：交換技術(shù)概述

1、第一章交換技術(shù)概述電話系統(tǒng)的基本組成設(shè)備是終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備。最簡單的終端設(shè)備是電話機(jī)，電話機(jī)的基本功能是完成聲電轉(zhuǎn)換和信令功能，將人的話音信號轉(zhuǎn)換為交變的話音電流信號，并完成簡單的信令功能。傳輸設(shè)備的功能是將電話機(jī)和交換機(jī)、交換機(jī)與交換機(jī)連接起來。常用的傳輸設(shè)備有電纜、光纖等。電話系統(tǒng)的核心是交換設(shè)備，交換機(jī)的基本功能是完成交換，即將不同的用戶連接起來，以便完成通話。如果采用用戶直接相連方式， 當(dāng)用戶數(shù)為N時，所需的互連線對數(shù)為 N（N-1） /2。如果引入交換機(jī)，每個用戶只要接入到一個交換機(jī)，就能與世界上的任一用戶通話。圖1-1圖1-1交換系統(tǒng)示意圖一、交換機(jī)的發(fā)展過程電話交換是

2、伴隨著電話通信的出現(xiàn)而同時產(chǎn)生的，隨著電話通信技術(shù)的飛速發(fā)展，交換系統(tǒng)也經(jīng)歷著相應(yīng)的變化和發(fā)展，歸納起來可分為四個時代：（一）人工交換機(jī)：這是最古老的交換機(jī)，這是依靠人 （話務(wù)員）完成主被叫用戶間的接 續(xù)的。它可分為磁石式或共電式交換機(jī)兩種。 現(xiàn)在這種交換機(jī)已被淘汰， 但這種人工接續(xù)方 式，在一些特殊場合還有應(yīng)用。（二）步進(jìn)制和旋轉(zhuǎn)動作交換系統(tǒng)： 從人工交換機(jī)到自動交換系統(tǒng)的革命性變革最早是 由步進(jìn)制交換系統(tǒng)完成的。步進(jìn)制交換機(jī)是由電動機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動選擇器（又叫接線器）垂直和旋轉(zhuǎn)的雙重運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)主叫和被叫用戶的接續(xù)的。（三）縱橫制交換系統(tǒng)：該系統(tǒng)使用電磁力建立和保持接續(xù)?！翱v橫”是指它的選擇器采

3、用交叉的“橫棒”和“縱棒”選擇接點(diǎn)。后期的選擇器雖然使用了專門設(shè)計(jì)的電磁繼電器 構(gòu)成接線矩陣，但“縱橫” 一詞卻一直被沿用下來。以區(qū)別于后來出現(xiàn)的步進(jìn)制和縱橫制電話交換系統(tǒng)通常又被稱為機(jī)電式電話交換系統(tǒng), 電子交換系統(tǒng)。以區(qū)別于后來出現(xiàn)的（四）電子交換系統(tǒng)：早期的電子交換系統(tǒng)， 只是使用電子元件如晶體管和集成器件代 替縱橫制交換系統(tǒng)中的電磁繼電器等體積大、耗電多的機(jī)電元件。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在通信技術(shù)中的應(yīng)用，交換技術(shù)開始了它的第二次革命性的變革。新一代的交換系統(tǒng)利用予先編制好的計(jì)算機(jī)的存儲程序來控制整個交換系統(tǒng)的運(yùn)行，以代替用布線方式連接起來的邏輯電路控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行，所以這種新型的交換系統(tǒng)

4、叫做存儲程序控制交換系統(tǒng)（SPC）,簡稱程控交換系統(tǒng)。步進(jìn)制、縱橫制和程控交換系統(tǒng)都屬于自動交換系統(tǒng)。一個自動交換系統(tǒng)由兩個主要部分組成：話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。前者用來建立交換系統(tǒng)的入端和出端之間的連接，而后者則對收到的信號進(jìn)行譯碼并發(fā)布各種命令去控制交換網(wǎng)絡(luò)。早期的程控交換機(jī)在話路系統(tǒng)方面與機(jī)電式交換機(jī)并無本質(zhì)區(qū)別，它仍然使用了空間分割的話路交換網(wǎng)絡(luò)，而所交換的信息也都是模擬信號，因而這一類交換機(jī)叫做模擬程控交換機(jī)。隨著脈沖編碼調(diào)制技術(shù)（PCM）得到應(yīng)用。PCM傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，促使程控交換向時間 分割的數(shù)字交換機(jī)發(fā)展，數(shù)字交換機(jī)所交換的信息是數(shù)字信號。所以這類交換機(jī)就稱為數(shù)字程控交換機(jī)。二、交

5、換機(jī)的基本組成用戶電話交換機(jī)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)用戶間通話的接續(xù)?；緞澐譃閮纱蟛糠郑?話路設(shè)備和控制設(shè)備。話路設(shè)備主要包括各種接口電路 （如用戶線接口和中繼線接口電路等） 和交換 網(wǎng)絡(luò)；控制設(shè)備在程控交換機(jī)中，包括中央處理器（ CPU）,存儲器和輸入/輸出設(shè)備。程控 交換機(jī)基本構(gòu)成如圖1所示。程控交換機(jī)實(shí)質(zhì)上是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行“存儲程序控制”的交換機(jī)，它將各種控制功能， 方法編成程序，存入存儲器，利用對外部狀態(tài)的掃描數(shù)據(jù)和存儲程序來控制，管理整個交換 系統(tǒng)的工作。圖1-2程控交換機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖1-2程控交換機(jī)結(jié)構(gòu)圖（一）交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)的基本功能是根據(jù)用戶的呼叫要求，通過控制部分的接續(xù)命令， 建立主叫

6、與被叫用戶間的連接通路。 在縱橫制交換機(jī)中它采用各種機(jī)電式接線器， 在程控交換機(jī)中目前主 要采用由電子開關(guān)陣列構(gòu)成的空分交換網(wǎng)絡(luò)，和由存儲器等電路構(gòu)成的時分接續(xù)網(wǎng)絡(luò)。（二）用戶電路用戶電路的作用是實(shí)現(xiàn)各種用戶線與交換網(wǎng)絡(luò)之間的連接，通常又稱為用戶線接口電路（SLIC）。根據(jù)交換機(jī)制式和應(yīng)用環(huán)境的不同，用戶電路也有多種類型，對于程控?cái)?shù)字交換 機(jī)來說，目前主要有與模擬話機(jī)連接的模擬用戶線電路（ALC）及與數(shù)字話機(jī)，數(shù)據(jù)終端（或終端適配器）連接的數(shù)字用戶線電路（三）出入中繼器出入中繼器是中繼線與交換網(wǎng)絡(luò)間的接口電路，用于交換機(jī)中繼線的連接。它的功能和電路與所用的交換系統(tǒng)的制式及局間中繼線信號方式有密

7、切的關(guān)系。對模擬中繼接口單元（ATU）,其作用是實(shí)現(xiàn)模擬中繼線與交換網(wǎng)絡(luò)的接口，基本功能一般有：發(fā)送與接收表示 中繼線狀態(tài)（如示閑、占用、應(yīng)答、釋放等）的線路信號、轉(zhuǎn)發(fā)與接收代表被叫號碼的記發(fā) 器信號、向控制設(shè)備提供所接收的線路信號。（四）控制設(shè)備控制部分是程控交換機(jī)的核心，其主要任務(wù)是根據(jù)外部用戶與內(nèi)部維護(hù)管理的要求，執(zhí)行存儲程序和各種命令，以控制相應(yīng)硬件實(shí)現(xiàn)交換及管理功能。程控交換機(jī)控制設(shè)備的主體是微處理器，通常按其配置與控制工作方式的不同，可分為集中控制和分散控制兩類。為了更好的適應(yīng)軟硬件模塊化的要求，提高處理能力及增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性與可靠性，目前程控交換系統(tǒng)的分散控制程度日趨提高，已廣泛

8、采用部分或完全分布式控制方式。三、交換信令的工作原理在交換機(jī)各部分之間或者交換機(jī)與用戶、 交換機(jī)與交換機(jī)之間， 除傳遞話音、數(shù)據(jù)等信 息外，還必須傳送各種專用的附加性質(zhì)的控制信號， 以保證交換機(jī)協(xié)調(diào)動作， 完成用戶呼叫 的處理、接續(xù)、控制與維護(hù)管理等功能。（一）信令的概述信令（signaling）是面向連接工作模式通信網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)源和目的端點(diǎn)之間準(zhǔn)確而有效地互通信息，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立傳信通路所必需的協(xié)議命令序列，是通信網(wǎng)中規(guī)范化的控制命令。信令是通信網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，信令技術(shù)是通信網(wǎng)的基本技術(shù)。信令的組成：包含源地址、目的地址、信令類別、設(shè)備狀態(tài)和要完成的任務(wù)等信息。（二）信令的基本功能 TOC o

9、 1-5 h z 電話通信網(wǎng)把各種類型的電話機(jī)和交換機(jī)連成一個整體，為了完成全程全網(wǎng)的接續(xù)，必須在用戶與交換機(jī)之間以及交換局與交換局之間傳送一些接續(xù)、控制信息，以建立、維護(hù)、解除雙方的通信關(guān)系。這些信息稱為信令（信號）。在電話網(wǎng)中，信令是傳遞非話音的電信號，依靠它來實(shí)現(xiàn)電話網(wǎng)中通信電路的建立、釋放、控制和維護(hù)。它是各交換局在完成呼叫接續(xù)過程中控制交換機(jī)產(chǎn)生動作所采用的一種“通 信語言”。用于協(xié)調(diào)動作、控制呼叫。王叫用戶發(fā)瑞局H*對文梅機(jī)1導(dǎo)立蓬濟(jì)茗息傳寓 林放直接一1導(dǎo)立蓬濟(jì)茗息傳寓 林放直接一憶苣，進(jìn)量導(dǎo)示后箝點(diǎn).京片機(jī)示.闈占用代號u向選擇好抬甲攀到.田耀由信號廣榭口用戶號碼，R虻值年 扣

10、器信寄未培攔東信-孑）.度等信號應(yīng)答拎帆I(xiàn)應(yīng)答信號）4-1*復(fù)原理機(jī)i薛M居皆1.話號信號后向朦上信號丁前的轉(zhuǎn)倍母（博知而鹿）A揖強(qiáng)證交倡導(dǎo)所緯后*不闈圖1-3連接建立和釋放信令流程圖在連接建立和釋放階段，用戶線和中繼線中所傳輸?shù)谋闶侵笇?dǎo)通信網(wǎng)絡(luò)接續(xù)或拆線的信號。終端和本地交換機(jī)之間信號稱為終端信令或用戶一網(wǎng)絡(luò)信號（用戶線信號）。交換機(jī)之間通過中繼線傳遞的信號稱為局間信令或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信號，典型的局間信令有中國1號信令和No.7信令。四、常用的交換技術(shù)（一）電路交換電路交換是指在用戶通過呼叫信令通知本地交換機(jī)為其建立通信連接并獲得電路接續(xù)之后，通信雙方終止該通信連接之前，無論通信雙方是否有信息經(jīng)該

11、通路流過網(wǎng)絡(luò)，他們都將始終獨(dú)占著同一條電路。電路交換特點(diǎn)如下：.優(yōu)點(diǎn)時延??；傳輸效率高；信息的編碼方法與信息格式不受網(wǎng)絡(luò)限制。.缺點(diǎn)電路接續(xù)時間長；電路利用率低；用戶終端的制式受限；有呼損。在我國，典型的電路交換系統(tǒng)就是電路交換機(jī)系統(tǒng)，下文中將以程控交換機(jī)為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。（二）分組交換分組交換原來是為完成數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)發(fā)展起來的一種交換方式，由于分組交換技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在利用分組交換技術(shù)不僅可以用來完成數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，也可以用來完成話音和視頻通信。分組交換利用存儲一轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行交換。在分組交換方式中，首先將需傳送的信息劃分為一定長度的分組，并以分組為單位進(jìn)行傳輸和交換。在每個分組中都有一個3

12、-10個字節(jié)的分組頭，在分組頭中包含有分組的地址和控制信息，以控制分組信息的傳輸和交換。分組交換采用的是統(tǒng)計(jì)時分復(fù)用方式，電路的利用率較高。 但統(tǒng)計(jì)時分復(fù)用的缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生附加的隨機(jī)時延和丟失數(shù)據(jù)的可能。這是由于用戶傳送數(shù)據(jù)的時間是隨機(jī)的，若多個用戶同時發(fā)送分組數(shù)據(jù)，則必然有一部分分組需要在緩沖區(qū)中等待一段時間才能占用電路傳送，若等待的分組超過了緩沖區(qū)的容量，就可能發(fā)生部分分組的丟失。另外，在分組交換中普遍采用逐段反饋重發(fā)措施，以保證數(shù)據(jù)傳送是無差錯的。所謂逐段反饋重發(fā)，是指數(shù)據(jù)分組經(jīng)過的每個節(jié)點(diǎn)都對數(shù)據(jù)分組進(jìn)行檢錯，并在發(fā)現(xiàn)錯誤后要求對方重新發(fā)送。分組交換有虛電路（面向連接）和數(shù)據(jù)報(bào)（無連接

13、）這兩種方式。.虛電路方式虛電路方式傳虛電路方式是指兩個用戶在進(jìn)行通信之前要通過網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接。虛電路方式傳輸數(shù)據(jù)一般包括建立連接，數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接三個階段。 虛電路不同于電路交換中的物理連接，而是邏輯連接。虛電路并不獨(dú)占電路，在一條物理線路上可以同時建立多個虛電路， 以達(dá)到資源共享。.數(shù)據(jù)報(bào)方式數(shù)據(jù)報(bào)方式是獨(dú)立地傳送每一個數(shù)據(jù)分組，每一個數(shù)據(jù)分組都包含終點(diǎn)地址的信息，每一個節(jié)點(diǎn)都要為每一個分組獨(dú)立地選擇路由，因此一份報(bào)文包含的不同分組可能沿著不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)。(三)ATM的基本工作原理ATM是英文aAsynchronous Transfer Mode ”(異步轉(zhuǎn)送方式)的縮寫。在這

14、種轉(zhuǎn)送方式中， 信息被組織成固定長度的信元在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，異步傳送的含義是來自一個特定用戶的信息的信元不需要周期性地出現(xiàn)。.信元在ATM中，信元是信息傳輸、復(fù)用和交換的基本單位。每個信元都具有固定的長度， 總是53個字節(jié)，5個字節(jié)是信頭(Header), 48個字節(jié)是信息域(Information field)。信頭中包 含這個信元的路徑信息，優(yōu)先度、一些維護(hù)信息和信頭的糾錯碼。信息段中包含用戶需傳送的信息內(nèi)容，這些信息透明地穿過網(wǎng)絡(luò)。.復(fù)用ATM采用統(tǒng)計(jì)時分復(fù)用方式。由于采用統(tǒng)計(jì)時分復(fù)用，每個用戶需發(fā)送信元的時間是 隨機(jī)的，就可能發(fā)生碰撞。.交換ATM采用面向連接的方式工作，交換節(jié)點(diǎn)完成的是虛

15、電路的交換，同一虛電路上的所 有信元都選擇同樣的路由，經(jīng)過同樣的通路到達(dá)目的地。五、交換網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在交換網(wǎng)中，所謂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間的互連方式?；镜耐?fù)浣Y(jié)構(gòu) 有：網(wǎng)狀網(wǎng)、星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線形網(wǎng)等0（一）網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)都相連，組成一個網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)：線路冗余度大，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，任意兩點(diǎn)間可直接通信；缺點(diǎn)：線路利用率低（N值較大時傳輸鏈路數(shù)將很大 ），網(wǎng)絡(luò)成本高，另外網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容也不方便，在 N個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng) 狀網(wǎng)中，每增加一個節(jié)點(diǎn)，就需增加N條線路。適用場合：通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)目少，又有很高可靠性要求的場合。（二）星形網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)都連至一個中心節(jié)點(diǎn)上。優(yōu)點(diǎn)：與網(wǎng)形網(wǎng)相比，降低了傳輸鏈路的成本，提高了線路的利用率。缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的可靠性差，一旦中心轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或轉(zhuǎn)接能力不足時，全網(wǎng)的通信都會受到影響。適用場合：在傳輸鏈路費(fèi)用高于轉(zhuǎn)接設(shè)備、可靠性要求又不高的場合，以降低建網(wǎng)成本。（三）環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)首尾相連，組成一個環(huán)。N個節(jié)點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)需要 N條傳輸鏈路。環(huán)網(wǎng)可以是單向環(huán)，也可以是雙向環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，雙向自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可