第一章交换技术概述

1、点对点通信点对点通信数据数据话音话音2. 多用户全互连多用户全互连若终端数为若终端数为n，则线对数为，则线对数为C= n(n-1)/2终端终端=5、线对数、线对数=5X4/2=10终端终端n=100，线对数，线对数=100X(100-1)/2=4950终端终端n=1000，线对数，线对数=1000X(1000-1)/2=499500(近近50万对万对)3. 多用户通过交换节点相连多用户通过交换节点相连多用户通过交换节点相连二、引入交换的通信网二、引入交换的通信网一台交换机组成的通信网一台交换机组成的通信网2. 多台交换机组成的通信网多台交换机组成的通信网 综上所述，在多用户通信时，为了降低用户

2、线路的投资，在通信网中就要引入交换机进行交换。交换机在通信网中起着非常重要的作用。电话的发明电话的发明1837年发明了电报，它是以数字信号的形式传递信息的。1856年创建西方联盟，主要注重电报技术。 1860年，菲利普里斯（Philip Reis）发现可以把电加在电线上来传送声音。他在电线的一端绑了一个用香肠皮包裹着的软木塞（一个原始麦克风），然后把电线缠到编织针上，并在软木塞和编织针之间装上电池。当他把编织针放在小提琴的琴弦上时，每次敲打软木塞，琴弦就会振动。反之，如果拨动小提琴的弦，软木塞也会发出声音。 l876年，亚历山大格雷厄姆贝尔（Alexander Graham Bell）为他的一

3、项发明申请了专利，这个专利被他命名为“电报的改进”。这是一个小盒子，并没有多少功能，它主要通过麦克风传送声音。仅在几小时后，西方电子公司的共同创始人以利沙戈瑞（Elisha Gray）也为他发明的电话机申请专利，他甚至可以进行现场演示。不幸的是，贝尔已经申请到了专利，并被誉为电话发明家。贝尔的发明只有一个接收器，而没有麦克风。后来，在1877年，他又为一个把接收器和麦克风装在一起的设备申请了专利。他的第一个专利需要两个分离的设备。 二二 电话交换机的发明电话交换机的发明1 人工交换机人工交换机 因为两个电话通信需要一对线，当一个用户要和多个用户打电话时，就需要和多个用户拉多条线，显然很不方便，

4、因此就发明了人工交换机。人工交换机主要由用户线、用户塞孔、绳路（塞绳和插塞）和信号灯等设备及话务员组成。用户线、用户塞孔、绳路（塞绳和插塞）起连接线作用，即为话路系统；话务员起控制接续作用，即为控制系统。每个用户的话机通过用户线接到交换机的用户塞孔上，用户要打电话，先与话务员通信，告诉话务员要找谁，然后由话务员用绳路将两个通话的用户线连通。 为适应多个用户之间电话交换的要求，1878年出现了第一部人工磁石电话交换机。 2 步进制交换机步进制交换机 第一部自动电话交换机于1891年由一个名叫史端乔的殡仪业者发明。因为该镇的电话接线员不给史端乔的业务接线（电话员的堂兄也开了一家殡仪馆），史端乔很生

5、气，发誓一定要摆脱公共接线员的永久控制。他在他的车库里制作了第一台步进制电话交换机。但直到1921年，他的发明才被安装在一家电话机房里。由于这个机器还有很多问题，所以被送往欧洲一家公司进一步改造。该设备改进后，在贝尔公司的电话机房中应用。步进制交换机工作很可靠，以至于至今还有许多地方在使用（但仅仅是一些偏远地区）。许多私有企业为专用交换安装了步进制交换机。洛杉矶的许多豪华旅馆都安装了自己的交换机。 1896年，史端乔发明了旋转式拨号盘，它使用户可以直接通过拨号进行呼叫，而不需要接线员人工接线。但是，在长途通信中，人工接线仍在使用，直到1951年，才完全废除人工接线。用户通过电话机的拨号盘控制电

6、话局中的电磁继电器与接线器的动作，可以完成电话的自动接续。从此，电话交换开始由人工时代迈入自动化的时代。史端乔自动交换机经改进后产生了德国西门子式自动交换机，虽然在接线器结构和电路性能等方面有所改进，仅共同的特点仍然是由用户话机所发出的号盘脉冲直接控制交换机的接线器动作，故统称为步进制，属于直接控制方式。 步进制交换机主要由自动选择器代替话务员进行接续控制。自动选择器由线弧、弧刷和上升旋转机构组成。线弧、弧刷各为三组，分别连接出abc三组出入线。自动选择器有两种结构：旋转型和上升旋转型。 线圈通电，电磁铁产生吸力，带动弧刷转动，每动一步，连接一组出入线。用户的拨号脉冲控制选择器旋转、上升运动，

7、使弧刷与线弧接点接触构成通路。 步进制交换机接续示意图 控制电路7130选择器主叫被叫 每个步进制交换机都有预选器、选组器和终接器组成。 预选器：采用旋转型选择器，用于选择一个空闲的出路。 选组器：采用上升旋转型选择器，用于扩大交换机的容量。 终接器：采用上升旋转型选择器，用于连接终端。 步进制交换机特点：直接由用户拨号脉冲控制接续（直接控制直接控制）；各级都有控制，为全分散全分散控制。 缺点：接点为滑动式，可靠性差；动作慢、机构复杂、占地大，易损坏。 3 纵横制交换机的发明纵横制交换机的发明 19l 9年瑞典工程师比图兰德(Eetulander)和帕尔默格林(Palm)发明了一种“纵横接线器

8、”的新型选择器并申请专利，这种接线器将过去滑动摩擦方式的接点改成了压触式，从而减少了磨损，提高了寿命。1926年世界上第一个大型的纵横制自动电话交换局首先在瑞典使用，l 938年美国引进了1号纵横交换系统，接着法国、日本、美国等国也相继生产纵横制交换机。从此纵横制自动电话交换机开始广泛使用。50年代初，纵横制交换技术已达到比较完善和成熟的阶段。 纵横制交换机把话路部分和控制部分分离，话路部分由纵横接线器和绳路组成；控制部分由记发器和标志器组成。 纵横接线器：由纵棒和横棒组成，连接用户出入线； 绳路：完成出入线的连接； 记发器：接收存储被叫号码； 标志器：控制纵横接线器，使出入线的交叉点闭合，进

9、行接续。 纵横制交换机接续示意图 标志器用户9用户1用户0记发器用户电路用户电路用户电路用户2用户电路绳路1绳路2绳路3绳路4绳路5012901 23987654M10M91 纵横制交换机特点：间接控制（用户拨号先通过记发器接收存储，记发器再送给标志器，然后由标志器来控制接续）；集中控制（集中由标志器进行控制）；接点为压触式，可靠性比步进制高。 缺点：体积大，数量多，工作复杂，维护困难。4 4 电子交换机的发明电子交换机的发明 随着电子技术，尤其是半导体技术的迅速发展，在交换机内引入电子技术，并首先应用于控制设备中，称作电子交换机。由于当时电子元件的落差系数（断路和通路电阻比）达不到通话回路中

10、交叉点的要求，所以通话回路的接续仍使用机械接点。因而出现了“半电子交换机”、“准电子交换机”。只有在微电子技术和数字技术的进一步发展以后，才开始了全电子交换机的迅速发展。1946年第一台存储程序控制的电子计算机的诞生，对交换技术的发展起了巨大的影响。早期的程控交换机是“空分”的，它的话路部分往往采用机械接点，例如1965年美国投产的第一台程控交换机No1系统就是一台空分交换机。 半电子交换机接续部分使用纵横接线器，控制部分使用电子元件； 准电子交换机接续部分使用比纵横集线器体积小、速度快的干簧接线器和剩簧接线器，控制部分使用电子元件； 全电子交换机接续部分和控制部分均使用电子元件。 5 5 程

11、控交换机程控交换机程控交换机是存储程序控制程控交换机是存储程序控制SPC(Stored Program Control)的简称。它将用户信息和交换机的控制、维护的简称。它将用户信息和交换机的控制、维护管理功能预先编成程序，存储到计算机内。当交换机工作管理功能预先编成程序，存储到计算机内。当交换机工作时，控制部分自动监视用户的状态变化和所拨号码，并根时，控制部分自动监视用户的状态变化和所拨号码，并根据要求执行程序，从而完成各种功能。据要求执行程序，从而完成各种功能。 1946年，第一台存储程序控制电子计算机的诞生，年，第一台存储程序控制电子计算机的诞生，对交换技术发展起到了巨大的影响；对交换技术

12、发展起到了巨大的影响；1965年，美国贝尔系统生产了世界上第一台商用存年，美国贝尔系统生产了世界上第一台商用存储程序控制的电子交换机储程序控制的电子交换机No.1 ESS；1970年，法国开通了世界上第一个程控数字交换系年，法国开通了世界上第一个程控数字交换系统统E10，标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换，标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换时代。时代。 5 5 程控交换机程控交换机（1) 发展阶段：发展阶段：第一阶段：六十年代中至七十年代初，采用大型计算机第一阶段：六十年代中至七十年代初，采用大型计算机进行集中控制的空分模拟式程控交换机，话路交换网进行集中控制的空分模拟式程控交

13、换机，话路交换网是采用金属接点交换网。代表产品：美国贝尔系统是采用金属接点交换网。代表产品：美国贝尔系统1 1号号No1 ESS(Electronic Switching System)No1 ESS(Electronic Switching System)，日本，日本D10D10。特点特点：体积大、软件复杂、耗电大、故障影响：体积大、软件复杂、耗电大、故障影响面大。面大。第二阶段：七十年代中期，采用小型机或微型机进行分第二阶段：七十年代中期，采用小型机或微型机进行分散两级控制（用户级和选组级）的程控交换机散两级控制（用户级和选组级）的程控交换机, , 话路话路交换网是采用电子接点交换网。代表

14、产品：加拿大交换网是采用电子接点交换网。代表产品：加拿大 SL-1SL-1，日本，日本 NEAX22NEAX22。特点特点：体积小、耗电省、组网：体积小、耗电省、组网方便。方便。 第三阶段：八十年代初，采用微机进行全分散式控制的时分数字交换机，话路交换网采用的是存储器式的数字交换网。代表产品：日本 F-150，比利时ITT1240（中国称为S-1240）。特点：模块化设备可靠性高，直接与脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation）设备配合可传输话音、电报、传真、图象信号。第四阶段：八十年代中期，在程控交换机的基础上发展窄带窄带ISDN交换机交换机。数字传输和数字交换构成综合

15、数字网IDN(Integrated Digital Network), 向综合业务数字网ISDN(Integrated Service Digital Network)发展。特点：端到端数字连接，综合业务（话音与数据），标准接口。为用户提供2B+D数字接口(一个话音通道、一个数据或传真通道、一个信令通道)。此外还具备X.25分组交换接口(X.25为分组交换格式)，可进行话音和非话业务通信，开展宽带非话业务、传输活动图象和电视电话，可组成综合业务数字通信网(ISDN)。NISDN技术在第四章介绍。 （2)2) 程控交换技术的发展过程程控交换技术的发展过程 话路交换网：金属接点 电子接点 大规模集

16、成电路 传输话音信息：模拟信号 时分数字信号 控制方式：集中控制 分散控制 控制设备：专用大型机 小型机 微机 交换方式：单一电路交换 电路交换与分组交换组合（3) 3) 我国程控交换机的发展概况我国程控交换机的发展概况 我国从1982年开始在福州引进了日本富士通的F-150数字程控交换机，而后各省市、地县相继引入“七国八制”的数字程控交换机，极大的促进了我国电信网的数字化改造，铁路专线、军线等也逐步进行了程控数字化的改造。1985年，上海贝尔公司引进比利时的生产线，并组装第一批S-1240程控交换机。但不同国家的不同制式的设备给我国电信局网络管理带来了很多困难。到2000年，全国数字交换机容

17、量达1.7亿万门，电话普及率达89%。国产程控交换机1997年价格为600750元人民币/线，而进口程控交换机为150250美元，计12002000元人民币/线，高出近一倍。国产程控交换机的研制起点高，在博采各家之长后设计，使用高性能的处理机，功能齐全，技术先进，容易安装开通，采用全中文屏幕，操作方便，售后服务令人放心。 二十世纪九十年代初中期时，国产局用交换机“五朵金花”：v HJD-04巨龙通信公司，1991年推向市场，年生产能力600万线；v CC08深圳华为公司，1994年推向市场，年生产能力200万线；v ZXJ10深圳中兴公司，1994年推向市场，年生产能力100万线；v SP30

18、西安大塘公司，1995年推向市场，年生产能力50万线；v EIM-601北京华科公司，1995年推向市场，年生产能力200万线。v 由于北京华科公司没有打开市场，二十世纪九十年代后期就成了“巨大中华巨大中华”(巨龙、大唐、中兴、华为，实际知名度基本是逆顺序)。 另外，还有潍坊华光JSN-1，联想LEX-5000，深圳桑达HJD-1000也是二十世纪九十年代中后期发展起来的国产化程控交换机。 合资公司生产的局用程控交换机有：vS-1240上海贝尔，铁道部北京通号公司，年生产能力500600万线；v北京国际交换系统，年生产能力250300万线；v天津日电公司，年生产能力200300万线；vAT&a

19、mp;T美国与青岛，年生产能力100万线；v加拿大北方电讯与广东顺德，年生产能力100万线；vF-150日本富士通与苏州F-150，年生产能力50万线；vAXE-10瑞典爱立信与南京，年生产能力50万线；程控交换机的工作原理在第2章介绍。 一一. 电路交换电路交换 电路交换电路交换CS（Circuit Switching）是最早出现的一）是最早出现的一种交换方式，包括早期的人工电话在内的电话交换都普遍种交换方式，包括早期的人工电话在内的电话交换都普遍采用电路交换方式。在电路交换方式中，交换中心处理每采用电路交换方式。在电路交换方式中，交换中心处理每一个呼叫都要经过连接的建立、保持和拆除三个阶段

20、。一个呼叫都要经过连接的建立、保持和拆除三个阶段。 电路交换的要点是面向连接，在通信时需要先建立连电路交换的要点是面向连接，在通信时需要先建立连接，在通信过程中独占一个信道，优点是实时性高，时延接，在通信过程中独占一个信道，优点是实时性高，时延和时延抖动都较小；缺点是信道利用率低，且传输速率单和时延抖动都较小；缺点是信道利用率低，且传输速率单一。电路交换主要适用于话音和视频这类实时性强的业务。一。电路交换主要适用于话音和视频这类实时性强的业务。 电路交换经历了模拟交换、程控交换、电路交换经历了模拟交换、程控交换、N-ISDN的发的发展历程。展历程。 电路交换基本工作原理在第电路交换基本工作原理

21、在第2章介绍。章介绍。 二二. 分组交换分组交换 报文交换（报文交换（Message Switching ）又称为存）又称为存储转发交换，它与电路交换的原理不同，不需要储转发交换，它与电路交换的原理不同，不需要提供通信双方的物理连接，而是将所接收的报文提供通信双方的物理连接，而是将所接收的报文暂时存储。报文中除了用户要传送的信息以外，暂时存储。报文中除了用户要传送的信息以外，还有目的地址和源地址。公用电信网的电报自动还有目的地址和源地址。公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用，有的专用数据网也交换是报文交换的典型应用，有的专用数据网也采用报文交换方式。采用报文交换方式。 分组交换PS（P

22、acket Switching）的思想是从报文交换而来的，采用存储转发方式的分组交换与报文交换的不同在于：分组交换将用户要传送的信息分割为若干个分组（packet），每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。 分组交换的要点是信息分组，优点是传输灵活，信道利用率高；缺点是协议和设备非常复杂，由此产生的时延和时延抖动很大。分组交换主要用于数据传输。 分组交换经历了X.25、FR和B-ISDN/ATM的发展历程。 分组交换在第3章介绍。三三. ATM. ATM交换交换 二十世纪九十年代后开始研究异步转移模式二十世纪九十年代后开始研究异步转移模式ATM(Asynchronous Transfer Mode), 要在以电话网为主体演变要在以电话网为主体演变而来的宽带综合业务数字网和以计算机网为主体演变而来的而来的宽带综合业务数字网和以计算机网为主体演变而来的Internet综合网的基础上建成高速信息网络或称信息高速公路，综合网的基础上建成高速信息网络或称信息高速公路，正规名称为国家信息基础设施正规名称为国家信息基础设施NII(National Information Infrastructure)。 ATM ATM是国际电信联盟是国际电信联盟ITUITU作为作为B-ISDNB-ISDN的传送交换模式标准。的传送交换模式标准。ATMATM是以信元为基础的快速分组交换，可