中， 入线控制器：接收入线信号，进行相应的格式变换，放在缓冲器中，并在给定的时隙 上发送数据到总线。总线时隙按一定的规则分配给各入线。 上发送数据到总线。总线时隙按一定的规则分配给各入线。 出线控制器：检测总线上的信号，存储信息，格式变换。 出线控制器：检测总线上的信号，存储信息，格式变换。
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2.2交换单元
2.2.1交换单元及其数学描述 1、交换单元 交换的基本功能是在任意的入线和出线 之间建立连接。 在交换系统中完成这一基本功能的部件 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构成的。 交换单元是构成交换网络的最基本的部 件。
0 1
…… … … 入线
0 1
出线 N-1
单元长度：5bit
端口的发送侧（TX）
数据RAM 端口 比较器 PCM出
发送控制
32个单元对应32个信道 单元内容：该信道要输出的信息 数据RAM （话音存储器） 单元长度：16bit 工作方式：控制写入、顺序读出
端口比较器：将总线上端口号与本端口号相比较。 发送控制器：协调发送侧的内部操作，如数据RAM的读/写。
单元构成的交换网络。
需交换的信息在单级交换网络中一次通过，即
一次入线到出线的连接，只经过一个交换单元。
多级交换网络
如果一个交换网络中的交换单元可以分为K级，顺序命名为Leabharlann 第1,2,…,K级，并且满足：
所有入线都只与第1级交换单元连接；
所有第1级交换单元都只与入线和第2级交换单元连接；
所有第2级交换单元都只与第1级和第3级交换单元连接；
B用户语音
F0
F1
F2
01 2
31 0 1 2
31 0 1 2
31
A用户语音
位置化信道：由子信道在时间轴上的位置识别每路 用户； 同步时分复用信号的交换：时隙的交换（信号在时 间轴上的移动）； 交换由硬件完成。
（2） 统计时分复用信号
分组交换采用； 分组长度不固定：通常128字节，也可选32， 64，256或1024字节； 统计时分复用原理：将时间划分为不等长的时 间片，用来传送不同长度的分组，对每路用户 按需分配时间片。每个分组携带标志码； 子信道：具有相同标志码的分组构成一个子信 道； 子信道速率不恒定：动态分配带宽。
2.多级交换网络的内部阻塞
问题引入：0→2连接已经建立，要建立1→ 3连接 2级交换网络 1级 0 1 2 3 O 2级 O 0 单级交换网络 （交换单元）
1
2 3
4×4
1
1 存在！
不存在！
内部阻塞：入、出线空闲，但因交换网络 级间链路被占用而无法接通的现象。
多级交换网络的交叉点数量
2级交换网络 0 O O 0 1 2 3 交叉点数量 4×4=16个 单级交换网络 （交换单元）
TS6 TS17
TS6 TS17
A 控制写入 SM 17 顺序读出 CM
6
17
28
输入控制和输出控制都是针对SM而言
请问：CM的工作方式是什么？
控制写入，顺序读出
29
（3）容量和时延
T接线器的容量 = SM容量 = n×n（n-时隙数） 注意：容量有限
时延
串/并转换 存储时延
SM、CM都是前半周期写，后 半周期读
（2）工作原理
信道字 最高两位 置闲：00 信道置闲 信道字 （16bit） 选择：01 端口号码、信道号码 换码：10 处理机信息 数据：11 语音(8bit)，数据（14bit） DSE中，任一端口RX的任一CH都可以通过TDM总线连接到 任一端口TX的任一CH。这就形成了DSE内部的一个通路。这 一通路是根据外部送来的选择信道字而建立的。 DSE具有建立、保持、拆除其内部通路的功能，并通过已经 建立的通路进行信息交换。
0
127
1、空间接线器（Space Switch）
(2)工作原理
按控制方式 分为
输入控制： CM号--入线编号
输出控制： CM号--出线编号
输入控制
TS7：1入→2出
TS7 入 线1 编 号 2 时隙号 0 0 1 2 入线编号 出线编号 127
18
TS7 0 出 1线 编 2号
0
输出控制
TS7：1入→2出
作业
空间接线器如例题所示，分别对于两种工作方式，
在控制存储器的相应单元填入适当内容，满足以
下交换要求：
a：0→1 TS0 b：1→2 c：2→0 d：0→2 TS1 e：1→0 f：2→1
2、时间接线器(Time Switch)
简称：T接线器。 功能：完成同一复用线上不同时隙间的交换。 时隙交换：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。 不能完成空间交换！
信道地址总线(C) ：5条，传输信道地址（32个信道）
控制总线、时钟线、证实线、返回信道总线。
端口的接收侧（RX）
PCM入
输入同步 端口RAM 信道RAM
输入同步电路：完成位同步和帧同步。
32个单元对应32个信道 端口RAM 单元内容：该信道要接续的端口号
单元长度：4bit
32个单元对应32个信道 信道RAM 单元内容：该信道要接续的信道号
作业
课后习题P58-2.7
3、数字交换单元（DSE）
DSE：是一种总线型交换单元，又称空时结合交 换单元，既可实现时隙之间交换，又可实现复用 线之间的交换。 只适用于同步时分复用信号的交换。
（1）结构
双交换 RX TX
端口0
交换 端口0
交换 端口8
RX TX
双交换 RX TX
端口7
交换 端口7 时钟
字长（单元大小） = 8 比特
SM容量 = 512×8bit
控制存储器CM
大小（单元个数） = 时隙数n = SM大小 单元地址 时隙号 内容：SM在该时隙内写入/读出的地址 字长（单元大小） = log2n
例：T接线器输入复用线上一帧复用512个时隙， 问CM的容量是多少？
CM大小（单元个数） = SM大小=512 字长（单元大小） = 9 比特 ( 29=512 ) CM容量 = 512×9bit
M-1
控制端 状态端
M X N的交换单元
交换单元的分类（1）
交换单元按使用需要的不同可分为：
0 入线 M-1 0
N-1 0 出线 入线 M-1 0 出线 N-1
集中型（M>N） 0
M-1
扩散型（M<N ） 0
N-1 出线
入线
分配型（M=N）
交换单元的分类（2）
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 线进入，由出线输出，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输入也可 输出，其入线数必等于出现数。
1
2 3
4×4
1
1
交叉点数量 2×2×4=16个
=
多级交换网络的交叉点数量
2级交换网络 单级交换网络 （交换单元）
9×9
…
…
交叉点数量 3×3×6=54个
<
交叉点数量 9×9=81个
多级交换网络的交叉点数量
nm x nm 2级交换网络
O 1 O O n-1 O 1 n-1 O 1 n-1 O 1 m-1 … … … … … … … …
简称：S接线器。 功能：实现多个输入、输出复用线之间的空间交换。 复用线：传送同步时分复用信号的线路。
(1) 结 构
不能完成时隙交换！
组成
电子交叉矩阵
控制存储器CM
电子交叉矩阵：开关阵列
一般入线数=出线数，即为N×N开关阵列，此时
S接线器就叫做N×N的S接线器
入 线1 编 号 2
0
0
出 1线 编 2号 0 1 2
交换 RX 端口15 TX
16个双向端口：
PCM出
双向端口
发送侧TX 接收侧RX
双向PCM链路，一帧32个时隙
PCM入
信道CH
串行码率：4096Kb/s 39条并行时分复用总线（TDM）
数据总线(D)
16bit !
：16条，传输PCM链路上每路16bit信息。
端口地址总线(P) ：4条，传输端口地址（16个端口）
(2)工作原理
原理：先存储，后转发。
工作方式：
输出控制：（顺序写入，控制读出） 输入控制：（控制写入，顺序读出）
（掌握两种工作方式下的工作过程，会区分 工作方式）
● —— 重要知识点
26
输出控制
TS6 TS17
TS6 A 顺序写入 SM 6 TS17 控制读出 CM
17
6
27
输入控制
(1) 结 构
组成
话音存储器SM 控制存储器CM
－－存储语音信息 －－控制SM的读或写
22
T接线器组成结构图
SM
0
TSn TS0 TSn TS0
n-1 R/ W
0
n-1 CM
话音存储器SM
大小（单元个数） = 输入复用线上每帧的时隙数n。 单元地址 时隙号 内容：PCM编码的语音信息 字长（单元大小） = 8 比特 例：T接线器输入复用线上一帧复用512个时隙， 问SM的容量是多少？ SM大小（单元个数） = 512
同交换单元间的拓扑连接和控制方式。
交换网络的一般结构
0 1 0 1
入线
.
. .
交换 单元 … …
交换 单元 … …
.
. .
出线
M-1
交换 单元
交换 单元
N-1
交换网络 控制单元
M× N交换网络
1.单级交换网络和多级交换网络
单级交换网络 多级交换网络
交换网络按拓扑连接方式可分为：
单级交换网络：由一个或若干个位于同一级的交换
TS7 TS7 0
入 线1 编 号 2
时隙号 相应的单元应该 填入什么内容？ 0 2 1 0
0