课件通信基础chapt

1、信息交换基本概念几种主要的数字交换技术15.1 信息交换的基本概念交换概念交换的必要性通信的目的是实现信息的传递。一个能传递信息的通信系统至少应该由终端和传输媒介组成，如图5.1所示。图5.1最简单的“点对点通信”示意图2终端传输媒介终端通信是通过声能与电能相互转换、并利用“电”媒介来传输语言的一种通信技术。全互连式：当两个用户要进行通话，最简单的形式就是将两部机用一对线路连接起来。如果n个用户终端之间都采用全互连式连接，需要的总线对数为n*(n-1)/2条。5个用户的全互连方式3交换设备连接方式：在用户密集的中心安装一个交换设备，把每个用户的机或其他终端设备都用各自的线路连接在这个设机仅需要

2、N条电路。备上。N部交换设备连接方式交换设备是通信网的重要组成部分，它能完成任意两用户之间交换信息的任务。交换技术的发展与通信网的发展是分不开的，交换技端业务、传输技术必须相适应。4交换机的功能：用户摘机呼出时，交换机音，提示用户拨号。发现，并能送出应答信号-拨号用户拨出被叫号码，交换机应能正确接收。交换机根据所接收的号码，进行分析：若占线，则向回叫用户送忙音；若空闲，则向被叫用户发出音。信号，向主叫用户送出回铃在期间，一旦发现被叫用户应答（摘机），就切断信号，建立主、被叫用户的通话连接。用户通话期间，交换机对用户进行监视，一旦发现任何一方挂机，就拆除连接。52交换技术的发展交换技术是以人工交

3、换为开端的，从1878年在格州纽好恩（Newhaven Connecticut）建成第一个人工交换局至今的120余，交换技术的发展经历四个重要阶段第一个阶段是人工交换阶段。第二阶段 是机电式自动交换阶段。1890年人A.B.（Almon B. Strowger）发明了步进制换步入了自动化阶段。第三个阶段 是电子式自动交换阶段。 计算机技术被应用于交交换机，从此，交换机的控制系统中，出现了程序控制（简称）交换机。第四个阶段 是信息包交换发展阶段。随着各类非话业务的发展，对交换提出了新要求，不仅要求以交换为代表的电路交换，还需要更适合非话业务的信息包交换，如分组交换、ATM交换等。65.1.2 交

4、换方式分类1. 布控和布控和交换是交换设备控制部分两种不同的实现方法。布控是布线逻辑控制的简称，是程序控制的简称。（1）布线逻辑控制（WLC：Wired Logical Control）交换机。所谓布控，是指将交换机各控制按逻辑要求设计好，并用电路板布线的方法将各元器件固定连接好，具有一定的逻辑操作功能，在外来信号作用下，交换机的各项功能即能实现的一种控制方法。这种交换机的控制布控交换机具有下列特点：做成后不好修改，灵活性很小。控制设备电路复杂，电路设计麻烦；当用户和网络发生变化时，或者开放新业务时，必须更改布线或电路，增加新设备而且太不方便； 3）控制设备动作速度慢，对元器件要求低；4）交换

5、机容量不大时比较经济；5）相对交换机来说，操作易于掌握。7(2)，是程序控制（SPC：Stored Program Control）交换机。所谓程序控制的简称，交换是一种用计算机控制的交换技术，它将对交换机话路设备的控制功能预先编制好程序存到器中，然后用计算机启动运行程序，再通过接口电路控制交换机话路设备接续。交换机具在以下特点：1）灵活性大，适应性强。环境、性能要求和各种变化。方式能适应通信网的各种网络能方便地提供各种新业务。便于采用公共信道信令系统。公共信道信令是在与话路完全分开的信令数据链集中大量的传送，传输速度快，信息容量大，且便于信令的控制与管理。4）易于实现自动化和集中化。5）便于

6、管理。6）可靠性高，体积小，重量轻，减少机房面积。82. 模拟交换和数字交换模拟和数字反映了交换接续的两种不同实现方法。所谓模拟方式，是指通过交换机交换接续的是模拟信号。所谓数字方式，是指通过交换机交换接续的是数字信号。93. 空分交换和时分交换空分和时分是交换网络的两种不同的实现方式。空分是指空间分隔，时分是指时间复用。空分交换由空分交换网络来实现。不同通话话路是通过空间位置的不同来进行分隔的，即在空间位置上实现的一种交换方式。时分交换是指对时分复用的信号进行交换。时分复用通常采用脉冲编码调制(PCM)。104. 电交换与光交换电交换与光交换反映交换的信息载体两种不同的形式。电交换是指对电信

7、号进行的交换，即交换的信息载体是电流或电压形式的电信号。光交换是对光信号直接进行的交换，它不需将光缆送来的光信号先变成电信号，经过交换后再复原为光信号。由于被交换的信息载体从电变成了光，从而使光交换具有宽带特性，且不受电磁干扰。光交换系统被认为是可以适应高速宽带通信业务的新一代交换系统。11信息交换的常用术语交换网络与接线器交换网络又称为接续网络，它可由一个或多个接线器组成。一台交换机通常由交换网络、接口、控制系统三部分组成。交换网络的任务是实现各入线与出线上信号的传递或接续。交换机用户线至终端交换网络接中继线口至交换机 控制系统 12接口的作用是将来自不同终端或其他交换机的各种传输信号转换成

8、的交换机工作信号，并按信号的性质分别将信令传送给控制系统，将消息传送给交换网络。交换网络的任务是实现各入线与出线上信号的传递或接续。控制系统负责处理信令，按信令的要求控制交换网络以完成接续，通过接口发送必要的信令，协调交换机的工作。交换机用户线至终端交换网络接中继线口至交换机 控制系统 13接线器可看作是一个有M条入线和N条出线的网络，它有MN个交叉接点，每个接点都可在控制系统的控制下接通或断开，接线器的作用是根据需要使某一入线与某一出线接通。例如，在图5.4中，当希望将1号用户线与1号中继线接通时，只需将网络交点(交叉接点)a接通。入线 接线器 出线 1 中继 2 通路112345a3 通路

9、24 信号音5 收号器bcdfge图5.4 交叉接点式接线器原理示意图142. 集中控制与分散控制如果m项功能，每交换机的控制部分由n台处理机组成，它实现能由一个程序来提供，系统有r个资源。当每一台处理机均能控制全部资源，也能执行所有功能，则这种控制方式就称为集中控制；如果每台处理机只能控制部分资源，执行交换机的部分功能，那这个控制系统就是分散控制。15集中控制优点是处理机对整个交换系统的状态能全面了解，处理机能控制所有资源。缺点是它的包括所有的功能，规模很大，系统管理相当困难，同时系统相当脆弱。分散控制优点是每台处理机只处理系统部分资源，没有集中控制复杂，规模较小，系统可靠性高。缺点是：控制

10、系统不了解所有资源，不能对资源和功能进行最佳分配。163. 电路交换和分组交换交换方式可分为电路交换与信息交换两大类，这两大类还可以进一步细分如图5.4所示。空分交换电路交换时分交换交换报文交换数据报分组交换信息交换虚电路基于ATM帧中继基于D链路规程快速分组交换基于ATM信元中继基于SMDS图5.4 交换方式分类17电路交换电路交换是一种实时的交互式交换，包括呼叫建立、信息传送和连接三个阶段。电路交换的特点：在通信开始时要首先建立连接；接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有信息传送，该电路也不能被其它连接使用，电路利用率低；通话结束后，电路，其它用户才能占用。这一工作方式也称为

11、同步时分复用。18分组交换分组交换采用转发交换方式，把传送的信息分成很多小段（分组），并在每段信息前都附加一个标志码（分组头），用以标志其属于哪一路信号。在许多情况下，多个这样的单路信号共用一个标志化信道，信道可以按照需要动态地、灵活地分配给各单路信号。分组交换主要为数据通信而设计，不适应实时性要求较强的话音业务和电视图像业务。这一工作方式也称为异步时分复用或统计时分复用。194. 静态路由与动态路由交换网络通过使用路由表或路由目录在用户之间发送信息。路由选择的任务就是根据确定的输入端与输出端在交换网络上的位置，选择一条空闲的、逐段连接的路由。路由选择分为静态和动态路由选择：静态路由选择是指用

12、户使用网络上的固定路由，路由在通话中保持不变。动态路由选择是针对每次通话连接及通信期间，用户可以改变连接链路，动态地使用链路资源。与两个终端用户有关的分组可能采取不同的路由通过网络。采用动态路由时，网络或最终用户负责在接收点重新组装分组。205.2 几种主要的数字交换技术1. 数字交换原理(1) 数字交换和数字交换网络交换也称时隙交换，所以在数字交换机中实现的数字交换实际上就是对数字话音信号进行时隙交换。时隙交换通过数字交换网络完成 ,在具体实现时应具备以下两种基本功能：在一条PCM复用线上进行不同时隙交换功能；在复用线之间进行同一时隙的空间交换功能。21TSjTSiPCM 入PCM 出图5.

13、5同一复用线的时隙交换概念TSiTSj1234B1数交网字换络23TSiTSjA4图5.6 多复用线（4条）时隙交换示意图22BAA数字交换网络A接线器数字交换网络的基本功能可归纳为实现时隙交换和空间交换。称为时间（T）接线器，实现实现时隙交换功能的空间交换功能的线器的适当组合就称为空间（S）接线器，T接线器与S接了数字交换网络。小容量的数字交换机可仅由T接线器网络。单级数字交换S接线器不具有时隙交换功能，所以不能仅由S接线器数字交换网络，但通过S接线器可以扩大交换范围，增大容量。数字交换网络的两种基本结构:TST型和STS型。目前大容量数字交换机的数字交换网络通常都采用TST型。231)T接

14、线器（Time Switch）T接线器实现时隙交换的原理是利用写入与读出时间（时隙）的不同，即在输入时隙写入，而在其他时隙（通话另一用户占用时隙）读出来完成时隙交换。T接线器由信息器（IM）和控制器（CM）组成。TS30TS2信息0器信息器IM暂存信息码方式：控制器12TS2TS30012顺序写入，控制读出（顺入控出）。控制写入，顺序读出（控入顺出）；293031293031控制器CM用于暂存信码时隙W时钟的地址，又称为地址器。WR控制信号W: 写入R: 读出控制写入，顺序读出(a) 顺入控出型图5.9 T接线器的组成和工作原2理430R2例：设输入信码在TS30上，要求经过T接线器以后交换到

15、TS2上去，然后输出至下一级。TS30TS2TS30TS2信息器信息器012012控制器控制器TSTSTS30TS2230012012293031293031293031293031WR时钟时钟WRR时钟W时钟控制信号W: 写入R: 读出控制信号(a) 顺入控出型(b) 控入顺出型图5.9 T接线器的组成和工作原理2530W230R22) S接线器（Spawitch）其作用是完成不同复用线间的时隙交换，主要由电子交叉点矩阵器（CM）组成。和控制图5.9表示出22的交叉接点矩阵，TS14TS11001PCM0PCM0它有2条输入复用线和2条输出复用线。TS1TS14PCM1PCM1控制方式：输入

16、控制方式；输出控制方式。011431CM0CM1(a) 输入控制方式图5.10 S接线器的组成和工作原理示意图2610输入控制方式：按输入复用线来配置和管理CM。每一条输入复用线有一个CM，由这个CM来决定该输入PCM线上各时隙的信码要交换到哪一条输出PCM复用线上去。TS1TS141001PCM0PCM0TS1TS14例：设输入PCM 的TS 中的信码01PCM1PCM1要交换到输出PCM1中去。011431CM0CM1(a) 输入控制方式图5.10 S接线器的组成和工作原理示意图2710输出控制方式：按输出复用线来配置和管理CM。每一条输出复用线有一个CM，由这个CM来决定哪条输入PCM线

17、上哪个时隙的信码要交换到这条输出PCM复用线上来。TS1TS141001PCM0PCM0TS1TS14PCM1PCM1S接线器能完成不同的PCM复用线之间的信码交换，但是在交换中其信码所在的时隙不变，即它只能完成同时隙位置内的信码交换。0114S接线器在数字交换网络中不单独使用。31CM1CM0(b) 输出控制方式图5.9 S接线器的组成和工作原理示意图28013) TST交换网络。TST是三级交换网络，两侧为T接线器，中间一级为S接线器，S级的出入线数决定于两侧T接线器数量。TATB（输入控制）（输出控制）CMACMBTS2 BTS2S（输入控制）02AB227HWHW112331IMBIM

18、AIMATS7TS23IMBA1B122HW2HW2TSTS237B3A307TS31IMBTS31 IMACMBCMB3ABHWHW3323317131 A31B233112CMC32931A22数字用户打交换呼叫处理与控制的过程是：主叫摘机，拨被叫号码，被叫应答，开始，话毕。对应于用户的这些操作，交换机应按顺序完成下列动作：送出拨号音；接收拨号；拨号数字分析；呼叫被叫用户；被叫应答；切断。以上就是交换机基本的呼叫接续过程。30用户线中继线用户线被叫主叫摘机拨号音拨号信号占用被叫号码应答摘机通话话终拆线用户线信令用户线信令局间信令本局呼叫基本过程31交换机交换机3. 数字（1）交换机交换机交

19、换机由硬件和两大部分组成，其中，硬件主要分为话路系统和控制系统。其典型结构如图5.13所示。图5.13数字交换机的系统结构32交换机硬件各部分的基本功能如下：1）数字交换网络：是整个交换机的话务处理中心，需要建立连接关系的其它话路设备都要连接到交换网络上，在主处理机的控制下，建立任意两个终端之间的连接。2) 用户模块。用户模块包括用户电路、用户集线器和用户处理机。用户电路(BORSCHT) ：B（馈电）、O（过电压保护）、R（控制）、S（监视）、C（编/译码和滤波）、H（混合电路）、T（测试）用户集线器：集中用户的话务量。远端模块：将用户级设备放到距离交换局较远的用户集中点。数字中继接口连接到

20、数字交换局。模拟中继接口连接到模拟交换局。信令设备用来提供局间信号和产生各种信号音。33(2) 数字交换系统可分为运行交换机的支援两大类。1) 运行又分为系统系统。运行应用是交换机运行中直接使用的程序，它。图5.15 运行系统的组成342) 支援系统支援系统大体上包括以下方面的：开发支援系统。 应用工程支援系统。加工支援系统。 交换局管理支援系统。 程序设计语言。355.2.2 分组交换技术1.概述分组交换的主要优点是：对用户终端的适应性强。信息传输时延相对报文交换减小。报文交换是以报文为的，报文携带有目标地址、转发的传输方式。源地址等信息，在交换结点采用3) 线路利用率高。分组交换传输实现了

21、线路的动态统计时分复用，在一条物理线了线路利用率。可以同时提供多条信息通路，提高可实现分组多路通信。可靠性高。经济性好。36分组交换的主要缺点是：信息传输效率较低。实现分组交换传输，由网络附加的传输控制信息较多，特别是对较长的报文来说，分组交换的传输效率不如电路交换高实现技术复杂。分组交换机要对各种类型的“分组”进行分析处理，所需实现设备比较复杂。372. 分组交换基本原理分组交换方式的工作过程是分组终端将用户要发送的数据信息分割成许多一定长度的数据段，每个数据段除了用户信息外，还另加上了一些必要的操作信息，如源地址、目的地址、用户数据段及差错控制信息等。所有这些信息按照规定的格式装配成一个数

22、据信息块，称之为“分组”。与发送端连接的分组交换机收到报文信息后，将其分成若干个分组存入器，并进行路由选择。(1) 分组的复用分组交换的基本是实现通信资源的共享。目前存在多种不同的多路复用方法，但从如何分配传输资源的角度，可以分成两类：一类是固定分配(预分配)资源法；另一类是动态分配资源法。38固定分配(预分配)资源法：在一对用户进行通信时，网络根据申请将传输资源在正式通信前预先固定地分配给该对用户。无论该对用户在通信开始后的某时刻是否使用这些资源，系统都不能再分配给其它用户。动态分配资源法：根据需要，当用户有数据要传输时才分配传输资源，而当用户暂停发送数据时，就将资源收回。这种根据用户实际需

23、要分配传输资源的方法也成为统计时分复用。39(2) 分组的格式在分组交换中，分组是交换和传输处理的对象，每个分组都带有控制信息和地址信息，使其可以在分组交换网内独立地传输，并以分组为进行流量控制、路由选择和差错控制等处理。另外，为了可靠地传输分组数据块，还在每个数据块上加上了高级数据链路控制(HDLC)的规程标识、帧校验序列，都以帧的形式在信道上传输，如图5.18所示。图5.18 分组格式40(3) 分组的传输在分组交换网中，对分组流的传输处理有两种方式：一是虚电路，二是数据报。1）虚电路方式。在虚电路方式中，发送分组前，先要建立一条逻辑连接，即为用户提供一条虚拟的电路，如图5.19所示。B24VC1A16CVC235图5.19 虚电路方式原理示意图412) 数据报方式。在数据报方式中，单独处理每个分组。如图5.20所示：B124A16C3235图5.20 数据报方式原理422313213) 分组的路由选择分组网最重要的特点之一是分组能够在网络中通过多条路径从源点到终点，而选择什么路径最合适就成了分组交换机必须决定和影响其特性。根据某种准则和方法选择确定传输路由，然后在传输过程中随时监测网络状况并根据网络的情况随时调整分组的路由，从而保证分组到达终点。43(4) 流量控制通过一定段使得在网中各个链的信息流量都保持在一定的上限值之下，这是因为：由于中继线路是统计时分复用的，所以必