1、现代交换原理与通信网技术结业论文学院：计算机与信息工程学院班级：2011 通信工程班姓名：陶友学号：1108224074摘要随着现代通信的发展与普及，通信终端数目急剧增长，原始的点对点的通信网络无法满足多终端通信的需求，因此需要在通信网络中添加现交换网络。本文将详细介绍现代通信主要采用的一些交换方式和原理。主要内容包括：交换的基本概念，数字程控电话交换与电话通信网，信令系统，分组交换与分组交换网，ATM 交换与宽带这业务数据网。在最后对软交换和光交换进行简要介绍。关键字：现代交换 通信网 程控 分组 信令1.交换基本概念为实现多个终端之间的通信，在通信网络中引入交换节点，各个通信终端通过网络中
2、的交换节点连接，而不再是通信终端的点对点的直接连接。同时由于交换节点是多输入多输出的设备，所以交换节点就要完成交换功能，在通信源和目的终端之间连立通链路，实现不同通信终端之间的通信。目前通信网络中使用较多的是：电路交换，分组交换，ATM 交换，IP 交换等。2.数字程控电话交换与电话通信网2.1 数字程控电话交换系统的体系结构数字程控交换的基本结构是由话路子系统和控制子系统构成的，话路子系统又是有交换网络和接口设备构成。一般采用模块化分级控制结构方式。图 1 数字程控交换一般系统结构2.1.1 数字程控电话交换系统硬件系统组成及原理数字程控电话交换系统硬件包括话路部分、控制部分以及输入输出部分
3、。话路部分通过使用多种接口设备完成外部信号与交换机内部信号的转换。主要有用户电路、中继电路和信令首发设备。通过这些设备，实现对通信话路的馈电、过压保护、振铃控制、监视、编译码、滤波、以及信号发送接收等。2.1.2 控制系统构成方式程控交换机控制系统的构成方式有很多种，但从控制系统工作的基本原理来看，主要有集中控制和分散控制两种。集中控制是指处理机可以对交换系统内的所有功能以及资源实施统一控制。具有以下三个特点：一、处理机直接控制所有功能的完成和资源使用，控制关系简单，处理机间通信接口简单。二、每台处理机上运行的应用软件包含了对交换机所有功能的处理，因而单个处理机上的软件复杂庞大。三、处理机集中
4、完成所有功能，一旦处理及系统出现故障，整个控制系统就会瘫痪，因而降低了系统的可靠性。分散控制是指对交换机所有功能的完成和资源使用是由多个处理机分担完成的。又可分为全分散控制和分级分散控制。有现代交换机功能复杂，容量庞大，可靠性要求较高，所以现代交换系统一般采用分散控制方式。2.1.3 软件系统及程控软件交换技术程控交换机的软件系统主要是由系统软件和应用软件组成。系统软件主要包含一个实时多任务的操作系统软件。应用软件主要包含：呼叫处理软件，完成呼叫的连接建立与释放、业务流的控制等；OAM （操作维护管理）软件，以及数据库系统。在通信过程中，程控软件根据设置自动完成呼叫处理，话路建立，话路监测、号
5、码分析、话路释放等工作。2.2 电话通信网的网络结构和工作原理电话通信网又可以分为本地电话网、国内长途电话网和国际长途电话网。我国电话通信网采用 5 级结构，网络拓扑为分层的树形结构。本地电话网由若干断句和汇接局、局间中继线、长市中继线、用户接入设备以及用户终端设备组成的电话网。一般根据本地用户规模以及地域规模可以分别采用单局制（适用于小城镇或者县级电话网） 、多局制（适用于中等城市电话网）和汇接制（适用于较大本地电话网）组网方式。国内长途电话网由于覆盖面积大，距离长，用户数量多，网络中交换设备多等特点，因此采用分级分区汇接方式。我国长途电话王有四级长途交换中心C1C4 构成， C1C3 为长
6、途汇接局， C4 为长途终端局。但是随着技术发展和现实需求，我国未来的长途电话网将向着无极动态网发展。3.信令系统3.1 信令概念信令是通信网中规范化的控制命令，用来控制通信网中各种通信连接的建立和拆除，维护通信网的正常进行。一般可分为监视信令、路由信令、管理信令、用户信令、局间信令、随路信令和公共信道信令。采用非互控方式、半互控方式和全互控方式。其中 No.7 信令系统是目前通信网中普遍采用的信令。3.2No.7 信令No.7 信令是采用公共信道方式，传输模式采用分组传输模式中的数据报方式。因此话路与信令通道是分开的，所以需要对话路进行单独的导通实验。为了保障系统的可靠性，必须设置备用设备。
7、NO.7 信令方式是国际化，标准化的通用公共信道信令系统。具有信道利用率高，信令传送速度快，信令容量大的特点。NO.7 信令系统采用功能模块化的结构，主要包括消息传递部分，信令连接控制部分，用户部分。实现呼叫的建立和释放功能。此外还开发了 OSI 数据分层模式和设计方法，采用了分层结构实现数据分散应用处理。使系统具有更大的灵活性和开放性，能够适应计算机通信和电信网智能化发展的需要。4.分组交换与分组交换网4.1 分组交换概念、性能及网络结构分组交换是一种存储转发的交换方式，它将用户发送的报文划分成一定长度的分组，一分组为存储转发。因此，它比电路交换的信道利用率高，比报文交换的时延小，具有实时通
8、信的能力。分组交换利用统计时分复用原理，将一条数据链路复用成多个逻辑信道，最终构成一条主叫、被叫用户之间的信息传送通路（虚电路）实现数据的分组传送。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据分组。每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。在分组交换方式中，由于能够以分组方式进行数据的暂存交换，经交换机处理后，很容易地实现不同速率、不同规程的终端间通信
9、。分组交换的网络结构一般由分组交换机、网络管理中心、远程集中器、分组装拆设备、分组终端、非分组终端和传输线路等基本设备组成。4.2 虚电路交换虚电路(SVC) 交换虚电路的建立像打电话一样，按主叫用户的要求临时在两个（主、被叫）客户之间建立虚电路。使用这种方式通信的客户，一次完整的通信过程分为 3 个阶段：呼叫建立、数据传送和拆线阶段。它适用于数据传送量小随机性强的场合。永久虚电路(PVC) 这种方式如同租用专线一样，在两个客户之间建立固定的通路。它的建立由网络管理中心预先根据客户需求而设定，因此在客户使用中，只有数据传送阶段，而无呼叫建立和拆线阶段。它适合于两个用户的通信比较频繁、通信量较大
10、的场合。4.3 分组交换协议在分组交换协议中最著名的就是 X.25 协议。采用分层的体系结构，自上而下分为三层：物理层、数据链路层和分组层，分别对应 OSI 参考模型的下三层。X.25 协议是标准化的接口协议，任何要接入到分组交换网的终端设备必须在接口处满足该协议的规定。4.4 分组交换机分组交换网中交换设备多种多样，但一般包括三个基本部分：交换单元、接口单元和控制单元。同样分组交换网中的分组交换机也是如此。一般分组交换机的性能指标主要有：吞吐量、平均分组处理时延和虚呼叫处理能力。我国共用分组交换网的交换节点使用的是 DPN-100 分组交换机。4.5 分组交换网分组交换网组要是由分组交换机、
11、用户终端设备。分组装拆设备、远程集中控制器、网络管理中心和传输线路设备组成。分组交换网实质就是分组交换即存储转发。CHINAPAC 骨干网是目前中国的共用分组交换网。5.ATM 交换与宽带这业务数据网ATM 交换是电交换，它以信元为单位，即 53 个字节 (424bit)为一个整体进行交换，但它仅对信头进行处理。交换单元有 n 条入线(I1In)，m 条出线(O1Om)，每条入线和出线上传送的都是 ATM 信元流，而每个信元的信头值则表明该信元所在的逻辑信道。不同的入线(或出线)上可以采用相同的逻辑信道值。ATM 交换的基本任务就是将任意入线上的任意逻辑信道中的信元交换到所需的任意出线上的任意
12、逻辑信道上去。5.1 空分交换结构(矩阵交换)ATM 交换的最简单方法是将每一条入线和每一条出线相连接，在每条连接线上装上相应的开关，根据信头 VPI/VCI 决定相应的开关是否闭合来接通特定输入和输出线路，以将某入线上的信元交换到指定出线上去。最简单的实现方法就是空分交换方式，也称矩阵交换。的基本原理来源于纵横制交换机。矩阵交换的优点是输入输出端口间一组通路可以同时工作，即信元可以并行传送，吞吐率和时延特性较好。缺点是交叉结点的复杂程度随入线和出线的N2 函数增长，导致硬件复杂，因此其规模不宜过大。空分交换矩阵分为单级交换矩阵和多级交换矩阵两种类型。单级交换矩阵只有一级交换元素与输入/输出端
13、口相连。混洗式交换网络。它的主要原理是利用反馈机制将发生冲突的信元返回输入端重新寻找合适的输出端，利用反馈可使某一输入端的信元能在任意一个输出端输出。很明显，一个信元要达到合适的输出端可能需要重复几次，因此又叫循环网络。构成这种网络只需少量的交换元素，但其性能并不太好，关键是内部延迟较长。多级交换矩阵由多个交换元素互连组成，它可以克服单级交换矩阵交叉结点数过多的缺点。多级交换矩阵又可分为单通路和多通路两种网络。5.2 宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网简称 B-ISDN。B-ISDN 是在 ISDN 的基础上发展起来的，可以支持各种不同类型、不同速率的业务，不但包括连续型业务，还应包括突发型
14、宽带业务，其业务分布范围极为广泛，包括速率不大于 64kbit/s 的窄带业务（如语音、传真） ，宽带分配型业务（广播电视、高清晰度电视） ，宽带交互型通信业务（可视电话、会议电视）,宽带突发型业务(高速数据)等。B-ISDN 的主要特征是以同步转移模式（STM）和异步转移模式（ATM ）兼容方式，在同一网路中支持范围广泛的声音、图象和数据的应用。ATM 不仅能把话音、数据、图象等各种业务都综合到一个网内，它还具有实现带宽动态分配和多媒体通信的优点。宽带交换是实现 B-ISDN 的 ATM 关键和核心。它是一种快速分组交换，面向分组的转移模式。B-ISDN 强调 ISDN 的宽带和多媒体通信，
15、是一个可提供高于 1.544Mbit/s 或 2.048Mbit/s 的快带业务和其他 ISDN 业务，并具有适应各种业务逻辑、维护和网管等智能的通信网，是一个更广泛的ISDN 概念。其业务综合的关键是使用统一的信息单位和单一结构连接实现多媒体通信，并用多用途的用户网络接口提供多种服务。6. 软交换和光交换软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有交换电路的电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程的能力。软交换可以利用标准的全开放应用平台为客户定制各种新业务和综合业务，最大
16、限度的满足用户需求。同时开放的应用标准也有利于各种异构网络的互联互通。同时软交换将传统交换机的各个功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以根据相应功能独立发展。光交换是指不经过任何光电转换，在广域内为输入的光信号选择不同的输出信道的交换方式。所以整个交换过程不会涉及电信号，因此可以避开电子器件速率较低的影响，可以和高速光纤传输速率匹配，实现高速传输。同时光交换根据波长对信号进行路由和选路，与通信采用的协议、数据格式和传输速率无关，可以实现透明的数据传输。最后光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。光交换可以分为空分光交换、时分光交换、波分光交换，同时三者也可以相应的复合起来，产生复合交换。未来通信网将向着全光通信网发展，所以光分组交换技术是其核心技术之一。参考文献：1 卞佳丽.现代交换原理与通信网技术M.北京：北京邮电大学出版社，2005.52 雷震洲.核心网中的光分组交换.电信工程技术与标准化，2003（10）3 陈建亚，余浩 .软交换与下一代网络.北京：北京邮电大学出版社，20034 杜治龙.分组交换工程.北京：人民邮电出版社，1993
