第5章-信号的交换

第5章信号的交换

主要内容

1、交换技术概述

2、数字程控交换

3、ATM交换

4、以太网交换

5、光交换1§5.1交换技术概述

一、交换与通信网（一）通信网

【通信的目的是实现消息的传递。】1.点对点通信22、多终端互连式通信问题：（1）N终端，需N（N－1）/2条线（2）终端距离很远时需大量的长途线路（3）每个终端需要N－1个线路接口（4）增加第N＋1个终端时，必须增设N条线路

【解决办法：采用通信网的形式】33、通信网每个终端通过一条专用线路与通信网的一个结点相连.通信网链路结点终端44、交换式通信网（1）由一台交换机组成的通信网交换机用户线用户接口电话机5（2）由多台交换机组成的通信网○：市话交换机（本地交换机）◎：汇接交换机（当距离很远时，称长途交换机）⊙：用户程控交换机（PABX，PrivateAutomaticBranchExchange）通信网中继线用户线6电话网：核心/汇接交换机

IP网：核心/骨干路由器本地/局交换机边缘路由器7（二）交换

——信息在不同的线路、终端或网络之间的切换或分发的过程。按交换方式可分为：1、电路交换（CS，CircuitSwitching）——

信息从一条物理电路到另一条物理电路。（实时，不能延时或延时很小,全程≤200ms）

特点：通话前要为通话双方建立一条通路，并保持到通话结束再拆除。（面向连接CO,ConnectionOriented）8

2、报文交换（MS，MessageSwitching）——电报报文从一条报路转换到另一条报路。（非实时，可延时）

特点：采用存储－转发方式；（非面向连接/无连CL,Connectionless）

以报文为传送单元；报文的长短不同，时延不同。93、分组交换（PS，PacketSwitching）——

信包从一个数据终端分发到另一个数据终端。（非实时，可延时）特点：采用存储－转发方式；（无连接/非面向连接）以分组为传送单元；分组的长度相同。104、ATM交换（AsynchronousTransferMode)——异步转移模式特点：面向连接与分组交换相结合；以信元（Cell）为传送单元；信元的长度固定（53字节）；采用QoS（QualityofService)机制。5、光交换11二、交换设备的基本功能

（以电话网为例）

⑴本局接续

同一交换机两条用户线之间的连接。

⑵出局接续

在交换机用户线与出中继线之间的连接。

⑶入局接续

在交换机入中继线与用户线之间的连接。⑷转接接续在交换机入中继线与出中继线之间的连接。

12三、交换技术的发展

1876年美国贝尔发明电话

贝尔13

1、1878年第一台人工磁石交换机（借助话务员进行电话连接）

塞孔插塞绳路话机用户线路信号灯CordCircuit应答键业务员话机话终信号灯振铃键铃流源14

2、

1892年步进制交换机（史端乔交换机）

Step－by－StepSwitchingSystem

利用话机拨号脉冲直接控制步进接线器的上升和旋转。用户电路用户电路控制电路No.31主叫用户第3层第1触点弧刷I（选择器/寻线器）弧刷II（选择器/终接器）第2层第5触点No.25被叫用户绳路15步进接线器163、1938年纵横制交换机

（CrossbarSwitchingSystem）

以纵横接线器取代步进接线器。用户电路用户电路用户电路用户电路记发器标志器绳路1绳路2话路部分控制部分用户话机No1No2No3No417

4、

1965年美贝尔系统推出第一部商用程控交换机

5、1975年法开通第一部程控数字交换机18§5.2数字程控交换一、程控交换机的组成

交换网络（SN）用户电路用户电路入中继器出中继器中继线

(话路部分)

(控制部分)

扫描与控制接口电路中央处理器（CPU）输入与输出设备存储器用户线19

1、话路设备完成主被叫之间的呼叫接续，具体传递用户之间的话音信号。

2、控制系统控制系统控制呼叫接续动作，程控交换机的控制是通过运行在中央处理器中的软件完成。20二、模拟用户电路的组成

具有BORSCHT功能：

⑴B（ButteryFeeding）馈电馈电电压－48V

馈电电流20～50mA（使送话器处于最佳工作状）（2）O（OvervaltageProtection）过压保护防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机，通常设2～3级保护。

21（3）R（Ringing）振铃

向被叫用户话机馈送铃流

铃流:

25Hz

75±15V（4）S（Supervision）监视

监视用户线通断状态（摘机，拨号，投币话机的输入信号，挂机等），一般通过对用户线上的直流信号进行扫描检测完成。22（5）C（Codec）编解码

完成话音信号的A/D，D/A变换，包括滤波。（6）H（Hybrid）混合

进行2/4线转换，即把2线双向信号转换成收、发分开的4线单向信号。23W1N1132213W1N1132213W外线测试继电器N内线测试继电器用户外线用户电路外线测试控制外线接点内线测试控制内线接点24

除上述7项功能外，有的还有配合计费使用的反极性功能、衰减控制、计费脉冲发送、投币话机硬币集中控制等。BORSCHT功能框图测试T振铃R过压保护馈电B监视S混合H平衡网络控制系统带通编解码C测试电路振铃电路低通用户线路ab接交换网络O25三、呼叫处理的一般过程

（1）主叫用户A摘机呼叫●主叫摘机检测、登记；●查明主叫类别；

【用户线类别，话机类型，服务类别（长途权，国际权，新服务等）不同类别将导致不同的处理方式】●存储块的分配。

【某呼叫发生后，有许多与该呼叫有关的信息需保存，常用方法是对每个呼叫分配一个存储块】26（2）发送拨号音，准备收号

●选择一个空闲收号器以及与主叫用户之间的空闲路由；●选择一个空闲的主叫用户和信号音源间的路由，向主叫发送拨号音；●监视收号器的输入信号，准备收号。（3）收号●收号器收号；●收到第1位号后，停发拨号音；●对收到的号码按位存储；27

●对“应收位”、“已收位”进行计数；●将号首送向分析程序进行分析（称预译处理）。（4）号码分析●在预译处理中分析号首，以决定呼叫类型（本局、出局、长途、特服等），并决定该收几位号；●检查这个呼叫是否允许接通（是否限制用户等）；●检查被叫用户是否空闲，若空闲则将其示忙。

28（5）接至被叫用户

测试并预占空闲路由，包括：●向主叫用户送回铃音的路由；●向被叫用户送铃流的路由（如直接控制用户电路振铃，则不用另找路由）；（6）向被叫用户振铃●向被叫用户B送铃流；●向主叫用户A送回铃音；●监视主、被叫用户状态。

29（7）被叫应答和通话

●被叫摘机应答，停振铃和回铃；●建立AB用户间通话路由，开始通话；

●启动计费设备，开始计费；

●监视主、被叫用户状态。（8）话终，主叫先挂机

●路由复原；●停止计费；●向被叫用户送忙音。30（9）被叫先挂机

●路由复原；●停止计费；●向主叫用户送忙音。31四、数字交换网络的工作原理

（一）时隙交换的概念

1、时隙交换——输入复用线上任一时隙的内容可以在输出复用线上任一时隙输出。

CBATS31TS10TS1TS0ACBTS31TS10TS1TS0时隙交换输入侧中继线输出侧中继线32

2、复用线之间的交换（空分交换）

——任一输入复用线上的某一时隙的内容可以在任一输出复用线上的同一时隙

输出。

TS8ATS3TS8PCM1PCM2PCM3PCMn输入侧中继线…BATS3PCM1PCM2PCM3PCMn输出侧中继线…数字交换网络B33

(二）数字交换网络的基本结构和工作原理

1、两用户的时隙交换分路发分路收分路发分路收数字交换网络发送群设备接收群设备A(TS1)B(TS2)ABBATS2TS1TS1TS2……34

2、时间接线器（T接线器，TimeSwitch）

——用于时隙交换

（1）构成及工作原理

主要由话音存储器（SM：SpeechMemory）

和控制存储器（CM：ControlMemory）组成

【SM和CM都由RAM构成】35T接线器0123031

W

R2CM0123031

W

R时钟CPU控制时钟bTS30aTS2aTS30bTS2ba对应输出时隙序号30SM对应输入时隙序号36SM：暂存数字语音信息，每单元8bit，单元数（容量）等于输入复用线上的时隙数，由写时钟控制，顺序写入。CM：存储器的容量与SM的容量相等，

CM存储的数据为SM的读出地址，由CPU控制写入，读时钟控制顺序读出。

例：将TS2的内容a交换到TS30

写：将TS2的a写入SM的第2单元 将2（00010）写入CM的第30单元读：在读TS30时，CM送出2，读SM第2单元的a（2）控制方式（略）37

2、空分接线器（S接线器，SpaceSwitch）

——用于不同PCM复用线的相同时隙的

交换（1）构成及工作原理主要由交叉点矩阵和控制存储器(CM)组成。38

S接线器TS7期间接通出线号入线号对应时隙号39①每条输出线对应一个CM

如CM1对应输出线PCM1；

CM2对应输出线PCM2。②CM中的数据为输入线号码，决定该输入线在相应

TS期间的输出。例：在CM1的第7单元中写入2，则在TS7该数据被读出，使输入线PCM2与输出线PCM1接通（交叉点21闭合）

【其他TS，则交叉点21断开】③在帧周期内，CM的各单元数据依次读出，完成交换。可见：S接线器不进行时隙交换，而进行同一时隙的空间40（2）控制方式（略）（三）数字交换网络

对大容量交换网络，只靠一级T接线器不行，因为目前一级T接线器最多只能实现64端脉码交换，而S接线器又不能单独使用，∴要采用多级交换网络如：TS，ST，TST，STS，TSST，

SSTSS，TSSST，TTT等。

41五、程控交换机的分类

1、根据服务范围不同分类⑴局用交换机⑵户用交换机

2、根据交换方式分类⑴空分交换⑵时分交换

3、根据交换的话音信号分类⑴模拟交换机⑵数字交换机42§5.3ATM交换

异步转移模式（AsynchronousTransferMode)一、ATM产生背景现有：

43

已发展的N－ISDN（窄带综合业务数字网），使用频带压缩技术，利用现有用户线，提供2B＋D传输能力（2条64kb/s数字信道和一条16kb/s数字信道）。但不能传输图像，文件检索等业务。例如：

电视会议：2Mb/s

广播电视：34～140Mb/s

高清晰度电视：140Mb/s

高保真立体声：768kb/s

文件检索：1～34Mb/s

高速文件传输：高于1Mb/s44

80年代后期，ITU－T提出B－ISDN1988年，ITU－T推荐ATM为B－ISDN的信息转移模式

1991.10，ATM论坛成立（以促进ATM尽早实用为目的的非赢利民间组织）

【∴一般宽带网也称为ATM网络】45二、ATM的基本原理

1、ATM的基本特征

ATM用长度固定且较短（53字节）的信元（cell）作为信息传送、交换、复用的基本单位。

462、ATM网络的基本结构47【ATM网络的基本结构与电话网相类似，许多概念的基本含义也和电话网中的相同】483、ATM信元结构

信元：承载信息的基本单元结构：CLPHECPTVCIVCI

信元净荷48字节VCIVPIVPIGFC

信头5字节ATM信元UNI信头结构NNI信头结构

87654321CLPVCIH