现代通信技术基础(蒋青主编)第4章

1、第第4 4章章 现代数字交换技术现代数字交换技术4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 电路交换电路交换4.3 4.3 存储转发交换存储转发交换4.4 ATM4.4 ATM交换交换4.5 IP4.5 IP交换交换4.6 4.6 软交换软交换4.7 4.7 光交换光交换4.14.1概述概述4.1.1 交换的概念交换的概念1、交换的引入、交换的引入通信的目的是在信息的源和目的之通信的目的是在信息的源和目的之间传送信息，这个源和目的对应的就间传送信息，这个源和目的对应的就是各种通信终端，比如两个人要想通是各种通信终端，比如两个人要想通话，最简单的就是各自拿两个话机，话，最简单的就是各自拿两个话机，用

2、一条通信线路连接起来就可实现通用一条通信线路连接起来就可实现通话，如图话，如图4-1（a）所示；同样，两个）所示；同样，两个人要想传送文件，可各自使用一台人要想传送文件，可各自使用一台计算机，通过串口线经计算机，通过串口线经RS232接口连接口连接起来，实现信息的传送。接起来，实现信息的传送。当存在多个终端，而且希望它们中当存在多个终端，而且希望它们中的任何两个都可以进行点对点的通信时，的任何两个都可以进行点对点的通信时，最直接的方法是把所有终端两两相连，最直接的方法是把所有终端两两相连，这样的连接方式称为全互连式。但这样这样的连接方式称为全互连式。但这样需要的连线数为需要的连线数为 条。条。

3、我们以五部电话机的连接为例，五个用我们以五部电话机的连接为例，五个用户要两两都能通话，则需要总电路数为户要两两都能通话，则需要总电路数为10条。条。 21 /2NCNN （ ）当终端数目较少，地理位置相对集当终端数目较少，地理位置相对集中时还可以采用这种全互联式。如果用中时还可以采用这种全互联式。如果用户数量增多，全互连式需要的电路数量户数量增多，全互连式需要的电路数量会增多，用在线路方面的投资也随着增会增多，用在线路方面的投资也随着增加。如加。如10000个用户，则需要个用户，则需要 万条电路。除此之外，这种方式在每次万条电路。除此之外，这种方式在每次通话时还要考虑对方终端的连接情况，通话时

4、还要考虑对方终端的连接情况，是否与自己的连线相连。同时，若新增是否与自己的连线相连。同时，若新增一个终端，则需要与前面已有的所有终一个终端，则需要与前面已有的所有终端进行连线，工程浩大，在实际操作中端进行连线，工程浩大，在实际操作中没有可行性。没有可行性。2100005000C为了解决这一问题，我们很自然地为了解决这一问题，我们很自然地想到在用户密集的中心安装一个设备，想到在用户密集的中心安装一个设备，把每个用户的电话机或其他终端设备都把每个用户的电话机或其他终端设备都用各自专用的线路连接在这个设备上。用各自专用的线路连接在这个设备上。此设备相当于一个开关接点，平时处于此设备相当于一个开关接点

5、，平时处于断开状态，当任意两个用户之间交换信断开状态，当任意两个用户之间交换信息时，该设备就把连接这两个用户的有息时，该设备就把连接这两个用户的有关节点合上，这时两用户的通信线路连关节点合上，这时两用户的通信线路连通。当两用户通信完毕，才把相应的节通。当两用户通信完毕，才把相应的节点断开，两用户之间的连线就断开。点断开，两用户之间的连线就断开。 由于该设备的作用主要是控制用户由于该设备的作用主要是控制用户之间连接的通断，类似于普通的开关，之间连接的通断，类似于普通的开关，所以称其为交换设备（或交换节点）。所以称其为交换设备（或交换节点）。在英文中就称其为在英文中就称其为“switch”，交换技

6、，交换技术就称为术就称为“switch btechnology”。 2、交换的概念、交换的概念所谓交换，就是在通信网上，负责所谓交换，就是在通信网上，负责在通信的源和目的终端之间建立通信信在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通信信息的机制。多个交换节点道传送通信信息的机制。多个交换节点组成的电话交换网见图组成的电话交换网见图4-3所示。所示。这里所说的通信网，是指由一定数这里所说的通信网，是指由一定数量的节点（包括交换设备和终端设备）量的节点（包括交换设备和终端设备）和连接节点的传输链路相互有机地组和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点合在一起，以实现两个或多个规

7、定点间信息传输的通信体系。间信息传输的通信体系。4.1.2 4.1.2 交换方式的分类交换方式的分类所谓交换方式是指对应于各种传输模所谓交换方式是指对应于各种传输模式，交换机为完成其交换功能所采用的式，交换机为完成其交换功能所采用的互通互通 (Intercommunication)技术。交技术。交换方式主要分为两类。换方式主要分为两类。1、电路交换方式（或线路交换方式）、电路交换方式（或线路交换方式）网络节点内部完成对通信线路（在空网络节点内部完成对通信线路（在空间或时间上）的连通，为数据传输提供间或时间上）的连通，为数据传输提供专用的（或物理的）传输通路（即物理专用的（或物理的）传输通路（即

8、物理连接）。连接）。物理连接是指用户通信过程中，无物理连接是指用户通信过程中，无论用户有无信息传送，交换网络始终按论用户有无信息传送，交换网络始终按照预先分配的物理带宽资源保持其专用照预先分配的物理带宽资源保持其专用的接续通路。的接续通路。2、存储转发交换方式（或信息、存储转发交换方式（或信息交换方式）交换方式）网络节点运用程序方法先将途经的网络节点运用程序方法先将途经的数据流按传输单元接收并存储下来；然数据流按传输单元接收并存储下来；然后，选择一条合适的链路将它转发出去，后，选择一条合适的链路将它转发出去，在逻辑上为数据传输提供了传输通路在逻辑上为数据传输提供了传输通路（即逻辑连接）。（即逻

9、辑连接）。逻辑连接是指只有在用户有信息传逻辑连接是指只有在用户有信息传送时，才按需分配物理带宽资源，提送时，才按需分配物理带宽资源，提供接续通路，因此逻辑连接也称为虚供接续通路，因此逻辑连接也称为虚连接。连接。存储转发交换方式又分为报文交存储转发交换方式又分为报文交换和分组交换。换和分组交换。4.2 4.2 电路交换电路交换4.2.1 电路交换的基本过程电路交换的基本过程电路交换又称为线路交换，它是以电路交换又称为线路交换，它是以接通电路为目的的交换方式，电话网接通电路为目的的交换方式，电话网中就是采用电路交换方式。我们以打中就是采用电路交换方式。我们以打一次电话来体验这种交换方式。打电一次电

10、话来体验这种交换方式。打电话时，首先是摘起话机，交换机送来话时，首先是摘起话机，交换机送来拨号音，听到拨号音后开始拨号。拨拨号音，听到拨号音后开始拨号。拨号完毕，交换机就知道了要和谁通话，号完毕，交换机就知道了要和谁通话，并为双方建立一个连接，于是双方并为双方建立一个连接，于是双方进行通话。等一方挂机后，交换机就把进行通话。等一方挂机后，交换机就把双方的线路断开，为双方各自开始一次双方的线路断开，为双方各自开始一次新的通话做好准备。因此，我们可以体新的通话做好准备。因此，我们可以体会到，电路交换的动作，就是在通信时会到，电路交换的动作，就是在通信时建立建立(即连接即连接)电路，通信完毕时拆除电

11、路，通信完毕时拆除(即断开即断开)电路。电路。整个电路交换的过程包括建立线路、整个电路交换的过程包括建立线路、占用线路并进行数据传输、释放线路占用线路并进行数据传输、释放线路三个阶段。三个阶段。电路交换的特点：电路交换的特点：独占性：建立线路之后，释放线独占性：建立线路之后，释放线路之前，即使站点之间无任何数据可路之前，即使站点之间无任何数据可以传输，整个线路仍不允许其它站点以传输，整个线路仍不允许其它站点共享，因此线路的利用率较低，并且共享，因此线路的利用率较低，并且容易引起接续时的拥塞。容易引起接续时的拥塞。实时性好：一旦线路建立，通信实时性好：一旦线路建立，通信双方的所有资源（包括线路资

12、源）均双方的所有资源（包括线路资源）均用于本次通信，除了少量的传输延迟用于本次通信，除了少量的传输延迟之外，不再有其它延迟，具有较好的之外，不再有其它延迟，具有较好的实时性。实时性。线路交换设备简单，不提供任何线路交换设备简单，不提供任何缓存装置。缓存装置。用户数据透明传输，要求收发双用户数据透明传输，要求收发双方自动进行速率匹配。方自动进行速率匹配。电路交换最大的缺点就是电路利用电路交换最大的缺点就是电路利用率低，带宽固定不灵活。通信过程中始率低，带宽固定不灵活。通信过程中始终独占一条信道，以电话通信中的电路终独占一条信道，以电话通信中的电路交换为例，电路接通后，讲话的双方总交换为例，电路接

13、通后，讲话的双方总是一个在听，一个在说，电路空闲时间是一个在听，一个在说，电路空闲时间大约是大约是50。如果考虑说话过程中的。如果考虑说话过程中的停顿，那么空闲时间还要更多。停顿，那么空闲时间还要更多。 有统计数据表明，电路交换的电路有统计数据表明，电路交换的电路利用率只有利用率只有36%左右。因此，电路交左右。因此，电路交换比较适用于信息量大、长报文、恒换比较适用于信息量大、长报文、恒定速率的语音用户之间的通信。定速率的语音用户之间的通信。4.2.3 4.2.3 数字程控交换原理数字程控交换原理1 1、数字交换的概念、数字交换的概念数字程控交换机直接交换数字化的数字程控交换机直接交换数字化的

14、话音信号，欲实现数字信号交换的目话音信号，欲实现数字信号交换的目的，必须做到在不同话路时隙发送和的，必须做到在不同话路时隙发送和接收信号。只有这两个方向的交换同接收信号。只有这两个方向的交换同时建立起来，才能完成数字话音信号时建立起来，才能完成数字话音信号交换。实现这个功能要依靠数字交换交换。实现这个功能要依靠数字交换设备。数字交换实质上就是把设备。数字交换实质上就是把PCMPCM系统系统有关的时隙内容在时间位置上进行搬有关的时隙内容在时间位置上进行搬移，因此数字交换也叫做时隙交换。移，因此数字交换也叫做时隙交换。当进入数字交换设备只有一套当进入数字交换设备只有一套PCMPCM系系统时，交换仅

15、在这条总线的统时，交换仅在这条总线的3030个话路时个话路时隙之间进行。为了扩大数字信号的交换隙之间进行。为了扩大数字信号的交换范围，要求数字交换设备还要具有在不范围，要求数字交换设备还要具有在不同同PCMPCM总线之间进行交换的功能。概括起总线之间进行交换的功能。概括起来说要实现时隙交换，数字交换设备应来说要实现时隙交换，数字交换设备应该具有以下交换功能：该具有以下交换功能：（1 1）在同一条）在同一条PCMPCM总线上不同时隙总线上不同时隙之间进行交换，采用时间（之间进行交换，采用时间（T T）型接线）型接线器完成；器完成；（2 2）在不同）在不同PCMPCM总线上同一时隙之总线上同一时隙

16、之间进行交换，采用空间（间进行交换，采用空间（S S）型接线器）型接线器完成；完成；（3 3）在不同）在不同PCMPCM总线之间的不同时总线之间的不同时隙之间进行交换，采用隙之间进行交换，采用TSTTST或或STSSTS型交换型交换网络完成；网络完成；2 2、数字交换网络、数字交换网络接线器是构成数字交换网络的基本接线器是构成数字交换网络的基本部件，按其功能不同可分为两类：时部件，按其功能不同可分为两类：时间型接线器和空间型接线器。间型接线器和空间型接线器。（1）时间型接线器）时间型接线器时间型接线器的组成时间型接线器的组成时间型接线器又称时间型接线器又称T接线器，它的接线器，它的功能是完成同

17、一条功能是完成同一条PCM总（复用）线总（复用）线上上不同时隙内容的交换。不同时隙内容的交换。T T接线器由话接线器由话音存储器音存储器SMSM（Speech MemorySpeech Memory）和控制）和控制存储器存储器CMCM（Control MemoryControl Memory）组成，如）组成，如图图4-104-10所示。它们都采用随机存储器所示。它们都采用随机存储器（RAMRAM）来实现。）来实现。 SMSM用来暂存编码的话音信息。每个用来暂存编码的话音信息。每个时隙有时隙有8 8位编码，考虑到要进行奇偶校位编码，考虑到要进行奇偶校验等，验等，所以所以SM的每个单元（即每个字）

18、的每个单元（即每个字）应具有应具有8位以上字长。位以上字长。SM的容量，的容量，即所包含的字数应等于输入复用线即所包含的字数应等于输入复用线（HW线）上的复用度。例如，有线）上的复用度。例如，有512个时隙，个时隙，SM就要有就要有512个单元。个单元。 时分接线器的工作方式有两种。第时分接线器的工作方式有两种。第一种是顺序写入，控制读出，简称输出一种是顺序写入，控制读出，简称输出控制，如图控制，如图4-10（a）所示。第二种是）所示。第二种是控制写入，顺序读出，简称输入控制，控制写入，顺序读出，简称输入控制，如图如图4-10（b）所示。）所示。用这两种方式进行时隙交换的原理用这两种方式进行时

19、隙交换的原理是相同的。顺序写入或读出是由时钟是相同的。顺序写入或读出是由时钟控制的，控制读出或写入则由控制的，控制读出或写入则由CM完成。完成。CM的作用是控制同步交换，其容的作用是控制同步交换，其容量一般等于话音存储器的容量，它的量一般等于话音存储器的容量，它的每个单元所存的内容是由处理机控制每个单元所存的内容是由处理机控制写入的，用来控制写入的，用来控制SM读出或写入的地读出或写入的地址。因此，址。因此，CM中每个字的位数决定于中每个字的位数决定于SM的地址码的位数。的地址码的位数。如果如果SMSM有有512512个单元，需要用个单元，需要用9 9位地位地址码选择，则址码选择，则CMCM的

20、每个单元应有的每个单元应有9 9位。位。时间型接线器的交换原理时间型接线器的交换原理现在来看看以顺序写入、控制读出现在来看看以顺序写入、控制读出方式进行时隙交换的原理。输入时隙的方式进行时隙交换的原理。输入时隙的信息在时钟控制下，依次写入信息在时钟控制下，依次写入SM。显。显然，写时钟必须与输入时隙同步。如果然，写时钟必须与输入时隙同步。如果读出也是顺序方式，则仅起缓冲作用，读出也是顺序方式，则仅起缓冲作用，不能进行时隙交换。故在读出时，必须不能进行时隙交换。故在读出时，必须依照控制存储器中所存入的读出地址进依照控制存储器中所存入的读出地址进行。行。（2）空间型接线器）空间型接线器空间型接线器

21、组成空间型接线器组成空间型接线器又称为空间型接线器又称为S接线器，它的接线器，它的功能是完成不同功能是完成不同PCM总（复用）线之间总（复用）线之间同一时隙内容的交换。它由交叉点矩阵同一时隙内容的交换。它由交叉点矩阵和控制存储器和控制存储器CM组成，如图组成，如图4-12所示。所示。 的电子交叉点矩阵有的电子交叉点矩阵有N条输入条输入复用线和复用线和N条输出复用线，每条复用线条输出复用线，每条复用线上有若干个时隙。上有若干个时隙。NN每条输入复用线可以选择到每条输入复用线可以选择到N条输条输出复用线中的任一条，但这种选择是出复用线中的任一条，但这种选择是建立在一定的时隙基础上的。以第建立在一定

22、的时隙基础上的。以第1条条输入复用线为例，其第输入复用线为例，其第1个时隙可能选个时隙可能选通第通第2条输出复用线的第条输出复用线的第1个时隙，其个时隙，其第第2个时隙可能选通第个时隙可能选通第3条输出复用线条输出复用线的第的第2个时隙，其第个时隙，其第3个时隙可能选通个时隙可能选通第第1条输出复用线的第条输出复用线的第3个时隙，等等。个时隙，等等。因此，对应于一定出入线的交叉点因此，对应于一定出入线的交叉点是按一定时隙做高速启闭的。从这个是按一定时隙做高速启闭的。从这个角度看，空分接线器是以时分方式工角度看，空分接线器是以时分方式工作的。各个交叉点在哪些时隙应闭合，作的。各个交叉点在哪些时隙

23、应闭合，在哪些时隙应断开，是由在哪些时隙应断开，是由CM控制的，控制的，CM起同步作用。起同步作用。S接线器按受控性不同，也有两种接线器按受控性不同，也有两种类型：输出控制型和输入控制型。类型：输出控制型和输入控制型。 输出控制型表示输出控制型表示CMCM控制输出线上的控制输出线上的全部交叉接点。有多少条输出线，就全部交叉接点。有多少条输出线，就有多少个控制器存储器有多少个控制器存储器CMCM。各个。各个CMCM中中存储单元内容为输入线的号码存储单元内容为输入线的号码 。输入控制型表示输入控制型表示CMCM控制输入线上的控制输入线上的全部交叉接点。有多少条输入线，就全部交叉接点。有多少条输入线

24、，就有多少个控制器存储器有多少个控制器存储器CMCM。各个。各个CMCM中中存储单元内容为输出线的号码存储单元内容为输出线的号码 。HW入iHW出j空分接线器的工作原理空分接线器的工作原理对应于每条入线都配有一个控制存储对应于每条入线都配有一个控制存储器。由于它要控制入线上每个时隙接通器。由于它要控制入线上每个时隙接通到哪一条出线上，所以控制存储器的容到哪一条出线上，所以控制存储器的容量等于每条复用线上的时隙数，而每个量等于每条复用线上的时隙数，而每个单元的位数则决定于选择输出线的地址单元的位数则决定于选择输出线的地址码位数。例如，每条复用线上有码位数。例如，每条复用线上有512个个时隙，交叉

25、点矩阵是时隙，交叉点矩阵是3232，则要配有，则要配有32个控制存储器，个控制存储器，每个控制存储器有每个控制存储器有512512个单元，每个单元，每个单元有个单元有5 5位，可选择位，可选择3232条出线。条出线。控制存储器也可以按输出线设置，控制存储器也可以按输出线设置，即每一条输出复用线用一个控制存储即每一条输出复用线用一个控制存储器控制该输出复用线上各个时隙依次器控制该输出复用线上各个时隙依次与哪些输入复用线接通。与哪些输入复用线接通。（3）TST数字交换网络数字交换网络在大型程控交换机中，要求数字交在大型程控交换机中，要求数字交换网络的容量较大，需将换网络的容量较大，需将T接线器与接

26、线器与S接线器按一定规律组合起来方能实现。接线器按一定规律组合起来方能实现。目前应用较多的是目前应用较多的是TST网络，网络，TST是三是三级交换网络，两侧为级交换网络，两侧为T接线器（简称接线器（简称TA和和TB），中间一级为），中间一级为S接线器，接线器，S级的级的出入线数决定于两侧出入线数决定于两侧T接线器数量。接线器数量。除了三级网络结构外，还存在多级除了三级网络结构外，还存在多级网络结构。例如，网络结构。例如，TSSTTSST结构的四级网络；结构的四级网络；TSSSTTSSST和和SSTSSSSTSS等结构的五级网络以及具等结构的五级网络以及具有有TSSSSTTSSSST结构的六级网

27、络等。结构的六级网络等。3 3、数字程控交换机的组成、数字程控交换机的组成数字程控交换机包括硬件和软件两数字程控交换机包括硬件和软件两大部分组成。其基本结构如图大部分组成。其基本结构如图4-164-16所示。所示。数字程控交换机的硬件包括话路系数字程控交换机的硬件包括话路系统和控制系统两部分，软件部分主要是统和控制系统两部分，软件部分主要是指存放在存储器中的数据和程序。其话指存放在存储器中的数据和程序。其话路系统有用户集线器、远端用户集线器、路系统有用户集线器、远端用户集线器、数字选组级和各种中继器，控制系统由数字选组级和各种中继器，控制系统由各个微处理机和交换程序模块组成。除各个微处理机和交

28、换程序模块组成。除此之外还有产生各种信令，辅助建立接此之外还有产生各种信令，辅助建立接续通路的信令设备。续通路的信令设备。图图4-16 4-16 数字程控交换机基本结构数字程控交换机基本结构图中各部分的基本功能如下：图中各部分的基本功能如下：（1 1）话路系统）话路系统用户电路用户电路数字交换机为每一个用户配备一个数字交换机为每一个用户配备一个用户电路，其功能的英文第一个字母用户电路，其功能的英文第一个字母拼凑起来称为拼凑起来称为BORSCHTBORSCHT功能。各个字母功能。各个字母所表示的功能为：所表示的功能为：B B向用户话机馈电。馈电电压向用户话机馈电。馈电电压在在我国规定为我国规定为

29、-60V-60V，国外设备多为，国外设备多为-48V-48V。O O过压保护。防止高压进入数字过压保护。防止高压进入数字交换网络，使用户内线电压保持在规定交换网络，使用户内线电压保持在规定数值。数值。R R振铃控制。在用户电路配置振振铃控制。在用户电路配置振铃继电器，控制铃流回路的通断。铃继电器，控制铃流回路的通断。S S监视。通过监视用户线回路的监视。通过监视用户线回路的通断状态检测用户摘挂机、拨号等状通断状态检测用户摘挂机、拨号等状态。态。H H二线四线转换：用户线为二线四线转换：用户线为二线，收发共用。信号经过用户电路以二线，收发共用。信号经过用户电路以后，发送方向为二线，接收方向也为二

30、后，发送方向为二线，接收方向也为二线，合起来为四线。二线四线的转换线，合起来为四线。二线四线的转换功能由用户电路完成。功能由用户电路完成。T T测试用户线和用户电路。测试用户线和用户电路。用户集线器用户集线器交换机的用户数量很大，但每个用交换机的用户数量很大，但每个用户的话务量不高，通过用户集线器可以户的话务量不高，通过用户集线器可以将将一群用户集中起来，通过较少的线一群用户集中起来，通过较少的线路接到数字交换网络，以提高内部通路路接到数字交换网络，以提高内部通路的利用率。的利用率。数字交换网络数字交换网络提供话路系统的接续功能。提供话路系统的接续功能。中继器中继器中继器是数字交换机为适应周围

31、环中继器是数字交换机为适应周围环境而设置的接口设备，分为模拟中继器境而设置的接口设备，分为模拟中继器和数字中继器两种类型。和数字中继器两种类型。 模拟中继器在数字交换机与模拟中模拟中继器在数字交换机与模拟中继线之间完成适配作用，它一端接到数继线之间完成适配作用，它一端接到数字交换网络，另一端接到模拟中继线，字交换网络，另一端接到模拟中继线，因此模拟中继器的输入、输出信号形式因此模拟中继器的输入、输出信号形式完全不同（一端是数字信号，另一端是完全不同（一端是数字信号，另一端是模拟信号）。数字中继器是数字交换机模拟信号）。数字中继器是数字交换机与数字中继线之间的接口设备，所以它与数字中继线之间的接

32、口设备，所以它的输入、输出都是数字信号。数字中继的输入、输出都是数字信号。数字中继器连接其他数字交换机或远端用户集线器连接其他数字交换机或远端用户集线器，用来解决信号传输、同步及信令配器，用来解决信号传输、同步及信令配合等连接问题。合等连接问题。 （2）控制系统）控制系统控制系统对话路系统施加控制，以控制系统对话路系统施加控制，以便完成通话接续。控制软件一般采用分便完成通话接续。控制软件一般采用分层模块化结构，从功能角度划分为操作层模块化结构，从功能角度划分为操作系统、呼叫处理和维护管理系统、呼叫处理和维护管理3部分。部分。由微处理机组成的控制结构一般采由微处理机组成的控制结构一般采用多机分散

33、控制（分级分散控制或分布用多机分散控制（分级分散控制或分布式分散控制）。为了安全可靠，微处理式分散控制）。为了安全可靠，微处理机机及程序模块都需要一定方式的备份，及程序模块都需要一定方式的备份，微处理机的数量及分工取决于备用的微处理机的数量及分工取决于备用的配置方式。配置方式。（3 3）软件系统）软件系统数字程控交换机是存储程序控制的数字程控交换机是存储程序控制的交换机，即通过运行处理器中的程序交换机，即通过运行处理器中的程序来控制整个话路的接续。其软件系统来控制整个话路的接续。其软件系统从总体上可分为运行软件和支持软件从总体上可分为运行软件和支持软件两大部分。两大部分。运行软件系统是指运行呼

34、叫处理、运行软件系统是指运行呼叫处理、管理和维护等工作所需的程序和数据，管理和维护等工作所需的程序和数据，是在线运行的。在线程序是交换机中运是在线运行的。在线程序是交换机中运行使用的、对交换系统各种业务进行处行使用的、对交换系统各种业务进行处理的软件总和。理的软件总和。支持软件（即支援软件）系统是在支持软件（即支援软件）系统是在编写和调试程序时为提高效率而使用的编写和调试程序时为提高效率而使用的程序，是脱机运行的，指编译程序、模程序，是脱机运行的，指编译程序、模拟程序和连接编辑程序等软件。拟程序和连接编辑程序等软件。除了上述功能要求外，对程控交换除了上述功能要求外，对程控交换机软件系统还有如下

35、特殊要求：运行机软件系统还有如下特殊要求：运行快、占存储空间小，以多道程序运行快、占存储空间小，以多道程序运行的方式工作，保证系统不中断，通用的方式工作，保证系统不中断，通用性能好。性能好。4 4、信令系统、信令系统所谓信令是指完成通信网的信号控所谓信令是指完成通信网的信号控制与接续过程的指令。在电话的自动制与接续过程的指令。在电话的自动接续过程中，必须有一套完整的信令接续过程中，必须有一套完整的信令系统，它在电话通信网中起着指挥、系统，它在电话通信网中起着指挥、联络、协调的作用，以确保整个通信联络、协调的作用，以确保整个通信网有条不紊地运转。网有条不紊地运转。要完成一次通信，必须首先与对方要

36、完成一次通信，必须首先与对方取得联系，如在电话网中，摘机信号取得联系，如在电话网中，摘机信号表示要求通信，拨号信号说明要求表示要求通信，拨号信号说明要求通信的对方是谁，挂机信号表示通信结通信的对方是谁，挂机信号表示通信结束等。要完成一次通信接续所需要的各束等。要完成一次通信接续所需要的各种信号就构成了通信网的信令系统，又种信号就构成了通信网的信令系统，又称信令网。称信令网。（1 1）信令的分类）信令的分类从图从图4-184-18可以看出，按信令信号工可以看出，按信令信号工作区域的不同，信令可分为用户线信作区域的不同，信令可分为用户线信令和局间信令两类。令和局间信令两类。用户线信令用户线信令用户

37、线信令是用户和交换机之间的用户线信令是用户和交换机之间的信号，它们在用户线上传输。用户线信号，它们在用户线上传输。用户线信令从功能上又可分为三种。信令从功能上又可分为三种。第一种是反映用户话机摘挂机状态第一种是反映用户话机摘挂机状态的状态信号，这类信号是直流信号，的状态信号，这类信号是直流信号，由摘挂机状态决定。用户挂机时，话由摘挂机状态决定。用户挂机时，话机和交换机之间的用户环路是断开的，机和交换机之间的用户环路是断开的，没有电流流过。用户摘机时，用户环没有电流流过。用户摘机时，用户环路闭合，有直流电流流过，即向话机路闭合，有直流电流流过，即向话机终端供电。终端供电。第二种是反映用户呼叫目的

38、的拨号第二种是反映用户呼叫目的的拨号信号，是由主叫用户拨号所决定的。信号，是由主叫用户拨号所决定的。 由于使用话机种类的不同，拨号信由于使用话机种类的不同，拨号信号形式有两种：号盘话机的拨号信号号形式有两种：号盘话机的拨号信号是直流脉冲信号；双音频按键话机的是直流脉冲信号；双音频按键话机的多频拨号信号是由两个频率组成的双多频拨号信号是由两个频率组成的双音多频信号。音多频信号。第三种是由交换局发给用户的表示第三种是由交换局发给用户的表示忙闲状态的铃流和忙音、拨号音等音忙闲状态的铃流和忙音、拨号音等音信号。它的信号形式是连续或是断续信号。它的信号形式是连续或是断续间隔不同的音频信号。间隔不同的音频

39、信号。局间信令局间信令局间信令是交换机和交换机之间的局间信令是交换机和交换机之间的信令，在局间中继线上传输，用来控制信令，在局间中继线上传输，用来控制呼叫接续和拆线。局间信令按功能可分呼叫接续和拆线。局间信令按功能可分为监视信令（线路信令）和选择信令为监视信令（线路信令）和选择信令（路由信令）。（路由信令）。监视信令也叫线路信令，它主要是监视信令也叫线路信令，它主要是用来监视和改变线路上呼叫的状态或条用来监视和改变线路上呼叫的状态或条件，以控制接续的进行。件，以控制接续的进行。 监视信令的主要功能包括：主叫摘监视信令的主要功能包括：主叫摘机占线、被叫应答、被叫挂机（后向拆机占线、被叫应答、被叫

40、挂机（后向拆线）和主叫挂机（前向拆线）等四种情线）和主叫挂机（前向拆线）等四种情况的识别检测，并相应地把线路状态从况的识别检测，并相应地把线路状态从空闲变为占用或反之。空闲变为占用或反之。选择信令又叫路由信令，是传送电选择信令又叫路由信令，是传送电话号码和控制接续的信号。它是和呼叫话号码和控制接续的信号。它是和呼叫建立过程有关的，是由主叫用户送出的建立过程有关的，是由主叫用户送出的被叫用户地址信息启动和控制，该地址被叫用户地址信息启动和控制，该地址信息的全部或者一部分需在交换局之间信息的全部或者一部分需在交换局之间传送传送 。除了地址信息之外，这类信。除了地址信息之外，这类信令还应包括使交换机

41、动作顺利进行的信令还应包括使交换机动作顺利进行的信号，如请求发码信号、号码收到信号及号，如请求发码信号、号码收到信号及证实信号等。证实信号等。局间信令按信令技术或信令的传输局间信令按信令技术或信令的传输方式又可分为随路信令方式和共路信令方式又可分为随路信令方式和共路信令方式两种。方式两种。随路信令是使用话音信道传送各种随路信令是使用话音信道传送各种信令。信令。共路信令方式将信令和话音分开，共路信令方式将信令和话音分开，信令在一条专用的数据链路上传送，所信令在一条专用的数据链路上传送，所以是一种公共信道信令方式。以是一种公共信道信令方式。（2）No.7号信令网号信令网先介绍几个基本概念。先介绍几

42、个基本概念。信令点（信令点（SP）：在信令网内，能）：在信令网内，能提供共路信令的节点，是信令消息的源提供共路信令的节点，是信令消息的源点或目的地点。点或目的地点。信令链路：连接各个信令点、传信令链路：连接各个信令点、传送信令消息的物理链路。可以是数字通送信令消息的物理链路。可以是数字通路或高质量的模拟通路；可以是有线的路或高质量的模拟通路；可以是有线的或无线的传输媒体。或无线的传输媒体。信令转接点（信令转接点（STPSTP）：如果某个信）：如果某个信令点既不是信令消息的源点，也不是消令点既不是信令消息的源点，也不是消息的目的地点，它的作用只是把从一条息的目的地点，它的作用只是把从一条信令链路

43、收到的信令消息转发到另一条信令链路收到的信令消息转发到另一条信令链路，则称这种信令点为信令转接信令链路，则称这种信令点为信令转接点。点。下面讨论信令系统的组成与网络结下面讨论信令系统的组成与网络结构构信令系统由信令点（信令系统由信令点（SPSP）、信令转）、信令转接点（接点（STPSTP）和连接它们的信令链路组）和连接它们的信令链路组成，成，是专门用于传送信令的网络，是电是专门用于传送信令的网络，是电话网的支撑网。话网的支撑网。No.7No.7号信令具有以下号信令具有以下四大功能：四大功能：第一，电话网的局间信令完成本地、第一，电话网的局间信令完成本地、长途和国际网的自动、半自动电话接续；长途

44、和国际网的自动、半自动电话接续；第二，电路交换的数据网局间信令完第二，电路交换的数据网局间信令完成本地、长途网和国际网的自动数据接成本地、长途网和国际网的自动数据接续；续；第三，第三，ISDNISDN网的局间信令完成本地网的局间信令完成本地网、长途网和国际网各种电话和非话网、长途网和国际网各种电话和非话业务的各种接续；业务的各种接续；第四，智能网信令可以传送与电路第四，智能网信令可以传送与电路无关的各种信令信息，完成信令业务无关的各种信令信息，完成信令业务点（点（SSPSSP）和业务控制点（）和业务控制点（SCPSCP）间的）间的对话，开放各种用户补充业务。对话，开放各种用户补充业务。 无级信

45、令网是指未引入信令转接点无级信令网是指未引入信令转接点的信令网。信令点间采用直联方式工作。的信令网。信令点间采用直联方式工作。从对信令网的基本要求来看，信令网中从对信令网的基本要求来看，信令网中每个信令点或信令转接点的信令路由尽每个信令点或信令转接点的信令路由尽可能多，信令接续中所经过的信令点和可能多，信令接续中所经过的信令点和信令转接点的数量尽可能少。信令转接点的数量尽可能少。分级信令网是使用信令转接点的信分级信令网是使用信令转接点的信令网。分级信令网按等级划分又可划分令网。分级信令网按等级划分又可划分为二级信令网和三级信令网。为二级信令网和三级信令网。 三级信令网是由两级信令转接点，三级信

46、令网是由两级信令转接点， 即高级信令转接点（即高级信令转接点（HSTPHSTP）、低级信）、低级信令转接点（令转接点（LSTPLSTP） 和和SPSP构成。构成。 二级信令网与三级信令网比较，具二级信令网与三级信令网比较，具有经过信令转接点少和信令传递时延短有经过信令转接点少和信令传递时延短的优点，通常在信令网容量可以满足要的优点，通常在信令网容量可以满足要求的条件下，都是采用二级信令网。但求的条件下，都是采用二级信令网。但是对信令网容量要求大的国家，应使用是对信令网容量要求大的国家，应使用三级信令网。三级信令网。4.2.4 4.2.4 多速率电路交换和快速电路交换多速率电路交换和快速电路交换

47、1、多速率电路交换、多速率电路交换电路交换建立的连接通路通常只有电路交换建立的连接通路通常只有一种传输速率，例如一种传输速率，例如64Kbit/s。为了适。为了适应多种业务的需要，例如较高带宽的业应多种业务的需要，例如较高带宽的业务，可以采用多速率电路交换，也就是务，可以采用多速率电路交换，也就是将几条连接捆绑起来供用户使用。将几条连接捆绑起来供用户使用。虽然多速率电路交换可以根据业务需虽然多速率电路交换可以根据业务需要提供不同的带宽，但是其速率类型极其要提供不同的带宽，但是其速率类型极其有限，仅限于某个基本速率（例如有限，仅限于某个基本速率（例如8Kbit/s8Kbit/s）的整数倍，无法满

48、足业务多样）的整数倍，无法满足业务多样性的需要，而且交换机的实现比较复杂，性的需要，而且交换机的实现比较复杂，成本将显著增加，因而并没有得到实际应成本将显著增加，因而并没有得到实际应用。用。2 2、快速电路交换、快速电路交换为了克服电路交换固定分配带宽的缺为了克服电路交换固定分配带宽的缺点，改善对不同业务需求的适应性，在点，改善对不同业务需求的适应性，在19821982年人们年人们提出了快速电路交换提出了快速电路交换技术，其基本思想是只在信息要求传送技术，其基本思想是只在信息要求传送时才分配带宽和有关资源。在呼叫建立时才分配带宽和有关资源。在呼叫建立时，要求通路上的交换节点分配并时，要求通路上

49、的交换节点分配并“记记忆忆”所需的带宽和去向，但并不占用该所需的带宽和去向，但并不占用该带宽，称为逻辑连接。当用户发送信息带宽，称为逻辑连接。当用户发送信息时，交换机才通过呼叫标识确定并激活时，交换机才通过呼叫标识确定并激活该逻辑连接，形成物理连接。该逻辑连接，形成物理连接。虽然快速电路交换提高了带宽利用虽然快速电路交换提高了带宽利用率，但控制复杂，时延和呼损比通常的率，但控制复杂，时延和呼损比通常的电路交换大，灵活性又比不上下面所述电路交换大，灵活性又比不上下面所述的存储转发交换方式，因此也未得到的存储转发交换方式，因此也未得到实际应用。实际应用。4.3 4.3 存储转发交换存储转发交换由于

50、电路交换的资源利用率低，不由于电路交换的资源利用率低，不同类型的用户间不能直接互通，灵活同类型的用户间不能直接互通，灵活性差，所以又发展了存储转发交换性差，所以又发展了存储转发交换方式。存储转发交换分为报文交换方式。存储转发交换分为报文交换和分组交换。下面分别加以讨论。和分组交换。下面分别加以讨论。4.3.1 4.3.1 报文交换报文交换报文交换的基本思想就是报文交换的基本思想就是“存储存储转发转发”。当用户的报文到达交换机。当用户的报文到达交换机时，先将报文存储在交换机的存储器时，先将报文存储在交换机的存储器中中（内存或外存），当所需要的输出（内存或外存），当所需要的输出电路有空闲时，再将该

51、报文发向接收电路有空闲时，再将该报文发向接收交换机或用户终端。交换机或用户终端。在报文交换方式中是以报文为单位在报文交换方式中是以报文为单位接收、存储和转发信息。为了准确地接收、存储和转发信息。为了准确地实现转发报文，一份报文应包括以下实现转发报文，一份报文应包括以下三个部分：三个部分： （1 1）报头或标题。它包括发信站）报头或标题。它包括发信站地址、终点收信地址和其他辅助控制地址、终点收信地址和其他辅助控制信息等。（信息等。（2 2）报文正文。传输用户信）报文正文。传输用户信息。（息。（3 3）报尾。表示报文的结束标志，）报尾。表示报文的结束标志，若报文长度有规定，则可省去此标志。若报文长

52、度有规定，则可省去此标志。4.4 ATM4.4 ATM交换交换 4.4.1 ATM4.4.1 ATM的基本概念的基本概念1 1、ATMATM交换的产生背景交换的产生背景2020世纪世纪8080年代以来，世界各国都对年代以来，世界各国都对以电话网为基础的窄带综合业务数字网以电话网为基础的窄带综合业务数字网(Narrow ISDN(Narrow ISDN，N-ISDN)N-ISDN)的研究和实现的研究和实现付出了很大的热情和努力，目前付出了很大的热情和努力，目前N-ISDNN-ISDN已进入了实用化阶段。已进入了实用化阶段。N-ISDNN-ISDN又称又称“一一线通线通”，它采用数字传输和数字交换

53、，它采用数字传输和数字交换技术，利用现有的电话网将电话、技术，利用现有的电话网将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一传真、数据、图像等多种业务综合在一起进行传输和处理，实现了端到端的数起进行传输和处理，实现了端到端的数字连接。尽管字连接。尽管N-ISDNN-ISDN具有相当的经济意具有相当的经济意义和实用价值，但是，义和实用价值，但是，N-ISDNN-ISDN没有收到没有收到人们所预期的效果，究其原因主要有：人们所预期的效果，究其原因主要有： 传送速率低：传送速率低：N-ISDNN-ISDN只有处理只有处理1.51.52Mb/s2Mb/s以内速率的业务能力，很难以内速率的业务能力，很难利用

54、它进行图像通信，实现通信可视化利用它进行图像通信，实现通信可视化业务综合能力差：业务综合能力差：N-ISDNN-ISDN虽然也虽然也综合了分组交换，但这种综合仅在用户综合了分组交换，但这种综合仅在用户入网接口上实现，在网络内部仍由分开入网接口上实现，在网络内部仍由分开的电路交换和分组交换实体来提供不同的电路交换和分组交换实体来提供不同的业务服务，未能达到真正的业务综合。的业务服务，未能达到真正的业务综合。对未来导入新业务的适应性差：对未来导入新业务的适应性差：N-ISDNN-ISDN对于高于对于高于64kb/s64kb/s的传输速率只的传输速率只支持电路交换模式，这种模式在收发端支持电路交换模

55、式，这种模式在收发端之间提供传输速率固定的信道，并且它之间提供传输速率固定的信道，并且它的速率只能取有限几个特定的数值，这的速率只能取有限几个特定的数值，这就就给各种不同速率新业务的导入增加给各种不同速率新业务的导入增加了困难。了困难。为了克服为了克服N-ISDNN-ISDN的局限性，人们从的局限性，人们从2020世纪世纪8080年代初就开始寻找一种更新的年代初就开始寻找一种更新的网络，这种网络应能够提供高于网络，这种网络应能够提供高于2Mb/s2Mb/s速率的传输通道；能够适应全部现有的速率的传输通道；能够适应全部现有的和将来可能的业务，从速率最低的遥控和将来可能的业务，从速率最低的遥控遥测

56、遥测( (几个几个bit/s)bit/s)到高清晰度电视到高清晰度电视HDTV(100HDTV(100150Mb/s)150Mb/s)都应能以同样的方都应能以同样的方式在网络中传送和交换，共享网络资源。式在网络中传送和交换，共享网络资源。以以ATMATM为核心技术的宽带网就是为核心技术的宽带网就是这样的一种网络。这样的一种网络。2020世纪世纪8080年代中年代中后期，人们对后期，人们对ATMATM方式做了大量实验，方式做了大量实验，建立了很多交换模型。当时美国称这种建立了很多交换模型。当时美国称这种技术为快速分组交换技术为快速分组交换(Fast Packet (Fast Packet Swi

57、tchingSwitching，FPS)FPS)，而欧洲则称这种技，而欧洲则称这种技术为异步时分复用术为异步时分复用(Asynchronous Time (Asynchronous Time Division multiplexDivision multiplex，ATD)ATD)。19881988年，年，ITU-TITU-T在蓝皮书中正式将这种技术定名在蓝皮书中正式将这种技术定名为异步转移模式为异步转移模式(ATM)(ATM)，并确定为宽带，并确定为宽带综合业务数字网（综合业务数字网（B-ISDNB-ISDN）的信息交换）的信息交换传送方式。传送方式。ATM是异步转移模式是异步转移模式（As

58、ynchronous Transfer Mode）的英文缩写，是在分组交换技术上发展的英文缩写，是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换技术，被认为是目起来的快速分组交换技术，被认为是目前已知的一种最适合于宽带综合业务数前已知的一种最适合于宽带综合业务数字网（字网（B-ISDN）的交换方式。）的交换方式。ATM交换可以说是快速分组交换和交换可以说是快速分组交换和快速电路交换的结合。首先它是一种快快速电路交换的结合。首先它是一种快速分组交换技术，但是和帧中继不同的速分组交换技术，但是和帧中继不同的是是帧中继的帧长是可变的，帧中继的帧长是可变的，ATMATM交换交换的数据单元长度是固定的，称为信元

59、的数据单元长度是固定的，称为信元（cell)cell)。实际上信元就是长度固定为。实际上信元就是长度固定为5353个字节的短分组，其中开头个字节的短分组，其中开头5 5个字节个字节称为信头（称为信头（header)header)，放置信元本身的，放置信元本身的控制信息。其余控制信息。其余4848个字节称为净荷个字节称为净荷 (payload)(payload)，即用户需传送的具体信息，即用户需传送的具体信息，信息类型可以是语音、视频、数据、信息类型可以是语音、视频、数据、文本等任意形式，也就是说，信元是文本等任意形式，也就是说，信元是所有媒体信息的统一载体。所有媒体信息的统一载体。 短信元可以

60、降低交换节点内部的缓短信元可以降低交换节点内部的缓冲器开销，减小排队时延和时延抖动，冲器开销，减小排队时延和时延抖动，提高传送性能；固定长度的信元则可以提高传送性能；固定长度的信元则可以简化交换控制和缓冲器管理，可用硬件简化交换控制和缓冲器管理，可用硬件完成分组交换，以实现高速交换。从分完成分组交换，以实现高速交换。从分组交换的角度看，组交换的角度看，ATM交换是信元中交换是信元中继，属于虚电路交换方式，在传送信息继，属于虚电路交换方式，在传送信息之前必须先建立虚连接。之前必须先建立虚连接。其次，其次，ATMATM交换是一种快速电路交换交换是一种快速电路交换技术，和数字通信系统中的时分电路交技