现代交换原理第3章1

1、交换网络的构成和分类 交换单元 交换单元的基本概念 开关阵列与空间交换单元 共享存储器型的交换单元时间交换单元 共享总线型的交换单元数字交换单元 交换网络 CLOS网络 TST网络 DSN网络 BANYAN网络,主要内容,第三章 交换单元与交换网络,3.1 引言 1数字交换的基本概念 交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接。,数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图,在交换系统中完成交换功能的部件就是交换网络，它是交换系统的核心。 交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成的。 交换单元是构成交换网络的最基本的部件. 交换网络有：空分、时分 数字、模拟,空分

2、方式： 是指交换机对各个通话接续分别提供空间即实线通道的一种接续方式。 任何一对用户通话时，都在话路网络的空间位置上，占用一条独立的通路，而与其它用户的通话回路无关。 例： 人工交换机 纵横制交换机,纵横制交换机,时分方式： 是指交换网络为各条话路分别提供时间位置的一种接续方式。 多用户占用同一条通路，但按时间互相错开，多个话路轮流接通，即采用时分复用方式，各路通话只占同一条线路的其中一定时间。,模拟和数字 模拟方式：是指通过交换机交换接续的是模拟信号。 数字方式：指通过交换机交换接续的是数字信号。,模拟和数字与空分和时分又有什么关系呢？ 空分制： 只能采取模拟交换 模拟交换：脉冲幅度调制（P

3、AM） 时分制： 数字交换（主要）： 脉冲编码调制（PCM）,1). 同步时分复用信号位置化信道,入线,出线,0,0,1,1,4,4,2,3,2,3,同步时分复用信号的交换,两种信号的交换,2). 统计时分复用信号标志化信道,入线,出线,0,0,1,2,2,1,异步时分复用信号的交换,0,2,1,0,0,0,1,2,2,2,两种信号的交换,3.2 交换单元,入线,出线,控制端,状态端,M X N的交换单元,0,0,1,1,M-1,N-1,交换单元按使用需要的不同可分为：,入线,0,M-1,出线,0,N-1,入线,0,M-1,出线,0,N-1,出线,0,N-1,入线,0,M-1,集中型（MN）,

4、扩散型（MN ）,连接型（M=N）,交换单元按信息流向分为：,有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线 进出线出，具有唯一确定的方向。 无向交换单元：交换单元的每条线即可入也可出， 其入线数必等于出现数。,出线,0,N-1,入线,0,M-1,M X N有向交换单元,入线/出线,0,N-1,N无向交换单元,.,.,交换单元的性能,容量： 交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量 接口： 交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形式、速率及信息流方向 功能： 点到点、同发、广播 质量： 完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定连接、信息经过交换单元是否有损伤（时间、语义）,3.3 开关阵

5、列与空间交换单元开关阵列,在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的连接，就在每条入线和每条出线之间都各自接上一个开关，所有开关就构成了交换单元内部的开关阵列。,M X N有向交换单元,0,1,N-1,0,1,M-1,入线,出线,M X N有向矩形开关阵列,开关阵列的工作原理,出线,0,N-1,入线,0,M-1,.,.,N无向方形开关阵列,入线,0,N-1,N无向交换单元,0,1,N-1,0,1,N-1,入线,出线,开关阵列的工作原理,入线/出线,0,N-1,N无向交换单元,无向交换单元开关阵列的实现,若在一个N X N的交换单元中的连接总是对称的，即如果入端i连接到出端j，则入端j一定连

6、接到出端i，那么相同编号的入端和出端可以看作一个同时具有发送和接收信息能力的信息端，既具有N个双向通信的信息端，并且每个信息端都可以和任何其它的信息端相连，这样的交换单元称作N个信息端的无向交换单元，简称N无向交换单元。,N无向交换单元的开关阵列 （用双向开关）,入线/出线,0,N-1,N无向交换单元,0,1,N-2,1,N-1,2,N-2,2,全连接交换单元和部分连接交换单元,0,1,N-1,0,1,N-1,入线,出线,0,1,N-1,0,1,N-1,入线,出线,0,1,M-1,入线,出线,入线,0,M-1,出线,入线,0,N-1,出线,0,1,N-1,入线,出线,多路选择器,开关阵列的特性

7、,开关控制简单，从入线到出线具有均匀的单位延迟时间。 开关阵列适合于构成较小的交换单元（开关数反映了实现的复杂度和成本的高低）。 交换单元的性能依赖于所使用的开关。 控制信号简单 容易实现同发和广播功能,继电器：其构成的交换单元是无向的，可交换模拟和数字信息，干扰和噪声大、动作慢（ms级）、体积大（cm级）。 模拟电子开关：一般利用半导体材料制成。 如：MC142100、MC145100（4 x 4开关阵列） 只能单向传送，且衰耗和时延较大。 数字电子开关：由简单的由逻辑门构成，用于数字信号的交 换，开关动作极快且无信号损失。,实际的开关阵列,空间交换单元也称为空间接线器（Space Swit

8、ch），简称为S单元或S接线器，用来实现多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间交换，而不改变其时隙位置。,3.4 开关阵列与空间交换单元空间交换单元,S接线器的构成：交叉点矩阵、控制存储器 交叉点矩阵：开关阵列 控制存储器（CM-Control Memory）： S接线器所含CM数量等于入（出）线数 每个CM的所含有的存储单元个数等于入（出） 线上的复用时隙数 每个存储单元为n位bit,且满足N2n,其中N 为入（出）线上数,空间交换单元的基本结构,空间交换单元的控制方式,0 1 2,0 1 2,0 1 2,TS12 TS8,TS12 TS8,0,8,12,127,2,TS8,TS8,输入控

9、制方式,1,TS12,TS12,2,0,空间交换单元的控制方式,0 1 2,0 1 2,0 1 2,TS12 TS8,TS12 TS8,0,8,12,2,TS8,TS8,输出控制方式,1,TS12,TS12,2,0,127,控制存储器按入线配置的空分接线器,控制存储器按出线配置的空分接线器,3.5 共享存储器型的交换单元时间交换单元,0,1,N-1,输入信号,输出信号,共享存储器型交换单元的一般结构,工作方式：入线缓冲、出线缓冲,时间交换单元也称为时间接线器（Time Switch），简称为T单元或T接线器，用来实现时隙交换功能。所谓时隙交换是指入线上各个时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在

10、出线上的不同时隙位置输出。,时间交换单元,T接线器主要由话音存储器（SM:Speech Memory）和控制存储器(CM:Control memory)构成。 SM用来暂存话音的数字编码信息，故每个单元至少应为8比特。SM的容量等于输入复用线上每帧的时隙数。 CM的容量等于SM的容量；设CM每个单元的比特数为n，SM的单元数为N，则有2n=N，N也就是复用线上的时隙数。,时间交换单元的基本结构,T接线器的工作原理 (a) 输出控制；(b) 输入控制,(a)输出控制方式； (b)输入控制方式 T接线器原理,TS30,时分接线器的工作方式有两种: 第一种是顺序写入，控制读出，简称输出控制，如图 (

11、a)所示。第二种是控制写入，顺序读出，简称输入控制，如图 (b)所示。 用这两种方式进行时隙交换的原理是相同的。 顺序写入或读出是由时钟控制的，控制读出或写入则由CM完成。,3.6 复用器、分路器和串/并、并/串变换 -是连接交换网络的接口。 信息以串行格式送入交换网络的入线并从出线送出。 入线和出线上一帧的时隙数定义为复用度。 在交换网络中，为了提高交换速度，信息以并行方式交换，因此在交换网络接口处，要进行串/并和并/串变换。 复用器和分路器的作用就是完成这种变换。,T,分 路 器,复用 器,TS=32 2.048Mb/s,TS=32 2.048Mb/s,TS=32x8=256 2.048M

12、b/s,PCM 0,PCM 1,PCM 7,PCM 0,PCM 1,PCM 7,:,:,串行码,串行码,并行码,串并变换原理,移位寄存器,移位寄存器,HW0,HW7,CP,锁存器,锁存器,D0,D7,D0,D7,D0,D7,D7,D0,D0,D7,8-1 (D0),8-1 (D7),HW0,HW0,HW7,HW7,(8),(8),(8),CP,CPTD7,并串变换原理,TSj=TSi x n + HWk (j=0,1,.nx32-1) n 为总线数量 k 为总线序号(k=0,1,2.n-1) i为复用前时隙号(i=0,1.31),T,分 路 器,复用 器,TS=32 2.048Mb/s,TS=

13、32 2.048Mb/s,TS=32x8=256 2.048Mb/s,PCM 0,PCM 1,PCM 7,PCM 0,PCM 1,PCM 7,:,:,TSi,串行码,并行码,TSj,TSi,TSj,T接线器与复用器结合构成的交换网络,8/ l 复用和串并变换,3.7 共享总线型交换单元数字交换单元,入线控制部件的功能： 接收入线信号，进行相应的格式变换，放在缓冲存储器中，并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到总线上。 出线控制部件的功能： 检测总线上的信号，并把属于自己的信息读入一个缓冲存储器中，进行格式变换，放在缓冲存储器中，由出线送出，形成出线信号。,共享总线型交换单元,总线： 一般包括多条数据线和控制线。数据线用于在入线控制部件和出线控制部件传送信号；控制线用于控制各入线控制部件获得时隙和发送信息，以及出线控制部件读取属于自己的信息。 总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控制部件使用，其时隙的分配有一定的规则。,共享总线型交换单元,数字交换单元（DSE）,S,10,20,S,S,DSE内的通路,TS6,TS20,0,6,31,0,6,31,0,20,31,S,10,20,S,10,20,D P C,RX3,TX1