现代交换原理与技术 第2章 交换技术基础

1、2.1 通信协议及网络分层,2.3 交换单元与交换网络,2.4 基本话务理论,2.5 通信网服务质量,第二章 交换技术基础,2.2 通信网交换基本技术,2.1.1 网络分层的概念,2.1 通信协议及网络分层,2.1.2 接口与服务,2.1.3 OSI与TCP/IP,2.1.4 OSI与节点交换技术的关系,2.1.1 网络分层的概念,问题： 为什么要分层 ?,人类生产和社会活动中，有许多服务遵循“分层”法则，如邮政通信、客货运输与交通系统。既有分工又相互协作，为人们提供便捷的服务。,对于通信网络，简单地说“分层”是为了简化系统的设计，提高系统运行的有效性、可靠性和可扩充性。,相隔很远的甲乙二人计

2、划通过电话讨论网络问题。完成这样的信息交流至少可以分为哪几层？,2.1.1 网络分层的概念, 网络分层的原因,降低网络设计的复杂度。 方便异构设备间的互连互通。 增强网络的可升级性。 促进竞争和设备制造商的分工。,不同网系的层数、命名和实现的功能各不相同，但其分层设计的思想是相同的，即下层为上层提供某种服务，同时屏蔽实现的细节。,通信网协议体系结构 是指网络分层结构和相应的协议构成的集合。,4.1节, 分层体系结构,OSI参考模型 TCP/IP参考模型,OSI七层参考模型,网络中间节点,4.1节, 分层体系结构,TCP/IP的四层参考模型,传输层,网际

3、层,网络 接口层,各种应用 层协议,物理层,网络层,链路层,4.1节,OSI,TCP/IP,传输层,物理层,网络层,数据链路层,应用层,综合模型, 分层体系结构,分层结构中各层功能,物理层 数据链路层 网络层 传输层 应用层,4.1节, 分层体系结构,实体（Entity）是指每一层中任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。第N层实体通常由两部分组成：相邻层间的接口和第N层通信协议。 位于不同系统的同层实体叫做对等层实体。,实体与服务访问点, 分层体系结构,（N）,（N）,（N-1）,（N+1）,（N+1）,Protocol,（N-1）,在同一系统中，相邻

4、两层实体进行交互的地方称为服务访问点（SAP），服务只在服务访问点(SAP)处有效，第N+1层必须通过第N层的SAP才能使用第N层提供的服务。第N层可有多个SAP，每个SAP有惟一的地址来标识它。,实体与服务访问点, 分层体系结构,上层使用下层服务时必须通过与下层的接口交换一些命令，这些命令被称为服务原语。OSI定义了四种原语类型：,实体与服务访问点,请求原语(Request)； 指示原语(Indication)； 响应原语(Response)； 证实原语(Confirm)。, 分层体系结构,协 议,服务原语,服务原语,用 户,提 供 服 务,服 务 提 供 者,第

5、 n 层,第 n + 1 层,用 户,SAP,SAP,对等层间的通信,对等层间交换的信息单元称为协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit）。 应用层协议数据单元（APDU） 传输层协议数据单元段（Segment） 网络层协议数据单元分组或包（Packet） 链路层协议数据单元帧（Frame） 物理层协议数据单元比特流（Bit）。,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程将请求数据下传到应用层,加上应用层首部，成为应用层 PDU,对等层间的通信,WEB浏览请求 http:

6、/www.lgdx.mtn/,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层 PDU 再下传到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层报文再下传到网络层,加上首部，成为 IP 数据报（分组）,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,IP 数据报再下传到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为帧,主机 1 向主机

7、 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据帧再下传到物理层,物理层把比特流传送到物理媒体,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计算机 1,AP2,AP1,电信号（或光信号）通过物理媒体 从发端物理层传到收端物理层,计算机 2,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,物理层收到比特流，

8、 上交给数据链路层,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和尾部 取出数据部分，上交给网络层,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去首部， 取出数据部分上交给运输层,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层剥去首部， 取出数据部分上交给应用层,主机 1

9、向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去首部， 取出应用程序数据上交应用进程,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,收到 AP1 发来的浏览主页请求！,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 比 特 流 110101110101,主机1在

10、层间的封装过程,应 用 程 序 数 据,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,主机 2 物理层收到比特流后 交给数据链路层,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和尾部后 把数据部分交给网络层,H2,T2,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,H3,5,4,3,2,1,5,4,3

11、,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去分组首部后 将分组的数据部分交给运输层,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,H4,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层剥去报文首部后 将报文数据部分交给应用层,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间的通信,应 用 程 序 数 据,H5,应 用 程 序 数 据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去PDU 首部后 将应用程序数据交给应用进程,主机 1 向主机 2 发送数据,对等层间

12、的通信,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,收到了 AP1 发来的应用程序数据！,对等层间的通信,由于数据传输具有方向性，因此协议必须为从源端到目的端的连接规定工作方式，按其方向性可分为三种：,对等层间的通信,单工通信：数据只单向传输。 半双工通信：数据可以双向传输，但两个方向不能同时进行，只能交替传输。 全双工通信：数据可以同时双向传输。,ICI,SDU,Header,SDU,ICI,PDU,IDU,第N1层,第N层,接口,SAP,SAP: Service Access Point IDU: Interface Data

13、 Unit SDU: Service Data Unit PDU: Protocol Data Unit ICI: Interface Control Informatino,2.1.2 接口与服务,一个IDU由SDU和一些控制信息(ICI)组成，其中SDU是要通过网络传到对等层的业务信息，ICI主要包含协助下一层进行相应协议处理的控制信息，它本身并不是业务信息的一部分。,ICI,SDU,Header,SDU,ICI,PDU,IDU,第N1层,第 N 层,接口,SAP,2.1.2 接口与服务,问题： 分层结构中，协议与服务有什么关系?,2.1.2 接口与服务,本层用户只能看见服务而无法看见下面

14、的协议。 下层协议对上层服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。,分层结构中，协议与服务的关系,2.1.2 接口与服务,服务、接口、协议,服务：下层为其上层提供的功能。说明本层做了什么工作，但并未说明如何做的。 接口：下层告诉上层进程如何访问本层。包括所需参数及可能的结果等。 协议：为了完成本层的功能，两个对等实体间遵循的通信规则集合。,4.1节,2.1 通信协议及网络分层,2.3 交换单元与交换网络,2.4 基本话务理论,2.5 通信网服务质量,第二章 交换技术基础,2.2 通信网交换基本技术,2.

15、2 网络交换基本技术,2.2.1 接口技术,2.2.2 信令技术,2.2.3 控制技术,2.2.4 互连技术,交换节点抽象功能结构,2.1 网络交换基本技术,2.2.1 接口技术,主要涉及硬件，部分功能可由软件或固件实现。 完成信号变换、速率适配与控制等功能。 电话交换机：模/数用户接口，模/数中继接口； N-ISDN交换机：2B+D和30B+D接口； 移动交换机：与基站系统的接口； 分组交换机：各种端口和物理媒体接口。,2.2.2 信令技术,信令是为建立通信连接及实现控制与管理而传送的消息。 用户与网络之间，网络节点之间，以至不同网络之间的互通，都需要通过信令来协调工作。,2.2.3 控制技

16、术,2.2.4 互连技术,实现任意入线与出线之间的互连是交换的基本功能。,2.2.4 互连技术,节点交换网络具有一定的拓扑结构。,（一） 拓扑结构,时分结构：共享媒体（总线或环）和存储器 空分结构：单级或多级拓扑结构,2.2.4 互连技术,选路策略主要针对多级空分交换网络。 节点内部通路选路方案： 逐级选择与条件选择 自由选择与指定选择 面向连接选路和无连接选路,（二）选路策略,2.2.4 互连技术,指完成选路后还必须实现的控制。,（三 ）控制机理,2.2.4 互连技术,多播（Multicast）也称为组播，是将某一信息源的数据同时传送到多个目的端。 在IP网络中，多播一般通过多播IP地址来实

17、现。,（四）多播方法,2.2.4 互连技术,阻塞是指在呼叫建立或用户信息传送时，由于网络拥塞而使呼叫不能建立或用户信息不能传送而遭受损失的现象。 连接阻塞与传送阻塞（呼损率、丢失率） 按照阻塞特性：阻塞网络与无阻塞网络。,（五）阻塞特性,2.2.4 互连技术,严格无阻塞：由Clos C提出（CLOS网）。网络在任何情况下都能无阻塞地建立连接。 广义无阻塞：只有遵循特定的选路规则才能建立连接，实现网络的无阻塞要求。 再配置无阻塞：是指通过对已建立连接的通路进行调整，以建立新的无阻塞连接。,（五）阻塞特性,2.2.4 互连技术,冗余结构具有两种工作方式： 热备用方式 负荷分担方式,（六）可靠性保证

18、,2.1 通信协议及网络分层,2.3 交换单元与交换网络,2.4 基本话务理论,2.5 通信网服务质量,第二章 交换技术基础,2.2 通信网交换基本技术,2.3.1 交换单元 2.3.2 交换网络 2.3.3 网络阻塞与CLOS网 2.3.4 同步时分交换网,2.3 交换单元与交换网络,2.3.1 交换单元,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，由多个交换单元即可构成交换网络。 对称交换单元（M=N） 全连接交换单元 部分连接交换单元,（一）基本概念,2.3.1 交换单元,交换单元如何建立信息传送通道（连接）。 对于同步时分复用信号（实连接） 对于统计复用信号 （虚连

19、接）,（二）内部通道,2.3.1 交换单元,集中型：MN，也称为集中器。 扩散型：MN，也称为扩展器。 分配型：M = N，也称为分配器。,（三）交换单元的分类,2.3.1 交换单元,容量，所有入线同时传送的总信息量 。 接口，同步、信号变换与速率适配等。 质量，连接建立情况（成功率、速率），信息传输损伤（时延、衰减、噪声）。,（四）交换单元的性能,2.3.1 交换单元,空分交换单元（开关矩阵 ）,（五）几种典型的交换单元,工作原理：控制开关的闭合就能建立任意入线和任意出线之间的连接。 性能：取决于开关类型 信号：模拟/数字/光波,2.3.1 交换单元,空分交换单元的特点,（五）几种典型的交换

20、单元,（1）控制简单，时延均匀。 （2）交叉点数是入线数和出线数的乘积。适合构成较小的交换单元。 （3）容易实现多播和广播。,总线型交换单元,（五）几种典型的交换单元,工作原理 输入缓冲，总线控制，输出检测，输出缓冲。,信息吞吐量 取决于总线带宽，入线与出线的控制速率。 适用范围：电路交换、分组交换。,共享存储器型交换单元,（五）几种典型的交换单元,工作方式：输入缓冲、输出缓冲。 适用范围：电路交换、分组交换。,2.3.1 交换单元 2.3.2 交换网络 2.3.3 网络阻塞与CLOS网 2.3.4 同步时分交换网,2.3 交换单元与交换网络,2.3.2 交换网络,构成要素：交换单元、拓扑连接

21、和控制方式 。,2.3.2 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。,（一）单级交换网络,2.3.2 交换网络,（一）单级交换网络,交换 单元, ,入线,出线, ,单级网络交叉接点数：1616 = 256。 两级网络交叉接点数：448=128。,16,16, ,1,1,4,2, ,1,4,3, ,1,4,4, ,1,4,1, ,1,4,2, ,1,4,3, ,1,4,4, ,1,4, , ,1,4,1,4,1,4,1,4,1,4,1,4,1,4,1,4,入线,出线,16,16,2.3.2 交换网络,多级交换网络拓扑结构可以用三个参数表示：交换单元容量，级数，连接通路数（链路数

22、）。,（二）多级交换网络,2.3.2 交换网络,交叉接点数减少 复杂度降低 级间选路和控制复杂 带来了内部阻塞,（二）多级交换网络,多级交换网络特点：,2.3.1 交换单元 2.3.2 交换网络 2.3.3 网络阻塞与CLOS网 2.3.4 同步时分交换网,2.3 交换单元与交换网络,2.3.3 网络阻塞与CLOS网,由于内部链路忙而导致呼叫损失掉的情况称为节点内部阻塞。 按照数据通信的观点，内部阻塞也可称为冲突。,（一）内部阻塞,2.3.3 网络阻塞与CLOS网,单级无阻塞网,（二）无阻塞网络,N增大，交叉点数（N 2 ）增加很快，应用受限。,2.3.3 网络阻塞与CLOS网,CLOS网络

23、无阻塞的条件为： 中间接线器数m(n-1)2+1=2n1 或m n入 + n出1,（二）无阻塞网络,容量记为： C（m, n, r）,2.3.3 网络阻塞与CLOS网,（二）无阻塞网络,多级CLOS网络 采用子网嵌套法，可由三级构造多级CLOS网络，如5、7、9级等。,2.3.1 交换单元 2.3.2 交换网络 2.3.3 网络阻塞与CLOS网 2.3.4 同步时分交换网,2.3 交换单元与交换网络,2.3.4 同步时分交换网络,对TDM信号，用户信息固定在某个时隙传送，一个时隙对应一条话路。 对用户信息的交换就是对时隙内容的交换，即时隙交换。 在电路交换中，对TDM信号进行时隙交换的网络称为

24、同步时分交换网络。 同步时分交换网络由时间交换单元、空间交换单元组成。,（一）时间交换单元,话音存储器（SM）:暂存话音编码信息。SM单元数由输入复用线上每帧的时隙数决定。 控制存储器（CM）：存储输入或输出话音信息的时隙地址。CM单元数与SM单元数相同，每个存储单元存放SM的地址码。,完成同一条时分复用线上时隙之间的信息交换。 基本组成：,（一）时间交换单元,（1）顺序写入，控制读出 （2）控制写入，顺序读出,工作方式,“顺序写入” 、“顺序读出”的“顺序”是指按照话音存储器的地址顺序，由脉冲控制。 “控制读出”、 “控制写入”的“控制”是指按控制存贮器各单元定义的内容控制话音存储器的读出或

25、写入。,（一）时间交换单元,0,3,27,31,TS27,TS3,TS27,TS3,27,3,0,3,27,31,R,W,W,R,时钟,控制电路,时钟,控制存储器,话音存储器,输出时隙流,输入时隙流,（一）时间交换单元,（1）顺序写入，控制读出,在整个交换过程中，控制存储器CM控制信息交换的转发表。转发表由处理机构建。 处理机为输入时隙选定一个输出时隙后，控制字就写入控制存储器。于是，每一帧都重复以上读写过程，输入第3时隙的话音信息，在每一帧中都被交换到输出的第27时隙中去。,（一）时间交换单元,0,3,31,TS27,TS3,TS27,TS3,27,3,0,3,27,31,R,W,W,R,时

26、钟,控制电路,时钟,控制存储器,话音存储器,27,输出时隙流,输入时隙流,（一）时间交换单元,（2）控制写入，顺序读出,控制写入、顺序读出的原理与顺序写入、控制读出相似。 不同的是：控制存储器写入的是话音存储器的写入地址，以此来控制话音存储器的写入。由于是顺序读出，故在输出时第27时隙读出话音存储器第3单元内容，同样完成了第3个输入时隙与第27个输出时隙的交换。,（一）时间交换单元,表示符号,对于时间交换单元，不论采用哪种工作方式，每个输入时隙的信息都将占用一个存储单元，每个存储单元都占有一定的空间位置，从这点看，时间交换单元虽是时隙交换，但却是以“空间”位置的分配来实现交换的，所以，时间交换

27、单元实质上是按“空分”方式工作的。,时间交换单元会带来交换时延吗？如有，最大时延是多少？,问题：,2.3.4 同步时分交换网络,（二）空间交换单元,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。,完成不同时分复用线之间同一时隙的信息交换。 基本组成,NN 交叉点矩阵,（二）空间交换单元,（1）输入控制方式 （2）输出控制方式,工作方式,空间交换单元的交叉接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，则在CM控制下的交叉接点在一帧内就要开、关若干次。即:空间交换单元的交叉接点是以时分方式工作的。所以又叫“时分复用的空间接线器”。,输入控制

28、方式工作原理,TS1,0 1 2 14 15 31,TS14,PCM 1,PCM 2,TS14,TS1,PCM 1,PCM 2,01,10,00,11,CM 0,CM 1,2,1,输入线,输出线,输入控制方式,（二）空间交换单元,（1）输入控制方式,对应于每条入线配置一个控制存储器。由于它要控制入线上每个时隙接通到哪一条出线上，所以控制存储器的容量等于每条复用线的复用度，而每个单元的位数则决定于选择输出线的地址码位数。 在每一帧期间，处理机依次读出控制存储器各单元的内容，控制矩阵中相应交叉点的开关。这里的控制存储器就是控制接续的转发表。,输出控制方式工作原理,TS1,0 1 2 14 15 3

29、1,TS14,PCM 1,PCM 2,TS14,TS1,PCM 1,PCM 2,10,01,00,11,CM 1,CM 0,1,2,输入线,输出线,输出控制方式,（二）空间交换单元,（2）输出控制方式,每条出线配一个控制存储器。由它控制出线上每个时隙接通到哪一条入线，所以控制存储器的容量等于每条复用线复用度，而每个单元的位数则决定于选择输入线的地址码位数。 在每一帧期间，处理机依次读出控制存储器各单元的内容，控制矩阵中对应交叉点的开关。这里的控制存储器就是控制接续的转发表。,（二）空间交换单元,表示符号,2.3.4 同步时分交换网络,（三）数字交换网络,单T TS，ST TST，STS TSS

30、T TSSST,SSTSS TTT ,2.3.4 同步时分交换网络,C&C08交换机交换网络采用单T结构,2.3.4 同步时分交换网络,（三）数字交换网络,随着微电子技术的发展，单片数字交换芯片的容量已越来越大（如ZL50075完成3276832768个时隙的交换）。 大容量数字交换芯片的出现从根本上改变了数字交换网络的结构。 一个超大容量的T接线器芯片就足够大型数字交换网络的组网需要。,（三）数字交换网络,TST交换网的组成,1,2,10,. . .,10 交叉矩阵,1,2,10,. . .,T,T,S,如T=512 TS， TST网络可实现5120时隙之间的交换。,T-S-T交换网工作原理

31、,工作方式：两侧时间接线器工作方式必须相反。 中间时隙的确定：反相法。 如选定一个方向的时隙为X， 则另一个方向中间时隙为 x + n/2。 双向通路的建立 主叫被叫：正向通路 被叫主叫：反向通路,（三）数字交换网络,T-S-T交换网工作原理,输入线0、TS2的A用户 输出线2、TS20的用户B,（三）数字交换网络,TST交换过程举例：,正向通路：A B 中间时隙：7 反向通路 B A 中间时隙：23,TST网络组成和工作原理,A,A,A,A,0,0,1,2,31,0,31,7,31,7,0,0,0,31,20,31,7,0,CMC-2,SMA-0,CMA-0,CMA-2,CMB-2,SMB-

32、2,TS20,TS7,TS23,TS7,TS2,T,S,T,A,B,0,2,0,2,TST网络组成和工作原理,B,B,B,B,0,31,2,31,23,0,31,23,0,31,0,2,31,31,CMC-0,SMA-2,CMA-2,CMB-2,CMB-0,SMB-0,TS2,TS23,TS7,TS23,TS20,T,S,T,A,B,0,2,0,0,23,0,TS7,0 7 31,TS23,TS23,TS7,0,2,0,CMC-2,CMC- 0,0 23 31,0 1 2 31,0 7 31,0 20 31,0 23 31,0 31,0 23 31,0 31,0 7 31,TS2,TS20,T

33、S20,TS2,0,2,2,20,20,SMA-0,CMA-0,CMA-2,SMA-2,SMB-0,CMB-0,SMB-2,CMB-2,20,TST交换过程示意图,2,数字交换过程示意图,分路(发),分路(收),第一路 二线端,分路(发),分路(收),第五路 二线端,PCM群发,PCM群收,. . .,1,5,30,. . .,1,5,30,数 字 交 换 网 络,TS5,TS1,TS0,TS0,TS5,TS1,回顾与小结,本次课主要介绍了电信交换的基本技术、交换单元、交换网络和CLOS网。 了解交换节点的功能结构及其基本实现技术、理解利用交换单元构造交换网络的工作原理，掌握无阻塞网和CLOS

34、网的构建原理。 重点掌握多级交换网的组成和控制原理，CLOS网的无阻塞条件。,作业与思考,作业： 1.交换网络的内部阻塞是怎样产生的？如何解决阻塞问题？ 2.利用基本交换单元画图构建一个99的三级无阻塞网络。 思考： 利用交叉开关矩阵实现统计时分复用信号的交换应解决哪些问题？,作业,1、假如空间接线器采用输入控制方式，控制存储器内容如图1所示，试填写图1中“？”位置对应的内容。,2.2节,?,图1 空间接线器输入控制方式,a1,TS1,a2,TS2,a3,TS3,b1,b2,b3,c1,c2,c3,1,2,n,1,2,n,?,TS1,?,TS2,?,TS3,?,?,?,?,?,2,n,1,1,

35、2,n,1,n,n,2,1,TS1,TS2,TSn,TS3,a1,2,2.2节,作业,2、时间接线器如图2所示，试填写图中“？”位置对应的内容。 3、一个T-S-T数字交换网络如图3所示，试填写图中“？”位置对应的内容。,图2 时间接线器输入控制方式,?,?,?,?,话音存储器SM,控制存储器CM,h,g,f,e,d,c,b,a,d,b,e,h,a,f,g,c,?,?,?,?,图3 数字交换网络（TST）,1,2,3,1,2,3,0,31,3,2,1,0,31,0,31,0,CMA,SMA,CMA,SMA,PCM1,PCM2,PCM3,SMA,SMB,PCM2,CMB,SMB,PCM1,CMB

36、,SMB,PCM3,CMC,T(输出控制),S (输入控制),T(输入控制),2.1 通信协议及网络分层,2.3 交换单元与交换网络,2.4 基本话务理论,2.5 通信网服务质量,第二章 交换技术基础,2.2 通信网交换基本技术,2.4 基本话务理论,2.4.1 话务量的概念 2.4.2 线群的概念 2.4.3 全利用度线群的呼损计算 2.4.4 线群的利用率 2.4.5 呼叫处理能力,话务理论的引入,为保证电话通信的服务质量，在设计电话通信系统时，根据承担的业务负荷确定公用设备的数量，是话务理论要解决的问题。 丹麦人A.K.Erlang首先提出了全利用度线群的呼损计算公式，奠定了话务理论的基

37、础。,2.4.1 话务量的概念,局间中继数量的配置 交换网络、信号设备等公用设备的配置 交换机呼叫处理能力配置 交换机过负荷控制,话务量是表示电话网内机线设备负荷的一种度量。在数值上等于时间T内发生的呼叫次数和呼叫平均占用时长的乘积。 A = CT * t； A为时间T内的话务量； t为呼叫平均占用时长； CT为时间T内一群话源产生的呼叫次数。,2.4.1 话务量的概念,话务量的定义,当C和t采用相同的时间单位时，话务量是一个无量纲的数，为纪念Erlang，将话务量的单位定为爱尔兰（Erlang），用e或E表示。 1E是一条中继线连续使用1小时产生的话务量。 1E = 1小时呼 =60分钟呼

38、=36百秒呼,2.4.1 话务量的概念,话务量的单位,实例1/Example1,如两小时内用户共发生250次呼叫，且每次呼叫的平均占用时间为3分钟，则在两小时内交换机承担的话务量为： A = CT*t = 250/120*3 = 6.25 Erl,2.4.1 话务量的概念,忙时（Busy Hour）,忙时：一天中话务最繁忙的一小时。,20,40,60,80,100,0,5,24,20,15,10,2.4.1 话务量的概念,traffic intensity 通常将忙时（单位时间内）流过的话务量成为话务量强度，简称话务量。 A = C*t 忙时话务量是交换系统设计的重要依据。,2.4.1 话务量

39、的概念,话务量强度,交换机对话务负荷的处理方法,呼损工作制 等待工作制,2.4.1 话务量的概念,呼损工作制,Lost Calls Cleared (LCC) 系统忙时，不受理业务，给用户送忙音。用户听到忙音后，必须放弃本次呼叫，再重新进行呼叫。,等待工作制,Lost Calls Delayed (LCD) 系统忙时，用户必须等待。不向用户送忙音，用户也不重新呼叫。一旦有了可用于接续的空闲设备，呼叫就继续进行下去。,2.4.1 话务量的概念,流入话务量和完成话务量,流入话务量(Offered traffic)：是指话源产生的话务量，即流入系统的话务量。 A入 = a * t 完成话务量(Car

40、ried traffic)：指完成了接续的那部分话务量A完。 损失话务量(Lost traffic)：流入话务量与完成话务量之差A损 。,2.4.1 话务量的概念,系统工作制与话务量的关系,等待工作制 (In LCD mode) A入 = A完 呼损工作制 (In LCC mode) A入 A完 = A损,2.4.1 话务量的概念,完成话务量的性质,以爱尔兰为单位的完成话务量A完，在数值上等于在平均占用时长内发生的平均占用次数。 A完= CT 完成话务量在数值上等于单位时间内各机键占用时间的总和。 完成话务量在数值上等于承担这一负荷的设备平均同时占用数，也就是同时处于工作状态设备数量的平均值

41、。,2.4.1 话务量的概念,实例2/Example2,设呼叫强度 C = 3600呼叫/小时，平均占用时长 t = 1分钟，计算流入话务量强度A入 。 A入 = 3600 呼叫/小时 * 1/60 小时/呼叫 = 60 E,2.4.1 话务量的概念,举例3,3,例计算1,例计算2,随机性：呼叫次数是随机的，呼叫占用时长是随机的，呼叫中途是否放弃等都是随机的。 波动性：在一天的各个时间段话务量的大小是波动的，如上班大下班后小，白天大晚上小。 集中性： 集中系数K = A忙时/A全天 忙时话务量是交换系统设计的重要依据 K值越大，说明一天的话务量分布越集中。,2.4.1 话务量的概念,话务量的特

42、性,2.4.1 话务量的概念,用户性质 社会经济条件的影响 电话普及率的影响 收费制度的影响,影响话务量的因素,2.4.1 话务量的概念 2.4.2 线群的概念 2.4.3 全利用度线群的呼损计算 2.4.4 线群的利用率 2.4.5 呼叫处理能力,2.4 基本话务理论,话源：产生话务量的来源称为话源或称负载源。包括用户和向本级设备输入话务量的前级机键和中继线。 线群：一群（或一组）为话源服务的设备及其出线总称为线群 。,线群模型,入线,出线,1,N,1,V,2.4.2 线群的概念,利用度,利用度是指在一个线群中，一条入线所能选到的出线数，一般用D表示。 设某线群的出线数为V，利用度为D，则：

43、 D=V：全利用度线群； DV：部分利用度线群；,2.4.2 线群的概念,全利用度线群,线群中任一入线均可选到该线群的任一条出线。,1,2,3,100,1,2,3,10,入线,出线,V=10,D=10,2.4.2 线群的概念,部分利用度线群,线群中，一条入线只能选到部分出线，即线群中有些出线不能被某些入线所选用。,1,2,3,50,1,2,3,11,入线,出线,51,52,53,100,4,5,6,7,8,9,10,12,13,14,15,V=15,D=10,2.4.2 线群的概念,线群呼损的计算,按时间计算呼损E E=全部出线占用的时间/统计时间=T阻/T总 表示线群发生阻塞的概率 。 按呼

44、叫计算呼损B B = 损失呼叫次数/总呼叫次数 = C损 / C总 表示呼叫遭受损失的概率。 按负载计算呼损H H = 忙时损失话务量/忙时流入话务量= A损 / A入,2.4.2 线群的概念,全程呼损的概念,从网络角度分析，呼损包括：交换机呼损、中继线呼损、全程呼损和全网平均呼损。 全程呼损：发端交换局到终端交换局的呼损，也称为端到端的呼损。 我国数字电话网的全程呼损指标： 长途电话网=0.098 本地电话网=0.043 市内电话网=0.027。,2.4.2 线群的概念,全程呼损的计算,设各分系统是独立工作的，则呼损表示为： P = 1-(1-p1)(1-p2)(1-pn) = p1+p2+

45、pn+ p1 p2+ p2 p3 + p1 p2 p3+ p1 p2pn p1+p2+pn,2.4.2 线群的概念,全程呼损的分配,分配方法 优化分配 平均分配 呼损的分配 端局交换机呼损=0.005 汇接局或长途交换机呼损=0.001 市内中继线或长市中继线呼损=0.005 长话局间中继线呼损=0.01,2.4.2 线群的概念,2.4 基本话务理论,2.4.1 话务量的概念 2.4.2 线群的概念 2.4.3 全利用度线群的呼损计算 2.4.4 线群的利用率 2.4.5 呼叫处理能力,全利用度线群呼损常用Erlang呼损公式计算： A：流入话务量 P：呼损 V：全利用度线群出线数,2.4.3

46、 全利用度线群呼损计算,Erlang曲线,A（话务量）,V（出线数）,P=0.001,P=0.005,P=0.01,P=0.02,呼损P不变： V增，A增。即出线数增加，系统所能承担的话务量也增加。,流入话务量A不变：V增，P减。即出线数增加，系统的呼损就会减少。,出线数V不变：A增，P增。即流入系统的话务量增加，系统的呼损就会增加。,2.4.3 全利用度线群呼损计算,爱尔兰表/Erlang table,2.4.3 全利用度线群呼损计算,实例1/Example1,设有10个用户公用2条中继线。每个用户的忙时话务量为0.1Erl，求呼损。 总话务量为 A = 0.1Erl * 10 = 1Erl

47、 出线数 V = 2 查爱尔兰表表可得： 呼损 P = 0.2。,2.4.3 全利用度线群呼损计算,实例2/Example2,设模块局至母局有2套30/32路PCM系统，要求中继线的呼损为0.001，求该中继线能容纳多大的话务量？ 设该模块局用户的呼出话务量为0.07E，呼入话务量为0.065E，问该模块局最多可以容纳多少个用户？,2.4.3 全利用度线群呼损计算,爱尔兰表,2.4.3 全利用度线群呼损计算,计算过程,2条PCM系统所能容纳的话务量A 根据呼损P=0.001和线群数V=60查Erlang表得： A = 40.79 E 每个用户的话务量为 A0 = 0.07+0.65 = 0.1

48、35 E 则该模块局最多可接的用户数为： N = A/A0 = 40.79/0.135 = 302.15,2.4.3 全利用度线群呼损计算,奥德尔公式：部分利用度线群呼损计算近似公式： V、A、P的含义与全利用度线群呼损公式相同。 D指部分利用度线群的利用度。 AD指呼损为P，出线数为D时全利用度线群所能承受的话务量。,2.4.3 全利用度线群呼损计算,实例3,已知一个线群的话务量为12E，利用度为10，要求呼损值为0.001，试计算需要多少出线？ 先判断线群是全利用度还是部分利用度： p=0.001，D=10 ，查Erlang表得： AD=3.092E 12E 此线群是部分利用度线群，用奥德

49、尔公式计算。,2.4.3 全利用度线群呼损计算,计算过程,已知： A = 12E, AD = 3.092E P = 0.001, D = 10 则： V = (12-2.093)/(0.53*0.0011/10+0.047*3.092/10) + 10 = 31.68 因此，系统需要32条出线。,2.4.3 全利用度线群呼损计算,作业与思考,作业： 1.怎样从物理概念上去理解话务量？ 2. 话务量的三个特征是什么？ 思考： 话务理论主要解决什么问题？,2.4 基本话务理论,2.4.1 话务量的概念 2.4.2 线群的概念 2.4.3 线群的呼损计算 2.4.4 线群的利用率 2.4.5 呼叫处

50、理能力,线群的利用率是指该线群出线的平均使用效率。即线群中每条出线承担的平均话务量可用来表示线群出线的利用率。 = A完 / V = A入（1-P） / V,2.4.4 线群的利用率,令出线数不变，改变值，用爱尔兰公式求出相应的，然后再求出值。 0.001， 9.411 Erl，0.47 0.005，11.092 Erl，0.555 0.050，15.249 Erl，0.762 线群出线数一定时，呼损增大，增大。 但呼损不能超过规定值，否则不能保证QoS。,线群利用率和出线数的关系,线群利用率和出线数的关系,令0.01，改变出线V的值，查表得A： 当时，1.361 Erl，则0.272 当20

51、时，12.031 Erl，则0.601 当50时，37.901 Erl，则0.758 当80时，65.36 Erl，则0.817 当100时，84.06 Erl，则0.841 当150时，131.58 Erl，则0.877 P一定时，V越小，越小，V增加，增加；当V达到一定值时，线群利用率趋向饱和。 应将小线群合为大线群，以节省投资。,通过利用率计算出线数,利用线群数大于100时，其利用率提高很慢这一原理。可以通过利用率近似相等来计算大话务量所对应的出线数。 设0.01，100，84.06rl ，求局间话务量为131时，需多少中继线？ 84.06100131 求得155.8，查表所得为150，

52、基本相近。,线群利用率和出线数的关系,2.4 基本话务理论,2.4.1 话务量的概念 2.4.2 线群的概念 2.4.3 线群的呼损计算 2.4.4 线群的利用率 2.4.5 呼叫处理能力,交换机处理能力指标,话务量 交换网络同时提供的连接数。 控制设备能够处理的呼叫数 BHCA(Busy Hour Call Attempts)：忙时试呼次数，是评价交换机设计与服务能力的重要指标。,2.4.5 呼叫处理能力,BHCA实质上就是忙时呼叫次数（C = A/t ） BHCA包括各种情况下对处理机的占用： 接续成功，实现通话（接通）； 呼叫遇忙（被叫忙）； 被叫久不应答（久叫不应）； 由于主叫原因，失

53、败的占用次数，如主叫中途挂机（主叫早释）； 由于网络原因不能提供呼叫所需接续资源使呼叫失败（电路忙、闭锁、故障等）；,2.4.5 呼叫处理能力,各类呼叫平均占用时长,2.4.5 呼叫处理能力,实例4,某交换局需安装10000门交换机，设忙时： 平均每线呼出话务量为0.08E，呼入话务量0.075E，其中： 呼叫特种业务占4%； 呼叫长途业务占14%； 入局话务量占呼入话务量的60%，其中本地业务占48%，长途来话占12%。 计算处理机的BHCA值？,2.4.5 呼叫处理能力,实例4计算1,先求用户呼出次数C1 呼出 A = 0.08 * 10000 = 800 E C1 = 800 * 0.0

54、4 / (30/3600) + 800 * 0.14 / (90/3600) + 800 * (1-0.4-0.14) / (60/3600) = 3840 + 4480 + 39360 = 47680 （次）,2.4.5 呼叫处理能力,实例4计算2,再求呼入次数C2 呼入 A = 0.075 * 10000 =750 E C2 = 750 * 0.48 / (60/3600) + 750 * 0.12 / (90/3600) = 21600 + 3600 = 25200 （次）,2.4.5 呼叫处理能力,实例4计算3,呼叫总次数C C = C1 + C2 = 72880次 交换机的处理能力为： 72880 * 1.5（过负荷） * 1.2（其他开销） * 1.1（冗余） = 144302.4 处理机的处理能力应为15万BHCA,2.4.5 呼叫处理能力,