1、1,第5章 信号的交换,主要内容1、交换技术概述2、数字程控交换3、ATM交换4、以太网交换5、光交换,2,5.1 交换技术概述,一、交换与通信网 （一）通信网【通信的目的是实现消息的传递。】1.点对点通信,3,2、多终端互连式通信问题： （1）N终端，需N（N1）/2条线 （2）终端距离很远时需大量的长途线路 （3）每个终端需要N1个线路接口 （4）增加第N1个终端时，必须增设N条线路【解决办法：采用通信网的形式】,4,3、通信网 每个终端通过一条专用线路与通信网的一个结点相连.,5,4、交换式通信网 （1）由一台交换机组成的通信网,6,（2）由多台交换机组成的通信网：市话交换机（本地交换机
2、） ：汇接交换机（当距离很远时，称长途交换机） ：用户程控交换机（PABX，Private AutomaticBranch Exchange）,7,电话网：核心/汇接交换机 IP网：核心/骨干路由器本地/局交换机 边缘路由器,8,（二）交换 信息在不同的线路、终端或网络之间的切换或分发的过程。按交换方式可分为： 1、电路交换（CS，Circuit Switching）信息从一条物理电路到另一条物理电路。（实时，不能延时或延时很小,全程200ms）特点：通话前要为通话双方建立一条通路，并保持到通话结束再拆除。（面向连接 CO,Connection Oriented）,9,2、报文交换（MS，Me
3、ssage Switching）电报报文从一条报路转换到另一条报路。 （非实时，可延时）特点：采用存储转发方式；（非面向连接/无连CL,Connectionless）以报文为传送单元；报文的长短不同，时延不同。,10,3、分组交换（PS，Packet Switching）信包从一个数据终端分发到另一个数据终端。 （非实时，可延时）特点：采用存储转发方式；（无连接/非面向连接）以分组为传送单元；分组的长度相同。,11,4、ATM交换 （Asynchronous TransferMode) 异步转移模式特点：面向连接与分组交换相结合； 以信元（Cell）为传送单元；信元的长度固定（53字节）；采用
4、QoS（Quality of Service)机制。 5、光交换,12,二、交换设备的基本功能（以电话网为例）本局接续同一交换机两条用户线之间的连接。 出局接续在交换机用户线与出中继线之间的连接。入局接续在交换机入中继线与用户线之间的连接。转接接续在交换机入中继线与出中继线之间的连接。,13,三、交换技术的发展1876年 美国贝尔发明电话,贝尔,14,1、1878年 第一台人工磁石交换机（借助话务员进行电话连接）,15,2、 1892年 步进制交换机（史端乔交换机）StepbyStep Switching System利用话机拨号脉冲直接控制步进接线器的上升和旋转。,16,步进接线器,17,3
5、、 1938年 纵横制交换机 （Crossbar Switching System）以纵横接线器取代步进接线器。,18,4、 1965年 美 贝尔系统推出第一部商用程控交换机5、1975年 法 开通第一部程控数字交换机,19,5.2 数字程控交换,一、程控交换机的组成,20,1、话路设备完成主被叫之间的呼叫接续，具体 传递用户之间的话音信号。2、控制系统控制系统控制呼叫接续动作，程控交换机的控制是通过运行在中央处理器中的软件完成。,21,二、模拟用户电路的组成具有BORSCHT功能： B（Buttery Feeding）馈电馈电电压 48V馈电电流 2050 mA（使送话器处于最佳工作状） （
6、2）O（Overvaltage Protection）过压保护防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机，通常设23级保护。,22,（3）R（Ringing）振铃向被叫用户话机馈送铃流铃流: 25Hz 7515V （4）S（Supervision）监视监视用户线通断状态（摘机，拨号，投币话机的输入信号，挂机等），一般通过对用户线上的直流信号进行扫描检测完成。,23,（5）C（Codec）编解码完成话音信号的A/D，D/A变换，包括滤波。 （6）H（Hybrid）混合进行2/4线转换，即把2线双向信号转换成收、发分开的4线单向信号。,24,（7）T（Test）测试提供用户电路的测试端口，测试用户
7、线和用户电路接口电路发生的混线，断线、接地、与电力线碰接以及元器件损坏等各种故障，以便及时修复和排除。,25,除上述7项功能外，有的还有配合计费使用的反极性功能、衰减控制、计费脉冲发送、投币话机硬币集中控制等。,26,三、呼叫处理的一般过程（1）主叫用户A摘机呼叫 主叫摘机检测、登记； 查明主叫类别；【用户线类别，话机类型，服务类别（长途权， 国际权，新服务等）不同类别将导致不同的处理方式】 存储块的分配。【某呼叫发生后，有许多与该呼叫有关的信息需保存，常用方法是对每个呼叫分配一个存储块】,27,（2）发送拨号音，准备收号选择一个空闲收号器以及与主叫用户之间的空闲路由；选择一个空闲的主叫用户和
8、信号音源间的路由，向主叫发送拨号音； 监视收号器的输入信号，准备收号。 （3）收号收号器收号；收到第1位号后，停发拨号音；对收到的号码按位存储；,28,对“应收位”、“已收位”进行计数；将号首送向分析程序进行分析（称预译处理）。 （4）号码分析在预译处理中分析号首，以决定呼叫类型（本局、出局、长途、特服等），并决定该收几位号；检查这个呼叫是否允许接通（是否限制用户 等）；检查被叫用户是否空闲，若空闲则将其示忙。,29,（5）接至被叫用户测试并预占空闲路由，包括：向主叫用户送回铃音的路由；向被叫用户送铃流的路由（如直接控制用户电路振铃，则不用另找路由）；（6）向被叫用户振铃 向被叫用户B送铃流；
9、向主叫用户A送回铃音；监视主、被叫用户状态。,30,（7）被叫应答和通话被叫摘机应答，停振铃和回铃；建立AB用户间通话路由，开始通话；启动计费设备，开始计费；监视主、被叫用户状态。 （8）话终，主叫先挂机路由复原；停止计费；向被叫用户送忙音。,31,（9）被叫先挂机路由复原；停止计费；向主叫用户送忙音。,32,四、数字交换网络的工作原理（一）时隙交换的概念1、时隙交换输入复用线上任一时隙的内容可以在输出复用线上任一时隙输出。,33,2、复用线之间的交换（空分交换）任一输入复用线上的某一时隙的内容可以在任一输出复用线上的同一时隙输出。,34,(二）数字交换网络的基本结构和工作原理1、两用户的时隙
10、交换,35,2、时间接线器（ T接线器，Time Switch ）用于时隙交换（1）构成及工作原理主要由话音存储器（SM：Speech Memory） 和控制存储器（CM：Control Memory）组成【SM和CM都由RAM构成】,36,T接线器,对应输入时隙序号,37,SM：暂存数字语音信息，每单元8bit，单元数（容量）等于输入复用线上的时隙数，由写时钟控制，顺序写入。 CM：存储器的容量与SM的容量相等，CM存储的数据为SM的读出地址，由CPU控制写入，读时钟控制顺序读出。 例：将TS2的内容a交换到TS30写：将TS2的a写入SM的第2单元将2（00010）写入CM的第30单元读：
11、在读TS30时，CM送出2，读SM第2单元的a （2）控制方式（略）,38,2、空分接线器（S接线器，Space Switch）用于不同PCM复用线的相同时隙的交换 （1）构成及工作原理主要由交叉点矩阵和控制存储器(CM)组成。,39,S接线器,出线号,入线号,对应时隙号,40,每条输出线对应一个CM如 CM1对应输出线PCM1； CM2对应输出线PCM2。CM中的数据为输入线号码，决定该输入线在相应TS期间的输出。 例：在CM1的第7单元中写入2，则在TS7该数据被读出， 使输入线PCM2与输出线PCM1接通（交叉点21闭合）【其他TS，则交叉点21断开】 在帧周期内，CM的各单元数据依次读
12、出， 完成交换。 可见：S接线器不进行时隙交换，而进行同一时隙的空间,41,（2）控制方式（略）（三）数字交换网络对大容量交换网络，只靠一级T接线器不行，因为目前一级T接线器最多只能实现64端脉码交换，而S接线器又不能单独使用，要采用多级交换网络如：TS，ST，TST，STS，TSST，SSTSS，TSSST，TTT等。,42,五、程控交换机的分类1、根据服务范围不同分类 局用交换机 户用交换机2、根据交换方式分类 空分交换 时分交换3、根据交换的话音信号分类 模拟交换机 数字交换机,43,5.3 ATM交换异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode) 一、ATM产生背
13、景现有：,44,已发展的NISDN（窄带综合业务数字网），使用频带压缩技术，利用现有用户线，提供2BD传输能力（2条64kb/s数字信道和一条16kb/s数字信道）。但不能传输图像，文件检索等业务。例如：电视会议 ：2Mb/s广播电视： 34140Mb/s高清晰度电视 ：140Mb/s高保真立体声： 768kb/s文件检索： 134Mb/s高速文件传输：高于 1Mb/s,45,80年代后期，ITUT提出BISDN1988年，ITUT推荐ATM为BISDN的信息转移模式1991.10，ATM论坛成立（以促进ATM尽早实用为目的的非赢利民间组织）【一般宽带网也称为ATM网络】,46,二、ATM的基
14、本原理1、ATM的基本特征ATM用长度固定且较短（53字节）的信元（cell）作为信息传送、交换、复用的基本单位。,47,2、 ATM网络的基本结构,48,【ATM网络的基本结构与电话网相类似，许多概念的基本含义也和电话网中的相同】,49,3、ATM信元结构信元：承载信息的基本单元结构：,50,三、ATM交换原理（略） 5.4 以太网交换 一、交换式以太网(Ethernet)的工作原理以太网交换机检测从以太端口来的数据包的源MAC(MediaAccess Control,媒体访问控制）地址和目的MAC地址，若数据包的MAC的层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的
15、端口；若数据包的MAC层地址已存在于查找表中，则直接向相应的目的端口转发。,51,二、以太网交换技术的类型1、直通式（cutthrough） 原理在输入端口检测到一个数据包时，检查包头从而获取目的MAC（MediaAccess Control,媒体访问控制）地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出的交叉处接通，把数据包直接交换到相应的输出端口，实现交换功能。,52, 缺点不能提供错误检测能力；不能将具有不同速率的输入/输出端口 直接接通（没有缓存）；当以太网络交换机的端口增加时，交换矩阵的规模与控制复杂度均迅速增长，实现起来有一定难度。,53,2、存储转发式（storeandforward） 原理先将输入端口的数据包存起来，然后进行数据校检，在对发生误码的数据包进行处理后才取出数据包的目的地址，并转换成相应的输出端口并转发该数据包。 优点 可以对数据包进行错误检测； 支持不同速度的输入输出端 口之间的转换； 同时兼容高速端口与低速端口。,54,5.4 光交换（略）,光交换技术是指不经过任何光/电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的 输出端。光交换系统主要由输入接口、光交换矩阵、输出接口和控制单元四部分组成。END,
