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1、第 3 章 电路交换技术,【本章内容简介】 电路交换方式是一种面向连接的技术，PSTN网采用电路交换方式。 本章系统地介绍电路交换的基本原理和技术，包括电路交换的概念和特点、电路交换系统的基本功能、电路交换机的组成和分类等。,同时，重点阐述了电路交换机的硬件结构及其各部分功能。 介绍了电路交换机的软件系统的组成、要求及其呼叫处理软件，并对电路交换机的技术指标进行了分析。,【本章重点难点】 重点掌握电路交换机的硬件结构及其各主要部分的作用，以及电路交换机的软件系统。 难点是用SDL图描述局内呼叫处理过程。,3.1 电路交换机的发展过程及分类,3.1.1 电话的产生与电路交换机的演变 电路交换的概
2、念始于电话交换。 1电话的产生 2电路交换技术的演变,3.1.2 电路交换机的发展过程,1人工交换设备 （1）磁石式电路交换机 （2）共电式电路交换机,2机电式自动电路交换机,（1）步进制电路交换机 （2）纵横制电路交换机,3电子式自动电路交换机 4程控电路交换机,（1）程控模拟电路交换机 （2）程控数字电路交换机,5综合业务数字交换机 6我国程控交换技术,（1）引进交换机阶段 （2）引进程控交换机生产线 （3）自行研制程控交换机阶段,3.1.3 电路交换机的分类,1电路交换机的分类 （1）按交换机的使用分为用户交换机、局用交换机、市话交换机、汇接交换机和长途交换机。,（2）按交换机的接续方式
3、分为人工接续 交换机和自动接续交换机。,（3）按所传送的信号特征分为模拟交换机和数字交换机。 （4）按接续部件（交换网络）分为空分交换和时分交换。,（5）按控制电路分为布线逻辑控制（布控）和存储程序控制（程控）交换机。 （6）按构成交换机硬件的器件分为机电制交换机、半电子制交换机和全电子制交换机。 电路交换技术的分类如图3-1所示。,图3-1 电路交换技术分类,2几个概念,（1）布线逻辑控制（Wired Logic Control，WLC）：就是通过布线方式实现交换机的逻辑控制功能。,（2）存储程序控制（Stored Program Control，SPC）：程控交换就是设计者将用户的信息和交
4、换机的控制，维护管理功能预先编成程序，存储到计算机的存储器内。,（3）空间分割方式：是指交换网络的每条连接通路各自具有不同的空间位置。 （4）时间分割方式：是指交换网络的每条连接通路各自具有不同的时间位置，也就是说，各路话音的传输时间是互相错开的。简称时分。,（5）空分交换（Space Division Switching，SDS）：空分交换是一个通过使用在物理分开的一套矩阵接触或交差点的动作来确定传输通道路径的交换。,3.2 电路交换原理与特点,电路交换（Circuit Switching），又叫线路交换。 电路交换系统需要为进行通信的终端之间提供一条专用的信息传输线路（通道），这条传输线路
5、可以传送用户信息。,该线路既可以是物理路径也可以是逻辑路径；既可以是永久连接也可以是临时连接。 它是一种直接的交换方式。,3.2.1 电路交换的基本原理,1电路交换基本原理,图3-2 电路交换基本原理,2电路交换的3个基本要素,（1）终端设备 （2）传输系统 （3）交换机,3电路交换机的基本呼叫任务与结构,（1）电路交换机的基本任务,图3-3 交换机的4种基本呼叫任务, 本局呼叫 出局呼叫 入局呼叫 转移呼叫,（2）电路交换机的基本结构,电路交换机的基本结构由两大部分构成：话路系统和控制系统，如图3-4所示。,图3-4 电路交换机的基本结构,3.2.2 电路交换系统的基本功能,1电路交换一次成
6、功的呼叫接续过程,图3-5 一次正常的电路交换过程,（1）连接建立 （2）消息传输 （3）话终释放,2电路交换在呼叫处理方面的要求,从上面电路交换过程的3个阶段可以看出，电路交换机在呼叫处理方面有5个基本要求。 （1）电路交换机能随时发现用户呼叫的到来。,（2）电路交换机能接收并保存主叫用户发送的被叫用户地址。 （3）电路交换机能根据主叫用户提供的地址，检测被叫用户的忙闲以及网络是否存在空闲通路。,（4）电路交换机能向空闲的被叫用户振铃，并在被叫应答时建立主、被叫之间的通话电路。 （5）电路交换机能随时发现任何一方用户的挂机，然后将连接的线路拆除。,3电路交换系统的基本功能,（1）连接功能 （
7、2）信令功能 （3）终端接口功能 （4）控制功能,3.2.3 电路交换技术的特点,1电路交换技术的优点 （1）电路交换是面向连接的技术。 （2）电路交换是一种实时交换，适用于对实时性要求高的通信业务，信息的传输时延小，对一次接续而言，传输时延几乎固定不变。,（3）电路交换采用静态复用、固定（预分配）分配带宽技术，进行信息传输和交换。 （4）交换机对用户的信息不存储、分析和处理，信息在终端之间“透明”传输，交换机在处理方面的开销比较小，信息的传输效率比较高。,（5）网络在传送信息期间，没有任何差错控制措施，控制简单，但不利于可靠性要求高的数据业务传送。 （6）信息的编码方法和信息格式由通信双方协
8、商，不受网络限制。,2电路交换技术的缺点,（1）不适合波动性大的业务。 （2）资源独占，电路利用率低。 （3）不同终端之间不能互通。 （4）可能存在呼损。,3.3 程控数字交换机的硬件结构,典型的电路交换系统是电话交换系统。 本节以程控数字交换机为例，讲述电路交换机的硬件结构。,3.3.1 程控数字交换机的基本结构,程控数字交换机的基本结构分为控制子系统和话路子系统，话路子系统由交换网络和接口电路组成，如图3-6所示。 话路子系统主要由交换网络和接口电路组成。,图3-6 程控数字交换机基本结构,控制子系统由处理机、存储器、和输入/输出（I/O）设备构成。 处理机执行交换机软件程序，指挥硬件、软
9、件协调动作；存储器用来存储软件程序和有关数据。 控制子系统的主要作用实现交换机的控制功能。,3.3.2 程控数字交换机硬件功能结构,程控数字交换机的硬件功能结构如图3-7所示。,图3-7 程控数字交换机的硬件功能结构,3.3.2.1 话路子系统,话路子系统包括用户级、远端用户级、选组级（交换网络）、各种中继接口以及信令设备等部件。,1用户级,（1）信号提取和插入电路 （2）网络接口 （3）扫描存储 （4）分配存储器 （5）用户集线器 （6）用户电路, 模拟用户接口电路,BORSCHT的含义如下。 B（Battery feed）：馈电。 O（Over-voltage）：过压保护 R（Ring）：
10、振铃 S（Supervision）：监视 C（Codec）：编译码 H（Hybrid）：混合电路 T（Test）：测试。,图3-8 实现BORSCHT的用户电路, 数字用户接口电路,图3-9 数字用户接口的基本功能,图3-10 收发器的原理框图,2远端用户,远端用户级也称远端用户模块。 是指装在距离电话局较远的用户集中分布点上的话路设备，其基本功能与局内用户级相似，也包括用户电路和用户集线器，如图3-7中虚线框所示。,3选组级（交换网络）,选组级一般称为数字交换网络，它是话路部分的核心设备，交换机的交换功能主要是通过它来实现的。,图3-11 数字交换机的交换过程,4中继接口,在交换网络与局间中
11、继线之间，必须有中继接口配合工作。 根据中继线的类型，中继接口有模拟中继接口与数字中继接口，分别称为模拟中继器和数字中继器。,（1）模拟中继接口（Analog Trunk，AT） （2）数字中继接口（Digital Trunk，DT）,图3-12 数字中继原理图,如果交换局间的传输采用同步数字序列（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），则可以将交换机多个中继输出信号装入到SDH端机的不同容器中，再复接成STM-1（155Mbit/s）或STM-4（622Mbit/s）的SDH帧信号传送。,5信令设备,信令设备包括各种音信号（拨号音、忙音、回铃音等）发生器、双音多
12、频信号接收器、多频信号发送和接收器。 铃流发生器单独设置，通常放在用户模块中。,3.3.2.2 控制子系统,控制子系统是程控交换机的“大脑”，它在呼叫接续的运行过程中担负着监视、分析、调度、处理业务等任务。,1对控制系统的要求,（1）呼叫处理能力强 （2）可靠性高 （3）灵活性和适用性强 （4）经济性好,2控制系统的控制方式,控制系统的主要设备是处理机。 处理机的数量和分工有各种配置方式，但归纳起来大致分为两种：集中控制方式和分散控制方式。,（1）集中控制方式,图3-13 集中控制配置方式,（2）分散控制方式, 容量分担和功能分担 静态分配与动态分配 分级控制系统 分布式控制系统,图3-15
13、三级控制系统,3冗余配置方式,为了提高控制系统的可靠性，处理机需要进行冗余配置，即备用配置。 冗余配置方式有如下4种。,（1）微同步方式（同步双工方式）,图3-16 微同步工作方式,（2）负荷分担（话务分担）方式,图3-17 负荷分担方式,（3）主/备用方式,图3-18 双机主/备用配置方式,（4）N+1方式,在单级多机系统中，有时采用N+1配置方式，即其中一台处理机专作备用机，平时不工作，在N台工作机中的任一台出现故障时，备用机立即替代之。,4处理机间的通信方式,在多处理机系统中，不同处理机之间要相互沟通（通信）、共同配合，以控制呼叫接续。 由于程控数字交换机设有远端用户模块，因此，处理机间
14、通信有时也要考虑较远距离的通信。,处理机间的通信方式和交换机控制系统的结构有紧密联系。 目前采用的通信方式很多，这里仅介绍几种常见方式。 （1）通过PCM信道进行通信 利用TS16进行通信 利用任一话路TS进行通,（2）采用计算机网常用的通信方式, 总线结构 环形结构,3.4 程控交换机的软件系统,3.4.1 程控软件的组成和要求 现代程控交换技术是通信技术和计算机技术相结合的产物。 程控数字交换机是当今电路交换的核心设备，它由硬件系统和软件系统两大部分组成。,处理机中程序的运行控制整个话路部分的接续任务。 因此，软件在交换机中具有极其重要的作用。 程控交换软件是指完成交换设备各项功能而运行于
15、处理机中的程序和数据的集合。,随着微电子技术和专用芯片技术的发展，使得硬件成本不断下降，而交换设备容量的增加和新业务功能的增多，使得软件的作用越来越大。,1程控交换机的软件结构,程控交换机的软件分为运行程序（联机程序）和支援程序（脱机程序）两大部分。,图3-19 程控交换机的软件结构,（1）运行程序, 操作系统 数据库系统 应用程序,（2）支援程序, 设计子系统 测试子系统 生产子系统 维护子系统,2程控交换运行程序的要求,（1）实时性 （2）多道程序运行 （3）不间断性 （4）通用性能好，可扩展性强,3.4.2 呼叫处理程序,1呼叫处理过程 大家经常使用电话进行话音交流，我们知道呼叫处理过程
16、非常复杂，为了便于理解呼叫处理过程，我们以一次成功的呼叫过程为例来描述呼叫处理过程。,（1）主叫摘机到交换机送拨号音 （2）收号和号码分析 （3）来话分析至向被叫振铃 （4）被叫应答双方通话 （5）话终释放,2用SDL图描述呼叫处理过程,（1）稳定状态和状态转移 稳定状态 状态转移,（2）呼叫处理过程的特点,在呼叫处理程序中，呼叫状态的有限性以及在相同条件下状态转移的唯一性，是呼叫处理过程的两个主要特点。 正是由于呼叫状态的有限性，故而把呼叫处理软件也称为有限状态软件。,（3）SDL图特征,SDL图是SDL语言中的一种图形表示法。 它用有限图形状态表示事件发展的动态过程，其动态特征是一个激励响应过程。,（4）SDL常用符号,图3-20 SDL图常用符号,（5）用SDL语言描述呼叫处理过程,用SDL语言描述呼叫处理过程如图3-21所示。,图3-21 局内呼叫SDL进程图,3呼叫处理程序的内容,呼叫处理程序包括用户扫描、信令扫描、数字分析、路由选
