《现代通信网及其关键技术》第二章

2.5.1数字交换概念数字交换网络的作用是将数字化了的话音信号从一个时隙（例如分配给A用户的时隙）搬到另一个时隙（例如分配给B用户的时隙）上去，从而达到传送话音信号的目的。即完成数字话音信号的时隙交换。对电路交换而言，呼叫处理的目的是在需要通话的用户之间建立一条通路，这就是交换功能。交换功能由交换机中的交换网络实现。交换网络可在处理机的控制下建立任意两个终端之间的连接。,2.5数字交换网络,数字交换系统的交换过程,2.5.2时分接线器(TimeSwitch)简称T接线器时分接线器属于共享存储器型交换单元。用来完成时隙交换功能。1)时分接线器的组成主要由话音存储器SM(SpeechMemory)和控制存储器CM(ControlMemory)组成。SM用来暂存编码的话音信息。每个时隙有8位编码，考虑到要进行奇偶校验等，所以SM的每个单元(即每个字)应具有8位以上字长。SM的容量，即所包含的字数应等于输入复用线(母线)上的复用度。例如，有512个时隙，SM就要有512个单元。,T接线器的工作原理(a)输出控制；(b)输入控制,时分接线器的工作方式有两种:第一种是顺序写入，控制读出，简称输出控制，如图(a)所示。第二种是控制写入，顺序读出，简称输入控制，如图(b)所示。用这两种方式进行时隙交换的原理是相同的。顺序写入或读出是由时钟控制的，控制读出或写入则由CM完成。,2.5.3空分接线器(SpaceSwitch)简称S接线器空分接线器属于空分阵列交换单元。1)空分接线器组成空分接线器由交叉点矩阵和控制存储器CM组成。NN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。,控制存储器按入线配置的空分接线器,2)空分接线器的工作原理对应于每条入线都配有一个控制存储器。由于它要控制入线上每个时隙接通到哪一条出线上，所以控制存储器的容量等于每条复用线上的时隙数，而每个单元的位数则决定于选择输出线的地址码位数。例如，每条复用线上有512个时隙，交叉点矩阵是3232，则要配有32个控制存储器，每个控制存储器有512个单元，每个单元有5位，可选择32条出线。,控制存储器按出线配置的空分接线器,2.5.4复用器、分路器和串/并、并/串变换-是连接交换网络的接口。信息以串行格式送入交换网络的入线并从出线送出。入线和出线上一帧的时隙数定义为复用度。在交换网络中，为了提高交换速度，信息以并行方式交换，因此在交换网络接口处，要进行串/并和并/串变换。复用器和分路器的作用就是完成这种变换。,T,分路器,复用器,TS=322.048Mb/s,TS=322.048Mb/s,TS=32x8=2562.048Mb/s,PCM0,PCM1,PCM7,PCM0,PCM1,PCM7,:,:,串行码,串行码,并行码,串并变换原理,移位寄存器,移位寄存器,HW0,HW7,CP,锁存器,锁存器,D0,D7,D0,D7,D0,D7,D7,D0,D0,D7,8-1(D0),8-1(D7),HW0,HW0,HW7,HW7,(8),(8),(8),CP,CPTD7,并串变换原理,TSj=TSixn+HWk(j=0,1,.nx32-1)n为总线数量k为总线序号(k=0,1,2.n-1)i为复用前时隙号(i=0,1.31),T,分路器,复用器,TS=322.048Mb/s,TS=322.048Mb/s,TS=32x8=2562.048Mb/s,PCM0,PCM1,PCM7,PCM0,PCM1,PCM7,:,:,TSi,串行码,并行码,TSj,TSi,TSj,多复用线时隙交换,2.5.5交换网络,交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络。交换网络的三个基本要素是：交换单元、不同交换单元间的拓扑连接和控制方式。,1.单级交换网络和多级交换网络,交换网络按拓扑连接方式可分为：单级交换网络多级交换网络,出线,0,N-1,入线,0,M-1,单级交换网络,交换单元,如果一个交换网络中的交换单元可以分为N级，顺序命名为第1,2,N级，并且满足：所有入线都只与第1级交换单元连接；所有第1级交换单元都只与入线和第2级交换单元连接；所有第2级交换单元都只与第1级和第3级交换单元连接；依此类推，所有第N级交换单元都只与第N-1级和出线连接；则称这样的交换网络为多级交换网络，或N级交换网络。,多级交换网络的拓扑结构可用三个参数来说明：每个交换单元的容量交换单元的级数交换单元间的连接通路（链路）,多级交换网络(nmxnm两级交换网络),O,1,n-1,O,1,n-1,O,1,n-1,O,1,m-1,O,1,m-1,O,1,m-1,O,O,1,1,m-1,n-1,1级,2级,多级交换网络的内部阻塞,若出、入线空闲，但因交换网络级间链路被占用而无法接通的现象，称为多级交换网络的内部阻塞。严格无阻塞网络：不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网络中建立一个连接，只要这个连接的起点、终点是空闲的，(建立任何指定的空闲出入线对之间的连接)而不会影响网络中已建立起来的连接。,可重排无阻塞网络：不管网络处于何种状态，任何时刻都可以在交换网络中直接或对已有的连接重选路由来建立一个连接，只要这个连接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络中已建立起来的连接。广义无阻塞网络：指一个给定的网络存在着固有的阻塞可能，但又可能存在着一种精巧的选路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排网络中已建立起来的连接。,多级交换网络的内部阻塞,1,3,4,2,1,3,4,2,C1,C1,C2,C2,1，2，3，44，2，1，3,可重排无阻塞网络,1,3,4,2,1,3,4,2,C1,C1,cc2,cc2,可重排无阻塞网络,2.CLOS网络,1)Close无阻塞网络的结构：为了减少交叉点总数而同时具有严格的无阻塞特性，CLOSC.很早就提出一种多级结构，推出了严格无阻塞的条件，这就是著名的CLOS网络。,1,n,1,n,1,n,1,n,1,1,m,1,r,1,1,r,m,m,m,m,1,1,1,1,1,1,1,1,r,r,r,r,3级CLOS网络,在最坏情况下，中间级会有（n-1）X2个交换单元被占用，因此中间级至少要有（n-1）X2+1=2n-1个交换单元，即m2n-1时，可确保无阻塞（严格无阻塞）。,CLOS网络,最不利情况:,当第一级第一台的某根入线与输出级第r台的某根出线要建立连接,输入级的(n-1)条入线和输出级的第r台的(n-1)条出线均已被占,而且这些占用是通过中间级的不同连接器完成的即可选的链路已占用(n-1)2条，为确保无阻塞,至少还应存在一条空闲链路,即中间链路至少要有(n-1)2+1=2n-1条.,无阻塞条件:,m2n-1,1,n,1,n,1,n,1,n,1,1,m,1,r,1,1,r,m,m,m,m,1,1,1,1,1,1,1,1,r,r,r,r,3.关于T-S组合网络,T-S(n)-TT-S-T网络：AXE10，FETEX-150，E10B，5ESS等T-S-S-T网络：NEAX61T-S-S-S-T网络：EWSDT-S-S-S-S-T网络：4ESS(长途)S-T(n)-S,1)TST网络,TST网络是在电路交换系统中经常使用的一种交换网络，它是三级交换网络，两侧为T接线器，中间一级为S接线器，S级的出入线数决定于两侧T接线器的数量。第1级T接线器：负责输入母线的时隙交换。S接线器：负责母线之间的空间交换交换。第2级T接线器：负责输出母线的时隙交换。,TST交换网络中的T接线器有4种安排方式。常用的组合方式有两种。一种是初级T接线器采用控制写入、顺序读出方式，次级T接线器采用顺序写入、控制读出方式。另一种是初级T接线器采用顺序写入、控制读出方式，次级T接线器采用控制写入、顺序读出方式。,为减少选路次数，简化控制，可使两个方向的内部时隙具有一定的对应关系，通常可相差半帧，俗称反相法，即：设：Nf=一帧的时隙数Na=A到B方向的内部时隙数Nb=B到A方向的内部时隙数则：Nb=Na+Nf/2TST网络完全无阻塞的条件：m（内部时隙数）=2n（输入时隙数）,对于TST网络来说，输入T接线器和输出T接线器的控制存储器是可以合用的。在双向通路所选用的内部时隙存在一定的对应关系时，CMA0和CMB0可以合并，CMA5和CMB5可以合并，其它同号输入/输出复用线的初级T和次级T的CM对也可以合并。在相差半帧的关系时，CMA0的地址5中内容为10，CMB0的地址5中的内容是26，相同地址中的内容相差半帧的数量，这反映了两者具有合并的可能性。,为了扩大数字通信容量,采用时分复用，形成更多路的数字通信系统。,T1,T8,T1,T8,8,8,TS=322.048Mb/s,TS=32,TS=32,TS=32,PCM0,:,PCM7,PCM0,:,PCM7,:,:,Banyan网络的基本结构,2)BANYAN网络,通常将由2X2的交换单元构成的单通路网络称为banyan网络。banyan网络是基于树型的拓扑结构，但每一个交换单元却是基于crossbar的结构。2X2的交换单元也具有bar和cross两种状态。,Banyan网络是一种基于22交换单元的网络交换构架。,0,0,0,0,1,1,1,1,平行连接,交叉连接,01,23,45,67,01,23,45,67,8x8的3级banyan网络,Banyan网络的基本特性,树型结构特性：从banyan的任一输入端口引出的一组通路形成了2分支树，级数越多，分支越多，级数k=2N，N=总入线数/出线数，即2k=N。唯一路径特性：banyan的任一入端到任一出端之间，具有1条且仅有一条通路。自选路由特性：自选路由，即是给定出线地址，不用外加控制命令，就可选到出线。可以使用对应于出端号的二进制码的选路标签来自动选路。,01,23,45,67,01,2(010)3(011),4(100)5(101),67,8x8的3级banyan网络,1,0,1,1,0,(011),(010),(100),(101),Banyan网络的自选路由特性,1）内部阻塞是在2X2交换单元的两条入线要向同一个出线上发送信元时产生的，最坏情况下概率为50%，若减少入线上的信息量，就可减少阻塞的概率，故可通过适当限制入线上的信息量或加大缓冲存储器来减少内部阻塞。2）可以通过增加多级交换网络的级数来消除内部阻塞。已有证明，若要完全消除NXN的banyan网络的内部阻塞，至少需要22N-1级。3）可以增加banyan网的平面树，构成多通道交换网络。4）使用排序-banyan网络。,解决内部阻塞的方法,该网络也简称为B-B网，是由BATCHER