现代交换技术

1、现代交换技术（第2版）张中荃 主编人民邮电出版社李阳 主讲安徽农业大学通信工程系2010年8月28日目 录第1章 交换技术概述 8学时1.1 交换的基本概念1.1.1 交换的引入1.1.2 交换节点的基本功能1.2 交换技术分类1.2.1 模拟交换与数字交换1.2.2 布控交换与程控交换1.2.3 电路交换与分组交换1.2.4 窄带交换与宽带交换1.3 交换技术的发展1.3.1 电话交换技术的发展1.3.2 分组交换技术的发展1.3.3 ATM交换技术的发展1.3.4 IP交换技术的发展1.4 电话交换信令方式1.4.1 信令的概述1.4.2 信令的类型1.4.3 用户线信令1.4.4 局间信

2、令第2章 数字交换与数字交换网 8学时2.1 数字交换原理2.1.1 数字交换2.1.2 时隙交换原理2.1.3 数字交换网络2.2型时分 T接线器的基本组成2.2.2 T接线器的工作原理2.2.3 T接线器的电路组成2.2.4 T接线器的实际电路与应用2.3 S型时分接线器2.3.1 S接线器的基本组成2.3.2 S接线器的工作原理2.4 三级时分交换网络2.4.1 TST型时分交换网络2.4.2 STS型时分交换网络2.5 阻塞的概念与计算2.5.1 阻塞的概念2.5.2 阻塞概率的计算第3章 程控交换机的硬件系统 8学时3.1 程控交换机的总体结构3.2 话路系统3.2.1 用户级话路3

3、.2.2 中继器3.2.3 信号部件3.3 控制系统 处理机控制方式 处理机备用方式 控制系统的可用性第4章 程控交换机的软件系统 8学时4.1 程控交换机的软件组成 在线程序 支援程序 数据4.2 呼叫处理的基本原理 呼叫处理过程及状态转移 输入处理 分析处理 任务执行和输出处理4.3 程序的执行管理 软件管理技术 程序的级别划分 程序的启动控制 周期级的调度管理 基本级程序的管理执行4.4 系统的诊断与维护 故障处理的一般过程 故障检测与诊断 故障排除第5章 移动交换系统简介 8学时5.1 移动交换系统概述 移动通信系统组成 移动交换控制的特征5.2 移动交换控制原理 移动呼叫处理 移动交

4、换基本技术5.3 移动交换接口信令 无线接口信令 基站接入信令 网络接口信令总计：40学时第1章 交换技术概述 8学时通信的目的是实现信息的交换。通信网络是由用户终端设备、传输设备、交换设备组成的。终端设备的功能是把信息转换成传输媒质可以接收的电磁信号（声、光、电）；或者把传输媒质中的电磁信号（声、光、电）转换成信息。传输设备的功能是实现信息的传输。交换设备的功能是实现信息的交换。信息是对客观事物的属性、状态的事件的符号化描述。消息是信息中包含的客观事物的属性、状态的事件集合。信息量是信息中包含的客观事物的属性、状态的基本事件的数量。资源子网通信子网终端1终端n 图1-1 通信网络示意图资源子

5、网负责信息的组织和信息格式的转换。通信子网负责信息的传输与交换。1.1 交换的基本概念1.1.1 交换的引入2点之间信息的交换终端2终端1图1-2 2点之间信息的交换N点之间信息的交换终端1终端2终端N图1-3 N点之间信息的交换交换机的引入终端1交换机终端2终端N图1-4 交换机的引入通信网的组成交换机4交换机1汇接交换机3交换机n交换机2图1-5 通信网的组成1.1.2 交换节点的基本功能交换接点的接续类型：本局接续：本局用户线之间的接续。出局接续：本局用户线和出中继线之间的接续。入局接续：入中继线和本局用户线之间的接续。转接接续：入中继线和出中继线之间的接续。交换接点的基本功能：接收并分

6、析呼叫信号；接收并分析地址信号；正确选择路由；控制连接建立；根据释放信号拆除连接；1.2 交换技术分类模拟交换与数字交换：按照传输信号的方式分类；布控交换与程控交换：按照接线控制方式分类；电路交换与分组交换：按照传输信道占用方式分类；窄带交换与宽带交换：按照传输带宽分配方式分类；1.2.1 模拟交换与数字交换 模拟信号与数字信号 模拟信号：时间和振幅都连续的信号。 数字信号：时间和振幅都离散的信号。 模拟通信与数字通信模拟通信：用模拟信号来传输信号的通信方式。数字通信：用数字信号来传输信号的通信方式。信源传输介质解调器信宿调制器噪声图1-6 模拟通信系统模型基带信号：未经调制，直接在信道上传输

7、的信号。基带模拟信号基带数字信号调制器信道编码信源编码信源噪声调制器解调器信道解码信源解码信宿图1-7 数字通信系统模型 模拟交换与数字交换模拟交换：针对模拟信号的交换；数字交换：针对数字信号的交换；1.2.2 布控交换与程控交换布控：是布线逻辑控制的简称。交换机有：步进制、纵横制机电交换机。程控：是程序逻辑控制的简称。交换机有：模拟、数字程控交换机。1.2.3 电路交换与分组交换 电路交换a电路交换：是固定分配带宽，连接建立以后，即使通信双方没有信息传送也占用电路的一种交换方式。信号可以是模拟的、也可以是数字的。电路交换的基本过程：呼叫建立；信息传送；连接释放； b多速率电路交换，信号是数字

8、的。多速率电路交换是对电路交换的改进，它对不同的业务提供不同的带宽或速率。c快速电路交换FCS，信号是数字的。快速电路交换是电路交换的一种形式。平时，根据用户要求建立逻辑信道；它仅仅在传送信号时才分配带宽和资源（占用物理信道），没有信号传送时立即释放物理信道、保留逻辑信道；信号传送完毕时，删除逻辑信道。（虚电路工作方式） 分组交换（仅仅对数字信号） 报文交换报文交换是以报文为单位进行信息传输的。它的工作过程是：把需要传送的信息，组成一篇报文，包括报头（发信地址、收信地址、辅助信息）、正文（用户传送的信息）、报尾（结束标志等）3个组成部分。报文在通信节点以存储/转发方式，从信源传递到信宿。 分组

9、交换分组交换有数据报和虚电路两种通信方法。分组交换是把需要传送的消息（报文）分成若干个信息包；以信息包为单位，采用存储转发的方式传送到目的地；在目的地，把信息包组合成原来的消息（报文）提交给用户。数据报：把需要传送的消息（报文）分成若干个信息包，把每一个信息包加上标志、源地址、目的地址、效验码等信息以后；通信网中的各个节点，以信息包为单位，采用存储转发的方式传送到目的地；在目的地，把信息包、按编号组合成原来的消息（报文）。特点：信息传送前，没有建立连接，每个数据包在通信网上独立路由。虚电路：把需要传送的消息（报文）分成若干个信息包，通信双方在通信前先建立一条通信信道（逻辑信道），通信时通信系统

10、分配实际的物理信道、信息沿着物理信道、按信息包的先后顺序依次把信息包从源发送到目的地，在目的地按照接收信息包的先后顺序组装出原消息（报文）。 路由选择路由是从信源到达信宿的信息传输路径的选择。路由选择是选择从信源到达信宿的信息传输路径的过程。路由的方法有扩散法、查表法、虚电路法。扩散法：信息分组从原节点发往与它相邻的每个节点，接收该分组的节点检查自己以前是否已经收到过该分组，如果已经收到过、则将它抛弃；如果没有收到过、则将它再次发往它相邻的每个节点（除了该分组来源的哪个节点之外）。这样，一个分组的许多拷贝便尝试着通过各种可能的路径到达终点，其中必然有一个分组以最小的时延首先到达终点，终节点删除

11、后续到达的该分组的拷贝。特点：信息传输可靠；容易产生网络阻塞。查表法（静态路由法）：查表法：在每一个节点中使用路由表，它指明从该节点到网络中任何终点应当选择的路径。分组到达节点以后，按照路由表规定的线路行进。因为信息分组从源到达信宿的路径有多条，可以按照一定的准则建立最佳路由和备选路由。建立路由表的方法：最短距离准则：按照最短距离准则建立路由表；最小时延准则：按照最小时延准则建立路由表；静态路由法：路由表经过一段时间以后更新；路由工作时、不更新路由表；动态路由法：路由表每时每刻都在更新；每次路由工作时、都要根据计算更新路由表；虚电路路由表法：对一次呼叫确定路由，路由选择在节点接收到呼叫请求分组

12、之后执行的，此后到达的数据分组将沿着已经建立的路由通过网络。 帧交换（仅仅对数字信号）X.25协议是数据通信端到端的协议，包含物理层、数据链路层、网络层。帧交换是把信息分成若干帧、以帧为单位传输信息。包含物理层、数据链路层。相对于7层协议，第2层传送的信息单元是帧；第3层传送的信息单元是分组。 快速分组交换（仅仅对数字信号）高速分组交换是在分组交换基础上发展起来的，它把X.25分组交换中的分组逐点转发、差错控制、流量控制，改为端到端、由智能终端或者高层协议进行必要处理的方案，大大简化了协议处理速度，提高了传输效率。高速分组交换有2种方式：帧中继、信元中继。帧中继：把需要传送的消息（报文）分成若

13、干个信息帧，用虚电路的方式进行传输。信元中继：把需要传送的消息（报文）分成若干个等长的信元，每个信元长度为53个字节（48个字节是数据，5个字节是头部，头部包括用于路由的逻辑地址、信头效验码、优先级等控制信息），以数据报方式传输。1.2.4 窄带交换与宽带交换窄带交换是限定传输数据速率为64kbit/s或者是其整数倍，并且小于等于2Mbit/s的业务交换。宽带交换是对每个用户接口提供至少2Mbit/s的业务交换。B-ISDN.1.3 交换技术的发展1.3.1 电话交换技术的发展1） 机电式电话交换人工电话交换机： 磁石式：电话网的电源由各个电话机提供。共电式：电话网的电源由各个交换机统一提供。

14、特点：交换机需要人工值班，电话转接需要人工进行。机电式电话交换机：步进制电话交换机（史端乔交换机1889年）：用户通过拨号，发出直流脉冲信号，控制交换机中步进电机的动作，完成电话转接的工作。机动制电话交换机：交换机用记发器记录用户的转接信令，控制交换机中步进电机的动作，完成电话转接的工作。纵横制电话交换机：用继电器代替步进电机，交换机中控制和话路分离；交换机用记发器记录用户的转接信令，控制交换机中继电器的动作，完成电话转接的工作。2） 模拟程控交换（1965年）用计算机技术实现电话交换机的控制；电话网中传输模拟话音电信号。3） 数字程控交换（1970年）用计算机技术实现电话交换机的控制；电话网

15、中传输数字话音电信号。发展共路信令：用单独的信道传输信令。4） POTS交换节点的发展趋势POTS普通电话业务。ISO进行信息化建设的3个步骤建议：普及数字程控交换机；普及N-ISDN；普及B-ISDN；支持移动交换中心。1.3.2 分组交换技术的发展1） 早期的研究和实验1967年开始ARPAnet计划；1969年实现计算机分组交换网络；1972年10月，第1届计算机通信会议，开始民用分组交换网络建设。2） 分组交换公用数据网1974年开始，计算机网络进入商业运行，推动网络标准化工作。1976年，CCITT建议X.25协议；等等。3） 分组交换系统的分代第一代分组交换系统：用一台计算机完成分

16、组交换功能；把某个输入队列里的信息分发到指定的输出队列中。第二代分组交换系统：用专用的前端机完成分组交换功能；前端机通过共享媒体、采用时分复用方式进行分组信息的交换。第三代分组交换系统：用专用集成电路实现信息的分组交换。1.3.3 ATM交换技术的发展ATM是异步时分复用快速分组交换的简称。1） 早期的研究ATM研究的目的：结合电路交换和分组交换的优点，实现快速信息交换CCITT建议：ATM采用固定长度的分组（每个分组53个字节），作为B-ISDN信息分组的标准格式。2） 公用ATM交换网 小容量ATM交换网络：吞吐量10Gbit/s、及其以下交换网。实验网。 公用ATM交换系统：骨干网络吞吐

17、量40Gbit/s160Gbit/s。3） 研究热点和展望交换结构：业务流控制：话音和多媒体支持：和智能网络的结合：光交换：物连网：1.3.4 IP交换技术的发展1） 发展背景当前的计算机局域网是按照ISO的建议建立的：基于共享媒体的结构的（以太网），为用户提供廉价的、非实时的、不可靠的、临近的信息共享服务。为用户提供电信级信息服务，必须对以太网进行改造。计算机网络的迅速发展也需要对传统局域网进行改造。2） IP交换IP交换是用于在ATM网络上传送IP分组的技术。其工作目标是用ATM交换机取代路由器。3） 标记交换技术标记交换技术是基于路由器的ATM承载IP技术。特点：支持多协议。4） IP/

18、ATM集成交换把IP技术和ATM技术集成在一起。特点：支持多协议。1.4 电话交换信令方式1.4.1 信令的概述信令：维持通信系统正常工作的信息和指令。1.4.2 信令的类型带内信令：在电话交换局之间，通过话音频带传送的信令。带外信令：在电话交换局之间，通过话音频带以外传送的信令。随路信令：与话音信号同路传输的信令。分组信令：信令以分组的方式传送，信令采用对等层通信。公共信道信令：共路信令：采用专门的信道传输信令。1.4.3 用户线信令用户线信令：是在用户机器和交换机之间传输的信令。用户状态信令：选择信令：地址信令可闻音信令：交换机向用户发出的信令。1.4.4 局间信令局间信令：是交换机之间，

19、通过中继线传输的信令。中国1号信令（随路信令）：把话路所需的各种控制信号用话路本身或与之有固定联系的信道传输，即用一个信道传输话音和信令。线路信号：是线路设备之间传送的信号，用于通信的建立、维持、监视。 记发器信号：是记发器之间传输的信号。在通信前后传输。中国7号信令（共路信令）：把通信所需的各种控制信号用专用信道传输，即用不同的信道传输话音和信令。7号信令的四个功能级： Internet的结构用户应用层（会话、表示、应用）信号网运输层信号链路互连网层物理链路子网层（物理、数据链路）第2章 数字交换与数字交换网 8学时数字程控交换机的核心是数字交换网络，数字交换网络用时分方式进行工作，输入/输

20、出数字信号。2.1 数字交换原理2.1.1 数字交换数字交换用时分方式进行工作，把一段时间平均分成若干时隙（时间片），对时隙进行编号。每个时隙中存储若干位数字信息。用不同时隙中的数字信号的交换，实现信息交换。2.1.2 时隙交换原理在时隙交换过程中，如果A用户的话音信道占用TS1时隙，如果B用户的话音信道占用TS2时隙，怎样实现信息的交换？01 23032112话音存储器 地址图2-1时隙交换原理时隙交换过程： 用户终端地址和PCM数据流的时隙号、通过复用器和分用器联系起来。 把输入信息，按照PCM时隙号和话音存储器的地址对应的方式、顺序写入话音存储器。 把输出信息，按照控制存储器的要求、按照

21、指定的话音存储器的地址的顺序，控制读出到输出的PCM数据流的时隙号中去。实现信息交换。2.1.3 数字交换网络时隙交换：实现同一个线路不同时隙信息的交换。数字交换网络空间交换：实现同一个时隙不同线路信息的交换。2.2 T型时分接线器2.2.1 T接线器的基本组成T型时分接线器又叫时间型接线器，简称T接线器。它有两组存储器：话音存储器和控制存储器。话音存储器用于存储PCM话音信息。控制存储器用于控制从话音存储器读信息时的地址。一般情况下，话音存储器采用“顺序输入、控制读出”方式工作。一般情况下，T型接线器的输入时隙数、输出时隙数、话音存储器数、控制存储器数是相等的。2.2.2 T接线器的工作原理

22、T型接线器的工作方式：（1）顺序输入、控制读出；（2）控制输入、顺序读出；T型接线器的类型：分配器：输入时隙数等于输出时隙数。（入线数等于出线数）集线器：输入时隙数大于输出时隙数。（入线数大于出线数）扩展器：输入时隙数小于输出时隙数。（入线数小于出线数）（1）顺序输入、控制读出工作方式1）信息交换原理： 输入时隙数、输出时隙数、话音存储器数、控制存储器数是相等的。 输入信息，按照输入时隙号和话音存储器地址号顺序对应的方式、从时隙中存入话音存储器中；同时，把信息交换的地址写入控制存储器中。 输出信息，按照控制存储器的地址号和输出时隙号对应的方式、从中控制存储器中读出话音存储器的地址、从话音存储器对应的地址中读信息、放到输出时隙中。完成时隙交换。2）举例：用T接线器实现TS1(a)和TS8(b)的信息交换 输入时隙数、输出时隙数、话音存储器数、控制存储器数是相等的。 输入信息，按照输入时隙号和话音存储器地址号顺序对应的方式、从时隙中存入话音存储器中；同时，把信息交换的地址写入控制存储器中。 输出信息，按照控制存储器的地址