第3章电路交换网络结构及工作原理

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两种方法的比较
• 首先比较所需的交叉接点数： 首先比较所需的交叉接点数： 方法一： 方法一： 1000×130＝130000 (个) × ＝ 方法二： 方法二： 2 ×500 ×70＝70000 (个) ＝ 显然，在同等服务质量条件下， 显然，在同等服务质量条件下，方法二减少了 60000个交叉接点。 个交叉接点。 个交叉接点 • 但方法二带来了两个问题： 但方法二带来了两个问题： 1) 服务器的总数由 服务器的总数由130增加到了 增加到了140，在话务量 增加到了 ， 不变的情况下，服务器的效率降低了。 不变的情况下，服务器的效率降低了。 2) 两组负载源无法相互享用对方的服务器。 两组负载源无法相互享用对方的服务器。 解决以上两个问题的方法是采用多级交换网络。 解决以上两个问题的方法是采用多级交换网络。 多级交换网络
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3.1 空分交换网络
空分交换网络通常由多个空分交换器组成， 空分交换网络通常由多个空分交换器组成 ， 空 分交换器又由许多交叉接点和连线构成。 分交换器又由许多交叉接点和连线构成。
3. 1. 1Fra Baidu bibliotek交叉接点与空分交换器
交叉接点是构成交换通路的重要器件， 它的性 交叉接点 是构成交换通路的重要器件， 是构成交换通路的重要器件 能和造价直接影响到交换机的性能和价格。 能和造价直接影响到交换机的性能和价格 。 在早期 的机电式交换机中， 交叉接点采用电磁器件（ 的机电式交换机中 ， 交叉接点采用电磁器件 （ 如继 电器） 电器 ） 。 电子交换机的交叉接点用电子开关器件实 交叉接点从功能上看， 是一个连接开关， 现 。 交叉接点从功能上看 ， 是一个连接开关 ， 它有 两种连接状态：通和断。 两种连接状态：通和断。
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无阻塞网络
假定第一级某交换器有三条入线占用， 假定第一级某交换器有三条入线占用，还有一条入 线空闲，又假定第三级某交换器的三条出现占用， 线空闲，又假定第三级某交换器的三条出现占用，还有 一条出现空闲， 一条出现空闲，最不利的情况是占用的的入线并非连接 到假定占用的出线，即出入线的占用互不重复。 到假定占用的出线，即出入线的占用互不重复。在这种 情况下，如空闲入线能和空闲的出线连通，则该网络是 情况下，如空闲入线能和空闲的出线连通， 无阻塞的， 无阻塞的，上面右图中给出了第一级交换器和第三级交 换器之间的所有链路，黑圆点表示交换器， 换器之间的所有链路，黑圆点表示交换器，并注明了最 坏的占用情况， 坏的占用情况，可以看出这个时候还存在一条空闲的内 部链路。 部链路。
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3.1.2 多级交换网络
多级网络可以扩大选择范围， 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，除了级数不同外， 结构。网络的结构形式多种多样，除了级数不同外，级间的连 线方式也可能不同。 线方式也可能不同。 下图所示的两级网络， 下图所示的两级网络，其第一级由 m 个 n×n 交换器组成， × 交换器组成， 第二级由 n 个 m×m 交换器组成。可以看出，该网络是一个容 × 交换器组成。可以看出， 量为nm× 的全利用度网络 的全利用度网络。 量为 ×nm的全利用度网络。
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交 换 器
以交叉接点为基础，可以构成多输入多输出的交换矩阵， 以交叉接点为基础，可以构成多输入多输出的交换矩阵， 称为空分交换器 交换器的两种常见表示方法如下图所示。 空分交换器， 称为空分交换器，交换器的两种常见表示方法如下图所示。这 种交换器属于单级交换网络，并且是无阻塞的。 种交换器属于单级交换网络，并且是无阻塞的。 一个n×m交换器，具有n条入线和 条出线，第 i 条入线要 一个 交换器，具有 条入线和m条出线， 交换器 条入线和 条出线 条出线连接，对应的交叉接点的开关必须被接通。 和第 j 条出线连接，对应的交叉接点的开关必须被接通。交换 器的出线为所有入线共享， 器的出线为所有入线共享，可以看成是输入负载的共用服务设 一个n 交换器共有 交换器共有n 个交叉接点 个交叉接点， 备。一个 ×m交换器共有 ×m个交叉接点，交换器的成本和交 叉接点数成正比。 因此这种单级交换网络的规模(即入线数和 叉接点数成正比 。 因此这种单级交换网络的规模 即入线数和 出线数)不能太大。 出线数 不能太大。 不能太大
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最佳网络结构
多级网络的结构形式众多，什么样的结构形式最佳？ 多级网络的结构形式众多，什么样的结构形式最佳？塔卡 证明， 发散级)和 个 级 混合级 混合级) 基(Takagi)证明，一个具有 k个D级(发散级 和l个M级(混合级 证明 个 级 发散级 的多级网络的最佳形式为(弧线表示混合关系 弧线表示混合关系)： 的多级网络的最佳形式为 弧线表示混合关系 ： Ｄ······Ｄ Ｄ······Ｄ Ｍ······Ｍ (k≥l) l k-l l 因此， 因此，前面的三级网络可以表示为 DDM ，它是一种最佳 的结构形式。 网络， 的结构形式。下图是一种四级 DDMM 网络，它也是一种最佳 结构形式。随着网络级数的增加，选线和控制也越来越复杂。 结构形式。随着网络级数的增加，选线和控制也越来越复杂。
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交换器设计举例
设话源数为1000，所产生的话务量为 例 设话源数为 ，所产生的话务量为112e，要求服务等级 ， (呼损率 为0.01，试设计满足要求的交换器。 呼损率)为 呼损率 ，试设计满足要求的交换器。 解：方法一 采用一个大型交换器。 采用一个大型交换器。 根据题意， 查表2.1得 根据题意，Em(112)=0.01 ，查表 得m=130，如图 。 ，如图(a)。 采用两个小型交换器。 方法二 采用两个小型交换器。 把话源分为两组，每组500个话源，话务量 ，服务等 个话源， 把话源分为两组，每组 个话源 话务量56e， 级仍为0.01， 即Em(56)=0.01，再查表得 ， 级仍为 ，再查表得m=70，如图 。 ，如图(b)。
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3.1.3 网络阻塞率
研究表明，在相同条件下，应用多级网络结构可以得到 研究表明，在相同条件下， 比单级网络经济得多的交换系统。 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 实用中的多级网络都是有阻塞的网络， 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。 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， 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。 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 随机过程的统计规律 以及网络各级链路的占用概率分布。 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 概率线性图法。 在这里介绍一种近似计算方法 概率线性图法 法简单、有效，是实际计算中最常用的方法。 法简单、有效，是实际计算中最常用的方法。概率线性图法 基于两点假设：第一，网络中的链路占用是相互独立的； 基于两点假设：第一，网络中的链路占用是相互独立的；第 网络中各条链路的负荷是均匀分配的。 二，网络中各条链路的负荷是均匀分配的。
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关于电路交换
电路交换的基本任务是根据用户的呼叫请求提供端到端 的连接通路，这是依靠一系列交换机协同动作来实现的。 的连接通路，这是依靠一系列交换机协同动作来实现的。就 某一台交换机而言， 某一台交换机而言，它的任务只是按照要求将指定的输入端 口与输出端口接通。 口与输出端口接通。为了使每一个输入端口都能与任何一个 输出端口连接，在交换机的内部需要有一个交换网络， 输出端口连接，在交换机的内部需要有一个交换网络，又称 为“接续网络”。本章将讨论用于电路交换的交换网络的结 接续网络” 构及工作原理。交换网络可以分为空分交换网络 空分交换网络和 构及工作原理。交换网络可以分为空分交换网络和时分交换 网络 。 在现代的程控交换机中普遍采用的是数字时分交换 网络。 网络。但数字时分交换网络的结构与模拟空分交换网络是等 效的，所以我们将首先讨论模拟空分交换网络的结构。 效的，所以我们将首先讨论模拟空分交换网络的结构。然后 深入讨论数字时分交换网络的结构及接续原理。 深入讨论数字时分交换网络的结构及接续原理。
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Ｌ重连接法 下图给出一种内部有L条链路 的两级网络 下图给出一种内部有 条链路的两级网络 ， 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。 × ，给交换器的设计和制作带来困难。
简化表示图
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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。 另一种能有效降低网络内部阻塞率的方法是采用混合级。 采用混合级 下图给出了一个带有混合级的三级网络。不难发现， 下图给出了一个带有混合级的三级网络。不难发现，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 条链路可供选择。 中的第一级交换器和第三级交换器之间有 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 条出线， 网络的任何一条入线经第一级交换后将有 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 为此， 条出线， 条出线。 交换后有 条出线 ，而经第三级后仍是 条出线 。为此， 我 们将前面两级称为发散级，第三级称为混合级。 们将前面两级称为发散级，第三级称为混合级。
第 3 章 电路交换网络结构 及工作原理
本章大纲要求： 本章大纲要求： 1.基本要求 基本要求 （1）熟练掌握电路交换网络结构与阻塞率计算。 ）熟练掌握电路交换网络结构与阻塞率计算。 （2）熟练掌握数字交换器和数字交换网络的接续原理。 ）熟练掌握数字交换器和数字交换网络的接续原理。 （3）掌握多级数字交换网络的结构、性能。 ）掌握多级数字交换网络的结构、性能。 2.重点、难点 重点、 重点 重点：网络结构与阻塞率， 交换器和 交换器， 交换器和S交换器 网络。 重点：网络结构与阻塞率，T交换器和 交换器，TST网络。 网络 难点：最佳网络结构，时分交换原理，多级网络接续原理。 难点：最佳网络结构，时分交换原理，多级网络接续原理。 3.说明 说明 重点讲授原理，并结合实际应用介绍典型网络结构。 重点讲授原理，并结合实际应用介绍典型网络结构。
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无阻塞网络的设计
设一个三级网络的 第一级有 第二级有 第三级有 m r k 个 n× r 个 r× j 交换器 个 m×k 交换器 交换器
则网络无阻塞的条件是： 则网络无阻塞的条件是：r≥n+j-1 clos证明 上述原则可以推广到任意奇数级网络， 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 网络的第二级中的每一个交换器， 把三级 网络的第二级中的每一个交换器 用一个三级Clos网络代替 ， 就可以得到一个五级 网络代替， 用一个三级 网络代替 Clos网络。 网络。 网络
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无阻塞网络
当网络的内部链路数达到一定数量时， 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， 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 网络。 络又称为克劳斯 网络 要看在最不利占用情况下，能否提供内部链路。 的？要看在最不利占用情况下，能否提供内部链路。
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网络结构分析
仔细观察两级交换器之间的连线， 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。 交换器和第二级每个交换器之间只有一条连线 。 这 从任一入线到任一出线， 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。 显然，该网络的内部阻塞率较大。 再者， 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 意指定交换器之间只能建立一个连接 ， 换器上的其它出入线之间无法再建立连接。 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， 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。 内部阻塞率，下面做进一步的讨论。