[计算机硬件及网络]2第2 章交换单元与交换网络

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1、第2章 交换单元与交换网络1交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接， 或者说是将入线上的信息分发到出线上去。在交换系 统中完成这一基本功能的部件就是交换网络，因此交 换网络是任何交换系统的核心。交换网络又是由各种交换单元构成的，对于不同的交 换系统具体要求不同，采用的最佳交换网络就不同， 相应的也就可由不同交换单元构成。22.1 引言要了解交换单元和交换网络，首先应该知道需要交换的信 息经过交换单元和交换网络传送时的信号形式，针对不同 的信号形式，可使用相应的交换部件。按照信号的基本形式分为电信号和光信号。电信号又分为 模拟信号和数字信号，目前使用的采用时分多路复用技术 的数字信号主要

2、有:用于电路交换的同步时分复用信号， 用于分组交换和ATM 交换的统计时分复用信号。不同的信号对交换有不同的要求，其交换与传送需选用最 适合自己的交换单元和交换网络，如光信号的传送需经过 光交换，而电信号的传送则需经过电交换;对于模拟信号和数字信号，甚至各种数字信号都是经过不 同的交换单元和交换网络传送的。31.同步时分复用信号时分复用就是采用时间分割的方法，把一条高速数字 信道分成若干低速数字信道，构成同时传输多个低速 信号的子信道。同步时分复用是指将时间划分为基本时间单位， 1 帧占用时长为125us 。每帧分成若干个时隙，并按顺 序编号，所有帧中编号相同的时隙成为一个子信道， 是恒定速率

3、的一个子信道传递一个话路的信息。这种信道也称为位 置化信道，因为根据它在时间轴上的位置，可知是第 几个话路。对同步时分复用信号的交换实际是话路所在位置的交 换，即时隙的内容在时间轴上的移动4脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)的几个过程的几个过程抽样抽样（以相等的时间间隔来抽取信号的瞬时值）（以相等的时间间隔来抽取信号的瞬时值） 话音频率话音频率 300-3400Hz 抽样要求：抽样要求：f抽样抽样2f信号信号抽样频率：抽样频率：8KHz (T=125us) PAM（时间离散，幅度值无数）（时间离散，幅度值无数） 量化量化（对（对PAM信号分级取整）信号分级取整） 目的：减少编码数，四舍五入幅度

4、离散目的：减少编码数，四舍五入幅度离散 要求：信噪比要求：信噪比=10lg（信号功率（信号功率/ 噪声功率）噪声功率）26dB 方法：方法： 均匀量化：大小信号的绝对误差一样量化噪声一样 小信号的信噪比就很小，不能满足均匀量化：大小信号的绝对误差一样量化噪声一样 小信号的信噪比就很小，不能满足S/N26dB要求。要求。 非均匀量化非均匀量化(压扩法压扩法)：小信号，小间隔；大信号，大间隔：小信号，小间隔；大信号，大间隔： A律，律，13折线，折线， 32路路 E1， 欧、中。 律， 欧、中。 律，15折线，折线， 24路路 T1，北美、日。，北美、日。 编码编码：（对量化后的值编成二进制码）：

5、（对量化后的值编成二进制码）PCM。 A律，律，8位编码。位编码。 常用的码型：常用的码型： NRZ码：只适于在机架内部或邻近机架间作短距离 传输，不适合在线路中传输码：只适于在机架内部或邻近机架间作短距离 传输，不适合在线路中传输 HDB3码：适合长距离传输码：适合长距离传输 滤波滤波 在信号的发送端，滤去模拟信号中不必要的信号在信号的发送端，滤去模拟信号中不必要的信号 在信号的接收端，把译码后的输出恢复为信号波形在信号的接收端，把译码后的输出恢复为信号波形抽样量化抽样量化5 0- 50编码编码00011010 00101101 01011000 .5 0- 50 脉冲编码调制脉冲编码调制(

6、PCM)的整个过程为：的整个过程为：滤波滤波模拟 信号模拟 信号抽样、量化、编码抽样、量化、编码译码译码滤波滤波模拟信 号模拟信 号PCM信号信号我们把这一系列过程统称为编译码和滤波，该功 能由交换机的用户电路完成我们把这一系列过程统称为编译码和滤波，该功 能由交换机的用户电路完成时分多路复用时分多路复用在数字化的基础之上，可以进行数字时分多路复用。 在数字化的过程中，如前所述，将信号在时间上进行了 离散，对语音信号采用在数字化的基础之上，可以进行数字时分多路复用。 在数字化的过程中，如前所述，将信号在时间上进行了 离散，对语音信号采用8kHz进行抽样，那么在每两次 抽样之间的空闲时间，就可以

7、用来传输其他话路的信号， 这就是时分复用的基本思想。 具体地说就是把时间分成均匀的时间间隔，将每一路 信号的传输时间分配在不同的时间间隔内，以达到互相 分开的目的。这里每一路信号所占用的时间间隔称为 “路时隙”，简称为“时隙”。 如果复用路数为进行抽样，那么在每两次 抽样之间的空闲时间，就可以用来传输其他话路的信号， 这就是时分复用的基本思想。 具体地说就是把时间分成均匀的时间间隔，将每一路 信号的传输时间分配在不同的时间间隔内，以达到互相 分开的目的。这里每一路信号所占用的时间间隔称为 “路时隙”，简称为“时隙”。 如果复用路数为n，设第，设第1路语音信号的一个抽样值 经量化编码后的路语音信

8、号的一个抽样值 经量化编码后的8位码占用第位码占用第1时隙；同样第时隙；同样第2个话路的个话路的 8位码占用第位码占用第2时隙，由此类推。这样依次传送，直到把 第时隙，由此类推。这样依次传送，直到把 第n路传输完毕后，再进行第二轮传送。每一轮称为路传输完毕后，再进行第二轮传送。每一轮称为 1“帧”。帧”。01 23101 23101 231F0F1F2抽样量化编码00011010 00101101 01011001 .5 0- 505 0- 50D/APCM 30/32路帧结构路帧结构F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10 F11 F12 F13 F14 F15TS 012345678

9、9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 311帧帧=32时隙，时隙，125us （8K）1复帧复帧=16帧，帧，2ms100 1 1011000 0 1 0/1 111 1 0/1 1 1111abcdabcdabcdabcd 帧对告码同步时隙帧定位码帧对告码同步时隙帧定位码Reserve for NativeReserve for International区别奇偶帧区别奇偶帧第第1路偶帧路偶帧 TS0奇帧奇帧 TS0复帧定位复帧对告码复帧定位复帧对告码第第15路第路第30路第路第16路路F0F1F15

10、！每一帧占每一帧占125us,分为分为32个时隙，每个个时隙，每个TS=3.9us 每一时隙传送每一时隙传送8位码，一帧为位码，一帧为832=256 bit 每每16帧形成一复帧，一复帧时间为帧形成一复帧，一复帧时间为12516=2 ms 每一路话路的数据率为每一路话路的数据率为 8 / (125 0.000001)=64K bps 在在PCM30/32系统中，一条系统中，一条PCM链路的数据率为链路的数据率为 64 32=2.048M bps归纳如下：归纳如下：在电路上按时间分割成等长的时间单（帧），在每帧里 又按时间分成等长的时隙，并按照时间顺序编号，每帧中相 同时间位置的时隙用来传输同一

11、信元的信息。这种传输信道称作在电路上按时间分割成等长的时间单（帧），在每帧里 又按时间分成等长的时隙，并按照时间顺序编号，每帧中相 同时间位置的时隙用来传输同一信元的信息。这种传输信道称作位置化信道（时间化信道）位置化信道（时间化信道），即可通过时间 （时隙）来判别信息属于哪个话路。，即可通过时间 （时隙）来判别信息属于哪个话路。2. 统计时分复用信号把需要传送的信息分成很多小段，称为分组，每个分组前附加标志码，标志要去哪个输出端，即路由标记。各个分组在输入时使用不同时隙，虽然使用不同时隙，但标志码相同 的分组属于一次接续。所以，把它们所占的信道容量看做一个子信道， 这个子信道可以是任何时隙。

12、这样把一个信道划分成了若干子信道，称为标志化信道。一个信道中的信息与它在时间轴上的位置(即时隙)没有必然联系。将 这样的子信道合成为一个信道用的复用器为统计复用器。统计复用器 中必须有一个存储器把接收到的信息按先后顺序分组发送，称为统计复用。132. 统计时分复用信号对统计时分复用信号的交换实际上就是按照每个分组 信息前的路由标记，将其分发到出线。分组交换中的 统计复用信号使用的分组长度不相等，所以各个子信 道速率不固定，不适于采用硬件交换单元;ATM 交换时使用统计复用信号，其分组长度相等，使 得用于传送各子信道的时间小段长度相等，适于采用 硬件交换单元。142.2 交换单元1. 交换单元交

13、换单元是构成交换网络的最基本的部件，用若干个 交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式就可构成交 换网络。交换单元的功能也就是交换的基本功能，即在任意的 入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息 分发到出线上去。不管交换单元内部结构如何，我们总可以把它看做一 个黑箱，对外的特性只有一组入线和一组出线，入线 为信息输入端，出线为信息输出端。15交换单元具有M条入线， N条出线，这是 一个MxN 的交换单元。其中入线可用 O(M l)或1M 的编号来表示，出线可 用O(N l)或1N 的编号来表示。若入线数与出线数相等且均为N ，则为N XN 的对称交换单元。交换单元通常还具有完成控制功能的控制

14、 端和描述内部状态的状态端。16当有信号到达交换单元的某条入线需进行交换时，会出现 两种情况: 信号为同步时分复用信号，信号中只携带有用户信息，没有指定 出线地址。这时，交换单元可根据外部送入的命令，在交换单元 内部建立通道，将该入线与相应出线连接起来，入线上的输入信 号沿内部通道在出线上输出。信号为统计复用信号，信号中不仅携带有用户信息，还有出线地 址。这时，交换单元可根据信号所携带的出线地址，在交换单元 内部建立通道。交换单元的基本功能是通过交换单元连接入线和出线的“ 内部通道“完成的。这样的“内部通道“通常被称为“连接“ 建立内部通道就是建立连接，拆除内部通道就是拆除连接。17交换单元分

15、类： (1)集中型:入线数大于出线数(M N)， 可称集中器。 (2)分配型:入线数与出线数相等(M = N)，可称连接器。 (3)扩散型: 入线数小于出线数(M =n，则此网络是可 重排无阻塞的。87(a)所示， 1到4的连接已经过路径C1,3到1的连接已经过 路径C2，那么2到2和4到3的连接就无法建立，即发生了阻 塞。但有可能重新调整一下已有1到4和3到1的连接，来建 立2到2和4到3的连接。(b)所示，不改变原来的1到4的路径Cl,而将3到1的路径 改变为CC2，那么2到2和4到3的连接就可以建立,这样总共 改变了原有连接1次。对于m=n=r=2的三级CLOS网络，改变原有连接1次，就

16、可 以实现所指定的无阻塞连接，但需要有一套重新安排路径 的算法。882.3.2 TST网络TST网络是共享存储器型交换单元的T接线器和开关结构的S 接线器连接而成。 1. 结构TST是三级交换网络，两侧为T接线器，中间一级为S接线 器， S级的出、入线数决定于两侧T接线器的数量。设每 侧有32个T接线器,T接线器的容量为512。输入侧话音存储 器用SMA0到SMA31表示,控制存储器用CMA0到CMA31表示; 输出侧话音存储器用SMB0到SMB31表示，控制存储器用 CMB0到CMB31表示。S接线器为32X32矩阵，对应连接到两侧的T接线器，并采 用输出控制方式，控制存储器有32个，用CMC0到CMC31表 示。输入侧接线器采用顺序写入，控制读出方式，输出侧 T接线器则采用控制写入，顺序读出方式。892. 工作原理实现第O个T接线器的时隙2与第31个T 接线