第四章 电路交换技术(1交换机结构.)
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现代交换技术
李广林
第4章 电路交换技术与接口
内容：电路交换技术的概念、发展、 系统的硬件结构、接口技术
方法：讲授、启发、讨论 目的：了解电路交换机的发展
掌握电路交换技术概念 熟悉电路交换系统的硬件结构 时间：90分钟
4.1 电路交换的概念
电路交换（CS:Circuit Switching） 一对实线、一个频段、一个时隙
2. 用户级和远端模块ห้องสมุดไป่ตู้
模模模模模
模模模模模模
模模模
模模模 模模模
模模模模 模模模
模模模模模
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模模模 模模模
模模模 模模模模模模
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模模模模模
模模模模模模
话路系统
信模 令模 设模 模备
控制系统
模模模模模
模 模 模 模 模 模
模模模
模模模模
模 模 模 模 模 I / O模 模
交换机
消息传送阶段 释放阶段
停回铃音 （接续通话）
挂机
用户线
被叫话机
123 456 789 * 8#
振铃 摘机 停振铃
忙音 挂机
图3.1 交换过程的三个阶段及相应的信令关系
4.2.1 电路交换呼叫接续过程
呼叫接续一般都经历3个阶段：
呼叫建立阶段 通信阶段 电路拆除阶段
通过呼叫信令完 成逐个节点的接 续，建立起一条 端到端的通信电 路
❖以太网通信总线结构：利用IP通信模型， 配置和编程容易，但处理机之间通信消 息一般较短，TCP协议太复杂，多用改 进的UDP协议。
小结
1.电路交换机经历了人工（磁石、供电）、空分模拟 （步进制、纵横制）、程控模拟、程控数字等交换技 术发展过程。 2.电路交换包括接入、路由、链接、信令和控制等基 本功能，在主叫到被叫之间建立一条双向通话信道。 3.电路交换系统的硬件结构由话路和控制两部分组成， 话路部分为用户提供相关接口和交换网络；控制部分 按照用户要求控制话路部分为用户选择路由和建立新 系通道。
3. 分布式控制
优点：系统可靠性高，软、硬件模块化，便于系统扩容。 缺点：各模块间通信消息的数量将随着整个交换系统容量和性 能的增加而急剧增加。
4.3.3 处理机间通信
❖利用PCM信道进行消息通信：TS16信道， 无需额外硬件，开销小，容量较小。
❖共享存储器通信结构：设置共享的公共 存储器缓存处理消息，缺点是不适合大 型系统。
在已建立的 端到端的直 通链路上， 透明地传送 和交换语音 信号
结束一次 通信时， 拆除电路 连接，释 放节点和 信道资源
4.2.2 电路交换的功能要素
在呼叫处理方面必须满足以下要求：
❖(1)能及时发现呼叫的到来； ❖(2)能接收并保存主叫发送的被叫号码； ❖(3)能检测被叫忙闲状态、是否有空闲通路； ❖(4)能向空闲的被叫用户振铃，在被叫应答时
AB
32路时隙，抽样频率fs＝8000Hz，帧周期125μs ☏
7. 数字交换网络
a
数字交 b
2
TS2 PCM1入 换网络
TS2
PCM1出
甲
b PCM1出
2
TS2
b
a
30
TS30 PCM2入
TS30
乙
a PCM2出
30
TS30
PCM2出
图2.8 数字交换系统的交换过程
4.3.2 控制子系统
模模模模模
单级多机控制方式 多级多机控制方式
（1）单级多机控制方式
话路设 备
资源0
资源1
资源2
……
资源N
处理机0
处理机1
处理机2
公共 存储器
存储器0 存储器1 存储器2
……
处理机N
公共通信总 线
……
存储器N
图2.10 单级多机系统
优点：处理机的数量可随着用户容量的增加而增加。 缺点：每台处理机都要具有呼叫处理的全部功能,控制复杂。
的信号的互换过程。在通信之前需建立 端到端的物理连接，连接建立后，即使 无信息传送也占用电路的一种交换方式。
过程：呼叫建立、信息传送、连接释放阶段。
电路交换技术特点
(1)用户到端局模拟二线传输, 局间PCM互连； (2)面向连接，资源预占：用户通话时必须先 用信令请求交换机建立确定速率的通路； (3)恒定速率，固定时延：每条通路固定占用 64kb/s，一条话路两条通路；信息在通信传送 过程中的传输时延恒定，时延小，实时传送。 (4)信道独享，控制简单：交换机对所传输的 信息不作任何处理，传送错误由终端高层解决。
模模模模模模 信模 令模 设模 模备
模模模模模
模 模 模 模 模 模
模模模
模模模模
模 模 模 模 模 I / O模 模
6.信令设备
模模模模模
模模模模模模
模模模
模模模 模模模
模模模模 模模模
模模模模模
模模模模模
模模模 模模模
模模模 模模模模模模
模模模模模模
模模模模模模
模模模模模
模模模模模模
话路系统
信模 令模 设模 模备
3. 数字用户接口
模模模模模
模模模模模模
模模模
模模模 模模模
模模模模 模模模
模模模 模模模
模模模模模
标准化的模数模 字模 接模 模口：
模模模 模模模模模模
模模模模模模
模模模模模模
BRI: 2B模+模D、模 模14模4Kb/s
话路系统
PRI
V5.1: 30B+D、2.048Mb/s.
V5.2控: 1制-1系6个统V5.1
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：人工电话交换机
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：步进制电话交换机
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：纵横制电话交换机
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：程控电话交换机
数字程控电话交换机
4.1.2 电路交换机的分类
(1)按信号交换形式分：模拟和数字交换机 (2)按交换机构形式分：空分和时分交换机 (3)按控制方式分：人工、布控逻辑和存 储程序控制交换机
（2）多级多处理机系统
话路 设备
资源0
资源1
资源2
……
资源N
预处理机0 预处理机1 预处理机2
……
预处理机N
呼叫处理机
维护管理 处理机
图2.11 三级多机控制系统的组织结构示意图
优点：每台处理机只承担部分功能，可简化软件，若需增强功能， 在软件上也易于实现。 缺点：在容量小时，也必须配备全部处理机。
建立与主叫的通话电路； ❖(5)能随时发现任何一方用户挂机。
4.3 电路交换系统的硬件结构
模模模模模
模模模模模模
模模模
模模模 模模模
模模模模 模模模
模模模模模
模模模模模
模模模 模模模
模模模 模模模模模模
模模模模模模
模模模模模模
模模模模模
模模模模模模
话路系统
信模 令模 设模 模备
控制系统
模模模模模
模 模 模 模 模 模
模模模
模模模模
模 模 模 模 模 I / O模 模
1.模拟用户接口
具有BORSCHT七项功能
a b
测试 T
振铃 R
过压 保护
O
馈电和 监视 B，S
混合电路H
平 衡 编/译 网 码器C 络
内、外线测试 铃流
扫描
图2.4 用户电路的BORSCHT功能及顺序关系
七项功能：
B:馈电 O:过压保护 R:振铃 S:监视 C:编译码 H:混合电路 T:测试
4.2 电路交换机的基本功能
电路交换机的基本功能包括接入功能、信 令功能、路由功能、控制功能、连接功能。 基本任务就是根据主叫用户提供的被叫用 户信息，进行网络接续，构成主叫到被叫 的双向信号通路。
4.2.1 电路交换呼叫接续过程
主叫话机
用户线
123 456 789 * 8#
摘机
拨号音
呼叫阶段
拨号 回铃音
话路设备
话路设备
倒换控制机构
倒换控制机构
控制倒换机构
控制倒换机
处理机A
处处理理机机B A
处理处机理B机A
处处理理机机B A
交换控制程序
交交换换控控制制程程序序
交换交控换制控程制序程序
交交换换控控制制程程序序
(a) 冷备用工作方式
(a) 冷备用工作方式
(a) 热备用工作方式
(a) 热备用工作
图2.9 集中控制的主备用工作方式原理结构 图2.9 集中控制的主备用工作方式原理结构
1. 集中控制
❖优点： ▪ 处理机掌握整个系统的状态，可访问 所有资源； ▪ 改变功能一般在软件进行，较方便。
❖缺点： ▪ 系统较脆弱，一旦故障会造成全局瘫 痪； ▪ 软件须包含不同特性的功能，庞大， 不便管理；
2. 分级控制
❖分级控制：用于控制的每台处理机只能访 问部分资源或完成部分功能。
分级控制
模模模模模模
模模模
模模模 模模模
模模模模 模模模
模模模模模
模模模模模
模模模 模模模
模模模 模模模模模模
模模模模模模
模模模模模模
模模模模模
模模模模模模
话路系统
信模 令模 设模 模备
控制系统
模模模模模
模 模 模 模 模 模
模模模
模模模模
模 模 模 模 模 I / O模 模
1. 集中控制
话路设备
话路设备
作业：2.2、 2.3、 2.4、2.6、2.7、2.8、2.10
控制系统
模模模模模
模 模 模 模 模 模
模模模
模模模模
模 模 模 模 模 I / O模 模
7. 数字交换网络
❖数字交换网络将某条线路上某个时 段传输的用户数据信号搬移到另一 线路的某个时段上输出，递交给接 收该信号的用户，以实现任意两用 户间的互连通信。
当话音信号变成数字信号后，每个用户的 话音信息就在PCM复用线上占据一个固定的时 隙，在这个固定的时隙上，周期地传递该用户 的话音信息。
李广林
第4章 电路交换技术与接口
内容：电路交换技术的概念、发展、 系统的硬件结构、接口技术
方法：讲授、启发、讨论 目的：了解电路交换机的发展
掌握电路交换技术概念 熟悉电路交换系统的硬件结构 时间：90分钟
4.1 电路交换的概念
电路交换（CS:Circuit Switching） 一对实线、一个频段、一个时隙
2. 用户级和远端模块ห้องสมุดไป่ตู้
模模模模模
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模模模
模模模 模模模
模模模模 模模模
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话路系统
信模 令模 设模 模备
控制系统
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模模模
模模模模
模 模 模 模 模 I / O模 模
交换机
消息传送阶段 释放阶段
停回铃音 （接续通话）
挂机
用户线
被叫话机
123 456 789 * 8#
振铃 摘机 停振铃
忙音 挂机
图3.1 交换过程的三个阶段及相应的信令关系
4.2.1 电路交换呼叫接续过程
呼叫接续一般都经历3个阶段：
呼叫建立阶段 通信阶段 电路拆除阶段
通过呼叫信令完 成逐个节点的接 续，建立起一条 端到端的通信电 路
❖以太网通信总线结构：利用IP通信模型， 配置和编程容易，但处理机之间通信消 息一般较短，TCP协议太复杂，多用改 进的UDP协议。
小结
1.电路交换机经历了人工（磁石、供电）、空分模拟 （步进制、纵横制）、程控模拟、程控数字等交换技 术发展过程。 2.电路交换包括接入、路由、链接、信令和控制等基 本功能，在主叫到被叫之间建立一条双向通话信道。 3.电路交换系统的硬件结构由话路和控制两部分组成， 话路部分为用户提供相关接口和交换网络；控制部分 按照用户要求控制话路部分为用户选择路由和建立新 系通道。
3. 分布式控制
优点：系统可靠性高，软、硬件模块化，便于系统扩容。 缺点：各模块间通信消息的数量将随着整个交换系统容量和性 能的增加而急剧增加。
4.3.3 处理机间通信
❖利用PCM信道进行消息通信：TS16信道， 无需额外硬件，开销小，容量较小。
❖共享存储器通信结构：设置共享的公共 存储器缓存处理消息，缺点是不适合大 型系统。
在已建立的 端到端的直 通链路上， 透明地传送 和交换语音 信号
结束一次 通信时， 拆除电路 连接，释 放节点和 信道资源
4.2.2 电路交换的功能要素
在呼叫处理方面必须满足以下要求：
❖(1)能及时发现呼叫的到来； ❖(2)能接收并保存主叫发送的被叫号码； ❖(3)能检测被叫忙闲状态、是否有空闲通路； ❖(4)能向空闲的被叫用户振铃，在被叫应答时
AB
32路时隙，抽样频率fs＝8000Hz，帧周期125μs ☏
7. 数字交换网络
a
数字交 b
2
TS2 PCM1入 换网络
TS2
PCM1出
甲
b PCM1出
2
TS2
b
a
30
TS30 PCM2入
TS30
乙
a PCM2出
30
TS30
PCM2出
图2.8 数字交换系统的交换过程
4.3.2 控制子系统
模模模模模
单级多机控制方式 多级多机控制方式
（1）单级多机控制方式
话路设 备
资源0
资源1
资源2
……
资源N
处理机0
处理机1
处理机2
公共 存储器
存储器0 存储器1 存储器2
……
处理机N
公共通信总 线
……
存储器N
图2.10 单级多机系统
优点：处理机的数量可随着用户容量的增加而增加。 缺点：每台处理机都要具有呼叫处理的全部功能,控制复杂。
的信号的互换过程。在通信之前需建立 端到端的物理连接，连接建立后，即使 无信息传送也占用电路的一种交换方式。
过程：呼叫建立、信息传送、连接释放阶段。
电路交换技术特点
(1)用户到端局模拟二线传输, 局间PCM互连； (2)面向连接，资源预占：用户通话时必须先 用信令请求交换机建立确定速率的通路； (3)恒定速率，固定时延：每条通路固定占用 64kb/s，一条话路两条通路；信息在通信传送 过程中的传输时延恒定，时延小，实时传送。 (4)信道独享，控制简单：交换机对所传输的 信息不作任何处理，传送错误由终端高层解决。
模模模模模模 信模 令模 设模 模备
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模 模 模 模 模 I / O模 模
6.信令设备
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话路系统
信模 令模 设模 模备
3. 数字用户接口
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标准化的模数模 字模 接模 模口：
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BRI: 2B模+模D、模 模14模4Kb/s
话路系统
PRI
V5.1: 30B+D、2.048Mb/s.
V5.2控: 1制-1系6个统V5.1
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：人工电话交换机
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：步进制电话交换机
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：纵横制电话交换机
4.1.1 电路交换技术的发展
❖发展历程：程控电话交换机
数字程控电话交换机
4.1.2 电路交换机的分类
(1)按信号交换形式分：模拟和数字交换机 (2)按交换机构形式分：空分和时分交换机 (3)按控制方式分：人工、布控逻辑和存 储程序控制交换机
（2）多级多处理机系统
话路 设备
资源0
资源1
资源2
……
资源N
预处理机0 预处理机1 预处理机2
……
预处理机N
呼叫处理机
维护管理 处理机
图2.11 三级多机控制系统的组织结构示意图
优点：每台处理机只承担部分功能，可简化软件，若需增强功能， 在软件上也易于实现。 缺点：在容量小时，也必须配备全部处理机。
建立与主叫的通话电路； ❖(5)能随时发现任何一方用户挂机。
4.3 电路交换系统的硬件结构
模模模模模
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模 模 模 模 模 I / O模 模
1.模拟用户接口
具有BORSCHT七项功能
a b
测试 T
振铃 R
过压 保护
O
馈电和 监视 B，S
混合电路H
平 衡 编/译 网 码器C 络
内、外线测试 铃流
扫描
图2.4 用户电路的BORSCHT功能及顺序关系
七项功能：
B:馈电 O:过压保护 R:振铃 S:监视 C:编译码 H:混合电路 T:测试
4.2 电路交换机的基本功能
电路交换机的基本功能包括接入功能、信 令功能、路由功能、控制功能、连接功能。 基本任务就是根据主叫用户提供的被叫用 户信息，进行网络接续，构成主叫到被叫 的双向信号通路。
4.2.1 电路交换呼叫接续过程
主叫话机
用户线
123 456 789 * 8#
摘机
拨号音
呼叫阶段
拨号 回铃音
话路设备
话路设备
倒换控制机构
倒换控制机构
控制倒换机构
控制倒换机
处理机A
处处理理机机B A
处理处机理B机A
处处理理机机B A
交换控制程序
交交换换控控制制程程序序
交换交控换制控程制序程序
交交换换控控制制程程序序
(a) 冷备用工作方式
(a) 冷备用工作方式
(a) 热备用工作方式
(a) 热备用工作
图2.9 集中控制的主备用工作方式原理结构 图2.9 集中控制的主备用工作方式原理结构
1. 集中控制
❖优点： ▪ 处理机掌握整个系统的状态，可访问 所有资源； ▪ 改变功能一般在软件进行，较方便。
❖缺点： ▪ 系统较脆弱，一旦故障会造成全局瘫 痪； ▪ 软件须包含不同特性的功能，庞大， 不便管理；
2. 分级控制
❖分级控制：用于控制的每台处理机只能访 问部分资源或完成部分功能。
分级控制
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话路系统
信模 令模 设模 模备
控制系统
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模 模 模 模 模 I / O模 模
1. 集中控制
话路设备
话路设备
作业：2.2、 2.3、 2.4、2.6、2.7、2.8、2.10
控制系统
模模模模模
模 模 模 模 模 模
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模模模模
模 模 模 模 模 I / O模 模
7. 数字交换网络
❖数字交换网络将某条线路上某个时 段传输的用户数据信号搬移到另一 线路的某个时段上输出，递交给接 收该信号的用户，以实现任意两用 户间的互连通信。
当话音信号变成数字信号后，每个用户的 话音信息就在PCM复用线上占据一个固定的时 隙，在这个固定的时隙上，周期地传递该用户 的话音信息。