现代-雷小葳11408200425通信1104班

1、湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 计算机与通信学院 学院（系、部）2013 2014 学年第 2 学期 课程名称 现代交换技术 指导教师 许中华 职称 副教授 学生姓名 雷小葳 专业班级 通信1104 学号 11408200425 题 目 程控交换机T接线器的设计 成 绩 起止日期 2014 年 5 月 19 日 2014 年 5 月 25 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸张4 源代码56现代交换技术设计说明书程控交换机T接线器的设计 起止日期： 2014年5月19日 至 2014年5月25日学生姓名雷小葳班级通信工程110

2、4班学号11408200425成绩指导教师(签字)计算机与通信学院2014年 3 月 12 日课题名称程控交换机T接线器的设计 人 数11组 长王小华同组人员陆求安、雷小葳、周晓峰、熊振平等课题的主要内容和要求一、设计要求：1）通过本学期对现代交换技术的学习，为加深对理论知识的理解和掌握，通过将理论与实践的结合，提升动手能力和实践能力。2）掌握交换机的概念和工作原理，掌握T接线器的工作原理。3）按照设计要求认真、严谨的设计好本次课题。二、设计内容：1） 用8255A端口A作为T接线器输入，端口B作输出，语音存储器地址200H，控制存储器地址300H，完成写入控制和读出控制T接线器设计。2）设计

3、完成并检验设计的合理性和正确性。具体任务一、设计T接线器 按设计要求设计好T接线器。2、 设计控制程序 编写并调试控制T接线器正常工作的程序。时间安排与完成情况一、设计时间总共7天，从2014年6月19号至2014年6月25号。设计分为三个阶段，分别如下：1）课题分析 2天 6.196.202）电路和程序设计 3天 6.216.233）总结和书写设计报告 2天 6.246.25二、完成情况简述： 实验过程进展顺利，各阶段有条不紊的进行，组员之间的合作都很积极，整个设计过程充满着乐趣和挑战。在大家的配合下，如期完成了本次课程设计。 湖南工业大学课程设计任务书2013 2014 学年第 2 学期

4、计算机与通信 学院 通信工程 专业 班级课程名称： 现代交换技术 设计题目： 程控交换机T接线器的设计 完成期限：自 2014 年 5 月 19 日至 2014 年 5 月 25 日共 1 周内容及任务一、设计的主要技术参数 用8255A端口A作为T接线器输入，端口B作输出，语音存储器地址200H，控制存储器地址300H，完成写入控制和读出控制T接线器设计。二、设计任务1）设计T接线器2）设计控制程序三、设计工作量课题分析 2天电路、程序设计 3天总结、书写报告 2天进度安排起止日期工作内容2014.5.19任务分配、课题分析、查找资料2014.5.19-2014.5.24电路设计和程序设计2

5、014.5.25总结、书写报告参考资料1 张中荃. 程控交换与宽带交换，人民邮电出版社2 乐正友. 程控交换与综合业务通信网，电子工业出版社3 李正吉. 程控交换实用技术，西安电子科技大学出版社指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日 程控交换机T接线器的设计 1、 设计原理1、交换机1.1交换机原理 交换机工作在数据链路层。它拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到

6、目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式

7、HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。  1.2交换机的分类  交换机是一种交换设备，根据分类的标准不同，交换机可以分很多种。从广义上来看，网络交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。从传输介质和传输速度上可分为

8、以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的，一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式（插槽数较少），也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式（功能较为简单）。另一方面，从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。本文所介绍的交换机指的是局域网交换机。 1.3&

9、#160;交换机的基本功能  1）交换机必须能在众多的用户中及时发现哪一个用户有呼叫请求。2）交换机必须能记录被叫用户话机号码。 3）能找到被叫用户并判别被叫用户当前的忙闲状态。 4）被叫用户空闲, 选择空闲的线路并找出被叫用户使双方进入通话状态。5）通话结束后能及时进行拆线和释放处理。6） 同交换机之间的用户应能自由通话。 7）在同一时间内交换机要能允许若干对用户同时进行通话且不受干扰。2、 接线器  交换系统中的交换单元主要有两种，即S接线器和T接线器，S接线器用来完成对传输同步时分复用信号的不同复用线之间的交

10、换功能，T接线器用来完成在一条复用线上时隙交换的基本功能。 2.1空间接线器  空间接线器有两种工作方式，输入控制方式和输出控制方式。 空间接线器用来完成对传送同步时分复用信号的不同复用线之间的交换功能，而不能改变其时隙位置，可简称为S接线器。而对同步时分复用信号来说，用户信息固定在某个时隙里传送，一个时隙就对应一条话路。因此，对用户信息的交换就是对时隙里内容的交换，即时隙交换。可以说，同步时分复用信号交换实现的关键是时隙交换，时间接线器用来完成在一条复用线上时隙交换的基本功能，可以简称为T接线器。 从结构上看，空间接线器由电子交叉矩阵和控制存储器（CM）构成。它

11、包括一个4×4的电子交叉矩阵和对应的控制存储器。4×4的交叉矩阵有4条输入复用线和4条输出复用线，每条复用线上传送由若干个时隙组成的同步时分复用信号，任一条输入复用线可以选通任一条输出复用线。这里我们说成复用线，而不一定是一套32路的PCM系统，是因为实际上还要将各个PCM系统进一步复用，使一条复用线上具有更多的时隙，以更高的码率进入电子交叉矩阵，从而提高性能。因为每条复用线上具有若干个时隙，也即每条复用线上传送了若干个用户的信息，所以，输入复用线与输出复用线应在某一个指定时隙接通。交换系统中的交换单元主要有两种，即S接线器和T接线器，S接线器用来完成对传输同步时分复用信号

12、的不同复用线之间的交换功能，T接线器用来完成在一条复用线上时隙交换的基本功能。  2.2时间接线器2.2.1结构  时间接线器采用缓冲暂存话音数字信息，并用控制读出或控制写入的方法来实现时隙交换，因此，时间接线器主要由话音存储器（SM)和控制存贮器(CM)构成，如图1所示。其中，话音存储器和控制存储器都采用随机存取存储器(RAM)构成。  话音存储器用来暂存数字编码的话音信息。每个话路时隙有8位编码，故话音存储器的每个单元应至少具有8比特。话音存储器的容量，也就是所含的单元数应等于输入复用线上的时隙数。  控制存储器的容量通常等于话音存储器的容

13、量，每个单元所存储的内容是由处理机控制写入的。话音存储器用来暂存数字编码的话音信息。每个话路时隙有8位编码，故话音存储器的每个单元应至少具有8比特。话音存储器的容量，也就是所含的单元数应等于输入复用线上的时隙数。  交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息分发到出线上去。在交换系统中完成这一基本功能的部件就是交换网络。而交换网络又是由各种交换单元构成的，对于不同的交换系统具体要求不同，可采用的最佳交换网络就不同，相应的也就是可由不同交换单元构成。其中，S接线器和T接线器是两种重要而典型的交换单元。 图1 时间接线器2.2.2工作原理  T接线器

14、工作原理方面就控制存储器对话音存储器的控制而言，可有两种控制方式： 顺序写入，控制输出，简称“输出控制”。 控制写入，顺序写出，简称“输入控制”图2（a）所示为输出控制方式，即话音存储器的写入是由时钟脉冲控制按顺序进行，而其读出要受控制存储器的控制，由控制存储器提供写出地址。控制存储器则只有一种工作方式，它所提供的读出地址是由处理机控制写入，按顺序读出的。例如，当有时隙内容a需要从时隙i交换到时隙j时，在话音存储器的第i个单元顺序写入内容a，由处理机控制在控制存储器的第j个单元写入地址i作为话音存储器的输出地址。当第j个时隙到达时，从控制存储器中去取出输出地址i，从话音存储

15、器第i个单元中取出内容a输出，完成交换。 图2时间接线器工作方式图2.2（b）所示为输入控制方式，即话音存储器是控制写入，顺序读出的，其工作原理与输出控制方式相似，不同之处不过是控制存储器用于控制话音存储器的写入。当第i个输入时隙到达时，由于控制存储器第i个单元写入的内容是j，作为话音存储器的写入地址，就使得第i个输入时隙中的话音信息写入话音存储器的第j个单元。当第j个时隙到达时，话音存储器按顺序读出内容a，完成交换。实际上，在一个时钟脉冲周期内，由RAM构成的话音存储器和控制存储器都要完成写入和读出两个动作，这是由RAM本身提供的读、写控制线控制，在时钟脉冲的正、负半周分别完成的。 

16、;2.3容量和时延 特别的是，T接线器还存在时延。时间接线器的容量等于话音存储器的容量及控制存储器的容量，也即等于输入复用线上的时隙数，一个输入N路复用信号的时间接线器就相当于一个N×N交换单元。因此，增加N就可以增加交换单元的容量。当然，在输入复用信号帧长确定时，N越大，存储器读、写数据的速度就要越快，所以，N的增加是有限制的。 若单路信号的速率为v，采用的存储器为双向数据总线，数据总线的宽度（即每次存储数据的比特数）B比特，需要时间t，则有下述关系成立        2*V*N=B

17、*t       =     (2-1) 由上式可知，增加时间接线器的容量的方法包括： 使用快速的存储器。这相当于减少上式中的t；  增加存储器数据总线的宽度，即增加上式中的B； 使用单项数据总线的存储器。这相当于去掉上式中的因子2。 因为经过时间接线器进行的是时隙交换，所以每个时隙的信号都会在存储器中产生大小不等的时延。同步时分复用信号经过一个时间接线器的时延包括： 信号进行串并交换时的时延。这项延时与存储器的数据

18、总线宽度成正比。因此，在通过增加存储器数据总线的宽度来增加时间接线器容量时，也同时增加了信号经过时间接线器的时延。 在存储器中的时延。因为时隙互换的关系，所以每个时隙的信号在经过存储器后都会有大小不等的延迟。延迟最小的情况发生在一个时隙的信号在写入存储器后立即被读出时，延迟最大的情况发生在一个时隙的信号在写入存储器后要等待一帧后才可读出时。 因为有各种各样可能的时隙互换方式，所以时间接线器需要等到一帧中各时隙的信号都到齐后才能输出，假设时间接线器在一帧各时隙的信号都到齐后经过时间后开始输出，则信号经过时间接线器的平均时延为     T

19、=+NW+=t        (2-2)其中，N是每帧中的时隙数，W是一个时隙的时间长度。 但应注意，各时隙中的单路信号经过的时延各不相同。3、 T接线器仿真实现及其分析3.1 T接线器仿真原理根据T接线器的工作原理，利用MATLAB中的Simulink工具箱对“顺序写入、控制读出”工作方式进行仿真。为了简便，假设数字交换电路中1条PCM总线上只有8个时隙，要求第1时隙和第4时隙的语音信息交换，第2时隙和第5时隙的语音信息交换。为了把语音信息存储到存储器里，首先要解决的问题就是如何对连续的语音信号进行采样。在此用8

20、个脉冲发生器来模拟8路语音的时隙，作为话音存储器SM的输入数据。S接线器和T接线器是交换系统中两种重要而典型的交换单元。S接线器用来完成对传送同步时分复用信号的不同复用线之间的交换功能，T接线器用来完成在一条复用线上时隙交换的基本功能。本文分析了二者结构的不同，工作原理上的差异，从而S接线器和T接线器分别符合不同交换系统的要求，再组成相应的交换网络。 因为脉冲发生器产生的信号是呈周期性的连续信号，所以可以采用1个脉冲发生器和1个阶跃信号以及1个点乘运算器对信号进行采样。如图对第1路话音的采样是用1个脉宽占空比为50%，周期为4s，脉冲时延为0s的脉冲发生器5的输出信号和1个在2s从1

21、跳到0的阶跃信号1进行点乘得到的采样时间是第1时隙，然后和第1路语音信号再进行点乘运算就将该语音信号送入到第1时隙中.同样的道理对其它话路我们还可用相同的电路结构进行采样，但是此时需要把阶跃信号的阶跃时间和与阶跃信号点乘的脉冲信号的时延都相应加2即可.然后，这8路已采样的时隙信号分别发送到8个存储器中，这里的每个存储器由DateStoreWrite（写数据到指定的数据存储器）、DateStoreMemory（为数据存储器定义内存区域）、DateStoreRead（从指定的数据存储器读数据）3个模块组成.由它们实现话音存储器的功能，最后用TransportDelay进行延时，以达到控制读出的目的

22、。 3.2参数设置 为了方便仿真，我们用8个脉冲发生器来模拟8路话音存储器的输入数据，其参数如表1所示。由于脉冲发生器产生的信号是周期性的连续信号，所有我们可以采用1 个脉冲发生器和1 个阶跃信号以及1 个点乘运算器对信号进行采样，我们取采样脉冲信号的幅度为1，周期为4s，脉冲宽度为50%。对于阶跃信号，我们取第1路信号的阶跃时间为2s，则其余路线阶跃信号的阶跃时间一次加2就行了，具体的参数设置见表2所示。表1 T接线器脉冲发生器参数设置表2 阶跃信号参数设置  3.3仿真电路设计根据要求，利用Simulink工具箱中的原件

23、进行构建，T接线器控制读出仿真电路有以下几部分构成；信号发生器，数据存储器，示波器模块等，具体电路如图3所示。 图3 T接线器控制输出放着电路 2、 设计仿真过程和结果分析 这里采用C语言实现T接线器的原理仿真（C源代码见附录）。 1、语言程序设计流程（C源代码见附录）。  C语言程序设计流程如图 4所示： 图4 C语言程序设计流程2、 运行结果（1） 产生32位随机0、1序列运行结果图5所示。图5 产生随机0、1序列的运行结果图（2） 总程序运行结果如图6所示。 图6总的运行结果图3、结果分析首先调用随机数产生函数生成32个随机整数然后对产生的随机整数

24、对2取余就得到32位的随机0、1序列即话音信息存入数组a中，然后输入0到31的32个随机整数作为控制存储器的内容存入数组b中，也就是话音存储器中话音信息的写入地址，一个bj对应一个ax,在CM即bj的控制下，将话音信息写入SM的对应单元，最后按顺序读出SM中的话音信息。根据T接线器输入控制方式的时隙交换原理，对运行结果进行了检验，结果正确，即用C语言编程完成了控制写入顺序读出方式T接线器时隙交换。三、设计总结 刚开始课程设计的时候以为这是一件很简单工程，但是当开始的时候我才发现其实不是我想象的那样，虽然看起来这个课程设计并不是那么麻烦，但是由于自己能力和知识的不足，在这个过程中还是遇到了不少的

25、困难，例如在接口连接方面就和我刚开始想象就很不同，在整个图连完的开始整题测试的时候，有遇到了想象不到的困难。  本次设计我查找了很多资料和案例，学习到了很多知识以前不懂的同学，都有了初步的了解。设计程控交换机T接线器需要很强的动手操作能力，在接口连接过程中出现问题后也需要快速有效的应变处理能力。这次课程设计我个人感觉收获也是挺大的，之前的学习仅仅局限与书本上的理论知识，但是通过这次的课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论才能真正服务实际，从而提高自己的实际动手能力和独特的思考的能力同时也加深了对组网

26、的认识。课程设计是培养我综合所学知识，发现、提出。分析和解决实际问题、锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程，附录一：语言源代码：（1）随机0、1序列生成程序 #include<stdio.h> #include<stdlib.h>#include<time.h> #define M 32 main()  int I;          

27、0;                    int aM;                           

28、0;  srand(unsigned)time(NULL);       /*调用产生随机数的库函数*/ for(i=0;i<M;i+)  ai=(int)(rand()%2); printf("%d",ai);          /*输出数组aM*/   (2)总程序 #include<stdi

29、o.h> #include<stdlib.h> #include<time.h> #define M 32 main()  int i,x;                            &#

30、160; int j;                               int aM;             

31、60;                int bM;                              srand(unsigned)time(NULL);             for(i=0;i<M;i+)  ai=(int)(r