《数字交换与交换机》课件

数字交换与交换机数字交换技术是现代通信网络中的核心技术之一。它通过将模拟信号转换为数字信号并进行处理和交换,实现高效、可靠的数据传输。交换机作为数字交换系统的关键设备,担负着整个网络通信的枢纽功能。数字交换技术概述数字化转换数字交换技术将模拟语音信号转换为数字信号进行处理和传输。灵活性提升数字交换技术可以提供更多功能和更灵活的服务。可靠性增强数字交换系统具有更高的抗干扰能力和更强的抗故障性。成本效益数字交换设备的成本越来越低,且具有更高的性能。数字交换机的工作原理1信号采集数字交换机首先采集输入的模拟信号,并将其转换为数字信号。2时分复用数字信号被切分成多个时间片,实现对多路信号的同时传输。3空间交换交换机根据呼叫信息,把每个时间片切换到对应的输出端口。4信号输出输出端口接收到交换后的数字信号,并将其转换回模拟信号。数字交换机的工作原理是将输入的模拟信号数字化,利用时分复用技术对多路信号进行同时传输,并通过空间交换将每路信号切换到对应的输出端口。最后交换机将数字信号转换回模拟信号,完成整个交换过程。数字交换系统的体系结构基本元素数字交换系统由交换机、信令系统、数据网络和管理系统等基本元素组成，用于实现高效的数据交换和传输。功能模块交换系统包含控制模块、交换模块、语音编解码模块和信令处理模块等功能模块，协同工作实现可靠的数据交换。信令机制系统采用专用信令网络来处理呼叫建立、维护和拆除等信令流程，确保数据交换的及时性和准确性。空间交换网络网络切换空间交换网络通过物理连接在不同端口之间切换信号传输路径。交叉连接信号在不同端口之间进行物理交叉连接以实现高效切换。网络拓扑空间交换网络通常采用星型或菊花链等拓扑结构以提高灵活性。时分交换网络时间分割时分交换通过将时间信号分割为多个时间段来实现多个通道的共享传输。每个用户获得固定的时间槽来进行通信。信号同步时分交换网络需要精确的时间同步,确保每个用户只在分配的时间槽内传输数据,避免时间冲突。结构优势时分交换能够充分利用带宽资源,实现多路复用,同时具有较高的安全性和可靠性。动态调度交换机可以根据实际需求动态分配时间槽,提高整体网络的利用率和效率。数字交换系统的功能模块交换模块负责实现呼叫的连接和切换,是数字交换系统的核心功能。信令模块处理呼叫接入、呼叫控制和呼叫释放等信令协议,确保交换过程顺畅。语音编码模块对语音信号进行数字编码和压缩,以提高传输效率和减少带宽占用。管理模块负责系统的配置、监控和故障诊断,确保交换系统的可靠运行。呼叫处理流程呼入请求用户通过电话、网络等方式发起呼叫请求。路由寻址交换机根据呼叫信息查找目标用户地址并建立连接路径。资源分配交换机动态分配所需的网络通道、处理器等资源。信号传输建立连接通道后,双方用户开始语音通话或数据交换。呼叫结束通话结束后,交换机释放占用的系统资源。时分复用技术原理概述时分复用技术通过将时间划分为多个时间片,使多个信号在同一信道中传输,提高了信道利用率。执行过程在发送端,将数据流划分成时间片并分别调度到不同的时间槽;在接收端,则按顺序接收并还原数据流。优势与应用时分复用技术可以显著提高信道利用率,广泛应用于数字语音、视频等领域的信号传输。技术发展随着通信技术进步,时分复用技术也不断演化,为现代数字交换系统提供有力支撑。交换机内部总线交换机内部总线是连接各功能模块的高速传输通道。它负责高速传输数据包和控制信号,确保交换机内部各功能单元之间的高效协作。总线的宽度、时钟频率和拓扑结构是影响交换机性能的关键因素。高性能交换机通常采用总线与网格相结合的混合架构,以实现高带宽、低时延的内部数据传输。总线结构简单高效,网格结构则能提升扩展性和可靠性。虚电路交换和分组交换虚电路交换在虚电路交换中,交换机在通信过程中为每个数据流分配一条专用的虚拟通信通路,称为虚电路。这种方式保证了通信质量和数据顺序性。分组交换分组交换将数据流拆分成多个小数据包,独立路由和传输。虽然无法保证质量和顺序,但分组交换更灵活、效率更高。对比虚电路交换适用于实时服务,如语音和视频。分组交换适用于数据业务,如互联网应用。两种技术各有优势,广泛应用于现代通信网络。电路交换与分组交换的比较特点电路交换分组交换传输方式建立专用通信线路数据打包成分组传输传输效率传输效率较低传输效率较高资源利用率资源利用率较低资源利用率较高延迟延迟较低延迟较高应用场景实时通信、电话数据传输、互联网现代交换技术的发展趋势1软交换技术软交换技术将交换功能从专用硬件分离,采用通用服务器和软件实现,提高了灵活性和可编程性。2SDN和NFV技术Software-DefinedNetworking和NetworkFunctionsVirtualization技术使网络功能更加灵活和可编程。3全IP化网络网络全面向IP化发展,基于IP协议的交换成为主流,融合语音、视频和数据传输。45G技术5G网络带来更高带宽、更低时延和海量连接的优势,为交换技术提供新的发展机遇。语音编码技术数字化将模拟语音信号转换为数字形式以便存储和传输。编码压缩利用语音信号的特性进行编码压缩,减小数字语音的码率。分析合成通过分析语音信号特征,采用合成方法重建语音,实现高效编码。语音识别将语音信号转换为文字,实现人机交互和语音控制功能。语音数字化1模拟信号采样将连续的模拟语音信号转换为离散的数字信号,使其可以被数字设备处理和传输。2量化和编码将采样后的数字信号量化为一系列有限的离散电平,并用二进制编码表示。3编码算法优化采用不同的编码算法,如PCM、ADPCM等,进一步提高数字语音信号的编码效率。数字信号处理技术数字信号处理算法数字信号处理技术采用专门设计的算法,如傅里叶变换、滤波、编码等,来实现对数字信号的高效处理和分析。专用集成电路针对数字信号处理的特殊需求,设计了专用的集成电路芯片,如数字信号处理器(DSP)及ASIC芯片,实现高性能和低功耗的数字信号处理。音频处理应用数字信号处理技术广泛应用于音频信号的采集、编码、传输和解码等,为高质量的数字音频体验奠定基础。交换系统信令技术信令网络信令网络通过独立的信令通道传输控制信息,确保了语音通道的独立性和实时性。信令协议常见的信令协议包括SS7、ISDN等,定义了信令消息格式和交互流程。信令功能信令技术支持呼叫建立、维护、释放,以及用户身份认证、计费等功能。信令交换信令交换器负责信令消息的路由和分发,协调各节点间的信令交互。软交换技术软交换架构软交换架构将交换功能分离为控制面和传输面,利用标准的计算机和通信技术实现更加灵活和可扩展的交换系统。软交换设备软交换设备包括媒体网关、信令网关和呼叫代理服务器等,它们协同工作实现电路交换和分组交换的融合。软交换系统功能软交换系统提供呼叫控制、资源管理、业务计费等功能,支持语音、视频和数据等多种业务,具有高度灵活性。下一代网络交换技术云计算下一代网络交换技术利用云计算提供按需计算、存储和网络资源，提高交换机灵活性和扩展性。软件定义网络通过分离控制平面和数据平面实现网络功能的软件化和虚拟化，提高网络的可编程性。物联网技术利用大规模的物联网设备产生的海量数据，支持更智能的交换机决策和网络优化。5G技术5G的高带宽、低时延和大连接能力为下一代交换技术提供基础网络支撑。交换系统的扩展性交换系统的扩展性是指系统在硬件和软件方面具有良好的可扩展性和升级性。这意味着交换系统可以根据需求动态扩大或缩小网络覆盖范围、增加或减少用户数量、提升处理能力和吞吐量。良好的扩展性让交换系统能够随时根据实际需求进行升级和改造,满足不断变化的业务需求,避免频繁更换设备导致的高成本和中断服务的风险。这是现代交换系统设计的一个重要指标。交换系统的可靠性99.999%正常运行时长交换系统目标是每年只有5分钟的停机时间24/7全天候服务交换系统应能提供持续不间断的服务10^-9错误率交换系统的信号处理错误概率应小于10亿分之一交换系统的可靠性是保证通信业务正常运行的核心指标。系统应具有极高的正常运行时长、全天候服务能力和极低的信号处理错误概率。这需要在设计、部署和维护各方面严格把控,确保交换系统的最佳性能。交换系统的可维护性交换系统的可维护性是确保系统稳定运行并快速响应用户需求的关键。这需要在系统设计、部署和运维等各个阶段采取措施,提升交换系统的可靠性和可服务性。主要措施包括:模块化设计、热插拔配件、自动故障诊断、远程维护等。此外,还需要制定完善的运维管理制度,培训专业的维护人员,建立健全的备件供应体系。交换系统的性能指标响应时间从用户发起请求到系统响应的时间延迟。快速响应时间是关键要求。吞吐量系统在单位时间内能处理的数据量。要能处理大量并发请求。可靠性系统运行的稳定性和故障恢复能力。确保用户体验不受干扰。可扩展性系统在用户和流量增加时仍能保持良好性能。支持线性扩展。不同交换机的比较1交换机性能不同型号的交换机在速度、端口数量、交换容量等方面有显著差异。高端交换机通常具有更强的性能。2交换机功能高端交换机通常具备更丰富的功能,如虚拟局域网、端口聚合、流量监控等,满足更复杂的网络需求。3成本与投资高性能高功能的交换机通常价格较高,需要更多的初始投资。中低端交换机性价比更好。4可扩展性模块化设计的交换机可以根据需求动态扩展端口数量和交换容量,灵活性更强。PSTN交换网络传统电话网络PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）是传统的公共电话交换网络,采用电路交换技术,为用户提供电话通话服务。它是基于模拟技术的老式电话系统,由电话机、传输线路、交换机等设备组成。架构与特点PSTN网络采用分层的层次化设计,由本地局域网、长途网络和国际网络三个层次组成。其特点是延迟小、可靠性高,但扩展性和灵活性较弱。应用场景PSTN网络主要应用于固定电话、传统语音通讯服务,为用户提供呼叫建立、语音编码解码等功能。尽管逐渐被新兴网络技术所取代,但仍在一些地区发挥重要作用。发展趋势随着VoIP、5G等新技术的兴起,PSTN网络正逐步向数字化和智能化演进,最终与新型网络融合,为用户提供更加丰富的通信服务。移动通信交换网络移动核心网移动通信网络的核心部分,负责管理用户信息、呼叫路由和资源分配等关键功能。蜂窝网络由基站组成,为移动用户提供无缝覆盖和漫游服务。终端设备移动通信网络的终端,包括手机、平板电脑等,实现语音、数据等服务。信令网络负责移动用户认证、呼叫设置、资源分配等信令控制功能。互联网交换网络网络互连互联网交换网络是通过各种协议和标准将不同网络互联的基础设施。它使电子设备能够相互通信和共享信息。灵活性互联网交换网络具有很强的灵活性和扩展性,可以适应不同的网络环境和业务需求。核心功能它主要负责数据包的转发和路由,以及网络管理和监控等核心功能。发展趋势随着5G、物联网等新兴技术的发展,互联网交换网络正朝着更加智能化、自动化的方向演进。交换网络的发展趋势1向IP协议转型传统电路交换网络逐步向基于IP协议的分组交换网络演化,提高网络灵活性和带宽利用率。2云计算与SDN软件定义网络(SDN)技术与云计算的融合,实现网络资源的动态调配和灵活管控。3融合与智能化多业务融合和人工智能技术的应用,使交换网络具备智能调度和自动优化功能。4光电融合光电子技术的深度融合,推动交换设备向高速、高密度和低功耗发展。交换技术在未来网络中的应用智能城市交换技术将支持智能城市中的各种应用,如交通管理、能源调度和远程医疗,提高城市运行效率。5G网络5G技术依赖高性能交换机支持海量设备连接、低时延和高可靠性,实现移动通信向智能化转型。物联网应用交换技术将连接日常生活中的各种物联网设备,支撑智能家居、可