第五章电路交换技术

第五章电路交换技术由NordriDesign提供电路交换基本原理电路交换系统的演进把各种控制功能、步骤、方法编成程序，放入存储器，利用存储器内所存储的程序来控制整个交换工作，称之为程控交换系统。数字电路交换系统硬件功能结构话路子系统交换网络：选组级，采用同步时分数字交换网络，有多种不同的类型。用户电路：数字程控交换系统连接模拟用户线的接口电路。用户集中级完成话务集中的功能，将一群用户经用户集中级后以较少的链路接至交换网络，以提高链路的利用率。集中比：集中前的话音通道数和集中后的话音通道数之比。较典型的集线比为4：1，即将128个用户线集为一条32个信道的PCM一次群链路。数字终端：数字交换系统与数字中继线之间的接口电路。模拟终端：为适应模拟环境而设置的终端接口，连接模拟中继线。信令设备随路信令：多频接收器和多频发送器。共路信令：专用的终端设备。交换网络示例利用随机存储器原理来完成时隙交换功能的设备称为数字交换网络。在程控数字交换系统中的数字交换网络基本上有两类：时间接线器——T接线器空间接线器——S接线器每类接线器还可以分为：输出控制方式的接线器输入控制方式的接线器输出控制方式的时间接线器顺序写入，控制读出（按照控制存储器里的顺序读出）控制写入（按照控制存储器里的顺序写入），顺序读出输入控制方式的时间接线器空间接线器的功能是完成“空间交换”，即在许多根入线中选择一根接通出线，但是要在入线和出线的某一时隙内接通。空间接线器是以时分的方式工作的。由n*n的交叉节点矩阵和n个控制存储器构成，按照控制输入线上交叉接点的闭合分为输出控制方式输入控制方式空间接线器：S接线器8入8出8×88个控制存储器控制同号

输出端的所有交叉点按顺序读出控制存储器的控制内容以控制不同时隙交叉点的闭合输出控制方式每个控制存储器控制同号输入端的所有交叉接点。空间接线器是用时分的办法实现空间交换的。输入控制方式TST交换网络处理机配置方式主要有两种：分级分散控制和分布式分散控制。不论何种控制结构，都必须具有冗余配置方式。双机冗余配置方式负荷分担：两台处理机独立工作，各自承担一半话务负荷。当一机产生故障，可由另一机承担全部负荷。双机应具有互通信息的链路。主备倒换：一台联机运行，另一台作为备用，分为冷备和热备。有时也采用N+m冗余配置方式。分级分散控制处理机的分级：将处理机按功能分担划分为若干个级别，必然有一级承担主要任务。分布式分散控制系统划分为多个相对独立的模块，每个模块的自主处理能力增强，中央处理功能在很大程度上弱化。话路设备处理机A处理机B话路设备处理机A处理机B负荷分担方式主备用方式电路交换系统软件功能结构从功能结构来划分，程控交换软件可以划分为运行软件系统和支援软件系统两大部分。运行软件系统又称在线软件或联机软件，主要包括操作系统、呼叫处理、维护管理三部分。软件结构的特点：分层：把整个软件系统自上而下分为若干子系统，每个子系统包含若干功能块，每个功能块又由若干组建组成，每个组件又分为若干单元，每个单元完成特定的一项任务。模块化：把软件某一层次上的程序按功能进一步分解为若干模块，每一个模块具有确定的、相对完整的和独立的功能，各模块之间有具有必要的联系。参数化：软件中含有大量数据，这些数据随系统容量、硬件配置和运行环境的不同而有很大差异，参数化是指在编写程序时对所有用到的数据暂不赋值，仅以参数代替，仅在安装时才根据实际需要确定这些参数的具体数值，从而增强软件的适应性和灵活性。呼叫处理程序用于控制呼叫的建立和释放，基本上对应于呼叫建立过程。用户扫描信令扫描数字分析路由选择通路选择输出驱动呼叫处理软件为呼叫建立而执行的处理任务：输入处理、内部处理、输出处理。输入处理：收集话路设备的状态变化和有关的信令信息，靠近硬件的低层软件，实时性要求较高。内部处理：高层软件，与硬件无直接关系，如数字分析、路由选择、通路选择等。输出处理：根据内部处理的结果，使话路系统的接线器和中继器完成相应的动作。呼叫处理过程就是输入处理、内部处理和输出处理的不断循环。局内呼叫处理的状态转移过程电路交换系统性能指标基本性能指标类型和容量话务处理能力话务负荷能力：在一定的呼损率下，交换系统在忙时可以负荷的话务量。呼叫处理能力：一定的质量指标范围内，交换系统在忙时可以处理的呼叫次数。网络环境编号计划、路由组织、信令方式、PCM传输接口、计费方式等。质量指标包括阻断率、系统可用性、再启动次数、呼损率、接续时延等。电话网技术电话网的组成用户终端设备：即电话机，是用户直接使用的工具，主要完成将用户的声音信号转换成电信号或将电信号还原成声音信号。电话机还具有发送和接收电话呼叫的能力，用户通过电话机拨号来发起呼叫，通过振铃知道有电话呼入。用户终端可以是送出模拟信号的脉冲式或双音频电话机，也可以是数字电话机，还可能是各种传真机。交换设备：数字程控交换机，主要负责用户信息的交换。按用户的呼叫要求给两个用户之间建立交换信息的通道，即具有连接功能。交换机还具有控制和监视的功能。比如，它要及时发现用户摘机、挂机，还要完成接收用户号码、计费等功能。传输系统：负责在各交换点之间传递信息，包括用户线和中继线。用户线负责在电话机和交换机之间传递信息。而中继线则负责在交换机之间进行信息的传递。电话网的特点电话网的主要业务是话音业务，数字话音业务的特点具体如下：速率恒定且单一。用户的话音经过抽样、量化、编码后，都形成了64kb/s的速率，网中只有单一的速率。话音对丢失不敏感。也就是说，话音通信中，由于话音信息的相关性较强，可以允许一定的丢失存在。话音对实时性要求较高。话音通信中，双方用户希望像面对面一样进行交流，而不能忍受较大的时延。话音具有连续性。通话双方一般是在较短时间内连续地表达自己的通信信息。电话网的特点电话网一开始的设计目标很简单，就是要支持话音通信，因此话音业务的特点也就决定了电话网的技术特征。同步时分复用。复用时，每个用户在一帧中只能占用一个时隙，且是固定的时隙，因此每个用户所占的带宽是固定的。这与话音通信的恒定速率是相适应的。同步时分交换。在交换时，直接将一个用户所在时隙的信息同步地交换到对端用户所在时隙中，以完成两用户之间话音信息的交换。面向连接。在用户开始呼叫时，要为两用户之间建立起一条端到端的连接，并进行资源的预留(预留时隙)。这样，在进行用户信息传输时，不需要再进行路由选择和排队过程，因此时延非常小。电路交换的基本过程包括呼叫建立、信息传输(通话)和连接释放三个阶段。对用户数据透明传输。透明是指对用户数据不做任何处理，因为话音数据对丢失不敏感，因此网络中不必对用户数据进行复杂的控制(如差错控制、流量控制等)，可以进行透明传输。面向连接的电路交换方式是最适合于话音通信的，因此，电话网又叫做电路交换网，它是电路交换网的典型例子。电话网的等级结构网络的等级结构是指对网中各交换中心的一种安排。从等级上考虑，电话网的基本结构形式分为等级网和无级网两种。等级网中，每个交换中心被赋以一定的等级，不同等级的交换中心采用不同的连接方式，低等级的交换中心一般要连接到高等级的交换中心。在无级网中，每个交换中心都处于相同的等级，完全平等，各交换中心采用网状网或不完全网状网相连。等级结构就是把全网的交换局划分成若干个等级低等级的交换局与管辖它的高等级的交换局相连、形成多级汇接辐射网即星形网。而最高等级的交换局间则直接互连，形成网形网。等级结构的电话网一般是复合形网，可以将各区域的话务流量逐级汇集，既保证通信质量又充分利用电路。等级结构的级数选择与很多因素有关，主要因素包括：全网的服务质量，例如接通率、接续时延、传输质量、可靠性等。全网的经济性，即网的总费用问题。另外还应考虑各地区的地理状况，政治、经济条件以及地区之间的联系程度等因素。长途网及其结构长途两级网将网内长途交换中心分为两个等级，形成两个平面：省级（包括直辖市）交换中心，以DC1表示；地（市）级交换中心以DC2表示。DC1之间以网状网相互连接，形成高平面，或叫做省际平面。DC1与本省内各地市的DC2局以星状相连。本省内各地市的DC2局之间以网状或不完全网状相连，形成低平面，又叫做省内平面。根据话务流量流向，二级交换中心DC2也可与非从属的一级交换中心DC1之间建立直达电路群。长途网及其结构演变以各级交换中心为汇接局，汇接局负责汇接的范围称为汇接区。全网以省级交换中心为汇接局，分为31个省（自治区）汇接区。各级长途交换中心的职能：DC1的职能主要是汇接所在省的省际长途来去话话务，以及所在本地网的长途终端话务；DC2的职能主要是汇接所在本地网的长途终端来去话务。电话网的演进：形成由一级长途网和本地网组成的二级网络，实现长途无极网。我国的电话网将由三个层面组成：长途电话网平面、本地电话网平面和用户接入网平面。本地网本地电话网简称本地网，指在同一长途编号区范围内，由若干个端局，或者由若干个端局和汇接局及局间中继线、用户线和话机终端等组成的电话网。本地网用来疏通本地长途编号区范围内任何两个用户间的电话呼叫和长途发话、来话业务。本地网的类型特大城市本地电话网（千万）大城市本地电话网（100万以上）中等城市本地电话网（30万～100万）小城市本地电话网（30万以下）县本地电话网（县城及所辖农村范围）本地网内可设置端局和汇接局端局：通过用户线与用户相连职能：负责疏通本局用户的去话和来话业务汇接局：与所管辖的端局相连职能：疏通端局间的话务疏通不同汇接区间端局的话务疏通本汇接区的长途转话话务本地网的网络结构网型网所有端局两两相连，在本地网交换局数目不太多时采用的结构。二级网当交换局数量较多时，可由端局和汇接局构成两级结构的等级网，端局为低一级，汇接局为高一级。二级网可以分为：去话汇接、来话汇接、来去话汇接等。本地网的网形网去话汇接示意图本地网的网路结构来话汇接示意图来去话汇接示意图

路由选择

电话网中，当任意两个用户之间有呼叫请求时，网络要在这两个用户之间建立一条端到端的话音通路。电话网中的路由，是指在电话网中，源节点和目的节点之间建立的一个传送信息的通路。它可以由单段链路组成，也可以由多段链路经交换局串接而成。链路是指两个交换中心节点间的一条直接电路或电路群。当该通路需要经过多个交换中心时，交换机要在所有可能的路由中选择一条最优的路由进行接续，即进行路由选择。它负责将呼叫从源接续到宿，是任何一个网络的体系、规划和运营的核心部分。不论采用什么方式进行选路，都应遵循一定的基本原则：要确保信息传输质量和信令信息的可靠传输。有明确的规律性，确保路由选择中不会出现死循环。一个呼叫连接中串接的段数应尽量少。不应使网络设计或交换设备过于复杂。能在低等级网络中疏通的话务量，尽量不在高等级交换中心疏通。路由选择结构电话网的编号计划编号计划，是指在本地网、国内长途网、国际长途网，以及一些特种业务、新业务等中的各种呼叫所规定的号码编排和规程。目前全世界正在使用的编号计划是由ITU-T的E.164编号体制建议的。E.164是十进制的编号体制，长度可变。十进制的编号体制，长度可变。号码既是寻址的依据，又是端设备的别名。用于地理区域的国际公众电信号码：国家码（CC）+国内号码（NN）用于全球业务的国际公众电信号码：国家码（CC）+全球用户号码（GSN），如800业务等。用于网络的国际公众电信号码：国家码（CC）+标识码(IC)+用户号码(SN)，例如我国的移动网络。本地网中用户号码的组成本地电话网的一个用户号码由两部分组成：局号和用户号。局号可以是1位（用P表示），2位（用PQ表示），3位（用PQR表示）和4位（用PQRS表示）；用户号为4位（用ABCD表示）。因此本地电话网的号码长度最长为8位。长途电话用户编号方法国内长途字冠＋长途区号＋本地号码国际长途字冠＋国家号码＋长途区号＋本地号码电话信令网的组成与结构信令网由信令点（SP）、信令转接点（STP）和信令链三部分组成。信令点：信令消息的源点和目的地，可以是具有No.7信令功能的各种交换局。信令转接点：具有转接信令的功能。信令链：信令网中连接信令点的最基本部件。信令网按结构分为无级信令网和分级信令网。无级信令网是指未引入信令转接点的信令网，采用网状连接。具有信令路由好，消息传递时延短的优点。不能适应较大范围的信令网。分级信令网，使用信令转接点的信令网。又可划分为二级信令网和三级信令网。三级结构分别与两级长途网和端局组成的电话网相对应。信令网和电话网是两个相互独立的网络，但存在着密切的关系。物理实体是同一个网络，但从逻辑功能上又是两个不同的功能网络。窄带综合业务数字网技术ISDN的概念综合数字网（IDN:IntergratedDigitalNetwork）：数字传输与数字交换的综合，在两个或多个规定点之间通过一组数字节点（交换节点）与数字链路提供数字连接。实现从本地交换节点到另一端本地交换节点间的数字连接，并不涉及用户连接到网络的方式。IDN的缺点：不能提供多种业务，不同的业务需用不用的IDN传输。网络投资大、电路利用率低、资源不能共享、不便于管理。ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork）：以电话IDN为基础发展演变而成。能够提供端到端的数字连接，支持包括话音和非话音在内的多种电信业务。ISDN不是一个新建的网络，而是在电话IDN的基础上加以改进而形成的。用户能够通过一组有限的、标准的多用途用户/网络接口接入网内。即可以支持电路交换，也可以支持分组交换，还可以以专线形式支持非交换业务。ISDN的网络功能包括本地连接功能、电路交换功能、分组交换功能、专线功能和公共信道信令功能。ISDN用户/网络接口ISDN信道与接口信道类型：根据速率、信息性质及容量划分。B信道：容量为64kbps，用来传送用户信息，可以建立三种类型的连接：电路交换、分组交换、半固定连接。D信道：速率为16kbps或64kbps，有两个用途：传送公共信道信令，当无信令时可传送分组数据或低速数据。H信道：3种速率标准，用来传送高速用户信息，如图像、高速数据等。接口结构基本速率接口：2B+D，即2条64kbps的B信道和1条16kbps的D信道组成，时分复用在一对用户线上，用户可用的最高速率为192kbps。基群速率接口：一次群速率接口，有1.544Mbps和2.048Mbps两种，可用来支持H信道。数字数据网技术基本概念应用场景：相对固定的用户之间业务量比较大，要求时延稳定，实时性较高。利用数字信道传输数据的一种传输网络，它的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道，用户端可用普通电缆和双绞线。支持任何通信协议，使用何种协议由用户决定（如X.25或帧中继）。主要作用是向金融、证券、海关、外贸等集团用户和租用数据专线的部门、单位提供数字数据传输信道，既可用于计算机之间的通信，也可用于传送数字化传真，数字话音，数字图像信号或其它数字化信号。介于永久性连接和交换式连接之间的半永久性连接方式。根据用户需要，在约定的时间内接通所需带宽的线路，信道容量的分配和接续在计算机控制下进行，具有较大的灵活性。DDN方式的优缺点主要优点

采用数字电路，传输质量高，时延小，通信速率可根据需要在2.4kbps-2048kbps之间选择，提供多种速率的接入。电路采用全透明传输，任何协议都可以支持，并可自动迂回，可靠性高。一线可以多用，可开展传真、接入因特网、会议电视等多种多媒体业务。方便地组建虚拟专用网（VPN），建立自己的网管中心，自己管理自己的网络。

主要缺点使用DDN专线上网，需要租用一条专用通信线路，租用费用太高，决非一般个人用户所能承受。DDN数字信道复用PCM帧复用将32条64kbit/s的PCM信道复用在一条2048kbit/s信道上。超速率复用将多个64kbit/s信道合并行一起，提供传输容量大于64kbit/s的复用方法。如可提供各种速率(384kbit/s，N=6；768kbit/s，N=12)的的会议电视等业务。子速率复用信息传输速率小于64kbit／s时，称为子速率：将多个子速率信息复用到一条64kbit／s数字信道上，称为子速率复用。DDN数字交叉连接DDN节点中的交叉连接是以64kbit／s数字信号时分复用(TDM)的时隙为单元来进行的，因此称为数字交叉连接(DXC)。DXC通常采用单级时隙交换结构，由于没有中间级交换，因而就不存在中间阻塞路径，所以，单级时隙交换可确保DXC的交换是无阻塞的。DDN的应用DDN在计算机联网中的应用如利用国家级DDN组成的海关、外贸系统网络。通过DDN建立一个灵活的全国性海关、外贸数据信息传输网络，并可通过国际出口局与海外公司互通信息，足不出户就可进行外贸交易。一些海外公司设立在全国各地的办事处在本地先组成内部局域网络，通过路由器、网络设备等经本地、长途DDN与公司总部的局域网相连，实现资源共享、文件传送和事务处理等业务。DDN在金融业中的应用不仅适用于气象、公安、铁路、医院等行业，也涉及证券业、银行金卡工程等实时性较强的数据交换。通过DDN将银行的自动提款机(ATM)连接到银行系统的大型计算机主机上。银行一般租64kb／sDDN线路把各个营业点的ATM机进行全市乃至全国联网。通过DDN发布证券行情，也是许多券商采取的方法。智能网技术电信业的变化用户为中心分组交换为核心的分布式计算系统多媒体电信产业增值业务收入为主To网络为中心程控交换机为基础的网络传统电信产业话音收入为主From为什么会产生智能网电信用户装机趋于饱和新业务可以使电信业务量猛增电信竞争已从资源竞争阶段，进入业务竞争阶段只有不断推出新业务才能适应市场竞争以较低的成本、迅速灵活地引入新业务为目标。采用新型网络结构和控制方式，无需大量修改交换机软件，即可为用户提供新业务。将交换功能与控制功能分开。智能网信息传输和交换功能提供简单的增值业务设备日益复杂，故障检测难传统交换机智能网的结构与功能智能网的组成业务交换点SSP：具有呼叫处理功能和业务交换功能。接收、识别智能业务呼叫，并向SCP报告，接收SCP发来的控制命令。以原有的数字程控交换机为基础，升级软件，增加必要的硬件以及NO.7信令网的接口。业务控制点SCP：智能网的核心。存储用户数据和业务逻辑，主要功能是接收SSP送来的查询信息，并查询数据库，进行各种译码。根据SSP送来的呼叫事件启动不同的业务逻辑，根据业务逻辑向相应的SSP发出呼叫控制指令，从而实现各种各样的智能呼叫。一般由大、中型计算机和大型实时高速数据库构成，要求具有高度的可靠性，双备份配置。信令转接点STP：NO.7信令网的组成部分。双备份配置，用于沟通SSP与SCP之间的信令联系，其功能是转接NO.7信令。智能外设IP：协助完成智能业务的特殊资源。通常具有各种语音功能，如语声合成、播放录音通知、进行语音识别等。可以是一个独立的物理设备，也可以是SSP的一部分；接受SCP的控制，执行SCP业务逻辑所指定的操作。业务管理系统SMS：一种计算机系统。新业务逻辑由业务提供者输入到SMS中，SMS再将其装入SCP，就可在通信网上提供该项新业务。业务生成环境SCE：根据客户需求生成新的业务逻辑。为设计者提供友好的图形编辑界面，客户利用各种标准图元设计新业务的业务逻辑，为之定义相应的数据。业务逻辑传送给SMS，再由SMS加载到SCP上运行。北京邮电大学出版社智能网的应用：嵌入网嵌入网指对通信网中所有交换机都进行改造，使之具有SSP功能，每个SSP均与一个SCP相连。嵌入网方式可以直接监视并控制各交换局下用户的行为，可以改善智能网的服务性能，利于扩大智能业务的种类。智能网的应用：叠加网叠加网是将电话网服务范围内的某种智能呼叫全部汇接至一个交换局，将该交换局配以适当的软、硬件，使之具有SSP功能，并将它与SCP相连。可提供业务的性能和种类受信令系统和编号资源的限制，但投资小、速度快。电信管理网基本概念一个有组织的网络结构，以取得各种类型的操作系统之间、操作系统与电信设备之间的互连。一组原则和为实现这些原则中定义的目标而制定的一系列标准和规范。一个完整、独