第2章_交换单元与交换网络

1、2.1 引 言2.2 交换单元交换单元2.3 交换网络交换网络2342.1 引言引言交换网络中的信号形式是数字的、时分复用信号交换网络中的信号形式是数字的、时分复用信号. .电路交换电路交换采用采用 同步时分复用信号同步时分复用信号分组交换和分组交换和ATMATM交换交换采用采用 统计时分复用信号统计时分复用信号什么是什么是同步时分复用信号同步时分复用信号和和统计时分复用信号统计时分复用信号？2.1 引言引言2.1 引言引言 1. 1. 同步时分复用同步时分复用 将时间划分为基本的时间单位帧，一帧分成若干时隙，时隙顺序编号，所有帧中编号相同的时隙成为一个子信道，一个子信道传输一个话路信号。*子

2、信道的速率是恒定的。 同步时分复用的来由：同步时分复用的来由：话音信号的频率话音信号的频率300HZ300HZ3400HZ3400HZ，采样频率为采样频率为8HZ8HZ，即采样周期为，即采样周期为125us125us，采样值是，采样值是8 8位二进制位二进制编码，编码，8 8位二进制占用的时间相对于位二进制占用的时间相对于125us125us很少，为了提高很少，为了提高利用率，将利用率，将125us125us分成若干时隙，不同用户的采样值占用不分成若干时隙，不同用户的采样值占用不同的时隙进行传输。同的时隙进行传输。 因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固定的，因为子信道在每一帧时间轴上的位置是固

3、定的，所以称为所以称为同步同步时分复用时分复用。同步时分复用信道又称。同步时分复用信道又称位置位置信道信道，是通过时间轴上的位置来区分子信道（话路）的。是通过时间轴上的位置来区分子信道（话路）的。2.1 引言引言2. 统计时分复用 信息按分组先存储再发送,每个分组附加标志码,各个分组占用不同的时隙;但标志相同的分组属于一个用户,将它们所占用的信道容量看成一个子信道,这种复用方式称为统计时分复用. 特点:先存储再发送,信息速率高的用户所占的信道容量大,且所占信道容量随着信息的多少动态变化,取消了帧概念,统计时分复用信道又称标志信道,是通过标志来区分各子信道的. 2.1 引言引言2.1 引言引言对

4、两种时分复用信号的比较。203021001223入入线线出出线线20130123（b）统计时分复用信号的交换统计时分复用信号的交换0123123入入线线出出线线（a）同步时分复用信号的交换同步时分复用信号的交换0 复用信号的交换示意图复用信号的交换示意图 只携带只携带用用户信息户信息, ,不指定不指定出出线地址线地址不仅携带不仅携带用户信息用户信息 还有还有出出线地址线地址同步时分复用同步时分复用信号的交换信号的交换统计时分复用统计时分复用信号的交换信号的交换统计时分复用统计时分复用的显著的显著优点优点是按照用户的需要是按照用户的需要动态地分配信道容量。一个用户信息速度高动态地分配信道容量。一

5、个用户信息速度高时，占的信道容量大，当它的信息速度变低时，占的信道容量大，当它的信息速度变低的时候，它占的信道容量也随之减小。的时候，它占的信道容量也随之减小。分组交换分组交换的统计复用时分信号使用的分组长的统计复用时分信号使用的分组长度不相等，因此子信道速率不固定，不适于度不相等，因此子信道速率不固定，不适于采用硬件交换单元。采用硬件交换单元。ATM交换交换的统计时分复的统计时分复用信号使用的分组长度相等（信元）适于采用信号使用的分组长度相等（信元）适于采用硬件交换单元，故用硬件交换单元，故ATM交换速度快。交换速度快。2.1 引言引言 实现任意入线与出线之间的互连是交换的基实现任意入线与出

6、线之间的互连是交换的基本功能。按照交换方式要求，节点内互连网本功能。按照交换方式要求，节点内互连网络可以提供实连接或虚连接。络可以提供实连接或虚连接。 节点内互连网络又称为交换网络（交换机节点内互连网络又称为交换网络（交换机构）。构）。 交换网络交换网络是由若干个交换单元按照一定的是由若干个交换单元按照一定的拓拓扑结构扑结构和和控制方式控制方式构成的。构成的。2.1 2.1 引引 言言交换网络有：空分、时分交换网络有：空分、时分 数字、模拟数字、模拟 节点交换网络具有一定的拓扑结构。（节点交换网络具有一定的拓扑结构。（选择选择在满足交换方式、容量和服务质量要求的情在满足交换方式、容量和服务质量

7、要求的情况下，获得高性能、低成本、便于扩充与控况下，获得高性能、低成本、便于扩充与控制的拓扑结构。制的拓扑结构。）2.1 2.1 引引 言言2.2.1 2.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述交换单元是构成交换网络的基本部件。交换单元是构成交换网络的基本部件。按照一定的拓扑结构和控制方式，由多个交按照一定的拓扑结构和控制方式，由多个交换单元即可构成交换网络。换单元即可构成交换网络。 对称交换单元（对称交换单元（M=NM=N） 全连接交换单元全连接交换单元 部分连接交换单元部分连接交换单元 （一）基本概念（一）基本概念 MN交换单元交换单元 入入线线出出线线控制端控制端 状态端状态端

8、12M12N 交换单元如何建立信息传送通道（连接）交换单元如何建立信息传送通道（连接）任意的入线和出线之间建立连接。任意的入线和出线之间建立连接。对于同步时分复用信号（实连接）对于同步时分复用信号（实连接） 对于统计复用信号对于统计复用信号 （虚连接）（虚连接） （二）内部通道（二）内部通道 入入线线出出线线12M12N（a）同步时分复用信号）同步时分复用信号入入线线出出线线12M12N2NN1121122NN（b）统计复用信号）统计复用信号2.1 2.1 交交 换换 单单 元元 集中型：集中型：M MN N，也称为集中器。，也称为集中器。 扩散型：扩散型：M MN N，也称为扩展器。，也称为

9、扩展器。 分配型：分配型：M M = = N N，也称为分配器。，也称为分配器。（三）交换单元的分类（三）交换单元的分类 12M1N入入线线出出线线(a)集中型集中型1M1N入入线线出出线线(b)扩散型扩散型入入线线1M1N出出线线(c)分配型分配型2.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述（三）交换单元的分类（三）交换单元的分类 2.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述q有向交换单元有向交换单元：当信息经过交换单元时只能：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。从入线进出线出，具有唯一确定的方向。q无向交换单元无向交换单元：交换单元的每条线既可入也：

10、交换单元的每条线既可入也可出，其入线数必等于出线数。可出，其入线数必等于出线数。出线0 N-1入线0M-1M X N有向交换单元.入线/出线0N-1N无向交换单元2.2.1 交换单元及其数学描述交换单元及其数学描述连接特性是交换单元的基本特性，它反映了交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，通常我们用换单元入线到出线的连接能力，通常我们用连连接集合接集合和和连接函数连接函数来描述交换单元的连接特性来描述交换单元的连接特性q 连接集合连接集合： 入线集合：入线集合：T=0,1,2,T=0,1,2,M-1,M-1 出线集合：出线集合：R=0,1,2,R=0,1,2,N

11、-1,N-1 定义：定义：tTtT，即，即t t是是T T的一个元的一个元 rRrRt t，R Rt t是是R R的一个子集，的一个子集，r r是是R Rt t的的一个元。则集合一个元。则集合 c=t,Rc=t,Rt t 为一个连接。为一个连接。若若rRrRt t，R Rt t中只含有一个元，则称该连接为中只含有一个元，则称该连接为点到点点到点连接。连接。若若rRrRt t，R Rt t中含有多个元，则称该连接为中含有多个元，则称该连接为一一点到多点点到多点连接。连接。若一个交换单元可以提供点到多点的功能，但若一个交换单元可以提供点到多点的功能，但R Rt tRR，则称其具有，则称其具有同发同

12、发功能；若功能；若R Rt t=R=R，则该交，则该交换单元具有换单元具有广播广播功能。功能。（四）连接与连接函数 一个交换单元的连接同时可有多个，这就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：构成了交换单元的连接集合： C=cC=c0 0, c, c1 1, c, c2 2, , 其中：起点集其中：起点集 Tc=t;tcTc=t;tci i,c,ci i CC 终点集终点集 Rc=r;rRRc=r;rRt t,R,Rt t c ci i,c,ci i CC 连接和连接集合是对应于连接和连接集合是对应于某一时刻某一时刻的的! ! 连接集合的数目越多，连接能力就越强连接集合的

13、数目越多，连接能力就越强! !（四）连接与连接函数（四）连接与连接函数q 连接函数连接函数一个连接函数对应一种连接，连接函数表示相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，即存在连接函数关系，即存在连接函数f f，入线，入线x x与出线与出线f(x)f(x)相相连接，连接，0 xM-10 xM-1，0f(x)N-10f(x)N-1。连接函数实际上也反映了入线编号构成的数组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和出线编号构成的数组之间的置换关系或排列关系，故关系，故连接连

14、接函数也被称作函数也被称作置换置换函数或函数或排列排列函函数。数。q 函数表示形式函数表示形式x x表示入线编号（二进制表示），表示入线编号（二进制表示），f(x)f(x)表示连接函数。表示连接函数。q 排列表示形式排列表示形式 即输入输出对应表示形式即输入输出对应表示形式 t t0 0，t t1 1，t tn-1n-1 r r0 0，r r1 1，r rn-1n-1q 图形表示形式图形表示形式（四）连接与连接函数1.1.直线连接：直线连接： 函数表示：函数表示：I(xI(xn-1n-1x xn-2n-2x x1 1x x0 0)= x)= xn-1n-1x xn-2n-2x x1 1x x0

15、 0 排列表示（排列表示（N=4N=4）：）： 0 0，1 1，2 2，3 3 0 0，1 1，2 2，3 3 图形表示（图形表示（N=4N=4）：）： 1 12 23 31 12 23 30 00 0（四）连接与连接函数2 2、交叉连接：、交叉连接： 排列表示排列表示（N=4N=4）：）：0 0，1 1，2 2，3 3 1 1，0 0，3 3，2 2 图形表示图形表示（N=4N=4）：）： 0 00 01 12 23 31 12 23 3（四）连接与连接函数函数表示函数表示：E(xE(xn-1n-1x xn-2n-2x x1 1x x0 0)= x)= xn -1n -1x xn-2n-2x

16、 x1 1x x0 0间隔交叉连接间隔交叉连接第K 位位值不同的入线与出线之间的连接。 C Ck k(x(xn-1n-1x xn-2n-2x xk kx x1 1x x0 0)=x)=xn-1n-1x xn-2n-2x xk kx x1 1x x0 00 00 01 12 23 31 12 23 30 00 01 12 23 31 12 23 3N=4 k=1N=4 k=1N=4 k=0N=4 k=0（四）连接与连接函数 均匀洗牌连接均匀洗牌连接 均匀洗牌连接均匀洗牌连接( (均匀洗牌置换均匀洗牌置换) ) 具体实现方法是：将入线二进制地址编号具体实现方法是：将入线二进制地址编号循环左移循环左

17、移1 1位作为出线地址编号。位作为出线地址编号。 均匀洗牌连接，将出线一个隔一个地从头至均匀洗牌连接，将出线一个隔一个地从头至尾地分成相等的两部分，将这两部分首尾相接，尾地分成相等的两部分，将这两部分首尾相接，使之达到理想的一张隔一张的均匀洗牌效果。使之达到理想的一张隔一张的均匀洗牌效果。然后，按序将出线依次与入线连接。然后，按序将出线依次与入线连接。 (x 2 x 1 x 0) = x 1 x 0 x 2 当当N=8N=8时，时， 假设当假设当N=8N=8时，时， 0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7 0 0，2 2，4 4，6 6，1 1，3 3，5 5，7 7出

18、出线线号号入入线线号号N=8N=8时的均匀洗牌连接时的均匀洗牌连接均匀洗牌连接均匀洗牌连接子洗牌连接子洗牌连接-将全部入线及相应出线分成若干将全部入线及相应出线分成若干个子部分，每一个子部分独立完成均匀洗牌连接。个子部分，每一个子部分独立完成均匀洗牌连接。连接函数为连接函数为: :子洗牌连接子洗牌连接假设当假设当N=8N=8时，时， (x 2 x 1 x 0) = x 2x0 x 1均匀均匀子子洗牌洗牌均匀均匀子子洗牌洗牌0,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,70,2,1,3,4,6,5,70,2,1,3,4,6,5,7出出线线号号入入线线号号N=8N=8时的均匀子洗牌连接

19、时的均匀子洗牌连接逆逆均匀洗牌连接均匀洗牌连接逆均匀洗牌连接逆均匀洗牌连接 逆匀洗牌连接是均匀洗牌连接的逆函数，两者的逆匀洗牌连接是均匀洗牌连接的逆函数，两者的入线和出线正好互换了位置入线和出线正好互换了位置, ,即逆洗牌是将入线二即逆洗牌是将入线二进制地址编号循环右移进制地址编号循环右移1 1位作为出线地址编号。位作为出线地址编号。逆逆均匀洗牌连接均匀洗牌连接假设当假设当N=8N=8时，时， (x 2 x 1 x 0) = x 0 x 2 x 1出出线线号号入入线线号号N=8N=8时的逆均匀洗牌连接时的逆均匀洗牌连接 蝶式连接变换实现时，其图形形状如蝴蝶，这种蝶式连接变换实现时，其图形形状如

20、蝴蝶，这种连接是将入线二进制地址编号的连接是将入线二进制地址编号的互互换位置作为出线地址编号。换位置作为出线地址编号。 蝶式连接蝶式连接( (蝶式置换蝶式置换) ) 蝶式连接蝶式连接( (蝶式置换蝶式置换) ) (x 2 x 1 x 0) = x0 x 1x 2出出线线号号入入线线号号N=8N=8时的蝶式连接时的蝶式连接蝶式连接蝶式连接( (蝶式置换蝶式置换) ) 子蝶式连接子蝶式连接 子蝶式连接子蝶式连接-将全部入线及相应出线分成若将全部入线及相应出线分成若干个子部分，每一个子部分独立完成蝶式连接。干个子部分，每一个子部分独立完成蝶式连接。子子蝶式连接蝶式连接 N=8 N=8时的子蝶式连接时

21、的子蝶式连接 (x 2 x 1 x 0) = x 2x0 x 1出出线线号号入入线线号号 N=8 N=8时的子蝶式连接时的子蝶式连接子子蝶式连接蝶式连接 容量容量：所有入线同时传送的总信息量。：所有入线同时传送的总信息量。 接口接口：接口标准的规定。：接口标准的规定。 功能：功能：点到点、同发或广播；点到点、同发或广播； 质量质量：连接建立情况（成功率、速率），信息传输：连接建立情况（成功率、速率），信息传输损伤（时延、衰减、噪声）。损伤（时延、衰减、噪声）。 MN交换单元交换单元 入入线线出出线线控制端控制端状态端状态端12M12N（五）交换单元的性能（五）交换单元的性能 交换单元是如何完成

22、交换的交换单元是如何完成交换的? ? 交换单元内部是什么交换单元内部是什么? ? 结构如何结构如何? ? 有何特性有何特性? ?前面讨论了外部特性及其数学描述。前面讨论了外部特性及其数学描述。我们将目光移到交换单元的内部。我们将目光移到交换单元的内部。最基本的的交换单元是开关阵列最基本的的交换单元是开关阵列即用各种各样的开关构成的交换单元。即用各种各样的开关构成的交换单元。空间交换单元空间交换单元交换单元可以分为空分交换单元与时分交换单元。空分交换单元也称为空间交换单元，一般来说，空间交换单元是由空间上分离的多个小的交换部件或开关部件按照一定的规律连接构成的。从空间交换单元的内部来看，其入线到

23、出线之间存在着多条通路，所有的这些通路可以并行的传送信息，也就是说从不同入线上来的信息可以并行的交换到不同的出线上去。 1. 1. 开关阵列（空分交换单元）开关阵列（空分交换单元） 在每条入线和每条出线之间，各自接上一个开关，所在每条入线和每条出线之间，各自接上一个开关，所有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。 使用开关建立或拆除任意入线和任意出线之间的连接。使用开关建立或拆除任意入线和任意出线之间的连接。(1) 基本原理基本原理开关阵列中开关的两种状态开关阵列中开关的两种状态单向开关：一般用于有向交换单元。单向开关：一般用于有向交换单元。双向开关：一

24、般用于无向交换单元。双向开关：一般用于无向交换单元。入入线线出出线线01M1N101MN有向交换单元有向交换单元01M1入入线线01N1出出 线线（a）MN有向矩形开关阵列有向矩形开关阵列01M1入入线线01N1出出 线线（b）MN无向矩形开关阵列无向矩形开关阵列开关阵列的拓扑结构开关阵列的拓扑结构1、在入线与出线上的每个交叉点都有一个开关，且开关、在入线与出线上的每个交叉点都有一个开关，且开关 为单向开关；为单向开关；2 2、总共需要、总共需要M MN N个开关；个开关；3 3、把入线、把入线i i与出线与出线j j交叉点的开关记为交叉点的开关记为K Kijij。 M MN N有向交换单元的

25、开关阵列实现有向交换单元的开关阵列实现一个MN无向交换单元的开关阵列实现所示。由图可知，MN无向交换单元的开关阵列与MN有向交换单元的开关阵列的实现结构完全相同，所不同的只是其信息端是双向传送信息的并且所使用的开关为双向的。MN无向交换单元的开关阵列实现无向交换单元的开关阵列实现全连接交换单元和部分连接交换单元全连接交换单元和部分连接交换单元0 01 1N-1N-10 01 1N-1N-1入线入线出线出线0 01 1N-1N-10 01 1N-1N-1入线入线出线出线45全连接交换单元全连接交换单元每条入线都能够与每条出线相连接每条入线都能够与每条出线相连接部分连接交换单元部分连接交换单元:每

26、条入线只能与部分出线相连接每条入线只能与部分出线相连接01M-1入线入线出线出线入线入线0M-1出线出线入线入线0N-1出线出线0 01 1N-1N-1入线入线出线出线多路选择器多路选择器46开关阵列的物理实现不一定是由一个一个开关阵列的物理实现不一定是由一个一个的开关构成，它可以由多路选择器构成。的开关构成，它可以由多路选择器构成。多路选择器构成的多路选择器构成的 MN 交换单元交换单元01N101M01M101M101N01N1（a）N个个M中选一多路选择器中选一多路选择器（b） M 个个N中选一多路选择器中选一多路选择器交叉点数开关数交叉点数开关数工作原理工作原理：控制开关的闭控制开关的

27、闭合就能建立任意入线和合就能建立任意入线和任意出线之间的连接。任意出线之间的连接。性能性能：取决于开关类型：取决于开关类型信号信号：模拟：模拟/ /数字数字/ /光波光波入入线线出线出线开开 关关 阵阵 列列空分交换单元空分交换单元 空分交换单元的空分交换单元的特点特点（1 1）任何时间任意入线和任意出）任何时间任意入线和任意出线可连接；控制简单，时延均匀。线可连接；控制简单，时延均匀。（2 2）交叉点数是入线数和出线数）交叉点数是入线数和出线数乘积。适合构成较小的交换单元。乘积。适合构成较小的交换单元。（3 3）容易实现）容易实现多多播和播和广广播。一列播。一列开关只能接通一个，冲突开关只能

28、接通一个，冲突入入线线出线出线2.2.2 开开 关关 阵阵 列列（4 4）交换单元的性能依赖于所使用的开关。）交换单元的性能依赖于所使用的开关。（5 5）开关具有控制端和状态端。）开关具有控制端和状态端。开开 关关 阵阵 列列继电器继电器：其构成的交换单元是无向的，可交换模拟：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（和数字信息，干扰和噪声大、动作慢（msms级）、体级）、体积大（积大（cmcm级）。级）。实际的开关阵列实际的开关阵列开开 关关 阵阵 列列模拟电子开关模拟电子开关：一般利用半导体材料：一般利用半导体材料制成。只能单向传送，且衰耗和时延制成。只能单向传

29、送，且衰耗和时延较大。较大。实际的开关阵列实际的开关阵列数字电子开关数字电子开关：由简单的逻辑门构成，：由简单的逻辑门构成，用于数字信号的交换，开关动作极快用于数字信号的交换，开关动作极快且无信号损失。且无信号损失。2.空空 间间 接接 线线 器器空间接线器空间接线器（Space SwitchSpace Switch），简称），简称S S单元单元或或S S接线器接线器，用来实现多个输入复用线与多个输出复用线之间的空用来实现多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间交换，而不改变其间交换，而不改变其时隙时隙位置。位置。完成不同时分复用线之间同一时隙的信息交换。完成不同时分复用线之间同一时隙的信息交

30、换。交叉矩阵：由按时隙通断的开关组成。交叉矩阵：由按时隙通断的开关组成。控制存储器：对交叉接点矩阵开关进行控制。控制存储器：对交叉接点矩阵开关进行控制。基本组成基本组成输入线输入线1输入线输入线2输入线输入线3输入线输入线n输出线输出线1输出线输出线n空空 间间 接接 线线 器器工作方式工作方式空间交换单元的交叉点按时隙高速接通与断开。如空间交换单元的交叉点按时隙高速接通与断开。如一帧中有不同时隙的信码要交换到同一条输出线上，则一帧中有不同时隙的信码要交换到同一条输出线上，则在在CM控制下的交叉接点在一帧内就要开、关若干次。控制下的交叉接点在一帧内就要开、关若干次。即即:空间交换单元的交叉点是

31、以时分方式工作的。空间交换单元的交叉点是以时分方式工作的。所以又所以又叫叫“时分复用的空间接线器时分复用的空间接线器”。空空 间间 接接 线线 器器空空 间间 接接 线线 器器S S接线器的构成：接线器的构成：交叉点矩阵交叉点矩阵、控制存储器控制存储器交叉点矩阵交叉点矩阵：开关阵列：开关阵列控制存储器控制存储器（CM-Control MemoryCM-Control Memory）：）：q S S接线器所含接线器所含CMCM数量数量等于等于入（出）线数入（出）线数q 每个每个CMCM所含有的存储单元所含有的存储单元个数个数等于入（出）线上的等于入（出）线上的复用复用时隙数时隙数q 每个存储单元

32、为每个存储单元为n n位位bit,bit,且满足且满足N2N2n n, ,其中其中N N为入为入（出）线上数（出）线上数 空间交换单元的基本结构空间交换单元的基本结构输入控制方式输入控制方式空空 间间 接接 线线 器器1 2 31 2 31 2 3TS12 TS8TS12 TS808123TS8TS8输入控制方式输入控制方式2TS12TS1231空间交换单元的控制方式空间交换单元的控制方式CM输入控制方式工作原理输入控制方式工作原理TS1012141531TS1412TS14TS11201100011 1 221CM 输出控制方式输出控制方式输出控制方式输出控制方式 1 2 31 2 3 3

33、2 1TS8TS12 TS808123TS8TS8输出控制方式输出控制方式3TS12TS1221127TS12CM输出控制方式工作原理输出控制方式工作原理TS1012141531TS14 1 2TS14TS11210010011 2 112MMS接线器接线器01M-101M-1kkkkkk空空 间间 接接 线线 器器空间接线器不管工作在哪种方式下，都具有如下的特点：只完成空间交换，不进行时隙的交换。即完成输入复用线与输出复用线相同时隙内信息的空间交换。空间接线器按时分方式工作。空间交换单元的输入线和输出线都是时分复用线，交叉点矩阵的各个开关均按照复用时隙而高速接通和闭合，因而我们说它按照时分方

34、式工作。空间接线器一般用于构成数字电话交换系统中的交换网络，用来完成对PCM信号的交换。2.2.3 时分复用交换单元时分复用交换单元典型的时分复用交换单元典型的时分复用交换单元 共享存储器型交换单元共享存储器型交换单元 总线型（共享媒体型）交换单元总线型（共享媒体型）交换单元时分复用交换单元实例时分复用交换单元实例 时间时间(T)接线器接线器(共享存储器型共享存储器型)数字交换单元（数字交换单元（DSE）(总线型（共享媒体型）交换单总线型（共享媒体型）交换单元元) 输出信号输出信号输入信号输入信号260N 1101输入信号输入信号010N 1139输出信号输出信号下面介绍广泛用于同步时分复用信

35、号交下面介绍广泛用于同步时分复用信号交换的换的“时间接线器时间接线器”或者叫或者叫“T T接线接线”。 共享存储器型交换单元对三共享存储器型交换单元对三种时分复用信号都可进行交种时分复用信号都可进行交换，但其具体实现有所不同。换，但其具体实现有所不同。存储器的存储器的N N个个区域是和各区域是和各路输入信号路输入信号顺序对应的顺序对应的存储器的存储器的N N个区个区域是和各路输域是和各路输出信号顺序对出信号顺序对应的应的输入控制：输入控制：控制写入、顺控制写入、顺序读出（出线缓冲）序读出（出线缓冲）对话音存储对话音存储器的控制而器的控制而言言, ,输出控制：输出控制：顺序写入、顺序写入、控制读

36、出控制读出（入线缓冲）（入线缓冲） 话音存储器话音存储器（SMSM）: :暂存话音编码信息。暂存话音编码信息。SMSM单元单元数由输入复用线上的时隙数决定。数由输入复用线上的时隙数决定。 控制存储器控制存储器（CMCM）：存储输入或输出话音信息）：存储输入或输出话音信息的时隙地址。的时隙地址。CMCM单元数与单元数与SMSM单元数相同，每个存单元数相同，每个存储单元存放储单元存放SMSM的地址码。的地址码。完成同一条时分复用线上时隙之间的信息交换。完成同一条时分复用线上时隙之间的信息交换。基本组成：基本组成：时时 间间 接接 线线 器器（1 1）顺序写入，控制读出）顺序写入，控制读出（2 2）

37、控制写入，顺序读出）控制写入，顺序读出工作方式工作方式时时 间间 接接 线线 器器时时 间间 接接 线线 器器话音存储器的单元编号对应输入时隙话音存储器的单元编号对应输入时隙;单元内单元内容是数字化的语音信息容是数字化的语音信息a； 控制存储器单元编号对应输出时隙控制存储器单元编号对应输出时隙;单元内单元内容是语音信息容是语音信息(a)在话音存储器中的单元编在话音存储器中的单元编号（输出地址）。号（输出地址）。完成时隙交换过程完成时隙交换过程 话音存储器输入时隙的信息写入过程话音存储器输入时隙的信息写入过程 各个输入时隙（各个输入时隙（PCM脉码）的脉码）的信息在时钟控制下，依次写入信息在时钟

38、控制下，依次写入话音存储器的各个单元，话音话音存储器的各个单元，话音存储器的地址就是时隙编号。存储器的地址就是时隙编号。 顺序写入输出控制方式顺序写入输出控制方式 控制存储器内容的写入过程控制存储器内容的写入过程 每个单元所存储的内容，是每个单元所存储的内容，是由处理机控制写入的。其内由处理机控制写入的。其内容是话音存储器的地址（时容是话音存储器的地址（时隙）。隙）。 在处理器的控制下，控制话音存储在处理器的控制下，控制话音存储器的读出地址。例如要将话音存储器器的读出地址。例如要将话音存储器输入时隙输入时隙TSTS4949的内容的内容a a，在时隙在时隙TSTS5858中中输出，可在控制存储器

39、的第输出，可在控制存储器的第5858单元中单元中写入写入4949。 控制存储器在时钟控制下依次读出控制存储器在时钟控制下依次读出各单元内容，读至第各单元内容，读至第5858单元时内部存单元时内部存储的储的4949，说明在，说明在TS58TS58时隙，读出第时隙，读出第4949单元的内容单元的内容a a，完成了所需的时隙完成了所需的时隙交换。交换。 时间接线器完成时间接线器完成 时隙交换的过程时隙交换的过程 032731273032731RWWR时时 间间 接接 线线 器器WRWRSMCM810定时脉冲定时脉冲处理机处理机时钟时钟511051118TS1输出控制方式：顺序写入、控制读出u在在CL

40、K1时刻，时刻，a写入到写入到SM的第的第1号单元号单元u在在CLK8时刻，时刻，CM读出第读出第8号单元的内容号单元的内容1，1选中选中SM的第的第1号单元，号单元，a被读出。被读出。u实现实现A用户用户(占用占用TS1)和和B用用户户(占用占用TS8)通话通话 u中央处理机根据用户要求，中央处理机根据用户要求，向向CM发出发出“写写”命令，令命令，令其在第其在第8号单元中写入号单元中写入1aTS8bTS1bTS8a18abAB (TS1 TS8)BA (TS8 TS1)u中央处理机根据用户要求，中央处理机根据用户要求，向向CM发出发出“写写”命令，令命令，令其在第其在第1号单元中写入号单元

41、中写入8u在在CLK8时刻，时刻，b写入到写入到SM的第的第8号单元号单元u在在CLK1时刻，时刻，CM读出第读出第1号单元的内容号单元的内容8，8选中选中SM的第的第8号单元，号单元，b被读出。被读出。WRWRSMCM10定时脉冲定时脉冲处理机处理机时钟时钟511051132101TS0aTS2c23TS1bTS3d23TS0dTS2bTS1cTS3aTS0TS2bTS1TS3aTS0 TS3TS1 TS2TS2 TS1TS3 TS0abcdabcd输出控制方式：顺序写入、控制读出时时 间间 接接 线线 器器话音存储器的单元编号对应话音存储器的单元编号对应输出时隙输出时隙;单元内容是数单元内

42、容是数字化的语音信息字化的语音信息a； 控制存储器单元编号控制存储器单元编号对应输入时隙对应输入时隙;单元内容是将单元内容是将 写入的语音信息写入的语音信息(a)在话音存储器中的单元编号。在话音存储器中的单元编号。0331273032731RWWR2727时时 间间 接接 线线 器器Tkk时时 间间 接接 线线 器器对于时间接线器，我们应注意以下三点：a）时间接线器的控制存储器是由控制单元写入数据的，实际上控制存储器（CM）就相当于一条同步时分复用线上各个时隙之间信息交换的交换控制表，向控制存储器写入不同的控制信息，就能实现不同时隙间信息的交换。在整个通话期间，中央处理机向CM只下达一次“写”

43、命令，CM的内容在整个通话期间不变，通话结束才清除该内容。b）话音存储器需要在一个时隙内完成一次读操作与一次写操作，控制存储器也要在一个时隙内至少完成一次读操作（如果控制单元向控制存储器写数据，那么控制存储器还必须在一个时隙内完成一次读操作与一次写操作），所以构成时间接线器的话音存储器与控制存储器的访问速度必须能满足在一个时隙内各完成一次读写操作。c）经过时间接线器交换的信息存在着时延，时延最好的情况是入复用线上第i个时隙的信息要交换到出复用线第i+1个时隙（只经过1个时隙的时延），时延最坏的情况是入复用线上第i个时隙的信息要交换到出复用线上第i-1个时隙，那么从入复用线上来的第i个时隙的信息

44、将会存储在话音存储器中，直到下一帧第i-1个时隙到来时，才从出复用线上输出，其时延为n-1个时隙的时间（n为1帧的时隙数）。d)时分交换具有空分性质。不论是输出控制还是输入控制，每个输入时隙对应着SM的一个存储单元，即由空间位置的划分来实现时隙交换。总线总线按时隙按时隙轮流分配给轮流分配给入线控制部入线控制部件和出线控件和出线控制部件使用。制部件使用。基本原理基本原理出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制12NN12入入 线线出出 线线总总 线线总线管理总线管理交换单元示意图交换单元示意图出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制出线控制

45、入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制入线控制12NN12入入 线线出出 线线总总 线线总线管理总线管理总线型总线型( (共享媒体型共享媒体型) ) 交换单元示意图交换单元示意图总线及总线管理总线及总线管理传送信息；传送信息；总线时隙分配。总线时隙分配。入线控制部件入线控制部件功能：功能：接收入线信号；接收入线信号；数据格式变换；数据格式变换；写入存储器；写入存储器；在分配时隙送在分配时隙送至总线（读存至总线（读存储器）。储器）。出线控制部件出线控制部件功能：功能：检测总线信号，检测总线信号，读取属于自己读取属于自己的信息写入存的信息写入存储器，数据格储器，数据格式变换，发送式变换，发送至出

46、线。至出线。81p 工作原理: 总线的工作时间划分为N个时间片（时隙），在每一个时隙内把总线分给相应入线所对应的输入部件，同时当一个输入部件获得总线上的输入时隙后，就把入线上的信息送到总线上去，与此同时，信息的目的出线相对应的输出部件将总线上的信息读入，然后从出线上输出信息。总线型总线型交换单元的应用实例交换单元的应用实例 数字交换单元（数字交换单元（DSEDSE） 数字交换单元是共享总线型交换单元的典型代表，可以用来组成大规模的数字交换网络（DSN）。（1）DSE的结构DSE可完成16条双向PCM复用线之间的信息交换。DSE结构，它的内部有16个双向端口，每个双向端口接一条双向32路的PCM

47、线路，每路子信道16bit，该条PCM线路速率为4096Kbit/s，这16个双向端口通过一条时分复用总线（TDM）连接在一起。输入输入同步同步端口端口RAM信道信道RAM缓缓冲器冲器数据数据RAM端口端口比较器比较器发送发送控制控制TDM总线总线发送端发送端端口端口0PCM入入PCM出出接收端接收端端口端口7端口端口8端口端口15接收端接收端发送端发送端PCM入入PCM出出8kHz4MHz8MHz时钟时钟(2) (2) DSEDSE的结构简图的结构简图DSEDSE是组成数字交是组成数字交换网络的基本单元换网络的基本单元39根并行时分复用总线根并行时分复用总线输入同步电路输入同步电路: : 由

48、于输入由于输入PCMPCM链路的速率虽然相同，但其相位可能链路的速率虽然相同，但其相位可能有差异，即其帧和位可能不同步，本电路就是为使帧和位同步。有差异，即其帧和位可能不同步，本电路就是为使帧和位同步。端口端口RAM:RAM: 它有它有3232个存储单元，每个单元对应个存储单元，每个单元对应1 1条信道，其存入内容条信道，其存入内容是该信道应接续的发送端口的号码。是该信道应接续的发送端口的号码。信道信道RAMRAM：它有它有3232个存储单元，分别对应于个存储单元，分别对应于3232个信道，存入的内容个信道，存入的内容是该信道应接续的发送话路号码。是该信道应接续的发送话路号码。 数据数据RAM

49、RAM：交换用的话音存储器，它有交换用的话音存储器，它有3232个存储单元，分别对应个存储单元，分别对应3232个信道个信道( (时隙时隙) )。它采用控制写入，顺序读出方式。它采用控制写入，顺序读出方式。端口比较器：端口比较器：将时分复用总线上的端口号码与本端口号码相比较，将时分复用总线上的端口号码与本端口号码相比较，如果相同，就说明数据总线上的数据是送至本端口的。如果相同，就说明数据总线上的数据是送至本端口的。发送控制：发送控制：用来协调发送侧的内部操作，如对用来协调发送侧的内部操作，如对RAMRAM的读写，空闲话的读写，空闲话路选择等。路选择等。 8687DSE具有建立、保持、拆除其内部

50、通道的功能，并且能够在已建立好的内部通道上进行信息交换。DSE是比较复杂的交换单元，它不仅能完成不同复用线之间信息的交换，还能完成不同时隙之间的信息交换，即它同时具有空间交换功能和时间交换功能，因而我们也称其为时空结合交换单元。交换网络的一般结构交换网络的一般结构控制单元控制单元出线出线入线入线交换交换单元单元交换交换单元单元交换交换单元单元交换交换单元单元交换网络交换网络8990F交换网络交换网络是由若干个交换单元按照一定的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。拓扑结构和控制方式构成的网络。912.3 交换网络交换网络分类交换网络分类p单级交换网络与多级交换网络单级交换网

51、络与多级交换网络 单级交换网络：需要交换的信息从交换网络入线到交换网：需要交换的信息从交换网络入线到交换网络出线只络出线只经过一个交换单元经过一个交换单元，并且当同一级有多个交换单元构成，并且当同一级有多个交换单元构成时，不同交换单元的入线与出线之间可建立连接。时，不同交换单元的入线与出线之间可建立连接。 多级交换网络：由多级交换单元构成的交换网络。多级交换网络：由多级交换单元构成的交换网络。p时分交换网络与空分交换网络时分交换网络与空分交换网络 时分交换网络时分交换网络: 所有的输入与输出端口分时共享单一的通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；信通路，具有时隙交换功

52、能； 空分交换网络空分交换网络:(可以在多对输入端口与输出端口间同时并行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；（地传送信息，具有空间交换的功能；（CLOS网络与网络与BANYAN网网络络) 在电话交换系统中广泛应用的是时空结合的交换网络。在电话交换系统中广泛应用的是时空结合的交换网络。922.3 交换网络交换网络分类交换网络分类p有阻塞交换网络与无阻塞交换网络有阻塞交换网络与无阻塞交换网络 对同一公共资源的竞争一般有两种情况对同一公共资源的竞争一般有两种情况： 1)内部竞争内部竞争:要交换的两路信息同抢交换单元内部的要交换的两路信息同抢交换单元内部的通路资源。通

53、路资源。 2)出线竞争出线竞争:不同入端来的信息同时争抢交换网络同不同入端来的信息同时争抢交换网络同一个输出端口。一个输出端口。假设在同一时刻，入线0有信息要交换到出线2，入线1有信息要交换到出线3，那么此时就会发生争强内部链路的情况，在竞争中失败的信息被阻塞 (内部竞争内部竞争)。932.3 交换网络交换网络分类交换网络分类 单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多通路交换网络: 任一条入线与出线之间存在着多条通路；任一条入线与出线之间存在着多条通路；单通路交换网络与多通路交换网络单通路交换网络与多通路交

54、换网络2.3 交换网络交换网络 由一个交换单元或若干个位于同一级的交换单元构成。由一个交换单元或若干个位于同一级的交换单元构成。（一）单级交换网络（一）单级交换网络 交换交换单元单元线入线入线出线出(a)一个交换单元一个交换单元交换交换单元单元交换交换单元单元交换交换单元单元线入线入线出线出(b)同级多个交换单元同级多个交换单元2.3 交换网络交换网络单级交换网络单级交换网络 交换交换单元单元入线入线出线出线单级网络交叉接点数：单级网络交叉接点数：1616 = 256。两级网络交叉接点数：两级网络交叉接点数：448=128。16161142143144141142143144141414141

55、414141414入线入线出线出线161696如果一个交换网络中的交换单元可以分为如果一个交换网络中的交换单元可以分为N N级，顺序命名为第级，顺序命名为第1,2,1,2,N,N级，并且满足：级，并且满足： 所有入线都只与第所有入线都只与第1 1级交换单元连接；级交换单元连接； 所有第所有第1 1级交换单元都只与入线和第级交换单元都只与入线和第2 2级交换单元连接；级交换单元连接； 所有第所有第2 2级交换单元都只与第级交换单元都只与第1 1级和第级和第3 3级交换单元连接；级交换单元连接； 依此类推，所有第依此类推，所有第N N级交换单元都只与第级交换单元都只与第N-1N-1级和出线连接；级

56、和出线连接； 则称这样的交换网络为则称这样的交换网络为多级交换网络多级交换网络，或，或N N级交换网络级交换网络。多级交换网络多级交换网络(nm x nm两级交换网络两级交换网络)O1n-1O1n-1O1n-1O1m-1O1m-1O1m-1OO11m-1n-1 1级级2级级9798F每个交换单元的容量每个交换单元的容量F交换网络的级数交换网络的级数F单元间的连接通路单元间的连接通路（链路）（链路）交叉接点数减少交叉接点数减少复杂度降低复杂度降低级间选路和控制复杂级间选路和控制复杂带来了内部阻塞带来了内部阻塞99若出、入线空闲，但因交换网络级间链路被占用若出、入线空闲，但因交换网络级间链路被占用

57、而无法接通的现象，称为多级交换网络的内部阻塞。而无法接通的现象，称为多级交换网络的内部阻塞。0nxn10n-1m-10mxm1n-110n-110n-110m-110m-110m-11第第1级级第第2级级多级网络多级网络( nm x nm )内部阻塞示意图内部阻塞示意图n-1m-1第第1 1级是级是由由m m个个n nn n的的交换单交换单元构成元构成第第2 2级级是由是由n n个个m mm m的交换的交换单元构单元构成成为了防止网为了防止网络内部阻塞络内部阻塞试问：单级交换网络不存在内部阻塞，为什么实际使试问：单级交换网络不存在内部阻塞，为什么实际使用的大多是多级交换网络用的大多是多级交换网

58、络?q 因为交换网络中交叉点越多，成本越高。一般在设因为交换网络中交叉点越多，成本越高。一般在设计交换网络的拓扑结构时，尽量最小化交叉点数。计交换网络的拓扑结构时，尽量最小化交叉点数。q 容量相同的容量相同的多级多级交换网络与交换网络与单级单级交换网络比较，交换网络比较，交交叉点数大大减少。叉点数大大减少。q单级交换网络在技术上受限于其尺寸和速度，一旦单级交换网络在技术上受限于其尺寸和速度，一旦达到极限，很难扩充，无法增加线路速率。达到极限，很难扩充，无法增加线路速率。多级交换网络与单级交换网重要的不同多级交换网络与单级交换网重要的不同 多级交换网络交换容量大，但存在多级交换网络交换容量大，但

59、存在内部阻塞。内部阻塞。 单级网络单级网络不存在内部阻塞不存在内部阻塞，但交换容量受限。，但交换容量受限。 保证网络上终端都能两两互通保证网络上终端都能两两互通 网络拓扑结构安排要合理网络拓扑结构安排要合理 - -防止网络内部阻塞防止网络内部阻塞 最后是网络代价最后是网络代价构建大型交换网络考虑的问题构建大型交换网络考虑的问题105106严格无阻塞网络：严格无阻塞网络： 不管网络处于何种状态，任何时刻都可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，而不会影响连接的起点、终点是空闲的，而不会影响网络中已建立起

60、来的连接。网络中已建立起来的连接。 例如：单级交换网络，但例如：单级交换网络，但 N N增大，交增大，交叉点数（叉点数（N N 2 2 ）增加很快，应用受限。）增加很快，应用受限。 CLOS网络可重排无阻塞网络：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。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：广义无阻塞网络： 指一个给定的网络存