现代交换原理课件

第1章交換技術概論1-*/892012-2電話的產生發明者：

1847年生於英國蘇格蘭的亞曆山大·格雷厄姆·貝爾，從小就對聲學和語言學有濃厚的興趣。時間：1876年3月10日現象：他發現一塊鐵片在磁鐵前振動會發出微弱聲音的，而且這種聲音能通過導線傳向遠方。思考：他想，如果對著鐵片講話，不也可以引起鐵片的振動嗎?。這就是貝爾關於電話的最初構想，並最終實現。§1.1交換的基本概念1-*/892012-2

電話的出現： 把聲音信號轉換成電信號，利用金屬導線作媒介

振動膜片電磁鐵助聽筒助聲筒傳送線圖1-1貝爾第一部話機結構示意圖1-*/892012-21-*/892012-2電話：是用電信號來傳送人類語言資訊的一種通信設備。這種通信方式稱為電話通信。

稱連接兩個話機的這一對線為一條線路。這種概念現在仍然使用。？討論：形成網，有何問題需要解決，如何解決？1-*/892012-2交換機的產生

用戶線急劇增大；每個用戶如何確定與其他用戶通話的問題；每新增加一個的處理問題。沒有實用價值。

用戶數增多時：1-*/892012-2

解決辦法：採用中央交換的方法

—在用戶分佈區域中心安裝公共設備出現交換機，完成各個用戶之間的接續當任意兩個用戶要通話時，由交換機將它們連通，通話完畢將線路拆除，供其他用戶使用。1-*/892012-2？討論：中央交換機應該解決哪些問題??

（必须的功能）？1-*/892012-2交換機必須的功能：及時發現用戶的呼叫請求。記錄被叫用戶號碼。判別被叫用戶當前的忙閑狀態。若被叫用戶空閒，交換機應能選擇一條鏈路將主被叫用戶話機連通。通知被叫用戶有電話呼叫。監測被叫摘機，使雙方進入通話狀態。能隨時監視通話狀態。能使任意兩個電話進行通話；在同一時間內，能使若干對用戶同時通話且互不干擾。1-*/892012-2？討論：如何擴大範圍？1-*/892012-2中繼線用戶線1-*/892012-2多臺交換機組成的通信網絡

利用匯接交換機互連多個端局交換機，疏導本交換區各交換機之間的互通業務。端局交換機用戶交換機，在信令方式上相當於用戶電話機1-*/892012-2電話交換網的一般結構

專門用來傳送各交換機之間通信操作和維護信令的數據通信的分組交換網絡。用戶環路，常以模擬方式傳送300-3400Hz話音信號。採用PCM時分複用，每個用戶佔用64kbit/s帶寬，常以2Mbit/s或更高速率的複用群傳送話音/數據。1-*/892012-2網狀網星型網樹型網環型網交換機與交換機的連接複合網1-*/892012-2

通信網的組成：終端交換機終端交換機傳輸終端設備：完成信號的發送和接受，信號變換、匹配；傳輸設備：完成信號的遠距離傳輸，信號轉換、匹配；交換設備：完成信號的交換，節點鏈路的彙集、轉接、分配。交換設備是現代通信網的核心，起著關鍵性的作用。*！1-*/892012-2內容提要1.1交換的基本概念1.2交換的發展1.3交換方式1.4話務理論基礎1-*/892012-2§1.2交換機的發展一、人工交換機階段二、機電式自動交換機階段三、電子式自動交換機階段 *1-*/892012-2？討論：根據前面提出的功能，逐個進行設計，組成實際的交換機？

先根据人工操作来考虑。1-*/892012-21.磁石交換機

1878年，美國新港市 （圖在下頁）

2.共電交換機(1882年)

手搖發電機

集中供電重要概念：中央饋電；兩線傳送； 摘、掛機；主叫、被叫；一、人工交換機階段1-*/892012-21-*/892012-21-*/892012-2用戶號牌用戶塞孔呼叫塞子應答塞子應答、振鈴鍵話務員送、受話器塞孔手搖發電機繩路人工交換機*1-*/892012-2人工交換機的基本功能檢測出主叫用戶呼叫；建立電話交換機到主叫用戶的臨時通路，通過此通路獲得被叫用戶資訊；通過振鈴呼出被叫用戶；為主、被叫建立通話通路；檢測話終釋放通路。1-*/892012-2話務員的工作內容觀察主叫呼叫請求，並判斷該主叫是否有呼出許可權；判斷該被叫用戶的忙閑狀態；建立通路前，判斷是否存在空閒的繩路等；通知被叫用戶；監測雙方通話狀態。1-*/892012-2？討論：

1.人工交換有哪些缺點？

2.針對人工交換機的缺點，如何改進？如何實現自動化？自動化首先需要解決哪些問題？1-*/892012-21.步進制交換機

1891年，美國史端喬發明 直接控制方式自動交換機的2個關鍵點：為每個話機編號，每個話機要能發出號碼；交換機要能識別號碼，並根據號碼完成接續。解決辦法：採用脈衝撥號盤，用斷續的脈衝來表示號碼；用上升旋轉的機鍵接收號碼—直接受號碼脈衝控制。*二、機電式自動交換機階段1-*/892012-2基本原理控制部分控制部分線弧預選器選組器終接器弧刷1-*/892012-21-*/892012-21-*/892012-2

2.縱橫制交換機

1926年，瑞典研製成功。間接控制，將控制部分單獨出來，公用。話路控制電路*號碼接受器號碼發送器1-*/892012-21-*/892012-2基本原理用戶電路1用戶電路2用戶電路m繩路n繩路2繩路1標誌器記發器1-*/892012-21.空分程式控制交換機

1965年，美國AT&T1ESS—第一部存儲程式控制的空分交換機。話路部分：空分網路小型縱橫繼電器+電子元件

2.時分模擬程式控制交換機話路部分：PAM3.時分數字程式控制交換機話路部分：PCM

它是電腦與PCM技術相結合的產物。*三、電子式自動交換機階段--存儲程式控制。1-*/892012-2程式控制交換機的組成：交換網絡用戶電路出中繼入中繼信號設備I/O設備處理機記憶體用戶電路程式控制交換機結構圖**！*1-*/892012-21-*/892012-2我國程式控制交換機的發展：引進情況（七國八制）1.F-150日本。福州、廈門、成都、貴陽、桂林、南寧、 西安、蘭州、西寧…2.S-1240比利時1976。北京、上海、重慶、成都、廣州、武漢…3.E10-B法國CIA-ALCATEL---阿爾卡特1981。4.DMS-100加拿大。北京、重慶、西安5.AXE-10瑞典愛立信。廣州、重慶、浙江、遼寧6.EWSD德國西門子。7.NEAX-61日本NEC。8.5ESS-2000美國AT&T1992。1-*/892012-2我國自行研製情況：1.DS30：西安十所仿F-150生產，長途交換機2.PABX機：長郵長虹、桂林542、珠海…3.C5端局機：十所、重郵、萬家樂、聯想…4.HJD-04：巨龍（537廠、515廠等）5.SP30：大唐6.ZXT10：中興7.C&C08：華為1-*/892012-2內容提要1.1交換的基本概念1.2交換的發展1.3交換方式1.4話務理論基礎1-*/892012-2§1.3交換方式交換方式分類：電路交換報文交換分組交換(含ATM、IP交換、MPLS等)！1-*/892012-2一、電路交換語音通信的特點是差錯率要求不高，但即時性要求很高針對語音通信的要求，電路交換採用面向連接的、獨佔電路的方式來滿足即時性的要求。電路交換的基本過程包括“電路建立階段”、“通話階段”、“電路釋放階段”三個過程。電路建立階段是根據用戶所撥的被叫號碼，由交換機負責連接起來的一條電路，在通話階段該電路歸該用戶獨佔，即使他們不講話，不傳輸資訊，該電路也不能分配給其他用戶使用。1-*/892012-2基本原理交換機A交換機B交換機C通話階段（獨佔鏈路）建立階段釋放階段通話立階段證實呼叫建立呼叫建立證實釋放請求釋放請求釋放證實釋放證實電路交換過程示意圖1-*/892012-2電路交換的分類機械接點、電子接點，只是材料結構上的變化空分位置化通道時分空分交換：模擬信號物理的實際電路並獨佔線路同步時分交換：數字信號幀結構方式分時共用獨佔時隙*1-*/892012-2電路交換的優點資訊的傳輸時延小，對一次接續而言，傳輸時延固定不變；資訊以數字信號形式在數據通路中“透明”傳輸，交換機對用戶的數據資訊不存儲、不分析、不處理，交換機在處理方面的開銷比較小，對用戶的數據資訊也不需要附加用於控制的額外資訊，也不做差錯控制處理，資訊的傳輸效率比較高。資訊的編碼方法和資訊格式由通信雙方協調，不受網路的限制。用基於呼叫損失制的方法來處理業務流量，業務過負荷時呼損率增加，但不影響已建立的呼叫。1-*/892012-2電路交換的缺點電路的接續時間較長。整個通話期間，即使沒有通話資訊，電路資源也被通信雙方獨佔，電路利用率低。通信雙方在資訊傳輸、編碼格式、同步方式、通信協議等方面要完全相容。物理連接的任何部分發生故障都會引起通信的中斷。存在呼損，即可能出現由於交換網絡負載過重而呼叫不通。資源分配不靈活；傳輸鏈路帶寬固定。1-*/892012-2二、報文交換為了克服電路交換中各種不同類型和特性的用戶終端之間不能互通，通信電路利用率低以及有呼損等方面的缺點，提出了報文交換的思想。報文交換基本原理是“存儲—轉發”，不需要提供通信雙方的物理連接，而是將所接收的報文暫時存儲。1-*/892012-2報文交換基本原理

資訊的格式是以報文為基本單位。一份報文包括三個部分：報頭或標題(發信站地址、終點收信站地址及其他輔助資訊組成)、正文(傳輸用戶資訊)和報尾(報文的結束標誌)。

1-*/892012-2報文交換如果A用戶要向B用戶發送資訊，A用戶不需要先連通與B用戶之間的電路，而只需與交換機接通，由交換機暫時把A用戶要發送的報文接收和存儲起來。報文中除了用戶要傳送的資訊以外，還有目的地址和源地址，交換機根據報文中提供的B用戶的地址來選擇輸出路由，並將報文送到輸出佇列上排隊，等到該輸出線空閒時才將該報文送到下一個交換機，最後送到終點用戶B。1-*/892012-2報文交換主要優點報文以存儲轉發方式通過交換機，輸入輸出電路的速率、碼型格式等可以不同，很容易實現各種不同類型終端之間的相互通信。在報文交換的過程中沒有電路接續過程，來自不同用戶的報文可以在一條線路上以報文為單位進行多路複用，線路可以以它的最高傳輸能力工作，大大提高線路的利用率。用戶不需要叫通對方就可發送報文，無呼損，並可以節省通信終端操作人員的時間。可以發送多目的地址的報文。1-*/892012-2報文交換主要缺點資訊通過交換機時產生的時延大，而且時延不定、變化也大，不利於即時通信。交換機要有能力存儲用戶發送的報文，其中有的報文可能很長，要求交換機具有高速處理能力和大的存儲容量。1-*/892012-2三、分組交換語音通信的特點：差錯率要求不高，一般在10-6。即時性強，要求在ms級。突發性不高。數據通信的特點：對差錯率要求極高，一般要求誤碼率達到10-9，同時還要做差錯控制，保證數據的完全正確。即時性要求不強，可以在分鐘甚至小時級。突發性高。1-*/892012-2？討論：針對數據傳輸的特點和要求，如何改進電路交換和報文交換方式來滿足數據通信的要求？突發性可靠率高時延要求不高借鑒生活中的運輸系統。電路交換不利於實現不同類型的數據終端沒備之間的相互通信，而報文交換資訊傳輸時延又太長，不滿足許多數據通信系統的即時性要求1-*/892012-2基本原理分組頭(標題)地址、資訊類型、編號標誌化通道各個包分別獨立傳輸不定長的數據包1-*/892012-2基本原理（續）1-*/892012-2分組交換涵蓋範圍分組交換是一種大類結合方式，後來發展起來的ATM、IP、MPLS等其他交換技術，從根本的交換思想和方式上來看都屬於分組交換這個大類，只是具體的技術細節有所區別。1-*/892012-2分組交換的優點①加速了數據在網路中的傳輸。因為分組是逐個傳輸，可以使後一個分組的存儲操作與前一個分組的轉發操作並行，這種流水線式傳輸方式減少了報文的傳輸時間。此外，傳輸一個分組所需的緩衝區比傳輸一份報文所需的緩衝區小得多，這樣因緩衝區不足而等待發送的機率及等待的時間也必然少得多。②簡化了存儲管理。因為分組的長度固定，相應的緩衝區的大小也固定，在交換結點中記憶體的管理通常被簡化為對緩衝區的管理，相對比較容易。③減少了出錯概率和重發數據量。因為分組較短，其出錯機率必然減少，每次重發的數據量也就大大減少，這樣不僅提高了可靠性，也減少了傳輸時延。④由於分組短小，更適用於採用優先順序策略，便於及時傳送一些緊急數據，因此對於電腦之間的突發式的數據通信，分組交換顯然更為合適些。

1-*/892012-2分組交換的缺點①儘管分組交換比報文交換的傳輸時延少，但仍存在存儲轉發時延，而且其結點交換機必須具有更強的處理能力。②分組交換與報文交換一樣，每個分組都要加上源、目的地址和分組編號等資訊，使傳送的資訊量大增大，增加了額外開銷，一定程度上降低了通信效率，增加了處理的時間，使控制複雜，時延增加。③當分組交換採用數據報服務時，可能出現失序、丟失或重複分組，分組到達目的結點時，要對分組按編號進行排序等工作，增加了麻煩。若採用虛電路服務，雖無失序問題，但有呼叫建立、數據傳輸和虛電路釋放三個過程。1-*/892012-2四、ATM交換綜合電路和分組交換的優點：定長與非同步定長的數據包48Bytes5BytesATM(AsynchronousTransferMode)1-*/892012-2資訊轉移技術電路交換分組交換空分時分固定長度可變長度同步轉移方式(STM)非同步轉移方式(ATM)X.25數據報空分通道虛通道標記時間位置非同步時分(ATD)同步時分(STD)1-*/892012-2五、IP交換IP交換控制器ATM交換機控制端口IFMPIFMPGSMPIP交換機結構*通用交換機管理協議流管理協議1-*/892012-2六、軟交換與IMSSoftSwitch3GAccessAMGIADBroadbandAccessPSTNTMGSGPLMN分組核心網UMGUMGAppServerPolicyServeriOSSINSoftSwitchMRS1-*/892012-21-*/892012-21-*/892012-2IP化通信網的發展方向網路的特徵：低成本、結構簡單、功能高、標準化程度高數位化綜合化寬頻化智能化標準化個人化全球化通信網！移動化1-*/892012-2內容提要1.1交換的基本概念1.2交換的發展1.3交換方式1.4話務理論基礎1-*/892012-2§1.4話務理論基礎在組建一個交換局時，首先要考慮的是該交換局的交換設備和局間中繼線的配備數量。不可能為所有用戶同時通話提供足夠多的交換設備和中繼傳輸電路，為什麼？？應該配備多少交換設備和中繼線路？？1-*/892012-2基本概念話務量的含義 話務量表示通話業務的數量，又稱話務負載。由於用戶的電話呼叫完全是隨機的，因此話務量是一種隨機變數，是一種統計量，它是設計交換設備、中繼設備的基本依據。話務量三要素呼叫強度：λ（單位時間內平均發生的呼叫次數）佔用時長：S（聽撥號音、撥號、振鈴、通話）考察時間：T話務量Y：它是三要素的乘積，Y=

·S·T。 話務量的大小與用戶通話的頻繁程度和通話佔用的時間長度以及統計觀察的時間長度有關。1-*/892012-2話務量強度A

對話務量而言，最關心的是單位時間內的話務量，稱為話務量強度，用A表示。同時為了稱呼方便，將話務量強度簡稱為話務量，它是度量通信系統繁忙程度的指標。因此話務量強度的定義為：

除了前面的定義之外，人們所說的話務量都是指話務量強度，後面所說的話務量也都是指話務量強度。1-*/892012-2忙時話務量 一天中最忙的一個小時的話務量。平均同時佔用數9-1002415-161-*/892012-2話務量單位A＝λS；“e”作其量綱，讀作“愛爾蘭”。

、S採用相同的時間單位（小時），則A為“e”，1e=1小時呼。採用“分鐘”，則A為“分鐘呼”。採用“100秒”，則A為“百秒呼”。1e=1呼/小時=60呼/分鐘=36呼/百秒用戶線上的話務量一般為0.2e.它的含義是什麼？

0.2e=0.2x60=12分鐘呼。呼叫4次，每次佔用3分鐘 或者每次佔用2分鐘，呼叫6次；或者呼叫1次，佔用12分鐘。中繼線上的話務量一般為0.7e.它的含義是什麼？

0.7e=0.7x60=42分鐘呼。有14次呼叫，每次佔用3分鐘。1-*/892012-2線束的概念不管交換網絡內部如何連接，表現在交換系統外部則是若干入線和若干出線。入線可以通過交換網絡連接到出線，這些出線可以組成一個線束或幾個線束。話務負載是由用戶出發、經交換網絡的入線流向它的出線。因此入線是線束的負載源，把能連接到一定線束的負載源(入線)的總和稱為“負載源組”。交換網絡負載源組線束交換網絡負載源組線束1線束21-*/892012-2線束的容量 線束中的出線數代表線束的大小，稱它為線束的容量，用M表示線束的利用度 每條入線能夠到達的出線範圍，即每條入線能夠選用的出線數量，稱為利用度，用D表示。根據交換網絡的線束構成的不同，可把線束分成兩類：全利用度線束和部分利用度線束。1-*/892012-2全利用度線束：(D=M)

線束中的任一出線都能被使用這個線束的負載源組中的任一負載源所選用，這類線束稱為全利用度線束。1514151N1-*/892012-2部分利用度線束：(D<M)

任一負載源僅能選用其線束中的部分出線，也就是說線束中的部分出線不能被全部負載源組中的任一負載源所選用，這類線束稱為部分利用度線束。14611-*/892012-2愛爾蘭公式服務品質指標指的是交換設備未能完成接續的電話呼叫業務量與用戶發出的電話呼叫業務量之比，即呼叫損失率，簡稱呼損。話務量、呼損與交換設備數量之間存在著固有的關係，研究它們三者的固有關係的理論即是話務理論。愛爾蘭在1918年首先應用概率論中的統計平衡理論，發表了立即制呼損計算公式。流入話務量：指在一個平均佔用時長內，負載源發生的平均呼叫次數。也叫呼叫強度。完成話務量：指在一個平均佔用時長內，交換設備發生的平均佔用次數。也叫結束強度。1-*/892012-2呼損的計算方法 呼損是指由於交換機內部鏈路或者中繼線不足引起的阻塞概率，是衡量通信系統品質的重要指標之一，呼損可用小數表示，也可用百分數表示。按時間計算的呼損：E

E＝線束處於全忙的概率=按呼叫計算的呼損：B

B＝一個呼叫發生後被損失掉的概率=1-*/892012-2愛爾蘭公式愛爾蘭分佈條件下（N→∞，N》m）

愛爾蘭公式在交換設備計算中非常有用，為了書寫方便，常用Em(A)表示。Em(A)的含義：線束容量為m的全利用度線束流入話務量為A（單位為e）時，按愛爾蘭呼損公式計算的呼損為Em(A)。1-*/892012-2為了應用方便，按愛爾蘭呼損公式的計算之值列成表，只要知道E、m、A三個量中任意兩個，通過查表就可求出第三個量的值。Em(A)----愛爾蘭呼損表第一部分：已知m、A，求E。

Em(A)=E20(11.5)=0.006866第二部分：已知m、E，求A。設Em(A)=0.030，m=48由表二查出A=40.018e1-*/892012-2

為了應用方便，按愛爾蘭呼損公式的計算之值列成表，只要知道E、m、A三個量中任意兩個，通過查表就可求出第三個量的值。Em(A)----愛爾蘭呼損表第一部分：已知m、A，求E。

Em(A)=E20(11.5)=0.006866

第二部分：已知m、E，求A。設Em(A)=0.030，m=48由表二查出A=40.018e

愛爾蘭表1-*/892012-2呼損是流入話務量A和出線數m的函數，當呼損一定時，流入話務量A和出線m之間的關係如圖所示。1-*/892012-2該曲線表明：當E一定時，中繼線越多所能承擔的話務量就越大；當話務量A一定時，出線數m越多，呼損E就越小；即呼損越小，為處理相同話務量所需要的出線數越多；當出線數m一定時，話務量越大則呼損就越大；或者說，m一定時，允許的呼損越大，能承擔的話務量就越大；當線束m很大時，話務量A與出線數m呈現線性關係，每線承擔的話務量趨於一個常數；1-*/892012-2線束的利用率線束的利用率表示線束使用效率的高低，即線束的平均使用效率。在單位時間內，線束空閒的時間越短，佔用時間越長，其利用率就越高。從前面的概念知道，線束被佔用就是該線束承擔著話務量，因此也可以說，線束承擔的話務量越大，線束的利用率就越高。從這個概念出發，線束利用率在數值上可以用每條出線承擔的平均話務量來表示。如果用

來表示線束的利用率，則有：1-*/892012-2怎樣才能提高線束的利用率呢？首先分析一下m、E、

之間的關係。m與

的關係（E不變） 設E＝0.01，改變m的值，分別用愛爾蘭公式求出對應的A，然後用（1.5）式求出

。m＝5時，A＝1.361e，則

＝1.361*(1-0.01)/5＝0.269m＝10時，A＝4.461e，則

＝4.461*(1-0.01)/10＝0.442m＝20時，A＝12.031e，則

＝12.031*(1-0.01)/20＝0.596m＝50時，A＝37.901e，則

＝37.901*(1-0.01)/50＝0.750m＝80時，A＝65.36e，則

＝65.36*(1-0.01)/80＝0.809m＝100時，A＝84.06e，則

＝84.06*(1-0.01)/100＝0.832m＝150時，A＝131.58e，則

＝131.58*(1-0.01)/150＝0.8681-*/892012-2根據上述結果，可以看出:在呼損一定的條件下，當線束較小時，其利用率較低；當線束容量增大時，其利用率逐步升高；當線束容量大到一定程度後，其利用率的提高就很慢，這是因為線束的利用率已經趨於飽和。因此在通信網中，應盡可能地將小線束組合成大線束，以節省投資；同時，線束的容量也不能過大，一般以100條出線為一個線束單位為宜。因為線束過大，利用率上升很慢，且其“過負荷”能力很弱。m和η的關係結論1-*/892012-2E和η的關係（m不變） 設出線數m＝20不變，改變E值，用愛爾蘭公式求出相應的A值，然後用（1.5）式求出η。E＝0.001時，A＝9.411e，η＝9.411*(1-0.001)/20＝0.47E＝0.005時，A＝11.092e，η＝11.092*(1-0.005)/20＝0.552E＝0.01時，A＝12.031e，η＝12.031*(1-0.01)/20＝0.596E＝0.05時，A＝15.249e，η＝15.249*(1-0.05)/20＝0.724可以看出：當呼損E增大時，在不增加出線數m的情況下，其所能承擔的話務量A增大，也使線群的利用率上升。但為了保證服務品質，呼損不能超過規定值。1-*/892012-2局間中繼線的計算例：有三個程式控制交換局需要設立數字中繼，要求的呼損E＝0.005。通過調查統計得到各局之間的話務量要求分別是2-3局之間的流入話務量為A23＝61.74e2-4局之間的流入話務量為A24＝57.81e3-4局之間的流入話務量為A34＝231.44e請計算各局之間應該設置多少條中繼電路？1-*/892012-2解：2-3局，A23＝61.74e，E＝0.005，查表得m＝79；2-4局，A24＝57.81e，E＝0.005，查表得m＝75；3-4局，A34＝231.44e，表中無法直接查到，怎麼辦？利用m和η的關係，當m>100時，出線的利用率η提高很慢，其利用率幾乎不變。因此，可以用100條出線的利用率作為大於100條出線時的利用率來計算出線數。本例中，E＝0.005，其m＝100時，查表得A＝80.91e。則A34:80.91＝m:100，因此A34=231.44e的出線數m＝231.44/0.8091＝286.05，取287條。1-*/892012-2思考題為什麼說交換是通信網的核心？生活中有哪些系統類似交換？交換的核心功能有哪些？交換性能的差別對業務會造成什麼影響？為什麼允許存在呼損？它有什麼壞處？又能帶來什麼好處？分組交換與電路交換在交換思想上有什麼本質的區別？二者有哪些缺點，有哪些可以改進的方法？第2章交換單元及網路

2-*/982012-2內容提要2.1語音信號數位化和時分複用基礎2.2交換單元模型及其數學描述2.3基本交換單元2.4多級交換網絡交換機的核心是交換網絡交換網絡的核心部件是基本交換單元。2-*/982012-22.1語音信號數位化和時分複用基礎模擬信號：數值上連續變化的信號。如：語音~、圖象~

數字信號：離散的信號。在數字電話通信中數字信號的調製方法有多種，常見：脈衝編碼調製（PCM）：出現最早，目前國際上應用最廣增量調製（△M）：電路簡單，品質不如PCM，應用不廣模擬信號數字信號模擬信號數字信號2-*/982012-2脈衝編碼調製(PCM)的幾個過程抽樣（以相等的時間間隔來抽取信號的暫態值）話音頻率300-3400Hz抽樣要求：f抽樣≥2f信號抽樣頻率：8KHz(T=125us)

PAM（時間離散，幅度值無數）量化（對PAM信號分級取整）目的：減少編碼數，四捨五入

幅度離散要求：信噪比=10lg（信號功率/雜訊功率）≥26dB方法：均勻量化：大小信號的絕對誤差一樣

量化雜訊一樣

小信號的信噪比就很小，不能滿足S/N>26dB要求。非均勻量化(壓擴法)：小信號，小間隔；大信號，大間隔：

A律，13折線，32路E1，歐、中。

律，15折線，24路T1，北美、日。2-*/982012-2

編碼：（對量化後的值編成二進位碼）

PCM。 A律，8位編碼。常用的碼型：NRZ碼：只適於在機架內部或鄰近機架間作短距離傳輸，不適合線上路中傳輸HDB3碼：適合長距離傳輸濾波在信號的發送端，濾去模擬信號中不必要的信號在信號的接收端，把解碼後的輸出恢復為信號波形

2-*/982012-2抽樣量化50-50編碼000110100010110101011000….50-502-*/982012-2脈衝編碼調製(PCM)的整個過程為：濾波模擬信號抽樣、量化、編碼解碼濾波模擬信號PCM信號我們把這一系列過程統稱為編譯碼和濾波，該功能由交換機的用戶電路完成2-*/982012-2數位化後對傳輸帶來的好處請大家思考：模擬信號的傳輸，其特點決定它需要全時傳輸。對數字信號，其特點可以對傳輸帶來什麼好處？我們怎樣利用這個好處？2-*/982012-2時分多路複用在數位化的基礎之上，可以進行數字時分多路複用。在數位化的過程中，如前所述，將信號在時間上進行了離散，對語音信號採用8kHz進行抽樣，那麼在每兩次抽樣之間的空閒時間，就可以用來傳輸其他話路的信號，這就是時分複用的基本思想。具體地說就是把時間分成均勻的時間間隔，將每一路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隔內，以達到互相分開的目的。這裏每一路信號所佔用的時間間隔稱為“路時隙”，簡稱為“時隙”。如果複用路數為n，設第1路語音信號的一個抽樣值經量化編碼後的8位碼佔用第1時隙；同樣第2個話路的8位碼佔用第2時隙，由此類推。這樣依次傳送，直到把第n路傳輸完畢後，再進行第二輪傳送。每一輪稱為1“幀”。012310123101231F0F1F2抽樣量化編碼000110100010110101011001….50-5050-50D/APCM30/32路幀結構F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15TS0123456789101112131415161718192021222324252627282930311幀=32時隙，125us（8K）1複幀=16幀，2ms10011011000010/111110/111111abcdabcdabcdabcd幀對告碼同步時隙幀定位碼ReserveforNativeReserveforInternational區別奇偶幀第1路偶幀TS0奇幀TS0複幀定位複幀對告碼第15路第30路第16路F0F1F15！2-*/982012-2每一幀占125us,分為32個時隙，每個TS=3.9us每一時隙傳送8位碼，一幀為8×32=256bit每16幀形成一複幀，一複幀時間為125×16=2ms每一路話路的數據率為8/(125×0.000001)=64Kbps在PCM30/32系統中，一條PCM鏈路的數據率為

64×32=2.048Mbps

歸納如下：

在電路上按時間分割成等長的時間單元（幀），在每幀裏又按時間分成等長的時隙，並按照時間順序編號，每幀中相同時間位置的時隙用來傳輸同一信元的資訊。這種傳輸通道稱作位置化通道（時間化通道），即可通過時間（時隙）來判別資訊屬於哪個話路。2-*/982012-2PCM高次群

PCM基群（一次群傳輸系統）

PCM30/32路系統：30個話路，2.048Mbps.中、歐洲

PCM24路系統：24個話路，1.544Mbps.日本、北美

PCM高群

為提高線路利用率，PCM基群系統可進一步進行時分多路複用。稱這些再經多路複用的系統為高次群傳輸系統，依次為二次群系統、三次群系統等。高次群是由低次群經過數字多路複接而構成。所謂多路複接是指把各個群的數字信號在時間上重新進行排列。二次群是由4個一次群經過數字多路複接而成，三次群有4個二次群複接而成。

2-*/982012-2歸納如下（以PCM30/32路系統為例）：話路數碼率(Mbps)一次群（基群）302二次群120（4×30）8三次群480（4×120）34四次群1920（4×480）1442-*/982012-2內容提要2.1語音信號數位化和時分複用基礎2.2交換單元模型及其數學描述2.3基本交換單元2.4多級交換網絡交換機的核心是交換網絡交換網絡的核心部件是基本交換單元。2-*/982012-22.2交換單元模型及其數學描述2.2.1交換單元模型2.2.2交換單元的數學描述2-*/982012-22.2.1交換單元模型交換單元的基本概念

交換單元是構成交換網絡的最基本的部件，用若干個交換單元按照一定的拓撲結構和控制方式就可構成交換網絡。因此交換單元的功能也就是交換的基本功能，即在任意的入線和出線之間建立連接，或者說是將入線上的資訊分發到出線上去。

不管交換單元內部結構如何，總可以把它看作一個黑箱，對外的特性只有一組入線和一組出線，入線為資訊輸入端，出線為資訊輸出端。2-*/982012-201M-1N-101入線出線控制端狀態端2-*/982012-2交換單元的方向性0M-1入線出線0N-1（a）M×N有向交換單元（b）M×N無向交換單元0M-1入線出線0N-10N-1入出線（c）N無向交換單元2-*/982012-2集中式與擴展式交換單元

集中式：入線數大於出線數(M＞N)，可稱集中器。擴展式：入線數小於出線數(M＜N)，可稱擴展器。01M-1N-10入線出線0M-1N-11入線出線0（a）集中式（b）擴展式2-*/982012-2交換單元的性能指標容量：交換單元的入線和出線的數目、其次是交換單元每個入端上可以送入的資訊量。（模擬信號的帶寬、數字信號的速率等）介面：在不同的線路上允許傳送的信號往往不一樣，同樣，在不同的交換單元入端上可以接受的信號也往往不同。（模擬、數字、單向、雙向）功能：不同的交換單元功能不一樣。（全連接、部分連接，同發、廣播等）品質：完成交換功能的情況（速度、阻塞率）；資訊經過交換單元的損傷（時延和誤碼率等）。2-*/982012-22.2.2交換單元的數學描述

把一個交換單元的一組入線和一組出線各看作一個集合，稱為入線集合和出線集合。並記為：入線集合：I＝{0，1，2，…，M-1}出線集合：O＝{0，1，2，…，N-1}定義：i∈I，即i是I的一個元；

o∈Oj，oj⊂O，即oj是O的一個子集，o是Oj的一個元，則集合c={i,Oj}為一個連接。其中，i為連接的起點，o∈Oj為連接的終點。即交換單元的一個連接就是入線集合I中的一個元i與出線集合O中的一個子集oj組成的集合。2-*/982012-2幾種連接情況若o∈Oj

，Oj中只含有一個元，則稱該連接為點到點連接。若o∈Oj

，Oj中含有多個元，則稱連接為點到多點連接。若一個交換單元可以提供點到多點連接，但Oj≠O，則稱其具有同發功能，即從交換單元的一條入線輸入的資訊可以交換到多條出線上輸出若此時Oj＝O，則稱該交換單元具有廣播功能，即從交換單元的一條入線輸入的資訊可以在全部出線上輸出。普通的電話通信只需要點到點連接，而像會議電視、有線電視等則需要同發和廣播功能。2-*/982012-2連接集合一個具有一組入線和一組出線的交換單元，上述定義的連接可以同時有多個，這就構成了交換單元的連接集合。 其中： 起點集為： 終點集為：注意：這裏所說的連接和連接集合應該是對應於某一時刻的。2-*/982012-2一個正在工作的交換單元，某一時刻處於某種連接集合C，不同時刻的連接應該是可變的，連接集合也是可變的。若連接和連接集合固定不變，則意味著交換單元的入線和出線總是處在固定連接中，那麼能夠連接任意入線和出線的交換基本功能也就無從談起了。當然，這種改變需要通過某種控制方式才可進行。一個交換單元可能提供的連接集合的數目越多，它的連接能力就越強。當某一時刻，一個交換單元正處於連接集合C，若一條入線i∈Ic

，則稱該入線i處於佔用狀態，否則為處於空閒狀態。若一條出線o∈Oj

，則稱該出線o處於佔用狀態，否則為處於空閒狀態。2-*/982012-2連接函數每一個交換單元都可用一組連接函數來表示，一個連接函數對應一種連接。連接函數表示相互連接的入線編號和出線編號之間的一一對應關係，即存在連接函數f，在它的作用下，入線x與出線f(x)相連接，0≤x≤M-1，0≤f(x)≤N-1。連接函數實際反映了入線編號構成的數組和出線編號構成的數組之間對應的置換關係或排列關係。所以，連接函數也被稱為置換函數或排列函數從集合角度來講，一個連接函數反映了入線集合和出線集合的一種映射關係。2-*/982012-21.函數表示形式

()0123456701234567均勻洗牌函數均勻洗牌連接2-*/982012-22.排列表示形式

排列表示形式也稱輸入輸出對應表示形式。因為交換單元的連接實際上是各入線與各出線編號之間的一種對應關係，所以可以將這種對應關係一一羅列出來，表示為2-*/982012-2將入線編號順序排列，再對應列出出線編號的表示形式，稱為出線排列形式入線排列形式表示N＝8的均勻洗牌函數可表示為：出線排列和入線排列可進一步簡化為：2-*/982012-2根據排列表示形式可以推出：對於一個N×N交換單元，N條入線和N條出線任意進行點到點連接。則該交換單元的一個連接集合就是N個自然數的1種排列；它所能提供的連接集合的個數就應該是N個自然數的全排列，即為N!。因此，一個N×N交換單元最多可有N!個點到點連接的連接集合。2-*/982012-23.圖形表示形式

將以十進位數表示的入線編號與出線編號均按順序排列，左邊為入線編號，右邊為出線編號，再用直線連接相應的入線與出線，即為連接函數的圖形表示形式。0123456701234567均勻洗牌連接

2-*/982012-2內容提要2.1語音信號數位化和時分複用基礎2.2交換單元模型及其數學描述2.3基本交換單元2.4多級交換網絡交換機的核心是交換網絡交換網絡的核心部件是基本交換單元。2-*/982012-22.3基本交換單元2.3.1開關陣列基本原理在交換單元內部，要建立任意入線和任意出線之間的連接，最簡單最直接的想法就是使用開關。在每條入線和每條出線之間都各自接上一個開關，所有的開關就構成了交換單元內部的開關陣列。開關陣列也是最基本、最直截了當、最早使用的交換單元。0N-110M-112-*/982012-20M-1入線出線0N-1（a）M×N有向交換單元（b）M×N有向矩形開關陣列（c）M×N無向矩形開關陣列0N-110M-1入線出線10N-110M-1入線出線1開關陣列在拓撲結構上可排成方形或矩形二維陣列，並分別被稱為N×N方形開關陣列和M×N矩形開關陣列。2-*/982012-2開關陣列的特性（1）因為每條入線和每條出線的組合都對應著一個單獨的開關，所以在任何時間，任何入線都可連至任何出線。控制簡單，具有均勻的延遲。（2）一個交叉點代表一個開關，因此通常用交叉點數目表示開關數目。因為對指定入線和出線數的交換單元，其開關數反映了實現的複雜度和成本的高低，所以應儘量減少交叉點數目。開關陣列適合於構成較小的交換單元。（3）當某條入線與其連接的所有出線間的一行開關部分或全部處於接通狀態時，開關陣列很容易地實現了同發和廣播功能。反之，也很容易產生出線衝突。一列開關只能有一個處於接通狀態。（4）由於開關是開關陣列中的惟一部件，所以交換單元的性能依賴於所使用的開關。2-*/982012-2開關陣列的控制端和狀態端對開關陣列的控制端和狀態端，最簡單的情況是每個開關都有一個控制端和狀態端，分別用於控制和表示開關的通斷狀態。此時一個M×N的交換單元共有M×N個控制端和M×N個狀態端。它們均為二值電平。M×N個控制信號可以排成一個方陣，稱為控制方陣。位於第i行第j列的元素Cij的值為1或0用於控制第i個入端和第j個出端之間接通或斷開。同理，狀態端也可同樣排成一個方陣。M×N個二值控制信號共有2MN種不同的組合，每種組合都是一種可能送入交換單元控制信號的取值。但並非2MN

個控制信號的取值都是允許的。如在不允許同發和廣播的時候，控制方陣中同一行的元素中只能有一個為1。因此它往往遠小於2MN。2-*/982012-2實際開關陣列舉例（1）繼電器 繼電器常用於構成小型交換單元。利用繼電器的吸合與斷開來控制交叉點。其交換單元應是可雙向傳送資訊的，並且模擬和數字資訊均可以傳送。繼電器構成交換單元的缺點：繼電器的動作會對其他部件產生干擾和雜訊；繼電器的動作較慢，一般為ms數量級；繼電器的體積較大，一般為cm數量級。2-*/982012-2（2）模擬電子開關 模擬電子開關利用半導體材料製成，取代繼電器構成小型交換單元。如MOTOROLA公司生產的MC142100和MC145100是4×4的電子開關陣列。與繼電器相比，其構成的交換單元有如下重要特點：體積小。如構成8×8交換單元的全部開關及其連線可以集成在一個晶片上；開關動作比繼電器快得多。同時產生的干擾和噪音極小；資訊在半導體材料中傳送，信號只能單方向傳送，並且衰耗和時延較大。2-*/982012-2（3）數字電子開關 它可以簡單地用邏輯門構成，用於數字信號的交換，其開關動作極快並且沒有信號損失。2-*/982012-2（4）2×2交叉連接單元2-*/982012-2（5）多路選擇器

開關陣列與多路選擇器的等效2-*/982012-22-*/982012-2

空間接線器用來完成同步時分複用信號的不同複用線之間的交換功能，而不改變其時隙位置，簡稱為S接線器。

功能：

S接線器完成不同複用匯流排(PCM線)間同一TS之間的交換;S接線器是通過控制記憶體控制電子交叉矩陣接點的閉合來實現TS在不同PCM間的交換的。組成結構： 電子交叉矩陣(開關時間所要求) CM(控制記憶體）2.3.2空間交換單元S2-*/982012-2工作方式：輸入控制：CM組號對應輸入HW

（控制線與輸入HW平行。）輸出控制：CM組號對應輸出HW

（控制線與輸出HW平行。）CMC的容量：每組單元的數量等於其控制HW線上的時隙數。實質：通過時間分割的手段來完成空間HW交換。注意：工作方式是針對交叉矩陣而言（CMC總是輸入控制）TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWnTS4TS4TS22………………1n…22S接線器的結構輸入控制方式！單元地址為時隙號，內容為HW號（輸出）TS4HW0

HWnTS22HWn

HW1TS4TS22TS4TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWn………………n0…22輸出控制方式！單元地址為時隙號，內容為HW號（輸入）TS4HW0

HWnTS22HWn

HW12-*/982012-2功能：完成同一複用匯流排(PCM線)上不同時隙間的交換。

對位置化通道：TS3

TS8，等待5個時隙後輸出即可。組成結構：SM(SpeechMemory)－－存儲話音資訊

CM(ControlMemory)－－控制SM的讀或寫原理：先存儲，後轉發。工作方式：輸出控制：（順序寫入，控制讀出）輸入控制：（控制寫入，順序讀出）（掌握兩種工作方式下的工作過程，會區分工作方式）！2.3.3時間交換單元-時間接線器（T）2-*/982012-2RWTS0TS31TS0TS31031310SMCMWCPU控制RT接線器組成結構圖地址計數器時鐘地址計數器2-*/982012-2SM：

—暫存時隙的數字語音資訊；

—每個TS佔用SM的一個單元；

—SM容量對一條PCM而言,容量=32×8bit。CM：

—提供SM的讀寫地址,它是由處理機在鏈路試選時寫入的；

—提供時間資訊:即在哪一時隙對SM進行讀或寫(由CM的地址單元號提供)；

—提供地址資訊:即在某個時隙對SM的哪一個地址進行讀或寫(由CM內容提供)；

—容量：一條PCM而言，32×5bit。

2-*/982012-2AAARW310SMCMWCPU控制RT接線器--輸出控制地址計數器時鐘地址計數器TS6

TS176TS6TS1731017617313029········21TS0313029········21TS0CM的地址與輸出TS對應66！2-*/982012-2AAA！RW310SMCMWCPU控制RT接線器--輸入控制地址計數器地址計數器TS6

TS1717TS6TM的地址與輸入TS對應2-*/982012-22.3.4時間交換單元的擴展時間交換單元的擴展32×3232×3232×3232×3232×3232×3232×3232×3232×32UHWIUHWIIUHWIIIDHWIDHWIIDHWIII模組2模組1模組32-*/982012-22.3.5匯流排型交換單元匯流排是一個最早用在電腦領域中的名詞，它指的是把電腦中的各個部件連接在一起的一種技術設備。電腦局域網中就使用了匯流排來完成電信交換的功能。2-*/982012-2電信交換中使用的匯流排型交換包括入線控制部件、出線控制部件和匯流排三部分。交換單元的每條入線都經過各自的入線控制部件與匯流排相連，每條出線也經過各自的出線控制部件與匯流排相連。匯流排按時隙輪流分配給各個入線控制部件和出線控制部件使用，分配到的輸入部件將輸入信號送到匯流排上，通過匯流排將該信號送到出線控制部件。2-*/982012-2入線控制部件的功能是接收入線信號，進行相應的格式變換，放在緩衝記憶體中，並在分配給該部件的時隙上把收到的資訊送到匯流排上。因為輸入資訊是連續的比特流，而匯流排上接收和發送資訊則是猝發的，所以設一個入線控制部件，每隔時間τ獲得一個時隙，輸入資訊的速率為Vb/s，則緩衝記憶體的容量至少應是(V×τ)bit。2-*/982012-2出線控制部件的功能是檢測匯流排上的信號，並把屬於自己的資訊讀入一個緩衝記憶體中，進行格式變換，然後由出線送出，形成出線信號。同理，設一個出線控制部件，在每個時間段τ內獲得的資訊量是一個常數，而出線的數字資訊的速率為Vb/s，則緩衝記憶體容量至少應是(V×τ)bit。2-*/982012-2匯流排一般包括多條數據線和控制線。數據線用於在入線控制部件和出線控制部件之間傳送信號，控制線用於控制各入線控制部件獲得時隙和發送資訊，以及出線控制部件讀取屬於自己的資訊。其中數據線的多少對於交換單元的容量有決定性的意義，因此把匯流排包括的數據線數量稱為匯流排的寬度。匯流排時隙分配要按一定的規則進行。最簡單也最常用的規則，是不管各入線控制部件是否有資訊，只是按順序把時隙分給各入線。比較複雜但效率較高的規則是只在入線有資訊時才分配時隙給它。2-*/982012-2由上述的功能描述可以看出，匯流排上的信號是一個同步時分多路複用信號。並且，所有輸入信號將被複合成為一個信號。若有N條入線，每條入線的信號速率是Vb/s，則匯流排上的信號速率就是N×Vb/s。因此，在匯流排型交換單元中，匯流排是資訊的集散地。若入線較多且輸入信號的速率較高，則匯流排上的資訊速率會變得非常高。所以匯流排型交換單元入線數和信號速率受匯流排能夠傳送的資訊速率及入線、出線控制電路的工作速率的限制。2-*/982012-2設匯流排上的一個時隙長度不超過T，且在一個時隙中只能傳送Bbit，則有

k×N×V＝B/T其中，k是時隙分配規則因數。若採用簡單的固定分配時隙的規則，k＝1；若採用按需分配的規則，k＜1。1/k反映了匯流排的利用程度。因此，可以通過增加B、減少T或減少k來增加交換單元的容量。2-*/982012-2內容提要2.1語音信號數位化和時分複用基礎2.2交換單元模型及其數學描述2.3基本交換單元2.4多級交換網絡交換機的核心是交換網絡交換網絡的核心部件是基本交換單元。2-*/982012-22.4多級交換網絡2.4.1多級交換網絡概念將交換單元按一定的拓撲連接起來，可形成單級或多級交換網絡。單級交換網絡是由一個交換單元或若干個位於同一級的交換單元構成的，如圖2-18所示。需交換的資訊在單級交換網絡中一次通過，即一次入線到出線的連接，只經過一個交換單元。如前面T接線器的擴展就屬於單級網路。2-*/982012-2多級交換網絡是由若干個交換單元按照一定拓撲結構和控制方式構成的網路。多級交換網絡含有三大基本要素：交換單元、交換單元之間連接的拓撲方式、控制方式。2-*/982012-2多級交換網絡由多級交換單元構成，如果一個交換網絡中的交換單元可以分為K級，順序命名為第l、2、……K級，並且滿足：所有的入線都只與第1級交換單元連接；所有的第1級交換單元都只與入線和第2級交換單元連接；所有的第2級交換單元部只與第1級交換單元和第3級交換單元連接；依此類推，所有的第K級交換單元都只與第K-1級交換單元和出線連接。 則稱這樣的交換網絡為多級交換網絡，或K級交換網絡。多級交換網絡的拓撲結構可以用三個參量來說明：每個交換單元的容量；交換單元的級數；交換單元間的連接通路(鏈路)2-*/982012-2內部阻塞內部阻塞的基本概念出、入線空閒，但因交換網絡級間鏈路被佔用而無法接通的現象稱為多級交換網絡的內部阻塞單級交換網絡是不存在內部阻塞的；多級交換網絡中交叉點越多，成本越高，建立連接的路徑亦越多，阻塞的機會也越少，連接能力也就越強。交換網絡拓撲設計的總目標，就是在滿足一定的連接能力的要求下，儘量最小化交叉點數。2-*/982012-2無阻塞交換網絡嚴格無阻塞網路：不管網路處於何種狀態，任何時刻都可以在交換網絡中建立一個連接，而不會影響網路中已建立起來的連接，只要這個連接的起點、終點是空閒的。可重排無阻塞網路：不管網路處於何種狀態，任何時刻都可以在一個交接網路中直接或對已有的連接重選路由來建立一個連接，只要這個連接的起點和終點是空閒的。廣義無阻塞網路：指一個給定的網路存在著固有的阻塞的可能，但有可能存在著一種精巧的選路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排網路中已建立起來的連接。2-*/982012-22.4.2T-S-T網路

整個TST網路是一個三級交換網絡，它以S接線器為中心，兩側為T接線器，輸入側的T接線器稱為初級T接線器，輸出側的T接線器稱為次級T接線器，兩側T接線器的數量決定於S接線器矩陣的大小。引入S接線器，改善話務疏導功能，具有低成本，低阻塞和路由選擇簡單的特點。各個Memory的內容；各個Memory的容量；不同控制方式下的變化；半幀法（強調：T接線器輸入HW總時隙數的一半）；BB2TS23BB31TS2AA31ATS7BACMC0CMC1CMC2HW0HW1HW2輸入控制！723ACMASMATS31B72TS731232HW0HW1HW2TS2CMBSMBTS31A233172輸入控制輸出控制TS23HW0TS2

HW2TS31TS31

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TS2ITS＝7TS2

TS7

TS3127+32/2=23023BB23TS23BB23TS2AA7ATS7BACMC0CMC1CMC2HW0HW1HW2輸入控制！723ACMASMATS31B27TS723317HW0HW1HW2TS2CMBSMBTS31A273123輸出控制輸入控制TS23HW0TS2

HW2TS31TS31

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TS2ITS＝7TS2

TS7

TS3122302-*/982012-2入-出方式：關於節省CM的問題；觀察：該方式下，兩端的CM有何規律？規律：相差半幀的兩數，其二進制編碼僅為最高位相反。

eg：(7)10=(00111)2(23)10=(10111)2方法：用反相器作硬體實現。關於SM損壞的問題；思考：該方式下對輸入、輸出通路的影響。出-入方式：關於節省CM的問題；觀察：該方式下，兩端的CM有何規律？關於SM損壞的問題；思考：該方式下對輸入，輸出通路的影響。入-出方式與出-入方式的討論。2-*/982012-22.4.3CLOS網路CLOS網路的基本概念CLOS首次構造了一類如圖2-24所示的N×N的無阻塞交換網絡。它指出：採用足夠多的級數，對於較大的N，能夠設計出一種無阻塞網路，其交叉點數增長的速度小於N1+ε(0＜ε＜1)。也就是說，使用CLOS網路，既可以減少交叉點數，又可以做到無阻塞。2-*/982012-2三級CLOS網路無阻塞條件CLOS網路的嚴格無阻塞條件 一個CLOS網路是嚴格無阻塞的，當且僅當滿足下述條件：m≥2n-1。 參見圖2-24，在最不利情況下，中間級會有(n-1)×2個交換單元被佔用，因此中間級至少要有(n-1)×2+1＝2n-1個交換單元，即m≥2n-l時，可確保無阻塞。所以對於C(m,n,r)CLOS網路，如果m≥2n-l，則此網路是嚴格無阻塞的。2-*/982012-2CLOS網路的可重排無阻塞條件對三級CLOS網路C(m,n,r)，可重排無阻塞的充分必要條件是：m≥n

2-*/982012-2可重排無阻塞網路的基本原理1341132

4412

32-*/982012-2非對稱CLOS網路

若CLOS網路的入線數為M，出線數為N，M≠N，則稱為非對稱CLOS網路。三級非對稱CLOS網路記為V(m,n1,r1,n2,r2)

，它表示：第1級有r1個n1×m輸入交換單元，且M＝r1n1；第3級有r2個m×n2輸出交換單元，且N＝r2n2；中間級有m個r1×r2的交換單元。如果n1＝n2，r1＝r2，該網路就簡化成圖2-24所示的對稱三級CLOS網路C(m,n,r)。對於V(m,n1,r1,n2,r2)三級非對稱CLOS網路：嚴格無阻塞的條件是m≥nl+n2-1。可重排無阻塞的條件是m≥max(nl,n2)。2-*/982012-22-*/982012-22.4.4BANYAN網路

以2×2交換單元為基礎構件構成的多級互連網絡得到了高度重視，BANYAN就是由若干個2×2交換單元組成的多級交換網絡。2-*/982012-2BANYAN網路的遞歸構造圖2-284×4的二級互連網絡01230123

將4個2×2交換單元連接起來，可以得到一個4×4的二級互連網絡。2-*/982012-2用12個2×2交換單元就可以構成—個8×8的三級交換網絡，其第1級和第2級之間的連接為子洗牌連接，第2級和第3級之間的連接為均勻洗牌連接。2-*/982012-2這種將多個2×2交換單元分成若干級，並按照一定的級間連接方式構成的多級交換網絡，就被稱為BANYAN網路。2-*/982012-2用較小的BANYAN網路構成較大的BANYAN網路，其構成方法如下：假設已有N×N的BANYAN網路，需構成2N×2N的BANYAN網路，則可使用2組N×N，再加上一組N個2×2交換單元構成。第一組N×N的N條出線分別與N個2×2的某一入線相連，第二組N×N的N條出線分別與N個2×2的另一入線相連。例如，用8×8BANYAN網路構成16×16BANYAN網路時，可用2組8×8，加上8個2×2交換單元構成，共需32個2×2交換單元。對於N×N的BANYAN網路，其級數約為M＝log2N，每一級需要N/2個2×2交換單元，共需要(N/2)log2N個2×2交換單元。2-*/982012-2工作原理和性質(1)惟一路徑在圖2-28的4×4BANYAN網路中，已經知道它的每條入線與每條出線之間都有且只有這一條路徑。這就是BANYAN網路的惟一路徑特點。對於這一點，可以用類似於數學歸納法的辦法來給予證明。首先4×4的BANYAN網路是只有惟一路徑的。假設它對N×N的BANYAN網路也成立。那麼，對於2N×2N的BANYAN網路來說，因為2N×2N的BANYAN網路是用前述的方法來構成的，顯然從N×NBANYAN網路到最後一級2×2交換單元中共有2N條路徑，並且要到其中某一條出線必須經過其中惟一的一條路徑。可見這樣構成的2N×2N的BANYAN網路仍然是在每條入線和每條出線間都存在一條路徑並且只有惟一的一條路徑。這就證明了上述特點對任何N都成立。2-*/982012-2(2)自選路由由BANYAN網路的構成方法可知，一個BANYAN網路的入線數和出線數相等。並且若假設其為N。則必有N＝2M，M為級數。再設N條入線和N條出線分別順序編號為十進位數0、1、2、……N-1，則必定可用M位二進位數字來區別N條入線和N條出線。由BANYAN網路的惟一路徑特點可知，從BANYAN網路的任意一條入線到全部N條出線共有N個連接，這N個連接可以用出線的N個不同的編號表示，即其中的每一個連接都可以用M位二進位數字表示。2-*/982012-2全部8條通往出線3上的路徑，每條路徑上三個交換單元的出線號碼都分別是0、1、1，組合起來的二進位數字011正是BANYAN