交換原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)培訓(xùn)教程

交換原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、交換網(wǎng)發(fā)展概況二、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和組網(wǎng)實(shí)例三、業(yè)務(wù)功能四、設(shè)備性能參數(shù)五、工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)六、專業(yè)接口配合七、舉例分析一、交換網(wǎng)發(fā)展概況網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)共經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，電路交換技術(shù)、報(bào)文交換技術(shù)、分組交換技術(shù)和ATM技術(shù)。四類交換技術(shù)各有特點(diǎn)，適用于不同的業(yè)務(wù)種類。技術(shù)發(fā)展：電路交換：目前廣泛應(yīng)用于公眾電話網(wǎng)（PSTN網(wǎng)）和移動(dòng)網(wǎng)（包括GSM網(wǎng)和CDMA網(wǎng)）。它的基本特點(diǎn)是采用面向連接的方式，在雙方進(jìn)行通信之前，需要為通信雙方分配一條具有固定帶寬的通信電路，通信雙方在通信過程中將一直占用所分配的資源，直到通信結(jié)束，并且在電路的建立和釋放過程中都需要利用相關(guān)的信令協(xié)議。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是在通信過程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬，并且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，時(shí)延小，交換設(shè)備成本較低，但同時(shí)帶來的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率不高，一旦電路被建立不管通信雙方是否處于通話狀態(tài)，分配的電路都一直被占用。分組交換：適用于具有很業(yè)務(wù)強(qiáng)突發(fā)性的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。主要具有抗高業(yè)務(wù)流量突發(fā)性、時(shí)延相對(duì)較低的特點(diǎn)。它的基本特點(diǎn)是面向無連接而采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，將需要傳送的數(shù)據(jù)按照一定的長度分割成許多小段數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)之前增加相應(yīng)的用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選路和校驗(yàn)等功能的頭部字段，作為數(shù)據(jù)傳送的基本單元即分組。采用分組交換技術(shù)，在通信之前不需要建立連接，每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先將前一節(jié)點(diǎn)送來的分組收下并保存在緩沖區(qū)中，然后根據(jù)分組頭部中的地址信息選擇適當(dāng)?shù)逆溌穼⑵浒l(fā)送至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣在通信過程中可以根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)絡(luò)的能力來動(dòng)態(tài)分配帶寬。分組交換比電路交換的電路利用率高，但時(shí)延較大。報(bào)文交換：報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)類似，也是采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，但報(bào)文交換是以報(bào)文作為傳送單元，由于報(bào)文長度差異很大，長報(bào)文可能導(dǎo)致很大的時(shí)延，并且對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說緩沖區(qū)的分配也比較困難，為了滿足各種長度報(bào)文的需要并且達(dá)到高效的目的，節(jié)點(diǎn)需要分配不同大小的緩沖區(qū)，否則就有可能造成數(shù)據(jù)傳送的失敗。在實(shí)際應(yīng)用中報(bào)文交換主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的通信業(yè)務(wù)，如公用電報(bào)網(wǎng)。報(bào)文交換比分組交換出現(xiàn)的要早一些，分組交換是在報(bào)文交換的基礎(chǔ)上，將報(bào)文分割成分組進(jìn)行傳輸，在傳輸時(shí)延和傳輸效率上進(jìn)行了平衡，從而得到廣泛的應(yīng)用。ATMATM—異步傳輸模式（ATM）是基于電路交換和分組交換技術(shù)而提出的。ATM技術(shù)將面向連接機(jī)制和分組機(jī)制相結(jié)合，在通信開始之前需要根據(jù)用戶的要求建立一定帶寬的連接，但是該連接并不獨(dú)占某個(gè)物理通道，而是和其他連接統(tǒng)計(jì)復(fù)用某個(gè)物理通道，同時(shí)所有的媒體信息，包括語音、數(shù)據(jù)和圖像信息都被分割并封裝成固定長度的分組在網(wǎng)絡(luò)中傳送和交換。ATM另一個(gè)突出的特點(diǎn)就是提出了保證QoS的完備機(jī)制，同時(shí)由于光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道，所以可以將流量控制和差錯(cuò)控制移到用戶終端，網(wǎng)絡(luò)只負(fù)責(zé)信息的交換和傳送，從而使傳輸時(shí)延減少，ATM非常適合傳送高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前ATM交換機(jī)主要用在骨干網(wǎng)絡(luò)中，主要利用ATM交換的高速和對(duì)QoS的保證機(jī)制，并且主要是提供半永久的連接。

電路交換與分組交換A1A2A3B1B2B3交換結(jié)點(diǎn)交換結(jié)點(diǎn)A1A2A3B1B2B3交換結(jié)點(diǎn)交換結(jié)點(diǎn)電路交換:分組交換:小結(jié)：一、電路交換技術(shù)：目前大規(guī)模應(yīng)用，PSTN、GSM、CDMA網(wǎng)絡(luò)。主要承載語音通信業(yè)務(wù)。實(shí)時(shí)性高、時(shí)延小、帶寬利用較低，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備成熟、便宜。二、分組交換技術(shù)：廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，如Internet、IP電話網(wǎng)等。主要承載數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。無連接網(wǎng)絡(luò)、帶寬利用率高、抗突發(fā)能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性差、延遲大。三、報(bào)文交換技術(shù)：被分組交換技術(shù)取代，目前無大規(guī)模應(yīng)用。四、ATM電路交換和分組交換的完美結(jié)合。但由于市場無太大需求,應(yīng)用較少，只在部分骨干網(wǎng)使用。軟交換技術(shù)發(fā)展隨著IP電話技術(shù)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)提出了軟交換的概念。軟交換技術(shù)的主要特點(diǎn)是將業(yè)務(wù)呼叫控制和交換的功能相分離。軟交換技術(shù)仍然采用分組網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上都集中了太多的智能，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅要負(fù)責(zé)呼叫控制、業(yè)務(wù)處理，同時(shí)還需要負(fù)責(zé)進(jìn)行通路的建立，同時(shí)，在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，許多業(yè)務(wù)都需要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上配置相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯，這樣也制約了業(yè)務(wù)的及時(shí)提供。軟交換技術(shù)提出的一個(gè)新的概念就是將呼叫控制、承載建立、業(yè)務(wù)邏輯相分離，各實(shí)體之間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，在網(wǎng)上可更加靈活地提供業(yè)務(wù)。二、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和組網(wǎng)實(shí)例

縮略詞一、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架簡介GSM歷史移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)過程窄帶寬帶數(shù)字模擬移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖－GSM/CDMA

WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——R99HLRGMSCMSC/VLRMSC/VLRAuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNBTSBTSNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbBSCAGsGrGnGcCDHEGGpIubAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubUMSCGiGSM系統(tǒng)接口（無線側(cè)）A接口：BSC與MSC之間的接口Abis接口：BSC與BTS之間的接口Um接口：BTS和MS之間的空中接口GSM系統(tǒng)接口（交換側(cè)）交換側(cè)主要接口：A接口：MSC與BSC之間的接口C接口：MSC與HLR之間的接口D接口：VLR與HLR之間的接口E接口：MSC之間的接口G接口：VLR之間的接口F接口:MSC/VLR/SSP與EIR間接口L接口:MSC/VLR/SSP與SCP間接口J接口:HLR與SCP之間的接口交換側(cè)主要接口的含義A接口：A接口定義為網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS與基站子系統(tǒng)BSS間的通信接口；從系統(tǒng)上來講就是移動(dòng)交換中心MSC與基站控制器BSC之間的接口。物理鏈路采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit/s的數(shù)字傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)此接口傳遞的信息包括移動(dòng)臺(tái)管理基站管理移動(dòng)性管理接續(xù)管理等。C接口：C接口定義為MSC與HLR之間的通信接口。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)MS作被叫時(shí)C接口用于關(guān)口

MSC從HLR獲得被叫MS的路由信息，當(dāng)向MS傳短消息時(shí)C接口用于SMS關(guān)口MSC從HLR獲得MS目前所在的MSC號(hào)碼。D接口:D接口定義為VLR與HLR之間的通信接口；該接口用于與交換有關(guān)的移動(dòng)臺(tái)位置信息及用戶管理信息。為保證移動(dòng)用戶在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)能夠建立和接受呼叫，則必須要在VLR與HLR之間交換數(shù)據(jù)。通常實(shí)用化的GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般把VLR和MSC集成在同一實(shí)體；相應(yīng)地MSC與VLR之間的B接口變成一內(nèi)部接口；C接口和D接口一般也用同一物理連接。其它公用電信網(wǎng)泛指公用電信網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）、公用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)（PSPDN）和電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（CSPDN）等。GSM系統(tǒng)通過MSC與這些公用電信網(wǎng)互連，其接口必須滿足ITU-T的有關(guān)接口和信令標(biāo)準(zhǔn)及各個(gè)國家郵電運(yùn)營部門制定的與這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國現(xiàn)有公用電話網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的發(fā)展前景，GSM系統(tǒng)與PSTN的互連方式采用7號(hào)信令系統(tǒng)的TUP接口，GSM系統(tǒng)和ISDN的互連方式采用7號(hào)信令系統(tǒng)的ISUP接口。其物理鏈路是由MSC引出的標(biāo)準(zhǔn)2.048Mbit/s數(shù)字中繼實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架簡介（續(xù)）以上網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架僅僅是網(wǎng)元的層面進(jìn)行劃分，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架要復(fù)雜的多。詳見下表說明：二、實(shí)例分析說明1、廣西移動(dòng)GSM網(wǎng)話務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2、南寧本地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖3、廣西移動(dòng)GPRS網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)圖4、廣西移動(dòng)GRPS組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖5、廣西移動(dòng)GSM網(wǎng)信令網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖6、廣西移動(dòng)同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖三、業(yè)務(wù)功能數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)能提供的業(yè)務(wù)分為基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，基本業(yè)務(wù)按功能又可分為電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)，除此以外移動(dòng)通信網(wǎng)還支持智能業(yè)務(wù)、GPRS業(yè)務(wù)。電信業(yè)務(wù)種類

承載業(yè)務(wù)種類

補(bǔ)充業(yè)務(wù)種類

MSC網(wǎng)絡(luò)核心,對(duì)控制區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)用戶進(jìn)行通信控制和管理1）信道的管理和分配；

2）呼叫的處理和控制；

3）過區(qū)切換和漫游的控制；

4）用戶位置信息的登記與管理；

5）用戶號(hào)碼和移動(dòng)設(shè)備號(hào)碼的登記和管理;6）服務(wù)類型的控制；

7）對(duì)用戶實(shí)施鑒權(quán);8）與其它公用通信網(wǎng)絡(luò)互連各網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)功能如下：HLR存儲(chǔ)本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫登記內(nèi)容：永久性的參數(shù)暫時(shí)性的需要隨時(shí)更新的參數(shù)VLR存儲(chǔ)漫游用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫

AUCEIR存儲(chǔ)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行鑒別監(jiān)視，拒絕非移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)可靠地識(shí)別用戶身份，只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù)。BSC的主要功能

信道管理

建立與釋放無線資源，執(zhí)行邏輯信道的組合、物理信道的映射響應(yīng)MS和MSC的呼叫請(qǐng)求

協(xié)議轉(zhuǎn)換

實(shí)現(xiàn)MSC-BSC側(cè)七號(hào)信令和BSC-BTS側(cè)LAPD信令的轉(zhuǎn)換TC的主要功能

實(shí)現(xiàn)16Kbit/s到64Kbit/s的話音信號(hào)處理TCAsub口16Kbit/s至BSC至MSCA口64Kbit/s13Kit/sRPE-LPT話音信息3Kbit/s檢測(cè)比特64Kbit/sPCM碼+

對(duì)下行鏈路的話音激活檢測(cè)和舒適噪聲的產(chǎn)生BTS的主要功能

無線資源的接入

基帶數(shù)字處理

包括信道編/解碼，交織/去交織，加密/去加密，TDMA幀建立，速率匹配等，由幀單元（FU）完成

射頻處理

實(shí)現(xiàn)900M無線信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，由載頻單元（CU）完成

信道管理

將指定的邏輯信道組合到實(shí)際的物理信道上四、基本性能參數(shù)愛爾蘭公式

呼損率即N個(gè)信道同時(shí)被占用的概率呼損率信道數(shù)話務(wù)量話務(wù)量(忙時(shí))試呼次數(shù)呼叫時(shí)長(秒)單位時(shí)間(1小時(shí))

移動(dòng)通信系統(tǒng)不同與PSTN網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性主要是由于用戶的移動(dòng)性特點(diǎn)決定的。往往在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)或配置環(huán)節(jié)我們均會(huì)取定適當(dāng)?shù)脑拕?wù)模型，以此為基礎(chǔ)開展后續(xù)工作。下表是國內(nèi)某省的話務(wù)模型：BHCA值、切換次數(shù)、位置更新、SMSC次數(shù)等移動(dòng)性參數(shù)對(duì)設(shè)備性能的影響是十分巨大。移動(dòng)通信系統(tǒng)性能參數(shù)主要包括以下幾個(gè)：1、BHCA值；2、最大處理話務(wù)量；3、CP處理能力；4、最大接口數(shù)量；5、最大支持同時(shí)并發(fā)數(shù)（分組業(yè)務(wù)設(shè)備）；五、工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)流程：交換網(wǎng)設(shè)計(jì)包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、方案論證分析、設(shè)備配置、局?jǐn)?shù)據(jù)配置、施工圖紙勘察設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)后評(píng)估等幾部分，流程如下。1、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃2、方案論證3、設(shè)備配置4、局?jǐn)?shù)據(jù)配置5、施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)6、網(wǎng)絡(luò)后評(píng)估設(shè)計(jì)目的和范圍：交換網(wǎng)設(shè)計(jì)的基本目的是：一、保證網(wǎng)絡(luò)的容量可滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。二、保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。無論是網(wǎng)元數(shù)量、容量設(shè)置還是中繼資源、信令資源、CP資源以及其他資源均需有相應(yīng)的保證，同時(shí)需對(duì)業(yè)務(wù)的突發(fā)性有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)和預(yù)留。三、保證網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的清晰、簡潔和可擴(kuò)展性。設(shè)計(jì)目的和范圍（續(xù)）：交換網(wǎng)設(shè)計(jì)的范圍包括：一、現(xiàn)有移動(dòng)通信核心網(wǎng)涉及到的所有網(wǎng)元，包括MSC、HLR、GMSC、TMSC、STP、SCP、SSP、GGSN、SGSN、PCU等等；二、各設(shè)備單元的容量需求、軟硬件配置需求計(jì)算；三、各類接口實(shí)現(xiàn)方案和配置；四、設(shè)備安裝現(xiàn)場勘察和相關(guān)圖紙；五、局?jǐn)?shù)據(jù)制作，包括局?jǐn)?shù)據(jù)分配、端口定義、地址分配等等。設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)控制：從整套設(shè)計(jì)流程來看，我們需對(duì)其中的部分關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注：1、前期數(shù)據(jù)的收集和分析預(yù)測(cè)至少取半年以上的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)層和網(wǎng)絡(luò)層兩大方面的。通過業(yè)務(wù)發(fā)展數(shù)據(jù)以及市場策略分析，我們可預(yù)測(cè)出運(yùn)營商在今后1～2年的業(yè)務(wù)發(fā)展結(jié)果，這一環(huán)節(jié)是工程前期的重中之重。良好的預(yù)測(cè)結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一般我們采用普及率預(yù)測(cè)法、曲線增長預(yù)測(cè)法、行業(yè)預(yù)測(cè)法、多因素瑞利分布預(yù)測(cè)法等幾大類方法。同時(shí)也需要結(jié)合當(dāng)?shù)貥I(yè)務(wù)的特性進(jìn)行分析，如兩廣地區(qū)就存在“地下六合彩”現(xiàn)象，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響十分嚴(yán)重。2、話務(wù)模型的設(shè)定話務(wù)模型是工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，與設(shè)備性能、資源配置有極大的關(guān)系，可影響到整體工程預(yù)算。3、現(xiàn)場勘察和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)六、專業(yè)接口配合工程設(shè)計(jì)需明確良好的專業(yè)接口分工問題，避免出現(xiàn)責(zé)權(quán)不明、互相推委的情況。一般交換網(wǎng)設(shè)計(jì)與無線、傳輸、電源、配套專業(yè)之間均存在專業(yè)接口分工問題。各專業(yè)分工如下圖所示：（不同工程可視實(shí)際情況酌情調(diào)整）七、舉例分析現(xiàn)網(wǎng)條件：南寧本地網(wǎng)現(xiàn)有7套MSC，3套HLR、1對(duì)獨(dú)立GMSC，14套BSC，設(shè)備均采用愛立信BYB202/BYB501/AXE810平臺(tái)。2004年底全市用戶總數(shù)達(dá)到170萬左右，忙時(shí)話務(wù)量約3.3萬，用戶開機(jī)率約為80％。現(xiàn)在需進(jìn)行2005年南寧本地網(wǎng)核心網(wǎng)部分的擴(kuò)容建設(shè)，請(qǐng)?zhí)岢鱿嚓P(guān)的建設(shè)方案和投資估算結(jié)果。從以上條件我們只能大致了解南寧本地網(wǎng)的基本情況，需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，逐步說明如下