第2章交换单元与交换网络

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1、2.1引言2.2 交换单元交换单元2.3 交换网络交换网络第第2章章 交换单元与交换网络交换单元与交换网络2021/6/72021/6/71 1本章教学重点本章教学重点n n同步时分复用信号和统计时分复用信号同步时分复用信号和统计时分复用信号同步时分复用信号和统计时分复用信号同步时分复用信号和统计时分复用信号 n n交换单元的数学描述交换单元的数学描述交换单元的数学描述交换单元的数学描述 n n介绍各种主要的交换单元介绍各种主要的交换单元介绍各种主要的交换单元介绍各种主要的交换单元n n空分交换单元空分交换单元空分交换单元空分交换单元 n n共享存储器型交换单元共享存储器型交换单元共享存储器型

2、交换单元共享存储器型交换单元T n n总线型交换单元总线型交换单元总线型交换单元总线型交换单元 n n简要介绍常用的交换网络简要介绍常用的交换网络简要介绍常用的交换网络简要介绍常用的交换网络n nCLOSCLOS网络及无阻塞交换网络网络及无阻塞交换网络网络及无阻塞交换网络网络及无阻塞交换网络 n nTSTTST、DSNDSN、BANYANBANYAN网络网络网络网络 2021/6/72021/6/72 2n n用数学模型分析交换单元用数学模型分析交换单元 n nTST交换网络交换网络n nCLOS网络及无阻塞交换网网络及无阻塞交换网 n nBANYAN网络网络 本章教学难点本章教学难点2021

3、/6/72021/6/73 3本章要求vv掌握交换单元的基本概念、分类、特性和数学描述方法掌握交换单元的基本概念、分类、特性和数学描述方法掌握交换单元的基本概念、分类、特性和数学描述方法掌握交换单元的基本概念、分类、特性和数学描述方法vv了解各种交换单元的结构及工作原理了解各种交换单元的结构及工作原理了解各种交换单元的结构及工作原理了解各种交换单元的结构及工作原理vv掌握几种重要而典型的交换单元掌握几种重要而典型的交换单元掌握几种重要而典型的交换单元掌握几种重要而典型的交换单元 vv了解交换网络的概念、交换网络的三要素、交换网络的组织了解交换网络的概念、交换网络的三要素、交换网络的组织了解交换

4、网络的概念、交换网络的三要素、交换网络的组织了解交换网络的概念、交换网络的三要素、交换网络的组织结构结构结构结构vv熟悉几种常用的交换网络、多级网络内部阻塞的概念，构成熟悉几种常用的交换网络、多级网络内部阻塞的概念，构成熟悉几种常用的交换网络、多级网络内部阻塞的概念，构成熟悉几种常用的交换网络、多级网络内部阻塞的概念，构成无阻塞交换网络的条件无阻塞交换网络的条件无阻塞交换网络的条件无阻塞交换网络的条件vv初步了解几种常用交换网络的组合特性及工作原理初步了解几种常用交换网络的组合特性及工作原理初步了解几种常用交换网络的组合特性及工作原理初步了解几种常用交换网络的组合特性及工作原理2021/6/7

5、2021/6/74 42.1 引言引言交换网络中的信号形式是数字的、时分复用信号交换网络中的信号形式是数字的、时分复用信号. .电路交换电路交换采用采用 同步时分复用信号同步时分复用信号分组交换和分组交换和ATMATM交换交换采用采用 统计时分复用信号统计时分复用信号什么是什么是同步时分复用信号同步时分复用信号和和统计时分复用信号统计时分复用信号？2021/6/72021/6/75 52.1 引言引言2021/6/72021/6/76 62.1 引言引言 1. 1. 同步时分复用同步时分复用 将时间划分为基本的时间单位帧，一帧分成若干时隙，时隙顺序编号，所有帧中编号相同的时隙成为一个子信道，一

6、个子信道传输一个话路信号。*子信道的速率是恒定的。2021/6/72021/6/77 7 同步时分复用的来由：同步时分复用的来由：话音信号的频率话音信号的频率300HZ300HZ3400HZ3400HZ，采样频率为采样频率为8HZ8HZ，即采样周期为，即采样周期为125us125us，采样值是，采样值是8 8位二进制位二进制编码，编码，8 8位二进制占用的时间相对于位二进制占用的时间相对于125us125us很少，为了提高很少，为了提高利用率，将利用率，将125us125us分成若干时隙，不同用户的采样值占用不分成若干时隙，不同用户的采样值占用不同的时隙进行传输。同的时隙进行传输。 因为子信道

7、在每一帧时间轴上的位置是固定的，因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的，所以称为所以称为同步同步时分复用时分复用。同步时分复用信道又称。同步时分复用信道又称位置位置信道信道，是通过时间轴上的位置来区分子信道（话路）的。是通过时间轴上的位置来区分子信道（话路）的。2.1 引言引言2021/6/72021/6/78 82. 统计时分复用 信息按分组先存储再发送,每个分组附加标志码,各个分组占用不同的时隙;但标志相同的分组属于一个用户,将它们所占用的信道容量看成一个子信道,这种复用方式称为统计时分复用. 特点:先存储再发送,信息速率高的用户所占的信道容量大,且所占信道容量随着信息的多少动态变化,取

8、消了帧概念,统计时分复用信道又称标志信道,是通过标志来区分各子信道的. 2.1 引言引言2021/6/72021/6/79 92.1 引言引言对两种时分复用信号的比较。2021/6/72021/6/71010203021001223入入线线出出线线20130123（b）统计时分复用信号的交换统计时分复用信号的交换0123123入入线线出出线线（a）同步时分复用信号的交换同步时分复用信号的交换0 复用信号的交换示意图复用信号的交换示意图 只携带只携带用用户信息户信息, ,不指定不指定出出线地址线地址不仅携带不仅携带用户信息用户信息 还有还有出出线地址线地址同步时分复用同步时分复用信号的交换信号的

9、交换统计时分复用统计时分复用信号的交换信号的交换2021/6/72021/6/71111统计时分复用统计时分复用的显著的显著优点优点是按照用户的需要动是按照用户的需要动态地分配信道容量。一个用户信息速度高时，态地分配信道容量。一个用户信息速度高时，占的信道容量大，当它的信息速度变低的时占的信道容量大，当它的信息速度变低的时候，它占的信道容量也随之减小。候，它占的信道容量也随之减小。分组交换分组交换的统计复用时分信号使用的分组长度的统计复用时分信号使用的分组长度不相等，因此子信道速率不固定，不适于采不相等，因此子信道速率不固定，不适于采用硬件交换单元。用硬件交换单元。ATM交换交换的统计时分复用

10、的统计时分复用信号使用的分组长度相等（信元）适于采用信号使用的分组长度相等（信元）适于采用硬件交换单元，故硬件交换单元，故ATM交换速度快。交换速度快。2.1 引言引言2021/6/72021/6/71212 实实现现任任意意入入线线与与出出线线之之间间的的互互连连是是交交换换的的基基本本功功能能。按按照照交交换换方方式式要要求求，节节点点内内互互连连网网络络可可以提供实连接或虚连接。以提供实连接或虚连接。节点内互连网络又称为交换网络（交换机构）。节点内互连网络又称为交换网络（交换机构）。交交换换网网络络是是由由若若干干个个交交换换单单元元按按照照一一定定的的拓拓扑扑结构结构和和控制方式控制方

11、式构成的。构成的。2.1 2.1 引引 言言交换网络有：空分、时分交换网络有：空分、时分 数字、模拟数字、模拟2021/6/72021/6/71313 节节点点交交换换网网络络具具有有一一定定的的拓拓扑扑结结构构。（选选择择在在满满足足交交换换方方式式、容容量量和和服服务务质质量量要要求求的的情情况况下下，获获得得高高性性能能、低低成成本本、便便于于扩扩充充与与控控制的拓扑结构。制的拓扑结构。）2.1 2.1 引引 言言2021/6/72021/6/71414 2.2.1 2.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述交换单元是构成交换网络的基本部件。交换单元是构成交换网络的基本部件。按

12、按照照一一定定的的拓拓扑扑结结构构和和控控制制方方式式，由由多多个个交交换单元即可构成交换网络。换单元即可构成交换网络。对称交换单元（对称交换单元（M=NM=N）全连接交换单元全连接交换单元 部分连接交换单元部分连接交换单元 （一）基本概念（一）基本概念 MN交换单元交换单元 入入线线出出线线控制端控制端 状态端状态端12M12N2021/6/72021/6/71515 交交换换单单元元如如何何建建立立信信息息传传送送通通道道（连连接接）任意的入线和出线之间建立连接。任意的入线和出线之间建立连接。对于同步时分复用信号（实连接）对于同步时分复用信号（实连接） 对于统计复用信号对于统计复用信号 （

13、虚连接）（虚连接） （二）内部通道（二）内部通道 入入线线出出线线12M12N（a）同步时分复用信号）同步时分复用信号入入线线出出线线12M12N2NN1121122NN（b）统计复用信号）统计复用信号2.1 2.1 交交 换换 单单 元元2021/6/72021/6/71616 集中型：集中型：M MN N，也称为集中器。，也称为集中器。扩散型：扩散型：M MN N，也称为扩展器。，也称为扩展器。分配型：分配型：M M = = N N，也称为分配器。，也称为分配器。（三）交换单元的分类（三）交换单元的分类 12M1N入入线线出出线线(a)集中型集中型1M1N入入线线出出线线(b)扩散型扩散型

14、入入线线1M1N出出线线(c)分配型分配型2.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述2021/6/72021/6/71717 （三）交换单元的分类（三）交换单元的分类 2.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述q有向交换单元有向交换单元：当信息经过交换单元时只能：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。从入线进出线出，具有唯一确定的方向。q无向交换单元无向交换单元：交换单元的每条线既可入也：交换单元的每条线既可入也可出，其入线数必等于出线数。可出，其入线数必等于出线数。出线0 N-1入线0M-1M X N有向交换单元.入线/出线0N-1N无向交换单元20

15、21/6/72021/6/718182.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述连接特性是交换单元的基本特性，它反映了交连接特性是交换单元的基本特性，它反映了交换单元入线到出线的连接能力，通常我们用换单元入线到出线的连接能力，通常我们用连连接集合接集合和和连接函数连接函数来描述交换单元的连接特性来描述交换单元的连接特性q 连接集合连接集合： 入线集合：入线集合：T=0,1,2,T=0,1,2,M-1,M-1 出线集合：出线集合：R=0,1,2,R=0,1,2,N-1,N-1 定义：定义：tTtT，即，即t t是是T T的一个元的一个元 rRrRt t，R Rt t是是R R的一个子集，

16、的一个子集，r r是是R Rt t的的一个元。则集合一个元。则集合 c=t,Rc=t,Rt t 为一个连接。为一个连接。2021/6/72021/6/71919若若rRrRt t，R Rt t中只含有一个元，则称该连接为中只含有一个元，则称该连接为点点到点到点连接。连接。若若rRrRt t，R Rt t中含有多个元，则称该连接为中含有多个元，则称该连接为一点一点到多点到多点连接。连接。若一个交换单元可以提供点到多点的功能，但若一个交换单元可以提供点到多点的功能，但R Rt tRR，则称其具有，则称其具有同发同发功能；若功能；若R Rt t=R=R，则该交，则该交换单元具有换单元具有广播广播功能

17、。功能。（四）连接与连接函数2021/6/72021/6/72020 一个交换单元的连接同时可有多个，这就一个交换单元的连接同时可有多个，这就构成了交换单元的连接集合：构成了交换单元的连接集合： C=cC=c0 0, c, c1 1, c, c2 2, , 其中：起点集其中：起点集 Tc=t;tcTc=t;tci i,c,ci i CC 终点集终点集 Rc=r;rRRc=r;rRt t,R,Rt t c ci i,c,ci i CC 连接和连接集合是对应于连接和连接集合是对应于某一时刻某一时刻的的! ! 连接集合的数目越多，连接能力就越强连接集合的数目越多，连接能力就越强! !（四）连接与连接

18、函数2021/6/72021/6/72121（四）连接与连接函数q 连接函数连接函数一个连接函数对应一种连接，连接函数表示相一个连接函数对应一种连接，连接函数表示相互连接的入线编号和出线编号之间的一一对应互连接的入线编号和出线编号之间的一一对应关系，即存在连接函数关系，即存在连接函数f f，入线，入线x x与出线与出线f(x)f(x)相相连接，连接，0xM-10xM-1，0f(x)N-10f(x)N-1。连接函数实际上也反映了入线编号构成的数组连接函数实际上也反映了入线编号构成的数组和出线编号构成的数组之间的置换关系或排列和出线编号构成的数组之间的置换关系或排列关系，故关系，故连接连接函数也被

19、称作函数也被称作置换置换函数或函数或排列排列函函数。数。2021/6/72021/6/72222q 函数表示形式函数表示形式x x表示入线编号（二进制表示），表示入线编号（二进制表示），f(x)f(x)表示连接函数。表示连接函数。q 排列表示形式排列表示形式 即输入输出对应表示形式即输入输出对应表示形式 t t0 0，t t1 1，t tn-1n-1 r r0 0，r r1 1，r rn-1n-1q 图形表示形式图形表示形式（四）连接与连接函数2021/6/72021/6/723231.1.直线连接：直线连接： 函数表示：函数表示：I(xI(xn-1n-1x xn-2n-2x x1 1x x0

20、 0)= x)= xn-1n-1x xn-2n-2x x1 1x x0 0 排列表示（排列表示（N=4N=4）：）： 0 0，1 1，2 2，3 3 0 0，1 1，2 2，3 3 图形表示（图形表示（N=4N=4）：）： 1 12 23 31 12 23 30 00 0（四）连接与连接函数2021/6/72021/6/724242 2、交叉连接：、交叉连接： 排列表示排列表示（N=4N=4）：）：0 0，1 1，2 2，3 3 1 1，0 0，3 3，2 2 图形表示图形表示（N=4N=4）：）： 0 00 01 12 23 31 12 23 3（四）连接与连接函数函数表示函数表示：E(xE

21、(xn-1n-1x xn-2n-2x x1 1x x0 0)= x)= xn -1n -1x xn-2n-2x x1 1x x0 02021/6/72021/6/72525间隔交叉连接间隔交叉连接第K 位位值不同的入线与出线之间的连接。 C Ck k(x(xn-1n-1x xn-2n-2x xk kx x1 1x x0 0)=x)=xn-1n-1x xn-2n-2x xk kx x1 1x x0 00 00 01 12 23 31 12 23 30 00 01 12 23 31 12 23 3N=4 k=1N=4 k=1N=4 k=0N=4 k=0（四）连接与连接函数2021/6/72021/

22、6/72626 均匀洗牌连接均匀洗牌连接 均匀洗牌连接均匀洗牌连接( (均匀洗牌置换均匀洗牌置换) ) 具具体体实实现现方方法法是是：将将入入线线二二进进制制地地址址编编号号循环左移循环左移1 1位作为出线地址编号。位作为出线地址编号。 均匀洗牌连接，将出线一个隔一个地从头至均匀洗牌连接，将出线一个隔一个地从头至尾地分成相等的两部分，将这两部分首尾相接，尾地分成相等的两部分，将这两部分首尾相接，使之达到理想的一张隔一张的均匀洗牌效果。使之达到理想的一张隔一张的均匀洗牌效果。然后，按序将出线依次与入线连接。然后，按序将出线依次与入线连接。 函数表示式为函数表示式为函数表示式为函数表示式为2021

23、/6/72021/6/72727 (x 2 x 1 x 0) = x 1 x 0 x 2 当当N=8N=8时，时，连接函数为连接函数为 假设当假设当N=8N=8时，时，连接函数为连接函数为 排列形式为排列形式为排列形式为排列形式为 图形表示为图形表示为图形表示为图形表示为 0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7 0 0，2 2，4 4，6 6，1 1，3 3，5 5，7 70 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7出出线线号号0 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5

24、 5 56 6 6 67 7 7 7入入线线号号N=8N=8时的均匀洗牌连接时的均匀洗牌连接均匀洗牌连接均匀洗牌连接2021/6/72021/6/72828子子洗洗牌牌连连接接-将将全全部部入入线线及及相相应应出出线线分分成成若若干干个子部分，每一个子部分独立完成均匀洗牌连接。个子部分，每一个子部分独立完成均匀洗牌连接。连接函数为连接函数为: :子洗牌连接子洗牌连接 假设当假设当N=8N=8时，时，连接函数为连接函数为 (x 2 x 1 x 0) = x 2x0x 1均匀均匀子子洗牌洗牌2021/6/72021/6/72929均匀均匀子子洗牌洗牌 排列形式为排列形式为排列形式为排列形式为 图形

25、表示为图形表示为图形表示为图形表示为0,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,70,2,1,3,4,6,5,70,2,1,3,4,6,5,70 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7出出线线号号0 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7入入线线号号N=8N=8时的均匀子洗牌连接时的均匀子洗牌连接2021/6/72021/6/73030逆逆均匀洗牌连接均匀洗牌连接逆均匀洗牌连接逆均匀洗牌连接 逆逆匀匀洗洗牌牌连连接接是是均均匀匀洗洗牌牌连连接

26、接的的逆逆函函数数，两两者者的的入入线线和和出出线线正正好好互互换换了了位位置置, ,即即逆逆洗洗牌牌是是将将入入线线二二进制地址编号循环右移进制地址编号循环右移1 1位作为出线地址编号。位作为出线地址编号。 函数表示式为函数表示式为函数表示式为函数表示式为2021/6/72021/6/73131逆逆均匀洗牌连接均匀洗牌连接 排列形式为排列形式为排列形式为排列形式为 图形表示为图形表示为图形表示为图形表示为 假设当假设当N=8N=8时，时，连接函数为连接函数为连接函数为连接函数为 (x 2 x 1 x 0) = x 0x 2 x 10 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4

27、 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7出出线线号号0 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7入入线线号号N=8N=8时的逆均匀洗牌连接时的逆均匀洗牌连接2021/6/72021/6/73232 蝶蝶式式连连接接变变换换实实现现时时，其其图图形形形形状状如如蝴蝴蝶蝶，这这种种连连接接是是将将入入线线二二进进制制地地址址编编号号的的最最最最高高高高位位位位与与与与最最最最低低低低位位位位互互换位置作为出线地址编号。换位置作为出线地址编号。 蝶式连接蝶式连接( (蝶式置换蝶式置换) ) 函数表示式为函数表示式为函数表示

28、式为函数表示式为蝶式连接蝶式连接( (蝶式置换蝶式置换) ) 2021/6/72021/6/73333 排列形式为排列形式为排列形式为排列形式为 (x 2 x 1 x 0) = x0 x 1x 2 N=8 N=8 时，蝶式连接函数时，蝶式连接函数 图形表示为图形表示为图形表示为图形表示为0 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7出出线线号号0 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7入入线线号号N=8N=8时的蝶式连接时的蝶式连接蝶式连接蝶式连接( (蝶式置

29、换蝶式置换) ) 2021/6/72021/6/73434 子蝶式连接子蝶式连接 子子蝶蝶式式连连接接-将将全全部部入入线线及及相相应应出出线线分分成成若若干个子部分，每一个子部分独立完成蝶式连接。干个子部分，每一个子部分独立完成蝶式连接。子子蝶式连接蝶式连接 函数表示式为函数表示式为函数表示式为函数表示式为2021/6/72021/6/73535 排列形式为排列形式为排列形式为排列形式为 图形表示为图形表示为图形表示为图形表示为 N=8 N=8时的子蝶式连接时的子蝶式连接 (x 2 x 1 x 0) = x 2x0x 10 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45

30、 5 5 56 6 6 67 7 7 7出出线线号号0 0 0 01 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 7入入线线号号 N=8 N=8时的子蝶式连接时的子蝶式连接子子蝶式连接蝶式连接2021/6/72021/6/73636 容量容量：所有入线同时传送的总信息量。：所有入线同时传送的总信息量。接口接口：接口标准的规定。：接口标准的规定。功能：功能：点到点、同发或广播；点到点、同发或广播； 质质量量：连连接接建建立立情情况况（成成功功率率、速速率率），信信息息传传输输损伤（时延、衰减、噪声）。损伤（时延、衰减、噪声）。 MN交换单元交换单元

31、 入入线线出出线线控制端控制端状态端状态端12M12N（五）交换单元的性能（五）交换单元的性能 2021/6/72021/6/73737 交换单元是如何完成交换的交换单元是如何完成交换的? ? 交换单元内部是什么交换单元内部是什么? ? 结构如何结构如何? ? 有何特性有何特性? ?前面讨论了外部特性及其数学描述。前面讨论了外部特性及其数学描述。我们将目光移到交换单元的内部。我们将目光移到交换单元的内部。主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：最基本的的交换单元是开关阵列最基本的的交换单元是开关阵列即用各种各样的开关构成的交换单元。即用各种各样的开关构成的交换单元。2021/6/72021/6

32、/73838空间交换单元空间交换单元交换单元可以分为空分交换单元与时分交换单元。空分交换单元也称为空间交换单元，一般来说，空间交换单元是由空间上分离的多个小的交换部件或开关部件按照一定的规律连接构成的。从空间交换单元的内部来看，其入线到出线之间存在着多条通路，所有的这些通路可以并行的传送信息，也就是说从不同入线上来的信息可以并行的交换到不同的出线上去。 2021/6/72021/6/739391. 1. 开关阵列（空分交换单元）开关阵列（空分交换单元） 在在每每条条入入线线和和每每条条出出线线之之间间，各各自自接接上上一一个个开开关关，所所有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。有的开关就构成

33、了交换单元内部的开关阵列。 使用开关建立或拆除任意入线和任意出线之间的连接。使用开关建立或拆除任意入线和任意出线之间的连接。(1) 基本原理基本原理开关阵列开关阵列2021/6/72021/6/74040开关阵列开关阵列开关阵列中开关的两种状态开关阵列中开关的两种状态单向开关：一般用于有向交换单元。单向开关：一般用于有向交换单元。双向开关：一般用于无向交换单元。双向开关：一般用于无向交换单元。2021/6/72021/6/74141 入入线线出出线线01M1N101MN有向交换单元有向交换单元 01M1入入线线01N1出出 线线（a）MN有向矩形开关阵列有向矩形开关阵列 01M1入入线线01N

34、1出出 线线（b）MN无向矩形开关阵列无向矩形开关阵列开关阵列的拓扑结构开关阵列的拓扑结构2021/6/72021/6/742421、在入线与出线上的每个交叉点都有一个开关，且开关、在入线与出线上的每个交叉点都有一个开关，且开关 为单向开关；为单向开关；2 2、总共需要、总共需要MNMN个开关；个开关；3 3、把入线、把入线i i与出线与出线j j交叉点的开关记为交叉点的开关记为K Kijij。 MNMN有向交换单元的开关阵列实现有向交换单元的开关阵列实现2021/6/72021/6/74343一个MN无向交换单元的开关阵列实现所示。由图可知，MN无向交换单元的开关阵列与MN有向交换单元的开关

35、阵列的实现结构完全相同，所不同的只是其信息端是双向传送信息的并且所使用的开关为双向的。MN无向交换单元的开关阵列实现无向交换单元的开关阵列实现2021/6/72021/6/74444全连接交换单元和部分连接交换单元全连接交换单元和部分连接交换单元0 01 1N-1N-10 01 1N-1N-1入线入线出线出线0 01 1N-1N-10 01 1N-1N-1入线入线出线出线全连接交换单元全连接交换单元每条入线都能够与每条出线相连接每条入线都能够与每条出线相连接部分连接交换单元部分连接交换单元:每条入线只能与部分出线相连接每条入线只能与部分出线相连接2021/6/72021/6/7454501M-

36、1入线入线出线出线入线入线0M-1出线出线入线入线0N-1出线出线0 01 1N-1N-1入线入线出线出线多路选择器多路选择器开关阵列的物理实现不一定是由一个一个开关阵列的物理实现不一定是由一个一个的开关构成，它可以由多路选择器构成。的开关构成，它可以由多路选择器构成。2021/6/72021/6/74646多路选择器构成的多路选择器构成的 MN 交换单元交换单元 01N101M01M1 01M101N01N1 （a）N个个M中选一多路选择器中选一多路选择器（b） M 个个N中选一多路选择器中选一多路选择器交叉点数开关数交叉点数开关数2021/6/72021/6/74747工工作作原原理理：控

37、控制制开开关关的的闭闭合合就就能能建建立立任任意意入入线线和和任任意出线之间的连接。意出线之间的连接。性能性能：取决于开关类型：取决于开关类型信号信号：模拟：模拟/ /数字数字/ /光波光波入入线线出线出线开开 关关 阵阵 列列空分交换单元空分交换单元2021/6/72021/6/74848空分交换单元的空分交换单元的特点特点（1 1）任任何何时时间间任任意意入入线线和和任任意意出出线可连接；控制简单，时延均匀。线可连接；控制简单，时延均匀。（2 2）交交叉叉点点数数是是入入线线数数和和出出线线数数乘积。适合构成较小的交换单元。乘积。适合构成较小的交换单元。（3 3）容容易易实实现现多多播播和

38、和广广播播。一一列列开关只能接通一个，冲突开关只能接通一个，冲突入入线线出线出线2.2.2 开开 关关 阵阵 列列（4 4）交换单元的性能依赖于所使用的开关。）交换单元的性能依赖于所使用的开关。（5 5）开关具有控制端和状态端。）开关具有控制端和状态端。2021/6/72021/6/74949开开 关关 阵阵 列列继电器继电器：其构成的交换单元是无向的，可交换模拟：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（和数字信息，干扰和噪声大、动作慢（msms级）、体级）、体积大（积大（cmcm级）。级）。实际的开关阵列实际的开关阵列2021/6/72021/6/75050开开

39、 关关 阵阵 列列模拟电子开关模拟电子开关：一般利用半导体材料：一般利用半导体材料制成。只能单向传送，且衰耗和时延制成。只能单向传送，且衰耗和时延较大。较大。实际的开关阵列实际的开关阵列数字电子开关数字电子开关：由简单的逻辑门构成，：由简单的逻辑门构成，用于数字信号的交换，开关动作极快用于数字信号的交换，开关动作极快且无信号损失。且无信号损失。2021/6/72021/6/751512.空空 间间 接接 线线 器器空间接线器空间接线器（Space SwitchSpace Switch），简称），简称S S单元单元或或S S接线器接线器，用来实现多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间用来实现多

40、个输入复用线与多个输出复用线之间的空间交换，而不改变其交换，而不改变其时隙时隙位置。位置。完成不同时分复用线之间同一时隙的信息交换。完成不同时分复用线之间同一时隙的信息交换。2021/6/72021/6/75252 交叉矩阵：由按时隙通断的开关组成。交叉矩阵：由按时隙通断的开关组成。控制存储器：对交叉接点矩阵开关进行控制。控制存储器：对交叉接点矩阵开关进行控制。基本组成基本组成输入线输入线1输入线输入线2输入线输入线3输入线输入线n输出线输出线1输出线输出线nNN NN 交叉点矩阵交叉点矩阵交叉点矩阵交叉点矩阵空空 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/75353 工作方式工作方

41、式空空间间交交换换单单元元的的交交叉叉点点按按时时隙隙高高速速接接通通与与断断开开。如如一一帧帧中中有有不不同同时时隙隙的的信信码码要要交交换换到到同同一一条条输输出出线线上上，则则在在CM控控制制下下的的交交叉叉接接点点在在一一帧帧内内就就要要开开、关关若若干干次次。即即:空空间间交交换换单单元元的的交交叉叉点点是是以以时时分分方方式式工工作作的的。所所以以又又叫叫“时分复用的空间接线器时分复用的空间接线器”。空空 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/75454空空 间间 接接 线线 器器S S接线器的构成：接线器的构成：交叉点矩阵交叉点矩阵、控制存储器控制存储器交叉点矩阵交

42、叉点矩阵：开关阵列：开关阵列控制存储器控制存储器（CM-Control MemoryCM-Control Memory）：）：q S S接线器所含接线器所含CMCM数量数量等于等于入（出）线数入（出）线数q 每个每个CMCM所含有的存储单元所含有的存储单元个数个数等于入（出）线上的等于入（出）线上的复用复用时隙数时隙数q 每个存储单元为每个存储单元为n n位位bit,bit,且满足且满足N2N2n n, ,其中其中N N为入为入（出）线上数（出）线上数 空间交换单元的基本结构空间交换单元的基本结构2021/6/72021/6/75555 对应于每条入线配置一个控制存储器。由于对应于每条入线配置

43、一个控制存储器。由于它要它要控制入线上每个时隙接通到哪一条出线控制入线上每个时隙接通到哪一条出线上，上，所以控制存储器的容量等于每条复用线的所以控制存储器的容量等于每条复用线的复用复用度度，而每个，而每个单元的位数单元的位数则决定于选择输则决定于选择输出线出线的的地址码位数地址码位数。在在每每一一帧帧期期间间，处处理理机机依依次次读读出出控控制制存存储储器器各各单单元元的的内内容容，控控制制矩矩阵阵中中相相应应交交叉叉点点的的开开关关。这里的控制存储器就是控制接续的转发表。这里的控制存储器就是控制接续的转发表。输入控制方式输入控制方式2021/6/72021/6/75656空空 间间 接接 线

44、线 器器1 2 31 2 31 2 3TS12 TS8TS12 TS808123TS8TS8输入控制方式输入控制方式2TS12TS1231空间交换单元的控制方式空间交换单元的控制方式CM2021/6/72021/6/75757输入控制方式工作原理输入控制方式工作原理TS1012141531TS1412TS14TS11201100011 1 221输入线输入线输入线输入线输出线输出线输出线输出线输入控制方式输入控制方式输入控制方式输入控制方式CM 2021/6/72021/6/75858 每每条条出出线线配配一一个个控控制制存存储储器器。由由它它控控制制出出线线上上每每个个时时隙隙接接通通到到哪

45、哪一一条条入入线线，所所以以控控制制存存储储器器的的容容量量等等于于每每条条复复用用线线复复用用度度，而而每每个个单单元元的的位数位数则决定于选择输入线的则决定于选择输入线的地址码位数地址码位数。输出控制方式输出控制方式2021/6/72021/6/75959输出控制方式输出控制方式 1 2 31 2 3 3 2 1TS8TS12 TS808123TS8TS8输出控制方式输出控制方式3TS12TS1221127TS12CM2021/6/72021/6/76060输出控制方式工作原理输出控制方式工作原理TS1012141531TS14 1 2TS14TS11210010011 2 112输入线输

46、入线输入线输入线输出线输出线输出线输出线2021/6/72021/6/76161MMS接线器接线器01M-101M-1kkkkkk表示符号表示符号空空 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/76262空间接线器不管工作在哪种方式下，都具有如下的特点：只完成空间交换，不进行时隙的交换。即完成输入复用线与输出复用线相同时隙内信息的空间交换。空间接线器按时分方式工作。空间交换单元的输入线和输出线都是时分复用线，交叉点矩阵的各个开关均按照复用时隙而高速接通和闭合，因而我们说它按照时分方式工作。空间接线器一般用于构成数字电话交换系统中的交换网络，用来完成对PCM信号的交换。2021/6/7

47、2021/6/763632.2.3 时分复用交换单元时分复用交换单元典型的时分复用交换单元典型的时分复用交换单元 共享存储器型交换单元共享存储器型交换单元 总线型（共享媒体型）交换单元总线型（共享媒体型）交换单元时分复用交换单元实例时分复用交换单元实例 时间时间(T)接线器接线器(共享存储器型共享存储器型)数数字字交交换换单单元元（DSE）(总总线线型型（共共享享媒媒体体型型）交交换换单单元元) 2021/6/72021/6/764641. 1. 共享存储器型交换单元共享存储器型交换单元输出信号输出信号输入信号输入信号260N 1101输入信号输入信号010N 1139输出信号输出信号入线入线

48、缓冲缓冲出线出线缓冲缓冲下面介绍广泛用于同步时分复用信号交下面介绍广泛用于同步时分复用信号交换的换的“时间接线器时间接线器”或者叫或者叫“T T接线接线”。 共享存储器型交换单元对三共享存储器型交换单元对三种时分复用信号都可进行交种时分复用信号都可进行交换，但其具体实现有所不同。换，但其具体实现有所不同。存储器的存储器的N N个个区域是和各区域是和各路输入信号路输入信号顺序对应的顺序对应的存储器的存储器的N N个区个区域是和各路输域是和各路输出信号顺序对出信号顺序对应的应的工作方式（控制方式）工作方式（控制方式）工作方式（控制方式）工作方式（控制方式）输入控制：输入控制：控制写入、顺控制写入、

49、顺序读出（出线缓冲）序读出（出线缓冲）对话音存储对话音存储器的控制而器的控制而言言, ,输出控制：输出控制：顺序写入、顺序写入、控制读出控制读出（入线缓冲）（入线缓冲）2021/6/72021/6/76565 话话音音存存储储器器（SMSM）: :暂暂存存话话音音编编码码信信息息。SMSM单单元元数由输入复用线上的时隙数决定。数由输入复用线上的时隙数决定。 控控制制存存储储器器（CMCM）：存存储储输输入入或或输输出出话话音音信信息息的的时时隙隙地地址址。CMCM单单元元数数与与SMSM单单元元数数相相同同，每每个个存存储储单元存放单元存放SMSM的地址码。的地址码。完成同一条时分复用线上时隙

50、之间的信息交换。完成同一条时分复用线上时隙之间的信息交换。基本组成：基本组成：时时 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/76666 （1 1）顺序写入，控制读出）顺序写入，控制读出（2 2）控制写入，顺序读出）控制写入，顺序读出工作方式工作方式“ “顺序写入顺序写入顺序写入顺序写入” ” 、“ “顺序读出顺序读出顺序读出顺序读出” ”的的的的“ “顺序顺序顺序顺序” ”是指按照是指按照是指按照是指按照话音存储器的地址顺序，由脉冲控制。话音存储器的地址顺序，由脉冲控制。话音存储器的地址顺序，由脉冲控制。话音存储器的地址顺序，由脉冲控制。“ “控制读出控制读出控制读出控制读出” ”

51、、 “ “控制写入控制写入控制写入控制写入” ”的的的的“ “控制控制控制控制” ”是指按是指按是指按是指按控制存贮器各单元定义的内容控制存贮器各单元定义的内容控制存贮器各单元定义的内容控制存贮器各单元定义的内容控制控制控制控制话音存储器的读出或话音存储器的读出或话音存储器的读出或话音存储器的读出或写入。写入。写入。写入。时时 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/76767 （1 1）顺序写入，控制读出）顺序写入，控制读出）顺序写入，控制读出）顺序写入，控制读出控控控控制制制制存存存存储储储储器器器器写写写写入入入入的的的的是是是是话话话话音音音音存存存存储储储储器器器器的的的

52、的输输输输出出出出地地地地址址址址，以此来控制话音存储器的以此来控制话音存储器的以此来控制话音存储器的以此来控制话音存储器的输出。输出。输出。输出。时时 间间 接接 线线 器器话音存储器的单元编号对应输入时隙话音存储器的单元编号对应输入时隙;单元内单元内容是数字化的语音信息容是数字化的语音信息a； 控制存储器单元编号对应输出时隙控制存储器单元编号对应输出时隙;单元内单元内容是语音信息容是语音信息(a)在话音存储器中的单元编在话音存储器中的单元编号（输出地址）。号（输出地址）。2021/6/72021/6/76868完成时隙交换过程完成时隙交换过程 话音存储器输入时隙的信息写入过程话音存储器输入

53、时隙的信息写入过程 各个输入时隙（各个输入时隙（PCM脉码）的脉码）的信息在时钟控制下，依次写入信息在时钟控制下，依次写入话音存储器的各个单元，话音话音存储器的各个单元，话音存储器的地址就是时隙编号。存储器的地址就是时隙编号。 顺序写入输出控制方式顺序写入输出控制方式 控制存储器内容的写入过程控制存储器内容的写入过程 每个单元所存储的内容，是每个单元所存储的内容，是由处理机控制写入的。其内由处理机控制写入的。其内容是话音存储器的地址（时容是话音存储器的地址（时隙）。隙）。 2021/6/72021/6/76969 在处理器的控制下，控制话音存储在处理器的控制下，控制话音存储器的读出地址。例如要

54、将话音存储器器的读出地址。例如要将话音存储器输入时隙输入时隙TSTS4949的内容的内容a a，在时隙在时隙TSTS5858中中输出，可在控制存储器的第输出，可在控制存储器的第5858单元中单元中写入写入4949。 控制存储器在时钟控制下依次读出控制存储器在时钟控制下依次读出各单元内容，读至第各单元内容，读至第5858单元时内部存单元时内部存储的储的4949，说明在，说明在TS58TS58时隙，读出第时隙，读出第4949单元的内容单元的内容a a，完成了所需的时隙交完成了所需的时隙交换。换。 时间接线器完成时间接线器完成 时隙交换的过程时隙交换的过程 2021/6/72021/6/77070

55、032731TS27TS27TS3TS3TS27TS27TS3TS3273032731RWWR时钟时钟时钟时钟控制电路控制电路控制电路控制电路时钟时钟时钟时钟控制存储器控制存储器控制存储器控制存储器话音存储器话音存储器话音存储器话音存储器 A B A B用户用户用户用户A A，TS3TS3用户用户用户用户B B，TS27TS27顺序写入，控制读出顺序写入，控制读出顺序写入，控制读出顺序写入，控制读出输出时隙流输出时隙流输出时隙流输出时隙流输入时隙流输入时隙流输入时隙流输入时隙流时时 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/77171WRWRSMCM810定时脉冲定时脉冲处理机处理机

56、时钟时钟511051118TS1输出控制方式：顺序写入、控制读出u在在CLK1时刻，时刻，a写入到写入到SM的第的第1号单元号单元u在在CLK8时刻，时刻，CM读出第读出第8号单元的内容号单元的内容1，1选中选中SM的第的第1号单元，号单元，a被读出。被读出。u实现实现A用户用户(占用占用TS1)和和B用用户户(占用占用TS8)通话通话 u中央处理机根据用户要求，中央处理机根据用户要求，向向CM发出发出“写写”命令，令命令，令其在第其在第8号单元中写入号单元中写入1aTS8bTS1bTS8a18abAB (TS1 TS8)BA (TS8 TS1)u中央处理机根据用户要求，中央处理机根据用户要求

57、，向向CM发出发出“写写”命令，令命令，令其在第其在第1号单元中写入号单元中写入8u在在CLK8时刻，时刻，b写入到写入到SM的第的第8号单元号单元u在在CLK1时刻，时刻，CM读出第读出第1号单元的内容号单元的内容8，8选中选中SM的第的第8号单元，号单元，b被读出。被读出。2021/6/72021/6/77272WRWRSMCM10定时脉冲定时脉冲处理机处理机时钟时钟511051132101TS0aTS2c23TS1bTS3d23TS0dTS2bTS1cTS3aTS0TS2bTS1TS3aTS0 TS3TS1 TS2TS2 TS1TS3 TS0abcdabcd输出控制方式：顺序写入、控制读

58、出2021/6/72021/6/77373（2 2）控制写入，顺序读出）控制写入，顺序读出）控制写入，顺序读出）控制写入，顺序读出不不不不同同同同的的的的是是是是：控控控控制制制制存存存存储储储储器器器器写写写写入入入入的的的的是是是是话话话话音音音音存存存存储储储储器器器器的的的的写写写写入地址，入地址，入地址，入地址，以此来控制话音存储器的以此来控制话音存储器的以此来控制话音存储器的以此来控制话音存储器的写入写入写入写入。时时 间间 接接 线线 器器话音存储器的单元编号对应话音存储器的单元编号对应输出时隙输出时隙;单元内容是数单元内容是数字化的语音信息字化的语音信息a； 控制存储器单元编号

59、控制存储器单元编号对应输入时隙对应输入时隙;单元内容是将单元内容是将 写写入的语音信息入的语音信息(a)在话音存储器中的单元编号。在话音存储器中的单元编号。2021/6/72021/6/774740331TS27TS27TS3TS3TS27TS27TS3TS3273032731RWWR时钟时钟时钟时钟控制电路控制电路控制电路控制电路时钟时钟时钟时钟控制存储器控制存储器控制存储器控制存储器话音存储器话音存储器话音存储器话音存储器2727 A B A B用户用户用户用户A A，TS3TS3用户用户用户用户B B，TS27TS27控制写入，顺序读出控制写入，顺序读出控制写入，顺序读出控制写入，顺序读

60、出输出时隙流输出时隙流输出时隙流输出时隙流输入时隙流输入时隙流输入时隙流输入时隙流时时 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/77575表示符号表示符号Tkk时时 间间 接接 线线 器器2021/6/72021/6/77676对于时间接线器，我们应注意以下三点：a）时间接线器的控制存储器是由控制单元写入数据的，实际上控制存储器（CM）就相当于一条同步时分复用线上各个时隙之间信息交换的交换控制表，向控制存储器写入不同的控制信息，就能实现不同时隙间信息的交换。在整个通话期间，中央处理机向CM只下达一次“写”命令，CM的内容在整个通话期间不变，通话结束才清除该内容。b）话音存储器需要在

61、一个时隙内完成一次读操作与一次写操作，控制存储器也要在一个时隙内至少完成一次读操作（如果控制单元向控制存储器写数据，那么控制存储器还必须在一个时隙内完成一次读操作与一次写操作），所以构成时间接线器的话音存储器与控制存储器的访问速度必须能满足在一个时隙内各完成一次读写操作。2021/6/72021/6/77777c）经过时间接线器交换的信息存在着时延，时延最好的情况是入复用线上第i个时隙的信息要交换到出复用线第i+1个时隙（只经过1个时隙的时延），时延最坏的情况是入复用线上第i个时隙的信息要交换到出复用线上第i-1个时隙，那么从入复用线上来的第i个时隙的信息将会存储在话音存储器中，直到下一帧第i

62、-1个时隙到来时，才从出复用线上输出，其时延为n-1个时隙的时间（n为1帧的时隙数）。d)时分交换具有空分性质。不论是输出控制还是输入控制，每个输入时隙对应着SM的一个存储单元，即由空间位置的划分来实现时隙交换。2021/6/72021/6/77878共享总线型时分交换单元共享总线型时分交换单元总线总线按时隙按时隙轮流分配给轮流分配给入线控制部入线控制部件和出线控件和出线控制部件使用。制部件使用。基本原理基本原理出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制12NN12入入 线线出出 线线总总 线线总线管理总线管理交换单元示意图交换单元示意图2

63、021/6/72021/6/77979出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制12NN12入入 线线出出 线线总总 线线总线管理总线管理总线型总线型( (共享媒体型共享媒体型) ) 交换单元示意图交换单元示意图总线及总线管理总线及总线管理传送信息；传送信息；总线时隙分配。总线时隙分配。入线控制部件入线控制部件功能：功能：接收入线信号；接收入线信号；数据格式变换；数据格式变换；写入存储器；写入存储器；在分配时隙送在分配时隙送至总线（读存至总线（读存储器）。储器）。出线控制部件出线控制部件功能：功能：检测总线信号，检测总线信号，读取属于自己读

64、取属于自己的信息写入存的信息写入存储器，数据格储器，数据格式变换，发送式变换，发送至出线。至出线。2021/6/72021/6/78080总线型交换单元p 工作原理: 总线的工作时间划分为N个时间片（时隙），在每一个时隙内把总线分给相应入线所对应的输入部件，同时当一个输入部件获得总线上的输入时隙后，就把入线上的信息送到总线上去，与此同时，信息的目的出线相对应的输出部件将总线上的信息读入，然后从出线上输出信息。2021/6/72021/6/78181总线型总线型交换单元的应用实例交换单元的应用实例 数字交换单元（数字交换单元（DSEDSE） 数字交换单元是共享总线型交换单元的典型代表，可以用来组

65、成大规模的数字交换网络（DSN）。（1）DSE的结构DSE可完成16条双向PCM复用线之间的信息交换。DSE结构，它的内部有16个双向端口，每个双向端口接一条双向32路的PCM线路，每路子信道16bit，该条PCM线路速率为4096Kbit/s，这16个双向端口通过一条时分复用总线（TDM）连接在一起。2021/6/72021/6/78282 输入输入同步同步端口端口RAM信道信道RAM缓缓冲器冲器数据数据RAM端口端口比较器比较器发送发送控制控制 TDM总线总线发送端发送端端口端口0PCM入入PCM出出接收端接收端端口端口7端口端口8端口端口15接收端接收端发送端发送端PCM入入PCM出出8

66、kHz4MHz8MHz时钟时钟(2) (2) DSEDSE的结构简图的结构简图DSEDSE是组成数字交是组成数字交换网络的基本单元换网络的基本单元39根并行时分复用总线根并行时分复用总线2021/6/72021/6/78383输输入入同同步步电电路路: : 由由于于输输入入PCMPCM链链路路的的速速率率虽虽然然相相同同，但但其其相相位位可可能能有差异，即其帧和位可能不同步，本电路就是为使帧和位同步。有差异，即其帧和位可能不同步，本电路就是为使帧和位同步。端端口口RAM:RAM: 它它有有3232个个存存储储单单元元，每每个个单单元元对对应应1 1条条信信道道，其其存存入入内内容容是该信道应接

67、续的发送端口的号码。是该信道应接续的发送端口的号码。信信道道RAMRAM：它它有有3232个个存存储储单单元元，分分别别对对应应于于3232个个信信道道，存存入入的的内内容容是该信道应接续的发送话路号码。是该信道应接续的发送话路号码。 2021/6/72021/6/78484数数据据RAMRAM：交交换换用用的的话话音音存存储储器器，它它有有3232个个存存储储单单元元，分分别别对对应应3232个信道个信道( (时隙时隙) )。它采用控制写入，顺序读出方式。它采用控制写入，顺序读出方式。端端口口比比较较器器：将将时时分分复复用用总总线线上上的的端端口口号号码码与与本本端端口口号号码码相相比比较

68、较，如果相同，就说明数据总线上的数据是送至本端口的。如果相同，就说明数据总线上的数据是送至本端口的。发发送送控控制制：用用来来协协调调发发送送侧侧的的内内部部操操作作，如如对对RAMRAM的的读读写写，空空闲闲话话路选择等。路选择等。 2021/6/72021/6/78585工作原理 PCM链路有32个时隙，即32个信道，注意它的每个信道传输16比特的信息，在这16bit的信息中，除了8bit的用户话音/数据信息外，还包括了用于选路的控制信息，我们一般把这16bit的信息称为信道字，DSE就是根据从PCM链路接收到的信道字进行工作的。数字交换单元（数字交换单元（DSE）2021/6/72021

69、/6/78686FF信道字：信道字：PCMPCM每一路的每一路的1616比特信息。比特信息。选选选选择择择择信信信信道道道道字字字字表表明明该该路路信信号号要要交交换换到到哪哪个个端端口口的的哪哪个个信信道道上上去去，一一般般用用来建立连接；来建立连接； ( (FE=01,FE=01,选择内部路由（目的端口和目的信道号选择内部路由（目的端口和目的信道号) )。数数据据信信道道字字包包含含了了话话音音与与数数据据信信息息，一一般般只只用用到到了了16bit16bit中中的的8 8位位，用来用来传送数据传送数据； ( (FE=11FE=11) )置置闲闲信信道道字字：使使占占用用的的话话路路置置为

70、为空空闲闲，用用来来拆拆除除已已经经建建立立的的连连接。接。( (FE=00FE=00) )换换码码信信道道字字：表表示示本本信信道道字字中中包包含含处处理理机机传传送送的的控控制制信信息息。 ( (FE=10FE=10) )数字交换单元（数字交换单元（DSE）2021/6/72021/6/78787DSE具有建立、保持、拆除其内部通道的功能，并且能够在已建立好的内部通道上进行信息交换。DSE是比较复杂的交换单元，它不仅能完成不同复用线之间信息的交换，还能完成不同时隙之间的信息交换，即它同时具有空间交换功能和时间交换功能，因而我们也称其为时空结合交换单元。2021/6/72021/6/7888

71、8交换网络的一般结构交换网络的一般结构控制单元控制单元出线出线入线入线交换交换单元单元交换交换单元单元交换交换单元单元交换交换单元单元交换网络交换网络2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/789892.3交换网络F交换网络交换网络是由若干个交换单元按照一定的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网络。拓扑结构和控制方式构成的网络。FF三大要素：三大要素：FF交换单元交换单元交换单元交换单元FF交换单元间的拓扑连接交换单元间的拓扑连接交换单元间的拓扑连接交换单元间的拓扑连接FF控制方式控制方式控制方式控制方式2021/6/72021/6/79090912.3交换网络

72、交换网络分类交换网络分类p单级交换网络与多级交换网络单级交换网络与多级交换网络 单级交换网络：需要交换的信息从交换网络入线到交换网：需要交换的信息从交换网络入线到交换网络出线只络出线只经过一个交换单元经过一个交换单元，并且当同一级有多个交换单元构成，并且当同一级有多个交换单元构成时，不同交换单元的入线与出线之间可建立连接。时，不同交换单元的入线与出线之间可建立连接。 多级交换网络：由多级交换单元构成的交换网络。多级交换网络：由多级交换单元构成的交换网络。p时分交换网络与空分交换网络时分交换网络与空分交换网络 时分交换网络时分交换网络: 所有的输入与输出端口分时共享单一的通所有的输入与输出端口分

73、时共享单一的通信通路，具有时隙交换功能；信通路，具有时隙交换功能； 空分交换网络空分交换网络:(可以在多对输入端口与输出端口间同时并行可以在多对输入端口与输出端口间同时并行地传送信息，具有空间交换的功能；（地传送信息，具有空间交换的功能；（CLOS网络与网络与BANYAN网网络络) 在电话交换系统中广泛应用的是时空结合的交换网络。在电话交换系统中广泛应用的是时空结合的交换网络。2021/6/72021/6/79191922.3交换网络交换网络分类交换网络分类p有阻塞交换网络与无阻塞交换网络有阻塞交换网络与无阻塞交换网络 对同一公共资源的竞争一般有两种情况对同一公共资源的竞争一般有两种情况： 1

74、)内部竞争内部竞争:要交换的两路信息同抢交换单元内部的要交换的两路信息同抢交换单元内部的通路资源。通路资源。 2)出线竞争出线竞争:不同入端来的信息同时争抢交换网络同不同入端来的信息同时争抢交换网络同一个输出端口。一个输出端口。假设在同一时刻，入线0有信息要交换到出线2，入线1有信息要交换到出线3，那么此时就会发生争强内部链路的情况，在竞争中失败的信息被阻塞 (内部内部竞争竞争)。2021/6/72021/6/79292932.3交换网络交换网络分类交换网络分类 单通路交换网络单通路交换网络: 任一条入线与出线之间只存在唯一的一条通路任一条入线与出线之间只存在唯一的一条通路多通路交换网络多通路

75、交换网络: 任一条入线与出线之间存在着多条通路；任一条入线与出线之间存在着多条通路；单通路交换网络与多通路交换网络单通路交换网络与多通路交换网络2021/6/72021/6/793932.3 交换网络交换网络由一个交换单元或若干个位于同一级的交换单元构成。由一个交换单元或若干个位于同一级的交换单元构成。（一）单级交换网络（一）单级交换网络 交换交换单元单元线线入入线线出出(a)一个交换单元一个交换单元交换交换单元单元交换交换单元单元交换交换单元单元线线入入线线出出(b)同级多个交换单元同级多个交换单元2021/6/72021/6/794942.3 交换网络交换网络单级交换网络单级交换网络 交换

76、交换单元单元入入线线出出线线单级网络交叉接点数：单级网络交叉接点数：1616 = 256。两级网络交叉接点数：两级网络交叉接点数：448=128。16161142143144141142143144141414141414141414入入线线出出线线16162021/6/72021/6/79595FF多级交换网络多级交换网络多级交换网络多级交换网络如果一个交换网络中的交换单元可以分为如果一个交换网络中的交换单元可以分为N N级，顺序命名为第级，顺序命名为第1,2,1,2,N,N级，并且满足：级，并且满足： 所有入线都只与第所有入线都只与第1 1级交换单元连接；级交换单元连接； 所有第所有第1

77、1级交换单元都只与入线和第级交换单元都只与入线和第2 2级交换单元连接；级交换单元连接； 所有第所有第2 2级交换单元都只与第级交换单元都只与第1 1级和第级和第3 3级交换单元连接；级交换单元连接； 依此类推，所有第依此类推，所有第N N级交换单元都只与第级交换单元都只与第N-1N-1级和出线连接；级和出线连接； 则称这样的交换网络为则称这样的交换网络为多级交换网络多级交换网络，或，或N N级交换网络级交换网络。2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/79696多级交换网络多级交换网络(nm x nm两级交换网络两级交换网络)O1n-1O1n-1O1n-1O1m-1O1m-1O

78、1m-1OO11m-1n-1 1级级2级级2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/79797多级交换网络的三个参数F每个交换单元的容量每个交换单元的容量F交换网络的级数交换网络的级数F单元间的连接通路单元间的连接通路（链路）（链路） FF多级交换网络的特点交叉接点数减少交叉接点数减少复杂度降低复杂度降低级间选路和控制复杂级间选路和控制复杂带来了内部阻塞带来了内部阻塞2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/79898回顾：FF基本概念：基本概念：基本概念：基本概念： 若出、入线空闲，但因交换网络级间链路被占用若出、入线空闲，但因交换网络级间链路被占用而无法接通的现象，

79、称为多级交换网络的内部阻塞。而无法接通的现象，称为多级交换网络的内部阻塞。FF增加级数是为了减少交叉点数。增加级数是为了减少交叉点数。增加级数是为了减少交叉点数。增加级数是为了减少交叉点数。FF入、出线空闲，交换网络的级间链路阻塞。入、出线空闲，交换网络的级间链路阻塞。入、出线空闲，交换网络的级间链路阻塞。入、出线空闲，交换网络的级间链路阻塞。2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/799990nxn10n-1 m-10mxm1 n-11 0n-11 0n-11 0m-11 0m-11 0m-11 第第1级级第第2级级 多级网络多级网络( nm x nm )内部阻塞示意图内部阻塞

80、示意图n-1m-12021/6/72021/6/7100100第第1 1级是级是由由m m个个nnnn的的交换单交换单元构成元构成第第2 2级级是由是由n n个个mmmm的交换的交换单元构单元构成成为了防止网为了防止网络内部阻塞络内部阻塞多级交换网络入线到出线的连接方法多级交换网络入线到出线的连接方法2021/6/72021/6/71011012828试问：单级交换网络不存在内部阻塞，为什么实际使试问：单级交换网络不存在内部阻塞，为什么实际使用的大多是多级交换网络用的大多是多级交换网络?q 因为交换网络中交叉点越多，成本越高。一般在设因为交换网络中交叉点越多，成本越高。一般在设计交换网络的拓扑

81、结构时，尽量最小化交叉点数。计交换网络的拓扑结构时，尽量最小化交叉点数。q 容量相同的容量相同的多级多级交换网络与交换网络与单级单级交换网络比较，交换网络比较，交交叉点数大大减少。叉点数大大减少。q单级交换网络在技术上受限于其尺寸和速度，一旦单级交换网络在技术上受限于其尺寸和速度，一旦达到极限，很难扩充，无法增加线路速率。达到极限，很难扩充，无法增加线路速率。2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7102102多级交换网络与单级交换网重要的不同多级交换网络与单级交换网重要的不同 多级交换网络多级交换网络交换容量大交换容量大，但，但存在存在内部阻塞。内部阻塞。 单级网络单级网络不

82、存在内部阻塞不存在内部阻塞，但交换容量受限，但交换容量受限。 32322.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7103103 保证网络上终端都能两两互通保证网络上终端都能两两互通 网络拓扑结构安排要合理网络拓扑结构安排要合理 - -防止网络内部阻塞防止网络内部阻塞 最后是网络代价最后是网络代价构建大型交换网络考虑的问题构建大型交换网络考虑的问题28282021/6/72021/6/7104104FF无阻塞交换网络无阻塞交换网络FF研究的目的：减少、消除阻塞。研究的目的：减少、消除阻塞。研究的目的：减少、消除阻塞。研究的目的：减少、消除阻塞。FF三种无阻塞网络三种无阻塞网络FF严格

83、无阻塞网络严格无阻塞网络严格无阻塞网络严格无阻塞网络 链路足够多。链路足够多。链路足够多。链路足够多。FF可重排无阻塞网络可重排无阻塞网络可重排无阻塞网络可重排无阻塞网络 调整连接解决阻塞。调整连接解决阻塞。调整连接解决阻塞。调整连接解决阻塞。FF广义无阻塞网络广义无阻塞网络广义无阻塞网络广义无阻塞网络 使用一定的算法选路。使用一定的算法选路。使用一定的算法选路。使用一定的算法选路。2.3交换网络2021/6/72021/6/7105105严格无阻塞网络：严格无阻塞网络： 不管网络处于何种状态，任何时刻都可不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网络中建立一个连接，只要这个以在交换网络中建立

84、一个连接，只要这个连接的起点、终点是空闲的，而不会影响连接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络中已建立起来的连接。网络中已建立起来的连接。 例如：单级交换网络，但例如：单级交换网络，但 N N增大，交增大，交叉点数（叉点数（N N 2 2 ）增加很快，应用受限。）增加很快，应用受限。 CLOS网络2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/71061062.3交换网络可重排无阻塞网络：可重排无阻塞网络： 不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网络中直接或对已有的连接重选路由来建交换网络中直接或对已有的连接重选路由来建立一个连接，只要这个连接的

85、起点、终点是空立一个连接，只要这个连接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络中已建立起来的连接。闲的，而不会影响网络中已建立起来的连接。广义无阻塞网络：广义无阻塞网络： 指一个给定的网络存在着固有的阻塞可能，指一个给定的网络存在着固有的阻塞可能，但又可能存在着一种精巧的选路方法，使得所但又可能存在着一种精巧的选路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排网络中已有的阻塞均可避免，而不必重新安排网络中已建立起来的连接。建立起来的连接。2021/6/72021/6/7107107CLOS网络网络单级无阻塞网络需单级无阻塞网络需 N2个交叉点个交叉点FCLOS网络是网络是CLOS首次构造首次构造的的

86、一类交叉点一类交叉点数数随入、出线数增加而增长较慢随入、出线数增加而增长较慢的的NN的的无阻塞的多级交换网络无阻塞的多级交换网络. FCLOS网络网络是是采用多个较小规模的交换单采用多个较小规模的交换单元元，按照某种连接方式连接起来，形成多，按照某种连接方式连接起来，形成多级交换网络。级交换网络。FF对较大的对较大的N，采用足够多的级数，能设计，采用足够多的级数，能设计出出CLOS无阻塞网络，其交叉点数增长的无阻塞网络，其交叉点数增长的速度小于速度小于N 1 + (01) 。2021/6/72021/6/7108108CLOS网络网络每一个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接，

87、因此每一个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接，因此任意一条入线与出线之间均存在一条通过中间级交换单元的路径。任意一条入线与出线之间均存在一条通过中间级交换单元的路径。m、n、r是整数，决定了交换单元的容量，称为网络参数，并记为是整数，决定了交换单元的容量，称为网络参数，并记为C(m，n，r)。 第一第一级有级有r个个nmnm矩形矩形交换交换单元单元1. 1. 1. 1. 三级对称三级对称CLOS网络网络中间是中间是m个个rr的的方形交换单元方形交换单元（1）三级三级三级三级CLOSCLOS网络网络网络网络组成组成第三第三级有级有r个个mnmn矩形矩形交换交换单元单元2021/

88、6/72021/6/71091092828 严格无阻塞条件：严格无阻塞条件： m 2n1 可重排无阻塞条件：可重排无阻塞条件： m n 三级三级CLOSCLOS网络严格无阻塞条件网络严格无阻塞条件m为为CLOS网络第网络第2级所需要交换单元的个级所需要交换单元的个数，数，n为第一级每个单元的入线数和第三级为第一级每个单元的入线数和第三级每个单元的出线数。每个单元的出线数。2021/6/72021/6/7110110图图2.24 CLOS网络的无阻塞条件网络的无阻塞条件假如我们要确立一条从假如我们要确立一条从a a到到到到b b的信息交换通路。的信息交换通路。最不利的情况是：第最不利的情况是：第

89、一级与一级与a a相连的交换单相连的交换单元中除去元中除去a a之外所有剩之外所有剩余的余的n-1n-1条入线条入线条入线条入线均有信均有信息要交换，那么第一级息要交换，那么第一级与与a a相连的交换单元中相连的交换单元中n-1n-1条输出线条输出线条输出线条输出线均处于忙均处于忙状态，并且所有的状态，并且所有的n-1n-1条输出线都连接到第二条输出线都连接到第二条输出线都连接到第二条输出线都连接到第二级不同的交换单元上级不同的交换单元上级不同的交换单元上级不同的交换单元上G G 三级三级CLOSCLOS网络严格无阻塞条件的网络严格无阻塞条件的分析分析2021/6/72021/6/711111

90、1 最后一级与最后一级与b b相连相连的交换单元除去的交换单元除去b b以以外所有的外所有的n-1n-1条输出条输出线也均有信息要交换线也均有信息要交换出来，出来，并且对第二级并且对第二级并且对第二级并且对第二级来说需要另外的来说需要另外的来说需要另外的来说需要另外的n-1n-1个交换单元，而且这个交换单元，而且这些交换单元都要有一些交换单元都要有一条出线连接到与条出线连接到与b b相相连的交换单元上。连的交换单元上。 G G 三级三级CLOSCLOS网络严格无阻塞条件的网络严格无阻塞条件的分析分析第一级第一级 第二级第二级 第三第三级级图图2.25 严格无阻塞的三级严格无阻塞的三级CLOS网

91、络网络2021/6/72021/6/7112112那么在最坏情况下，那么在最坏情况下，总共需要总共需要（n-1n-1）+ +（n-n-1 1） = 2 = 2（n-1n-1）个可供个可供选择的第选择的第2级交换单元，级交换单元，这时候为了确保链路无这时候为了确保链路无阻塞，完成阻塞，完成a到到b的信息的信息交换，至少还应该存在交换，至少还应该存在一条空闲链路，即中间一条空闲链路，即中间级交换单元要有级交换单元要有（n-n-1 1）+ +（n-1n-1）+1 = 2n-1+1 = 2n-1个，个，个，个，因此我们得出因此我们得出三级三级对称对称CLOSCLOS网络网络严格无阻塞条件：严格无阻塞条

92、件： m 2n1 G G 三级三级CLOSCLOS网络严格无阻塞条件的网络严格无阻塞条件的分析分析第一级第一级 第二级第二级 第三第三级级图图2.26 严格无阻塞的三级严格无阻塞的三级CLOS网络网络2021/6/72021/6/7113113 CLOS网络网络当当出出现现内内部部阻阻塞塞时时，通通过过对对现现有有连连接接通通路路的的调调整整（重重排排路路由由），实实现现无无阻阻塞塞连连接接，称称为为可可重重排排（再再配配置置）无阻塞网络。无阻塞网络。 （2 2）可重排无阻塞网络）可重排无阻塞网络 12341234C1C212341234C11C2三级可重排无阻塞网络三级可重排无阻塞网络(a)

93、(b)入线入线2至出线至出线4，入线，入线3与出线与出线1阻塞？阻塞？2021/6/72021/6/7114114在大型程控交换机中在大型程控交换机中,数字交换网络的容量要求较大数字交换网络的容量要求较大,只靠只靠T接接线器或线器或S接线器是不能实现的接线器是不能实现的,必须将它们组合起来必须将它们组合起来,才能达到要求。才能达到要求。TST网络是在电路交换系统中经常使用的一种交换网络，它是网络是在电路交换系统中经常使用的一种交换网络，它是三级交换网络，两侧为三级交换网络，两侧为T接线器，中间一级为接线器，中间一级为S接线器，接线器，S级的出入线级的出入线数决定于两侧数决定于两侧T接线器的数量

94、。接线器的数量。第第1级级T接线器：负责输入母线的时隙交换。接线器：负责输入母线的时隙交换。S接线器：负责母线之间的空间交换。接线器：负责母线之间的空间交换。第第2级级T接线器：负责输出母线的时隙交换接线器：负责输出母线的时隙交换。TST网络网络2.3 交换网络交换网络T TT TS S2021/6/72021/6/7115115结构：结构：类型：类型：根据根据T T接线器控制方式的不同有两种基本类型接线器控制方式的不同有两种基本类型 第一种：输入第一种：输入T T级采用级采用输出控制输出控制，输出，输出T T级采用级采用输入控制输入控制 第二种：输入第二种：输入T T级采用级采用输入控制输入

95、控制，输出，输出T T级采用级采用输出控制输出控制 （S S接线器控制方式不限）接线器控制方式不限）输入T级STTTTS级输出T级2021/6/72021/6/7116116为减少选路次数，简化控制，可使两个方向的内部时为减少选路次数，简化控制，可使两个方向的内部时隙具有一定的对应关系，通常可相差半帧，俗称隙具有一定的对应关系，通常可相差半帧，俗称反相法反相法，即：即：设：设：F=一帧的时隙数一帧的时隙数 TSA-B=A到到B方向的内部时隙数方向的内部时隙数 TSB-A=B到到A方向的内部时隙数方向的内部时隙数则：则： TSB-A= TSA-B +F/2 TST网络网络2021/6/72021

96、/6/71171171182.3 交换网络交换网络 TST网络结构网络结构TSTTST交换网络交换网络 编编号号相相同同的的入入线线与与出出线线组组成成一一条条双双向向时时分分复复用用线线。2021/6/72021/6/7118118119各接线器的工作方式为各接线器的工作方式为TATA接线器为顺序写入、控制输出接线器为顺序写入、控制输出TBTB接线器为控制写入顺序读出接线器为控制写入顺序读出S接线器为输入控制接线器为输入控制设入线设入线1 1的时隙的时隙2 2和出线和出线3 3的时隙的时隙3131实现交换，空闲内部时隙实现交换，空闲内部时隙7 72021/6/72021/6/7119119

97、输入线输入线0 0、TS2TS2的的A A用户用户 输出线输出线2 2、TS20TS20的用户的用户B BTST交换过程举例交换过程举例2：正向通路正向通路：A B 中间时隙：中间时隙：7反向通路反向通路 B A 中间时隙：中间时隙：232.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7120120TSTTST网络组成和工作原理网络组成和工作原理网络组成和工作原理网络组成和工作原理AA20AAA20A001231031731700031203170CMC-2SMA-0CMA-0CMA-2CMB-2SMB-2TS20TS7TS23TS7TS2TSTAB031230SMB-02CMC-02B

98、BB2003131230SMA-2TS202BB2B31231230CMB-0TS2TS230202A B2021/6/72021/6/7121121TSTTST网络组成和工作原理网络组成和工作原理网络组成和工作原理网络组成和工作原理2BBBB2BB200312312303123031023131CMC-0SMA-2CMA-2CMB-2CMB-0SMB-0TS2TS23TS7TS23TS20TSTAB0200CMA-0SMA-0AA2A0012310317TS7TS203170CMC-2AA20A0312070SMB-2TS2022230B A2021/6/72021/6/7122122TS7

99、0731TS23TS23TS7020CMC-2CMC- 0023310123107310203102331031023310310731TS2TS20TS20TS20222020SMA-0CMA-0CMA-2SMA-2SMB-0CMB-0SMB-2CMB-220TST交换过程示意图交换过程示意图22021/6/72021/6/7123123关于关于TSTTST网络，有几个方面必须注意：网络，有几个方面必须注意：（1）交换网络一般是建立双向通路，即除了建立上述AB方向上的信息传输，还要建立BA方向上的信息传输，因此内部时隙的选择一般采用“反相法”，即两个方向的内部时隙相差半个帧（该帧是指TST网

100、络输入线或输出线的复用帧）。一般地，设：TST交换网络输入线或输出线的帧时隙数为F，选定的AB方向上的内部时隙为TSAB，则BA方向上的内部时隙为TSBA=TSAB+ F/2。2021/6/72021/6/7124124（2）在一般情况下，TST网络存在内部阻塞，但概率非常小，大概是10-6。（3）构成TST网络的第1级T接线器与第3级T接线器一般采用不同的控制方式，但无论采用输入控制方式，还是输出控制方式，除了操作方式不同外，本质是一样的。 2021/6/72021/6/7125125复用器、分路器与复用器、分路器与TSTTST网络的连接网络的连接复用器与分路器在复用器与分路器在TSTTST

101、网络中的应用网络中的应用串并变换和复用串并变换和复用目的：目的：在高复用度情况下，不使码速过高，易于实现高速传输。在高复用度情况下，不使码速过高，易于实现高速传输。并串变换，并串变换，以便插入到各个以便插入到各个PCMPCM系统中去。系统中去。T T复复用用器器1 1n n串串行行并行并行并行并行分分路路器器T T1 1n n串串行行并行并行并行并行T T复复用用器器1 1n n串串行行并行并行并行并行分分路路器器T T1 1n n串串行行并行并行并行并行STSTTST同步时分复用信号是速率为同步时分复用信号是速率为2Mbs的的PCM一次群所以一次群所以在交换前，要先进行时分复在交换前，要先进

102、行时分复用，以扩大容量用，以扩大容量 PCMPCMPCMPCM2021/6/72021/6/7126126T-S(n)-TT-S-T网络：网络：AXE10，FETEX-150，E10B，5ESS等等T-S-S-T网络：网络：NEAX61T-S-S-S-T网络：网络：EWSDT-S-S-S-S-T网络：网络：4ESS (长途长途)S-T(n)-STST网络网络2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7127127DSN网络网络DSNDSN网络：网络：贝尔公司的贝尔公司的S1240系统采用的系统采用的由由由由多个多个DSE按照一定的连接方式按照一定的连接方式构成的单构成的单侧型多级交

103、换网络侧型多级交换网络大容量交换网络。大容量交换网络。1.DSN1.DSN网络的结构：网络的结构： 最少可以只有一级，最少可以只有一级，最多可达到最多可达到4级。级。2021/6/72021/6/7128128第第3级级第第4级级平面平面0第第2级级0100001022007771023777 终端模块终端模块第第1级级平面平面1平面平面2平面平面3平面平面1平面平面2平面平面30123ABCD121212128910111110980370707815150151515151588070770089101121315组组15组组7 组组891011047070150组组0组组第第1级为入口级

104、级为入口级选面级选面级其余其余3级为选组级级为选组级2021/6/72021/6/7129129（1）入口级入口级也叫做选面级，它是由若干对DSE组成的，这些DSE可称为接入交换器（AS）。每个AS的16个端口可以接16条32时隙的PCM线路，其中端口0-7与端口12-15（图中入口级DSE左侧标出）用来连接各种终端模块，端口8-11（图中入口级DSE右侧标出）分别接到选组级，也就是第2级的4个平面。入口级有512对DSE，共1024个DSE，每个DSE的端口8、9、10、11分别接到第1个平面、第2个平面、第3个平面和第4个平面的选组级。2021/6/72021/6/7130130（2）选组

105、级选组级有3级（即DSN的第2、3、4级），前两级每级有16组，每组8个DSE，最后一级只有8组，每组8个DSE。前两级DSE的端口0-7与前一级DSE相连，端口8-15与后一级DSE相连；最后一级DSE的16个端口都与前一级DSE相连。注意，选组级的前两级，即第2、3级之间组号相同的两级间进行交叉连接，选组级的后两级即第3、4级是不同组之间进行交叉连接。2021/6/72021/6/7131131 2、DSN工作原理及其特点工作原理及其特点在DSN中，两个终端之间的信息交换，可以只经过入口级，也可以经过选组级。如果两个终端模块同时连接在入口级的同一个DSE上，那么信息就可以只通过该入口级的D

106、SE交换。如果两个终端模块不是连接在入口级的同一个DSE上，那么就要经过DSN的选组级进行信息交换了。DSN入口级的每一个端口都具有唯一的网络地址，不同端口之间连接的建立是根据目的端口的网络地址逐级选路进行的。该网络地址有13比特的编码，分为A、B、C、D四部分，分别对应着DSN的14级。ABCD终端模块号终端模块号 第第1级级DSE号号 第第2级级DSE号号 第第2、3级组号级组号4 bits2 bits3 bits4 bits2021/6/72021/6/7132132A：4比特，对应于第1级，表示终端模块所连接的入口级DSE的输入端口号（07，1215，共12个）。B：2比特，对应于第2

107、级，表示第1级DSE的出线应连接的第2级DSE的输入端口号（07）。由于第1级成对DSE连接到第2级DSE的端口号分别为n和n+4，这里n为03，因此只需要2比特来区分4个地址即可。C：3比特，对应于第3级，表示第2级DSE的出线应连接的第3级DSE的输入端口号（07）。D：4比特，对应于第4级，表示第3级DSE的出线应连接的第4级DSE的输入端口号（015）。也等于第2级和第3级的组号。2021/6/72021/6/7133133当某一终端模块要与另一终端模块通过DSN建立通路连接时，就将自己的网络地址与目的端口的网络地址相比较，首先比较的是D，如不相同，说明源和目地终端模块之间所要建立的连

108、接不在同一组内（位于第2级和第3级的不同组内），通路连接要经过第4级；若D相同，C不同，说明两个终端模块之间所建立的通路连接位于同一组内，连接的建立只涉及到选组级的第2、3级；若D、C相同，B不同，则说明两个终端模块之间所建立的通路连接经过第2级的同一个DSE，该通路的建立折回点在第2级；若D、C、B相同，A不同，此时通路的建立只经过网络的第1级。如此通过网络地址的比较确定通路的折回点，并发送选择命令进行逐级选路，从而建立起通路连接，完成交换功能。2021/6/72021/6/7134134DSN具有以下的特点：（1）DSN是一种单侧折叠式网络。DSN网络与前面介绍的其它网络不同，它所有的端口

109、位于同一侧，DSN网络的最后一级，DSN的任一端口输入的信息在网络的相应级上折回到目的输出端口。当一个输入端口要与一个输出端口建立连接时，可根据目的输出端口的地址（唯一地址），来决定接续通路需要的网络级数，即信息在DSN网络中的折回点在哪一级。2021/6/72021/6/7135135（2）DSN可自选路由。DSE本身具有通路选择和控制功能，因而它不需要设置交换网络的集中控制处理机来控制其一步步的交换，而是根据分布在各个终端模块中的终端控制单元送来的选择命令字等控制信息，由其硬件来完成选路，进而实现交换功能，因而DSN具有自选路由功能。2021/6/72021/6/7136136（3）DSN

110、的扩展性好。DSN网络采用多平面、多级结构，当容量增加时可通过扩充DSN网络的级数（最多4级）来增加端口数，当话务负荷增加时可通过扩充DSN网络的平面数（最多4个）来均匀分担话务负荷，并且这种扩充不影响网络结构和系统运行，因而由较小规模的交换网络扩展为较大规模的交换网络方便灵活。（4）DSN采用逐级推进的选试方式，能承受较大话务量DSN由1到4级组成，如果两个终端要进行信息交换，那么DSN将采用逐级试选的方式，对每一级进行试选路，直到两个终端所在的端口之间能建立起连接进行信息交换。 2021/6/72021/6/7137137vv通常将由通常将由通常将由通常将由2 X 22 X 22 X 22

111、 X 2的交换单元构成的单通路网络称为的交换单元构成的单通路网络称为的交换单元构成的单通路网络称为的交换单元构成的单通路网络称为BANYANBANYANBANYANBANYAN网络网络网络网络。因其布线像印度一种榕树的根而得名。因其布线像印度一种榕树的根而得名。它它是基于树型结构的。适用于统计复用信号的交换。适用于统计复用信号的交换。适用于统计复用信号的交换。适用于统计复用信号的交换。用于用于用于用于ATM ATM ATM ATM 交换，根据信号中的出线地址信息建立通路。交换，根据信号中的出线地址信息建立通路。交换，根据信号中的出线地址信息建立通路。交换，根据信号中的出线地址信息建立通路。2.

112、3 交换网络交换网络BANYAN 网络网络2021/6/72021/6/7138138BANYAN 网络网络BANYAN 网络的基本结构网络的基本结构BANYAN 网络的基本特性网络的基本特性BATCHER-BANYAN网络网络2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/71391392*2 2*2 交换单元交换单元状态：平行连接；交叉连接。状态：平行连接；交叉连接。010101010101BANYAN 网络结构网络结构2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7140140两级之间均匀洗牌连接两级之间均匀洗牌连接两级之间均匀洗牌连接两级之间均匀洗牌连接任一入线到任一出线

113、间，只有一条路径任一入线到任一出线间，只有一条路径任一入线到任一出线间，只有一条路径任一入线到任一出线间，只有一条路径。二级二级BANYAN网络网络(4*4) 2.3 交换网络交换网络入入端端出出端端0 01 10 01 12 23 32 23 32021/6/72021/6/7141141三级三级三级三级BANYANBANYANBANYANBANYAN网络网络网络网络 (8*8)(8*8)(8*8)(8*8)前面由两个前面由两个前面由两个前面由两个4*44*44*44*4交换网络组成交换网络组成交换网络组成交换网络组成后接后接后接后接4 4 4 4个个个个2*22*22*22*2交换单元交换

114、单元交换单元交换单元 第第1 1级交换单元与第级交换单元与第2 2级交换单元采用蝶式连接，级交换单元采用蝶式连接，第第2 2级交换单元与第级交换单元与第3 3级交换单元为子洗牌连接级交换单元为子洗牌连接。多级交换网络多级交换网络2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7142142多级交换网络 8888的的3 3级级BANYANBANYAN网络网络2021/6/72021/6/7143143banyan网络的构成具有一定的规律。用小的用小的BANYANBANYAN网络网络 构造成较大的网络构造成较大的网络用两组用两组N*NN*N的网络，加上的网络，加上N N个个2*2 2*2 交

115、换单元，交换单元，构成构成 2N*2N 2N*2N 的网络。的网络。BANYAN网络的构造网络的构造2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7144144出出/ /入线、级数、交换单元数的关系入线、级数、交换单元数的关系N*NN*N网络级数：网络级数：M=logM=log2 2 2 2N NN*NN*N网络单元数：网络单元数：(N/2) log(N/2) log2 2 2 2N NBANYAN网络的构造网络的构造2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7145145唯一路径唯一路径： 网络的任何一条入线与任何网络的任何一条入线与任何一条出线之间都有一条路径并且仅有一

116、一条出线之间都有一条路径并且仅有一条路径，则称该网络具有唯一路径特性。条路径，则称该网络具有唯一路径特性。 在在BANYAN网络中，每条入线与每条出网络中，每条入线与每条出线之间都有且只有这一条路径。线之间都有且只有这一条路径。 可以用数学归纳法来证明。可以用数学归纳法来证明。可以用数学归纳法来证明。可以用数学归纳法来证明。BANYAN网络的网络的基本特性基本特性2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7146146147BANYAN网络特性网络特性0101234567234567Error!Error!Error!唯一路径唯一路径0 0号入线到号入线到3 3号出线的唯一路径特性

117、演示号出线的唯一路径特性演示2021/6/72021/6/7147147148自选路由自选路由自选路由自选路由 自选路由功能自选路由功能: :给定出线地址，不用外加控制命令，就可选到出线。由于到达指定的输由于到达指定的输出端仅有唯一一条通路，因此路由选择十分简单，出端仅有唯一一条通路，因此路由选择十分简单，即可由输出地址确定输入和输出之间的唯一路由。即可由输出地址确定输入和输出之间的唯一路由。BANYANBANYAN网络的级数网络的级数M = logM = log2 2N N，与用，与用2 2进制来表示进制来表示输出线编号所需的二进制位数相等，则每一位二输出线编号所需的二进制位数相等，则每一位

118、二进制可与网络的每一级相对应。进制可与网络的每一级相对应。BANYAN网络特性网络特性网络特性网络特性2021/6/72021/6/7148148BANYAN网络特性 自选路由方法：自选路由方法： 给进入交换网络要交换的信息加上给进入交换网络要交换的信息加上选路标签，该标签就是信息要交换到的目的选路标签，该标签就是信息要交换到的目的输出线号的二进制值，每一级交换单元根据输出线号的二进制值，每一级交换单元根据选路标签中的二进制值的相应位来选路，该选路标签中的二进制值的相应位来选路，该位二进制的值为位二进制的值为0 0则选则选0 0号出线，为号出线，为1 1则选则选1 1号号出线，网络的第出线，网

119、络的第1 1、2 2、k k级分别与二级分别与二进制值的由高到低位相对应。进制值的由高到低位相对应。 2021/6/72021/6/7149149150BANYAN网络特性自选路由：从任意一条入线开始，逐个读出各级交换单元自选路由：从任意一条入线开始，逐个读出各级交换单元自选路由：从任意一条入线开始，逐个读出各级交换单元自选路由：从任意一条入线开始，逐个读出各级交换单元相应出线的数字相应出线的数字相应出线的数字相应出线的数字0 0 0 0和和和和1 1 1 1，那么，这些数字组合起来就是出线，那么，这些数字组合起来就是出线，那么，这些数字组合起来就是出线，那么，这些数字组合起来就是出线的号码。

120、的号码。的号码。的号码。i i号入线到号入线到3 3号出线的自选路由特性演示号出线的自选路由特性演示01012345672345670101010101010101010101012021/6/72021/6/715015001234567012(010)3(011) 4(100)5(101)678 x 8的3级BANYAN网络10110(011)(010)(100)(101)BANYAN网络的自选路由特性网络的自选路由特性2021/6/72021/6/7151151152BANYAN网络特性n树型结构特性：树型结构特性： 从从banyan的任一输入端口引出的一组的任一输入端口引出的一组通路形

121、成了通路形成了2分支树，级数越多，分支越分支树，级数越多，分支越多，级数多，级数 k=2N，N=总入线数或出线数，总入线数或出线数，即即2k=N。2021/6/72021/6/7152152可扩展性：可扩展性： BANYAN的构成具有一定的规律，可以采用有规的构成具有一定的规律，可以采用有规则的扩展方法将较小容量的则的扩展方法将较小容量的BANYAN扩展成较大规扩展成较大规模。模。 已有已有N X N的的BANYAN网络，需构成网络，需构成2N X 2N的的BANYAN网络，则可用网络，则可用2组组N X N，再加上一组，再加上一组N个个2X2交换单元构成。第一组的交换单元构成。第一组的N X

122、 N的的N条出线分条出线分别与别与N个个2X2交换单元的某一入线相连，第二组的交换单元的某一入线相连，第二组的N X N的的N条出线分别与条出线分别与N个个2X2交换单元的另一入线交换单元的另一入线相连。相连。BANYAN 网络的基本特性网络的基本特性2021/6/72021/6/7153153BANYAN网络的可扩展性网络的可扩展性 用88三级BANYAN网络构造1616四级BANYAN2021/6/72021/6/7154154uu出线阻塞：用缓冲排队的方法解决（不属于出线阻塞：用缓冲排队的方法解决（不属于内部阻塞）。内部阻塞）。uu内部阻塞：其它各级，发生在交换单元内部。内部阻塞：其它各

123、级，发生在交换单元内部。BANYAN网络的内部阻塞网络的内部阻塞2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/7155155BANYAN网络的内部竞争（造成阻塞）网络的内部竞争（造成阻塞）比特流比特流 BANYAN网络的网络的内部阻塞内部阻塞 阻塞是入线向同一出线上发送信元产生的，最坏情况下阻塞的概率为阻塞是入线向同一出线上发送信元产生的，最坏情况下阻塞的概率为50%。2021/6/72021/6/7156156内部阻塞是在内部阻塞是在2X2交换单元的两条入线要向同一个出线交换单元的两条入线要向同一个出线上发送信元时产生的，最坏情况下概率为上发送信元时产生的，最坏情况下概率为50%，若

124、减，若减少入线上的信息量，就可减少阻塞的概率，故可通过适少入线上的信息量，就可减少阻塞的概率，故可通过适当限制入线上的信息量或加大缓冲存储器来减少内部阻当限制入线上的信息量或加大缓冲存储器来减少内部阻塞。塞。可以通过增加多级交换网络的级数来消除内部阻塞。已可以通过增加多级交换网络的级数来消除内部阻塞。已有证明，若要完全消除有证明，若要完全消除N X N的的BANYAN网络的内部阻网络的内部阻塞，至少需要塞，至少需要22N-1级。级。可以增加可以增加BANYAN网的平面树，构成多通道交换网络。网的平面树，构成多通道交换网络。使用排序使用排序-BANYAN网络。网络。解决内部阻塞的方法解决内部阻塞

125、的方法2.3 交换网络交换网络2021/6/72021/6/71571571582.3交换网络交换网络排序排序排序排序BANYANBANYANBANYANBANYAN网络网络网络网络经研究发现，只要经研究发现，只要经研究发现，只要经研究发现，只要BANYANBANYANBANYANBANYAN网络同时输入的全部数据网络同时输入的全部数据网络同时输入的全部数据网络同时输入的全部数据块块块块( ( ( (信元信元信元信元) ) ) )的出线地址的出线地址的出线地址的出线地址( ( ( (路由标签路由标签路由标签路由标签) ) ) )单调排列单调排列单调排列单调排列( ( ( (即单调递即单调递即单

126、调递即单调递增或单调递减增或单调递减增或单调递减增或单调递减) ) ) )，则不存在内部阻塞。因此，为了满，则不存在内部阻塞。因此，为了满，则不存在内部阻塞。因此，为了满，则不存在内部阻塞。因此，为了满足足足足BANYANBANYANBANYANBANYAN网络无阻塞条件，解决网络无阻塞条件，解决网络无阻塞条件，解决网络无阻塞条件，解决BANYANBANYANBANYANBANYAN网络的内部网络的内部网络的内部网络的内部阻塞，可在阻塞，可在阻塞，可在阻塞，可在BANYANBANYANBANYANBANYAN网络前加入排序网络，构成排序网络前加入排序网络，构成排序网络前加入排序网络，构成排序网

127、络前加入排序网络，构成排序BANYANBANYANBANYANBANYAN网络。网络。网络。网络。2021/6/72021/6/71581581592.3交换网络交换网络 (1)(1)排序网络排序网络排序网络排序网络 一个一个一个一个N N输入的排序网络，也称为输入的排序网络，也称为输入的排序网络，也称为输入的排序网络，也称为N-N-排序器，是一种满排序器，是一种满排序器，是一种满排序器，是一种满足下述条件的具有足下述条件的具有足下述条件的具有足下述条件的具有N N个输出的开关阵列。即给定输入个输出的开关阵列。即给定输入个输出的开关阵列。即给定输入个输出的开关阵列。即给定输入 对输入对输入对输

128、入对输入I I的任意组合，所形成的的任意组合，所形成的的任意组合，所形成的的任意组合，所形成的 输出输出输出输出 ，且，且，且，且 2021/6/72021/6/71591591602.3交换网络交换网络一种常用的构成排序网络的开关是由一种常用的构成排序网络的开关是由一种常用的构成排序网络的开关是由一种常用的构成排序网络的开关是由BATCHERBATCHER首先定义的首先定义的首先定义的首先定义的22排序器，即排序器，即排序器，即排序器，即2222比较器，也称比较器，也称比较器，也称比较器，也称BATCHERBATCHER比较器。由它构成的排序网络就被称比较器。由它构成的排序网络就被称比较器。

129、由它构成的排序网络就被称比较器。由它构成的排序网络就被称为为为为BATCHERBATCHER排序网络。排序网络。排序网络。排序网络。BATCHERBATCHER比较器如图比较器如图比较器如图比较器如图所示，它实际上是一个两入两出的比较交换单所示，它实际上是一个两入两出的比较交换单所示，它实际上是一个两入两出的比较交换单所示，它实际上是一个两入两出的比较交换单元，将入线上的两个数字进行比较后排序输出。元，将入线上的两个数字进行比较后排序输出。元，将入线上的两个数字进行比较后排序输出。元，将入线上的两个数字进行比较后排序输出。2021/6/72021/6/71601601612.3交换网络交换网络

130、BATCHER比较器xymin(x,y)max(x,y)xymin(x,y)max(x,y)2021/6/72021/6/7161161162pBatcher排序网络：排序网络：2021/6/72021/6/71621621632.3交换网络交换网络 (2)BATCHERBANYAN网络网络BATCHERBANYAN网络，简称网络，简称B-B网，网，由由BATCHER排序网和排序网和BANYAN网络组成。网络组成。它成功地避免了它成功地避免了BANYAN网络的内部阻塞，网络的内部阻塞，是目前是目前ATM交换机使用较多的一种网络交换机使用较多的一种网络。2021/6/72021/6/716316

131、3BATCHER-BANYAN网络网络011111010100011010100111111100010011BATCHER-BANYAN网络网络2021/6/72021/6/7164164多通路多通路BANYAN网络网络增长型增长型BANYAN网络网络 在常规在常规BANYAN网络前面加上分配级交换单网络前面加上分配级交换单元，使得信息要交换到目的端口有了更多的通路选元，使得信息要交换到目的端口有了更多的通路选择，使单通路网络成为多通路网络，减少了内部阻择，使单通路网络成为多通路网络，减少了内部阻塞情况的发生。每增加一级分配级，则每个输入端塞情况的发生。每增加一级分配级，则每个输入端口与每个

132、输出端口之间的通路数就增加了一倍。口与每个输出端口之间的通路数就增加了一倍。 2021/6/72021/6/71651650123456701234567增长型增长型BANYAN2021/6/72021/6/7166166多通路多通路BANYAN网络：网络：扩展型扩展型BANYAN网网络络扩充了扩充了BANYAN网网络各交换单元中每个络各交换单元中每个输出地址对应的链路输出地址对应的链路数目，使每个输出地数目，使每个输出地址有址有d条链路，也就是条链路，也就是可以任意选择可以任意选择d条链路条链路中的一条。中的一条。d=2d=2的扩展型的扩展型BANYANBANYAN网络网络2021/6/72

133、021/6/7167167多通路多通路BANYAN网络网络：膨胀型膨胀型BANYAN网络网络是是d在在各各级级可可以以变变化化的的扩扩展展型型BANYAN。 右右 图图 是是一一 个个 88的的 膨膨 胀胀 型型BANYAN网网 络络 ， 它它的的第第1级级交交换换单单元元的的d=2，第第2级级交交换换单单元元的的d=3，第第3级级交交换换单单元的元的d=4。一个88的膨胀型BANYAN网络2021/6/72021/6/7168168多通路多通路BANYAN网络：网络：多平面多平面BANYAN网络网络是是 将将 若若 干干 个个 相相 同同 的的BANYAN网网络络并并接接在在一一起起，形成多

134、平面的网络结构。形成多平面的网络结构。每每个个输输入入端端的的信信息息，可可以以随随机机地地选选择择某某个个平平面面，也也可可以以按按负负荷荷均均分分原原则则分分配配到到各各个个平平面面，还还可可以以广广播播到到所所有有的的平平面面。一一个个交交换换平平面面出出错错后后，并并不不会会影影响响到到整整个个交交换换网络的连接。网络的连接。多平面多平面BANYANBANYAN网络（平面数网络（平面数=r=r）2021/6/72021/6/7169169同步时分交换网络的设计交换网络设计的基本要求在交换系统的总体设计中，交换网络的设计是一个重要方面，应考虑到以下的基本要求。1满足交换系统容量的要求交换

135、系统的容量愈大，交换网络应具有的端口数就愈多。因此，交换网络的端口数必须与交换系统的容量相适配。2满足话务负荷能力的要求交换网络必须具有符合要求的话务负荷能力。在交换系统的容量范围内和一定的话务负荷下，交换网络的阻塞率必须不超过规定的指标。除了正常话务负荷外，还要考虑在一定的超负荷条件下，阻塞率的增加在规定的容许范围之内。2021/6/72021/6/71701703可靠性高数字交换网络的某一部分出现故障时，影响面较大，必须考虑对整个交换系统可靠性和可用性指标的影响。4便于扩充公用网数字程控交换系统容量和话务负荷的变化范围较大，这就要求交换网络的结构能适应容量和或话务负荷的变化，便于在线扩充。

136、5交换网络结构和控制不要过于复杂在满足以上要求的前提下，希望交换网络的拓扑结构不要过于复杂。数字程控电话交换系统通常由处理机软件进行通路选择和驱动，拓扑结构的复杂性会影响到通路选择和驱动的复杂性。6成本较低2021/6/72021/6/7171171话务量话务量（话务量强度）Y反映了电话负荷的大小，与呼叫强度和呼叫保持时间有关。呼叫强度是单位时间内发生的呼叫次数C，呼叫保持时间也就是占用时间t ，即 YCt若t以小时为单位，则话务量计量以爱尔兰（Erlang）表示。例如：呼叫强度为1800次小时，呼叫保持时间为（l60）（小时次），则话务量Y1800（1/60）30 Erl2021/6/720

137、21/6/7172172在实际计算时应注意以下问题：要区分流入话务量与完成话务量。流入话务量等于完成话务量加上损失话务量，损失话务量等于流入话务量乘以呼叫损失率（呼损率）。如果呼损率很低，也可以近似地认为完成话务量等于流入话务量。话务量总是针对一段时间而言，例如一天或一个小时。呼损率或阻塞率总是针对忙时而言，因此通常使用忙时话务量。呼叫强度和呼叫保持时间都是平均值。2021/6/72021/6/7173173总结和回顾描述交换单元连接特性的方法描述交换单元连接特性的方法交换单元的外部特性描述交换单元的外部特性描述三种典型的交换单元的结构、特性及工作三种典型的交换单元的结构、特性及工作原理原理无阻塞网络的概念，构成无阻塞网络的方无阻塞网络的概念，构成无阻塞网络的方法法CLOSCLOS、TSTTST、BANYANBANYAN网络的结构及特性网络的结构及特性2021/6/72021/6/7174174部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！