第1章 交换概论.ppt

程控交换技术,信息工程学院金新娟,课程性质与任务,本课程是信息工程专业的一门专业技术选修课，其主要任务是介绍数字程控交换网络的基本原理和具体实现，讨论完整的程控交换系统所包含的信令系统、接口电路及存储程序控制，使学生掌握交换系统原理和技术的基本概念、基本理论和基本应用方法，为进行专业设计打下良好基础。学时：40（理论32+实验8）成绩：考试70%+实验30%,参考书,现代电信交换主编：陈锡生，糜正锟出版社：北京邮电大学出版社程控交换与综合业务通信网主编：乐正友，杨为理出版社：清华大学出版社程控交换与宽带交换主编：张中荃出版社：人民邮电出版社,主要内容,第1章交换概论第2章同步时分交换网络第3章数字程控电话交换第4章7号信令系统第5章分组交换第6章窄带综合业务数字交换第7章移动交换第8章智能网业务交换第9章ATM交换,第1章交换概论,1.1交换的引入1.2交换的发展1.3各种交换方式1.4交换系统1.5现代通信网综述1.6本章小结,学习要点：掌握交换的基本概念；了解三种基本传送模式的特点；了解电信交换系统的基本结构；了解并掌握面向连接方式、无连接方式、同步时分交换和异步时分交换的基本概念。,1.1交换的引入,通信的目的是在信息的源和目的之间实现信息的传递。点对点通信系统：只有两个终端和连接这两个终端的传输线路所构成的通信系统。,点对点通信举例：,话音,数据,思考：如果有多个用户之间需要实现相互通信，如何解决？,多个终端的通信,用户数电缆数51010451004950100050万,Nx(N-1)/2,存在的问题：用户数量增多时，用户线急剧增加。每个用户如何确定与其他用户的通话。新增一个用户的操作很复杂。,交换机的引入,用户数电缆数55101010010010001000,当任意两个用户要通话时，由交换机将他们连通。通话结束将线路拆除，供其他用户使用。讨论：交换机应该解决哪些问题（具备什么功能）？讨论：如何扩大范围？,多个交换节点构成的通信网,局间中继Trunks,多台交换机组成的大型通信网,终端,用户小交换机,市话交换机,端局交换机,用户交换机，在信令方式下相当于用户电话机,利用汇接交换机互联多个端局交换机，疏导本交换区各交换机之间的互通业务。,多台交换机之间的连接方式,交换节点的基本功能,交换节点可控制以下的接续类型：本局接续、出局接续、入局接续、转接(汇接)接续,交换机必须具备的功能如下：及时发现用户的呼叫请求。记录被叫用户号码。判别被叫用户当前的忙闲状态。若被叫用户空闲，交换机应能选择一条链路将主被叫用户话机连通。能通知被叫用户有电话呼叫。被叫摘机后，使双方进入通话状态。能随时监视通话状态。能使任意两个电话进行通话；在同一时间内，能使若干对用户同时通话且互不干扰。,1.2交换机的发展,三个阶段：人工交换、机电式自动交换和电子式自动交换。人工交换机阶段磁石交换机1878年，美国新港市（磁石电话机：手摇发电机+干电池）共电交换机（1882年）手摇发电机集中供电重要概念：中央馈电；两线传送；摘、挂机；主叫、被叫讨论：针对人工交换机的缺点，如何改进？如何实现自动化？自动化需要解决哪些问题？,机电式自动交换机阶段步进制交换机1891年，美国，史端乔发明，直接控制方式自动交换机的2个关键点：为每个话机编号，每个话机要能发出号码；交换机要能识别号码，并根据号码完成接续。解决方法：采用脉冲拨号盘，用断续的脉冲来表示号码；用上升旋转的机键接收号码直接受号码脉冲控制。缺点：磨损严重，噪音大。,工作原理,机电式自动交换机阶段纵横制交换机1926年，瑞典研制成功，间接控制。利用继电器控制的压接触接线阵列代替大幅度动作的步进接线器，从而减少了磨损和杂音，提高了可靠性和接续速度；由直接控制过渡到间接控制方式，这样用户的拨号脉冲不在直接控制接线器动作，而先由记发器接收，存储，然后通过标志器驱动接线器，以完成用户间接续。,电子式自动交换机阶段存储程序控制空分程控交换机1965年，美国AT&T1ESS第一部存储程序控制的空分交换机。话路部分：空分网络，小型纵横继电器+电子元件。时分模拟程控交换机话路部分：PAM时分数字程控交换机话路部分：PCM它是计算机与PCM技术相结合的产物。,程控交换机中控制部分的三个阶段集中控制方式：大型处理机分级控制方式：区域处理机，减轻主处理机的负担全分散控制方式：全部由小型处理机处理,我国程控交换机的发展：引进情况（七国八制）F-150日本S-1240比利时1976E10-B法国CIA-ALCATEL.。DMS-100加拿大AXE-10瑞典爱立信。EWSD德国西门子。NEAX-61日本NEC。5ESS-2000美国AT&T1992。,我国自行研制情况：DS-30：西安十所仿F-150，长途交换机PABX机：长邮长虹、桂林542、珠海C5端局机：十所、重邮、万家乐、联想HUD-04：巨龙（537厂、515厂等）SP30：大唐ZXT10：中兴C&C08：华为,人工交换机,人工交换机的基本功能：检测出主叫用户呼叫；建立电话交换机到主叫用户的临时通路，通过此通路获得被叫用户信息；通过振铃呼出被叫用户；为主、被叫建立通话通路；检测话终释放通路。,话务员的工作内容：进行主叫检测后，判断该主叫是否有呼出权限；向被叫振铃前，判断该被叫是否正与其他用户通话；建立通路前，判断是否存在空闲的绳路等。,1.3各种交换方式,PTM,CTM,CircuitTransferMode,PacketTransferMode,AsynchronousTransferMode,ATM,IP交换光交换软交换,1.3.1电路交换,建立连接,传输信息,连接拆除,电话通信网,电路交换(CircuitSwitching),交换节点A,交换节点B,交换节点C,建立,传送,释放,电路交换的基本过程,电路交换的特点,信息传送的最小单位是时隙电路交换基于PCM传输系统中的时隙，在PCM30/32路传输系统中，每路通信的信道为一个时隙TS，每个TS为8bit，每路通信的速率为64kbit/s。TS是电路交换传输、复用和交换的最小单位，且长度固定。面向连接的工作方式（物理连接）CS的基本过程可分为连接建立、信息传送和连接拆除三个阶段，即在信息传输之前，先建立通信的源和目的之间信息通路的连接，它是一条物理连接通路，在通话阶段该电路归该用户独占。,电路交换的特点,同步时分复用（固定分配带宽）,信道TSi的信号周期性出现STD(SynchronousTimeDivision):通过时间位置来区别每一个逻辑信道,C,A,B,帧,C,A,B,TSn-1TSiTS0TSn-1TSiTS0,帧,电路交换的特点,无差错控制机制CS是专为电话通信网设计的交换方式。语音业务的特点是实时性要求高，对可靠性要求没有数据通信高，因此，对传送的语音信息没有CRC校验、重发等差错控制机制。信息具有透明性对通信信息不作处理，而是原封不动地传送，即透明传送。基于呼叫损失制的流量控制,1.3.2多速率电路交换,多速率：基本速率及其整数倍方法：采用多个不同速率的交换网络采用一个统一的多速率交换网络,1.3.3快速电路交换,目标：在电路交换基础上适应波动和突发的业务。思路：有信息传送时，快速建立通道；无信息传送时，释放传输通道。方法：用户申请资源网络预分配资源现传输现连接。,1.3.4分组交换(PacketSwitching),分组(packet)的形成分组交换存储转发分组交换的两种方式虚电路(VC:VirtualCircuit)方式数据报(DG:Datagram)方式统计时分复用(动态分配带宽),分组交换存储转发,报文交换,分组交换,分组交换的两种方式,虚电路方式（VC:VirtualCircuit）采用面向连接的工作方式，在用户数据传送前先建立端到端的虚连接；一旦连接建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚连接传送；通信结束时拆除该虚连接。数据报方式（DG:Datagram）采用无连接工作方式，边传送信息边选路，各个分组依据分组头中的目的地址独立地进行选路。,虚电路与数据报比较,统计时分复用,基本原理把时间划分为不等长的时间片，长短不同的时间片就是传送不同长度分组所需的时间，对每路通信没有固定分配时间片，而是按需使用。根据分组头中的标志来区分是哪路通信的分组,分组交换协议,分组交换基于X.25协议，该协议包含了3层，第一层物理层，第二层数据链路层，第三层分组层，对应于OSI模型的下三层。在LAPB协议和分组层协议中有差错控制机制。,物理层,X.25分组层,LAPB,1,2,3,物理层,网络层,数据链路层,分组交换的特点,信息传送的最小单位是分组面向连接方式（逻辑连接）和无连接方式统计时分复用（动态分配带宽）信息传送有差错控制信息传送不具有透明性基于呼叫延迟制的流量控制,1.3.5帧交换,帧交换：一种帧方式的承载业务，其协议栈只有物理层和数据链路层，简化了协议，加快了处理速度。传送基本单元为帧。将用户信息以帧为单位在网络内传输。,物理层,LAPB,1,2,物理层,数据链路层,1.3.6帧中继(FR:FrameRelay),帧中继进一步简化了协议，只保留第二层的核心功能，如帧的定界，同步，帧传输差错检测等，无流量控制、重发等功能。帧中继可适应突发信息传送，适用于局域网的互连。,1.3.7ATM交换,传统的电话交换和数据交换分别适合于话音和2Mbit/s以下的数据交换，提供的业务速率限定为64kbit/s或n64kbit/s（n=230）的业务交换，这种方式称为窄带交换。ATM是ITU-T建议在宽带综合业务数字网B-ISDN中信息复用、传输、交换的方式。ATM可以看成是PTM和CTM的结合，兼具两者的优点。,固定长度的信元和简化的信头信元(cell)由5字节信头和48字节信息域组成。ATM信元的信头功能有限，主要有虚连接标志、优先级标志、信头差错检验等。,发送次序,87654321比特,156.53,发送次序,信头（5字节）,信息段（48字节）,采用面向连接的工作方式ATM采用面向连接的方式。ATM的虚连接分为两级：虚通道连接(VPC:VirtualPathConnection)、虚信道(VCC:VirtualChannelConnection)。,异步时分复用（动态分配带宽）基本原理：把时间划分为等长的时间片，用于传送固定长度的信元。根据信头中的标志来区分是哪路通信的信元。,Z,Y,信元,信元,Y,Z,Y,X,信元,信元,信元,信元,1.3.8IP交换（IPSwitch）,IPoverATM技术它只对数据流的第一个数据包进行路由地址处理，按路由转发，随后按以计算的路由在ATM网上建立虚电路VC。以后的数据包沿着VC以直通（Cut-Through）方式进行传输，不再经过路由器，从而将数据包的转发速度提高到第2层交换机的速度。IP交换的核心思想就是对用户业务流进行分类。对持续时间长、业务量大、实时性要求较高的用户业务数据流直接进行交换传输，用ATM虚电路来传输；对持续时间短、业务量小、突发性强的用户业务数据流，使用传统的分组存储转发方式进行传输。,1.3.9光交换技术,光技术在信息的传输中已得到广泛应用，特别是在B-ISDN中几乎所有的传输都采用光纤传输，而目前的交换机都是电交换机，采用光交换已是迫切需要。光交换技术处在研发阶段。,采用光交换的优点：,减少了光电变换的损伤。光信号的抗干扰能力远远高于电信号。提高了交换速度。电交换的速度受电子器件的速度限制。,1.3.10软交换,软交换是一种功能实体，为下一代网络NGN提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。,1.4交换系统,交换系统基本结构,交换网络,控制系统,接口,接口,接口,接口,用户线,中继线,控制部分,话路部分,交换系统基本技术,互联技术交换网络的拓扑结构、选路策略、控制机理、多播方式、阻塞特性、故障防卫接口技术模拟/数字用户接口、模拟/数字中继接口信令技术用户信令、局间信令控制技术控制系统的结构方式、处理机间的通信方式、多处理机结构,交换设备,终端设备,传输设备,终端设备：完成信号的发送和接收，信号变换、匹配。传输设备：完成信号的远距离传输，信号变换、匹配；交换设备：完成信号的变换，节点链路的汇集、转接、分配。交换设备是现代通信网的核心，起着关键性的作用。,1.5现代通信网综述,通信网的分层结构,骨干传送网,接入网,传送层,应用层,业务层,CPE/CPN,支撑网,业务网的种类（1）,业务网的种类（2）,电