程控交换及综合业务通信网第一章概论

1、 第一章第一章 概论概论 1.1 通信网与信息网的发展概况通信网与信息网的发展概况 信息技术是当今社会乃至未来社会生产力信息技术是当今社会乃至未来社会生产力的基本要素，信息产业已经成为国民经济的基的基本要素，信息产业已经成为国民经济的基础结构。础结构。 20052005年年中国移动电话用户量已达中国移动电话用户量已达1.2061.206亿亿 户，超过美国居世界首位。电话用户总数达到户，超过美国居世界首位。电话用户总数达到了近了近3 3亿户。亿户。 20012001年，中国电子信息产业成为推动经济增长的年，中国电子信息产业成为推动经济增长的重要力量，全年实现工业总产值重要力量，全年实现工业总产值

2、1357213572亿元（按亿元（按19901990年不变价计算），增速达年不变价计算），增速达26.8%26.8%，高于全国工业生产，高于全国工业生产增速增速1717个百分点；实现销售收入个百分点；实现销售收入82378237亿元，增长亿元，增长20%20%，二者均居各工业行业之首。成为保持中国经济二者均居各工业行业之首。成为保持中国经济7.3%7.3%增长的重要支柱。全行业全年完成工业增加值增长的重要支柱。全行业全年完成工业增加值17741774亿元，比去年同期增长亿元，比去年同期增长16%16%，占，占GDPGDP的的1.85%1.85%，拉动全，拉动全国国GDPGDP增长增长7.37.

3、3个百分点中的个百分点中的0.280.28个百分点。个百分点。 我国目前主要的通信网主要如下：我国目前主要的通信网主要如下： 1. 光纤、卫星和数字微波骨干网光纤、卫星和数字微波骨干网 2. 公用电话交换网（公用电话交换网（PSTN） 3. 公用分组交换数据网（公用分组交换数据网（CHINAPAC） 4. 公用数字数据网（公用数字数据网（CHINADDN） 5. 中国公用因特网（中国公用因特网（CHINANET） 6. “金金”系列网络工程系列网络工程 7. 中国科技信息网（中国科技信息网（CSTNET） 8. 中国教育和科研计算机网（中国教育和科研计算机网（CERNET） 1.2 信息网络的

4、分类与特点信息网络的分类与特点 信息网络的分类方法主要有以下几种：信息网络的分类方法主要有以下几种： 1. 根据业务和功能划分根据业务和功能划分 电话网、电报网、传真网、计算机数据网、电话网、电报网、传真网、计算机数据网、有线电视网等等。有线电视网等等。 2. 根据管理体制划分根据管理体制划分 公用网：公用电话交换网、公用数据网、公用网：公用电话交换网、公用数据网、因特网。因特网。 3. 根据交换方式划分根据交换方式划分 电路交换、报文交换、分组交换。电路交换、报文交换、分组交换。 4. 根据控制方式和拓扑结构划分根据控制方式和拓扑结构划分 集中控制式、分级控制式、分布控制式。集中控制式、分级

5、控制式、分布控制式。 星型、总线型、环型、树型和混合型。星型、总线型、环型、树型和混合型。 5. 根据规模和应用划分根据规模和应用划分 洲际网、国家网、地区网、广域网、局域网等。洲际网、国家网、地区网、广域网、局域网等。 1.3 1.3 交换机的发展过程交换机的发展过程 18761876年贝尔发明了世界上第一部电话机以年贝尔发明了世界上第一部电话机以来，电话交换技术随着社会需求的飞速增长和来，电话交换技术随着社会需求的飞速增长和科技水平的不断提高处于迅速的变革与发展中，科技水平的不断提高处于迅速的变革与发展中，可以分为三个阶段：可以分为三个阶段： 1. 1. 人工交换：借助话务员进行电话接续。

6、人工交换：借助话务员进行电话接续。 2. 2. 机电交换：包括步进式和纵横式。步机电交换：包括步进式和纵横式。步进式通过话机拨号脉冲直接控制电话接续。纵进式通过话机拨号脉冲直接控制电话接续。纵横式则由直接控制过渡到间接控制，是对步进横式则由直接控制过渡到间接控制，是对步进式的改进。式的改进。 3. 电子交换：主要分为布控式和程控式。布控式电子交换：主要分为布控式和程控式。布控式（Wired Logic Control，WLC）是利用逻辑电路进）是利用逻辑电路进行控制的一种交换方式。程控就是存储程序控制行控制的一种交换方式。程控就是存储程序控制（Stored Program Control，SP

7、C），程控式交换），程控式交换是利用计算机软件进行控制（即存储程序控制）的一是利用计算机软件进行控制（即存储程序控制）的一种交换方式。种交换方式。 1965年，美国开通了世界上第一台程控交换机，年，美国开通了世界上第一台程控交换机，2020世纪世纪7070年代开始出现了数字程控交换机。年代开始出现了数字程控交换机。 目前程控交换技术的发展方向：目前程控交换技术的发展方向： （1 1）进一步降低成本，减小体积，增强功能。）进一步降低成本，减小体积，增强功能。 （2 2）提高控制的分散、灵活程度与可靠性。）提高控制的分散、灵活程度与可靠性。 （3 3）普遍采用共路信令系统。）普遍采用共路信令系统。

8、 （4 4）引入非话业务。）引入非话业务。 （5 5）增强程控交换系统与其它通信网的接口、）增强程控交换系统与其它通信网的接口、连接与组网能力。连接与组网能力。 1.4 1.4 电话网的结构电话网的结构 电话网的基本组成设备包括终端设备、传电话网的基本组成设备包括终端设备、传输设备和交换设备。输设备和交换设备。基本结构形式有星型网、基本结构形式有星型网、环型网和复合型网等，目前的电话网一般都采环型网和复合型网等，目前的电话网一般都采用等级制树型网络结构。用等级制树型网络结构。 我国的电话通信网采用分级网结构，包括我国的电话通信网采用分级网结构，包括长途电话网和本地电话网两大部分。长途电话网和本

9、地电话网两大部分。 1.4.1 1.4.1 长途电话网长途电话网 长途电话二级网的等级结构及网路组织示长途电话二级网的等级结构及网路组织示意图如图意图如图1-1所示。所示。图1-1 长途电话二级网等级结构及网路组织示意（1）一级交换中心）一级交换中心 一级交换中心（一级交换中心（DC1）为省（自治区、）为省（自治区、直辖市）长途交换中心，其功能主要是汇接所直辖市）长途交换中心，其功能主要是汇接所在省（自治区、直辖市）的省际长途来去话务在省（自治区、直辖市）的省际长途来去话务和所在本地网的长途终端话务。和所在本地网的长途终端话务。（2）二级交换中心）二级交换中心 二级交换中心（二级交换中心（DC

10、2）是本地网的长途交）是本地网的长途交换中心，其主要职能为汇接所在本地网的长途换中心，其主要职能为汇接所在本地网的长途终端话务。终端话务。1.4.2 1.4.2 本地电话网本地电话网 本地电话网指由同一个长途编号区范围内本地电话网指由同一个长途编号区范围内的所有交换设备、传输设备和用户终端设备组的所有交换设备、传输设备和用户终端设备组成的电话网络。成的电话网络。 根据本地网的规模大小和端局数量，本地根据本地网的规模大小和端局数量，本地网网路等级结构可分为网状网结构和二级网结网网路等级结构可分为网状网结构和二级网结构。构。 1.4.3 1.4.3 编号计划编号计划 （1）本地电话号码）本地电话号

11、码 同一本地网范围内的用户之间相互呼叫时同一本地网范围内的用户之间相互呼叫时拨打同一本地用户号码，号码结构为：拨打同一本地用户号码，号码结构为： 局号局内用户号局号局内用户号 （2 2）国内长途呼叫）国内长途呼叫 需在对方电话号码前加拨国内长途字冠需在对方电话号码前加拨国内长途字冠0 0和长途区号，号码方案为和长途区号，号码方案为 0 0长途区号对方电话号码长途区号对方电话号码 如果呼叫的是异地移动网用户，则应在移如果呼叫的是异地移动网用户，则应在移动电话号码前加拨动电话号码前加拨0 0，即号码为：，即号码为： 0 0移动网的接入码移动网的用户号码移动网的接入码移动网的用户号码（3 3）国际长

12、途呼叫）国际长途呼叫 国际自动拨号程序为：国际自动拨号程序为： 0000国家号码被叫国的国内有效号码国家号码被叫国的国内有效号码 1.5 1.5 话务理论基础话务理论基础 在话务理论基础中，通常把请求服务的用户称为源，在话务理论基础中，通常把请求服务的用户称为源，将中继线、收发器等被请求的对象统称为服务器。将中继线、收发器等被请求的对象统称为服务器。 由于用户请求具有随机性和所有用户同时需要服务由于用户请求具有随机性和所有用户同时需要服务的概率很小，并考虑到系统所需要服务器配置数量与服的概率很小，并考虑到系统所需要服务器配置数量与服务质量两个方面，一般认为用户偶尔得不到服务或需要务质量两个方面

13、，一般认为用户偶尔得不到服务或需要短时等待是可以容忍的。因此，需要对服务需求、服务短时等待是可以容忍的。因此，需要对服务需求、服务质量与系统应该配置服务器数量进行定量描述或估算。质量与系统应该配置服务器数量进行定量描述或估算。 1.5.1 1.5.1 话务量与话务量与BHCABHCA 话务量：单位时间内平均发生的呼叫次话务量：单位时间内平均发生的呼叫次数数a a与每次呼叫平均占用时间与每次呼叫平均占用时间t t0 0的乘积，表示的乘积，表示为：为： A = atA = at0 0 A A的单位有三种：的单位有三种： 若若a a与与t t0 0的单位相同，则的单位相同，则A A的单位是爱尔兰的单

14、位是爱尔兰（ErlangErlang）, ,简记为简记为ErlErl。 若若a a以小时作为时间单位，以小时作为时间单位，t t0 0以分钟为单以分钟为单位，则位，则A A的单位是分钟呼（的单位是分钟呼（cmcm）。）。 若若a a以小时作为时间单位，以小时作为时间单位，t t0 0以百秒为单以百秒为单位，则位，则A A的单位是百秒呼（的单位是百秒呼（ccsccs）。）。 1 Erl1 Erl60 cm60 cm36 ccs36 ccs 应当指出，实际中呼叫的频次和持续时间应当指出，实际中呼叫的频次和持续时间都是随机变量，与时间和用户行为有关，通常都是随机变量，与时间和用户行为有关，通常采用概

15、率统计的方法求采用概率统计的方法求a a和和t t0 0。图1-2 一天中按小时统计的呼叫次数情况8:00 时 间12：0024：0014001000600200呼叫次数 BHCA: BHCA: 通常将话务量最大的一小时所对通常将话务量最大的一小时所对应的呼叫次数称为应的呼叫次数称为“忙时呼叫次数忙时呼叫次数”或或“忙时忙时试呼次数试呼次数”，缩写为，缩写为BHCABHCA。 BHCABHCA值根据不同容量和话务量而异，通值根据不同容量和话务量而异，通常可以根据给定的话务量，估算出忙时平均呼常可以根据给定的话务量，估算出忙时平均呼叫次数，然后取叫次数，然后取2 2倍，作为倍，作为BHCABHC

16、A值。值。 例如：若例如：若A=150Erl, tA=150Erl, t0 0 =180=180秒，则秒，则 a = A/ ta = A/ t0 0 = 150Erl/0.05= 150Erl/0.05小时小时 = 3000= 3000次次/ /小时小时 BHCA=2a=6000BHCA=2a=6000次次 1.5.2 1.5.2 呼损率与服务等级呼损率与服务等级 在一定的平均话务量和服务器数的情况下，在一定的平均话务量和服务器数的情况下，用户发出的呼叫有的获得了服务，有的没有得到用户发出的呼叫有的获得了服务，有的没有得到成功的处理与服务，产生阻塞，这种遇阻的呼叫成功的处理与服务，产生阻塞，这

17、种遇阻的呼叫称为呼损。称为呼损。 呼损率有两种定义：呼损率有两种定义： 1.1.时间拥塞率：服务器全忙的概率，即服时间拥塞率：服务器全忙的概率，即服务器全被占用的时间与总考察时间之比。务器全被占用的时间与总考察时间之比。 2.2.呼叫拥塞率：丢失呼叫的概率，即由于呼叫拥塞率：丢失呼叫的概率，即由于服务器全被占用而丢失的呼叫次数与总呼叫次服务器全被占用而丢失的呼叫次数与总呼叫次数之比。数之比。 系统所能达到的呼损率通常称为服务等级系统所能达到的呼损率通常称为服务等级gos(grade of service)gos(grade of service)。在交换系统中，往往要。在交换系统中，往往要求在

18、给定平均话务量（求在给定平均话务量（A A）和所希望达到的呼损率）和所希望达到的呼损率或服务等级（或服务等级（gosgos）下，确定所需的最低服务器个）下，确定所需的最低服务器个数（数（M M）。）。 在下面的几种计算方法中，假定话源是相互独在下面的几种计算方法中，假定话源是相互独立的，服务器是全利用度的，即所有的用户对服务立的，服务器是全利用度的，即所有的用户对服务器利用的机会是均等的。器利用的机会是均等的。（1 1）利用泊松分布）利用泊松分布 设有设有N N个源，共同产生的话务量为个源，共同产生的话务量为A A（ErlErl），），则每个源所产生的话务量为则每个源所产生的话务量为 每个源忙

19、的概率每个源忙的概率 NAA/ 这样，这样，N个源中有个源中有K个源忙的概率服从二项式分布，即个源忙的概率服从二项式分布，即 kNkkNkNkkNNANACppCkP)1 ()()1 ()(ANAp /当当N时时 ! kNCkkN，(1.1)其中其中(1.2) )!( !kNkNCkNAkNeNA)1 (，代入式（代入式（1.21.2），即得到泊松公式），即得到泊松公式AkekAkP!)()(N时时 （1.3） 在已知源总话务量在已知源总话务量A A和服务器数和服务器数M M，且源的个数远远大，且源的个数远远大于于M M的条件下，由式（的条件下，由式（1.31.3）可以求得表示时间拥塞率）可以

20、求得表示时间拥塞率B BT T的的摩立那（摩立那（MoLinaMoLina）公式）公式AMkkTekAB! 利用利用摩立那公式，建立了总话务量（摩立那公式，建立了总话务量（A)A)、服务、服务器数（器数（M)M)与拥塞率（与拥塞率（B BT T）的关系，并制成表，方便）的关系，并制成表，方便查用。查用。 例例1 1：若：若A=5ErlA=5Erl，gos=0.01gos=0.01，查表可得，查表可得M=12M=12。 (2) (2) 利用爱尔兰利用爱尔兰-B(Erlang-B)-B(Erlang-B)公式公式 设交换机系统有设交换机系统有N N个源，个源，M M个服务器。若个服务器。若i i个服务器被占用，则称系统处于个服务器被占用，则称系统处于i i状态；若再状态；若再发生呼叫或呼叫结束，则系统产生状态转移；发生呼叫或呼叫结束，则系统产生状态转移；若若i=M,i=M,则服务器全被占用，如果此时再来呼叫，则服务器全被占用，如果此时再来呼叫，它将占不到服务器而出现阻塞。它将占不到服务器而出现阻塞。 在假定在假定N N远远大于远远大于M M，呼叫都为相互独立的，