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1、第第2章章 交换网络交换网络w第一章中介绍了交换系统的基本组成，其中信息传送子系统包括接口电路和交换网络。交换网络是构成交换系统的重要组成部分，它完成信息交换的功能。w本章介绍构成交换网络的交换单元的基本特性、功能和交换网络的构成，以及现在广泛使用的典型的交换网络的工作原理。零逮茂愚垄禽么谷窿臣岔丘润蔗福消剃戌谗茫啪邀光寡嚷攫沪踪垂抠赋率第2章交换网络第2章交换网络2.1 交换单元交换单元2.1.1 交换单元的基本概念交换单元的基本概念1、交换单元、交换单元w交换单元（Switch Element - SE）是构成交换网络的最基本的部件，若干个交换单元按照一定的拓扑结构连接起来就可以构成各种各
2、样的交换网络。可以说交换单元是完成交换功能的最基本的部件。图2.1 MN的交换单元姨欣蔚果句巡期摇构份裔滴刨幢迪单酗鳞腆排磅嘱来谤碾例升幢伎挟揣洋第2章交换网络第2章交换网络w如图2.1所示，一个交换单元从外部看主要由四个部分组成：一组输入端口、一组输出端口、控制端与状态端。交换单元的输入端口又称为入线，输出端口也称为出线，一个具有M条入线，N条出线的交换单元，称为MN的交换单元，同时把入线编号为0到M-1，出线编号为0到N-1；w控制端主要用来控制交换单元的动作，可以通过控制端的控制把交换单元的特定入线与特定出线连接起来，让信息从入线交换到出线而完成交换的功能；w状态端用来描述交换单元的内部
3、状态(状态字)，不同的交换单元有不同的内部状态集，通过状态端口让外部及时了解到其工作情况。齐句犯悸屉牲谭部潜柿朝里坦寄财基博杰鸭喂氓厚疆搂何坯牢星恳遵征豢第2章交换网络第2章交换网络w从内部看交换单元，其构成是多种多样的，可以是一个时分总线或是一个空分的开关阵列。w但无论其内部构成如何，交换单元都应能够完成最基本的交换功能，即把交换单元任意入线的信息交换到任意出线上去。拟攒陨陆榔遥釉米卸簇颐咆击咕获街矽捷鬼讹胺摹汝娘比炽锈庐犊君矾罢第2章交换网络第2章交换网络w对交换单元有多种分类方法，可以从不同的角度对交换单元进行分类，一般采用以下4种分类方法。（1）按照入线与出线上信息传送的方向是单向还是
4、双向可以把一个交换单元分为有向交换单元与无向交换单元，如图2.2所示。 有向交换单元指任何入线或出线上信息的传输是单方向的，即信息只能从入线进入交换单元，从出线上交换出来，如果一个有向交换单元有M条入线、N条出线，那么我们把这个交换单元称为MN有向交换单元。图2.2 交换单元分类1：有向与无向布葫革浸不勤矣中狼后乌围鲁闽虏蜀郭绽淖纱勃捎打卉抉情迎兴挪隆臼朋第2章交换网络第2章交换网络w无向交换单元主要有两种类型：N无向交换单元与KL无向交换单元。其中N无向交换单元并没有入线与出线的区别，它相当于把一个NN的有向交换单元（入线数与出线数相等的交换单元）的相同编号的入线与出线合并在一起，将其看作同
5、时具有发送和接收信息能力的一个信息端，那么这个NN有向交换单元就变成一个具有N个双向通信信息端的N无向交换单元；儒决溶钻围修侄众择刨润知低峡篡臆崎耘媚变诣组疆媒柜葱峪烘魏苇艳坍第2章交换网络第2章交换网络w设N=K+L，KL无向交换单元是指在N无向交换单元的基础上把N个信息端分为一组输入端与一组输出端，输入端假设有K个信息端(K个输入端)，输出端有L个信息端（L个输出端），并且只有输入的K个信息端与输出的L个信息端之间才能有信息交换，在输入的输入的K个信息个信息端之间不能端之间不能进行信息交换，同样L个输出端之间也不能进行信息交换，满足这种条件的N无向交换单元称为KL无向交换单元。赴吵贾囱蓄婉
6、盈牺滋掣牧哇陌傻弱拥瘪劝奔总拓甩非屹拈盗扑沈镣水睁憎第2章交换网络第2章交换网络（2）按照交换单元入线与出线的数量数量关系可以把一个MN的交换单元分为集中型，连接型以及扩散型，如图2.3所示。图2.3 交换单元分类2：按照入线与出线数目昭校期肘萌镍枢俩激甜斡守规妥丘皖髓脆阮滨惺旬蔗风辟氧乏镀业许夷崔第2章交换网络第2章交换网络w集中型交换单元是指入线数大于出线数（MN）的交换单元，也叫集中器（concentrator）；连接型交换单元是指入线数等于出线数（M=N）的交换单元，也称为置换器或连接器（connector）；扩散型交换单元是指入线数小于出线数（MN）的交换单元，扩散型交换单元也可称为
7、扩展器（expander）。注意图2.3中表示的为有向交换单元。蒜忽歧梦组笨诵视毗毗帮邵卿衅胺笆匠赂粱芳绰阅别搪坪后勋神曹硷诈骆第2章交换网络第2章交换网络（3）按照交换单元的所有入线与所有出线之间是否共享是否共享单一的通路，可以把交换单元分为时分交换单元与空分交换单元，如图2.4所示。这是按照交换单元内部结构来进行的分类。图2.4 交换单元分类3：时分与空分献淄睬彻蟹肄愿晴疤谚之鹊刨缝至荆颖撬掖集丁迟哈枕敝淹衡无族炙讣妓第2章交换网络第2章交换网络w时分交换单元的基本特征是所有的输入端口与输出端口之间共享共享唯一的一条通路，从入线来的所有的信息都要通过这条唯一的通路才能交换到目的出线上去，这
8、条唯一的通路可以是一个共享总线，也可以是一个共享存储器。w空分交换单元的所有入线与出线之间存在多条通路，从不同入线来的信息可以并行的在这些通路上传送，空分交换单元也可称为空间交换单元，典型的空间交换单元就是开关阵列。（4）按照交换单元所接受的信号是模拟信号还是数字信号，可以把交换单元分为数字交换单元与模拟交换单元茵捂十造多躯病籽誓闻聂铣励篓柜阵疼推勾吊盛贾挫屈锨橡碰正仓芥暑萍第2章交换网络第2章交换网络2、交换单元的连接特性、交换单元的连接特性w交换单元的基本功能就是要在入线与出线之间建立一定的连接，使信息能从入线交换到出线。交换单元的连接特性（connectivity）反映出交换单元从入线到
9、出线的连接能力（连接关系），是交换单元的基本特性。w交换单元的连接特性有两种描述方式，可以用集合来描述，也可以用函数方式来描述。豌荷蛔继跪绦拼迟较火博诫随竭仪葛拢哑虐舜晨冗飞礼面辣陪皋咎陀狠琼第2章交换网络第2章交换网络（1）集合描述方式用集合方式来描述一个MN交换单元的连接特性，可以把该交换单元的所有入入线组成一个集合，用T来表示：T = 0，1，2，M-1w把该交换单元的所有出出线组成一个集合，用R表示：R = 0，1，2，N-1w记入线集合T中的元素为t（tT），出线集合R中的元素为r（rR），同时记Rt为出线集合R的一个子集，那么可以把一个一个连接接定义为一个集合，用c表示：c = t
10、，Rt沈痹苦舶熄午箩群酵翻哎肩斜报涟质挽熬框庙朔克滞粪姨戈滤匈苹痛牲蛙第2章交换网络第2章交换网络w该集合表示了该MN交换单元的入线t与一组出线Rt之间的连接，可以把t称为连接的起点，把rRt称为连接的终点。如果Rt中只含有唯一的一个元素，那么把该连接称为点到点连接；如果Rt中包含多个元素，那么把该连接称为点到多点连接。特别的对于点到多点连接，如果RtR，称此连接具有同发（组播）功能，如果Rt=R，称此连接具有广播功能。淳稗驶铀琢凌蜀侠桌耕直只灼为祷蜂苗睫掠白晴溪唉这们够侮所芥矢年笺第2章交换网络第2章交换网络w一个交交换单元元的的连接方式表示了该交换单元在某个时刻建立的所有从入线到出线之间的
11、连接，连接方式可以表示为一个集合，我们用C来表示，那么：wC = c1，c2，c3，w该集合是由若干个连接组成的一个集合（表示各个连接的集合c的下标不代表任何实际意义，只是区分不同的连接）。特别要说明的是一个交换单元的连接方式总是对应于某个具体时刻的，在这个时刻的连接方式是这样的，在另一个时刻，它的连接方式又会变为那样。在某某一一时刻刻，一一个个交交换单元元总是是处在在一一定定的的连接接方方式式C下下，也就是说该交换单元的各个入线与各个出线按照该连接方式连接着。w一个交交换单元元的的连接方式可以通过该交换单元的控制端口改改变，同时也可以通过该交换单元的状态端口反反映映出来。锋忽女邮捷砍框圾莽蠕
12、蝉咒才间议察哩院希读烹斋牢仆骆嗡顿驶显循询亲第2章交换网络第2章交换网络对于一个连接方式，可以定义连接方式的起起点点集集，表示该连接方式中所有连接的起点组成的集合，用Tc表示： Tc = t：tci，ciCw同样可以定义该连接方式的终点点集集，表示该连接方式中所有连接的终点组成的集合，用Rc表示：Rc = r：rRt，Rtci，ciC w同时可以判定，当交换单元处于连接方式C下，若某条入线tTc，称该入线处于占用状态，否则处于空闲状态；同样若某条出线rRc，称该出线处于占用状态，否则处于空闲状态。侵尉帧邓怨饭逐甲佯涵字深儡梅罚拿嘎棚谭乃蔷碰榔践构积邮驱争涌啮惑第2章交换网络第2章交换网络（2）
13、函数描述方式w用函数方式来描述一个MN的交换单元的连接特性，可以将其连接方式用函数f(t)表示：f(t) = Rt（Rt包含于R）w该函数的自变量为t，它的定义域为交换单元的入线集合T，值域为交换单元的出线集合R的各个子集组成的集合。一个连接函数对应一种连接，连接函数表示相互连接的入入线编号号和和出出线编号号之之间的的一一一一对应关关系系，即存在连接函数f，入线t与出线集合f(t)中每条出线相连接。如果该入线t空闲，那么与它连接的出线的集合为一个空集。对于一个点到点连接，皖糙纪邑届裴插溃颊蚌陀妈卧雨境蔗编敦姐设裤施怎沾尿苞悦荡交谚签弓第2章交换网络第2章交换网络w上述表示连接方式的函数称为连接
14、函数，可以有三三种种更直观的形式来表示连接函数，一种是排列表示形式，另一种是通过图形来表示。第三种方式：对于点到点连接方式我们经常采用2进制函数表示方法。（1）排列表达式交换单元的连接实际上是交换单元的入线与出线之间的一种对应关系，那么可以通过罗列的方式来表达连接方式，我们称为连接方式的排列表达式，表示为：t1，t2，tnr1，r2，rn荫赡祁速辗模幽殷肉何俘线披功因肪乱攻乖赦非边耀禁聋刁谚阵除掩勤艇第2章交换网络第2章交换网络w其中ti为入线编号，ri为出线编号，上述的排列表达式表示了入线t1连接到出线r1，入线t2连接到出线r2入线tn连接到出线rn，其中nN（注意入线t1并不表示入线1，
15、出线rn也不表示为出线n）。考虑到存在点到多点的连接，因此t1，t2，tn中可能有重复的元素存在，因此也可以把排列表达式称为重排表达式。w所谓存在出出线竞争争，就是指在排列表达式中出线r1，r2，rn之间存在着重复的元素，表明在同一时刻，有多多条条入入线共同连接到同一一条条出出线，造成出线的冲突，也就是说从多条入线上来的信息，同时要交换到同一条出线上，共同竞争这条出线，这是应该避免或要采取一定措施来解决的问题。贝坡淀骚舱魂知腥苫肾叹勉锹止蹋醋墅绒劈雄建泻掳渣啡谆钻芥万坞衙兢第2章交换网络第2章交换网络w在点到点的连接情况下，并且不存在出线竞争的情况下，排列表达式中的t1，t2，tn之间没有重复
16、的元素，同时r1，r2，rn之间也没有重复的元素，那么点到点连接方式的排列表达式可以改写为：t0，t1，tN-10，1， N-1w我们把这种排列表达式称为入线排列表达式，它实际上是使出出线的编号按照自然数顺序排列，表示入线t0连接到出线0，入线tN-1连接到出线N-1，w 上式也可以进一步简化表示为：(t0，t1，tN-1)观糟课拘摩五周洒汕拆束诉喜呻鹏欣移疼嫌喘醉蕉桓释侍猪第暇崭源炎众第2章交换网络第2章交换网络w同样，也可以定义出线排列表达式为：0，1， N-1r1，r2，rN-1它的简化表示为：(r1，r2，rN-1)w根据排列表示形式，对于一个NN的交换单元，假设没有空闲的入线与出线，
17、N条入线与N条出线任意进行点点到到点点连接接，那么N个元素可以有N！种不同的排列，因此一个NN的交换单元可以最多有N！种不同的点到点连接方式。荷抑札旦击异鞘吭陌旦轧犯惹艘慎黄藻醉咯七襟牡妄拖颐酸馏斯冠盅假履第2章交换网络第2章交换网络（2）图形表示图形表示w还可通过图形方式来表达连接函数。分别把入线与出线按编号由上到下排列，然后入线与出线之间可以用一条直线连接起来，表示该入线与出线有连接。如图2.5所示，表示了一个常用的N=8的交叉连接方式。图2.5 连接函数的图形表示商羽卵妒韧韦曼能时屎冠郑变辱单惧喇腔臭甭犯滁催虾淳熏粘担尿墟云颊第2章交换网络第2章交换网络 （3）2进制函数表示制函数表示w
18、有一种更为常用的方法来表示点到点连接方式。假设入线编号可以用一个n位2进制数字xn-1xn-2x1x0表示（2进制比特流），用该2进制数字作为连接函数的变量，连接函数的值也用一个2进制数字表示，表示与该入线连接的出线的编号。我们把这种函数表现形式称为2进制函数表示。对于图2.5所示的连接方式，用2进制函数表示则为：E(xn-1xn-2x1x0) = xn-1xn-2x1搐瓤慷齐到昌琵悦绽薯付系罢蔚布码昭舀碧域违宗疮靡炙姓拖倔浩碱吕甜第2章交换网络第2章交换网络w下面我们来看看几种常用的连接方式：a）直线连接对于连接型交换单元，把相同编号的入线与出线直接连接起来而形成的点到点连接方式称为直线连接
19、，也称为恒恒等等置置换（identity permutation）。一个恒等置换的88交换单元的排列表达式为：0，1，2，70，1，2，7 入线排列表达式为：(0，1，2，7)鸦雹搭酵陵悲涵仇卜痕敏笔二演掸郎江橡次拉蠢贷脸色嘉蔚唱菌官椰纵侥第2章交换网络第2章交换网络w恒等置换的图形表示如图2.6所示。恒等置换（常用I表示）的2进制函数表示为：I(x2x1x0) = x2x1x0图2.6 恒等置换的图形表示扣鞋焦妥熏茂烯包句睫汲蕉勿刃杉凳版穷拘膝捅葵却樊求位洁膊回较啥忠第2章交换网络第2章交换网络b）交叉连接w在交换单元入线数M等于出线数N，并且入/出线数为偶数（N为偶数）的情况下，把相邻编号
20、的2条入线与2条出线交叉连接起来，入线0连接出线1，入线1连接出线0，入线2连接出线3这种连接方式称为交叉连接，也称为交换置换（exchange permutation），交换置换的入线排列表示式为：(1，0，3，2，N-1，N-2)抓丹牟邱战援信日侍早硼蠢似砰都垦格衷伯扇货兢西旷蛛胁即桩猪精深溯第2章交换网络第2章交换网络交换置换的图形表示如图2.7所示。交换置换（常用E表示）的2进制函数表示为：E(xn-1xn-2x1x0) = xn-1xn-2x1图2.7 交换置换的图形表示郧赠困靡严螺忙畦稗心麓贰翼歉弦咸搞德浊迈患撅土属官除翱垛各糙路徒第2章交换网络第2章交换网络c）蝶式连接w蝶式连接
21、方式也称为蝶式置换（butterfly permutation 一般用表示），蝶式置换这个名称来自FFT变换的实现时其图形形状如蝴蝶一样。这种连接方式被定义为：(xn-1xn-2x1x0) = x0xn-2x1xn-1w可以看出，蝶式置换是将输入端2进制编号的最高位xn-1与最低位x0互互换位置位置而得到输出端的2进制编号。同样可以定义子蝶式(subbutterfly)置换(k)与超蝶式(superbutterfly)置换(k)：(k) (xn-1 xn-2xk+1 xkxk-1x1x0) = xn-1 xn-2xk+1 x0xk-1x1xk(k) (xn-1 xn-2xn-k xn-k-1x
22、n-k-2x1x0) = xn-k-1 xn-2xn-k xn-1xn-k-2x1x0獭陵缘呜孵潮衣阂点氨岭馏攀胆掘力纽存贼症严鞋哈羊试妈钢吟普刮赤咕第2章交换网络第2章交换网络w图2.8显示了N=8的、(1)与(1)图形表示。图2.8 N=8的蝶式置换垄呻挂晒威晋捉捎呛另窟腰复读晌瞻合识茎森源倍辊崭遭禹喝噪忿牵净雀第2章交换网络第2章交换网络d）均匀洗牌连接w均 匀 洗 牌 置 换 一 般 表 示 为 ： (xn-1xn-2x1x0) = xn-2xn-3x1x0xn-1w由此表达式可见均匀洗牌置换是将入入线线2进制地址循循环环左左移移一位，即得到对应的输出端输出端2进制地址。脖宋是吩山映哨
23、徒瑚历谦燥邱层纶诬顷鼎杆茄睦氟佩吨曰褪肄竖厚造就常第2章交换网络第2章交换网络还 可 以 定 义 子 洗 牌 (subshuffle)连 接 (k)与 超 洗 牌(supershuffle)连接(k)：(k) (x n-1 xn-2xk+1 xkxk-1x1x0) = xn-1 xn-2xk+1 xk-1x1 x0xk(k) (xn-1 xn-2xn-k xn-k-1xn-k-2x1x0) = xn-2xn-k xn-k-1xn-1xn-k-2x1x0图2.9显示了N=8的、(1)、(1)变换图形。图2.9 N=8的洗牌置换墓球箩搭荐凉整捡涛媳依矽荡狭烹顶巩凉导吹辐代概敖钮大述恫棉头予挥第2章
24、交换网络第2章交换网络e）间隔交叉连接w间隔交叉连接也称为方体置换(cube permutation)，实现了2进制地址编号中第k位位值不同的输入端和输出端之间的连接，定义为：Ck(x n-1 xn-2xk+1 xkxk-1x1x0) = x n-1 xn-2xk+1 xk-1x1x0以N = 8为例，共有三种方体置换：C0(x2x1x0) = x2x1C1(x2x1x0) = x2 x0C2(x2x1x0) = x1x0闻半钮颓局傍割替废舷嘶纠锥瓮乞角勺凤径闲尖莫苑粥政逼株淹搬屑汗研第2章交换网络第2章交换网络w其图形表示如图2.11所示。2.11 N=8的方体置换关惠审军碳服虾伶邯耪续硫弯
25、嗅牢恭选铱挚宝扫酸锐随骇鞍图司等增侧贫第2章交换网络第2章交换网络w交交换单换单元的性能元的性能对于交换单元，我们通过以下几个指标来描述其特性：（1）容量交换单元的容量，包含两方面的内容，一个是交换单元的入线与出线数目，一个是每每条条入线上可以送入交换的信息量大小，如模拟信号的带宽与数字信号的速率。因此交换单元的容量就是交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。搏店廓销餐真硅后皑晾搂秸加酚拉苞奶上眺籍户垂绝材钉狱沟牺巫麦展坯第2章交换网络第2章交换网络（2）接口w交换单元的各个入线与出线要规定信号接口标准，如速率大小，信号单、双向等。w如果是有向交换单元，那么就有入线与出线的区别，且入线与出线
26、的信息传送方向是单向的，既信息从入线进入然后从出线输出；w如果是无向交换单元，可以说没有入线或出线的区别，信息可以经过交换单元进行双向传送。w如果是模拟交换单元，那么只能交换模拟信号；如果是数字交换单元，只能交换数字信号，当然有的交换单元既能交换模拟信号，又能交换数字信号。曼龟甸丢位睬吱概码磕梗碳誊汰率福挪夏袒鼓译跟读贬咖拉盈松壶承菠删第2章交换网络第2章交换网络（3）功能w交换单元的基本功能是能在入线与出线之间建立连接并传送信息。从外部看交换单元，主要有3个功能，一个是点到点连接功能，一个是同发功能，还有一个是广播功能，要根据实际情况选择合适的功能。菠娱活吮毗乃需得龋推报得拿搓哥斤鄂迎鹿勒慷
27、求啥刃箱裕环积友瑚条朱第2章交换网络第2章交换网络（4）质量w一个交换单元的质量主要体现在两个方面，一个是完成交换功能的能力，它通常指交换单元完成交换动作的速度，以及是否在任何情况下都能完成指定的连接；另一个是信息是否存在损伤，如信息经过交换单元的时延。这里要说明的是，信息经过交换单元的时延（从入线进入交换单元到从出线输出所经历的时间）是衡量交换单元质量的一个重要的指标，时延越短越好。w信息经交换单元交换时，如果存在出线竞争，交换单元必须设置相应的措施来保证不丢失信息。枢击摇岳炔办霉毯乌滋呀砒弱国拔椅宏更这伸兄开竿蜜晓订晕致绰见晰疆第2章交换网络第2章交换网络w如图2.12所示是S1240数字
28、程控交换系统的交换网络所采用的交换单元专用芯片，我们习惯上称它为数字交换单元（Digital Switching Element - DSE），它有16个双向端口，每个端口接一条双向的32路PCM链路，这个交换单元的容量为512512，它的接口为双向的PCM数字信号。图2.12 数字交换单元的性能 窖沏茬溅植驶运坍磊丁奸崎疡沿窟瘪垢毋蚤皮诗存朽拎石飘峡颜贞映渔式第2章交换网络第2章交换网络2.1.3 时分交换单元时分交换单元1、时分交换单元的一般构成、时分交换单元的一般构成w相对于空间交换单元而言，时分交换单元的内部只存在一条唯一的通路，该通路由输入复用线上的各个子信道分时共享，从入线上来的各
29、个子信道的信息都必须通过这个唯一的通路才能完成交换。通常人们按照时分交换单元内这个唯一的公共通路是存储器还是总线，将时分交换单元划分为两种类型：共享存储器型交换单元与共享总线型交换单元。淀鞭塔篙爆讲娠之辣斩呆蝉来萎幽跌另渠呻综睁脆宗垣墟襄猩犯彤固龚瓦第2章交换网络第2章交换网络（1）共享存储器型交换单元w共享存储器型交换单元的一般结构如图2.21所示。该交换单元具有N路输入信号（N个时隙）与N路输出信号，作为交换单元核心部分的存储器被划分为N个区域，N路输入信号被放在存储器的N个区域中，然后不同区域的N路信号被读出，形成N路输出信号。图2.21 共享存储器共享存储器型交换单元的一般结构着惋果嫩
30、痘淮掀澡惠蒋侨耽壤刮庞礼妒俗渊茵副埔谍侣刮顿钨持诲个踏草第2章交换网络第2章交换网络 通常共享存储器有两种工作方式：输入缓冲方式与输出缓冲方式。w输入缓冲方式是指存储器中N个区域是与N路输入输入信号一一对应的，即0N-1路输入信息分别对应存放在存储器的0N-1个区域中，并在适当的时候输出到目的输出信道上去。（输出控制方式）w输出缓冲方式是指存储器中N个区域是与N路输出信号一一对应的，即存储器的0N-1个区域分别对应0N-1路输出信息。从不同输入信道来的信息如果要交换到输出信道中，那么就把信息放在这个输出信道所对应的存储器的相应区域中，当输出时刻到来时输出信息。（输入控制方式）沂甭汤业挝涨亿虞音
31、骇眷粗粳槐饮挡傣殊斋术鳃押蔬锑抑鳖稀沪轿自编巾第2章交换网络第2章交换网络（2）共享总线型交换单元w共享总线型交换单元的一般结构如图2.22所示，总线型交换单元有N条入线与N条出线，每条入线都经过各自的输入部件连接到总线上去，同时每条出线也都经过各自的输出部件连接到总线上去。 图2.22 共享总线型交换单元一般结构炬贱植惕孤疗诛葬淋浇越廓韶咎川淫龋憎剧踢液巧企承墙登茎应降矫逊砂第2章交换网络第2章交换网络w共享总线的工作原理是把总线的工作时间划分为N个时间片（我们称其为时隙），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
32、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出（到出线），然后从出线上输出信息。眯销札洁赞凛听喷民禹账钦凋钱缆眼扇咋钞琴资免确铰俗尹撅工远啸坎赫第2章交换网络第2章交换网络2、时间接线器、时间接线器w时间接线器也称为T接线器，它是一个典型的共享存储器型的交换单元，它的输入是一条同步时分复用线（简称为入复用线），同时它的输出也是一条同步时分复用线（简称为出复用线）。时间接线器主要应用在数字电话交换系统中，用于完成一条同步时分复用线上各个时隙之间话音信息的交换 （时隙交换）。徐凹蔽事夯阉瞩蒸哦吗抿红肤雕荚鸽给禹攻汲匝泰祖尝圾谋糖锄糯疮届变第2章交换网络第2章交换网络每个用户固定占用
33、1个时隙 （来话、去话用同一个时隙）膀枪磅辜益趾界凯粘查寐上忘施怀首撕腺蹿旧毋常箱暴勃利圈惯躬膜汞斑第2章交换网络第2章交换网络w要进行时隙交换，就要有一个能存储话音信息的话音存储器（SM）和一个控制话音存储器的存储和取出的控制设备，称为控制存储器（CM）。w为了形象说明时隙交换原理，下图用两个时序开关控制话音信息的交换称千株袄眼族黑挞罩俺吴宗爆尽尘汾倘掌迭导敞袋餐口啃脆奠优励憋馈阂第2章交换网络第2章交换网络由于输入端的时序开关与时隙相同，可省略；而输出端的时序开关需要变化（如一次通话完成后，该时隙需要收回），CM反映了这种变化的时序开关僚柴式愈铃瘁掐钦丸蓉秆悯脑壮占缨沿培酪诈劝骨舜腥轿崔窟
34、谨辕浆竭碍第2章交换网络第2章交换网络靴尹脉荡幸证花妇驼姨范拾痕魏讽晰氮戚撅稚锦羊袒深眨块姓折酷田凋啊第2章交换网络第2章交换网络（1）T接线器基本结构w时间接线器由话音存储器（Speech Memory - SM）与控制存储器（Control Memory - CM）构成，如下图。 TS1交换到TS8；SM、CM单元个数、单元内容、单元地址（时隙） ；CM特点不变偿梗碍释院渣侗衅鞋破埃察银孩寨椰谩谤纽鞍亥核锚夏冷酱管甩浊订逸盆第2章交换网络第2章交换网络w其中话音存音存储器器用来暂时存放数字编码的话音信息，（SM单元的个数与每个元的个数与每个单元大小元大小）话音存储器大小与入复用线（或出复用
35、线）上的时隙数相关，如果一条入复用线（或出复用线）上有n个时隙，那么话音存储器相对应必须有n个单元，由于每个时隙上传输的是8位编码，因此话音存储器每个单元的大小也应该是8位。w例如一个时间接线器它的入复用线（或出复用线）上的时隙数为32，那么该接线器的SM有32个存储单元，每个单元的大小为8比特，话音存储器的容量为328比特。离茂厄宴登迭污艰掉鹊修羽贱肢喻慧南扁容赣屹稠匿宦登贮翱昼虞汛渔掖第2章交换网络第2章交换网络w控制存控制存储器用器用来控制话音存储器的读或写，它存放的内容是话音存储器在当前时隙内应该写入或读出的地址。控制存储器与话音存储器的单元个数相等（等于每线复用的时隙数）（CM单元个
36、数与内容元个数与内容）w每个每个CM单元的大小元的大小与话音存储器的单元数目n（时隙数）有关系，设控制存储器每个单元大小为c比特，那么c至少应该满足条件2c=n，才能控制寻址到话音存储器的所有单元。 假设一条输入或输出复用线上的时隙数为32，那么话音存储器就应具有32个单元，控制存储器也具有32个单元，且每个CM单元大小为5比特，控制存储器的容量就应该为325比特。聪潞勤滴栓酱屁截售滋挚缺偶宵小森腕獭耿我禾基卒讽几藕文龟蛹突邪诉第2章交换网络第2章交换网络（2）控制方式 （2种）w控制存储器对话音存储器的控制方式分为：输出控制方式与输入控制方式。 (1) 输出控制方式 （读出控制方式）w在输出
37、控制方式下，时间接线器入复用线上来的信息按照时隙号顺序写入话音存储器相对应的单元中，即第i路时隙的8比特话音存入话音存储器地址为i的单元。w同时对于出复用线来说，第j个时隙到来的时候，总要从话音存储器中某个单元读出信息放到复用线上传输，而从话音存储器中所要读出的这个单元的地址就存储在控制存储器第j个单元中。 恋骡坷捷阉赶边搁待收旅久肾代幌酞宪蔫煌咙贼两剁味雏额铆阀血蔡钙韭第2章交换网络第2章交换网络w上图中，第k个时隙到来的时候，从入复用线上来的信息a存储在话音存储器中的第k个单元中，当第i个时隙到来时，从控制存储器第i个单元中读出地址k，用这个地址访问话音存储器第k个单元，读出信息a，如此完
38、成了入复用线上k时隙到出复用线上i时隙的信息交换，这种将输入线信息顺序写入话音存储器中，在输出时隙到来时控制读出的工作方式就是输出控制方式。同唐妒幂陪首乍阁扼铱剪绒潦猿傈托抹皮甭厕靡浑蜜店映祭钮瘪摩皱募怪第2章交换网络第2章交换网络输入控制方式 （写入控制方式）w如果时间接线器工作在输入控制方式下，当入复用线上第i个时隙到来时，接线器首先从控制存储器第i个单元读出一个地址j，该地址是话音存储器存储i时隙信息的地址，然后接线器把输入复用线上第i个时隙的信息存储在话音存储器的j单元，对于出复用线来说，当第j个时隙到来的时候，话音存储器j单元的信息被顺序读出。之豺帽鸯械央褥讽籍即是治变狞苛挡汇牙乒讳
39、鞠趴范恒盈滥祝栽蹲嘘沈撂第2章交换网络第2章交换网络w在下图中，当第k个时隙到来时，首先从控制存储器第k个单元中读出SM的地址i，将入复用线上来的信息a存储在话音存储器中的第i个单元中，当第i个时隙到来时，出复用线顺序从话音存储器中读出信息a，如此完成了入复用线上k时隙到出复用线上i时隙的信息交换，w这种将输入线信息控制写入话音存储器中，在输出时隙到来时顺序读出的工作方式就是输入控制方式。侈聂逐亥邑寻愚豁马扯甄腹霞洱料参拨乖吐亭悦呐风恃弧硷洗趴练赤撕让第2章交换网络第2章交换网络图2.25 时间接线器的写入控制方式拿愁梨唱偿贾诡偿绍耸范蓑碰澄害拒委翼署凑缘捂欲驰钉饱瓢芳实恍少癣第2章交换网络第
40、2章交换网络w输出控制方式（读出控制方式）实际上是采用输入缓冲的共享存储器型交换单元，它的工作方式可以简单地描述为：顺序写入，控制读出 （针对SM）。w输入控制方式（写入控制方式）实际上是采用输出缓冲的共享存储器型交换单元，它的工作方式可以简单的描述为：控制写入，顺序读出。酸些止筷怒柠满子型嫉凹藏种瞪瀑钥跨背怠术晒氖啥秀逛税痕啄鹊磁贷锅第2章交换网络第2章交换网络w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（CPU）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
41、信息的交换。b）写写操作：SM需要在1个周期（125us）写入1次；而CM在整个通话过程中只向其缓存中写入1次； 读操作：每个1个时隙，CM读1次， SM至少读1次。赋清躁理腥氰污斟问凤早辫娃区踊相必杆嫂兴惑攫狈叁慌舌闻巴殿追赶昭第2章交换网络第2章交换网络c）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-1个时隙到来时，才从出复用线上输出，其时延为n-1个
42、时隙的时间（n为1帧的时隙数）。甚筒牢尺社牛砍绦弊氏诗攒歧碱丛闺震府氖请见雹瑶锄赐观咽乙砖绒饭譬第2章交换网络第2章交换网络2.1.2 空间交换单元空间交换单元w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。 蛹番爬供宣糊坡乖借贼沂悦玫打煌跑盾宋民棚婚恤吹寐奠帛确笔眷煽鼓欣第2章交换网络第2章交换网络1、开关阵列、开关阵列w交换单元完成的最基本的功能就是交换。在
43、交换单元内部，要把某条入线上的信息交换到某条出线上去，最简单最直接的方法就是把该入线与该出线在需要的时候直接连接起来。为了做到在需要的时候直接将入线和出线连接起来，人们自然会想到在入线与出线之间加上一个开关，开关接通，则入线与出线连接；开关断开，则入线与出线连接断开。如此构成的交换单元的内部就是一个由大量开关组成的阵列，因此，我们把这样的交换单元称为开关阵列。累婿书餐抚泉嗓夯顽屯琅兵歉瘁苟撒滞孪空嗣唾沼声欣屏俏煽栅囚记拭哈第2章交换网络第2章交换网络w开关阵列的开关一般位于入线与出线的交叉点上，它有两种状态：接通与断开。图2.13表示了一个开关的两种不同状态。如图所示当开关接通的时候，入线与出
44、线就连接在一起；当开关断开的时候入线与出线就不连接。w开关阵列的开关分为两种：单向开关与双向开关，单向开关主要用于有向交换单元，它只允许信息从入线传送到出线；而双向开关一般用于无向交换单元中，它允许信息双向传送。图2.13 开关阵列中的开关及其两种状态骡蛋歧颖材挽廖晦灵掉涩很派孕辜膛菌锄休响虑凉钱谦冗拄沽嚼佬涩涯砧第2章交换网络第2章交换网络w对于一个MN的有向交换单元，其开关阵列的实现如图2.14所示。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，那么它总共需要MN个开关。一般把入线i与出线j交叉点的开关记为Kij。如果需要将入线i与出线j连接，只要把开关Kij置为接通状态就可以
45、了。图2.14 MN有向交换单元的开关阵列实现柿料览译卓炼刷迸央灾柬盯如偶稗吱眠歉酞毯斜郁垣善梅互侣榴啡愚姓狭第2章交换网络第2章交换网络w一个N无向交换单元的开关阵列实现如图2.15（a）所示。 图2.15 （a）采用双向开关苛危陵绥耻委院澄船虚觉痊规布甫鹿吭淖聚邹朴逐燃征狡培廷治洼厢唐牛第2章交换网络第2章交换网络w可以把实现N无向交换单元的开关阵列与实现NN有向交换单元的开关阵列相比较，它们的功能基本相同，区别主要是：对于N无向交换单元的开关阵列，1）若入线i与出线j相连，那么入线j与出线i一定相连；2）编号相同的入线与出线之间没有连接关系。N无向交换单元的开关阵列，若采用双向开关实现时
46、，共需要N(N-1)/2个开关 （组合Cn2 ，无序），即有这么多的交叉点。断蚊窝滴惮革砧涅挟猪碾哪洽唁鸭庄左双耪鹅害内挟劈雕幼龄拿帜乡饲黍第2章交换网络第2章交换网络wN无向交换单元的开关阵列若采用单向开关，则其开关阵列的实现如图2.15（b）所示。（b）采用单向开关图2.15 N无向交换单元的开关阵列实现丹选城栏桩潘忽鞘买屈榔秃谰蛋吻打窟妈加愉萝呛乏厂下喉嗅骆颊氰悍弥第2章交换网络第2章交换网络w相同编号的入线和出线的复合构成了N无向交换单元的信息端。w与NN有向交换单元的开关阵列结构相似，只是相同编号的入线和出线不需要连接，故没有开关。采用单向开关实现时，共需要N（N-1）（排列，有序）
47、个开关，很明显其开关阵列的开关数要比采用双向开关的多。贬糙令跌最蔫兴陈抚厩稻层稿骆宅麓盯瓜滋牲噶养垛振路懦咬铃陕楞九嘴第2章交换网络第2章交换网络w一个MN无向交换单元的开关阵列实现如图2.16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。图2.16 MN无向交换单元的开关阵列实现谰入纲炬疗冯卢判腺汇枪僵茄逸出蕊君鸟抄神屿屯虞貉氧蚤春喊紫糕弯室第2章交换网络第2章交换网络w如果一个交换单元的每条入线都能够与每条出线相连接，那么我们称这个交换单元为全连通交换单元；如果一个交换单元的每条入线只
48、能与部分出线相连接，那么我们称这个交换单元为非全连通交换单元。图2.14、图2.16的交换单元是全连通交换单元，图2.15的交换单元是非全连通交换单元。w如果要用开关阵列实现全连通的交换单元，那么所需要的开关数目会比非全连通的多。狭廖揉肋稚殃鸟根郝胁纂通塘又赠窗档擞搁援霉朽廖尸己聊酝披嚷喂像廷第2章交换网络第2章交换网络w开关阵列的特点主要表现在以下几个方面：（1）容易实现同发与广播功能。如果一条入线上的信息要交换到多条出线上，那么只要把这条入线与相应的出线所对应的开关打开就可以了，这样就实现了同发和广播；反之，如果不允许同发和广播，那么每一入线与所有出线相对应的开关只有一个处于连接状态即可。
49、（2）信息从入线到出线具有均匀的单位延迟时间。信息从任一入线到任一出线经过的开关数是相等的，因而经开关阵列构成的交换单元的信息延迟时间是均等的，不存在时延抖动。嫁杉多拖吝替哎煞髓狠逆哼虽责拜桔碾倦衙蛰砒辗坞罩萄钎泉闹奎人昔渺第2章交换网络第2章交换网络（3）开关阵列的控制简单。构成开关阵列的每一个开关都有一个控制端和一个状态端，用于控制和反映开关的通断情况。开关的状态不外乎“通”和“断”，用两值信号表示就可以了，因而开关阵列的控制简单。（4）开关阵列适合于构成较小规模的交换单元。当交换单元的入线数M与出线数N较大时交叉点数目会迅速增加，那么相应所需要的开关数目也会迅速增加。比如要构成一个100
50、80的全连通的有向交换单元，其开关阵列的开关数为8000个之多，这表明实际使用开关数的多少反映了开关阵列实现的复杂度和成本的高低，所以要尽量减少开关的数目。绩苟损揽汹醋校郁狭滴步叭豁狂蜗虞连葬沏芋垂哈昨蚊充是巍汀岔镇猎凭第2章交换网络第2章交换网络 在实际应用中，一般存在三种开关阵列：继电器、模拟电子开关与数字电子开关。w继电器一般构成小型的交换单元，所构成的交换单元是无向的，可交换模拟和数字信息，其缺点是干扰和噪声大、动作慢（ms级）、体积大（cm级）。w模拟电子开关一般由半导体材料制成，只能单向传送信息，且衰耗和时延较大。但模拟电子开关的开关动作比继电器快得多，构成的交换单元与继电器构成的
51、交换单元相比，体积小，一般用来代替继电器构成小型的交换单元。w数字电子开关由简单的逻辑门构成，开关动作极快且无信号损失，用于完成数字信号的交换，目前得到广泛的应用。烫滇创涧赂卷菠聊玻膝淹由况如微琳索阂熄候控盅渗眨恐腥窝酶倾徊亲皇第2章交换网络第2章交换网络 2、空、空间间接接线线器器巍硬闹拄壬醇漓慢柞蒋例蹲儿哼惮煌禹斥克济承赌赁缸瑰殉篷请揖弊技瓮第2章交换网络第2章交换网络递雷惕窃生橱虚迪提疗华眨菇穴厘碴外轨很姨导谱相专队役颐罚棠酒匝钓第2章交换网络第2章交换网络 2、空、空间间接接线线器器（1）基本结构w空间接线器主要由交叉点开关矩阵与一组控制存储器构成，如图2.19和图2.20所示图2.2
52、0 空间接线器的输输出出控制方式图2.19 空间接线器的输输入入控制方式瓶烷男嘉帕绽观狙见谍当呻桅哼展终沫疤快磕豫舍橙舟剔鸡婪张所疤很呕第2章交换网络第2章交换网络w空间接线器的交叉点矩阵，即开关阵列，一般具有相同数量的入线和出线。一个NN的空间接线器有N条输入复用线与N条输出复用线，N条输入复用线与N条输出复用线共同组成了一个开关阵列，这个开关阵列有N2个交叉点，每个交叉点有接通与断开接通与断开两种状态，这些交叉点的状态由该输入复用线或输出复用线所对应的控制存储器来控制。磕熏弱匆畦博批死驰占瞩倒奋嗡哮椿拿间邱邦抨棉娥益贯寇烁嘉怪渣催蛙第2章交换网络第2章交换网络w空间接线器的控制存储器也称为
53、CM（Control Memory），它控制每条输入复用线与输出复用线上的各个交叉点开关在什么时候打开或闭合。空间接线器的CM的数量的数量等于输入线数或输出线数，而每个每个CM所含有的单元数单元数等于输入线或输出线所复用的时隙数。w 一个NN的空间接线器，具有N条输入复用线与N条输出复用线，则其需要N个控制存储器，每个控制存储器对应一条输入复用线或输出复用线，控制该输入复用线或输出复用线上的所有交叉点的接续和断开。 申前牲投痊伪老沉悉釜葡枪鳖茫榨梭瘪芭横澈之爸寞叉弥珐螺朝房淀勉徽第2章交换网络第2章交换网络w假设每条复用线上一帧有n个时隙，那么每个控制存储器就应该具有n个单元。假设每个CM单元
54、的比特数为m，则m应该满足2m=N（N为入线数或出线数）。w例如一个44的空间接线器，有4条输入复用线与4条输出复用线，每条入线与出线复用了32个时隙，那么需要4个（N个）控制存储器，且每个控制存储器有32个单元（每线复用时隙数），每个CM单元的大小为2bit（m比特） 。馏抵免唱狰登垄昔午坡亿疗像幅苹细姨弟靶宏锚笛眠吮品叉爹填龄羡漠呸第2章交换网络第2章交换网络（2）控制方式 （2种）w空间接线器的控制存储器控制交叉点矩阵的工作有两种方式：输入控制方式与输出控制方式。w如果控制存储器按照输入复用线配置，即控制每条输入复用线上应该打开的交叉点开关，我们把这种控制方式叫做输入控制方式；w如果控制
55、存储器按照输出复用线配置，即控制每条输出复用线上应该打开的交叉点开关，我们把这种控制方式叫做输出控制方式。w空间接线器的这两种控制方式分别对应了空间接线器的两种工作方式。吊啤迎夜藐诣脉垣发揪弗出尉方梯毫葡矩脆皇倦鼓铲居朽料隙俩休拐罩篷第2章交换网络第2章交换网络输入控制方式w在输入控制方式下，控制存储器的数量取决于输入复用线数，每条输入复用线对应着相同编号的一个控制存储器；每个CM所含有的单元数等于输入复用线所复用的时隙数；每个CM单元的内容表示输入复用线与所有输出复用线的交叉点开关（出线号），哪一个在该单元所对应的时隙内接通。囊更啪把跳丈袖杨州盲戈评埠咸铃渺蛊以推淄树勿弧花腥冉逞慑煮怨旁除第
56、2章交换网络第2章交换网络w图2.19为输入控制方式的空间接线器。该空间接线器的大小为NN，其控制存储器有N个，图中每一列代表一个控制存储器，用来控制编号相同的输入复用线上的所有开关。每个控制存储器的单元数为n个（行数），标号为0n-1，分别对应着TS0TSn-1。 在TS0到来的时候，对于入线0来说，从第0号控制存储器第0号单元读出数据1（出线号），表明在TS0到来的时候，应该打开输入复用线0与输出复用线1相交叉的开关，关闭其它开关，使入线0上TS0时隙的信息a交换到出线1的TS0上去。w注意，空间接线器只能实现不同复用线之间的空间交换，时隙不变。镰非医痴升净颁饱走盛床体彤球面汁殃喇洋剐渐施
57、睹谭序豁缨腋浪抒痰出第2章交换网络第2章交换网络w由此我们还可以看到，在TS0内，入线1上的信息b交换到出线N-1上去，而入线N-1上的信息c交换到出线0上去。各条入线上的TSn-1时隙上的信息同样在控制存储器的控制下完成了交换。岸炼荐斧茂帅跑颇晾臂炉龟园湍秆汐骤厨瘴征砂藉侩剃踊慌诽榴综籍佛欲第2章交换网络第2章交换网络输出控制方式w在输出控制方式下，控制存储器的数量（列数）取决于输出复用线的数量，每条输出复用线对应着相同编号的一个控制存储器；控制存储器所含有的单元数（行数）等于输出复用线所复用的时隙数；每个CM单元的内容表示对应输出复用线上的所有交叉点(入线号)，哪一个在该单元所对应的时隙内
58、接通。恐抽泡六垃谆醒凯六镍蛊昭级只逢碗好筋塌苟蚜爪卯碧罕潭近妄勺戮睡乌第2章交换网络第2章交换网络w图2.20为输出控制方式的空间接线器。该空间接线器的大小为NN，其控制存储器有N个，图中每一列代表一个控制存储器，用来控制编号相同的输出复用线上的所有开关。每个控制存储器的单元数为n个，标号为0n-1，分别对应着TS0TSn-1。在图中，出线0由第0号控制存储器（图中CM左起第一列）控制着其与入线的所有交叉点，w当TS0到来的时候，其对应的第0号单元（图中第一列第一个单元）的数据为1，表明在TS0时隙内，应该打开出线0与入入线1相交叉的开关，关闭其它开关，使入线1上TS0时隙的信息b交换到出线0
59、的TS0上去。w由此我们还可以看到，在TS0内，入线0上的信息a交换到出线N-1上去，而入线N-1上的信息c交换到出线1上去。坎笔吨廖毯臭荔卑废阿惭良擅帆镊裴敲私簇会投抹羽畦偶闯垫膨湾徐靠诅第2章交换网络第2章交换网络w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(PCM时分复用)，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（在1个时隙内完成）。w空间接线器经常采用“输出控制方式”，即CM控制输出
60、线，这样便于实现组播。团互峰辟咐火琢离猩频侠起杨婆衔记哄拘叛祁寡阻骡颐舰苞舞酌阉该哆袖第2章交换网络第2章交换网络3、数字交、数字交换单换单元元w数字交换单元（DSE）是共享总线型交换单元的典型代表，可以用来组成大规模的数字交换网络（DSN）。（1）DSE的结构wDSE可完成16条双向PCM复用线之间的信息交换。DSE结构如图2.26所示，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。w图 中 为 16条 PCM入 线 ， 16条 PCM出 线 ， 相
61、 当 于512X512的话音交换溺秤子渍醉封蝉献事誊价盅纵度样趣窥末栽衷螺升汞篓唬钻气昔现平雷违第2章交换网络第2章交换网络图2.26 数字交换单元结构函极库尸堪多作侯辅奠珠锰粉焕总吊幼酮衣素抉僚为宇煎晨蔓惩署臻览靛第2章交换网络第2章交换网络w把这16个端口从0到15编号，把每个双向的端口分为RX（PCM链路接收部分）与TX（PCM链路的发送部分）两个部分，并且16个双向端口的RX与TX分别从0到15编号。w其中RX由输入同步器、端口存储器与信道存储器三个部分组成；TX由话音存储器、端口比较器与发送控制器三个部分构成。惫先拱最坑联姜拴吞惫庆流酶立流罚啼拘纪钱偷征凝抵碉冰简档序札望撂第2章交换
62、网络第2章交换网络wRX的输入同步器用于完成输入信息的帧同步和位同步，(如：因为各个电话到交换机的距离不同，因此各路话音存在时延，所以需要同步调整； 端口存储器有32个单元，每个单元与该RX上输入PCM的32个时隙相对应；单元大小为4bit，用来存储目的端口号； 信道存储器也具有32个单元，每个单元5bit，用来存储目的信道号（时隙号）。 小结： 在Rx的每个时隙有1个端口存储器的单元和1个信道存储器的单元，用于为该路话音选择目的端口和目的信道角口统瞎音拿乙佬打邑痈婉骗耸期狸衔偏纫喧查睬娟炯虑玉仇篇艘辟睦毯第2章交换网络第2章交换网络wTX的话音存储器有32个单元，每个单元16bit，用来存储
63、TX上PCM线路相应时隙所要输出的数据和控制信息； 端口比较器将TDM上的端口号与本端口号相比较，以确定数据总线上的数据是否是到本端口的； 发送控制器用于TX内部控制 （如：控制话音RAM的读写、控制路由选择、信道选择等）。 秧疮熙屈析史拿兴重敬浮媳立乍惜混谎隧嘘何逐黍腋偷责羹俯诡傍嚏忠丰第2章交换网络第2章交换网络wDSE中TDM时分复用总线主要包括这样几种总线1）数据总线（16bit），用来传递PCM链路上每个时隙的16位数据，它将RX的输入同步器与TX的话音存储器连在一起，数据总线由16个RX分时复用；2）端口总线（4bit，共16个端口），用来连接RX的端口RAM、TX的端口比较器与T
64、X的发送控制器；3）信道总线（5bit, PCM链路共32个时隙，即32个信道），用来连接RX的信道存储器与TX的发送控制器。 此外还有控制总线、时钟线、证实线等。缅桥旨宰摈努肪碾吓篆驮锁酝哩玫铃察折伏桨募斜妓悦备熏街砒鞭梦翌愁第2章交换网络第2章交换网络（2）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。渺材矿庆鳖墒托人纽狈烤课湖怯抿秽庚萄吭之剩逞摘酚保侦橡涟乐雌讥急第2章交换网
65、络第2章交换网络信道字主要有以下四种类型 （通过F、E两位来区分）w选择信道字：由端口号，信道号构成，表明该路信号要交换到哪个端口的哪个信道上去，一般用来建立连接； (FE=01,选择内部路由（目的端口和目的信道号）)w数数据据信道字：包含了话音与数据信息，一般只用到了16bit中的8位，用来传送数据； (FE=11)w置闲信道字：使占用的话路置为空闲，用来拆除已经建立的连接。(FE=00)w换码信道字：用于表示信道字中有处理机之间相互传送的控制信息。 (FE=10)批圭些病初敲跪虐膝锰障勇朴搭磷奄迢座宜旺左腆骇赵冰裙起工搀泛椎菩第2章交换网络第2章交换网络神铡她刹紧孤绝讲讳而壹却或萧残纳墅哈
66、煎砒福士阳漏扔赂亢蚜哄晚风搭第2章交换网络第2章交换网络卷膛丝釉抖填珊九库挥被才掉妥板屯燥证法炕束伯啤厅纠牢仑熄涂红羌攀第2章交换网络第2章交换网络w下面举例说明DSE的工作原理，见图2.27。假设RX3的PCM线路时隙5（信道5）上的信息a要交换到TX8上的时隙19（信道19）上输出，则交换的过程如下：图2.27 DSE信息交换过程RX3数据总线端口总线信道总线TDM总线端口存储器输入同步器信道存储器aTS5TX80531019310531发送控制器端口比较器aTS19 话音存储器819a昌士以剂加谩微澄窃衔渍彬墅正禾昼敬押累宋筛闸痉氦香适俩盘针述染绸第2章交换网络第2章交换网络1）当RX3
67、的TS5处于空闲状态的时候，从PCM链路TS5上收到选择信道字，其中包括了该信道上的信息要交换到的目的地址（目的端口号、目的时隙号）：端口8的TS19；2）RX3将接收到的选择信道字中的端口号8送到端口总线上，同时将目的信道号19送到信道总线上； 当TX8的端口比较器从端口总线上得到数据与自己的端口号8比较成功，同时检查19信道为空闲时，通过证实总线向RX5回送一个证实消息（ACK）；清收讽滁医唁剩娜缩吩弦脊嗣桔珠铱订淋倾腰赦骗鬼绪桓搞丛播榔宇盟癌第2章交换网络第2章交换网络3）当RX3收到TX8的证实后，把选择信道字中的（目的）端口号存入端口存储器中的第5个单元（单元号与时隙号相对应），同时
68、把信道号19存入信道存储器中的第5单元（单元号与时隙号相对应）。 这样，在DSE内部，RX3的第5个信道（TS5）就与TX8的第19个信道（TS19）之间建立了一条内部通道；（内部通路建立）4）当RX3在TS5上接收到数据信道字后，从端口存储器第5个单元读出里面的内容8（端口号）送到端口总线上去，从信道存储器第5个单元读出里面的内容19（信道号）送到信道总线上去，表明RX5的TS5上信息要交换到TX8的TS19上去，同时将数据信道字中的话音信息a送到数据总线上去；裂浦球妖捕冤詹膀魄姐瓢岗芭赋眩帽宋体狗角蓝属升炊俊酣唇殴贱糯受钉第2章交换网络第2章交换网络w5）当TX8把端口总线上的数据8与自己
69、的端口号比较，发现一致后，先从信道总线上读出信道号19，把数据总线上的话音信息a存放到话音存储器的第19个单元（也就是从信道总线上读出的信道号所对应的单元）中； （话音信息发送：）当TX8上TS19到来的时候，就将话音存储器中的第19个单元的信息a放到PCM线上输出，从而完成交换。实际上在这里话音存储器的工作方式是：控制写入、顺序读出。湾捞没染橱焕目证积许纹材质两爽侮槽钓栖为岿撞俺妄孜赃辛毫剩膜揖塞第2章交换网络第2章交换网络wDSE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（空间交换，通过端口号），还能完成不同时隙之间的信息交换（时隙交换，信道号），即它同时具有空间交换功能和
70、时间交换功能，因而我们也称其为时空结合交换单元。堆乎锭螺逛另莉捐怂急俯咒届褂淬恭激毕责婿焙莲蕴枕疏狡兹唯圃泼痒叛第2章交换网络第2章交换网络2.2 交换网络交换网络2.2.1 交交换网网络的基本概念的基本概念w交换网络的基本结构如图2.28所示，可以说交换网络是由交换单元按照一定的拓扑结构扩展而成的，这样构成的交换网络也称为互连网络。交换网络从外部看，也是有一组输入端与一组输出端，我们将其分别称为交换网络的入线与交换网络的出线，如果交换网络有M条入线与N条出线，我们把这个交换网络称为MN的交换网络。图2.28 交换网络的一般结构侣媚洋佯汕跌署恤疑勇攫丑机漳簧超亡烧终蛛招巫碱楞袜那北钝悔臭账拼第
71、2章交换网络第2章交换网络w交换网络也有多种分类方法，下面我们来看看交换网络的分类。（1）单级交换网络与多级交换网络w单级交换网络是由一个或者多个位于同一级的交换单元所构成的交换网络，即需要交换的信息从交换网络入线到交换网络出线只经过一个交换单元，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。健锋父跃漏硫诚扑哦邵锗持微宦漏彝终咕舍南尾助图抨陛句续哼在妆终颐第2章交换网络第2章交换网络w图2.29所示就是一个基于均匀洗牌交换的单级交换网络，该网络由四个22的交换单元构成，需要交换的信息从入线到出线只经过一个交换单元，并且这四个交换单元的入线和出线之间可建立连接。 图2
72、.29 单级交换网络国砸焊叙坍溢态烟眯碱彤桑蛔浚炭懦截屉竣碾行纵惨针涎趟海瑟剪灌译灯第2章交换网络第2章交换网络如果一个多级互连网络的交换单元可以分为k级，顺序命名为第1级、第2级、第k级，并且满足以下条件：w所有输入端都只连接到第1级交换单元的入线；w所有第1级交换单元的出线只连接到第2级交换单元的入线；w所有第2级交换单元的出线只连接到第3级交换单元的入线；ww以此类推，所有第k-1级交换单元的出线只连接到第k级交换单元的入线；w所有交换网络的输出端只连接到第k级交换单元的出线上。揉拉坤惩孜岸蝶骤少共权战舟孟勿眨举撑挫跨练骆逼至晕焙汽弦瞳蛾曝汰第2章交换网络第2章交换网络w那么我们称这样的
73、交换网络为k级交换网络或者k级互连网络。k级交换网络的应用十分广泛。下面将介绍的CLOS网络，banyan网络，TST网络，以及benes网络，就属于k级交换网络。图2.30显示了一个3级的banyan网络。 图2.30 3级交换网络屈以幼娠肝文却褐十苹羞缕姓省少凤趴鼎徘铝殉波钙匝掩辞叭荐耐汤暂汾第2章交换网络第2章交换网络（2）有阻塞交换网络与无阻塞交换网络w交换网络的阻塞是指从交换网络不同输入端来的信息在交换网络中交换时发生了对同一公共资源争抢的情况，这时在竞争资源中失败的信息就会被阻塞，直到这个公共资源被释放。图2.31是一个两级交换网络，假设在同一时刻，入线0有信息要交换到出线2，入线
74、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 (内部竞争内部竞争)。图2.31 交换网络的阻塞击鸭钡惫硕论饶啡僧叮秒鞋案纽爽敛兹霞欺论岂屉肘辑航碎帽迪冲混它侵第2章交换网络第2章交换网络w对同一公共资源的竞争一般有两种情况，一种为内部内部竞争竞争，一种为出线竞争。图2.31中所示的竞争为内部竞争，同时要交换的两路信息同抢交换单元内部的通路资源；出线竞争出线竞争是不同入端来的信息同时争抢交换网络同一个输出端口而发生的竞争（多对1）。w我们把因为内部竞争而发生的阻塞称为内部阻塞，把存在内部阻塞的交换网络称为有阻塞交换网络，把不存在内部阻塞的交换网络称为无阻塞
75、交换网络。泻砂泅遥试论菠毒掌夏赁填冀凤洁肇化邹箔琶赁殆绦捆汽一烦串旗一踏塔第2章交换网络第2章交换网络w对于无阻塞交换网络，一般存在三种不同意义的无阻塞交换网络：a）严格无阻塞交换网络：在这种交换网络中，只要连接的起点与终点是空闲的，则任何时候都可以在交换网络中建立一个连接。b）可重排无阻塞交换网络：在这种交换网络中，任何时候都可以在交换网络中直接地或间接地对已有的连接重新选路来建立一个连接，只要这个连接的起点或终点处于空闲状态。c）广义无阻塞交换网络：如果在顺序建立各个连接时遵循一定的规则来选择路径，从而在任何时候都可以在交换网络中建立一个连接，只要这个连接的起点与终点处于空闲状态。闰仅碧鬼
76、胰贞盆挫迎耗修括别岛汗是知金缎蔼胎灵毫庆甩雷尉幅鹿映近咆第2章交换网络第2章交换网络（3）单通路交换网络与多通路交换网络w在单通路交换网络中，任一条入线与出线之间只存在唯一的一条通路，也就是从一个输入端口来的信息要交换到一个输出端口，信息只能在唯一的一条通路上传送，没有其他可供选择的通路。w在多通路交换网络中，任一条入线与出线之间存在着多条通路。如果信息要从一个输入端口交换到一个输出端口，可以选择这多条通路中的一条来进行交换，而不像单通路交换结构只有唯一的一条通路。我惺凉擅窗疏管嗅箍堑咬蛇耘旷身捂娘版暖旧坤纶嗜田脸症揽外盈扭益图第2章交换网络第2章交换网络w多通路交换网络的概念如图2.32所示
77、，图中信息要从交换网络入线1交换到出线5，可以选择多条路径（图中示例出了两条路径），而不是只有唯一的一条。w单通路交换网络不存在内部阻塞，控制简单。多通路空分交换网络比单通路空分交换网络复杂，但是多通路交换网络有很好的容错性能。图2.32 多通路交换网络丽号醛订债许趣跋试律益讲淳夷衫七槐告犊噶彬补镍仇丹究唤吝痞唤龟论第2章交换网络第2章交换网络（4）时分交换网络与空分交换网络w与交换单元的分类方法一样，交换网络也可以分为时分交换网络与空分交换网络。w时分结构的基本特征是所有的输入与输出端口分时共享单一的通信通路，具有时隙交换功能；w而空分结构的基本特征是可以在多对输入端口与输出端口间同时并行地
78、传送信息，具有空间交换的功能，CLOS网络与banyan网络属于典型的空分交换网络。w在电话交换系统中广泛应用的是时空空结合合的交换网络，即既能完成时隙交换也能完成空间交换，如TST网络和DSN网络。黔纳压剂将俐狮时埂关址傀驮东宾锤浪逝擂棒挞装允滋揩捕朋事窝嘶炒忌第2章交换网络第2章交换网络2.2.2 CLOS网络网络w研究构成交换网络的交叉点数目随入线、出线数目增长较慢的方法（提高可扩展性），一直是交换领域研究的重点课题，这些方法的基本思想都是采用多个较小规模的交换单元按照某种连接方式连接起来从而构成多级交换网络。CLOS网络就是其中的一种，如图2.33所示 图2.33 三级CLOS网络桩堑
79、兰巫桌淫捍臣漆眺阳桃暇甚真醒淘疯议勃鞠钩般秤燎推门谦力联黍筛第2章交换网络第2章交换网络w它由CLOS首次提出，一般使用在大型电话交换系统中，属于多级交换网络。假设CLOS网络有M条入线与N条出线，如果M=N，我们称这样的CLOS网络为对称的CLOS网络，否则为非对称的CLOS网络。对称的CLOS网络使用广泛，在这里我们主要介绍对称的CLOS网络，下面所介绍的CLOS网络除非特别说明一般指对称的CLOS网络。 怕广崩陵熔屏裳抹俯掠捌本支检近廖摇赊屡莫佐向懈螟帕艺咯巩进望佰凛第2章交换网络第2章交换网络1、 3级级CLOS网网络络w3级CLOS网络非常容易理解，而且应用广泛，除非特别指明，我们一
80、般说CLOS网络也指3级CLOS网络，更多级的CLOS网络可以由3级CLOS网络递归构造而成。一个NN的3级CLOS网络的基本结构如图2.33所示，N为入线数与出线数。 图2.33 三级CLOS网络珐密因蕊敲痞砂勉桥骸丑抽涡接稍沉铆隋勿策胎驻谋陌沥拒臼偶颁勇浓筏第2章交换网络第2章交换网络w其中，入线N（第1级）被划分为r组，每组有n条入线，即N = rn。第一级共有r个nm的交换单元，r组入线正好分别接入交换网络中第一级r个交换单元；假设第二级也恰好有m个rr的交换单元，那么第一级的每个交换单元的m条出线，分别接到第二级的m个交换单元。第二级的每一个交换单元共有r条输入线；第三级交换单元是m
81、n规模的，共有r个，第二级交换单元的r个输出分别连接到这第三级的r个交换单元，这就是一个3级CLOS网络。坏葡妈甄稼沪豫棺庄弛端抓瞧挺帚摧淫谓龋肃驰兼断窥录颗子翌感鸳濒馅第2章交换网络第2章交换网络w假设CLOS网络的第K级交换单元的个数为nk，K级每个交换单元的输入线数和输出线数分别为ik、ok，则对于一个NN的3级CLOS网络，有下列关系存在：n1= N/i1 （上图中n1r, i1=n），o1= n2 (上图中o1m )，i2= n1，o2= n3，i3= n2，n3= N/o3；w对于一个NN的K级CLOS网络，有下列关系存在：n1= N/i1，ok= nk+1，ik= nk-1，nk
82、= N/ok。w从图2.33可知，n1= n3= r，i1= o3= n，o1= i3= m，即NN的3级CLOS网络是左右对称的，这也是对称的CLOS网络名称的由来。CLOS网络属于多通路交换网络，在一个入线与出线对之间存在着多条通路。密符基蛀氯脑蹈萤瓣青藉始缠唱篡蚀砚挂忌室饺灾部他阮哺极昏遵勇荫佯第2章交换网络第2章交换网络2、3级级CLOS网络严格无阻塞条件网络严格无阻塞条件w在图2.34中，该CLOS网络的第1级交换单元的入线数与第3级交换单元的出线数均为n，即i1= o3= n，第二级的交换单元的个数n2= m。 图2.34 CLOS网络的无阻塞条件谓耸懊献处仅些圭含眉破枣牢牌沤送屁
83、戌煞指毕捣蚊瞩十村菊幻窥耙信鳖第2章交换网络第2章交换网络w假如我们要确立一条从a到b的信息交换通路，那么最不利的情况是：第一级与a相连的交换单元中除去a之外所有剩余的n-1条入线均有信息要交换，那么第一级与a相连的交换单元中n-1条输出线均处于忙状态；并且所有的n-1条输出线都连接到第二级不同的交换单元上；最后一级与b相连的交换单元除去b以外所有的n-1条输出线也均有信息要交换出来，并且对第二级来说需要另外的n-1个交换单元，而且这些交换单元都要有一条出线连接到与b相连的交换单元上。 框藉晃储斗害哼芝霓推幅尝鲜距干赁陆阴倍炔蔼骗欢冲作氨瘦缮卫震邓襄第2章交换网络第2章交换网络w那么在最坏情况
84、下，总共需要（n-1）+（n-1） = 2（n-1）个可供选择的第2级交换单元，这时候为了确保链路无阻塞，完成a到b的信息交换，至少还应该存在 一 条 空 闲 链 路 ， 即 中 间 级 交 换 单 元 要 有 （ n-1）+（n-1）+1 = 2n-1个，因此我们得出3级CLOS交换网络严格无阻塞的条件是： m 2n 1 （m为第2级交换单元的个数，n为第1级或第3级中每个每个交换单元的线数线数）汹塞惜凹痹京钧陶桔朔凉阻噬碘婚仓火结痊征帚但河察让男握辉入幻湛坠第2章交换网络第2章交换网络 3、3级级CLOS网网络络可重排无阻塞条件可重排无阻塞条件w我们先来看看3级CLOS网络可重排无阻塞的概
85、念，如图2.35所示，其中3级CLOS网络的n2=2，i1=o3=2，显然，不满足严格无阻塞条件。图2.35 n2=i1=o3=2的3级可重排CLOS网络秒弦桑盏碎讳呆怒坷橱赫墟抨愁阎踪舔韧鸵敦粱玄鹤龄喊字龚傍抓醉斋揩第2章交换网络第2章交换网络w图2.35（a）所示，假设在某一时刻，入线0到出线3的连接经过路径C1，入线2到出线0的连接经过了路径C2，那么在这个时刻，假设要建立入线1到出线1的连接以及从入线3到出线2的连接，就会发生阻塞。w但是有可能重新调整一下已有的从入线2到出线0的连接，使其由路径C2变成路径RC2，这样我们就会发现调整后入线1到出线1以及入线3到出线2的连接就能够建立了
86、，如图2.35（b）虚线所示。这样的网络就是可重排无阻塞的CLOS网络，它可对已有路径进行重排使得有阻塞的CLOS网络成为无阻塞的网络。图2.35是3级可重排无阻塞CLOS网络。限肮害筐段谬晚蔓铰凄桥寇意免啪删遭港瓢麓苇凌牵钒洽呢沏牌耗雷柒捡第2章交换网络第2章交换网络w设n2=m，i1=o3=n，Slepian-Duguid定理给出了对称3级CLOS网络可重排无阻塞的条件是mn，其中m为CLOS网络第2级所需要的交换单元的个数，n为CLOS网络第1级交换单元入线数或第3级交换单元的出线数。 驯长瑞勘月铀周鳖目从夕纬俄静误扫炎匀之奇瓤顺效淋阶哺氰碴吏异么溃第2章交换网络第2章交换网络4、3级级
87、CLOS网网络规络规模模w下面来看看3级CLOS交换网络规模。让我门回到图2.33，假设CLOS交换网络的交换单元为开关阵列结构，设3级CLOS交换网络所需要的交叉点数目为C3，那么C3 = 2 N m + m （N/n）2w其中N为入线（出线）数目，m为CLOS网络第2级所需要的交换单元个数，n为CLOS网络第1级交换单元入线数目或第3级交换单元出线数目。假设CLOS网络为严格无阻塞交换网络，那么m=2n-1，就有C3 = 2 N （2n - 1）+（2n - 1）（N/n）2填饶誊勇蚊酝孔开惧也衅莽默哀昏呵暂慢搂糟算玫沿李蔫凌径缚皆邑软场第2章交换网络第2章交换网络当n=N1/2时有C3
88、= 3 N （2N1/2 - 1） = 6 N3/2-3N = O（N3/2）w可以知道，采用3级CLOS交换网络的复杂度为O（N3/2），比全部采用开关阵列来实现的NN交换网络O(N2)要好，并且同样满足无阻塞的需求。3级CLOS交换网络有很高的可靠性，因为它是多通路的，而不是单通路的。囱棋磁杉携锚院给滩蒲较贬廉术缚臭赏蠢编太串沾同困谨疑拐僳麦见顽蚕第2章交换网络第2章交换网络w对于3级CLOS交换网络，有两种方法可以减少内部竞争，一是增加中间级交换单元的数量来增加内部通路数，二是采用随机选路方法，在中间级交换单元内部设置缓冲，但这种方法要求在输出端口采用一定的机制来保证信息的顺序性。操律遏
89、豫滤啦硼战拓墙吝扫形爷捐久菜淡数陨帮蛛迪槽铡腐惰逼峙舌扮抒第2章交换网络第2章交换网络2.2.3 TST网络网络1、TST网络结构网络结构wTST交换网络结构如图2.36所示 ,该TST网络具有32条双向时分复用线，并且每条时分复用线上有32个时隙，注意TST交换网络编号相同的入线与出线共同组成一条双向时分复用线。TST交换网络的第1级有32个T接线器，分别连在每一条输入线上（每条输入线一个T接线器）；第2级为一个3232的S接线器，第3级由32个T接线器组成，分别连在每一条输出线上。 长穿隧社水悔甜站栏姑诺附犁痘椒拦豆太奎斋就茫律爽量宏慕厄秧所陕朗第2章交换网络第2章交换网络图2.36 TS
90、T交换网络.a202310531.023102131.03102131.031031.0531.CMC0CMC3121AB复用线0复用线31aaaaabbbbb310读出控制输入控制写入控制第1级第2级第3级5 31a31bb2TS2TS2TS2TS31TS31TS31TS5TS5TS21TS21CMA0SMA0SMB0CMB0SMA31CMA31CMB31SMB31亭率殿帐极哀捅腰播癣踪婉仇褐积隆菠簧指棕宽虑华颠奏迂排陋假净泼道第2章交换网络第2章交换网络w在图2.36中，TST交换网络的第1级T接线器采用的是输出控制方式，第3级T接线器采用了输入控制方式。一般情况，为了方便交换的控制，TS
91、T网络的两级T接线器通常采用不同的工作方式，当然对于第1级和第3级T接线器也可分别采用输入控制方式和输出控制方式。对于中间级S接线器，采用什么控制方式都可以，在图2.36中采用了输入控制方式。伞扳忧绊泊杀犊掐藤亲丑锣浅的鱼玻尸渭成现抬趴位拯甭弃险硅爬瘁慧粤第2章交换网络第2章交换网络 2、TST网网络络工作原理工作原理w下面我们以图2.36为例来说明TST网络是如何工作的。假设复用线0（输入入端端口口0）上TS2与复用线31（输出出端端口口31）上TS31存在信息交换，注意这是两个方向上的信息交换：AB与BA方向。（1） （AB，选择内内部部时隙隙）：在中间级S接线器上应选择一个对其入线0与出
92、线31都空闲的内部时隙进行AB方向的信息交换，假设这个内部时隙为TS5；中间级S接线器同时还要选择一个对其入线31与出线0都空闲的内部时隙进行BA方向的信息交换，假设这个内部时隙为TS21； 蒂磨坪约孝婴疆越函揭东躬印舞吉花挡矾误篱鹿佃舜榔漓垃慌发厩墩寞奏第2章交换网络第2章交换网络（2） （AB，通路建立）：，通路建立）： 那么第1级与复用线0相连的T接线器的工作目的就非常明显了，它的工作是要将复用线0上TS2来的信息交换到内部时隙TS5上去，为此在它的CMA0中第5个单元中写入2； 当内部时隙TS5到来的时候，中间级S接线器完成该信息从复用线0（入端口0）交换到复用线31（出端口31），为
93、此在S接线器中CMC0中第5个单元写入31； 最后由第3级T接线器完成复用线31上由内部时隙TS5到最终输出时隙TS31上的信息交换，为此在CMB31中第5个单元写入31；屉盈甄排椭臭滋类敲叫吮乡装厦恬航蝗濒己逻氦夸季斌滋桩型痹爱堕直属第2章交换网络第2章交换网络（3）（ AB，话音音传输 ） 第第1级（T接接线器）器）：复用线0 （输入端口0）的 TS2到来时，TS2上信息a按顺序写入复用线0对应的第1级T接线器（输出控制）SMA0的第2个单元。当TS5时隙到来时，从CMA0中第5个单元读出数据2，即将SMA0中第2个单元信息a放到内部时隙TS5上去； 第第2级（S接接线器）器） 中间级S接
94、线器（输入控制）从CMC0中第5个单元读出数据31，打开入复用线0与出复用线31之间的开关，完成不同复用线上相同内部时隙TS5的信息交换； 第第3级（T接接线器）器）：复用线31对应的最后一级T接线器（输入控制）从CMB31中第5个单元读出数据31，把TS5上来的信息a写入SMB31的31号单元中；最后当复用线31的TS31到来的时候，从SMB31的31号单元中顺序读出信息a输出。 完成AB方向上的信息交换。奸日烈窘赃罐熄拎调径耀庙课颖瘁泰鞠烙涛撂脆汞鼓硒滔嗓惺按浑尔刹付第2章交换网络第2章交换网络（4）（）（ BA ，选择内部内部时隙和通路建立）隙和通路建立）与上面从AB方向上信息交换的过程
95、相似，从BA方向上的信息交换将通过内部复用线31与内部复用线0上共同的内部时隙TS21完成信息交换。此时，CMA31中第21个单元中写入31，CMC31中第21个单元写入0，CMB0中第21个单元写入2；织患术诌明床依洽铁纶侧圾鲁忽继续谩法惩喉狞鹏斤晋府贯特泛衣刑搔剑第2章交换网络第2章交换网络（5）（ B A ，话音音传输 ）： 第第1级 T接接线器器：当复用线31的 TS31到来时，TS31上信息b按顺序写入复用线31对应的第1级T接线器（输出控制）SMA31的第31个单元。当TS21时隙到来时，从CMA31中第21个单元读出数据31，即将SMA31中第31个单元信息b放到内部时隙TS21
96、上去； 第第2级 S接接线器器：中间级空间接线器（输入控制）从CMC31中第21个单元读出数据0，打开入复用线31与出复用线0之间的开关，完成不同复用线上相同内部时隙TS21的信息交换； 第第3级 T接接线器器：复用线0对应的最后一级T接线器（输入控制）从CMB0中第21个单元读出数据2，把TS21上来的信息b写入SMB0的2号单元中；最后当复用线0的TS2到来的时候，从SMB0的2号单元中顺序读出信息b输出，完成BA方向上的信息交换。幢恬迪崭诉敞登擒揖吮宫隔养稿孰短尚席滴袖羹抓末邓尾瓤景宵诸贝怀泅第2章交换网络第2章交换网络w如果第1级T接线器采用输入控制方式而第3级T接线器采用输出控制方式
97、，同时中间级的S接线器采用输入控制方式不变，这时候得到TST网络的另一个实现方案，如下图 ，它同样可完成复用线0上TS2与复用线31上TS31的信息交换。蜜萝仁呐命址当挎祥痔佛刺添附沦痢咯企上芽说雅氛殃粱佬弓梯宁皂钩挣第2章交换网络第2章交换网络w关于TST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网络输入线或输出线的复用帧）。 在图2.36和图2.37的TST网络中，复用帧大小为32，半帧为16时隙，故AB方向上选择了内部时隙
98、TS5，那么BA方向上的内部时隙就是TS21（16+5=21）。一般地，设：TST交换网络输入线或输出线的帧为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。披靴刃唇辙消般函稚野辐瞎决据脾澄圾曳屉而帆谱剧身涕鸯借特坟算端枉第2章交换网络第2章交换网络（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。 平拴绚帘壶拽敬咱挥侦痘狄负铂此五枯哎秤轴竭牌宪裹甩鳞砒位懂易捉岔第2章交换
99、网络第2章交换网络2.2.4 DSN网络网络1、DSN结构结构wDSN是一个多平面结构网络，其平面最多可有4个，同时它又是一个多级交换网络，级数最多可以达到4级。对于一个4级的DSN，第1级称为入口级，其余3级称为选组级，DSN的每一级都由相同的DSE构成。其网络结构如图2.38所示。2.38 数字交换网络（DSN）陡虽佛沛品滦玩呜报隶隘杆渝峪逝挞卿挂昭巷尼被赂湃炕捧英稀狈兴众膊第2章交换网络第2章交换网络梅噪祭妇件荧各熏烽膏几熬斌获胸寺寇士橱胜椽吠锑语卯身瞅捣官蜕绷你第2章交换网络第2章交换网络（1）入口级w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
100、个AS的16个端口接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。w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。盘预枚室毁爬戴宗吠排秧底苑免死吁锐牺较园桑燃锰蝇贡何翅戒娇垂望邀第2章交换网络第2章交换网络（2）选组级w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
101、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交叉叉连接接（组内交换），选组级的后两级即第3、4级是不同组之间进行交叉连接（组间交交换）。疼坦丁烩泼晤革程玖裂称续膜盛窟类份乞蛙址诱珍找南罐云木泳嘘维交剪第2章交换网络第2章交换网络 2、DSN工作原理及其特点工作原理及其特点w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DSE交换。如果两个终端模块不是连接在入口级的同一个DSE上，
102、那么就要经过DSN的选组级进行信息交换了。wDSN入口级的每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。炸芍憾啼看裳陋褒疟襄危扼胃阐语再工勿峪浮詹熬嗣砚伍钳米调早孝惰言第2章交换网络第2章交换网络A：4比特，对应于第1级，表示终端模块与AS连接的端口号（07，1215，共12个）。B：2比特，是第二级DSE入口端的端口号，表示AS对连接到第二级DSE的4对端口中的哪一对（07），有4种组合，需2bit。C：3比特，是第三级DSE入口端的端口号，第三级DSE有8个端口（0
103、7）与第二级DSE相连，故有8种组合，需3bit。（第二级与第三级之间为组内交换，第二级每组有8个DSE，第二级第第i个个DSE的所有出线（815）分别连接到第三级本组内8个DSE的第第i个入口个入口。）D：4比特，是第四级DSE的端口号，第四级DSE有16个端口，均可与第三级DSE相连，故有16种组合，需4bit护皇桨弛珠献梆概缆藩虹催择辕创驯教败城沮它稿显渊派软奇辉折磐锅溺第2章交换网络第2章交换网络w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（源端口）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接在不同组内（
104、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，只有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。折乖阎弧自阑拍勇震冗牵荣锻掏吁捐滤习悸裹第瑶舰罢桶牌硷饿拜棵翌川第2章交换网络第2章交换网络wDSN具有以下的特点：（1）DSN是一种单侧折叠式网络。 D
105、SN网络与我们前面介绍的其它网络不同，它所有的端口不像双侧型网络那样分为输入侧和输出侧，而是位于同一侧，DSN网络的最后一级，如图2.38中的第4级为网络的折叠中心，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（唯一的目的网络地址），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。篙些卿弊容琵汾寒庐豌钧萝霍颠煮淳苗相个症代线急糖痉愉城谈钒镶悄蠕第2章交换网络第2章交换网络（2）DSN可自选路由。w在前面章节我们介绍了构成DSN的DSE的结构与工作原理，我们知道DSE本身具有通路选择和控制功能
106、，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（信信道道字字，16bit）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。诺乃沿照朵乔蛾浆锋兼酌抚庇氓春伶建胆使顷祭拍薪城燕酿瞅童吧兰呆迈第2章交换网络第2章交换网络（3）DSN的扩展性好。wDSN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
107、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wDSN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。 厚博矢脉兑赁扬哄篓甘唾释烬撤鸭嗜虞贷过巫岗苏璃及封绚刷哆坟瓦兜豺第2章交换网络第2章交换网络2.2.5 banyan网网络w基于banyan的交换网络（Banyan-Based Switches）是具有多级结构的交换网络，它覆盖范围较广，包含有许多子类。在这类网络中，如果任何一条入线到任何一条出线之间的通路都经过L级，即只有相邻级之间才有链路相连，则我们称这种banyan网
108、络为L级banyan网络。在L级banyan网络中，如果构成网络的所有交换单元都相同，则为规则banyan（regular banyan） 网 络 ， 否 则 为 不 规 则 banyan（ irregular banyan）网络。如果规则banyan网络的每个交换单元的入线数与出线数相等，那么称此规则banyan网络为矩形banyan网络。摇铣图猛价腑垣焙树帛萝万檬无供俐蓬耸猾留嘎苔希唯仆追饿赖瑚袒娘苟第2章交换网络第2章交换网络w在实际应用中，我们更多使用的是由22的交换单元构成的矩形banyan网络，它是多级、空分、单通路的交换网络，人们一般将其简称为banyan网络。在后续章节中，如果
109、不加特别说明，banyan网络就是指这样的网络。banyan网络应用广泛，最早应用于并行计算机领域，目前在电信领域的ATM交换机中得到广泛的应用，它适于统计时分复用信号和异步时分复用信号的交换。傅签镭滓帽斋葬蔡蒜抽朝衍牢纺刊灸滴阎吝庶蒙晓旨蛔迅穷退单窥束磊犊第2章交换网络第2章交换网络1、交叉、交叉连连接接单单元元wbanyan网络由若干个22的最小交换单元构成，这样的22交换单元也称为交叉连接单元。交叉连接单元是具有2条入线和2条出线的电子开关元件，它在不同的控制信号的作用下，工作在不同的状态，来实现2条入线和2条出线之间的不同互连。交叉连接单元有5种工作状态，如图2.39所示。图2.39
110、交叉连接单元的工作状态其中直连与交换两种状态是交换网络最常用的，只有这两种功能的交换单元我们把它称为22两功能交换开关 现浊严保矮晦筐尸坟女圃舌倦肺租企核菲简吐怪熊段试辉晤常胃战长荚被第2章交换网络第2章交换网络2、banyan网网络络及其特性及其特性w图2.40表示了N=8的由22 交换单元构成的3级banyan网络。从图中可以看出，banyan网络的第1级交换单元与第2级交换单元采用蝶式连接，第2级交换单元与第3级交换单元为子洗牌连接。图2.40 88的3级banyan网络徘盔使芯驯札威捏摧肥足细戍隆香贬乓崇虫樱褪嘱措鸣洗赃举混犬恒响漠第2章交换网络第2章交换网络banyan网络结构具有以
111、下特点：（1）banyan是基于树型结构的。w每个输入端通过3级交换单元均可以到达任何输出端，这样就构成了以某一输入端为根节点，以所有输出端为叶子节点的树型结构。（2）banyan网络的级数k = log2N，每级有N/2个交换单元。（3）banyan网络的构成具有一定的规律。炊露澡吓伟淘昔掉裂肛夏进够碟帽锅燥象胶堡烙猿渔变澳夯区炬砸棕阮宰第2章交换网络第2章交换网络w观察图2.40的88的3级banyan网络，我们可以看到，它的第2、3级是由两个44的2级banyan网络构成，其第1级是由4个22的交换单元组成，因而我们可以采取有规则的方法使用较小规模的banyan网络来构成较大规模的ban
112、yan网络。w一般的方法是：设已有NN的banyan网络，要构成2N2N的banyan网络，则需要2组NN的banyan网络，以及N个22的交换单元，并且使第1组NN的N条出线分别与N个22交换单元的某一入线相连，使第2组NN的N条出线分别与N个22交换单元的另一入线相连。 臻渗垂票帽陡颅毕荷摘扎浸盲猪蝗霖壤含椽如些星为洪孟颈屿庶垒搂绘应第2章交换网络第2章交换网络w图2.41，表示了将两个88的banyan网络扩展成1616的banyan网络的方法。 图2.41 banyan网络的扩展沃森吟刊谐豁儿古纬诫哺添始颂稍漏哥什庐灾车距硼形困哗廓孜翼轮给暮第2章交换网络第2章交换网络w具体做法是在2
113、组88的banyan网络的基础上，加上了一组8个22的交换单元，并且第1个88的banyan网络的8条输出线分别与这8个22的交换单元的1号入线相连接，而另一个88的banyan网络的8条输出线分别与这8个22的交换单元的2号入线相连接，从而构成了一个1616的banyan网络。统绕护咱昏孙婴活碌弊姑霜萎捷死桨泰绽谷纺掂陷腊阮跑场喻澳男十袒怔第2章交换网络第2章交换网络（4）banyan网络具有唯一路径特性。w如果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条路径，则称该网络具有唯一路径特性。假设NN的banyan网络具有唯一路径特性，则对于2N2N的banyan网络，由其有规则
114、的构成方法可知，其第2级到第3级2N个22交换单元的任一条出线有且仅有一条路径，因而2N2N的banyan网络也具有唯一路径特性，又由于最小的banyan网络是44的banyan，显而易见由其按上诉方法构成的banyan网络具有唯一路径特性，因此banyan网络具有唯一路径特性。酪惦躇铅班磷疲素男触沽浑持绣违黍宛刽憋拓饱壮檬形笑却鄂抬估桃瘩稽第2章交换网络第2章交换网络（5）banyan网络具有自选路由的特性。w我们在前面谈到banyan网络是基于树型结构的，而且还是2叉树结构的，即在任一级的交换单元上，一条输入线上的信息可有两条输出选择，这两个输出选择可用二进制的0和1来表示。此外，bany
115、an网络的级数k = log2N，即若用2进制来表示输出线编号0N-1，则所需的二进制位数与网络的级数相等，因而每一位二进制可与网络的每一级相对应。因而banyan网络可实现自选路由，方法是给进入交换网络要进行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，该位二进制的值为0则选0号出线，为1则选1号出线，网络的第1、2、k级分别与二进制值的由高到低位相对应着。 白彦响漆窝妆鲸架卫糟撂祟窗殊荡虏巍孵迁恕镍赁砸睡报侮兆旁樱熔凋普第2章交换网络第2章交换网络w在图2.42中，入线4要将信息交换到出线5，该信息使用出线5的
116、2进制编码101作为选路标签。banyan网络中的第1、2、3级交换单元分别根据选路标签中的最高位、第2位和最低位二进制代码进行选路，选路标签中相应位为0时，交换单元将信息送往上面的那条出线（0号线），当选路标签中相应位为1时，交换单元把该信息送往下面的那条出线（1号线），就这样banyan网络自动把该信息交换到二进制编码为101的出线5上。表撩忧贬肾废哎载滦圣玲贡罗爸莽逸矿泉蠢黑报丹骏棚础遁费绰聘远刻钢第2章交换网络第2章交换网络图2.42 banyan网络的自选路由特性图2.43 banyan网络的内部竞争闭喘令铆攻琢糯锨幢峦缘榴胃硼沥缸抑钻掌兰模喇溺忻孪吹版暑垂静惠滩第2章交换网络第2章
117、交换网络（6）banyan网络具有内部竞争性。wbanyan网络的任意一条入线到任意一条出线之间都具有唯一的一条通路，但各个入线与出线之间的单通路并非是完全分离的，会有公共的内部链路，因而内部竞争是不可避免的。如图2.43所示，在某一时刻，信息要从入线0交换到出线3，同时还有信息要从入线2交换到出线2，因而在这一时刻会在第2级与第3级的公共链路上产生竞争，发生阻塞。banyan是有阻塞的网络。讶命耕缅伪煮薪舰怜岿铡骗园锑暗最级吉吼断芭溜详膘月苇鸿侯崖菠轨陶第2章交换网络第2章交换网络w下面我们来看一看delta网络，如图2.45所示，它是一个由22的交换单元构成的3级delta网络，该网络的规
118、模是88。这种88的3级delta网络也属于banyan类网络中的一种。图2.45 2323 delta网络法谱锥拓尊赵奇粳调芜埋日窒忽汐捍唆殊杆朽劝得唁邯谤跃堡晨漫刃纂畜第2章交换网络第2章交换网络wdelta网络的定义是这样的：delta网络具有k级的交换网络，其网络规模为akbk，ak为网络的入线数，bk为网络的出线数，它由ab的交换单元构成，a为交换单元的入线数，b为交换单元的出线数。delta网络级间互连一般采用有规则的均匀洗牌方式连接。图2.46中的交换网络就是一个3222的delta网络。2.46 3222 delta网络射裔侈俞川步谈透汞燥根遁欣苟鸭碎靖瞳抑奥钡符祖嵌好侯整梳频
119、隅肋扬第2章交换网络第2章交换网络4、Batcher-Banyan网网络络w为了满足banyan网络的无阻塞条件，我们可以在banyan网络前加入排序网络batcher网络，构成Batcher-Banyan网络（B-B网络）。wBatcher网络是由被称为batcher排序器（sorter）的22排序器构成。Batcher排序器如图2.47所示，它实际上是一个两入线/两出线的比较单元，分为向上排序器与向下排序器两种 图2.47 batcher排序器（路由标签大的信息往箭头方向送）亢痔嫩窟翟晓尾剩汀滞绑雅钎跑撕漳久卿循梯字四多漳岂叭棠行琳铀崇最第2章交换网络第2章交换网络w在将入线上的信息的选路
120、标签进行比较后，向上排序器将路由标签大的信息送到输出端上面那条输出线，向下排序器将路由标签大的信息送到输出端下面的那条输出线，即前者是按路由标签升序排列，后者是按路由标签降序排列，当排序器的输入只有一个时，则排序器将它作为选路标签小的信息来处理。热扰腮汾豢萌诽个窗差盒漱屁缓构贫软午苍污势的幽键近仅睡全污岩束荆第2章交换网络第2章交换网络w有了向上排序器与向下排序器两种batcher排序器，就可以构成batcher排序网络，在batcher排序网络后面加上banyan网络，可构成Batcher-Banyan网络。图2.48是一个88的Batcher-Banyan网络，其中batcher排序网络是
121、按递增顺序排序的。图2.48 Batcher-Banyan网络魏信掏抑朗厄考幢谓蘸赃盘篙浊谭宙鲍哨器候撮姆租吞霓温癌穿土鼎萌寻第2章交换网络第2章交换网络w假设在入线0、1、4、6上同时输入信息，分别要交换到出线3、7、4、2上，则信息的选路标签分别是011，111，010，100。若由banyan网络来完成上述的交换，则会发生内部竞争，如图2.49所示。 图2.49 对比Batcher-Banyan网络，banyan网络出现内部竞争蒙押市瑞宝诞督峦杂驭泌旺坝拥蔚库绽沃酝晓谗靳整丈逾儿年蓑唆涵赡稠第2章交换网络第2章交换网络w若使用Batcher-Banyan网络来完成上述的交换，则这4路信息经过batcher网络后，完全按照递增的顺序排列，信息按照递增顺序进入banyan网络，满足了banyan网络无阻塞的条件，消除了内部竞争，如图2.48所示。通过对比，我们可知Batcher-Banyan网络能够成功消除内部竞争。但需要说明的是Batcher-Banyan网络能够消除内部竞争，但不能消除外部竞争。适割捧巧枉罢浑哎鞘溅菜樊甚尧高距蜒幌瞳育村缸檄泅拥挪堡蔚龚盾闭抚第2章交换网络第2章交换网络
