第二章交换网络

入线/出线 （信息端）
0
0 … …
K-1
L-1
入线/出线 （信息端）
K x L无向交换单元 若N无向交换单元的N个信息端可以分为两组， 分别为K和L个信息端。属于其中一组的信息端都可 以和另一组的任何信息端相连接，但是不能和本组 中的其它信息端相连，则称其为一个K x L的无向交 换单元。
28
无向交换单元开关阵列的实现（补充）
8
交换单元按照所有入线与所有出线之间是否共享单 一的通路，可以分为时分交换单元与空分交换单元， 如图所示。这是按照交换单元内部结构来进行的分类。
时分与空分
9
交换单元的连接特性
连接特性是交换单元的基本特性，它反映了交换单元 入线到出线的连接能力，通常我们用连接集合和连接函数 来描述交换单元的连接特性 连接集合： 入线集合：T={0,1,2,…,M-1} 出线集合：R={0,1,2,…,N-1} 定义：t∈T，即t是T的一个元 r∈Rt，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。
40
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 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
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
18
N=8
交换单元的连接特性
蝶式连接： β(xn-1 xn-2…xk … x1 x0)= x0 xn-2 …xk … x1 xn-1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
19
N=8
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）
0 1 2
出线
3 4
同步时分复用信号的交换
5
两种信号的交换
0
入线 1 2
2
1 2
0
0
0
1 2
0
0
1 出线
2
2
异步时分复用信号的交换
6
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 M-1
扩散型（M<N ） 0 N-1
出线
25
无向交换单元开关阵列的实现（补充）
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）
26
无向交换单元开关阵列的实现（补充）
0 1 0
入线/出线
N-1
0 1 N-1
N-1
N无向交换单元
N无向交换单元的开关阵列 （用单向开关）
27
无向交换单元开关阵列的实现（补充）
M X N有向交换单元
M X N有向矩形开关阵列
23
开关阵列的工作原理
0 入线 N-1 0
出线 0 1 N-1 1 入线 N-1
N无向方形开关阵列
24
N无向交换单元
无向交换单元开关阵列的实现（补充）
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。
41
空间交换单元的控制方式
TS12 TS8 0 1 2 TS12 TS8 0 1 2 1 输入控制方式 TS12 TS8 0 1 TS12 TS8 2
0
8 2
12
127
2
0
42
空间交换单元的控制方式
TS12 TS8 0 1 2 TS12 TS8 0 1 2 2 0 输出控制方式 TS12 TS8 0 1 TS12 TS8 2
0
8
12
127
2
0
43
空间交换单元的工作原理
44
2.4 共享存储器型的交换单元——时间交换单元
0 1 输入信号 输出信号
N-1
工作方式：入线缓冲、出线缓冲
共享存储器型交换单元的一般结构
45
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。
33
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
34
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）
10
交换单元的连接特性
• • • 若r∈Rt，Rt中只含有一个元，则称该连接为点到点 连接。 若r∈Rt，Rt中含有多个元，则称该连接为一点到多 点连接。 若一个交换单元可以提供点到多点的功能，但Rt≠R， 则称其具有同发功能；若Rt=R，则该交换单元具有广 播功能。
11
交换单元的连接特性
一个交换单元的连接同时可有多个，这就构成了交 换单元的连接集合： C={c0, c1, c2, …}
37
开关阵列交叉点的实现（3）
纵向输入
横向输入
横向输出 bar状态 纵向输出
cross状态
38
开关阵列交叉点的实现（4）
1 2 3 4 1 2 3 4
1
2
3
4
1
2
3
4
39
crossbar
通/断开关
2.3 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。
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 换，开关动作极快且无信号损失。
35
开关阵列交叉点的实现（1）

通断开关
交叉点可看成是一个具有通/断功能的开关。其具体 实现比较复杂，包括FIFO缓冲器和相应的控制逻辑。

多路选择器
36
开关阵列交叉点的实现（2）
2K X 2K有向开关阵列 （用单向开关）
31
全连接交换单元和部分连接交换单元
出线 0 1 N-1 0 1 0 1 出线 1 N-1
0
入线 N-1
全连通的开关阵列
入线 N-1
半连通的开关阵列
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多路选择器
出线 0 入线 1 入线 M-1 0 入线 出线 0 出线 N-1
出线 0 1 N-1
入线 M-1
0 0 1 1 K-1 0 1 0 1 L-1
K-1
K(K=L)无向方形开关阵列
K-1
K X L无向矩形开关阵列
入线/出线 （信息端）
0
K-1
0
… … L-1
入线/出线 （信息端）
29
K x L无向交换单元
无向交换单元开关阵列的实现（补充）
0 1
0 1 K-1
K X L无向矩形开关阵列 （用双向开关）

图形表示形式
14
交换单元常用的连接函数
直线连接： 函数表示：I(xn-1xn-2…x1x0)= xn-1xn-2 … x1x0
排列表示（N=4）： 0，1，2，3
0，1，2，3 图形表示（N=4）： 0 1 2
0
1 2
3
3
15
交换单元的连接特性
交叉连接： 函数表示：E(xn-1xn-2…x1x0)= xn-1xn-2 … x1x0 排列表示（N=4）： 0，1，2，3 1，0，3，2
第二章
2. 交换单元 3. 交换网络
交换网络
1. 交换网络的构成和分类
1
1.交换网络的构成和分类
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
2
2.交换单元

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
3
2.1 交换单元的基本概念
0 1 …… … … 0 1
入线
出线
N-1
M-1
控制端 状态端 M X N的交换单元
4
两种信号的交换
入线
0 1 2 3 4
连接型（M=N）
7
交换单元按信息流向分为：