：交换技术概述

1、第一章交换技术概述电话系统的基本组成设备是终端设备、传输设备、交换设备。最简单的终端设备是电话机，电话机的基本功能是完成声电转换和信令功能，将人的话音信号转换为交变的话音电流信号，并完成简单的信令功能。传输设备的功能是将电话机和交换机、交换机与交换机连接起来。常用的传输设备有电缆、光纤等。电话系统的核心是交换设备，交换机的基本功能是完成交换，即将不同的用户连接起来，以便完成通话。如果采用用户直接相连方式， 当用户数为N时，所需的互连线对数为 N（N-1） /2。如果引入交换机，每个用户只要接入到一个交换机，就能与世界上的任一用户通话。图1-1图1-1交换系统示意图一、交换机的发展过程电话交换是

2、伴随着电话通信的出现而同时产生的，随着电话通信技术的飞速发展，交换系统也经历着相应的变化和发展，归纳起来可分为四个时代：（一）人工交换机：这是最古老的交换机，这是依靠人 （话务员）完成主被叫用户间的接 续的。它可分为磁石式或共电式交换机两种。 现在这种交换机已被淘汰， 但这种人工接续方 式，在一些特殊场合还有应用。（二）步进制和旋转动作交换系统： 从人工交换机到自动交换系统的革命性变革最早是 由步进制交换系统完成的。步进制交换机是由电动机的转动带动选择器（又叫接线器）垂直和旋转的双重运动来实现主叫和被叫用户的接续的。（三）纵横制交换系统：该系统使用电磁力建立和保持接续。“纵横”是指它的选择器采

3、用交叉的“横棒”和“纵棒”选择接点。后期的选择器虽然使用了专门设计的电磁继电器 构成接线矩阵，但“纵横” 一词却一直被沿用下来。以区别于后来出现的步进制和纵横制电话交换系统通常又被称为机电式电话交换系统, 电子交换系统。以区别于后来出现的（四）电子交换系统：早期的电子交换系统， 只是使用电子元件如晶体管和集成器件代 替纵横制交换系统中的电磁继电器等体积大、耗电多的机电元件。但随着计算机技术在通信技术中的应用，交换技术开始了它的第二次革命性的变革。新一代的交换系统利用予先编制好的计算机的存储程序来控制整个交换系统的运行，以代替用布线方式连接起来的逻辑电路控制整个系统的运行，所以这种新型的交换系统

4、叫做存储程序控制交换系统（SPC）,简称程控交换系统。步进制、纵横制和程控交换系统都属于自动交换系统。一个自动交换系统由两个主要部分组成：话路系统和控制系统。前者用来建立交换系统的入端和出端之间的连接，而后者则对收到的信号进行译码并发布各种命令去控制交换网络。早期的程控交换机在话路系统方面与机电式交换机并无本质区别，它仍然使用了空间分割的话路交换网络，而所交换的信息也都是模拟信号，因而这一类交换机叫做模拟程控交换机。随着脉冲编码调制技术（PCM）得到应用。PCM传输系统的发展，促使程控交换向时间 分割的数字交换机发展，数字交换机所交换的信息是数字信号。所以这类交换机就称为数字程控交换机。二、交

5、换机的基本组成用户电话交换机的主要任务是实现用户间通话的接续。基本划分为两大部分： 话路设备和控制设备。话路设备主要包括各种接口电路 （如用户线接口和中继线接口电路等） 和交换 网络；控制设备在程控交换机中，包括中央处理器（ CPU）,存储器和输入/输出设备。程控 交换机基本构成如图1所示。程控交换机实质上是采用计算机进行“存储程序控制”的交换机，它将各种控制功能， 方法编成程序，存入存储器，利用对外部状态的扫描数据和存储程序来控制，管理整个交换 系统的工作。图1-2程控交换机结构图图1-2程控交换机结构图（一）交换网络交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令， 建立主叫

6、与被叫用户间的连接通路。 在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器， 在程控交换机中目前主 要采用由电子开关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。（二）用户电路用户电路的作用是实现各种用户线与交换网络之间的连接，通常又称为用户线接口电路（SLIC）。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换 机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路（ALC）及与数字话机，数据终端（或终端适配器）连接的数字用户线电路（三）出入中继器出入中继器是中继线与交换网络间的接口电路，用于交换机中继线的连接。它的功能和电路与所用的交换系统的制式及局间中继线信号方式有密

7、切的关系。对模拟中继接口单元（ATU）,其作用是实现模拟中继线与交换网络的接口，基本功能一般有：发送与接收表示 中继线状态（如示闲、占用、应答、释放等）的线路信号、转发与接收代表被叫号码的记发 器信号、向控制设备提供所接收的线路信号。（四）控制设备控制部分是程控交换机的核心，其主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储程序和各种命令，以控制相应硬件实现交换及管理功能。程控交换机控制设备的主体是微处理器，通常按其配置与控制工作方式的不同，可分为集中控制和分散控制两类。为了更好的适应软硬件模块化的要求，提高处理能力及增强系统的灵活性与可靠性，目前程控交换系统的分散控制程度日趋提高，已广泛

8、采用部分或完全分布式控制方式。三、交换信令的工作原理在交换机各部分之间或者交换机与用户、 交换机与交换机之间， 除传递话音、数据等信 息外，还必须传送各种专用的附加性质的控制信号， 以保证交换机协调动作， 完成用户呼叫 的处理、接续、控制与维护管理等功能。（一）信令的概述信令（signaling）是面向连接工作模式通信网络为实现源和目的端点之间准确而有效地互通信息，协调网络设备建立传信通路所必需的协议命令序列，是通信网中规范化的控制命令。信令是通信网的神经系统，信令技术是通信网的基本技术。信令的组成：包含源地址、目的地址、信令类别、设备状态和要完成的任务等信息。（二）信令的基本功能 TOC o

9、 1-5 h z 电话通信网把各种类型的电话机和交换机连成一个整体，为了完成全程全网的接续，必须在用户与交换机之间以及交换局与交换局之间传送一些接续、控制信息，以建立、维护、解除双方的通信关系。这些信息称为信令（信号）。在电话网中，信令是传递非话音的电信号，依靠它来实现电话网中通信电路的建立、释放、控制和维护。它是各交换局在完成呼叫接续过程中控制交换机产生动作所采用的一种“通 信语言”。用于协调动作、控制呼叫。王叫用户发瑞局H*对文梅机1导立蓬济茗息传寓 林放直接一1导立蓬济茗息传寓 林放直接一忆苣，进量导示后箝点.京片机示.闱占用代号u向选择好抬甲攀到.田耀由信号广榭口用户号码，R虻值年 扣

10、器信寄未培拦东信-孑）.度等信号应答拎帆I应答信号）4-1*复原理机i薛M居皆1.话号信号后向朦上信号丁前的转倍母（博知而鹿）A揖强证交倡导所纬后*不闱图1-3连接建立和释放信令流程图在连接建立和释放阶段，用户线和中继线中所传输的便是指导通信网络接续或拆线的信号。终端和本地交换机之间信号称为终端信令或用户一网络信号（用户线信号）。交换机之间通过中继线传递的信号称为局间信令或网络内部信号，典型的局间信令有中国1号信令和No.7信令。四、常用的交换技术（一）电路交换电路交换是指在用户通过呼叫信令通知本地交换机为其建立通信连接并获得电路接续之后，通信双方终止该通信连接之前，无论通信双方是否有信息经该

11、通路流过网络，他们都将始终独占着同一条电路。电路交换特点如下：.优点时延小；传输效率高；信息的编码方法与信息格式不受网络限制。.缺点电路接续时间长；电路利用率低；用户终端的制式受限；有呼损。在我国，典型的电路交换系统就是电路交换机系统，下文中将以程控交换机为例进行详细介绍。（二）分组交换分组交换原来是为完成数据通信业务发展起来的一种交换方式，由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用来完成数据通信业务，也可以用来完成话音和视频通信。分组交换利用存储一转发的方式进行交换。在分组交换方式中，首先将需传送的信息划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。在每个分组中都有一个3

12、-10个字节的分组头，在分组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。分组交换采用的是统计时分复用方式，电路的利用率较高。 但统计时分复用的缺点是可能产生附加的随机时延和丢失数据的可能。这是由于用户传送数据的时间是随机的，若多个用户同时发送分组数据，则必然有一部分分组需要在缓冲区中等待一段时间才能占用电路传送，若等待的分组超过了缓冲区的容量，就可能发生部分分组的丢失。另外，在分组交换中普遍采用逐段反馈重发措施，以保证数据传送是无差错的。所谓逐段反馈重发，是指数据分组经过的每个节点都对数据分组进行检错，并在发现错误后要求对方重新发送。分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接

13、）这两种方式。.虚电路方式虚电路方式传虚电路方式是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。虚电路方式传输数据一般包括建立连接，数据传输、释放连接三个阶段。 虚电路不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。虚电路并不独占电路，在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路， 以达到资源共享。.数据报方式数据报方式是独立地传送每一个数据分组，每一个数据分组都包含终点地址的信息，每一个节点都要为每一个分组独立地选择路由，因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。(三)ATM的基本工作原理ATM是英文aAsynchronous Transfer Mode ”(异步转送方式)的缩写。在这

14、种转送方式中， 信息被组织成固定长度的信元在网络中传输，异步传送的含义是来自一个特定用户的信息的信元不需要周期性地出现。.信元在ATM中，信元是信息传输、复用和交换的基本单位。每个信元都具有固定的长度， 总是53个字节，5个字节是信头(Header), 48个字节是信息域(Information field)。信头中包 含这个信元的路径信息，优先度、一些维护信息和信头的纠错码。信息段中包含用户需传送的信息内容，这些信息透明地穿过网络。.复用ATM采用统计时分复用方式。由于采用统计时分复用，每个用户需发送信元的时间是 随机的，就可能发生碰撞。.交换ATM采用面向连接的方式工作，交换节点完成的是虚

15、电路的交换，同一虚电路上的所 有信元都选择同样的路由，经过同样的通路到达目的地。五、交换网的拓扑结构在交换网中，所谓拓扑结构是指构成交换网络的节点之间的互连方式。基本的拓扑结构 有：网状网、星形网、环形网、总线形网等0（一）网状网结构：网中所有节点都相连，组成一个网。优点：线路冗余度大，网络可靠性高，任意两点间可直接通信；缺点：线路利用率低（N值较大时传输链路数将很大 ），网络成本高，另外网络的扩容也不方便，在 N个节点的网 状网中，每增加一个节点，就需增加N条线路。适用场合：通常用于节点数目少，又有很高可靠性要求的场合。（二）星形网结构：网中的所有节点都连至一个中心节点上。优点：与网形网相比，降低了传输链路的成本，提高了线路的利用率。缺点：网络的可靠性差，一旦中心转接节点发生故障或转接能力不足时，全网的通信都会受到影响。适用场合：在传输链路费用高于转接设备、可靠性要求又不高的场合，以降低建网成本。（三）环形网结构：网中所有节点首尾相连，组成一个环。N个节点的环网需要 N条传输链路。环网可以是单向环，也可以是双向环。优点：结构简单，容易实现，双向自愈环结构可