第2章电路交换

第2章电路交换第2章电路交换1重点掌握

电路交换特点和功能电路交换的接续过程交换单元概念和组成时间（T）接线器空间（S）接线器

TST网络的工作原理串-并变换电路组成和工作原理

第2章电路交换22.1电路交换的基础2.1.1电路交换的历史1878人工交换（话务员接续）1893机电交换（交换机问世）1965电子交换（电子交换机）2.1.2电路交换基本过程固定带宽，通话过程始终占用电路,实时交换过程第2章电路交换32.1.2电路交换基本过程图2.1电路交换的基本过程主叫交换机被叫第2章电路交换4信令信令消息完整的本局呼叫的电话交换过程（对照书P3）第2章电路交换5电路交换过程（文字描述）1.呼叫建立

(1)用户摘机表示向交换机发出通信请求信令。(2)交换机向用户送拨号音。(3)用户拨号告知所需被叫号码，主叫侧交换机收号。(4)主叫侧交换机进行号码分析，发现被叫用户与主叫用户属于同一个交换机(本局呼叫),则交换机继续下面的工作。(5)交换机测试被叫忙闲，如被叫空闲，向被叫振铃。(6)向主叫送回铃音。(7)各交换机在相应的主、被叫用户线之间建立起一条用于用户通信的通路。2.传送信息被叫摘机，主、被叫终端间通过用户线及交换机内部建立的通路进行通信。3.呼叫拆除

任何一方挂机表示向本地交换机发出终止通信的信令。第2章电路交换6电路交换的特点1．通信开始之前建立连接；2.一个连接在通信期间始终占用该电路，电路利用率低；3.建立连接以后,信息在系统中的传输时延小，实时性好；4.同步时分复用系统中，各个子系统的速率是固定分配,不可随意临时调整各个子信道速率。5.交换节点对传输错误不校正,节点处理要求简单；6.用基于呼叫损失制的方法来处理业务流量，过负荷时呼损率增加，但不影响已建立的呼叫。电路交换的功能能随时发现呼叫；能接收并保存主叫发送的被叫号码；能检测被叫的忙闲以及是否存在空闲通路；

能向空闲的被叫用户振铃，并在被叫应答时与主叫建立通话电路；能随时发现任何一方用户的挂机

第2章电路交换7交换单元是完成交换和构成交换网络的最基本的部件连接特性是交换单元的基本特性2.2交换单元（SwitchElement-SE）交换单元是完成交换和构成交换网络的最基本的部件连接特性是交换单元的基本特性2.2.1交换单元的基本功能—交换

入线出线状态端控制端01N-101M-1M×N的交换单元当M=NN×N对称交换单元第2章电路交换82.2.2交换单元的信息交换的方式

时分复用方式统计复用方式

同步时分复用信号携带用户信息，没有指定出线地址，需交换单元根据外部送入的命令统计复用信号携带用户信息，出线地址

第2章电路交换9根据出入线数目：2.2.3交换单元的分类

M＞N集中器M=N连接器M＜N扩展器根据信息流向：第2章电路交换10同步时分交换网络由基本交换单元构成。基本交换单元：.时间交换单元（TimeSwitch，T单元）.空间交换单元（SpaceSwitch,S单元）.时/空结合交换单元（T/S单元）2.2.4基本交换单元第2章电路交换112.3时间(T)接线器（TimeSwitch）T接线器的结构T接线器外部框图第2章电路交换122.3.1时间接线器的基本结构功能：实现一对复用线上的时隙交换时间接线器：话音存储器（SpeechMemory--SM）

控制存储器（ControlMemory--CM）话音存储器（SM）：RAM构成，存储话音信息，每个单元存放8比特的语音编码，容量取决于复用线上的时隙数。控制存储器（CM）：RAM构成，存储话音存储器的地址（时隙号），容量等于话音存储器的容量。n个时隙SM,CM=nSM的单元数=8位CM的单元>=logn（取最小整数）第2章电路交换13输出控制：SM顺序写入、控制读出；

CM控制写入、顺序读出。输入控制：SM控制写入、顺序读出；

CM控制写入、顺序读出。2.3.2时间接线器的控制方式第2章电路交换14一、输出控制

1.工作原理：入线k与出线i进行信息交换：入线信息按时隙号顺序写入SM相对应的单元中，即第k路时隙的8比特话音存入SM地址为k的单元。同时,出线第i个时隙到来时，从SM中某个单元读出信息放到复用线上传输，而从SM中所要读出的单元地址就存储在CM第i个单元中.“入线信息顺序写入话音存储器，控制读出被交换时隙的内容”第2章电路交换152.双向交换实例：主叫时隙TS1与被叫时隙TS17交换信息输出控制第2章电路交换163.多个时隙交换实例：入线TS0,TS1,TS2,TS3分别交换到出线TS3,TS2,TS1,TS0.第2章电路交换17abcd01233.多个时隙交换实例：入线TS0,TS1,TS2,TS3分别交换到出线TS3,TS2,TS1,TS0.第2章电路交换18二、输入控制

1.工作原理：入线k与出线i进行信息交换：如果时间接线器工作在输入控制方式下，当入线上第k个时隙到来时，接线器从CM第k个单元读出一个地址i，该地址是SM存储k时隙信息的地址，随后接线器把入线上第k个时隙的信息存储在SM的i单元，对于出线来说，当第i个时隙到来的时候，话音存储器i单元的信息被顺序读出。“CM控制写入话音存储器，顺序读出被交换时隙的内容”第2章电路交换192.双向交换实例：主叫时隙TS1与被叫时隙TS17交换信息输入控制第2章电路交换203.多个时隙交换实例：入线TS0,TS1,TS2,TS3分别交换到出线TS3,TS2,TS1,TS0.第2章电路交换212.4空间(S)接线器（SpaceSwitch）2.4.1空间接线器的基本结构功能：实现对传送同步时分复用信号在不同复用线之间的空间交换，不改变其时隙位置。结构构成：m×n交叉点矩阵与一组控制存储器构成

第2章电路交换22交叉点矩阵（开关阵列）：

一般具有相同数量的入线（N）和出线（N）；N2个交叉点；接通/断开两种状态，由该入/出线所对应的控制存储器控制状态。控制存储器

控制交叉点开关状态；控制存储器的数量等于入线或出线数；每个控制存储器所含有的单元数等于输入线或输出线所复用的时隙数输入控制输出控制第2章电路交换23输入控制：控制存储器按照输入复用线配置；控制每条输入复用线上应该打开的交叉点开关。输出控制：控制存储器按照输出复用线配置，控制每条输出复用线上应该打开的交叉点开关。2.4.2空间接线器的控制方式空间接线器特点：①只完成空间交换，不进行时隙的交换。即完成输入复用线与输出复用线相同时隙内信息的空间交换。②空间接线器按时分方式工作。空间交换单元的输入线和输出线都是时分复用线，交叉点矩阵的各个开关均按照复用时隙而高速接通和闭合，因而我们说它按照时分方式工作

第2章电路交换24一、空间接线器输入控制控制存储器的数量取决于输入复用线数，每条输入复用线对应着相同编号的一个控制存储器（CM），控制存储器所含有的单元数等于输入复用线所复用的时隙数，每个存储器单元的内容表示输入复用线与所有输出复用线的交叉点开关，哪一个在该单元所对应的时隙内接通。第2章电路交换25二、空间接线器输出控制控制存储器的数量取决于输出复用线的数量，每条输出复用线对应着相同编号的一个控制存储器，控制存储器所含有的单元数等于输出复用线所复用的时隙数，每个控制存储器单元的内容表示对应输出复用线上的所有交叉点，哪一个在该单元所对应的时隙内接通第2章电路交换26交换单元按照一定的拓扑结构扩展而成的。如果交换网络有M条入线与N条出线，M×N的交换网络。

2.5交换网络交换网络的一般结构第2章电路交换27T和S基本交换单元组合构成的T-S组合型多级网络结构。T-S组合型多级网络分类：T-Sn-T型Sn-T-Sn型其中：Sn：n个S级，n=1~4T-S-T（重点讲解）（1）读写控制方式（2）写读控制方式2.5.1T-S型交换网络控制方式输入级(第一级)T交换器中间级(第二级)S交换器输出级(第三级)T交换器读写输出（读出）

读出/写入写入（输入）写读写入（输入）输出（读出）第2章电路交换28第1级第2级第3级读写控制方式的TST交换网络主叫→被叫内部时隙40a40128

0128

12823

a23第2章电路交换29双向通路与内部时隙的选择读写控制方式的TST交换网络双向通路的设定：如果发送端占用了i和j时隙，则接收端也同样占用i和j时隙内部时隙的选择：(1)奇偶法:

一个方向选用TS2j，则另一个方向选用TS2j+1(本页实例)(2相差半帧：

T交换器有N个存储单元，那么主叫用户的时隙为TSi，被叫用户的时隙选择TSi+N/2。

第2章电路交换30第1级第2级第3级40a40128

0128

12823

a23读写控制方式的TST交换网络被叫→主叫b4040129

1297

23b

12923第2章电路交换31控制存储器的合用内部时隙选择没有重合，输入级和输出级的T接线器使用了不同的控制方式，控制存储器可以合并使用第2章电路交换32写读控制方式的TST交换网络内部时隙相差半帧第1级第2级第3级128a40128012812823128ab23007b040第2章电路交换332.6T接线器的复用和分路T接线器的结构（一路信号）8输入T接线器第2章电路交换342.6.1串行码与并行码1.串行码：随时间的推移．按顺序传输的一串脉冲，它们按时隙号和位号排列。串行码示意图第HW0路信号在第TS0时隙的第D0位字符第HW0路信号在第TS0时隙的第D1位字符第HW0路信号在第TS1时隙的第D3位字符第HW7路信号在第TS1时隙的第D7位字符第2章电路交换352.并行码：把每时隙的8位码分开在8条线上传送，8条线为一组，每条线只传送8位码中的一位，而这8位码要同时传送，其传送顺序也是按时隙序号传送。并行码示意图第HW0路信号在第TS0时隙的第D0位字符第HW1路信号在第TS0时隙的第D0位字符第HW2路信号在第TS1时隙的第D0位字符第HW4路信号在第TS1时隙的第D1位字符第HW7路信号在第TS1时隙的第D7位字符第2章电路交换36串行码示意图并行码示意图串行码的第HW0路在TS0时隙所传输的字符并行码的第D0路在TS0时隙所传输的字符串/并行码的关系第2章电路交换37串行码示意图每一PCM路码传输速率是2.048Mbps并行码示意图8路串行码传送速度是16.384Mbps串/并行码的速率比较第HW0路信号每一路的PCM信号被分割成8条线路同时传送，码率降低为原码率的1/8第2章电路交换382.6.2复用将多个PCM低次群系统复用成PCM高次群系统，然后一并进行交换。这个复用的过程也称为集中。目的：减低数据传输速率，提高数字通道的利用率。

复用器的结构示意图方法（基本功能）：串行码→并行码HW0,HW1,…,HW7,这8条PCM线路上某一时隙的第D0位HW0,HW1,…,HW7,这8条PCM线路上某一时隙的第D7位串行码输出总的时隙号＝HW线的时隙号×8＋HW序号并行码串→并8路并行码并路复用第2章电路交换392.6.3分路在完成交换后，还要将复用的信号还原到原来的PCM低次群上．这个还原的过程称为分路。功能：实现并/串变换和分路输出8路并行码1路并行码并→串1路串行码分路分路器示意图第2章电路交换402.6.4复用容量

1路复用信号的T接线器：其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。N路复用信号的T接线器：其容量等于输入复用线上的总时隙数。8路输入的复用器由移位寄存器和8选1选择器组成；分路器由锁存器和移位寄存器组成。第2章电路交换41交换网络的阻塞

是指从交换网络不同输入端来的信息在交换网络中交换时发生了对同一公共资源争抢的情况，这时在竞争资源中失败的信息就会被阻塞，直到这个公共资源被释放2.5.2无阻塞网络交换网络的阻塞现象

两级交换网络：同一时刻，入线0有信息要交换到出线2，入线1有信息要交换到出线3，那么此时就会发生争强内部链路的情况，在竞争中失败的信息被阻塞。公共资源第2章电路交换42交换网络的阻塞现象

二、阻塞/无阻塞网络

内部竞争：对同一公共资源的竞争，如下图同时要交换的两路信息同抢交换单元内部的通路资源。由于内部竞争而发生的阻塞称为内部阻塞；存在内部阻塞的交换网络称为有阻塞交换网络；不存在内部阻塞的交换网络称为无阻塞交换网络。出线竞争：不同入端来的信息同时争抢交换网络同一个输出端口而发生的竞争第2章电路交换43（1）严格无阻塞交换网络：

连接的起点与终点是空闲的，则任何时候都可以在交换网络中建立一个连接。a.单级无阻塞网络：对于N×N的单级网络，交叉点总数C=

N×Nb.CLOS无阻塞网络：多级结构，严格无阻塞三、无阻塞网络分类

（2）可重排无阻塞交换网络：任何时候都可以在交换网络中直接地或间接地对已有的连接重新选路来建立一个连接，只要这个连接的起点或终点处于空闲状态。（3）广义无阻塞交换网络：如果在顺序建立各个连接时遵循一定的规则来选择路径，从而在任何时候都可以在交换网络中建立一个连接，只要这个连接的起点与终点处于空闲状态。12N12NN×N的单级无阻塞网络第2章电路交换44四、CLOS无阻塞网络（严格无阻塞）

CLOS网络有M条入线与N条出线，如M=N，对称的CLOS网络N×N的3级CLOS网络的基本结构第一级：r个n×m的交换单元,存在N=r×n.第二级：m个r×r的交换单元，第一级的r个单元的m×r条输出线恰好分别接到第二级m个交换单元上。第三级：r个m×n的交换单元，第二级的m个单元的r×m条输出线恰好分别接到第三级r个交换单元上。1.CLOS网络第2章电路交换45假设CLOS网络的第K级交换单元的个数为nk，K级每个交换单元的输入线数和输出线数分别为ik、ok。（1）对于一个N×N的3级CLOS网络，有下列关系存在：n1=N/i1，o1=n2，i2=n1，o2=n3，i3=n2，n3=N/o3；（2）对于一个N×N的K级CLOS网络，有下列关系存在：n1=N/i1，ok=nk+1，ik=nk-1，nk=N/ok。N×N的3级CLOS网络的基本结构输入:i1=n;i2=r;i3=m输出:o1=m;o2=r;o3=nn1=N/i1=N/n=ro1=n2=m

i2=n1=ro2=n3=

ri3=n2=mn3=N/o3=N/n=r第2章电路交换462.三级CLOS网络网络严格无阻塞条件—CLOS定理一条交换通路：从输入级某接线器TA的信息a到输出级某接线器TB的信息b最不利的情况：第一级:入线：TA除与a相连外的(n-1)条入线均忙；出线：TA除与a相连外的(n-1)条出线均忙，连到二级(n-1)个不同交换单元；第三级:入线：TB除与b相连外的(n-1)条入线均忙，连到二级(n-1)个不同交换单元；出线：TB除与b相连外的(n-1)条出线均忙。TATB第二级:“与TA相连的(n-1)交换单元”和“与TB相连的(n-1)交换单元”不重合，至少还应该存在一条空闲链路保证a，b之间的通路，则第二级至少有2(n-1)+1个交换单元。3级CLOS交换网络严格无阻塞的条件是：m≥2n–1CLOS定理：第2章电路交换473.3级CLOS网络可重排无阻塞条件013C1C2(a)20123×入线0到出线3√；入线2到出线0√入线1到出线1×；入线3到出线2×不满足严格无阻塞条件01230123RC2C1(b)重新调整：入线2到出线0—C2变RC2入线0到出线3√；入线2到出线0√入线1到出线1√

；入线3到出线2√对称3级CLOS网络可重排无阻塞的条件：m≥nSlepian-Duguid定理：其中，m为CLOS网络第2级所需要的交换单元的个数，n为CLOS网络第1级交换单元入线数或第3级交换单元的出线数第2章电路交换484.3级CLOS网络规模设：交换单元为开关阵列结构，3级CLOS交换网络所需的交叉点数目为C3C3=nmr+r2m+nmr=2nmr+r2m，其中r=N/n，则：C3=2Nm+m(N/n)2若CLOS网络为严格无阻塞交换