宿迁学院程控交换机课程设计

1、 程控交换技术课程设计报告题 目： 程控数字交换网络的阻塞率的 仿真分析 课 程： 程控交换技术课程设计 系 别： 信息工程学院 班 级： 12通信2班 学 号： 20120306246 姓 名： 徐 淼 成 绩： 指导教师： 袁 静 完成日期： 2014-2015 学年 1 学期摘要:通信作为信息产业的基础，在推进社会信息化进程中发挥着先导和带动作用。随着通信技术的飞速发展，通信新业务不断涌现，电话通信和数据通信已成为现代社会应用最广泛的信息交流方式，是人们日常生活和工作中不可缺少的一部分。通信是指利用有线、无线的电磁系统或者光电系统，传送、发射或者接收语音、文字、数据、图像以及其它任何形式

2、信息的活动。一个有效的通信，能够让用户不管在何时、何地都 可与任何其它用户互相传递信息。为了实现一个有效的通信就需要采用交换技术。所谓交换，就是通过交换局的交换设备在通信网络大量的终端用户之间，根据用户的呼叫请求建立连接，相互传送话音、数据、图像等信息。任何一个主叫用户的信息，可以通过通信网络中的交换设备和传输设备发送到任何一个或多个被叫用户。数字交换网络处于程控数字交换机的中心，是程控数字交换机的内部网络，它联系着交换机的各个部分。程控数字交换机采用四线交换，它区别于模拟交换网的步进制交换机和纵横制交换机的二线交换，各程控数字交换机之间采用PCM四线传输，数字交换和PCM数字传输的

3、结合，使全程的传输损耗降低，提高了用户的通话质量。23 摘要:2第一章 设计任务和要求51.1 设计任务51.2 课程设计目的51.3 课程设计的主要内容51.4 具体要求6第二章 程控数字交换网络的概述72.1 程控数字交换网络的基本原理72.2 内部阻塞的含义72.3通信中阻塞率的含义7第三章 系统设计83.1话路阻塞率的计算公式83.2 阻塞率的计算方法93.2.1 电话呼叫的分布规律93.2.2话务量三要素及基本概念93.2.3 话务量Y:93.2.4忙时话务量93.2.5 话务量单位103.3 占用概率分布103.3.1爱尔兰公式的应用15第四章 应用程序与仿真164.1流程图：16

4、第五章 19第五章 总结与心得体会205.1 总结205.2 心得体会20参考文献22第一章 设计任务和要求1.1 设计任务程控数字交换网络的阻塞率的仿真分析1.2 课程设计目的课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。它具有动手、动脑和理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一个重要教学环节。通过课程设计实践，不仅要培养学生事实求是和严肃认真的工作态度，培养学生的实际动手能力，检验学生对所学课程的学习情况，更要培养学生在实际的工程设计中如何查阅资料、

5、撰写设计报告、表达设计思想和结果等能力。1.3 课程设计的主要内容程控数字交换系统式现代数字通信技术、计算机技术与大规模集成电路技术相结合的产物，使先进的硬件与日趋完善的软件合于一体。程控交换系统的核心就是交换网络通常由若干级接线器组成，因而从交换网络的入线到出线之间将经过若干级网络内部的级间连线链路。当呼叫由入线进入交换网络，若出线全忙，则该呼叫找不到一条空闲出线，从而该呼叫将损失。虽出现空闲，但相应的链路不通，呼叫也将损失。由于网络内部级间链路不通而使呼叫损失的情况称作交换网络的内部阻塞。我们可以增加网络各级的链路数量俩减低内部的阻塞的概率。当链路数量大到一定程度时，内部阻塞概率将等于零，

6、即成为一种无阻塞的交换网络。通过仿真分析程控数字交换网络的阻塞率，可以更好的理解交换网络的工作情况和程控交换机的性能指标。1.4 具体要求1.课程设计的内容独立自主完成，课程设计报告内容完整、格式规范、排版整洁美观；2.设计选用的语言不限，推荐使用MATLAB、C或C+均可，编写出的程序，必须有详细的注释说明；3.通过仿真分析程控数字交换网络的阻塞率，给出理论曲线、仿真曲线、以及理论曲线和仿真曲线的对比曲线。第二章 程控数字交换网络的概述2.1 程控数字交换网络的基本原理程控数字交换系统式现代数字通信技术、计算机技术与大规模集成电路技术相结合的产物，使先进的硬件与日趋完善的软件合于一体。程控交

7、换系统的核心就是交换网络通常由若干级接线器组成，因而从交换网络的入线到出线之间将经过若干级网络内部的级间连线链路。2.2 内部阻塞的含义当呼叫由入线进入交换网络，若出线全忙，则该呼叫找不到一条空闲出线，从而该呼叫将损失。虽出现空闲，但相应的链路不通，呼叫也将损失。由于网络内部级间链路不通而使呼叫损失的情况称作交换网络的内部阻塞。2.3通信中阻塞率的含义在一个区域，由于经济方面的原因，所提供的链路数往往比电话用户数要少得多。当有人要打电话时，会发现所有链路可能全部处于繁忙状态，我们称这种情况为“阻塞”或“时间阻塞”。提供的链路越多，则系统的阻塞率越小，提供给用户的服务质量就越好，即电话系统的承载

8、能力决定了链路的数目，而链路的数目又决定了系统的阻塞率。 第三章 系统设计3.1话路阻塞率的计算公式其中S 为链路数，/的单位是Erl。从物理意义上讲/具有同时通话链路数的意义，蒲松分布中/参数的意义是某一参数出现的频率。例如排队事件，该参数的物理意义是单位时间队列长度增加量的大小。再举一个例子说明蒲松分布的意义。 在一段时间0，1内，某交通路口出现事故的次数为。将时间段分为n 等分，n，l1=0, 1/n ，l2=1/n, 2/n ，。 假设1：在li 内发生一次事故的概率与时间长度成正比，而在li 内发生两次事故的概率是不可能的。设为某一常数，在li 内发生交通事故的概率/n。 假设2：在

9、各小段时间内，发生事故的事件相互独立。 那么，发生i 次交通事故的概率是多少？ 显然将i 次交通事故的概率用二项分布描述。 以上分析说明了蒲松分布中各参数的意义：为事件发生的频率，指数i 是指某一段时间内发生i 次同样的事件，公式计算的是i 个事件在一段时间内发生的概率。对于有线话路中继占用的例子，可以用蒲松分布来描述。3.2 阻塞率的计算方法3.2.1 电话呼叫的分布规律泊松过程 3.2.2话务量三要素及基本概念1）呼叫强度：（单位时间内平均发生的呼叫次数）2）占用时长：S（听拨号音、拨号、振铃、通话）3）考察时间：T流入话务量：在一个平均占用时长内，负载源发生的平均呼叫次数。也叫呼叫强度。

10、完成话务量：在一个平均占用时长内，交换设备发生的平均占用次数。也叫结束强度。流入话务量 = 完成话务量 + 损失话务量 损失话务量 = 流入话务量 X 呼损率3.2.3 话务量Y: 话务量强度A： 由于我们所关注的话务量通常指的是话务量强度，因此我们就将话务量强度简称为话务量。3.2.4忙时话务量一天中最忙的一个小时的话务量。3.2.5 话务量单位A S （呼/小时 *小时/次 ）无量纲，取“e ”作其量纲。1) S采用相同的时间单位，则A为“e”，1 e =1小时呼。若:S采用“分钟”，则A为“分钟呼”。S采用“100秒”，则A为“百秒呼”。1e = 1小时呼=60分钟呼 =36百秒呼如：用

11、户线上的话务量：一般为0.2e. 它的含义是什么：0.2e =0.2x60=12分钟呼。呼叫4次，每次占用3分钟；或者每次占用2分钟，呼叫6次；或者呼叫1次，占用12分钟。中继线上的话务量：一般为0.7e. 它的含义是什么：0.7e =0.7x60=42分钟呼。有14次呼叫，每次占用3分钟。3.3 占用概率分布在一群线束中同时占用的线路（中继线或内部链路）数是一个随机变量。按照话源数和线束容量的大小关系，有4种占用概率分布：(1)爱尔兰分布 (2)普阿松分布 (3)恩克谢特分布 (4)贝努里分布前2个分布适用于话源数趋近于无限大，爱尔兰分布时线束容量有限，普阿松分布线束容量亦趋近于无限大。后2

12、个分布适用于话源数有限，恩克谢特分布时线束容量小于话源数，贝努里分布线束容量等于或大于话源数。这里只介绍常用的爱尔兰分布：爱尔兰分布条件下（N ，N m ）爱尔兰公式在交换设备计算中非常有用，为了书写方便，常用Em(A)表示。Em(A)的含义：线束容量为m的全利用度线束流入话务量为A（单位为e）时，按爱尔兰呼损公式计算的呼损为Em(A)。为了应用方便，按爱尔兰呼损公式的计算之值列成表，只要知道E、m、A三个量中任意两个，通过查表就可求出第三个量的值。仿真采用Erlang B模型。Erlang B公式是将丢失呼叫清除系统的服务等级（GOS）定义维任意一个用户遇到呼叫阻塞的概率。假定所有阻塞的呼叫

13、立即回到一个无限大的用户群中，并可在将来任意时间重试。一个阻塞用户的连续呼叫之间的时间间隔是一个随机过程，而且假定是Poisson分布的，对每个客户服务的时间假定是相互独立的，且服务时间服从指数分布。在此，我们要了解用排队论来解释一些问题，也就是，在中继的移动无线系统中，当所有的无线信道都被占用而用户又请求服务时，则发生呼叫阻塞而被系统拒绝进入。在一些系统中，可能用排队论保存正在请求通话的用户信息，直到有信道为止。服务等级（GOS）是用来测量在系统最忙的时间用户进入系统的能力。忙是基于一周、一月或一年内顾客在最忙时间的需求。蜂窝无线系统得忙时通常出现在高峰时间。服务等级（GOS）用作一个中继系

14、统的预定性能的基准。（GOS）通常定义为呼叫阻塞的概率，或是呼叫延迟时间大于特定排队时间的概率。服务等级（GOS）是用来测量在系统最忙的时间用户进入系统的能力。忙是基于一周、一月或一年内顾客在最忙时间的需求。蜂窝无线系统忙时通常出现在高峰时间。服务等级（GOS）用作一个中继系统的预定性能的基准。（GOS）通常定义为呼叫阻塞的概率，或是呼叫延迟时间大于特定排队时间的概率。Erlang B公式为：假设：为系统中有i个用户的概率，a 为/ ，S为共用信道数。则P(S) 为阻塞率。爱尔兰B的推导过程为： 所以阻塞率为 P(S) = 对于一个具有大量信道及大量用户并且呼叫模式相似的大系统而言，这一模型是

15、十分精确的。为了应用方便，按照爱尔兰呼损公式的计算之值列成表，只要知道E、m、A三个量中任意两个，通过查表就可以求出第三个量的值。Em（A）-爱尔兰呼损表第一部分：已知m、A，求E.第二部分：已知m、E，求A。 设Em(A)=0.030，m=48由表二查出： A=40.018e爱尔兰呼损表：3.3.1爱尔兰公式的应用通常，接到一部电话交换机的用户数量总是大大超过交换机通话网络所提供的话路数量。因此，呼损是不可避免的。用爱尔兰公式可计算出呼损。例：一部交换机接1000个用户终端，每个用户的忙时话务量流量为0.1Erl。则该交换机的话路利用率是？如何计算的呢？解答：Y=0.1Erl*1000=10

16、0Erl M=123，将Y、M的值代入爱尔兰公式或者查爱尔兰表得到呼损： E(123,100)=0.3%因为有0.3%即0.3Erl的话务流量损失掉，99.7Erl的话务流量通过了该交换机内的123条话路，则每一条话路负荷：99.7/123=0.8Erl话务流量，即话路利用率为80%。第四章 应用程序与仿真4.1流程图：4.2 程序代码clc;clear; s=50; %信道数为50a=20; %服务时间 num=2500; %呼叫次数 c=zeros(1,s); %信道初始化，全部为空闲 r = 0.1 : 0.1 : 50;%r为信号到达率 for m=1:length(r) block_

17、num=0; %信道阻塞的次数清零 c=zeros(1,s); %信道初始化，全部为空闲 g=rand(1,num); for q=1:num %指数分布产生服务时间 ser(q)=-a*log(g(q); end temp = 0; for i = 1:num randomnum = rand; interval = -log(randomnum)/r(m);%指数分布产生信号时间间隔 arrival(i)=temp+interval; %信号到达时间 temp = arrival(i); end for i=1:num access = 0; for k=1:s if arrival(i)

18、 > c(k) c(k) = arrival(i)+ser(i);%如果信道空闲，就接入 access = 1; break; end end if access = 0 %如果信道都忙，阻塞个数加一 block_num = block_num + 1; end end pr(m)=block_num/num; %阻塞率 block_num= 0; %阻塞率清零end A = 20 * r; %话务量%理论堵塞率s_fact = factorial(s);for j=1:length(r)sum = 0;for i=1:stemp = A(j)i / factorial(i);sum =

19、 sum + temp;endb(j)=(A(j)s)/(s_fact*sum);%阻塞率B公式end figure(1);plot(A,pr,'r')legend('仿真曲线');xlabel('话务量');ylabel('阻塞率');figure(2);hold on;plot(A,b,'b')legend('理论曲线');xlabel('话务量');ylabel('阻塞率');figure(3);plot(A,pr,'r')hold on;plo

20、t(A,b,'b')legend('仿真曲线','理论曲线');xlabel('话务量');ylabel('阻塞率');阻塞率理论值与仿真值的比较第5章 总结与心得体会5.1 总结当呼叫由入线进入交换网络，若出线全忙，则该呼叫找不到一条空闲出线，从而该呼叫将损失。虽出现空闲，但相应的链路不通，呼叫也将损失。由于网络内部级间链路不通而使呼叫损失的情况称作交换网络的内部阻塞。我们可以增加网络各级的链路数量减低内部的阻塞的概率。当链路数量大到一定程度时，内部阻塞概率将等于零，即成为一种无阻塞的交换网络。通过仿真分析程控数

21、字交换网络的阻塞率，可以更好的理解交换网络的工作情况和程控交换机的性能指标。5.2 心得体会一周的课程设计结束了，我收获很多。虽然开头很困难，但是我还是很认真去对待，不断的在网上查阅资料和查看参考文献，刚开始的时候无从下手，但是随着课程设计的进行，我慢慢的开始找到了方向，特别是在一些程序的编写上出现了很多问题。有时候一个程序要修改很久，往往因为一个标点或者一个字母的拼写错误就会导致程序的错误，所以在以后编写程序的时候一定要细心，不能一味的追求速度，要静下心来，我觉得我们平时生活中也是这样，做事一定不能浮躁，要细心、耐心、用心。通过这次课程设计，我对课堂上所学到的理论知识的理解加深了许多， 自己动脑、动手设计的能力也得到了较大提高。在这次课程设计的过程中，我对 MATLAB 语言有了更深的认识。现在仔细想想，这次课程设计使得我MATLAB 语言的理解与应用能力得到了较大的提升，也让我认识到只要深入学习，提升的空间永远是存在的。在设计的过程中我遇到了一些问题，如：编写源程序中出现了语法错误等。通过查阅书本和以前设计的程序我发现了产生错误的原因并解决了问题完