现代通信技术基础 教学课件 ppt 作者 章伟飞 Ch3 交换技术

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1、第三章 交换技术,现代通信网三大组成： 终端系统 交换系统 传输系统 它由交换设备完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。,第三章 交换技术,3.1 交换概述 3.2 程控交换原理 3.3 电路交换技术 3.4 分组交换技术 3.5 交换新技术,3.1 交换概述,3.1.1 交换的基本概念 电话交换机的功能：选路和连接。 选路：指交换机的处理机根据被叫用户号码选择输出话路。 连接：指在交换机处理机的控制下，由接线器完成输入话路与输出话路的连接。,3.1 交换概述,什么是交换？ 交换即转接，是交换通信网实现数据传输的必不可少的技术。 如电路交换：即各个终端之间通过公共网（交换节点）传输语言、文

2、本、数据及图像等业务。任何一个主叫信息都可通过交换节点发送给所需的一个或多个被叫用户。,3.1 交换概述,交换网络的节点形成,交换网络节点形成示意图,无交换,交换节点,汇接节点,3.1 交换概述,3.1.2 交换技术分类 常用的交换技术有电路交换、分组交换、帧交换及ATM交换等，如下图所示： 电路交换、多速率电路交换和快速电路交换等属于电路传送模式（CTM）或同步传送模式（STM）。分组交换、帧交换和快速分组交换等属于分组传送模式（PTM）。ATM是电路交换和分组交换的结合，称为异步传送模式。,3.1 交换概述,1电路交换 电路交换是最早实现的一种交换方式，要求输入线与输出线建立一条专用的物理

3、通道，其原理是直接利用要切换的物理通信线路连接通信双方。 目前公用电话网广泛使用电路交换，经由电路交换的通信包括3个阶段： 电路建立 信息传输 电路拆除,3.1 交换概述,2多速率电路交换 多速率电路交换是采用电路交换的方式，在交换节点为呼叫所建立的连接通路提供不同速率的带宽，可以针对不同的业务分配不同的带宽，例如8kbit/s及其整数倍。 多速率电路交换由于存在着交换基本速率较难确定、速率类型不能太多、控制较复杂等缺点，不能很好地满足宽带业务的要示，所以没有大的发展。,3.1 交换概述,3快速电路交换 快速电路交换的指导思想是对每个接续不分配固定的带宽，而是在信息传送时才分配带宽和有关资源。

4、该带宽的分配是动态的，其过程是先收集信息进行分析，根据信息分析的结果进行带宽分配，然后再进行连接，所以实现起来电路也较复杂。 快速电路交换具有以下特点： （1）提高了带宽的使用效率。 （2）物理连接的建立和拆除要有相当高的速度。 （3）时延比通常的电路交换大。 （4）控制复杂，灵活性不足，不能得到广泛使用。,3.1 交换概述,4报文交换 报文交换又称存储转发交换。 与电路交换不同的是报文交换不需要事先提供通信双方的物理通道，而是以收到报文之后进行暂时存储，然后交换节点对报文进行分析，找出目的地址和选择路由，在选择的路由上排队，路由空闲时发到下一个交换节点，最后找到目的地址。其报文内容包含相关的

5、源地址、目的地址等。,3.1 交换概述,5分组交换 分组交换也采用存储转发方式，但与报文交换不同的是，它将用户要传送的信息分成若干组，以减少存储时间，降低对存储器容量的要求。 分组交换的时延小于报文交换，这样可以使传送加快。但由于电路增加，编程量增加，故开销也会变大。 分组交换属于“存储/转发”交换，采用X.25协议，它又具体分为数据报传输分组交换和虚电路传输分组交换。,3.1 交换概述,6帧交换 帧交换采用的X.25协议只有下面两层，即物理层和数据链路层，而没有第三层即分组层，所以加快了处理速度。 通常在第三层上传输的数据单元称为分组（包），在第二层上传输的数据单元称为帧，在数据链上以简化的

6、方式来传输和交换数据单元。 帧交换具有以下特点： （1）在第二层上进行复用和传送； （2）将用户面与控制面分离：用户面提供用户信息的传送功能，控制面提供呼叫和连接控制功能，如信令功能； （3）将用户信息以帧为单位进行传送。,3.1 交换概述,7快速分组交换 快速分组交换可以理解为尽量简化协议，只具有核心网络功能，这种交换方式可以提供高速、高吞吐量和低时延的服务。快速分组交换包括帧中继和信元中继两种交换方式。 帧中继与帧交换相比，进一步简化了协议，同样不涉及第三层，第二层也只保留链路层的核心功能，如帧的定界、同步、透明性及帧的传输差错控制检测。帧中继只进行差错检查，并将错误信息丢掉，不再重发；而

7、分组交换出错可以重发，质量和可靠性有保证。,3.1 交换概述,帧中继具有以下特点： （1）用户接入速率为64kbit/s2Mbit/s，可以提供PVC和SVC业务； （2）采用统计复用技术，动态分配带宽，充分利用网络资源； （3）适用突发性业务，允许用户有效利用预先约定的带宽传送数据，同时允许用户在网络资源空闲时超过预定值，占用更多的带宽，不增加费用； （4）简化X.25协议，纠错、流量控制等处理改由终端完成，提高了网络处理效率和吞吐量，降低了端到端传输时延； （5）帧长度可变，网络延迟和往返延时难以预测，对多媒体综合传输不利。,3.1 交换概述,8ATM交换 ATM是ITU-T确定用于宽带综

8、合业务数字网（B-ISDN）的复用、传输和交换模式技术。ATM在综合了电路交换和分组交换优点的同时，克服了电路交换方式中网络资源利用率低、分组交换方式信息时延大和抖动的缺点，可以把语音、数据、图像和视频等各种信息进行一元化的处理、加工、传输和交换，大大提高了网络的效率。 ATM提供高速、高服务质量的信息交换，灵活的带宽分配及适应从很低速率到很高速率的带宽业务。它的传输过程分为建立连接、数据传输和连接终止三个阶段。,3.1 交换概述,9其他交换技术 除了上述一些交换技术以外，还有一些其他的交换技术，如智能网、移动交换技术、标记交换技术、光交换技术、软交换技术、各种基于IP的交换技术等，其中的有些

9、技术将在后续章节中进行介绍。,3.2 程控交换原理,3.2.1 交换机的发展 1、人工电话交换机 1876年，美国科学家贝尔发明了电话；1878年出现了第一部人工磁石交换机；1891年出现了人工共电交换机。 2、步进制交换机 1892年，美国出现了步进制交换机，完成电话的自动接续。 3、纵横制交换机 1919年，瑞典首先制成了小型纵横制交换机并投入使用。,3.2 程控交换原理,4、电子式交换机 1965年，美国贝尔实验室，标志着电话交换从机电时代进入电子时代。 5、数字程控交换机 1970年，法国首先在拉尼翁成功地开通了世界上第一个数字程控交换系统E10，它标志着交换技术从传统的模拟交换进入数

10、字交换时代。,3.2 程控交换原理,3.2.2 程控交换机的组成 1、程控数字交换机的硬件组成 程控数字交换机包括连接、信令、终端接口和控制四个基本功能，如图3-3所示。,程控数字交换机的基本功能结构,3.2 程控交换原理,程控数字交换机由硬件系统和软件系统两大部分组成的。从设备功能上，一般可分为线路接口设备、数字交换网络、公共控制设备、输入/输出设备及其它设备，简单来说主要有终端电路、数字交换网络、处理机等。 硬件系统又分分级功能控制方式和全分布控制方式两种结构，如图3-4所示。,3.2 程控交换原理,(a) 分级功能控制方式,3.2 程控交换原理,(b) 全分布控制方式,3.2 程控交换原

11、理,（1）终端电路 主要有模拟用户终端电路(简称用户电路)、数字用户终端电路(简称ISDN用户电路)、数字中继器、信令设备等。 a. 用户电路 用户电路是用户通过用户线与程控数字交换机连接的接口电路，分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路。模拟用户电路基本功能可归结为BORSCHT功能。 用户电路框图如图3-5所示。,3.2 程控交换原理,用户电路功能框图,3.2 程控交换原理,B:馈电。为用户线提供通话和监视电流，程控数字交换机的额定电压为-48V直流，用户线上的馈电电流为1850mA。 O:过压保护。程控数字交换机一般采用两级保护：第一级保护是总配线架保护；第二级保护是用户电路，通过热敏电

12、阻和双向二极管实现。 R:振铃。由被叫侧的用户模块向被叫用户话机馈送铃流信号，铃流信号规定为(253)Hz，(7515)V正弦波，分初次振铃和断续振铃，断续振铃为5秒断续，即1秒续，4秒断。 S:监视。通过扫描点监视用户回路通、断状态，以检测用户摘机、挂机、拨号脉冲、过电流等用户线信号。,3.2 程控交换原理,C:编译码。通过编译码器及相应的滤波器，完成模拟语音信号的A/D和D/A变换，可由硬件选择A律或律。 H:混合电路(2/4线转换）。完成2线的模拟用户线与交换机内部4线的PCM传输线之间的转换。 T:测试。通过软件控制用户电路中的测试转换开关，对用户可进行局内侧和外线侧测试。 除此之外，

13、用户电路还具有增益控制，a、b线极性反转，12/16kHz计次脉冲发送等其它功能。,3.2 程控交换原理,b中继器 中继器是数字程控交换机与其它交换机的接口。可分成模拟中继器和数字中继器两大类。 数字中继器是程控交换机和局间数字中继线的接口电路，数字中继器的主要功能有： 码型变换和反变换。 时钟提取 帧同步复帧同步 信令的提取和插入,3.2 程控交换原理,c信令设备 信令设备的主要功能是接收和发送信令。程控数字交换机中主要的信令设备有： 信号音发生器 DTMF接收器 多频信号发生器和多频信号接收器 7号信令终端,3.2 程控交换原理,(2) 数字交换网络 程控数字交换机的根本任务是要通过数字交

14、换实现大量用户之间的通话连接，数字交换网络是完成这一任务的核心部件。 数字交换网络分为用户级(入口级)和选组级，主要作用是完成各条PCM链路各个时隙的数字信息交换，包括空分交换和时分交换。,数字交换示意,3.2 程控交换原理,数字交换以数字帧结构形式进行，每个呼叫建立都分配了相应的时隙（TS），即分配了固定速率的信道(CH），标准速率为64Kbit/s。 程控数字交换机采用的数字交换网络主要有两种典型结构：一种是由数字交换单元(DSE)固定连接构成的数字交换网络；另一种是由时间接线器(T接线器)和空间接线器(S接线器)构成的数字交换网络。,3.2 程控交换原理,(3) 处理机 a. 程控数字交

15、换机的控制系统 控制方式主要是指控制系统中处理机的配置方式。 控制方式 程控数字交换机对控制系统的要求：具有足够大的呼叫处理能力，用BHCA值来衡量；具有高度的可靠性，要求控制系统可靠地长期连续不间断地工作，系统中断累计时间在20年内不得超过1h，即平均在1年内不得超过3min；能适应新业务和新技术发展的要求；经济合理。,集中控制方式 分散控制方式,分级功能控制 全分布控制,3.2 程控交换原理,b. 处理机的冗余配置 为了保证系统的可靠性，一般情况下，处理机采取冗余配置措施。 双机冗余 主/备用 话务分担方式 N + n ：N + 1备用方式,冗余配置方式,3.2 程控交换原理,负荷分担方式

16、,主/备用方式,3.2 程控交换原理,c处理机的可靠性 系统或设备的可靠性是指在某一使用状态下，在使用所希望的时间里满意地完成规定任务的性能。可用性(可靠性) 的反面是不可用性。可用性用A表示，不可用性用U表示：,MTBF A = MTBF + MTTR,MTTR MTTR U = 1 - A = MTBF + MTTR MTBF,其中，MTTR是平均修复时间，MTBF是平均故障间隔时间。,3.2 程控交换原理,在程控数字交换中的处理机常采用并联结构的双处理机和多处理机。随着并联设备的增加，等效不可用性按幂次下降。 对双处理机： 对三处理机：,3.2 程控交换原理,【例3-1】 设处理机的MTBF=1000h，MTTR=2h，试计算单处理机配置和双处理机配置时的不可用性。 解：,MTTR 2 U单 = = 210-3 即20年中有350h故障。 MTBF 1000,2 MTTR 2 22