程控交换原理PPT电子课件教案-第1章.ppt

2019/4/9,信息学院通信教研室,1,程控交换原理,主讲： 院系：信息学院通信教研室302 地点：理论 周一6-7节a301；周三6-7节a301 周一8-9节a301；周三8-9节a301 实验 信息楼 email：,2019/4/9,信息学院通信教研室,2,课程要求以及考核方式,作业作业雷同者以0分记，每个班选一名课代表。课堂练习。,理论课可来、可不来；来了之后可听、可不听；听了之后可记、可不记；记了之后可忘、可不忘。但是考试一定要及格。,实验实验结果50，实验报告50，实验报告雷同者以0分记。报告内容包括：实验目的、实验内容、实验器材、实验原理、实验步骤、实验结果、实验总结。,期末考试平时成绩 (作业实验)考勤721 考勤采取点名、课上提问或者是课堂练习的记录等形式。,2019/4/9,信息学院通信教研室,3,我为什么要学习这门课？,不学习这门课，我就不能毕业，所以我必须学！ 对于那些想致力于在通信行业内发展的人们来说，不懂得交换，会遭到同行的耻笑。 交换是通信系统三要素之一(终端、传输、交换),2019/4/9,信息学院通信教研室,4,通过本课程的学习，你能够：,1.掌握和理解交换(switch)的基本概念,2.程控交换的基本原理,3.其它交换技术,2019/4/9,信息学院通信教研室,5,这门课该怎么学？,兴趣是最好的老师,attitude is everything!,着重掌握理解基本概念，而不是要拘泥于细节,多看杂志，多上网浏览相关信息，多了解行业发展动态。 中国通信资源网： 通信人家园： china通信网： 光纤在线：,2019/4/9,信息学院通信教研室,6,没关系，且听为师慢慢道来,当你拿起电话时，听到“嘟嘟”的声音，这种声音意味着什么,电话号码由一串数字组成，你知道这些数字当中所蕴含的信息吗？,你给你女朋友打的电话，为什么不会被你的男同学接到？你给你女朋友发的email，同样为什么不会被他人收到？,汗！我好像都不知道！,你能试着回答下列问题吗？,2019/4/9,信息学院通信教研室,7,什么是“交换”？什么是“程控交换”？,马克思：商品在交换中才能体现其价值 李爱涛：信息在交换中才能体现其价值 一个从来不和外界交流的人，即使他懂得客观世界的所有规律，那他所懂得的这些“信息”有用吗？ 程控交换，顾名思义，是使用程序来控制实现的一种交换方式。,2019/4/9,信息学院通信教研室,8,我是亚当,我是夏娃,darling,我搞到一头野猪，晚上吃猪肉炖粉条好吗？,哇。好棒哦！,交换机在通信中是必需的吗？,点对点（point to point）通信：仅涉及两个终端的通信。,2019/4/9,信息学院通信教研室,9,如果唐僧师徒4人实现任意两人之间通话，该怎么办呢？,唐僧,悟空,八戒,沙僧,全互连方式：需要n(n-1)/2条线路进行连接；终端需要n-1个接口。,那这种方式有没有缺点？缺点是什么？,缺点：互连线数随终端数的平方增加；终端间距离较远时，需要大量的长途线路。,2019/4/9,信息学院通信教研室,10,唐僧,悟空,八戒,沙僧,需要n条线路进行连接；终端需要1个接口。,另一种连接方式：,2019/4/9,信息学院通信教研室,11,现在，谁能为“交换”下一个简单的定义？,点对点(point to point)通信系统，需要交换机(switch)吗？,当从p to p通信系统升级到网络系统之后，必须要引入交换机。否则，整个系统将会异常复杂，变得难以管理和实现。,早期的程控交换机是针对语音信息进行交换处理的。现代交换机可以处理所有的通信业务(语音、数据、图象)。该课程主要以电话交换为主。,2019/4/9,信息学院通信教研室,12,是不是中国所有的电话用户都连接在一个交换机上？在中国难道只有一个交换机存在吗？,用脚趾头都可以想出来，这个是不可能的。,对于范围更大的交换，应该设置多个交换机(交换节点switching node)，不同的用户连接在不同的交换机上，各个交换节点之间通过中继线连接，相应的，用户到交换机之间的线路称为用户线。交换节点之间也不能实现两两相连时，引入汇接交换节点。不同的交换机可以设置不同的级别，便于组网和管理。中国，最高级别的交换机位于8个城市：上海、北京、广州、南京、沈阳、西安、成都、武汉。,2019/4/9,信息学院通信教研室,13,采用多个交换节点,2019/4/9,信息学院通信教研室,14,采用汇接交换节点,2019/4/9,信息学院通信教研室,15,电话交换机(交换节点)能完成如下接续,本局接续：本局用户线之间的接续 出局接续：在用户线和出中继线之间的接续 入局接续：在入中继线和用户线之间的接续 转接接续：在入中继线和出中继线之间的接续,2019/4/9,信息学院通信教研室,16,交换节点应该具备以下功能：,能正确接收和分析从用户线或中继线发来的地址信号(由电话号码生成),能正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号,能按目的地址(被叫号码)正确的进行选路以及在中继线上转发信号,能控制连接的建立,能按照所收到的释放信号拆除连接。,2019/4/9,信息学院通信教研室,17,交换技术怎么分类？,按照传输信号的方式分类：模拟交换和数字交换 按照接续控制的方式分类：布控交换和程控交换 按照传输信道的占用方式分类：电路交换和分组交换 按照传输带宽的分配方式分类：窄带交换和宽带交换,2019/4/9,信息学院通信教研室,18,模拟交换和数字交换,连续消息：消息的状态是连续变化的 离散消息：消息的状态是可数的或者是离散的,模拟信号：指代表消息的信号及其参数随着消息连续变化的信号 数字信号：指信号幅度并不随时间作连续的变化，而是取有限个离散值的信号。通常用“0”和“1”来表示二进制数字信号。,模拟通信：以模拟信号来传送消息的通信方式。优点：传输信号的频谱比较窄，信道利用率较高；缺点：抗干扰能力弱，保密性差，设备不易大规模集成，不适应计算机通信飞速发展的需要。 数字通信：以数字信号来传送消息的通信方式。优缺点和模拟通信相反。,模拟交换：以模拟信号为交换对象的交换。传输和交换的信号是模拟信号的交换机是模拟交换机。其交换网络的交换功能是通过交叉接点矩阵提供的，通过交叉接点的闭合来完成输入线和输出线的连接。 数字交换：以数字信号为交换对象的交换。传输和交换的信号是数字信号的交换机是数字交换机。其话路部分交换的是pcm数字化信号，交换网络采用的是数字交换网络。,2019/4/9,信息学院通信教研室,19,布控交换和程控交换,布控：布线逻辑控制 程控：存储程序控制,布控交换：利用逻辑电路进行控制的一种交换方式。步进制、机动制、纵横制等机电制交换机都是布控交换机。 程控交换：利用计算机软件进行控制的一种交换方式。包括模拟程控交换（控制部分采用存储程序控制方式的模拟交换）和数字模拟交换（采用存储程序控制方式的数字交换）。,窄带交换：低速率的数据业务交换。业务速率限定在n64kbit/s（n30） 宽带交换：高速率的数据业务交换。,窄带交换和宽带交换,2019/4/9,信息学院通信教研室,20,电路交换cs(circuit switching),传统方式(早期)：固定分配带宽，连接建立后，即使无信息传送也要占用电路。是一种实时交换，当用户呼叫时，应立即在两用户之间建立电路连接，如果没有空闲的电路，呼叫不能建立而遭受损失(呼损率)。 基本过程包括三个阶段：呼叫建立、信息传送(通话)，连接释放。 特点：固定分配带宽(64kbit/s)电路利用率低(为什么？)；预先建立连接，有连接建立时延，连接建立后实时传输信息，传输时延可忽略(为什么？)；无差错控制措施，可靠性低。 应用范围：电话交换（语音业务）、文件传输、高速传真；不适合突发业务和对差错敏感的数据业务。,2019/4/9,信息学院通信教研室,21,多速率电路交换mrcs(multi-rate circuit switching):可以针对不同的业务提供不同的带宽。包括基本速率及其整数倍。 实现方法：采用多个不同速率的交换网络；采用统一的多速率交换网络。 特点：基本速率难确定；速率类型不能太多（难以实现），灵活性差；固定带宽分配，不适合突发业务；控制较复杂。,快速电路交换fcs(fast circuit switching):为了克服传统电路交换中固定分配带宽和灵活性差的缺点而提出的。 基本思想：只有信息传送时才分配带宽，并快速建立连接，无信息传输时则释放立连接。 具体过程：呼叫建立时，用户请求一个带宽为基本速率整数倍的连接，有关交换节点为其寻找一条通道，但并不建立连接和分配资源，而是将所需带宽、路由编号填入交换机中，从而记忆所分配带宽和去向，建立一个逻辑连接。当发送信息时，通过呼叫标识查到所需带宽和去向，激活虚电路，建立物理连接。 缺点：不为呼叫保留带宽，故不一定能激活，易引起信息丢失或排队时延。,2019/4/9,信息学院通信教研室,22,报文交换,为了克服电路交换中各种不同类型和特征的用户终端之间不能互通，通信电路利用率低以及有呼损的缺点，提出报文交换的思想。 基本原理：存储转发。 报文交换技术将信息分成一个个单元，称为报文，包括报头（信息的源地址和目的地址以及误码检测信息）、正文（正文信息）和报尾（结束标志，可省略）。 通信之前，双发不需要建立连接。 缺点：时延大时延的变化也大，不利于实时通信；需要大量的存储器。,2019/4/9,信息学院通信教研室,23,分组交换ps(packet switching),类似报文交换。将报文进一步分小(为什么？)，一个报文被分成若干个分组(packet)，分组中携带源地址和目的地址信息以及校验信息。报文交换和分组交换的比较,通信线路的资源共享：分组交换的最基本思想就是实现通信资源的共享。多路复用（组合多个低速数据终端共同使用一个高速线路）：预分配资源法和动态分配资源法。,分组交换中的相关概念,交织传输：在预分配复用方式下，每个用户传输的数据都在特定的子信道中流动，接收端很容易把它们区分开来。动态分配方式下，数据在通信线路上交织传输。标记（终端号或者子信道号）。交织传输的方式：比特交织、字节或字符交织、分组交织。特性比较：时延和传输效率。,2019/4/9,信息学院通信教研室,24,优点：第一，为用户提供了在不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的终端之间能够相互通信的灵活的通信环境；第二，采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错可以重发，提高了传送质量和可靠性；第三，利用线路动态分配，使得在一条物理线飞可以同时提供多条信息通路。 缺点：信息传送时延大，不利于实时的通信业务。,分组的形成：报文分成多个分组，分组头包含所分配的逻辑信道号和其他控制信息。,分组的交换：分组交换是将报文分成多个分组来独立传送，收到一个分组即可以发送，减少了存储的时间，因而分组交换的时延小于报文交换。分组长度的选择（时延和开销）。,分组交换的特点,2019/4/9,信息学院通信教研室,25,分组交换有两种方式：数据报dg(datagram)和虚电路vc(virtual circuit),数据报：不需要预先建立连接，每个分组可以沿着不同的路径达到目的节点，因此分组到达目的节点的次序可能与离开源节点的次序不同，需要在目的节点重新排序。,虚电路：在信息发送之前，先通过发送呼叫，在源节点和目的节点之间建立一个逻辑连接，所有的分组沿这个逻辑通道传输，保证到达目的节点的分组次序与离开源节点的次序一致。和电路交换类似，要建立和拆除逻辑连接。不独占线路，多个虚电路可共同占用一条物理线路。分类：交换虚电路和永久虚电路。,分组交换的方式,面向连接的通信方式：电话通信时，必须首先建立物理连接，之后才能进行通话的通信方式。 无连接通信方式：不需要预先建立连接的通信方式。,2019/4/9,信息学院通信教研室,26,数据报和虚电路的比较： （1）分组头：dg：每个分组头要包含详细的目的地址；vc：由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的虚电路的逻辑信道标识即可。 （2）选路：dg：每个分组都要独立选路；vc：不用进行复杂的选路。 （3）分组顺序：dg：会产生失序现象；vc：属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电路上传送，分组会按原有顺序到达终点。 （4）故障敏感性：dg：各个分组选择不同路由，故不敏感，防卫性强，可靠性高；vc：对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立。 （5）应用：dg：适合于突发业务；vc：适用于较连续的数据流传送，其持续时间显著地大于呼叫建立时间，如文件传送、传真业务等。,2019/4/9,信息学院通信教研室,27,分组交换的路由选择,路由选择是指选择从源点到达终点的信息传送路径,路由选择的三种方法： （1）扩散式路由法：指分组从原始节点发往与它相邻的每个节点，接收该分组的节点检查它是否已经收到过该分组，如果已经收到过，则将它抛弃；如果未收到过，则该节点便把分组再发往其所有相邻的节点（除了该分组来源的那个节点之外）。此法与拓扑结构无关。 （2）查表路由法：是在每个节点中使用路由表，它指明从该节点到网络中的任何终点应当选择的路径。此法与网络结构参数有关，分为最短距离法和最小时延法。 （3）虚电路路由表法：虚电路方式是对一次呼叫确定路由，路由选择是在节点接收到呼叫请求分组之后执行的，在此之后到达的数据分组将沿着由呼叫请求分组建立的路径通过网络。即网络中存在一端到端的虚电路路由表，经历的各节点的端口号和逻辑信道号间的链接关系。分散在各节点中，指明了虚电路此路由表动态变化。,2019/4/9,信息学院通信教研室,28,报文交换时延,2019/4/9,信息学院通信教研室,29,分组交换时延,2019/4/9,信息学院通信教研室,30,几种交换的比较,2019/4/9,信息学院通信教研室,31,语音交换技术发展大事记,交换：语音交换pbx和数据交换switch(分组交换、atm交换、ip交换、标记tag交换),语音交换技术发展到今天，已经成为一个非常成熟的技术。单纯的语音程控交换机发展潜力殆尽。,业务(话音、数据、图象)的融合曾经走过两条道路，把数据业务变成语音业务(拨号上网)和把语音业务变成数据业务(ip电话),1876年，bell发明电话,1878年，第一部人工磁石电话交换机出现,1889年，strowger发明第一部自动交换机(步进制)，电话交换由人工时代步入自动化时代。,2019/4/9,信息学院通信教研室,32,1938年，美国开通第一步纵横制(cross bar)交换机。比步进制的优点：杂音小、不易磨损、维护工作量少；控制设备和话路设备分开。,随着半导体器件和计算机技术的迅猛发展，1965年，美国出现第一台程序控制的交换机(模拟)。,通信技术的发展趋势之一就是数字化，因此70年代，开始出现数字程控交换机，80年代基本成熟，alcatel，bell,富士通，北方电信(北电网络)等。,2019/4/9,信息学院通信教研室,33,中国交换机史记,80年代，由于日本公司的打压，上海贝尔艰难成长。,90年代初，“清风徐来”。1991年，38岁的邬江兴主持研制出了4万门数字程控交换机，打破了“中国人造不出大容量程控交换机的预言”。国务院副总理朱镕基给予了高度评价：“04机送来的是一股清风。”此时的华为刚刚进入电信市场，仅仅做交换机的代理生意。,1989年，国外很多公司撤资，此时的合资