第2章 交换单元与交换网络.ppt

1,现代交换技术与通信网,吴学文,2,第二章交换单元与交换网络,1.引言2.交换单元3.交换网络,3,交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接。,2.1引言,4,交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接。在交换系统中完成这一基本功能的部件就是交换网络，它是交换系统的核心。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。交换单元是构成交换网络的最基本的部件。交换网络有：空分、时分数字、模拟,5,同步时分（时间位置、物理信道）(STD：SynchronousTimeDivision)异步（统计）时分（标记、逻辑信道）(ATD：AsynchronousTimeDivision),1帧占用125us，每帧分成若干个顺序编号时隙（子信道，话路）,分组前附加标志码（路由标记），占用任意时隙，,数字时分复用,6,2.2基本交换单元交换单元的基本功能是通过交换单元连接入线和出线的“内部通道”完成的。这样的“内部通道”通常被称为“连接”，建立内部通道就是建立连接，拆除内部通道就是拆除连接。基本交换单元包括：1.时间交换单元，T单元；2.空间交换单元，S单元；3.时/空结合交换单元，T/S单元。,7,2.2基本交换单元,2.1.1交换单元的基本概念2.1.2空间交换单元2.1.3时间交换单元2.1.4时/空结合交换单元,8,讨论交换单元的外部特性及其数学描述1)交换单元的分类,2.2.1交换单元的基本概念,9,（1）交换单元分类：按入线与出线的数量关系,10,（2）交换单元分类：按入出线的信息传送方向,有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线进出线出，具有唯一确定的方向。无向交换单元：交换单元的每条线即可入也可出其入线数必等于出现数。,11,（3）交换单元分类：按照交换单元内部结构,按照交换单元的所有入线与所有出线之间是否共享单一的通路，可以把交换单元分为时分交换单元与空分交换单元。,图2.4交换单元分类3：时分与空分,12,2）交换单元的连接特性,连接特性是交换单元的基本特性，它反映了交换单元入线到出线的连接能力。交换单元连接特性的描述方式：集合描述方式函数描述方式（皮【排列、图形、二进制函数）,交换单元的连接方式：直接连接交叉连接蝶式连接均匀洗牌连接间接交叉连接,13,2）交换单元的连接特性,（1）连接集合：入线集合：T=0,1,2,M-1出线集合：R=0,1,2,N-1定义：tT，即t是T的一个元rRt，Rt是R的一个子集，r是Rt的一个元则集合c=t,Rt为一个连接。,14,若rRt，Rt中只含有一个元，则称该连接为点到点连接。若rRt，Rt中含有多个元，则称该连接为一点到多点连接（组播）。若一个交换单元可以提供点到多点的功能，但RtR，则称其具有同发功能；若Rt=R，则该交换单元具有广播功能。,2）交换单元的连接特性,15,2）交换单元的连接特性,一个交换单元的连接同时可有多个，这就构成了交换单元的连接集合：C=c0,c1,c2,其中：起点集Tc=t;tci,ciC终点集Rc=r;rRt,Rtci,ciC连接和连接集合是对应于某一时刻的连接集合的数目越多，连接能力就越强,16,（2）连接函数一个连接函数对应一种连接，连接函数表示相互连接的入线编号和出线编号之间的一一对应关系，即存在连接函数f，入线x与出线f(x)相连接，0xM-1，0f(x)N-1。连接函数实际上也反映了入线编号构成的数组和出线编号构成的数组之间的置换关系或排列关系，故连接函数也被称作置换函数或排列函数。,2）交换单元的连接特性,17,函数表示形式x表示入线编号（二进制表示），f(x)表示连接函数。排列表示形式即输入输出对应表示形式t0，t1，tn-1r0，r1，rn-1图形表示形式,连接函数的表示形式,18,（a）直线连接（恒等置换）函数表示：I(xn-1xn-2x1x0)=xn-1xn-2x1x0排列表示（N=4）：0，1，2，30，1，2，3图形表示（N=4）：,0,0,1,2,3,1,2,3,（3）交换单元常用的连接方式,19,（b）交叉连接：函数表示：E(xn-1xn-2x1x0)=xn-1xn-2x1x0排列表示（N=4）：0，1，2，31，0，3，2图形表示（N=4）：,0,0,1,2,3,1,2,3,二进制数地址编号中第0位取非,（3）交换单元常用的连接方式,20,（c）间隔交叉连接（方体置换）：Ck(xn-1xn-2xkx1x0)=xn-1xn-2xkx1x0,0,0,1,2,3,1,2,3,0,0,1,2,3,1,2,3,N=4k=1,N=4k=0,二进制数地址编号中第k位取非,（3）交换单元常用的连接方式,21,（d）均匀洗牌连接（均匀洗牌置换）：(xn-1xn-2xkx1x0)=xn-2xkx1x0 xn-1,0,1,2,3,N=8,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,（3）交换单元常用的连接方式,22,（e）蝶式连接：(xn-1xn-2xkx1x0)=x0 xn-2xkx1xn-1,0,1,2,3,N=8,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,（3）交换单元常用的连接方式,23,4）交换单元的性能,容量：交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量接口：交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形式、速率及信息流方向功能：点到点、同发、广播质量：完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定连接、信息经过交换单元是否有损伤（时间、语义）,24,2.2.2空间交换单元,在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的连接，就在每条入线和每条出线之间都各自接上一个开关，所有开关就构成了交换单元内部的开关阵列。开关阵列是最基本、最直截了当、也是最早使用的交换单元。,1.开关阵列,25,MXN有向交换单元,0,1,N-1,0,1,M-1,入线,出线,MXN有向矩形开关阵列,开关阵列的工作原理,出线,0,N-1,入线,0,M-1,.,.,26,N无向方形开关阵列,入线,0,N-1,N无向交换单元,0,1,N-1,0,1,N-1,入线,出线,开关阵列的工作原理,27,全连接交换单元和部分连接交换单元,0,1,N-1,0,1,N-1,入线,出线,0,1,N-1,0,1,N-1,入线,出线,28,多路选择器,29,开关阵列的特性,开关控制简单，从入线到出线具有均匀的单位延迟时间。开关阵列适合于构成较小的交换单元（开关数反映了实现的复杂度和成本的高低）。交换单元的性能依赖于所使用的开关。控制信号简单容易实现同发和广播功能,30,继电器：其构成的交换单元是无向的，可交换模拟和数字信息，干扰和噪声大、动作慢（ms级）、体积大（cm级）。模拟电子开关：一般利用半导体材料制成。如：MC142100、MC145100（4x4开关阵列）只能单向传送，且衰耗和时延较大。数字电子开关：由简单的由逻辑门构成，用于数字信号的交换，开关动作极快且无信号损失。,实际的开关阵列,31,通断开关交叉点可看成是一个具有通/断功能的开关。其具体实现比较复杂，包括FIFO缓冲器和相应的控制逻辑。多路选择器,开关阵列交叉点的实现（1）,32,Crossbar交叉点是一个2x2的传送门，它有两个状态：Bar状态:是指横向输入连到纵向输出，纵向输入连到横向输出；cross状态:是指横向输入连到横向输出，纵向输入连到纵向输出。,开关阵列交叉点的实现（2）,33,开关阵列交叉点的实现（3）,Crossbar:2x2的传送门,34,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,crossbar,通/断开关,开关阵列交叉点的实现（4）,35,空间交换单元也称为空间接线器（SpaceSwitch），简称为S单元或S接线器。,功能：用来实现传送同步时分复用信号的多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间交换，而不改变其时隙位置。,构成：1、交叉点矩阵（开关阵列）2、控制存储器,2.空间交换单元（S单元）空间接线器,注：S单元不进行时隙交换，而是实现同一时隙的空间交换！,36,1）基本结构S单元主要由：交叉点矩阵（高速门电路构成的数据选择器组成）和控制存储器（RAM）构成。S单元的控制存储器CM有多个，其数量等于入（出）线数；每个CM的单元数等于入（出）线的复用时隙数；CM的每个单元所含有的比特数则决定于入（出）线数。,2）控制方式输入线控制方式输出线控制方式。,37,（1）输入线控制方式采用输入控制方式时，按每条入线设置控制存储器。控制存储器是控制写入、顺序读出，写入内容来自处理机的选路控制。如下图示例：如果入线1要与出线2在TS1实现交换连接，就在入线1的控制存储器CM1的第1个存储单元中写入2。当每帧的第1个时隙到来时，读出入线1的控制存储器的第1个单元中的内容2，用来控制入线1与出线2在TS1接通，即入1出2的交叉点在TS1闭合。,38,示例：入线1要与出线2在TS1实现交换连接，即入1出2的交叉点在TS1闭合。入1TS1出2,对应时隙号,对应输入线号,输入线控制方式,39,（2）输出线控制方式采用输出控制方式时，按每条出线设置控制存储器。,示例：入线1要与出线2在TS7接通为例，即入1出2的交叉点在TS7闭合，入1TS7出2。,40,输出线控制方式的优点:是可以实现多播，即某一入线的某一时隙的内容可以同时在所需的几条出线的同一时隙输出。例如，入线1的TS7的内容要在出线1、2、3的TS7同时输出，只要在对应于出线1、2、3的3个控制存储器的第7个单元都写入1，即可实现所需的多播。,41,采用输出控制方式时，可以实现多播：,在TS7时隙到来时，入线1和出线1、2、3同时接通。,1,1,1,a,a,42,时间交换单元或称为时分接线器（timeswitch），简称为T单元或T接线器，用来实现时隙交换功能。时隙交换（TM：TimeSlotInterchange），是指入线上各个时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在出线上的不同时隙位置输出。1基本结构T单元主要由：话音存储器（SM：SoundMemory）和控制存储器（CM：ControlMemory）构成。,2.2.3时间交换单元(T单元)时分接线器,43,话音存储器SM：用来暂存话音的数字编码信息，由随机存储器RAM构成。每个话路时隙有8位二进制编码，因此SM的每个单元至少具有8比特。SM的容量，即存储单元数应等于输入复用线上每帧的时隙数。控制存储器CM：用来存储控制话音存储器的写入或读出的地址信息，也是由随机存储器RAM构成。CM每个单元所存储的内容存放的是SM的地址码，是由处理机控制写入的，以实现所需的时隙交换。,44,2控制方式按照CM对SM的控制关系，T单元有两种控制方式：输出控制与输入控制。（1）输出控制方式在输出控制方式下：话音存储器SM：顺序写入、控制读出，即在时钟信号控制下写入，在控制存储器内容的控制下读出。控制存储器CM：控制写入、顺序读出，即在处理机控制下顺序写入，在时钟信号控制下顺序读出。,45,示例：输入TS13与输出TS158交换,46,时隙交换的实现：以输入TSi与输出TSj交换交换为例。在时钟控制下，输入复用线上各个时隙的内容依次写入话音存储器的各个单元，例如TSi的内容a写入SM的第i个单元；如需要在输出复用线上的第j的时隙输出，则可在CM的第j的单元写入i；由于CM是顺序读出，当第j个时隙到达时，读出CM第j个单元的内容i；再将i作为SM的读出地址，取出SM第i个单元的内容a在时隙TSj输出，从而实现了时隙交换。在呼叫建立阶段，为输入时隙选定一个输出时隙后，由处理机控制写入控制存储器CM的用于选路的内容在整个通话期间是不变的。于是，每一帧都重复以上的过程，TSi中的话音信息在每一帧中都在TSj输出，直到话终拆线为止。,47,（2）输入控制方式在输出控制方式下：话音存储器SM：控制写入、顺序读出，即在控制存储器CM内容的控制写入，在时钟信号控制下下读出。控制存储器CM：控制写入、顺序读出，仍为在处理机控制下顺序写入，在时钟信号控制下顺序读出。,48,示例：输入TSi与输出TSj交换,49,时隙交换的实现：仍以输入时隙TSi与输出时隙TSj交换为例。在CM的第i个单元写入j；当TSi时隙到达时，读出CM第i个单元的内容j,再将j作为SM的写入地址，将输入TSi的内容a写入话音存储器SM的第j个单元；由于SM是顺序读出，在时钟控制下，当输出TSj到来是时，读出SM第j个单元的内容a，在TSj输出，从而实现时隙交换。,50,控制方式比较：为了完成输入时隙TSi与输出时隙TSj交换输出控制方式：a写入SM的第i单元，在CM的第j单元写入i；输入控制方式：a写入SM的第j单元，在CM的第i单元写入j。,SM,SM,CM,CM,51,1时空结合交换的专用芯片时空结合交换单元可简称为TS单元，常做成超大规模集成（VLSI）的专用芯片，兼有时隙交换与空间交换的功能。对于TS单元来说，不论入（出）线的数量和每线时隙数量多少，其基本功能：总是实现任一入线的任一时隙与任一出线的任一时隙之间的交换连接。,2.2.3时空结合交换单元TS单元,52,（a）中的TS单元有32条入线与32条出线，每线的复用时隙数为32，对入、出线数而言是3232，对时隙数即容量而言应表示为10241024或1k1k。（b）中的TS单元只有8条入线和8条出线，但每线时隙数为128，因此其容量仍为1k1k，或简称为1k的数字交换网络。,53,2时空结合数字交换单元时空结合数字交换单元简称数字交换单元（DSE），它兼有空间交换和时隙交换的功能。这里以贝尔公司的S-1240数字程控交换系统中所用的专用芯片时空结合数字交换单元（DSE：DigitalSwitchingElement）为例，说明其内部结构与工作原理。,54,（1）DSE的容量一个DSE共16个双向端口，每个端口接出1条PCM链路，可以完成16条32路PCM链路间的任何时隙的交换，如图。在图中，07在左侧，815在右侧，这仅是一种表示方式，并不意味着07之间或815之间不能互相交换。,16条32路的PCM链路共有512个时隙，因此每个DSE可完成512个输入时隙与512个输出时隙之间的交换，即容量为512512。,55,（2）DSE的结构,56,（2）DSE的结构每个DSE具有8块“双交换端口”超大规模集成电路芯片，每块芯片上有两个交换端口。每个交换端口有接收部分（RX）和发送部分（TX）两部分，并各备有接收电路和发送电路。16个交换端口之间用一组39线的并行“时分多路复用”（TDM）总线相连接，包括：数据总线D16线；端口地址总线P4线；话路（信道）地址总线C5线；控制总线5线；证实线1线；返回信道总线5线；时钟线3线。,57,示例：端口R5的TS12交换到端口T8的TS18,58,（3）DSE的工作原理入端口中含有端口PRAM和话路CRAM，出端口中含有数据DRAM。示例：第5端口的第12时隙中的信息交换到第8端口的第18时隙S交换：端口RX5端口TX8；T交换：TS12TS18；,端口,信道,数据,PRAM、CRAM地址：入信道时隙号12,信道接续端口号8,信道接续话路时隙号18,数据RAM内容：8端口18信道接收信息,端口RX5,端口TX8,59,为了完成上述所要求的交换连接：在R5的端口PRAM中对应于话路12的单元应写入8；（S交换：端口5端口8）话路CRAM中对应于话路12的单元应写入18；（T交换：TS12TS18换）这就使得RX5-TS12TX8-TS18。,60,下面是交换过程。当RX5的TS12到来时，用时隙号12检索端口PRAM，得到端口号码8，置于端口总线P；同时用时隙号12检索话路CRAM，得到话路18，置于话路（信道）总线C，TS12中的话音信息S则由R5置于数据总线D；于是，其余端口对端口总线上的端口号码进行识别，只有当端口总线上的端口号码与自身端口号码相匹配时，才接收有关总线上的信息。因此只有端口8能接收话路总线上的话路号码18和数据总线上的话音信息S，并将话音信息S存入数据DRAM中对应于话路18的位置上；当TX8的TS18到来时，以时隙号18检索数据DRAM，取出话音信息S在TS18中发送，从而完成了所需的交换功能。,在实用上，由于S单元只能完成复用线之间的交换，不具备时隙交换的功能，所以S单元不能单独构成数字交换网络，T单元和TS单元可以单独构成交换网络，但容量受到限制.因此通常用基本交换单元构成多级交换网络结构。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：1.交换单元；2.不同交换单元间的拓扑连接；3.控制方式。,2.3交换网络,2.3.1交换网络的基本概念,61,62,交换网络的一般结构,控制单元,出线,入线,交换单元,交换单元,交换单元,交换单元,交换网络,63,（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,1）交换网络的分类,单级交换网络,64,多级交换网络,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。,65,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,66,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,67,（2）有阻塞交换网络与无阻塞交换网络,交换网络的阻塞是指从交换网络不同输入端来的信息在交换网络中交换时发生了对同一公共资源争抢的情况，这时在竞争资源中失败的信息就会被阻塞。有两种情况：一种为内部竞争，一种为出线竞争。,内部竞争：同时要交换的两路信息同抢交换单元内部的通路资源；出线竞争：不同入端来的信息同时争抢交换网络同一个输出端口而发生的竞争。内部阻塞：因为内部竞争而发生的阻塞称为内部阻塞有阻塞交换网络：存在内部阻塞的交换网络。无阻塞交换网络：不存在内部阻塞的交换网络。,68,（2）有阻塞交换网络与无阻塞交换网络,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。,出线竞争,内部竞争,内部竞争的有无与交换结构的内部拓扑结构、工作速度等因素有关。,内部竞争与出线竞争,69,70,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，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,71,1,3,4,2,1,3,4,2,C1,C1,C2,C2,可重排无阻塞网络,1,3,4,2,1,3,4,2,C1,C1,cc2,cc2,重排,72,（3）单通路交换网络与多通路交换网络单通路交换网络：任一条入线与出线之间只存在唯一的一条通路。多通路交换网络：任一条入线与出线之间存在着多条通路。,（4）时分交换网络与空分交换网络时分结构的基本特征：是所有的输入与输出端口分时共享单一的通信通路，具有时隙交换功能；空分结构的基本特征：是可以在多对输入端口与输出端口间同时并行地传送信息，具有空间交换的功能，CLOS网络与banyan网络属于典型的空分交换网络。时空结合的交换网络：即既能完成时隙交换也能完成空间交换。如电话交换系统中广泛应用的TST网络和DSN网络。,73,2.3.2CLOS网络,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,74,3级CLOS网络严格无阻塞条件：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）。,2.3.2CLOS网络,75,2.3.3T-S-T网络,TST网络是在电路交换系统中经常使用的一种同步时分交换网络，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：负责输入复用线的时隙交换。S接线器：负责复用线之间的空间交换交换。第2级T接线器：负责输出复用线的时隙交换。,76,2.3.3T-S-T网络,双向通路的建立：甲乙乙甲,77,123,123,CMC123,TS2,TS31,0,7,23,31,3,TS2,TS31,S(输入控制),TS7,TS23,1,0,31,2,7,2,0,31,31,23,23,2,2,31,7,31,CMA1,CMA3,SMA1,SMA3,SMB1,SMB3,CMB3,TS23,TS7,T(输出控制),T(输入控制),A,B,A,B,CMB1,78,交换网络一般建立双向通路，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：A到B方向的内部时隙数：TSa=i，则B到A方向的内部时隙数：TSb=i+N/2计算时以N为模，其中N为帧的复用时隙数例如：N=128，TSa=96，则TSb=96+128/2=32,2.3.3T-S-T网络,奇偶法：当一个方向选用偶数时隙2j（j0，1，2，N/21）时，另一个方向总是选用奇数时隙2j+1。,79,2.3.3TST网络,B到A：入线31的TS31-出线0的TS2,A到B：入线0的TS2-出线31的TS31,输入,输出,80,（2）工作原理下面以实现输入侧第0个T单元的时隙2与输出侧第31个T单元的输出时隙31的交换为例来说明TST网络的工作原理。为区别于整个TST网络入线上的输入时隙和出线上的输出时隙，内部链路上的时隙为内部时隙ITS。（单向）通路建立：AB在呼叫建立时，处理机要在32个内部时隙中选择一空闲时隙，做交换用，假设选为时隙ITS5。输入侧T单元0：完成TS2与ITS5的时隙交换；输出侧T单元31：完成ITS5与TS31的时隙交换；中间S单元：在ITS5时，完成输入0与出线31的交换；,81,双向通路的建立通常用户信息要双向传输，在TST网络中应建立来去两条通路。结合上图来看，称T单元0的输入TS2为A方，T单元31的输出时隙31为B方，则除了建立AB的通路外，还应建立BA的通路，以便将SMA31中输入TS31中的内容传送到SMB0的输出TS2中去。为此，必须再选用一个内部时隙，使S级的入线31与出线0在该时隙接通。可为便于选择和简化控制，可采用反相法。,建立AB的通路：,82,建立AB的通路（取ITS5）：建立BA的通路（反相法：532/2=21，即取ITS21）：,83,2.3.3TST网络,B到A：入线31的TS31-出线0的TS2,A到B：入线0的TS2-出线31的TS31,输入,输出,84,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,85,关于T-S组合网络,S-T(n)-S,T单元选取：可选中间级i，j时隙空的任何一个T单元,2.2.4T/S结合型网络：DSN网络现在介绍贝尔公司的S1240系统采用的由DSE构成的单侧型多级交换网络。这种数字交换（DSN）颇具特色。（l）主要特点单侧折叠式网络前面所述及的交换网络部是双侧型，一侧为输入侧，另一侧为输出侧。S1240的DSN种单侧折叠式网络，所有端口处于同一侧，这意味着任一端口作为入端呼入时，通过DSN接要折回到所需的出端。DSN的任何一个网络终端具有唯一的地址。选择通路时，应根据出入线端的地址比较，决定接续通路的反射点。反射点可处于DSN中的任何一级，这表明连接通路不一定通过DSN的所有级，可在中间某一级折回，从而使话务负荷逐级递减。,86,硬件自选路由DSE的硬件具有通路选择和控制功能。不论哪一级中的DSE，都可以接收由网络的终端模块发来的选择命令，并对选择命令的内容进行分析，从而进行通路的选择和建立。为此，DSE可称为智能数字交换单元。终端模块通过发送选择命令和DSN的自选路由，可以不需要中央控制而建立所需的连接。这是对全分布式控制的有力支持。逐级推进的选择方式S1240的DSN采用类似步进制的逐级选择方式。逐级选择的概念在第1章已述及。每条出线都是时分复用的，所以选择范围很广，并且在某级选择受阻的少数情况下，可以重新选择，也就是从第1级开始重新进行选择，以进一步降低阻塞率。多平面结构S1240的DSN不采用双套的冗余结构，而是采用多平面结构。最多可有4个平面。,87,扩充方便和平稳增长当容量增加时，可逐步扩充DSN的级数以增加端口数；当话务负荷增加时，可逐步DSN的平面数。两种扩充可以互相独立地进行。于是，在容量很小时，只需要1级，随着容量的增加，可扩充到2级、3级以至4级。初装时一般用2个平面，如果话务负荷增加，可以到3个平面或4个平面。初装小容量时比较经济，而逐步扩充基本上是线性增长。此外，在网络扩充时并不影响网络的结构，也不影响运行服务。,88,（2）网络结构DSN是由若干同一型号的DSE构成的单侧型多级交换网络，最少可以只有一级，最多可达到4级，见下图。入口级和选组级第一级：称为的入口级或选面级，成对出现。（07，1215）12个端口可接12个终端模块，（811）4个端口分别接4个平面；,终端模块,可接12512=6144个终端模块,89,第二四级：称为选组级，可有24个平面。每个平面可有13级。最后第4级015端口全部折于左侧，这样第4级的任何一个DSE，通过015线，可以达到整个网络的任何一个端口。,90,不同容量的网络结构不同容量的网络结构可由不同级数构成,如图。,A为一级DSN。,E为四级DSN。,B为二级DSN。,CD为三级DSN。,当全部装足时，共有512对入口接线器AS，可接125126144个CE，交换机容量达100,000线以上。如果装4个平面，整个交换网络共用2304个DSE。,91,图2.2.15,（3）通路的建立当两个终端模块通过DSN建立连接时，应从主叫所在的终端模块经过DSN中各级DSE到反射点，再从反射点返回到被叫所在的终端模块。每经过一个DSE，都要建立DSE内部的一条通路。从主叫到反射点经过的DSE，其内部通路为任选一个出端口形成，而从反射点到被叫经过的DSE，其内部通路为指定选择出端口。网络端口的地址码DSN的每个端口具有唯一的地址码，也就是接在DSN的AS上的任一个CE都有其唯一的地址码，网络地址用ABCD四个数表示，如图2.2.16所示。地址码由13比特组成，分为A，B，C，D4部分，含义如下：,92,（c）C：3比特。用于第3级，以确定第2级DSE连接到第3级DSE的8个端口（07）中的哪一个。（d）D：4比特。用于第4级，以确定第3级DSE连接到第4级DSE的16个端口（015）中的哪一个。,（a）A：4比特。用于第1级AS，以确定终端模块CE连接到AS的12个端口中的哪一个端口。（b）B：2比特。用于第2级，以确定第1级AS对连接到第2级DSE的4个端口（03）中的哪一个。由于第1级DSE是成对出现的，两个成对的DSE在第2级DSE入端口的位置相差4，因此虽然第2级DSE有8个端口（07）接到AS，只要区分4个即可，从而只用2个比特。,93,通路建立过程观察图2216，结合DSN的连线规律可知，地址码ABCD的含义同时还有：D为第2级和第3级的组号。C为第2级的DSE号。B为第1级的DSE号。A为终端模块的编号。（a）地址比较：反射点是通过地址比较决定的，即将一个终端模块的网络地址ABCD与对方地址ABCD进行比较，从比较的结果来决定折回点在DSN的第几级，并确定应发送几条选择命令。折回前是自由选择，从折回点开始是指定选择，也就是n条选择命令的中间一条开始变成指定选择。,94,地址比较的结果可有以下几种：DD。因为D为第2级和第3级的组号，所以两个终端模块在DSN中建立的通路必定不在同一组，不同组之间的交换必须通过第4级，反射点在第4级。发送7条选择命令D=D，CC。同理，这时两个终端模块在DSN中建立的通路必定位于入3级的同一组，同组之间的交换不需要通过第4级，反射点在第3级。发送5条选择命令D=D，C=C，BB。因为C为第2级的DSE号，所以，这时两个终端模块在DSN中建立的通路必定经过第2级的同一个DSE，反射点在第2级。发送3条选择命令D=D，C=C，B=B，AA。因为B为第1级的DSE号。所以这时通路只经过第1级，反射点在第1级。发送1条选择命令,95,双向通路：由被叫所在的终端模块到主叫所在的终端模块的反向通路的建立方法与正向通路的建立完全相同。,96,示例设主叫地址码ABCD4152；被叫地址码ABCD122410，要求在DSN中建立双向通路。由于主叫和被叫的DD，要在两者间建立双向通路，反射点在第4级。如图所示。,97,98,2.3.5banyan网络,banyan网络的基本结构banyan网络的基本特性batcher-banyan网络,99,banyan网络可分为一些子类，L级banyan是其中的一类，其特征是只有相邻级之间才有链路相连，即任何输入到任何输出之间的通路都经过L级。L级banyan网络又可分为规则banyan和不规则banyan。规则banyan是指构成banyan网络的各个交换单元都是等同的，而不规则banyan则不然。如果规则banyan中的各个交换单元不仅是等同的，而且每个交换单元的入线数等于出线数，则称此规则banyan为矩形banyan。,1、banyan网络的基本结构,100,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。,1、banyan网络的基本结构,101,8x8的3级banyan网络,102,8x8的3级banyan网络,103,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。单通路特性：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。,2、banyan网络的基本特性,104,8x8的3级banyan网络,banyan网络的自选路由特性,105,可扩展性：banyan的构成具有一定的规律，可以采用有规则的扩展方法将较小容量的banyan扩展成较大规模。已有NXN的banyan网络，需构成2NX2N的banyan网络，则可用2组NXN，再加上一组N个2X2交换单元构成。第一组的NXN的N条出线分别与N个2X2交换单元的某一入线相连，第二组的NXN的N条出线分别与N个2X2交换单元的另一入线相连。内部竞争性：banyan是具有内部竞争的有阻塞网络。,2、banyan网络的基本特性,106,16X16banyan交换网络的构成,banyan网络的可扩展性,107,banyan网络的可扩展性,108,该网络也简称为B-B网，是由batcher排序网和banyan网组成，它成功地避免了banyan网络的内部阻塞，这是目前ATM交换机使用较多的一种网络。batcher排序网是由2X2的比较器（batcher比较器）构成的。,x,y,min(x,y),max(x,y),x,y,min(x,y),max(x,y),3、batcher-banyan网络,向下排序,向上排序,109,Batcherbanyan网络,batcher-banyan网络,4、多通路banyan网络pp.61,2.4同步时分交换网络的设计,2.4.1交换网络设计的基本要求在交换系统的总体设计中，交换网络的设计是一个重要方面，应考虑到以下的基本要求。1满足交换系统容足的要求交换系统的容量愈大，交换网络应具有的端口数就愈多。因此，交换网络的端口数必须与交换系统的容量相适配。2满足话务负荷能力的要求交换网络必须具有符合要求的话务负荷能力。在交换系统的容量范围内和一定的话务负荷下，交换网络的阻塞率必须不超过规定的指标。除了正常话务负荷外，还要考虑在一定的超负荷条件下，阻塞率的增加在规定的容许范围之内。,110,3可靠性高数字交换网络的某一部分出现故障时，影响面较大，必须考虑对整个交换系统可靠性和可用性指标的影响。4便于扩充公用网数字程控交换系统容量和话务负荷的变化范围较大，这就要求交换网络的结构能适应容量和或话务负荷的变化，便于在线扩充。5交换网络结构和控制不要过于复杂在满足以上要求的前提下，希望交换网络的拓扑结构不要过于复杂。数字程控电话交换系统通常由处理机软件进行通路选择和驱动，拓扑结构的复杂性会影响到通路选择和驱动的复杂性。6成本较低,111,242交换网络设计的主要内容交换网络的设计包含以下主要内容。1确定基本结构：首先要确定结构类型：采用T-S组合型还是采用TS结合型。对于TS组合型，已趋向于T-Sn-T型结构，要进一步确定S的级数。对于TS结合型，也要确定其级数。2确定交换单元容量和级间连接方式：不论采用何种结构，都要进一步确定T单元、S单元或TS单元的容量，以及各级之间的拓扑连接方式。3确定网络的分布方式：网络的分布方式与整个交换系统的控制方式密切相关。分级控制方式交换系统的交换网络分布在系统的中央，分布式控制方式交换系统的交换网络通常一部分保留在中央作为互连网络，另一部分则分散在各个外围模块中。,112,4内部时隙数与码率（波特率）内