交换原理及设计基础培训教程

交换原理及设计基础一、交换网发展概况二、网络构架和组网实例三、业务功能四、设备性能参数五、工程设计基础六、专业接口配合七、举例分析一、交换网发展概况网络交换技术共经历了四个发展阶段，电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和ATM技术。四类交换技术各有特点，适用于不同的业务种类。技术发展：电路交换：目前广泛应用于公众电话网（PSTN网）和移动网（包括GSM网和CDMA网）。它的基本特点是采用面向连接的方式，在双方进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路，通信双方在通信过程中将一直占用所分配的资源，直到通信结束，并且在电路的建立和释放过程中都需要利用相关的信令协议。这种方式的优点是在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽，并且实时性强，时延小，交换设备成本较低，但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。分组交换：适用于具有很业务强突发性的数据通信网络。主要具有抗高业务流量突发性、时延相对较低的特点。它的基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式，将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术，在通信之前不需要建立连接，每个节点首先将前一节点送来的分组收下并保存在缓冲区中，然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点，这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。分组交换比电路交换的电路利用率高，但时延较大。报文交换：报文交换技术和分组交换技术类似，也是采用存储转发机制，但报文交换是以报文作为传送单元，由于报文长度差异很大，长报文可能导致很大的时延，并且对每个节点来说缓冲区的分配也比较困难，为了满足各种长度报文的需要并且达到高效的目的，节点需要分配不同大小的缓冲区，否则就有可能造成数据传送的失败。在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如公用电报网。报文交换比分组交换出现的要早一些，分组交换是在报文交换的基础上，将报文分割成分组进行传输，在传输时延和传输效率上进行了平衡，从而得到广泛的应用。ATMATM—异步传输模式（ATM）是基于电路交换和分组交换技术而提出的。ATM技术将面向连接机制和分组机制相结合，在通信开始之前需要根据用户的要求建立一定带宽的连接，但是该连接并不独占某个物理通道，而是和其他连接统计复用某个物理通道，同时所有的媒体信息，包括语音、数据和图像信息都被分割并封装成固定长度的分组在网络中传送和交换。ATM另一个突出的特点就是提出了保证QoS的完备机制，同时由于光纤通信提供了低误码率的传输通道，所以可以将流量控制和差错控制移到用户终端，网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减少，ATM非常适合传送高速数据业务。目前ATM交换机主要用在骨干网络中，主要利用ATM交换的高速和对QoS的保证机制，并且主要是提供半永久的连接。

电路交换与分组交换A1A2A3B1B2B3交换结点交换结点A1A2A3B1B2B3交换结点交换结点电路交换:分组交换:小结：一、电路交换技术：目前大规模应用，PSTN、GSM、CDMA网络。主要承载语音通信业务。实时性高、时延小、带宽利用较低，网络应用设备成熟、便宜。二、分组交换技术：广泛应用于数据通信网络，如Internet、IP电话网等。主要承载数据通信业务。无连接网络、带宽利用率高、抗突发能力强、实时性差、延迟大。三、报文交换技术：被分组交换技术取代，目前无大规模应用。四、ATM电路交换和分组交换的完美结合。但由于市场无太大需求,应用较少，只在部分骨干网使用。软交换技术发展随着IP电话技术的发展，业内提出了软交换的概念。软交换技术的主要特点是将业务呼叫控制和交换的功能相分离。软交换技术仍然采用分组网络作为承载网络。传统的电路交换和分组交换网络在每个网络节点上都集中了太多的智能，网络节点不仅要负责呼叫控制、业务处理，同时还需要负责进行通路的建立，同时，在电路交换网络中，许多业务都需要在网络节点上配置相关的业务逻辑，这样也制约了业务的及时提供。软交换技术提出的一个新的概念就是将呼叫控制、承载建立、业务逻辑相分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，在网上可更加灵活地提供业务。二、网络构架和组网实例

缩略词一、移动通信网络构架简介GSM历史移动通信技术的演进过程窄带宽带数字模拟移动通信网络结构图－GSM/CDMA

WCDMA网络结构——R99HLRGMSCMSC/VLRMSC/VLRAuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNBTSBTSNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbBSCAGsGrGnGcCDHEGGpIubAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubUMSCGiGSM系统接口（无线侧）A接口：BSC与MSC之间的接口Abis接口：BSC与BTS之间的接口Um接口：BTS和MS之间的空中接口GSM系统接口（交换侧）交换侧主要接口：A接口：MSC与BSC之间的接口C接口：MSC与HLR之间的接口D接口：VLR与HLR之间的接口E接口：MSC之间的接口G接口：VLR之间的接口F接口:MSC/VLR/SSP与EIR间接口L接口:MSC/VLR/SSP与SCP间接口J接口:HLR与SCP之间的接口交换侧主要接口的含义A接口：A接口定义为网络子系统NSS与基站子系统BSS间的通信接口；从系统上来讲就是移动交换中心MSC与基站控制器BSC之间的接口。物理链路采用标准的2.048Mbit/s的数字传输链路，实现此接口传递的信息包括移动台管理基站管理移动性管理接续管理等。C接口：C接口定义为MSC与HLR之间的通信接口。当移动台MS作被叫时C接口用于关口

MSC从HLR获得被叫MS的路由信息，当向MS传短消息时C接口用于SMS关口MSC从HLR获得MS目前所在的MSC号码。D接口:D接口定义为VLR与HLR之间的通信接口；该接口用于与交换有关的移动台位置信息及用户管理信息。为保证移动用户在整个服务区内能够建立和接受呼叫，则必须要在VLR与HLR之间交换数据。通常实用化的GSM系统结构一般把VLR和MSC集成在同一实体；相应地MSC与VLR之间的B接口变成一内部接口；C接口和D接口一般也用同一物理连接。其它公用电信网泛指公用电信网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、公用分组交换数据网（PSPDN）和电路交换公用数据网（CSPDN）等。GSM系统通过MSC与这些公用电信网互连，其接口必须满足ITU-T的有关接口和信令标准及各个国家邮电运营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准。根据我国现有公用电话网的发展现状和综合业务数字网的发展前景，GSM系统与PSTN的互连方式采用7号信令系统的TUP接口，GSM系统和ISDN的互连方式采用7号信令系统的ISUP接口。其物理链路是由MSC引出的标准2.048Mbit/s数字中继实现。移动通信网络构架简介（续）以上网络构架仅仅是网元的层面进行划分，实际网络构架要复杂的多。详见下表说明：二、实例分析说明1、广西移动GSM网话务网络结构图2、南宁本地网结构图3、广西移动GPRS网逻辑结构图4、广西移动GRPS组网结构图5、广西移动GSM网信令网络结构图6、广西移动同步网结构图三、业务功能数字移动通信网能提供的业务分为基本业务和补充业务，基本业务按功能又可分为电信业务和承载业务，除此以外移动通信网还支持智能业务、GPRS业务。电信业务种类

承载业务种类

补充业务种类

MSC网络核心,对控制区域内的移动用户进行通信控制和管理1）信道的管理和分配；

2）呼叫的处理和控制；

3）过区切换和漫游的控制；

4）用户位置信息的登记与管理；

5）用户号码和移动设备号码的登记和管理;6）服务类型的控制；

7）对用户实施鉴权;8）与其它公用通信网络互连各网元实现功能如下：HLR存储本地用户位置信息的数据库登记内容：永久性的参数暂时性的需要随时更新的参数VLR存储漫游用户位置信息的数据库

AUCEIR存储移动台设备参数的数据库，对移动设备进行鉴别监视，拒绝非移动台入网可靠地识别用户身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。BSC的主要功能

信道管理

建立与释放无线资源，执行逻辑信道的组合、物理信道的映射响应MS和MSC的呼叫请求

协议转换

实现MSC-BSC侧七号信令和BSC-BTS侧LAPD信令的转换TC的主要功能

实现16Kbit/s到64Kbit/s的话音信号处理TCAsub口16Kbit/s至BSC至MSCA口64Kbit/s13Kit/sRPE-LPT话音信息3Kbit/s检测比特64Kbit/sPCM码+

对下行链路的话音激活检测和舒适噪声的产生BTS的主要功能

无线资源的接入

基带数字处理

包括信道编/解码，交织/去交织，加密/去加密，TDMA帧建立，速率匹配等，由帧单元（FU）完成

射频处理

实现900M无线信号的调制解调，由载频单元（CU）完成

信道管理

将指定的逻辑信道组合到实际的物理信道上四、基本性能参数爱尔兰公式

呼损率即N个信道同时被占用的概率呼损率信道数话务量话务量(忙时)试呼次数呼叫时长(秒)单位时间(1小时)

移动通信系统不同与PSTN网，网络的复杂性主要是由于用户的移动性特点决定的。往往在网络的设计或配置环节我们均会取定适当的话务模型，以此为基础开展后续工作。下表是国内某省的话务模型：BHCA值、切换次数、位置更新、SMSC次数等移动性参数对设备性能的影响是十分巨大。移动通信系统性能参数主要包括以下几个：1、BHCA值；2、最大处理话务量；3、CP处理能力；4、最大接口数量；5、最大支持同时并发数（分组业务设备）；五、工程设计基础设计流程：交换网设计包括网络规划、方案论证分析、设备配置、局数据配置、施工图纸勘察设计、网络后评估等几部分，流程如下。1、网络规划2、方案论证3、设备配置4、局数据配置5、施工图纸设计6、网络后评估设计目的和范围：交换网设计的基本目的是：一、保证网络的容量可满足业务发展的需求。二、保证网络的安全性。无论是网元数量、容量设置还是中继资源、信令资源、CP资源以及其他资源均需有相应的保证，同时需对业务的突发性有较强的预测和预留。三、保证网络构架的清晰、简洁和可扩展性。设计目的和范围（续）：交换网设计的范围包括：一、现有移动通信核心网涉及到的所有网元，包括MSC、HLR、GMSC、TMSC、STP、SCP、SSP、GGSN、SGSN、PCU等等；二、各设备单元的容量需求、软硬件配置需求计算；三、各类接口实现方案和配置；四、设备安装现场勘察和相关图纸；五、局数据制作，包括局数据分配、端口定义、地址分配等等。设计关键点控制：从整套设计流程来看，我们需对其中的部分关键点进行重点关注：1、前期数据的收集和分析预测至少取半年以上的现网数据，包括业务层和网络层两大方面的。通过业务发展数据以及市场策略分析，我们可预测出运营商在今后1～2年的业务发展结果，这一环节是工程前期的重中之重。良好的预测结果是网络建设的坚实基础。一般我们采用普及率预测法、曲线增长预测法、行业预测法、多因素瑞利分布预测法等几大类方法。同时也需要结合当地业务的特性进行分析，如两广地区就存在“地下六合彩”现象，对网络的影响十分严重。2、话务模型的设定话务模型是工程设计的基础，与设备性能、资源配置有极大的关系，可影响到整体工程预算。3、现场勘察和图纸设计六、专业接口配合工程设计需明确良好的专业接口分工问题，避免出现责权不明、互相推委的情况。一般交换网设计与无线、传输、电源、配套专业之间均存在专业接口分工问题。各专业分工如下图所示：（不同工程可视实际情况酌情调整）七、举例分析现网条件：南宁本地网现有7套MSC，3套HLR、1对独立GMSC，14套BSC，设备均采用爱立信BYB202/BYB501/AXE810平台。2004年底全市用户总数达到170万左右，忙时话务量约3.3万，用户开机率约为80％。现在需进行2005年南宁本地网核心网部分的扩容建设，请提出相关的建设方案和投资估算结果。从以上条件我们只能大致了解南宁本地网的基本情况，需要对大量的数据进行分析论证，逐步说明如下