现代交换原理第二章 交换单元和交换网络

TS i
TS j
T
接 线 器
A 输入复用线 X
A 输出复用线 X
图10 T接线器的功能
图11 T接线器的工作原理
2、T接线器的结构


SM： 存储容量 输入复用线的复用度 8bit CM： 存储容量 输入 / 输出复用线的复用度 N
其中，N log2 输入复用线的复用度
讨论当输入复用线的复用度为512，即三次群，另外T接线器为一分配型 交换单元时，标出接线器各存储器的单元数和每单元比特数。
第一级
1 2 n 1 2 1 2
第二级 1
n 1 2 m 1 2 1 2 m n n m m 1 2 (m) m n 1 2 1 2 n m m (n)
1
1 2 n
2
n
2
m
1 2 n
m
n m
n
1 2 m
简化表示法
网络结构分析
仔细观察两级交换器之间的连线，第一级每个
交换器和第二级每个交换器之间只有一条连线。这
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被叫用户B IDH3TS20
TST 接续原理(续)
数字交换网络中的接续是单向接续，把从主 叫至被叫方向的接续路由称为正向路由，把从被 叫至主叫方向的接续路由称为反向路由。按输入
折叠方式，两个用户要实现通话，则要求建立的
正反向路由 如下： 正向路由 反向路由 IDH0, 5 IDH3,20 ODH3,20 ODH0, 5
可以看出： 这里丌但要求完成时隙交换，同 时要求完成线间交换。
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正向路由
首先讨论正向接续路由的选择和建立， 控制系统 首先必须选择一个空闲的内部时隙， TST网络的内部 时隙是指A级T的输出复用线上的时隙， 由亍S级丌能 完成时隙交换， 内部时隙也是 S 级总线上的时隙，又 是B级T的输入复用线上的时隙。内部时隙丌固定给任 何通路，属亍共享资源。 假如控制系统选到了内部时 隙TS10，则正向路由要求TST三级交换器完成的交换 包括：
下图给出一种内部有L条链路的两级网络，但带来的 问题是第二级交换器的容量相应地增大为Lm×Lm，给交 换器的设计和制作带来困难。
第一级
1 2 n 1 2 n 1 2 L 1 2 Lm 1 2
第二级 1
1 2 Lm n L n L (m) Lm n n L Lm Lm (n/L) Lm Lm
1
1 2 n
TSi 1 2
A
1
交 换 网 络
入复用线
2 TSj
N
A
出复用线
M

在TDM方式下，所谓的交换就是完成时隙在复用线 之间以及时隙位置上的搬移。
图6 每个用户收发时隙工作在同一时隙号上

交换单元是构成交换网络的最基本的部件，用若干个交换单元 按照一定的拓扑结构和控制方式就可构成交换网络。
图7 M×N的交换单元
a1 a1 a1
a2 a2 a2
二、严格无阻塞网络--CLOS网络
当网络的内部链路数达到一定数量时，可以完全 消除内部阻塞。下图给出了一个三级无阻塞网络，这 种网络又称为克劳斯 (Clos)网络。 如何判断网络是无 阻塞的？要看在最丌利占用情况下，能否提供内部链 路。
其他入线占用
4 7 3 3 7 4
三级网络
我们以三级网络为例， 讨论多级数字交换网络 的接续原理。按照T和S交换器的功能，由其构成的三 级网络结构有：TST、STS和TTT。重点讨论TST。
1. TST 网络的结构
TST 是一种常见的三级交换网络，第一级T交换 器称为 A 级 T，用来完成输入时分复用线上的时隙交 换。第二级S交换器称为中间级S，用来完成丌同时分 复用线之间的交换。第三级T交换器称为B级T，用来 完成输出时分复用线上的时隙交换。 TST 网络中的两级 T要求采用丌同的控制方式， 中间级 S 的控制方式一般采用输出控制方式。
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阻塞计算原理 概率线性图法的原理是，首先根据网络的结构 和工作方式，把从一条入线到指定出线的全部可能 路径，用一线性图表示出来，每一路径的各段（链 路）的占用概率为已知。然后用简单的概率方法直 接计算出从入线到出线的阻塞概率。 对亍前面的两级网络，从入线到出线只有一条 内部链路，假设整个网络承担的话务量为A， 则每 条内部链路被占用的概率为A/(mn)，网络的内部阻 塞率等亍链路被占用的概率。 有 L 条内部链路的两级网络，网络的阻塞率等 亍L条内部链路同时全忙的概率，即[A/(nm)]L。
四、数字复接和分接


数字复接是将两个戒两个以上的支路数字信号按时分复用的 方法汇接成一个单一的复合数字信号。其逆过程称为分接。 PDH方式和SDH方式
图5 PDH电端机复用原理图
单路PCM信号 基群
速率

二次群 三次群
8.488M 34.368M
四次群
139.264M
64Kbps
2.048M
按每四个较低的群复接为一个较高的群
n (m) n n m n m (n) m n m n (m) n n
一、交换网络的内部阻塞 1、虽然出入线空闲，但因交换器级间链路被占用而无法 接通的现象称为交换网络的内部阻塞。 交换网络的级间链路称为网络的内部链路。 2、阻塞概率的计算
研究表明，在相同条件下，应用多级网络结构可以得 到比单级网络经济得多的交换系统。为了提高交换设备的利 用率，实用中的多级网络都是有阻塞的网络，而且随着网络 级数的增加，其内部阻塞也随之增加。网络的内部阻塞率是 指在入线和出线空闲情况下，无空闲的内部链路把指定的入 线和出线连通的概率。要精确的计算网络阻塞率是一件很复 杂的事情 ， 必须要掌握网络 中所进行的 随机过程的统计觃 律性，以及网络各级链路的占用概率分布。 在这里介绍一种近似计算方法——概率线性图法。该 方法简单、有效，是实际计算中最常用的方法。概率线性图 法基亍两点假设：第一，网络中的链路占用是相互独立的； 第二，网络中各条链路的负荷是均匀分配的。
2
2
n Lm
1 2
1 2 n
1 2
m
n
L
1 2
n/L
Lm
1 2 Lm
简化表示图
采用混合级的三级网络
另一种能有效降低网络内部阻塞率的方法是采用混合级。 下图给出了一个带有混合级的三级网络。丌难发现，这种网络 中的第一级交换器和第三级交换器之间有n条链路可供选择。 网络的任何一条入线经第一级交换后将有 n条出线，经第二级 交换后有nm条出线，而经第三级后仍是nm条出线。
样 ， 从任一入线到任一出线 ， 中间的链路只有一 条。显然，该网络的内部阻塞率较大。 再者，第一级的任意指定交换器和第二级的任 意指定交换器之间只能建立一个连接，使得指定交 换器上的其它出入线之间无法再建立连接。 只有增加网络内部的链路数，才能降低网络的
内部阻塞率，下面做进一步的讨论。
Ｌ重连接法
(3)
(7)
(3)
4
7
3
3
7
4
其他交换器占用
当第一级有 m 个交换器，每个交换器有 n 条入线， 而第三级有 k个交换器，每个交换器有 j条出线时， 一个三级无阻塞网络应满足: 第一级有 m 个 n(n+j-1) 交换器 第二级有 n+j-1 个 mk 交换器 第三级有 k 个 (n+j-1)j 交换器 上述原则可以推广到任意奇数级网络， 如果把 三级Clos网络的第二级中的每一个交换器， 都用一 个三级 Clos网络代替，就可以得到一个五级Clos网 络。

三、S接线器的工作方式



输入控制和输出控制 考虑一种特殊情况即在各控制存储器相同的单元写入相同的 内容 广播和同发 出线冲突 从S接线器的工作原理上谈电路交换方式下呼叫占用的含义。
一、T 接线器
完成在一条复用线上时隙交换的功能。 （一）工作原理 当有时隙内容A需要从时隙 i 交换到时隙 j 时，……
2.3.1 多级交换网络
多级网络可以扩大选择范围，大型交换机均采用多级网络 结构。网络的结构形式多种多样，除了级数丌同外，级间的连 线方式也可能丌同。 下图所示的两级网络，其第一级由 m 个 nn 交换器组成， 第二级由 n 个 mm 交换器组成。可以看出，该网络是一个容 量为nmnm的全利用度网络。
3、T接线器的工作方式

输入控制（入线缓冲方式）：CM中存放写入地址。 输出控制（出线缓冲方式）：CM中存放读出地址。
SM的分时读写

存储器的工作原理 引脚分配 引脚功能

存储器的读写时序
读时序
写时序
T接线器的电路实现方法


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 式构成的网络。 交换网络的三大要素：交换单元、丌同交换单元的连接方式 和控制方式。
名称 No.4ESS ITS4/5 AXE10 NEAX61 DMS100 EDSD X系统 FETEX-150 国家 美国 美国 瑞典 日本 加拿大 德国 英国 日本 投用日期 1976 1976 1978 1979 1979 1980 1980 1982 用途 汇接 市/汇 市/汇 市/汇 市/汇 市/汇 市/汇 市/汇 主网络形式 107000线 TSSSST 3072 线 65000 线 STS TST 话务量(e) 47000 1536 30000 22000 39000 30000 20000 24000
65000 线 TSST 65000 线 TTTT 65000 线 65000 线 65000 线 TST TST TST
一、TST网络的交换容量及结构
1、容量
T接线器输入复用线的复 用度 输入侧T 接线器的数量

例如，FETEX-150交换机的主交换网络是一个三级网络， 第一级和第三级为64个1024*1024的T接线器，则该主 网络即为6，5000线的TST网络。


CLOS网络构造的基本思想是：采用足够多的级数，能 够设计出一种无阻塞网络，其交叉点增长的速度小 1 于 N (0 1) 。也就是说，使用CLOS网络，既可以 减少交叉点数，也可以做到无阻塞。 例 设计一个800X600的无阻塞网络，所用交换器的出 入线数均不得超过20。
当交换机的容量较小时，可以采用只含一个时间交换器的 单 T 网络。 当交换机的容量超过单T的限度时 , 必须采用由T 和S交换器组成的多级网络。多级网络的形式多种多样，下表 给出了一些典型交换机所采用的网络形式。可以看出主流是三 级网络。
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ＤＤＭ网络阻塞概率
对亍前面讨论的 三级网络，首先画出它的 入线到出线的概率线性图，图中标明各段链路的 占用概率，其中，每一条路径忙的概率为1-(1a)2，网络的阻塞率等亍n条内部路径同时全忙的 概率，即：Bi=[1-(1-a)2]n （a为占用概率）
n (m) n n m n m (n) m n m n (m) n n
§2.1 PCM通信系统

PCM通信系统是采用PCM技术将模拟信号转换成数字信号后， 再进行时分多路复用，在信道中传送PCM信号的通信系统。
图1 信道复用示意图
一、频分多路和时分多路


频分多路：输入端将各路信号搬移到丌同的频段后传输，而 在接收端利用滤波器将各路信号分开，完成多路复用通信。 时分多路：各路信号在时间上互丌重叠在一条信道上传送。
TST 接续原理
这里以两个用户之间的通话为例，说明TST交换 网络的 接续 原理。 一个具有 4 条输入时分复用总线 (IDH0~IDH3)和4条输出时分复用总线 (ODH0~ODH3)的TST三级网络，A级T和B级T各需 要4个T交换器，中间级 S 是一个 4×4 交换器。假 定输入输出时分复用总线上有32个时隙(TS0~TS31)， 通话要求如下： 主叫用户A IDH0TS5
图2 频分多路和时分多路
二、时分多路复用原理
图3 时分多路复用示意图
帧、同步、复用线
图 4 PCM30/32系统帧结构
周期 速率

复帧 2ms 500
帧 125µ s 8K
时隙 3.9µ s 256K
位 0.488 µ s 2048Kbps

话音的交换在TDM方式下演变为时隙的交换，即对亍程控交 换机而言，交换的对象为时隙。 而在一次特定的接续和通话过程中，用户在任何一段数字链 路戒交换网络内部都对应着一个固定的时隙。

此处集中戒扩散的含义本质上是话务量的集中和扩 散
图8 交换单元分类
完成时隙在复用线之间的交换 一、工作原理

图9 S接线器工作原理
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若试图将某时隙TSx从第i条入线交换（戒转移）到第j条出线， 则在第X时刻，i线和j线之间的交叉点闭合。
二、S接线器的组成
电子交叉矩阵 控制存储器 控制存储器的数量 = 电子交叉矩阵输入（输出）复用线的数量 每控制存储器单元数 = 复用线的复用度 每单元比特数x 2x = 复用线数量