第2章 交换单元与交换网络(2.1-2)

…
N
2
A TS13
2
第2章交换单元与交换网络 S接线器实现了信息在( 行( )交换，以（ ）方式工作。
子开关。 输出控制方式能还能实现（ ）和（ ）功能。而输入 控制方式还应注意重接或出线冲突。 同一时间的空间，时隙，时分，同发和广播。
)交换，但不进
开关阵列中的开关按时隙间隔高速闭合与断开，需电
若在一条复用线上实现时隙交换，用开 关阵列能否做到，需要什么器件？
连接，只需通过控制开关的闭合就可实现，因此控制简单， 容易实现。
第2章交换单元与交换网络
输 入
空 分 阵 列
输出
第2章交换单元与交换网络
2) 主要特点 (1) 开关阵列的交叉点数是交换单元的入线数和出线数的乘 积。 (2) 当某条入线和与其连接的所有出线间的一行开关部分或
全部处于接通状态时，开关阵列很容易实现多播和广播功能。
第2章交换单元与交换网络
1 2 3 同 步 时 分 复 用
帧 N … 2 1 时隙 N … … …
帧 … 时间 … 时间 (b) 统计时分复用 2 1
N
…
(a)同步时分复用 统 计 时 分 复 用
时隙
标志码
…
信息N 5 信息2 3 信息N 5 信息1 2
第2章交换单元与交换网络
2.2交换单元
2.2.1 交换单元及数学描述
A i
A
R 时钟
j i j
i
W
R 时钟 (a)
W
R 时钟 (b)
T接线器的工作原理
(a) 输出控制；(b) 输入控制
第2章交换单元与交换网络
2) 时分接线器的交换原理
有两种方式：
输出控制: 顺序写入、控制读出方式进行时隙交换的
原理。
输入控制: 控制写入、顺序读出方式进行时隙交换的
原理。
下面以输出控制方式为例，讲述其交换原理。
第2章交换单元与交换网络
2.2.3 时分复用交换单元
1. 共享存储器型交换单元
0
1) 一般结构
共享存储器型交换单元的一
输入信号 输出信号
般结构如图所示。
它的核心部件是存储器，它 被分成N个区域，N个数字信号分 别存入N个不同区域，再分别读 出，以实现交换。
N－1
共享存储器型 交换单元的一般结构
第2章交换单元与交换网络 共享存储器型交换单元既可用于同步交换也可用于存储转 发交换，但它们的具体实现有所不同。
3. 总线型交换单元
1) 一般结构
共享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(出)线经各自的入(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，分配到总线的输入部件将输入信号送到总
线上。
第2章交换单元与交换网络
1 2 入线控制 出线控制 1 2
换单元内部建立通道。
• 交换单元能否用软件实现？ • 交换单元能否用硬件实现？
第2章交换单元与交换网络
信号到达转换单元时出现的两种情况
0 1 入 线
0 0 1 2 出 线 入 线 1 2 3
2 3 2
0 0 1
0
0 0 1 1 2 3 出 线
2
2
2 3
3
3
同步时分复用信号的交换
统计复用信号的交换
第2章交换单元与交换网络
(3)开关是唯一的部件。 (4)开关阵列具有控制端和状态端。
第2章交换单元与交换网络
2．空分接线器 空分接线器属于空分阵列交换单元。
1
TS7 A A TS7
1 2
…
N
时隙编号→ 7
2
…
CM
控制存储器按入 线配置的空分接线器
1 2 …N
←入线编号
…
N
2
第2章交换单元与交换网络
1) 空分接线器组成与原理 空分接线器(Space Switch)简称S接线器。由交叉点矩阵和
时分接线器属于共享存储器型交换单元。
1) 时间接线器的组成
时间接线器采用缓冲存储、控制读出或写入的方式来 进行时隙交换，主要由话音存储器(Speech Memory ,SM) 和控制存储器CM组成。
第2章交换单元与交换网络
SM i A A j W 时钟 CM CM R W i A j SM A j
第2章交换单元与交换网络
模拟信号 电信号 数字信号 分组交换和 ATM交换 光信号 电路交换
空分交换 同步时分复用
统计时分复用
第2章交换单元与交换网络
1.同步时分复用信号
时分复用：
采用时间分割方法，将一条高速数字信道分成若 干低速数字信道，每个低速信道称为一个子信道。 同步时分复用： 将时间划分为基本时间单位（帧），在电路交换中，
2) 工作方式 (1) 入线缓冲。 N个数字输入信号按顺序存入N个不同区域，再分别CM
读出。
(2) 出线缓冲。 N个数字输出信号按顺序分别存入N个不同区域，再按出 线顺序CM读出。 时隙交换可用时间接线器实现。
第2章交换单元与交换网络
2. 时间接线器（T接线器）
时间接线器(Time Switch)简称T接线器，用来完成时 隙交换功能。
交换单元按使用需要的不同分为:
(1) 集中型:M>N (2) 分配型:M=N (3) 扩散型:M<N
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
…
…
…
…
…
…
第2章交换单元与交换网络
交换单元按信息流向分:
(1)有向交换单元 (2)无向交换单元
第2章交换单元与交换网络
(1) 时隙计数器
(2) 话音存储器SM
(3) 控制存储器CM （1） 在交换前，先设 置好CM，这里假定按出 线配置，TS58←TS49 （2） 当 入线TS49来临， 存入49单元。 （3） 当 出线查询到 TS58时，读49单元并输出。
第2章交换单元与交换网络
3) 容量和时延 复用线N个时隙，单路速率为V，双向数据线，总的输入速率 为（ ）。 数据总线宽度为Bbits，每次存取时间为t秒，存储器的读写速 率为（ ）。
0 1 2 0 1 2
3
4 5 6 7
3
4 5 6 7
N=8的均匀洗牌连接
第2章交换单元与交换网络
• 常用连接函数： （1）直线连接
（2）交叉连接
（3）间隔交叉连接
（4）均匀洗牌连接
（5）蝶式连接
P21,待补充
第2章交换单元与交换网络 3.交换单元的性能
(1)容量 交换单元所有入线可以同时送入的信息总量。 (2)接口 交换单元规定自己的信号接口标准。
• 连接函数有多种形式：
(1) 函数表示
(2) 排列表示
(3) 图形表示
第2章交换单元与交换网络
• 常见的连接函数表示形式:
(1)函数表示
均匀洗牌函数
ɡ(xn-1xn-2…x1x0)=xn-2xn-3…x1x0xn-1
例:N=8 ,
ɡ( x2x1x0)=x1x0x2
ɡ(001)=010,
则: ɡ(000)=000,
பைடு நூலகம்
每个DSE由8个双交换端口组成，共有16个交换端口。
每个交换端口接一条32路双向PCM链路，每路16bit。输
入、输出串行速率为4.096Mb/s.
第2章交换单元与交换网络
39条并行TDM -BUS
PCM链路
RX 交换端口0 TX
双交换端口0
交换端口8
RX TX
PCM链路
…
PCM链路
RX 交换端口7 TX
第2章交换单元与交换网络
• 一个交换单元的连接及连接集合是动态的，不同时 刻可能不同。
• 无论是入线还是出线，均有两种状态：占用、空闲。
• 每个交换单元都可用一组连接来表示其连接关系，
一个连接函数对应一个连接，也就是入线编号与出
线编号的一一对应关系。
第2章交换单元与交换网络
• 设入线编号x： 0≤x≤M-1 • 设出线编号f(x)： 0≤ f(x) ≤N-1
(3)功能
点到点、同发、广播。 (4)质量 信号经过交换单元的损伤越小，交换质量越好。
第2章交换单元与交换网络
2.2.2 开关阵列
1. 空分阵列 1) 一般结构 空分阵列由一组入线、一组出线以及连接入线和出线的 开关(交叉点)组成，因此也叫开关阵列。 在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的
入线控制
出线控制
…
入线 N
…
出线 N
入线控制
出线控制
总线 总线管理
共享总线型交换单元的一般结构
第2章交换单元与交换网络
2) 主要特点 入线控制部件的功能是接收入线信号，将信号的格式进行
相应变换，然后放在缓冲存储器中，并在分配给该部件的时隙 上把收到的信息送到总线上。
出线控制部件的功能是检测总线上的信号，并把属于自己
不管各入线控制部件是否有信息，只是按顺序把时隙分给 各入线。
比较复杂但效率较高的规则是： 只在入线有信息时才分配给入线时隙。 因此共享总线型交换单元既可以用于同步交换也可以用于
存储转发交换，这取决于时隙分配原则。
第2章交换单元与交换网络
4．时空一体的数字交换单元DSE 还有一种交换部件，可以实现时空交换功能，如S-1240交 换机中使用的数字交换单元DSE (Digital Switching Element)， 它属于总线型交换单元。
ɡ(010)=100, …, ɡ(111)=111
第2章交换单元与交换网络
(2)排列表示
t0,t1, …tn-1
r0,r1, …rn-1
其中,ti为入线编号, ri为出线编号
例N=8的均匀洗牌函数可表示为
0,1,2,3,4,5,6,7
0,2,4,6,1,3,5,7
第2章交换单元与交换网络
(3)图形表示
1. 交换单元
0 1 入 线 M-1 0 1 出 线 N-1
M×N交换单元
…
控制端 状态端
…
第2章交换单元与交换网络
• 当信号为同步时分复用信号，信号中只携带用户信 息，没有指定出线地址。交换单元怎样确定出线？
• 交换单元能否用软件实现？
• 交换单元能否用硬件实现？
第2章交换单元与交换网络
• 当信号为统计时分复用信号时，信号中不仅携带有 用户信息，而且带有出线地址，根据出线地址在交
MХ N有向交换单元 N无向交换单元
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 入 线 出 线
0
…
…
…
…
…
N-1
\
N-1
第2章交换单元与交换网络
2.连接与连接函数 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 R 则集合 C=｛ t, Rt ｝为一个连接
2×N×V=B÷t
增加容量的方法:
① 快速存储器（减t）
② 增加总线宽度（加B） ③改用单向数据总线
第2章交换单元与交换网络
产生时延的原因:
① 信号进行串并变换的时延
② 在存储器中的时延 最小的时延＝？ 最大的时延＝？ 减少时延的方法： ？
T接线器实现了信息在(
以（ ）方式工作。
)交换，
第2章交换单元与交换网络
第2章交换单元与交换网络
第2章 交换单元与交换网络
2.1 引言
2.2 交换单元
2.3 交换网络
第2章交换单元与交换网络
2.1 引言
交换的基本功能： 在任意的入线和出线之间建立连接，或者说：将入线 上的信息分发到出线上去。 交换系统的核心： 交换网络。 交换网络的基本单元： 交换单元。 不同的信号有不同的交换方式，如下图所示。
控制存储器CM组成。
N×N的电子交叉点矩阵有N条输入复用线和N条输出复用 线，每条复用线上有若干个时隙。
每条输入复用线可以选择到N条输出复用线中的任一条，但 这种选择是建立在一定的时隙基础上的。
第2章交换单元与交换网络
控制存储器按出线配置的空分接线器
1
1
…
N
A TS13 … N 13 13 N … 2 1
第2章交换单元与交换网络
2.统计时分复用信号
• 将传送信息分组，然后在每个分组前加上路由标记，
标明要去哪个输出端。
• 凡标志码相同的码属于同一次接续，它们所占的信
道容量看作一个子信道，称为标志化信道。 • 统计复用信号使用的分组长度可以不等，每个子信 道的速率不固定，不能采用硬件交换单元，而ATM 交换的分组长度相等，可以使用硬件交换单元。
一秒分为8000帧。每帧分成若干时隙，并按固定顺序 编号，所有编号相同的时隙称为一个子信道，速率恒 定。
第2章交换单元与交换网络
在电路交换中，相同编号的时隙组成一个子信道，传送 一路话音，速率为64kb/s. 知道时隙编号就是话路编号，也称为位置化信道。 在PDH（准同步数字系列体系）的E体系第一级： 每帧分成32个时隙，速率：E1=2.048Mb/s.
的信息读入一个缓冲存储器中，再将信号格式做相反变换，形 成出线信号送出。
总线包括多条数据线和控制线。数据线用于在入线控制部
件和出线控制部件间传送信号。控制线用于控制各入线控制部 件以获得时隙和发送信息，并控制出线控制部件读取属于自己 的信息。
第2章交换单元与交换网络
总线时隙分配要按一定的规则。 最简单也最常用的规则是：
双交换端口7
RX 交换端口15 TX 时钟 8 MHz 4 MHz 8 MHz