程控交换机交换网设计.doc

河南理工大学电气工程与自动化学院毕业设计（说明）书摘 要小型数字程控交换机以其成本低、易改造、线路利用率高等优势，使其在综合业务数字网中有很大的开发潜力。在数字交换机中采用的是数字交换网络。交换网络是交换机实现用户间或端口间接续的关键部件。数字交换网络的主要特点是它能将从数字传输设备进来的数字信号直接进行交换，而不必像过去那样，需要进行数/模和模/数转换了。根据交换机制式与容量的不同,交换网络的结构形式也多种多样,基于交换网络的结构与工作方式的不同,通常将其分为空分接续网络时分接续网络与时分空分组合接续网络等形式。本文介绍了程控交换机交换网的研究背景和实用价值,着重介绍程控交换机所用交换网络的基本构成与原理。对交换网的系统进行了分析,对各模块进行了详细设计,最后组成了一个TST数字交换网络。关键词: T型接线器;S型接线器;控制存储器;串-并变换;并-串变换； 话音存储器Abstract Small digital program - controlled switches have great potential for development in the integrated services digital network with its low cost, easy adaptation and higher utilization It uses digital exchange network in digital exchange network in digital switches. Exchange network users are switching to achieve its key components or indirect cost. The main feature of a digital exchange network is it can the digital transmission equipment directly, the not need the different formats of switches and the capacity. Based on the difference of the networks structure and working ways, exchange networks are divided into air networks, hours and hours up networks - air mix up sub-networks form, and so on. This paper introduces the study background and application value of the distance controls to exchange machine,especially introduces the fundamental structure and principle of the exchange net which is used by the distance controls to exchange machine.It analyzes the systerm of the exchange net,designs every aspects in detail,at last,consists a TST digital exchange net.Keywords: T-type wiring devices ;Stype wiring devices; Control memory; Tandem - Parallel connection change; Parallel connection - Tandem change；Voice ROM;目 录 1 绪 论11.1 程控交换技术的发展11.2 基本概念21.2.1交换网络的基本概念21.2.2 PCM3032系统的帧结构71.2.3 时隙交换的基本概念81.2.4 数字交换原理101.3 程控交换机交换网的优越性121.3.1 服务方面的优越性121.3.2 安装建设方面的优越性121.4论文主要研究的内容132 交换网络的系统分析142.1 交换网络的内部阻塞142.2 交换系统的分析163 交换网络的总体设计203.1 T-S-T数字交换网络的设计203.2 双向通路的建立254 交换网络硬件系统的设计304.1 时间T接线器的总体设计和工作原理304.2 空间S接线器的总体设计和工作原理334.3 复用和分路、“串并 ”和“并串”变换364.3.1时钟和定时脉冲384.3.2“串并”变换电路394.3.3 “并串”变换电路424.4 T接线器、S接线器实现电路的设计424.4.1 T接线器的组成和工作原理424.2.2接线器的组成和工作原理465 结论48致 谢49参考文献50521 绪 论1.1 程控交换技术的发展程控交换技术的发展非常迅速。在50年代，人们就开始探索用电子元件代替电磁元件。在交换机的控制系统，实现了程控代替布控方式，但在话路部分，特别是在交换网络上，用电子元件代替金属接点遇到了很大困难。这一时期的交换网络仍以空分为主，时分脉冲幅度调制式交换机的传输指标差，因此许多精力都花在使空分的交换网络的体积缩小和提高接点的接续速度上。笛簧继电器和剩簧继电器的体积和动作速度已接近电子元件，故常采用笛簧等元件进行空分接续，在控制设备中采用了电子计算机，这种空分模拟准电子式交换机在70年代进入了全盛时期。70年代初，人们把PCM传输方式引入了交换机，使交换网络发生了一次大的变革，由空分变成了时分，由电磁元件变为全电子的记忆元件和器件，从而出现了程控数字交换机。法国第一个将E10型数字电话交换机投入生产，促进了数字电话交换的发展。随着计算机技术的迅速发展，集成电路的集成度不断提高和价格大幅度的下降，使数字程控电话交换机的成本大大降低，各国都竞相发展程控数字电话交换机。仅仅十几年的时间，程控数字电话交换机就更新了三代：第一代的程控数字交换机是采用集中控制方式，由一台大型计算机进行控制。在选组级采用时分数字交换，用户级则采用空分，集中后再进行模/数变换，变成PCM信号送至选组级。这种大型计算机的价格很贵，可靠性差，于是很快就被分级处理控制方式所代替。第二代的程控数字交换机是采用分级处理方式，它是将一些简单重复而实际性强的操作，由区域处理机（或称用户处理机）处理，减轻中央处理机的负担，中央处理机只担负一些复杂的交换控制和管理功能。这样，中央处理机可以采用小型计算机，甚至微处理机，故成本可大大降低，发生故障影响的面也小，提高了可靠性。而用户电路一出来就是数字信号，产生了全时分数字程控电话机。在大型交换机中有的采用三级处理或多级处理。随着微处理机的发展和成本的降低，控制方式又进一步发展成“全分散”程控方式。第三代的程控数字交换机取消了中央处理机，所有的控制作用，都是由小型的处理机独立工作，充分地利用了微电子技术，方便地引入了新元件和新技术，发生故障时，影响面较小；缺点是处理机分散，处理机间的通信增加，影响了处理能力。但由于全分散控制具有很多优点，所以它是一种面向未来的控制方式。目前，各个厂家生产的交换机逐年翻新，软件和硬件均采用模块化结构，提高了灵活性和控制系统的分散程度，逐步走向全分散方式，广泛地采用大规模集成电路，微处理机也纷纷采用32位机。随着数据通信的发展需要，各种交换机都在增加数据接口和ISDN接口，以适应分组交换及ISDN的发展需要。由于话音数字化编码压缩技术的发展，话音插空技术的完善以及交换速率的不断提高，到90年代后期逐步实现话音实时分组交换功能，与数据及信令分组交换技术结合，组成新型的综合业务程控数字交换机。为了适应通信的进一步发展，人们对信息的交换量会急剧增加，除了要进行语音、数据、传真交换外，对图象、清晰度电视等宽带信息的交换也日益迫切，因此宽带交换系统正加紧研究试制。1.2 基本概念1.2.1交换网络的基本概念交换网络是交换机实现用户间或端口间接续的关键部件，根据交换机制式与容量的不同，交换网络的结构形式也多种多样，本节着重介绍程控交换机所用交换网络的基本构成与原理。基于交换网络结构与工作方式的不同，通常将其分为空分接续网络(或称空间接线器、S接线器)、时分接续网络(或称时间接线器、T接线器)与时分空分组合接续网络等形式。考虑到交换网络对交换机总体性能与体积、成本诸方面的影响，目前小容量的程控模拟交换机均采用空分接续网络，小容量的程控数字交换机采用时分接续网络，而中、大容量的程控数字交换机几乎全部采用时分或时分空分组合的接续网络。随着微电子技术的发展，目前的空分或时分接续网络均已集成为具有较强功能的通用或专用电路组件。在程控交换机中，目前广泛采用交叉点开关阵列集成电路作为空分接续网络，以取代老式的纵横制机电接线器。这种开关阵列电路主要由交叉点电子开关与控制存储器(或锁存器)、译码器组成。在控制信号作用下，由译码输出SO的状态选择与确定相应交叉开关导通，以实现与该接点相连的输入、输出线的接续。由于这种接续网络主要用于模拟信息的交换，因此，通常又称为模拟交换网络。目前这类电路的产品很多，但其内部构成与工作原理基本相同。时分接续网络是利用控制存储器存取的原理进行PCM各话路时隙间数字信息的交换，因此，通常又将其称为数字交换网络或时隙交换器(TSJ，time slot interchanger)。 时分接续网络主要由话音存储器与控制存储器两部分组成。它首先将输入的PCM复用码流以时隙(8bit)为单位按顺序写入话音存储器，然后根据呼叫的要求，将来自微处理器的接续命令存入控制存储器，这样，控制存储器按要求的顺序从话音存储器中读出有关时隙信息，并构成输出复用码流。这种控制方式一般称为“顺序写入、控制读出”或“顺序写入、随机读出”，简称为“输出控制”方式。当然，若改为“控制写入、顺序读出”或“输入控制”方式，也可实现同样的时隙交换功能。由于输入、输出复用码流与各实际用户有固定的时隙关系，因而通过上述的时隙信息转移的过程，可以完成呼叫用户间话音信息的交换。交换网络一般具有三种基本类型，即集中(收敛)型、分配型、扩展(散)型。1、集中型集中型网络的特点是入线数M大于出线数N，MN称为集中系数。其基本功能是进行话务集中，即当入线数量较大，而每条入线上话务量很小时，将话务量集中到少量的出线上。在数字交换网络中，这里所说的入线与出线数量是指链路(时隙)数量。由于出线少于入线数量，因此忙时可能产生呼损。集中型网络常被用于用户级交换。2、分配型分配型网络的特点是入线与出线数量大致相等，其基本功能是进行交换，它一般位于集中级与扩展级之间，入线接至集中级出线，出线接至扩展级入线。中继线一般直接连到分配型网络。 分配型网络一般用于选组级交换，它可以是有阻塞或无阻塞网络。3、扩展型扩展型网络的特点是入线数小于出线数，其功能正好与集中型网络的功能相反，即将数量少但较繁忙的链路上的话务量分散到数量较多的输出链路上。 扩展型网络用于对用户的呼入，它是集中型网络的反运用。三种基本形网络的连接运用关系一般如图1-1所示。 入中继出中继用户用户扩展型集中型分配型图1-1 三种基本型网络的连接运用关系数字交换网络的组成形式有很多种，下面仅对常见的几种基本类型予以介绍。1、单级T型数字交换网络 单级T型数字交换网络由复用器(MPX)、T型接线器和分路器(DMPX)组成，受目前器件工作速度的影响，单个T型接线器可完成的时隙交换数量最多为l024个(相当于32条具有32个时隙的一次群PCM时分线)。单级T型交换网络是最经济的数字交换网络，分配型的单级T型数字交换网络被广泛应用于小容量的程控数字用户交换机，这种网络一般是无阻塞的。此外，集中与扩展型的单级数字交换网络也广泛用于程控数字交换机的用户级。由于前述的单级T型数字交换网络最多只能完成1024个时隙的交换，故属于小容量的数字交换网络。在有些交换机中，为了扩大交换网络的容量，采用了扩充型的单级T型数字交换网络。 在扩充型的单级T型网络中，有nn(n列、n行)个话音存储器和n个控制存储器，每列的n个话音存储器入端复接后连接一条入线，每行的M个话音存储器出端复接后连接一条出线，各话音存储器采用顺序写入、控制读出工作方式，每行话音存储器受一个控制存储器控制。每条入线上的信息在时钟信号控制下以顺序写入方式写入对应列的各话音存储器中，又在n个控制存储器的控制下可任意读出到任何一条出线，且可在任意时隙输出。 显而易见的是，单级T型交换网络的扩容是以增加话音存储器的数量为代价的，当容量扩大n倍时需要n2个话音存储器。当n增大时，存储器数量迅速增长，显然不太经济，但随着微电子技术的进步，存储器芯片的价格大幅降低，这点不足之处变得越来越微不足道，且单级T型交换网络具有控制简单、无内部阻塞、交换时延小等突出优点，故扩充的单级T型数字交换网络近年来在交换机中得到了广泛应用。例如CC08、HJD04等交换机就采用了这种结构形式的交换网络。对于一些容量较小或话务量较小的交换机，当采用扩充的单级T型交换网络时，为减少话音存储器数量也可以采用部分利用度交换网络。所谓部分利用度是指一部分入线(时隙)在对出线选择时，只能到达部分出线，而全利用度是指入线对出线选择时能到达全部出线，即利用度是指入线对出线的选择范围。2、单侧折叠式网络单侧折叠式网络的特点是网络的全部入线与出线均位于同一侧，网络的任何一个端子具有唯一的地址，这样，在通路选择时可将出、入线端子的地址号码进行比较，以选择最短的接续路径(最少的网络级数)。接续通路的反射点可处于数字交换网络的任一级，即接续通路不一定非要经过交换网络的所有各级才能建立，网络可由多级构成。3、TSnT型交换网络为了满足中、大容型程控数字交换机的需要，通常将空分与时分接续网络组合成不同性能的交换网络结构，时空(TS)、空时(ST)、时空时(TST) 及空时空(STS)等形式，如图1-2所示。12n1TTT S2n1 2 n（a）时空接续网络 STTT12n（b）空时接续网络 STTTTTT12n12n S STTT1 2 n1 2 n（c）时空时接续网络（d）空时空接续网络 图1-2 交换网络结构S接线器是在时隙的控制下使某条输入线在某个指定的时隙期间与某条输出线相连接。显然，被连接的输入线和输出线都是在同一时隙中传送信息，因此，S接线器不具备时隙交换功能，不能单独地构成一个数字交换网络。而对于T接线器，其基本功能就是进行时隙交换，只要配上复用器和分用器，它就可以单独构成一个数字交换网络。单片单T网络不仅是一个全利用度、无阻塞的时分交换网络。而且控制简便，只要由微处理机送入话音存储器的读出地址，整个交换接续过程就全部由单T芯片完成，而无须微处理机的干预。这些都是受使用者青睐的优点，也是单片单T网络芯片得到广泛应用的原因。然而，单片单T网络的容量是受限的，它主要受三方面限制：一是受限于话音信号的延迟；二是受限于实际制造能力；三是受限于控制存储器的字长。1.2.2 PCM3032系统的帧结构程控数字交换机是以PCM技术为基础研制成功的，故本节先对常见的PCM3032的帧结构予以简介，以便讨论时隙交换的基本概念。ITUT建议采用的一次群PCM系统有两种，一是PCM3032系统，二是PCM24系统。我国和世界上多数国家都采用PCM3032系统。在PCM3032系统中，话音信号的取样频率为8000Hz，取样周期为125微秒，把125微秒分为32个时隙，每时隙为3.91微秒。每时隙传送8位二进制数字(8bit)，在一个取样周期内每时隙的信号轮流传送一次，共有8bit32=256bit，组成一帧。由于同步及传送各话路标志信号的需要，32个时隙中只有30个可用于话路信号(话音或非话数字信号)的传送，时隙115依次传送第115号话路信号，时隙1731依次传送第1630号话路信号，时隙0用于传送帧同步及帧失步对告信号，时隙16用于传送复帧同步反复帧失步对告信号与各话路的标志信号。因标志信号需要传送的频率较低，每秒钟传送500次就足够了，相当于2ms传送一次，2ms称为一个复帧周期，它包括16帧。在每个复帧周期内，各话路的标志信号轮流传送一次。除0帧(F0)的时隙16传送复帧同步码组和复帧失步话音信号外，115帧(F1F15)的时隙16用来传送30个话路的标志信号。F1的时隙16前4位码传送第1号话路的标志信号，F2的时隙16前4位码传送第2号话路的标志信号，后4位码传送第17号话路的标志信号；以次类推，F15的时隙16前4位码传送第15号话路的标志信号，后4位码传送第30号话路的标志信号：PCM30/32系统每个话路(时隙)的码率为8bit800064kbits，整个系统的码率为8bit3280002048kbit/s。1.2.3 时隙交换的基本概念由PCM的基本概念可知，每个话路占用不同的时隙，因此，在一个PCM系统中，要实现话路信号的交换，实质上就是对话路信号进行时隙的交换。一个PCM系统内时隙的交换如图1-3所示。TS3 TS1TS3 TS1输出输入第三路第一路TS3 TS1TS1 TS3复用分路分路发分路发分路发分路发群发送群接收数字交换网络（a）（b）图1-3时隙交换的基本概念（a）时隙交换的概念（b）一个PCM系统时隙交换的示意图图(a)表示时隙交换的基本概念，输入时隙TS1和TS3传送的信号通过数字交换网络后，输出时互换了位置。图(b)表示一个一次群PCM系统与数字交换网络的连接及时隙交换，第1话路的信号对应输入时隙为TS1，通过数字交换网络后改在输出时隙TS3输出，送往第3话路。第3话路的信号对应输入时隙为TS3，通过数字交换网络后，改在输出时隙TS1输出，送往第1话路。从而实现了第1话路与第3话路的信号交换，即第1时隙与第3时隙信号的交换。1.2.4 数字交换原理当话音信号变成数字信号后，每个用户的话音信息就在PCM复用线上占据一个固定的时隙，在这个固定时隙上，周期地传递着该用户的话音信息。例如，A用户占据的是TS1时隙，则A用户的话音信息就将每隔125s在TS1时隙内以数字信号的方式向交换网络传递一次。由交换网络传递给A用户的话音信息也将每隔125s时间在TS1时隙内送给A用户。所以TS1时隙就是固定给A使用的话路，无论是发话还是受话，均使用这个TS1时隙的时间。当然发话回路和受话回路是分开的，但传递A用户的话音信息的时间和A用户接收来话的话音信息的时间是在同一个时隙时间之内。30个用户就分别固定占用30个时隙。如A用户占用TS1，B用户占用TS2，C用户占用TS3，N用户占用TSN。当两个用户要互相通话时，若用导线和接点将两个用户信道直接相连，显然是不行的，它们的信道是时分的，各自占用不同的时间，所以，在时分通路里，每个时隙就是一个信道。若A用户的话音信道占用TS1时隙，B用户的话音信道占用TS2时隙，TS1时隙和TS2时隙是互相错开的。这两个用户想要交换信息则只能采用暂存的办法，即A用户的话音在TS1时隙传送来时，先将其存放在一个称为话音存储器的某个单元里，假设是1#单元，等到TS2时隙时，再从1#单元将A用户的话音信息取出来，送给B用户。而B用户的话音信息是在TS2时隙时发出，送到话音存储器暂存在2#单元里，等到TS1时隙时再从2#单元将其取出，送给A用户。这样就实现了时隙交换，这一过程示于图1-4中。BAN0123TS2 TS1TS2 TS1TS2TS2TS1TS1abbabaab图1-4 时隙交换原理A用户的话音编码信息a在TS1时隙时，通过A用户的发送回路送至交换网络的话音存储器中的1#单元暂存，在TS2时隙时将话音信息a从1#单元取出，经交换网络的输出线送至B用户接收回路送给B用户，B用户的话音编码信息b在TS2时隙时，通过B用户的发送回路送至交换网络的话音存储器中的2#单元暂存，在TS2时隙时，通过B用户的发送回路送至交换网络的话音存储器中的2#单元暂存，在TS1时隙时将话音信息b从2#单元中取出，经交换网络的输出线送至A用户的接收回路送给A用户。这种信息交换方式只能交换数字信息，所以该交换网络称为数字交换网络，进行数字交换，而数字交换的实质就是时隙交换。因此可以看出在数字交换网络中，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和一个控制话音存储器的存储和取出的控制设备，这个控制设备就是控制存储器。综上所述，时隙交换的实质就是将一个话音信息由某个时隙搬移至另一个时隙。时隙交换是采用时间接线器来完成的，但时间接线器的容量不大，目前所能生产的最大容量也只有2048个单元，若组成一个电话交换局显然是不够的，还必须进行空间交换，以扩大其容量。这里讲的空间交换仍是时分制的数字交换，信息编码仍是在某个时隙内传输，仅仅是有由这一条复用线上交换到另一复用线上，时隙不变。所以，组成一个数字交换网络不仅需要时隙交换，而且还要进行空间交换。1.3 程控交换机交换网的优越性1.3.1 服务方面的优越性交换网服务方面的优越性包含很多个方面，在这里只介绍几种，如下：1、接续速度快程控交换机的交换网络由大规模集成电路组成，可以与控制设备很好地配合，故接续快，这一优点在长途呼叫时非常需要，可以大大节省用户呼叫后等待时间。2、接通率高程控数字交换机的交换网络可以做成无阻塞或阻塞率很小的交换网络，具有容量大、链路多、组群方式灵活的特点，可以适应话务的较大波动，因而呼叫接通率高。3、通话质量高数字交换与数字传输的结合，免除了交换与传输设备之间的信号交换，有助于降低串杂音，减少失真等，提高了通话质量。4、业务范围广程控交换机除可提供话音业务外，还可提供数据、传真等非话音业务。5、提供多种新的用户服务功能由于采用了存储程序控制，程控数字交换机可提供缩位拨号、热线、自动叫醒等多种新的用户服务功能。1.3.2 安装建设方面的优越性 交换网安装方面的优越性大概有如下几个方面：1、容量范围宽程控数字交换机由于采用模块化结构，故具有易扩充的特点。一般程控交换机的容量范围很宽，可在数百线至数万线或数十万范围内供选择。2、体积小、重量轻程控数字交换机因采用了大规模集成电路而体积很小、重量轻，大大节省了机房占用面积，降低了机房对基建的要求。3、组建方便由于采用模块化结构，所以程控数字交换机安装极为方便，通常设备在出厂前进行过预装配和运行测试，故在现场的安装非常方便。1.4论文主要研究的内容本文针对程控交换机交换网系统的设计、选型及应用中涉及的问题进行分析与设计。比较深入的了解了数字交换网络及其基本概念和两种基本的数字接线器,研究了T接线器和S接线器的实现电路,理论上分析了时分交换系统和空分交换系统.最后给出了T-S-T交换系统的网络结构和工作原理,并且讨论了关于T-S-T网络的几个关键问题.2 交换网络的系统分析2.1 交换网络的内部阻塞对于TST网络来说，阻塞主要是由S接线器引起的，因为T接线器的入线和出线数量相等，故无阻塞。而S接线器的情况却不同，假如在一条出线上有16条入线与之相连，出线上只有256个时隙，而入线的每条线上都有256个时隙，因此，16个入线的某时隙有可能占用出线上的时隙，这就会造成阻塞。网络的阻塞示意图如图2-1所示。5424TB15ITS24TS54TB1TB0不空24空88TS19ITS24ITS8TS2TA15TA1TA015出1出0出15入1入0入CMS0 CMS1 CMS15bbaabbaab图2-1 TST网络阻塞示意图T接线器有16个输入级TA和16个输入级TB，每个T接线器有256个存储单元，控制存储器也有256个存储单元。S接线器是1616，它有16条入线时隙ITS8，所以在S接线器的控制存储器（简称控存）CMS15的8#单元被占用，其两侧的T接线器TA0和制存储器CMS1及其两侧的TA15和TB1的控制存储器的24#单元被占用。TB15的控制存储器中的8#单元也同时被占用，另一条路由是由TA15至TB1，这条路由选的内部时隙ITS24，所以S接线器的控制CMS1及其两侧的TA15和TB1的控制存储器的24#单元被占用。若TA1中有一用户要想向TB15中的某一用户呼叫。此时TA1的用户想用TS8作内部时隙，即TA1的用户想要用TS8作为内部时隙，即TA1控存的8#单元空，但由于TB15控制存储器中的8#单元已被占用，这个通路也不能建立。这种情况是左空右不空。若TA15中的某一用户向TB15中的某一用户呼叫，在TB15控存中，24#单元是空闲的。但TA15控存中24#单元已被占用，这个通路也不能建立，这种情况是右空左不空。总而言之，一条通路的建立，必须是S接线器控存及其两侧的T接线器的都有相同的地址空闲单元才能接通。如果在两侧找不到一对同号的空闲单元，则虽然出现空闲，通路仍不能建立，这就是出现了内部阻塞。这是以读写方式的TST网络发生阻塞的情况，对于写-读方式的TST网络，发生阻塞的情况是在S接线器控存和其两侧T接线器的话音存储器中找不到相同号的空闲单元，虽然出线空闲，通路也不能建立，这就出现了阻塞。假如令A级接线器入线数与出线数之比为n: m，C级接线器的入线数与出线数之比为m: n, 则无阻塞交换网络必须使m2n-1。当n相当大时,一般取m=2n例如当n=256时,可取m=512.因此,为得到无阻塞的TST交换网,只须使网络的内部时隙数为网络的输入(或输出)时隙数的两倍。这对于采用体积小,功耗小的大规模集成电路构成的数字交换网络来说是可行的.2.2 交换系统的分析 在程控数字交换机中，数字交换网络是整个系统的连接中心，它直接为各个外围接口电路提供交换所需要的接续通路，实现交换接续功能。 在交换网络内部，通路由交换网络的一个入端信道和一个出端信道相互链接而形成。对时分交换网络，信道由时隙构成，对空分交换网络，信道由实线构成。 根据交换网络入端信道数和出端信道数之比值，可以把交换网络分成集线器、扩展器和分配器。如果该比值大于1，则是集线器；小于1则是扩展器；如果该比值等于1，则称之为分配器。 如果交换网络的任意输入信道可以和任意输出信道相链接，则无论是集线器、扩展器还是分配器，这种网络都称之为全利用度交换网络，否则，就是非全利用度网络，或称之为有限利用度网络。 除了利用度外，通常容量和阻塞也是设计交换网络需要考虑的内容。 容量一般用交换网络的输入信道数和输出信道数来表示，例如，一个有256个输入信道和256个输出信道的交换网络，其容量可以表示为256256。 所谓阻塞，是指即使交换网络有空闲的输入信道和空闲的输出信道，也不能把它们链接起来构成用户间的通信通路。 利用度和阻塞是两个相近而又不同的概念。利用度是用来描述网络输出信道的可用数量，全利用度即表示所有的输出信道都可以被任意一个输入信道使用，也就是说，任意一个输入信道可以和所有的输出信道相链接；而阻塞是表示网络内部通路的可用性，即对于空闲的输入信道和空闲的输出信道，即使网络内部有空闲的通路，这些通路也不能用来将空闲的输入信道和空闲的输出信道链接起来。一个网络是否有阻塞由网络结构决定，而阻塞率的大小不仅和网络结构有关，还和话务量的大小及其分布有关。一般，单级网络无阻塞，某些多级网络，如TTT，TST，STS等，也可以实现无阻塞。 单级网络不会发生阻塞，但是，如果单级网络的输出信道数小于输入信道数且输出信道全被占用时，则从输入信道新进来的呼叫将会由于没有空闲的输出信道而丢失。这种由于没有空闲的输出信道而引起的呼叫丢失称之为呼损，而非交换网络的阻塞。在交换系统中，如果交换网络采用多级结构，则交换网络的位置分布随系统控制方式的不同而不同。对于集中控制方式，交换网络也是集中的，所有的外围接口电路都直接接到交换网络，在外围部分没有交换功能。对于分散控制方式，交换网络是分散布局，即各个模块中都具有一定的交换功能。例如，SOPHOis3070的交换网络是三级TTT结构，其中央有一级T交换网络，它是一个分配器，另外两级T交换网络则分布在外围模块之中，从外围棋块(PM)到交换模块(SM)的一级T是集线器。集线比为2：1，从交换模块到外围模块的一级T是扩展器，扩展比为1：2，如图2-2所示。 图2-2 TTT交换网络由于分机用户的话务量一般不大，仅在0.1Erl左右，在交换系统中多采用集线器和扩展器配对使用的方式，以提高交换网络的利用率。显然，分散结构有利于交换网络的扩容与修改。从实际应用的角度考虑，对交换网络有两点基本要求：一是要求交换网络扩容方便；一是要求交换网络安全可靠，一旦交换网络出现故障时尽可能减小对整个系统的影响。 我们知道，容量是设计交换系统的一个基本依据。一个交换系统通常以最大容量进行设计，而交换系统的最大容量主要由交换网络的容量和处理机的处理能力决定，这就是说，对一个定型的交换系统，不仅系统的最大容量是确定的，而且交换网络的最大容量也是确定的。然而，在实际应用中，对于大、中容量的交换系统，一般不可能在交换系统刚开局时就按其最大容量进行安装使用，通常都是在开局一段时间后再逐步进行扩容。因此，从经济的角度考虑，交换网络的容量应能根据实际需要进行配置，并能在系统扩容时方便地进行扩容。为此，交换网络一般都采用模块化结构，每个模块具有一个固定容量的交换接续能力，用户可根据所安装的系统容量来配置相应数量的交换网络模块。 另外，由于交换网络在系统中所处的重要位置，从系统的安全可靠性考虑，交换网络一般都按双重互用结构配置。所谓双重互用，即这两个交换网络都能独立地运行，而且，对每一个其它的模块而言，每个交换网络至少有一条链路与它们相连。通常，这两个交换网络都按正常状态同时使用，而当一个交换网络出现故障时，则该网络所承载的话务流量全部转移到互用的另一个网络上去。和主备配置方式相比，这种配置方式虽然在网络出现故障时相应的通路减少了一半，对话务处理有一定影响(可能会引起阻塞)，但它比主备配置方式要节约不少费用。 随着微电子技术的飞速发展，不同容量的单片、单T交换网络集成电路芯片已得到广泛应用。由于单T交换网络无阻塞、控制简便，因此，在现代分散控制的交换系统中，多数采用单T或两T以外的TTnT，TSnT网络结构，这是本文将要介绍的主要内容。本文主要是设计一个TST交换网络，一是因为TST网络能够构成大容量、全利用度、无阻塞的数字交换网络；二是相对于同等容量的TTT网络而言，TST网络的成本要低一些。3 交换网络的总体设计3.1 T-S-T数字交换网络的设计TST是最常见的数字交换网络，世界上最通用的程控数字交换机中有很多种采用了TST三级数字交换网络。TST数字交换网络由输入T级TI 级、S级和输出T级To串联(链接)组成，根据T型接线器工作方式的不同，可设计两种形式的TST网络。第一种是输入T级采用顺序写入、控制读出，输出T级采用控制写入、顺序读出工作方式；第二种是输入T级采用控制写入、顺序读出，输出T级采用顺序写入，控制读出工作方式。而S级即可采用按入线配置控制存储器，又可采用按出线配置控制存储器工作方式。第一种TST交换网络的基本结构如图3-1所示，输入T级和输出T级都有16个T型接线器，每个T型接线器能够完成8个一次群PCM共256个时隙的交换，S级的交叉点矩阵为1616，信号在整个交换网络内部都是以并行码形式传送与交换，故实际的交叉点矩阵为81616，由图中可见，整个交换网络可完成816128条一次群PCM信号的交换。为了简化电路，图3-l中未画出输入端和输出端的复用器与分路器，并假定每条输入线与输出线的复用度均为256(328时隙)。设0号复用线中TS16的信号“a”欲和15号复用线中TS40的信号“b”进行交换，以此为例来分析第一种TST交换网络的工作原理。控制写入 顺序读出顺序写入 控制读出WSM0CM0RCM0SM00TS1613616(32X8)TS168160TO0TI0输入输出TS136TS8TS136TS8TO15TI1515408136813640RTS40TS4015WSM15CM15CM0CM15CM15SM15ab1616bababa0b404015aba图3-1 TST交换网络的基本结构由所给条件可知，需要交换的两个信号既不在同一条复用线中，也不在同一时隙。因为T型接线器只能完成一条时分复用线不同时隙信号的交换(此处一条复用线有256个时隙)，而S型接线器只能完成16条时分复用线之间的空间交换，所以，T型接线器和S型接线器的组合可起到互补作用，即可以完成任意两条时分复用线上任意时隙之间的信号交换。为了完成信号“a”的交换，S型接线器应完成0号入线和15号出线之间的接续，究竟在256个时隙中哪一个时隙接通，取决于呼叫处理系统进行链路(时隙)选择的结果。为了说明方便起见，把信息从TI输入和从TO输出的时隙称为外部时隙，把信息从TI输出和向TO输入的时隙称为内部时隙。外部时隙一般是代表主被叫端的指定时隙，而内部时隙则是由处理机进行链路选样时任意选定的。现假定选择了时隙8，即在内部时隙TS8将S型接线器交叉矩阵0号入线和15号出线间的接点接通。显然，TI0应将信号“a”从时隙16交换到内部时隙8，T015应将信号“a”从内部时隙8交换到时隙40。CM15控制，将其写入到对应的SM15第40号存储单元，当TS40到来时，由时钟信号“a”的交换过程如下：“a”受时钟控制按顺序写入TI0的SM0中第16号存储单元，在内部时隙TS8时，由相应的CM0控制将“a”从SM0中读出，与此同时S级交叉矩阵受其CM0控制将0号入线与15号出线接通，信号“a”经闭合的交叉点传送到TO15的输入侧，由TO15控制将“a”读出，从而将信号“a”交换到了15号复用线出端的TS40位置上。由上述分析可知，首先选择一个空闲的内部时隙是完成接续的关键。 信号“b”的交换过程与“a”的交换过程基本相同，重要的一点是选定一个空闲的内部时隙使S级交叉点矩阵的15号入线和0号出线接通一次，而由TI15和TO0来完成必要的时隙变换。这个内部时隙的号码原则上可由呼叫处理系统任意选定，由于通话是双向的，故需为一次通话进行两次内部时隙的选择。所以，为了简化选择工作，通常可使两个传输方向所选择的内部时隙具有一定的对应关系，即只进行一次选择。例如，可采用反相法或奇偶时隙法。反相法即两个传输方向所选定的时隙相差半帧，本例中每帧有256时隙，若信号“a”交换过程中选用了内部时隙8，则信号“b”交换过程中就自然选用8+2562136时隙。在计算时，以256为模。奇偶时隙法也称相邻时隙法，即当一个传输方向选用偶时隙2n(n0，1，2，)时，另一个传输方向则选用奇时隙2n+1。在图3-1中，内部时隙的选择采用了反相法，即“b”的交换过程中选用的内部时隙为TS136，由TI15完成信号从TS40到内部时隙TS136的交换。由TO0完成信号从内部时隙TS136到TS16的交换。信号“b”的详细交换过程可由读者参照图3-1中有关存储器的内容进行分析。第二种TST交换网络与第一种的区别只是T型接线器的控制方式不同，读者可以自己分析。具体而言，这些对应关系包括两个方面：一方面是T接线器的输入、输出时隙和控制存储器、话音存储器之间的对应关系；另一方面是在TST网络的内部通路中各个接线器所用时隙之间的对应关系。根据输入、输出控制方式的定义，当T接线器采用输入控制方式时，控制存储器的存储单元地址就是输入时隙的地址，该地址单元中所写入的数据就是输出时隙的地址，反之，若T接线器采用输出控制方式，则控制存储器的存储单元地址就是输出时隙的地址，该地址单元中所写入的数据就是输入时隙的地址；并且，无论是哪一种控制方式，控制存储器中所写入的数据同时也是话音存储器的存储单元地址。此外，在TST网络中，对于同一条通路，输入级T接线器的输出时隙、输出级T接线器的输入时隙和S接线器的内部时隙都是同一个时隙。而这种对应关系使得这种控制方式的安排具有如下优点：(1)在收、发相应的两个T接线器的控制存储器中，同一用户所对应的存储单元地址相同，而且，这个地址就是分配给用户使用的时隙地址。这表明，同一用户将使用同一序号的时隙进行信息的发送和接收，这一点和全时分交换网络保持了一致，它给软件的设计和交换网络的接续控制都带来了方便。(2)无论是前向通路还是后向通路，在每一条通路所对应的两个T接线器的话音存储器中，不仅每一个存储单元和S接线器的内部时隙之间有着一一对应的关系，而且，更重要的是，存储单元地址和内部时隙序号完全相同。这样，两个相同地址的话音存储单元和一个相同序号的内部时隙就构成了一条完整的TST网络的内部通路。因此，只要S接线器的某个内部时隙空闲，或者话音存储器的某个存储单元空闲，则其所对应的内部通路就空闲可用，从而可以避免对内部通路进行“查重”检验。所谓查重，就是检查S接线器中是否有重接，即一条输入(或输出)线与几条输出(或输入)线是否同时在一个时隙内相接。对于采用输出控制的S接线器而言，某个时隙空闲只能说明这条输出线所连接的T接线器在该时隙内空闲可用，但是，它并不能保证输入级的任何一个T接线器在这个时隙也是空闲可用。因此，如果不采用上述安排，就可能需要进行查重检验。 对于S接线器来说，采用输入控制方式或者输出控制方式在原理上都是可行的，目前倾向于采用输出控制方式。这是因为，在输出控制方式下，如果在S接线器的若干个控制存储器的同一地址单元中写入相同的数据，就可以使S接线器上若干条不同的输出线在同一时隙内和同一条输入线相接，这种重接能够方便地实现信号的广播式传送，也就是将同一种信号同时传送给不同的用户，这一点在程控交换系统中具有实际意义。在程控交换系统中，许多用户经常都是在同一段时间内接收同一种信号音，如拨号音、回铃音、忙音等。 除了控制方式外，对于S接线器，还有一个选择数据传输方式的问题。在TST网络中，S接线器的输入线和输出线可以来用串行数据传输方式，也可以用并行数据传输方式，它们各有优缺点。 对于串行情况，输入线和输出线传输的是串行码组，这要求S接线器各个交叉点的门电路必须具有高速工作能力. 对于并行情况，输入线和输出线传输的是并行的8位码，它们好似串行情况时的一条输入线和一条输出线。在串行情况时，一个交叉点只用一个逻辑门电路构成，在并行传输时，一个交叉点需要由8个门电路构成。虽然并行传输所需要的线数和逻辑门数是串行传输时的8倍，这增加了接线的复杂性，其成本也高于串行传输，但是，采用并行传输方式可以降低数据传输速率。例如，一个10241024的TST网络，若S接线器采用串行传输方式，其输入、输出线上的数据传输速率将达到65.536Mbits，但若采用并行传输，其数据传输速率可降到8.192Mbits，仅是串行方式的l8，这是并行方式的一个优点。并行传输方式的另一个优点是延时比串行方式小，因为，在并行传输的TST网络中，可以少进行两次数据的并-串和串-并变换。在选择采用哪种传输方式时，要在接线复杂性、逻辑门数与工作速率或传输要求之间进行综合、折衷考虑，不过，目前采用并行传输方式的较多。3.2 双向通路的建立在TTT全时分交换网络中，同一用户在每一段收、发两个方向的复用线上使用同一序号的时隙，且前向通路与后向通路的时隙之间存在着交叉对称的关系，根据这一特性可以方便地利用前向通路的有关信息建立相应的后向通路。在TST数字交换网络中，由于S接线器的内部时隙可以任意选择，它与两边T接线器所用时隙之间没有任何固定的联系，因此，对于S接线器来说，其前向通路和后向通路的内部时隙之间可以彼此无关、相互独立。然而，为便于选择通路和简化控制，在S级的前向和后向通路的内部时隙之间一般需要建立某种规律性的对应关系，以便在选定前向通路的内部时隙时，利用这种对应关系同时确定后向通路的内部时隙，从而节省选择时间，也使处理机所需执行的两次选路操作简化为一次。目前，常用两种方法在前向、后向通路的