第2章 交换单元与交换网络(2.1-2)

第2章交换单元与交换网络 2 1引言2 2交换单元2 3交换网络 交换的基本功能 在任意的入线和出线之间建立连接 或者说 将入线上的信息分发到出线上去 交换系统的核心 交换网络 交换网络的基本单元 交换单元 不同的信号有不同的交换方式 如下图所示 2 1引言 1 同步时分复用信号 时分复用 采用时间分割方法 将一条高速数字信道分成若干低速数字信道 每个低速信道称为一个子信道 同步时分复用 将时间划分为基本时间单位 帧 在电路交换中 一秒分为8000帧 每帧分成若干时隙 并按固定顺序编号 所有编号相同的时隙称为一个子信道 速率恒定 在电路交换中 相同编号的时隙组成一个子信道 传送一路话音 速率为64kb s 知道时隙编号就是话路编号 也称为位置化信道 在PDH 准同步数字系列体系 的E体系第一级 每帧分成32个时隙 速率 E1 2 048Mb s 将传送信息分组 然后在每个分组前加上路由标记 标明要去哪个输出端 凡标志码相同的码属于同一次接续 它们所占的信道容量看作一个子信道 称为标志化信道 统计复用信号使用的分组长度可以不等 每个子信道的速率不固定 不能采用硬件交换单元 而ATM交换的分组长度相等 可以使用硬件交换单元 2 统计时分复用信号 同步时分复用 统计时分复用 2 2交换单元 0 1 1 M 1 0 控制端 状态端 N 1 入线 出线 1 交换单元 2 2 1交换单元及数学描述 M N交换单元 当信号为同步时分复用信号 信号中只携带用户信息 没有指定出线地址 交换单元怎样确定出线 交换单元能否用软件实现 交换单元能否用硬件实现 当信号为统计时分复用信号时 信号中不仅携带有用户信息 而且带有出线地址 根据出线地址在交换单元内部建立通道 交换单元能否用软件实现 交换单元能否用硬件实现 信号到达转换单元时出现的两种情况 0 2 1 0 3 1 2 3 0 2 1 0 3 1 2 3 出线 入线 出线 入线 统计复用信号的交换 同步时分复用信号的交换 2 3 0 0 1 2 2 3 2 1 0 0 交换单元按使用需要的不同分为 1 集中型 M N 2 分配型 M N 3 扩散型 M N 入线 入线 出线 出线 入线 出线 0 M 1 0 0 0 0 0 M 1 M 1 N 1 N 1 N 1 交换单元按信息流向分 1 有向交换单元 2 无向交换单元 入线 入线 出线 出线 出线 入线 0 M 1 0 0 0 0 N 1 M 1 N 1 N 1 M N有向交换单元 N无向交换单元 2 连接与连接函数入线集合 T 0 1 2 M 1 出线集合 R 0 1 2 N 1 定义 t T 即t是T的一个元r Rt RtR则集合C t Rt 为一个连接 一个交换单元的连接及连接集合是动态的 不同时刻可能不同 无论是入线还是出线 均有两种状态 占用 空闲 每个交换单元都可用一组连接来表示其连接关系 一个连接函数对应一个连接 也就是入线编号与出线编号的一一对应关系 设入线编号x 0 x M 1设出线编号f x 0 f x N 1连接函数有多种形式 1 函数表示 2 排列表示 3 图形表示 常见的连接函数表示形式 1 函数表示均匀洗牌函数 xn 1xn 2 x1x0 xn 2xn 3 x1x0 xn 1例 N 8 x2x1x0 x1x0 x2则 000 000 001 010 010 100 111 111 2 排列表示t0 t1 tn 1r0 r1 rn 1其中 ti为入线编号 ri为出线编号例N 8的均匀洗牌函数可表示为0 1 2 3 4 5 6 70 2 4 6 1 3 5 7 3 图形表示 0 2 1 3 4 6 5 7 0 2 1 3 4 6 5 7 N 8的均匀洗牌连接 常用连接函数 1 直线连接 2 交叉连接 3 间隔交叉连接 4 均匀洗牌连接 5 蝶式连接 P21 待补充 3 交换单元的性能 1 容量交换单元所有入线可以同时送入的信息总量 2 接口交换单元规定自己的信号接口标准 3 功能点到点 同发 广播 4 质量信号经过交换单元的损伤越小 交换质量越好 2 2 2开关阵列 1 空分阵列1 一般结构空分阵列由一组入线 一组出线以及连接入线和出线的开关 交叉点 组成 因此也叫开关阵列 在交换单元内部 要建立任意入线和任意出线之间的连接 只需通过控制开关的闭合就可实现 因此控制简单 容易实现 空分阵列 2 主要特点 1 开关阵列的交叉点数是交换单元的入线数和出线数的乘积 2 当某条入线和与其连接的所有出线间的一行开关部分或全部处于接通状态时 开关阵列很容易实现多播和广播功能 3 开关是唯一的部件 4 开关阵列具有控制端和状态端 2 空分接线器空分接线器属于空分阵列交换单元 入线编号 时隙编号 控制存储器按入线配置的空分接线器 1 空分接线器组成与原理空分接线器 SpaceSwitch 简称S接线器 由交叉点矩阵和控制存储器CM组成 N N的电子交叉点矩阵有N条输入复用线和N条输出复用线 每条复用线上有若干个时隙 每条输入复用线可以选择到N条输出复用线中的任一条 但这种选择是建立在一定的时隙基础上的 控制存储器按出线配置的空分接线器 S接线器实现了信息在 交换 但不进行 交换 以 方式工作 开关阵列中的开关按时隙间隔高速闭合与断开 需电子开关 输出控制方式能还能实现 和 功能 而输入控制方式还应注意重接或出线冲突 同一时间的空间 时隙 时分 同发和广播 若在一条复用线上实现时隙交换 用开关阵列能否做到 需要什么器件 1 共享存储器型交换单元1 一般结构共享存储器型交换单元的一般结构如图所示 它的核心部件是存储器 它被分成N个区域 N个数字信号分别存入N个不同区域 再分别读出 以实现交换 共享存储器型交换单元的一般结构 2 2 3时分复用交换单元 共享存储器型交换单元既可用于同步交换也可用于存储转发交换 但它们的具体实现有所不同 2 工作方式 1 入线缓冲 N个数字输入信号按顺序存入N个不同区域 再分别CM读出 2 出线缓冲 N个数字输出信号按顺序分别存入N个不同区域 再按出线顺序CM读出 时隙交换可用时间接线器实现 2 时间接线器 T接线器 时间接线器 TimeSwitch 简称T接线器 用来完成时隙交换功能 时分接线器属于共享存储器型交换单元 1 时间接线器的组成时间接线器采用缓冲存储 控制读出或写入的方式来进行时隙交换 主要由话音存储器 SpeechMemory SM 和控制存储器CM组成 T接线器的工作原理 a 输出控制 b 输入控制 2 时分接线器的交换原理有两种方式 输出控制 顺序写入 控制读出方式进行时隙交换的原理 输入控制 控制写入 顺序读出方式进行时隙交换的原理 下面以输出控制方式为例 讲述其交换原理 时隙计数器话音存储器SM 3 控制存储器CM 1 在交换前 先设置好CM 这里假定按出线配置 TS58 TS49 2 当入线TS49来临 存入49单元 3 当出线查询到TS58时 读49单元并输出 3 容量和时延复用线N个时隙 单路速率为V 双向数据线 总的输入速率为 数据总线宽度为Bbits 每次存取时间为t秒 存储器的读写速率为 2 N V B t增加容量的方法 快速存储器 减t 增加总线宽度 加B 改用单向数据总线 产生时延的原因 信号进行串并变换的时延 在存储器中的时延最小的时延 最大的时延 减少时延的方法 T接线器实现了信息在 交换 以 方式工作 3 总线型交换单元1 一般结构共享总线型交换单元包括入线控制部件 出线控制部件和总线三部分 交换单元的每条入 出 线经各自的入 出 线控制部件与总线相连 总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控制部件使用 分配到总线的输入部件将输入信号送到总线上 共享总线型交换单元的一般结构 2 主要特点入线控制部件的功能是接收入线信号 将信号的格式进行相应变换 然后放在缓冲存储器中 并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到总线上 出线控制部件的功能是检测总线上的信号 并把属于自己的信息读入一个缓冲存储器中 再将信号格式做相反变换 形成出线信号送出 总线包括多条数据线和控制线 数据线用于在入线控制部件和出线控制部件间传送信号 控制线用于控制各入线控制部件以获得时隙和发送信息 并控制出线控制部件读取属于自己的信息 总线时隙分配要按一定的规则 最简单也最常用的规则是 不管各入线控制部件是否有信息 只是按顺序把时隙分给各入线 比较复杂但效率较高的规则是 只在入线有信息时才分配给入线时隙 因此共享总线型交换单元既可以用于同步交换也可以用于存储转发交换 这取决于时隙分配原则 4 时空一体的数字交换单元DSE还有一种交换部件 可以实现时空交换功能 如S 1240交换机中使用的数字交换单元DSE DigitalSwitchingElement 它属于总线型交换单元 每个DSE由8个双交换端口组成 共有16个交换端口 每个交换端口接一条32路双向PCM链路 每路16bit 输入 输出串行速率为4 096Mb s DSE的结构框图 共39条时分复用总线连接16个单元 1 端口地址总线 条 2 信道地址总线 条 3 返回信道地址总线 条 4 数据总线 条 5 控制总线 5条 6 确认线 1条 7 时