《数字交换网络》PPT课件.ppt

第1页 第四章数字交换网络 4 1数字交换原理 4 2T型时分接线器 4 3S型空分接线器 4 4数字交换网络 第2页 第四章数字交换网络 4 1数字交换原理 4 2T型时分接线器 4 3S型空分接线器 4 4数字交换网络 第3页 4 1数字交换原理 一 交换网络概念交换网络特指交换机内部能完成出入线上不同用户信息相互交换的接续网络 交换网络是交换机实现用户间信息动态传输交换的关键部件 根据交换机传输信号的不同 交换网络有多种形式 模拟交换网络 用机械式触点开关或半导体器件作为交换接点 用于交换模拟信号 信号有损耗 时延较大 已淘汰数字式交换网络 由数字逻辑器件构成 用于完成数字PCM信号传输和交换的数字式网络 速度快 信号无损耗 第4页 程控数字交换机的基本结构 第5页 二 知识回顾 数字程控交换采用的是同步时分复用技术来传输用户信息 中继线的传输能力被分成若干时隙 TS TimeSlot 提供给不同用户传输信息 不同用户信息位于不同中继线上的不同时隙 以PCM信号传输 每个时隙传输8bitPCM编码 PCM30 32路系统一帧共有32个时隙 其中TS0用来传帧同步信号 TS16传信令信号 剩下的TS1 TS15 TS17 TS31共30个时隙提供给用户作为30个可以共用的话路 一次群数据传输速率为8000Hz 32 8bit 2 048Mbit s 每个时隙作为提供给用户使用的通信信道 其数据传输速率为8000Hz 8bit 64Kbit s 第6页 三 功能分析 0号入线的TS1时隙分配给A发话音 0号出线的TS1时隙分配给A收话音0号入线的TS2时隙分配给B发话音 0号出线的TS2时隙分配给B收话音1号入线的TS3时隙分配给C发话音 1号出线的TS3时隙分配给C收话音1号入线的TS1时隙分配给D发话音 1号出线的TS1时隙分配给D收话音2号入线的TS2时隙分配给E发话音 2号出线的TS2时隙分配给E收话音2号入线的TS3时隙分配给F发话音 2号出线的TS3时隙分配给F收话音 第7页 三 功能分析 AB间的交换必须完成同号线的不同时隙间的交换CE间和DF间的交换必须完成不同线且不同时隙间的交换 数字交换网络必须能完成两种交换 时分交换和空分交换时分交换就是时隙交换 将话音从某个时隙搬移到另一个时隙 不涉及空间线路间的交换 空分交换就是在某一时隙将话音从某一编号的入线交换到另一编号的出线 不涉及时隙交换 第8页 四 时分交换的原理 如何实现 时隙交换 呢 答 可以用存储器暂存来实现时隙交换 顺序写入 延时控制读出 用来完成时隙交换功能的器件称为 T接线器 第9页 五 空分交换的原理 如何实现 空分交换 呢 答 可以用交叉矩阵来完成不同出入线的交换 控制不同的交叉点在不同的时隙闭合 用来完成空分交换功能的器件称为 S接线器 第10页 第四章数字交换网络 4 1数字交换原理 4 2T型时分接线器 4 3S型空分接线器 4 4数字交换网络 第11页 4 2T型时分接线器 一 T型时分接线器的基本结构T型时分接线器又称时间接线器 TimeSwitch 简称T接线器 用来实现时隙交换功能 它由话音存储器 SM SpeechMemory 和控制存储器 CM ControlMemory 组成 都是随机存储器 RAM 话音存储器用来存储抽样编码后的PCM话音信息 其容量即存储单元个数与输入复用线上的时隙数相同 32 128 256 512等 每一个存储单元可以存储8bit信息 控制存储器用来控制话音存储器的写入或读出地址 容量一般与SM相同 每个存储单元存储的是发话人的话音信息在SM中的存储地址 所以每个存储单元可以存储log2 N bit信息 其中N为SM存储单元个数 第12页 二 T接线器的控制方式 T接线器的控制方式有两种 输出控制和输入控制输出控制 话音顺序写入SM 由CM控制读出SM中的内容 简称顺序写入 控制读出输入控制 话音在CM控制下写入SM 顺序读出SM中内容 简称控制写入 顺序读出例 输入复用线上共有32个时隙 PCM30 32路系统 a要从TS1交换到TS8 b要从TS8交换到TS1 c要从TS2交换到TS15 分别要求用输出控制和输入控制方式的T接线器实现交换图示见下页 第13页 T接线器的控制方式原理图 参时序图 第14页 思考问题 串并转换和并串转换 SM容量 CM容量 SM中内容何时写入 CM中内容何时写入 SM读写冲突 话音传输有延时吗 输入控制T接线器工作特点 输出控制T接线器工作特点 第15页 问题解答 1 串并转换和并串转换 答 进入SM前 PCM数据要经过串并转换变成8位并行数据 因而进入SM时速率降为2 048Mb s 8 256Kb s SM和CM的读写周期都是1 256 103 3 9us 2 SM容量 答 因为复用线有32个时隙 所以SM共有32个存储单元 需要5位地址线寻址 A3 A7 每单元存储8比特 3 CM容量 答 CM也有32个存储单元 因为用来控制SM的写入或读出 所以存储的是SM的地址 每单元存储log2 32 5比特 第16页 问题解答 4 SM中内容何时写入 答 SM中每个单元的内容总是最新的话音样本信号 是随着新的输入时隙中的内容而不断变化的 在通话过程中 每个用户的话音抽样信号总是固定地占用某个编号的时隙 同时也固定写入对应的存储单元 例 上图中输出控制方式下 a占用TS1 所以总固定写入话音存储器的第1号单元 5 CM中内容何时写入 答 CM中每个单元的内容是在建立话路的时候由处理机控制写入的 在通话过程中不变 直到通话结束才被改变 重新写入0 这时候话路随之被拆除 6 SM读写冲突 话音传输有延时吗 答 SM的写入是在时钟脉冲的前半周期 读出是在时钟脉冲的后半周期 所以在经过T接线器后话音会有时延 时延为 NO NI modN 0 5个时钟周期长度 cp 其中NI为输入时隙号 NO为输出时隙号 N为总时隙数 所以最长时延为 N 1 0 5个cp 最短为0 5个cp 第17页 问题解答 7 输入控制T接线器工作特点 答 输出控制方式下 话音顺序写入SM 由CM控制读出SM中的内容 SM中每个存储单元的地址与输入时隙号对应 CM中每个存储单元的地址与输出时隙号对应 存储器内容是输入时隙号 8 输出控制T接线器工作特点 答 输入控制方式下 话音在CM控制下写入SM 顺序读出SM中内容 SM中每个存储单元的地址与输出时隙号对应 CM中每个存储单元的地址与输入时隙号对应 存储器内容是输出时隙号 注 一个cp就是一个时隙的时间长度 第18页 三 串并变换 在进入SM前 PCM数据要经过 串并转换 变成8位并行数据 才能存入SM 而在读出数据时 也必须将8位并行数据转换回串行数据 因而需要进行 并串转换 1 时钟和定时脉冲为了完成对信号的交换控制 需要准确的产生各种时钟和定时脉冲控制信号 见下图 PCM30 32路系统的每一时隙长3 9us 每时隙传送8bit 每比特长488ns 设定时钟cp的脉冲宽度和间隔宽度均为244ns TD0 TD7分别代表每一个比特的位脉冲 他们可以由A0 A2译码得到 参见时序图 第19页 时序图 返回 第20页 2 串并变换电路 串并变换电路 S P Serial ParallelConversion 负责将串行码变成并行码 主要由 移位寄存器 和 锁存器 组成 第21页 串并变换时序图 对比多线时的串并转换时序图 第22页 3 并串变换电路 并串变换电路 P S Parallel SerialConversion 负责将并行码变成串行码 主要由 锁存器 和 移位寄存器 组成 锁存器是高电平锁存 移位寄存器由CP和S端控制 当S 1时处于置位状态 S 0时处于移位状态 比较多路复用线时的并串转换电路 第23页 并串变换时序图 比较多路复用线时的时序图 第24页 四 多端输入的T接线器 当需要对不同的一次群PCM信号中的各时隙进行交换时 可采用多端输入的T接线器 每一条输入的PCM线称为母线HW highway 例如 有8路PCM复用线上的时隙需要相互进行时隙交换 可用如下结构实现 第25页 说明 说明 T接线器的容量 因为有8路PCM30 32复用线 故而T接线器的话音存储器需要8 32 256个单元 而控制存储器也需要256个单元 每单元8bit 速率变换 经过复用器后 8路2 048Mb s的PCM30 32复用线上的信号合成1路16 384Mb s的PCM信号 共有256个时隙 为了减少传输处理的难度 辐射 干扰 硬件速度等 将这1路串行码流通过串并变换变成8路并行码流 同时降低了每条并行线上的速率2 048Mb s 减小传输难度 第26页 说明 多端脉码的排列 经过复用器 MUX 的串并转换后 并行线上共有256个时隙 原来8条母线上的时隙需要重新排列 排列方式如下 HW0 HW7上的TS0作为总时隙的TS0 TS7 HW0 HW7上的TS1作为总时隙的TS8 TS15 HW0 HW7上的TS31作为总时隙的TS248 TS255 总时隙号 母线上的时隙号 8 母线号例如 HW1上的TS20对应的总时隙号为 即20 8 1 TS161 通过复用器 分路器和T接线器的配合 既完成时分交换 又完成空分交换 第27页 多端输入的T接线器框图 入线HW1上的TS20中的话音a交换到出现HW7上的TS31中去 第28页 1 复用器的实现 输入端复用器需要完成合路 复用 和串并转换功能 第29页 串并转换和复用的时序图 对比单线时的串并转换时序图 参时序图 图中HWn和Wn代表母线 第30页 时序图 返回 第31页 2 分路器的实现 输出端分路器需要完成分路 解复用 和并串转换功能 第32页 并串转换和分路的时序图 比较单一复用线时的时序图 第33页 五 集中 扩散式T接线器和用户集线器 程控数字交换机中都含有 用户集线器 用户电路一般都通过用户集线器连接到数字交换网络上 而不能直接连接到数字交换网络上 用户集线器的作用在于可以将用户的话务量集中以后再送到数字交换网络 第34页 1 集中 扩散式T接线器和用户集线器 用户集线器中主要含有 集中式T接线器 和 扩散式T接线器 只为通话的用户分配时隙后 再送到交换网络中去交换话音 集中式T接线器用于用户发信息端 主要作用是集中用户的话务量 扩散式T接线器用于用户收信息端 主要实现分话功能 时隙少了 时隙利用率较高 第35页 1 集中 扩散式T接线器和用户集线器 时隙太多 时隙利用率太低 使用复用器和分路器为每个用户分配一个时隙进入交换网络行吗 第36页 1 集中 扩散式T接线器和用户集线器 如果不通过用户集线器 而是通过一个复用器 固定的为每一个用户分配一个时隙 然后直接连接到数字交换网络 那么 一方面 如果为每一个用户分配一个时隙直接进入交换网络 就会造成大量浪费 因为同时通话的用户比较少 只有通话用户的时隙真正有效利用 而大量的未通话用户的时隙就没有有效话音信息传送 处于空闲状态 这些时隙的利用率非常得低 也就是这些时隙的话务量很低 另一方面 连接到数字交换网络的PCM复用线需要大量时隙 造成数据进入数字交换网络时的速率太高 并且因为有很多时隙上没有话音 所以数字交换网络的交换效率也不高 所以一般需要通过用户集线器来连接用户电路和数字交换网络 用户集线器只需要为通话用户分配一对时隙 然后再连接到数字交换网络 这样一方面每一用户时隙的利用率大大的提高了 节约了设备成本 另一方面 时隙数量少了 数据进入数字交换网络时的速率降低了 第37页 1 集中式T接线器和扩散式T接线器 集中式T接线器 出时隙数小于入时隙数 扩散式T接线器 入时隙数小于出时隙数 第38页 2 用户发端集中式T接线器 由CM控制从1024个单元中读出128个话音数据完成时隙交换 第39页 3 用户收端发散式T接线器 在CM控制下 将128个入时隙中的话音交换到出线上1024个时隙中真正通话的用户时隙中去 再由分路器将话音分发到对应的用户接口上去 第40页 本局呼叫信号流程 假设一共1024个电话用户 U0 U1023 第41页 第四章数字交换网络 4 1数字交换原理 4 2T型时分接线器 4 3S型空分接线器 4 4数字交换网络 第42页 4 3S型空分接线器 当交换网络的容量增大时 只有T接线器就不能满足要求了 因为1级T接线器容量有限 最多2048单元 要扩大容量还需要S型空分接线器配合T接线器组成多级交换网络来完成 一 S型空分接线器的基本结构S型时分接线器又称空间接线器 SpaceSwitch 简称S接线器 用来实现 空分交换 功能 即可以实现任意输入线和任意输出线的连通 它与一般的空间接线器不同的是入线和出线的连接只是在某一时隙内接通 每个交叉接点都是时分复用的 第43页 S接线器的控制方式原理图 第44页 一 S型空分接线器的基本结构 它由交叉矩阵和控制存储器 CM ControlMemory 组成 每条出线 或入线 都有一个控制存储器 用来控制出线 或入线 在不同时隙跟入线 或出线 的连接 CM内存储单元数等于出线或入线上的时隙数 每单元比特数等于出线或入线编号的编码位数 每个存储单元的地址都与时隙号相对应 控制存储器的写入受CPU的控制 读出是按定时脉冲的时序进行控制 第45页 二 S接线器的控制方式 S接线器的控制方式也有两种 输出控制和输入控制输出控制 控制某条输出线在需要的时隙与相应的输入线连接 控制存储器各单元存储的是输入线号 当不同控制存储器的相同存储单元内写入同一线号时 可实现信息同发 输入控制 控制某条输入线在需要的时隙与相应的输出线连接 控制存储器各单元存储的是输出线号 当不同控制存储器的相同存储单元内写入同一线号时 会造成出线冲突 第46页 S接线器的控制方式原理图 输入线号 输出线号 信息同发 出线冲突 例 设有3 3的交叉矩阵 每条输入线或输出线上总共有128时隙 若 a要在TS8从0号入线交换到2号出线 b要在TS12从0号入线交换到1号出线 c要在TS2从2号入线交换到1号出线 d要在TS13从2号入线交换到0号出线 传输过程见下图 第47页 三 交叉矩阵和控制存储器的实现 例 输出控制的8 8交叉矩阵 输入线时隙数等于256 输出控制的8 8交叉矩阵请思考 1 输入控制的交叉矩阵如何实现 分配器 2 控制存储器如何实现 第48页 第四章数字交换网络 4 1数字交换原理 4 2T型时分接线器 4 3S型空分接线器 4 4数字交换网络 第49页 4 4数字交换网络 由若干级T接线器或S接线器可以组成大型的数字时分交换网络 不仅实现时分交换而且实现空分交换 称为 选组级 一 TST型三级数字交换网络TST网络两侧各为一个T接线器 中间一级是一个S接线器 S级接线器出入线数取决于两侧T接线器的数量 时隙数跟第一级T接线器出线的时隙数 或跟第三级T接线器入线的时隙数 一样多 1 读写方式的TST型交换网络输入级T接线器和S接线器采用输出控制 而输出级T接线器采用输入控制 在S接线器内部需要传输8位并行码 因而是8套S接线器并行工作 在S接线器上的时隙称为内部时隙 ITS InternalTimeSlot 第50页 2 写读方式的TST型交换网络 2 写读方式的TST型交换网络输入级T接线器采用输入控制 而S接线器和输出级T接线器采用输出控制 3 内部时隙的选择因为通话时是双向的 需要占用来去两个内部时隙 内部时隙的选择可以有两种方法 1 奇偶法 若主叫到被叫选ITS2n 则被叫到主叫选ITS2n 1 例如当主叫的去话内部时隙选ITS2时 被叫的去话内部时隙应选ITS3 2 反相法 若主叫到被叫方向选ITSn 则被叫到主叫方向选ITSn F 2 其中F是一帧的时隙数 第51页 例题 例 主叫用户a的话音从0号输入 输出线的TS3时隙收发 被叫用户b的话音从127号输入 输出线的TS31时隙收发 设从主叫到被叫的内部时隙选ITS2 用反相法选另外一个内部时隙 要实现ab用户话音互通 传输过程见下图 第52页 读写式TST型三级数字交换网络示意图 第53页 写读式TST型三级数字交换网络示意图 第54页 4 TST交换网络的分析 4 TST交换网络的分析 1 输入级T接线器和输出级T接线器的控制存储器合用输入级T接线器和输出级T接线器的控制方式一般是不同的 这样有利于控制存储器合用 当去话和来话两个方向的内部时隙的选取有一定规律时 即采用奇偶法或反相法 就可实现用一个存储器控制输出和输入级的控制 可以看到写读方式下 当采用反相法时 CMA和CMB相同地址单元里放的话音存储器地址差半帧 意味着两个地址只是最高位A7相反 同理当采用奇偶法时 CMA和CMB相同地址单元里放的话音存储器地址最低位A0相反 以下是采用反相法时在写读方式下的存储器合用示意图 第55页 写读方式下输入 输出T接线器的控制存储器合用示意图 第56页 2 网络的内部阻塞问题 选学 2 网络的内部阻塞问题 阻塞 是指当输入级和输出级都有空闲话路 但因为网络内部链路不通 没有空闲话路 而造成输入和输出话路无法连接 以致使呼叫损失的情况 又称为 内部阻塞 阻塞的发生为了说明问题 我们用一个3 3的TST网络示范 输入和输出级的T接线器的时隙数都是3 S接线器各有3条出 入线 交换过程见下页 可见阻塞主要发生在S接线器出入线上 这主要是因为内部时隙不够用引起的 一条通路的建立 必须是S接线器出入线上都有相同编号的空闲内部时隙才行 第57页 阻塞发生示意图 a和b通话 c和d通话 e和f通话 m和n通话 第58页 B 降低阻塞概率的方法及无阻塞网络 B 降低阻塞概率的方法及无阻塞网络阻塞率主要受话务量Y1和内部链路数N的影响 内部链路数越多则阻塞率越低 话务量越大则阻塞率越高 一般交换网络流进的话务量是由用户决定的 设计者是无法控制的 所以减小阻塞的方法主要是增加网络内部的链路数 采用初级扩散型T接线器 N1 N 次级集中型T接线器 N N2 的交换网络就能达到这一目的 对于TST网络来说 增加网络内部的链路数就是要增加中间级S接线器的内部时隙数目N 当N增加到一定大小时 不管处于何种状态下网络都不会产生阻塞了 这种网络称作严格无阻塞网络 无阻塞的条件是内部时隙数目N必须满足满足 N N1 1 N2 1 1 N1 N2 1 N1是初级扩散型T接线器入时隙数 N2是次级集中型T接线器出时隙数 当N1 N2时 近似取N 2N1 另外还可以看到 对于N N1 N2的网络 只要合理的重排已有连接 也可以达到无阻塞 这种网络称作可重排无阻塞网络 第59页 二 STS型三级时分交换网络 自学 STS网络两侧各为一个S接线器 中间一级是一个T接线器 T级接线器的数量取决于两侧S接线器的入线或出线数 网络能交换的时隙数取决于T接线器的时隙数 从图中可以看出 由于S入级采用输出控制方式 S出级采用输入控制方式 因而两个S接线器的控制存储器的内容完全一样 所以可以将两个S接线器的控制存储器合并 STS网络也是有阻塞的 在相同条件下 因为内部链路数比较少 STS网络的阻塞率要比TST网络的阻塞率高得多 所以在阻塞率这方面 TST网络比STS网络优越 第60页 STS型三级时分交换网络示意图 第61页 三 TT型二级数字交换网络 自学 T T型二级数字交换网络是由输入级T接线器和输出级T接线器组成的 输入T接线器采用输出控制 输出T接线器采用输入控制 例 假定HW0上的TS1中的话音a要交换到HW63的TS31中去 中间时隙选空闲的ITS3 HW63的TS31中的话音b要交换到HW0的TS1中去 中间时隙选空闲的ITS4 交换过程见下图 因为从输入级的每一个T接线器到输出级的每一个T接线器都只有一根复用线 共32个时隙 相连 然而输入级和输出级的每个T接线器都共有256个时隙 所以这种交换网络是有阻塞的 跟三级网络相比 阻塞还是比较大的 第62页 TT型二级数字交换网络 第63页 四 TTT型三级级数字交换网络 自学 T T T型三级级数字交换网络由输入TA级 中间TC级和输出TB级三级T接线器组成的 是对T T型二级数字交换网络的改进 网络的链路选择时分灵活 阻塞率很低 可以近似为无阻塞网络 例 假定HW0上的TS1中的话音a要交换到HW127的TS31中去 中间时隙选空闲的ITS5和ZTS7 HW127的TS31中的话音b要交换到HW0的TS1中去 中间时隙选空闲的ITS4和ZTS6 交换过程见下图 从图中可以看出 每一输入级和输出级的T接线器都有256个输入时隙和输出时隙 即N1 N2 256 每一级T接线器都与下一级T接线器有一根复用线 共16时隙 相连 这样从输入级到输出级就有16条线路可以选择 即N 16 16 256时隙 这样阻塞的可能性就比较低了 注意串并转换前后总时隙号 A7A6A5A4A3A2A1A0 和各输入线上时隙号的关系如下 A3 A0 对应输入母线号 A7 A4 对应母线上的时隙号 第64页 TTT型三级级数字交换网络 第65页 中兴交换机4K单模块结构 第66页 中兴交换机4K单模块结构 1 交换模块SM4特点 结构紧凑 功耗低 占用机房面积少应用场合 中小容量交换局作为远端模块使用 可以带RLM两种配置 单机架配置 2 400L用户 600DT双机架配置 5 280L用户 600DT 第67页 6 5 BCTN 4 3 2 1 POWB SMEM MP COMM COMM TNET PEPD P MON COMM TNET ASIG ASIG ASIG DTI DTI DTI DTI POWB DTI MP COMM COMM COMM 4K模块控制机架结构 主控单元 交换网单元和同步时钟单元 模拟信令单元 数字中继单元 用户单元 用户单元 用户单元 BSLC BSLC BSLC BSLC BSLC 第68页 6 5 BSLC BSLC 4 BSLC 3 2 1 BSLC BSLC BSLC 4K模块用户机架结构 用户单元 用户单元 用户单元 第69页 中兴交换机结构 4K 4K 第70页 用户单元结构 SLC 用户线电路板 简称 用户板 包括 模拟用户板ASLC 和 数字用户板DSLC 每块模拟用户板ASLC可以提供24套 模拟用户电路 每块数字用户板DSLC可以提供12套 数字用户电路 MTT 多任务测试板 SP 用户单元处理器 SPI 用户单元处理器接口板 第71页 用户级用户集线器 每个用户单元最多可以接40块用户电路板 共24 40 960线用户 每个用户单元通过两条8Mb s的HW线连接到 数字交换单元 数字交换网络