現(xiàn)代通信系統(tǒng)概論課件 第4章

第四章交換系統(tǒng)4.1概述4.2交換方式及其特點(diǎn)4.3程控交換基本概念4.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)

4.1概述

4.1.1交換的引入

一個(gè)電信系統(tǒng)至少應(yīng)由終端設(shè)備和傳輸信道組成?，F(xiàn)實(shí)的電信系統(tǒng)中存在多個(gè)終端，并且要求在多個(gè)終端之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信，即希望它們中的任意兩個(gè)都可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。要想實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端之間的相互通信，最直接的方法就是用通信線(xiàn)路將所有終端兩兩相連，稱(chēng)為全互連方式，如圖4-1所示。

圖4-1終端之間兩兩互連

對(duì)于用戶(hù)終端數(shù)量較多的場(chǎng)合，引入了交換節(jié)點(diǎn)，各個(gè)用戶(hù)終端不再是兩兩相連的，而是分別由一條通信線(xiàn)路連接到交換節(jié)點(diǎn)上，如圖4-2所示。該交換節(jié)點(diǎn)就是通常所說(shuō)的

交換機(jī)，所有用戶(hù)終端都連接到交換機(jī)上，由交換機(jī)控制任意用戶(hù)終端之間的接續(xù)。在通信網(wǎng)中，交換就是在通信的源和目的終端之間建立通信信道，實(shí)現(xiàn)通信信息傳送的過(guò)程。

圖4-2交換式通信網(wǎng)

實(shí)際應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)分布區(qū)域較廣的多用戶(hù)終端之間的相互通信，通信網(wǎng)通常由多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，如圖4-3所示。圖4-3多交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的通信網(wǎng)

4.1.2交換節(jié)點(diǎn)的基本功能

實(shí)現(xiàn)任意入線(xiàn)與任意出線(xiàn)之間的互連是交換系統(tǒng)的基本功能。從交換機(jī)完成用戶(hù)之間通信的不同情況來(lái)看，交換節(jié)點(diǎn)應(yīng)可以控制以下四種接續(xù)類(lèi)型：

①本局接續(xù)，本局用戶(hù)線(xiàn)之間的接續(xù)；

②出局接續(xù)，用戶(hù)線(xiàn)與出中繼線(xiàn)之間的接續(xù)；

③入局接續(xù)，入中繼線(xiàn)與用戶(hù)線(xiàn)之間的接續(xù)；

④轉(zhuǎn)接接續(xù)，入中繼線(xiàn)與出中繼線(xiàn)之間的接續(xù)。

為了完成上述四種類(lèi)型的接續(xù)，交換節(jié)點(diǎn)必須具備以下基本功能：

①能正確接收和分析來(lái)自用戶(hù)線(xiàn)或中繼線(xiàn)的呼叫信號(hào)；

②能正確接收和分析來(lái)自用戶(hù)線(xiàn)或中繼線(xiàn)的地址信號(hào)；

③能按地址信號(hào)正確地進(jìn)行選路以及在中繼線(xiàn)上轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)；

④能控制連接的建立；

⑤能按照所接收的釋放信號(hào)拆除連接。

4.1.3交換技術(shù)的類(lèi)型

對(duì)電信行業(yè)而言，交換是一個(gè)非常重要的概念。從傳統(tǒng)的步進(jìn)制交換機(jī)，到縱橫制交換機(jī)，直至程控?cái)?shù)字交換機(jī)和ATM交換機(jī)都離不開(kāi)交換的概念。對(duì)傳統(tǒng)的電信行業(yè)，20

世紀(jì)實(shí)際上是一個(gè)以交換為核心的世紀(jì)。在新世紀(jì)到來(lái)的時(shí)候，其實(shí)人們?cè)缫褜⒔粨Q概念的內(nèi)涵擴(kuò)展了，其外延一直延伸至廣義的信息交換。這里交換的概念不僅涉及對(duì)延時(shí)敏感

的話(huà)音，而且包含數(shù)據(jù)交換和視頻交換。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，需要將各自獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，以實(shí)現(xiàn)交換信息與資源共享，為此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出了開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI-RM）。OSI的下四層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳

輸層）為通信層。通信層可根據(jù)層間通信協(xié)議進(jìn)行子網(wǎng)間的連接。從交換就是選路與連接的概念引出了1～4層交換的新概念。每一層交換，不管它名稱(chēng)如何，實(shí)際上，都是為了一定的目的和實(shí)現(xiàn)一定的功能，只不過(guò)這種技術(shù)形成之后，沒(méi)有形成像描述第二層技術(shù)的“交換”的本層所獨(dú)有的名字，故而，我們就用第幾層交換來(lái)描述這種技術(shù)。具體的交換技術(shù)類(lèi)型如圖4-4所示。

圖4-4交換技術(shù)的類(lèi)型

4.2交換方式及其特點(diǎn)

各種通信業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)的傳輸要求不同，有的通信業(yè)務(wù)要求通信網(wǎng)具有傳輸?shù)母邔?shí)時(shí)性，有的通信業(yè)務(wù)要求通信網(wǎng)具有傳輸?shù)母呖煽啃?，因而，通信網(wǎng)針對(duì)不同的通信業(yè)務(wù)采用的傳送模式不同。交換機(jī)作為通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，交換方式也不盡相同，交換方式就是指對(duì)應(yīng)于各種傳送模式，交換節(jié)點(diǎn)為了完成交換功能所采用的互通技術(shù)。目前在通信網(wǎng)中所采用的交換方式如圖4-5所示。

圖4-5各種交換方式

交換方式通常按照信息傳送模式和交換信息類(lèi)型分為電路交換、分組交換和ATM（異步傳送模式）交換三類(lèi)。電路交換、多速率電路交換和快速電路交換屬于電路傳送模

式；分組交換、幀交換、快速分組交換屬于分組傳送模式；ATM交換屬于異步傳送模式。ATM交換方式面向?qū)拵Ф嗝襟w應(yīng)用，可看成是電路交換與分組交換的結(jié)合，兼有電路交

換與分組交換的特點(diǎn)。在ATM交換方式之后又出現(xiàn)了一些新的交換方式和技術(shù)，如IP交換、軟交換和光交換。

4.2.1電路交換

以電路連接為目的的交換方式稱(chēng)為電路交換方式。電話(huà)網(wǎng)中就是采用的電路交換方式。

在電話(huà)網(wǎng)中，雙方用戶(hù)通信開(kāi)始之前，主叫方（發(fā)起通信的一方）通過(guò)撥號(hào)的方式通知網(wǎng)絡(luò)被叫方的電話(huà)號(hào)碼，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)被叫號(hào)碼在主叫方和被叫方之間建立一條電路，這條電路包括與主叫和與被叫的端局相連的用戶(hù)線(xiàn)，以及交換局之間中繼線(xiàn)路中的一條話(huà)音通道，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為呼叫建立；然后主叫和被叫就可以進(jìn)行通信，通信過(guò)程中雙方所占用的

電路將不為其他用戶(hù)使用；完成通話(huà)后，主叫或被叫掛機(jī)，通知網(wǎng)絡(luò)可以釋放通信電路，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為呼叫釋放。

本次通信過(guò)程中所占用的相關(guān)電路釋放后，可以被其他用戶(hù)的通信使用。這種經(jīng)過(guò)“建立連接—通信—釋放連接”三個(gè)步驟的連網(wǎng)方式稱(chēng)為面向連接的，電路交換方式是面向連接的，如圖4-6所示。

圖4-6電路交換的基本過(guò)程

電路交換的優(yōu)點(diǎn)首先是傳輸時(shí)延小，對(duì)一次接續(xù)而言，傳輸時(shí)延固定不變；其次是信息在電路中“透明”傳輸，交換機(jī)在處理方面的開(kāi)銷(xiāo)比較小，對(duì)用戶(hù)的數(shù)據(jù)信息沒(méi)有附加

的控制信息，信息的傳輸效率比較高；再次是用戶(hù)信息的編碼方法和信息格式不受網(wǎng)絡(luò)的限制，由通信雙方協(xié)商。

電路交換的缺點(diǎn)首先是電路的接續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)傳輸較短信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)利用率低；其次是電路資源被通信雙方獨(dú)占，電路利用率低；再次是通信雙方在信息傳輸、編碼格式、同步方式、通信協(xié)議等方面要完全兼容，限制了各種不同速率、不同代碼格式、不同通信協(xié)議的用戶(hù)終端直接的互通；然后是有呼損現(xiàn)象的產(chǎn)生，即可能出現(xiàn)由于對(duì)方用戶(hù)終端設(shè)備忙或交換網(wǎng)負(fù)載過(guò)重而呼叫不通的現(xiàn)象。

綜上所述，電路交換是固定分配帶寬，連接建立后，即使無(wú)信息傳送也虛占電路，電路利用率低；要預(yù)先建立連接，有一定的連接建立時(shí)延，電路建立后可實(shí)時(shí)傳送信息，傳輸時(shí)延一般可以不計(jì)；無(wú)差錯(cuò)控制措施，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃暂^低。因此，電路交換適合于電話(huà)交換、高速傳真，不適合突發(fā)業(yè)務(wù)和對(duì)差錯(cuò)敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

4.2.2報(bào)文交換

報(bào)文交換的數(shù)據(jù)通信過(guò)程如圖4-7所示。圖4-7報(bào)文交換的基本過(guò)程

報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)是報(bào)文以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式通過(guò)交換機(jī)，輸入輸出電路的速率、代碼格式等可以不同，很容易實(shí)現(xiàn)各種不同類(lèi)型終端之間的相互通信；在報(bào)文交換的過(guò)程中沒(méi)有電

路的接續(xù)過(guò)程，來(lái)自不同用戶(hù)的報(bào)文可以在一條線(xiàn)路上以報(bào)文為單位進(jìn)行多路復(fù)用，線(xiàn)路可以以其最高傳輸能力工作，大大地提高了線(xiàn)路的利用率；用戶(hù)不需要連通對(duì)方就可以發(fā)

送報(bào)文，無(wú)呼損；而且可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的同文廣播等新業(yè)務(wù)。

報(bào)文交換的缺點(diǎn)是報(bào)文通過(guò)交換機(jī)時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延大，而且時(shí)延的變化也大，不利于實(shí)時(shí)通信；交換機(jī)要有能力存儲(chǔ)用戶(hù)發(fā)送的報(bào)文，其中有的報(bào)文可能很長(zhǎng)，要求交換機(jī)具有

高速處理能力和較大的存儲(chǔ)容量。報(bào)文交換不適用于即時(shí)交互式數(shù)據(jù)通信，只適用于公眾電報(bào)和電子信箱業(yè)務(wù)。

4.2.3分組交換

分組交換也稱(chēng)數(shù)據(jù)包交換，它是將用戶(hù)傳送的數(shù)據(jù)報(bào)文分割成若干一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段，每個(gè)數(shù)據(jù)段加上頭部（稱(chēng)為分組頭），構(gòu)成若干個(gè)數(shù)據(jù)分組，分組頭中含有用以指明該

分組發(fā)往何處的地址標(biāo)識(shí)；交換機(jī)將來(lái)自用戶(hù)發(fā)送端的數(shù)據(jù)分組暫存在存儲(chǔ)器內(nèi)，然后根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)分組的分組頭中的地址標(biāo)識(shí)，將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)至目的地；到達(dá)目的端后，再去

掉分組頭將各數(shù)據(jù)段按順序重新裝配成完整的數(shù)據(jù)報(bào)文的交換方式。

分組交換的主要缺點(diǎn)是由于網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息較多，對(duì)長(zhǎng)報(bào)文通信的傳輸效率比較低；分組需在交換機(jī)中存儲(chǔ)和處理，增加了分組的傳輸時(shí)延；分組交換機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類(lèi)

型的分組的分析處理，為分組在網(wǎng)中的傳輸提供路由，并且在必要時(shí)自動(dòng)進(jìn)行路由調(diào)整，為用戶(hù)提供速率、代碼和規(guī)程的變換，為網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理提供必要的報(bào)告信息等，要求交

換機(jī)應(yīng)具有較高的處理能力。

4.2.4幀中繼

幀中繼主要特點(diǎn)是采用帶寬控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)以高于預(yù)約速率的速率發(fā)送數(shù)據(jù)；由于取消了中間節(jié)點(diǎn)的差錯(cuò)校驗(yàn)，傳輸速率大大提高。并且，幀中繼采用動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬和

可變長(zhǎng)的幀的技術(shù)，所以它特別適用于局域網(wǎng)的互連。

4.2.5ATM交換

寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）是面向?qū)拵Ф嗝襟w業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于任何業(yè)務(wù)，不管是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)或非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、速率恒定業(yè)務(wù)或速率可變業(yè)務(wù)、高速寬帶業(yè)務(wù)或低速窄帶業(yè)

務(wù)，還是傳輸可靠性要求不同的業(yè)務(wù)都要支持。這就對(duì)B-ISDN的信息傳送模式在語(yǔ)義透明性和時(shí)間透明性?xún)蓚€(gè)方面同時(shí)提出了較高的要求。

4.2.6IP交換

IP交換技術(shù)也稱(chēng)之為第三層交換技術(shù)、多層交換技術(shù)、高速路由技術(shù)等。其實(shí)，這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來(lái)加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。

4.2.7軟交換

軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的控制功能實(shí)體，它獨(dú)立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等主要功能，同時(shí)可以向用戶(hù)提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所

能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。它是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫和控制核心。軟交換的核心思想就是將業(yè)務(wù)與控制、傳送與接入相分離，其特點(diǎn)體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

①應(yīng)用層和控制層與傳送網(wǎng)絡(luò)完全分離，以利于快速方便地引進(jìn)新業(yè)務(wù)；

②傳統(tǒng)交換機(jī)的功能模塊被分離為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，各部件功能可獨(dú)立發(fā)展；

③部件之間的協(xié)議接口標(biāo)準(zhǔn)化，使自由組合各部分的功能產(chǎn)品組建網(wǎng)絡(luò)成為可能，使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通方便靈活；

④具有標(biāo)準(zhǔn)的全開(kāi)放應(yīng)用平臺(tái)，可為用戶(hù)定制各種新業(yè)務(wù)和綜合業(yè)務(wù)，最大限度地滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

4.2.8光交換

光交換是基于光信號(hào)的交換，它是指不經(jīng)過(guò)任何光/電轉(zhuǎn)換，在光域中直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端。光交換技術(shù)費(fèi)用不受接入端口帶寬的影響，因?yàn)樗谶M(jìn)行光交換時(shí)并不區(qū)分帶寬，而且它不受光波傳輸數(shù)據(jù)速率的影響，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)信息的傳送和處理能力。

4.3程控交換基本概念

程控交換機(jī)的全稱(chēng)為存儲(chǔ)程序控制交換機(jī)，通常專(zhuān)指用于電話(huà)交換網(wǎng)的交換設(shè)備，它是一種計(jì)算機(jī)按預(yù)先編制的程序控制用戶(hù)電話(huà)接續(xù)的設(shè)備。程控交換機(jī)由硬件和軟件組成，硬件包括話(huà)路系統(tǒng)和控制部分，軟件包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及交換所需的數(shù)據(jù)部分。

4.3.1程控交換機(jī)硬件組成

交換機(jī)的基本功能是實(shí)現(xiàn)任意入線(xiàn)與任意出線(xiàn)之間的互連，即實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)用戶(hù)之間的信息交換，因此，交換機(jī)的硬件電路應(yīng)包括線(xiàn)路接口、交換網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)。通常將線(xiàn)

路接口、交換網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱(chēng)為話(huà)路系統(tǒng)。程控交換機(jī)硬件組成如圖4-8所示。

圖4-8程控交換機(jī)硬件組成

1．話(huà)路系統(tǒng)

話(huà)路系統(tǒng)由交換網(wǎng)絡(luò)、用戶(hù)級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)、各種線(xiàn)路接口電路以及信令設(shè)備組成。

1）用戶(hù)級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)

用戶(hù)級(jí)包括用戶(hù)模塊和遠(yuǎn)端用戶(hù)模塊。用戶(hù)級(jí)主要完成話(huà)務(wù)量集中的功能，集中比一般為2∶1或4∶1，這樣可將一群用戶(hù)以較少的鏈路接至交換網(wǎng)絡(luò)，提高鏈路的利用率。用戶(hù)模塊一般都具有用戶(hù)級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)大多采用單T型（時(shí)間接線(xiàn)器）的交換網(wǎng)絡(luò)。

2）線(xiàn)路接口電路

線(xiàn)路接口電路是程控交換機(jī)與用戶(hù)終端以及與其他交換機(jī)相連的物理連接部分。它的作用是完成外部信號(hào)與程控交換機(jī)內(nèi)部信號(hào)的轉(zhuǎn)換。ITU-T中對(duì)交換機(jī)中的接口種類(lèi)提出

了建議。具體的接口分類(lèi)如圖4-9所示。

圖4-9數(shù)字程控交換機(jī)接口類(lèi)型

（1）用戶(hù)接口電路

用戶(hù)接口電路是用戶(hù)終端通過(guò)用戶(hù)線(xiàn)與程控交換機(jī)相連的接口電路。由于用戶(hù)線(xiàn)和用戶(hù)終端有數(shù)字與模擬之分，所以用戶(hù)接口電路也有數(shù)字與模擬之分。

①模擬用戶(hù)接口電路是程控交換機(jī)和模擬用戶(hù)終端設(shè)備之間的接口設(shè)備，符合ITU-T建議的Z接口標(biāo)準(zhǔn)，具有饋電、過(guò)壓保護(hù)、振鈴控制、監(jiān)視、編譯碼和濾波、測(cè)試七項(xiàng)基本功能。模擬用戶(hù)接口電路功能框圖如圖4-10所示。

②數(shù)字用戶(hù)接口電路是程控交換機(jī)和數(shù)字用戶(hù)終端設(shè)備之間的接口設(shè)備。

圖4-10模擬用戶(hù)接口電路功能框圖

（2）中繼接口電路

中繼接口電路是交換機(jī)與中繼線(xiàn)的物理連接設(shè)備。交換機(jī)的中繼接口電路分為模擬中繼接口電路和數(shù)字中繼接口電路。模擬中繼接口電路是數(shù)字程控交換機(jī)與模擬中繼線(xiàn)間的

接口，用于連接模擬交換局。數(shù)字中繼接口電路是數(shù)字程控交換機(jī)與數(shù)字中繼線(xiàn)間的接口，用于連接數(shù)字程控交換局或遠(yuǎn)端用戶(hù)模塊。

數(shù)字中繼接口電路是目前數(shù)字程控交換機(jī)中常用的中繼接口電路，具有幀碼發(fā)生、幀定位、連零抑制、碼型變換、告警處理、時(shí)鐘提取恢復(fù)、幀同步、信令插入和提取八項(xiàng)基本功能。

3）信令設(shè)備

在電話(huà)交換過(guò)程中，交換機(jī)需要向用戶(hù)及其他交換機(jī)發(fā)送各種信號(hào)，同時(shí)也要接收用戶(hù)或其他交換機(jī)發(fā)送的信號(hào)，

號(hào)音收發(fā)設(shè)備的功能就是完成這些數(shù)字音頻信號(hào)音的產(chǎn)生、發(fā)送和接收。

（1）數(shù)字音頻信號(hào)的產(chǎn)生

數(shù)字程控交換機(jī)中需要產(chǎn)生的數(shù)字音頻信號(hào)可分為單音頻信號(hào)和雙音頻信號(hào)兩種。單音頻信號(hào)主要有撥號(hào)音、忙音、回鈴音以及某些增值業(yè)務(wù)（三方通話(huà)、長(zhǎng)途接入提示等）的

提示音等。雙音頻信號(hào)主要有按鈕話(huà)機(jī)發(fā)出的雙音多頻（DTMF）信號(hào)和局間信令中的多頻互控（MFC）信號(hào)。

音頻信號(hào)產(chǎn)生的基本原理是：按照PCM編碼原理，將信號(hào)按125μs間隔進(jìn)行抽樣（也就是8kHz的抽樣頻率），然后進(jìn)行量化和編碼，得到各抽樣點(diǎn)的PCM信號(hào)值，按照順序?qū)⑵浞诺絉OM中，在需要的時(shí)候按序讀出。

（2）數(shù)字音頻信號(hào)的發(fā)送

在數(shù)字交換機(jī)中，各種數(shù)字信號(hào)一般通過(guò)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送，和普通話(huà)音信號(hào)一樣處理，也可以通過(guò)指定時(shí)隙（如時(shí)隙0、時(shí)隙16）傳送。同時(shí)，由于一個(gè)音頻信號(hào)在同一時(shí)刻可能有多個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用，因此通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)傳送音頻信號(hào)要建立的是點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，而不是點(diǎn)到點(diǎn)的連接。數(shù)字多頻信號(hào)的發(fā)送原理與數(shù)字單頻信號(hào)相似，不同的是一個(gè)數(shù)字多頻信號(hào)發(fā)生器對(duì)應(yīng)一路話(huà)路，它通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)建立的連接僅為點(diǎn)到點(diǎn)方式。

（3）數(shù)字音頻信號(hào)的接收

雙音多頻信號(hào)（DTMF）和多頻互控信號(hào)（MFC）的接收需要使用數(shù)字信號(hào)接收器。

通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的接收是常用的一種方法，這與數(shù)字音頻信號(hào)的發(fā)送相類(lèi)似，所不同的是DTMF接收器和MFC接收器一般接于交換網(wǎng)絡(luò)的出線(xiàn)上，即下行母線(xiàn)上。當(dāng)接收DTMF信號(hào)時(shí)，交換網(wǎng)絡(luò)只要將撥號(hào)用戶(hù)的話(huà)路連接至相應(yīng)的DTMF接收器上即可；當(dāng)接收MFC信號(hào)時(shí)，交換網(wǎng)絡(luò)只要將中繼線(xiàn)上的話(huà)路與相應(yīng)的MFC接收器相連即可。數(shù)字音頻信號(hào)接收器的工作原理如圖4-11所示，一般采用數(shù)字濾波器濾波后進(jìn)行識(shí)別的方法。

圖4-11數(shù)字音頻信號(hào)接收器

2．控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是交換機(jī)的“指揮系統(tǒng)”，交換機(jī)的所有動(dòng)作都是在控制系統(tǒng)的控制下完成的。程控交換機(jī)基本上采用兩種多處理機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，即分級(jí)分散控制和分布式分散控制。

1）分級(jí)分散控制

所謂分散控制，就是在系統(tǒng)的給定狀態(tài)下，交換機(jī)的資源和所有功能由多臺(tái)處理機(jī)分擔(dān)完成，即每臺(tái)處理機(jī)只能達(dá)到一部分資源和只能執(zhí)行一部分功能。分級(jí)分散控制根據(jù)多

處理機(jī)之間的關(guān)系可分為以下兩種。

（1）單級(jí)多機(jī)系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，各處理機(jī)處于同一級(jí)別，并行處理所有的控制任務(wù)。如圖4-12所示。

圖4-12單級(jí)多機(jī)系統(tǒng)

（2）多級(jí)多機(jī)系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，各處理機(jī)分別完成不同的功能，并對(duì)不同的資源進(jìn)行控制，各處理機(jī)之間分等級(jí)，高級(jí)別的處理機(jī)控制低級(jí)別的處理機(jī)。數(shù)字程控交換機(jī)中，通常采用二級(jí)或三

級(jí)的分散控制方式。三級(jí)多機(jī)系統(tǒng)如圖4-13所示。

圖4-13多級(jí)（三級(jí)）多機(jī)系統(tǒng)

2）分布式控制

分布式控制有時(shí)也稱(chēng)為全分散控制。與之對(duì)應(yīng)，分級(jí)分散控制也可稱(chēng)為部分分散控制。從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，全分散控制應(yīng)不包含任何中央處理的介入。

分布式分散控制具有較好的擴(kuò)充能力、較強(qiáng)的呼叫處理能力，整個(gè)系統(tǒng)阻斷的可能性很小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和適應(yīng)性強(qiáng)。然而，機(jī)間通信頻繁而復(fù)雜，需要周密地協(xié)調(diào)分布

式控制功能和數(shù)據(jù)管理。

4.3.2程控交換機(jī)軟件系統(tǒng)

程控交換機(jī)采用事先編制的程序?qū)粨Q進(jìn)行控制，可以靈活增加各種功能，提供許多新的用戶(hù)服務(wù)，使得呼叫處理能力和可靠性大大提高，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代，易于操

作維護(hù)和管理。

1．程控交換機(jī)軟件特點(diǎn)

1）實(shí)時(shí)性

話(huà)音業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，為此程控交換機(jī)的軟件系統(tǒng)在進(jìn)行呼叫處理過(guò)程中必須滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求，從而使程控交換機(jī)具有一定的業(yè)務(wù)處理能力和服務(wù)質(zhì)量。

2）多任務(wù)并行處理

程控交換機(jī)應(yīng)能處理并發(fā)的多個(gè)呼叫，因此交換機(jī)軟件系統(tǒng)在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理、多任務(wù)程序設(shè)計(jì)、資源管理等方面中應(yīng)滿(mǎn)足多任務(wù)并行處理的需要。

3）高可靠性

保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性是程控交換機(jī)必須滿(mǎn)足的條件之一，所以程控交換機(jī)的軟件系統(tǒng)應(yīng)采取各種措施來(lái)保證程控交換機(jī)的正常運(yùn)行，特別是對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和處理的程

序必須迅速有效，需采用冗余等方式來(lái)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2．程控交換機(jī)軟件系統(tǒng)的組成

程控交換機(jī)軟件系統(tǒng)由三部分組成，分別是操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及交換所需的數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序又包括運(yùn)行管理程序和支援程序；數(shù)據(jù)分為交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)、局?jǐn)?shù)據(jù)和用戶(hù)數(shù)據(jù)。

1）操作系統(tǒng)

程控交換機(jī)的操作系統(tǒng)是交換機(jī)硬件與應(yīng)用程序之間的接口，負(fù)責(zé)資源的調(diào)度與管理，包括以下主要功能：

①任務(wù)調(diào)度：交換機(jī)中的程序按其實(shí)時(shí)性的要求分為不同的優(yōu)先級(jí)，任務(wù)調(diào)度就是按照優(yōu)先級(jí)的不同為不同的程序分配處理機(jī)的機(jī)時(shí)。

②輸入/輸出控制：控制電話(huà)外設(shè)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的輸入/輸出操作。

③系統(tǒng)資源的分配：為進(jìn)行中的處理過(guò)程分配系統(tǒng)資源，如存儲(chǔ)器、外部設(shè)備資源等。

④處理機(jī)間通信的管理與控制：為多處理機(jī)系統(tǒng)提供相互通信的平臺(tái)，并加以控制。

⑤系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)。

在任務(wù)調(diào)度過(guò)程中，根據(jù)程序的實(shí)時(shí)性要求可分為三個(gè)級(jí)別：

①故障級(jí)程序：負(fù)責(zé)故障的識(shí)別與處理，它的級(jí)別最高，如果產(chǎn)生故障必須立即處理。在故障級(jí)程序中根據(jù)故障的緊急情況，進(jìn)一步分為FH、FM、FL三級(jí)。

②時(shí)鐘級(jí)程序：由時(shí)鐘中斷周期性地執(zhí)行，因此也稱(chēng)為周期級(jí)，如脈沖識(shí)別、位間隔識(shí)別等。

③基本級(jí)程序：對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高或可延遲執(zhí)行的程序，如交換機(jī)的維護(hù)、管理等。基本級(jí)程序由分為BQ1、BQ2、BQ3三個(gè)級(jí)別。

不同級(jí)別程序的調(diào)度與處理如圖4-14所示。圖4-14不同級(jí)別程序的調(diào)動(dòng)與處理

在程序的調(diào)度過(guò)程中，遵循以下基本原則：

①故障級(jí)程序可以打斷正常執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)程序，優(yōu)先得到執(zhí)行。

②時(shí)鐘級(jí)程序由時(shí)鐘中斷周期性執(zhí)行。

③基本級(jí)程序按照隊(duì)列方式采用“先入先出”的方式執(zhí)行。

正常情況下，時(shí)鐘周期到來(lái)時(shí)，程序的調(diào)度執(zhí)行總是從時(shí)鐘級(jí)開(kāi)始。時(shí)鐘級(jí)程序的調(diào)度執(zhí)行是以一種時(shí)鐘中斷為基準(zhǔn)，用時(shí)間表作為調(diào)度依據(jù)來(lái)進(jìn)行的。時(shí)間表由四部分構(gòu)

成，分別是時(shí)間計(jì)數(shù)器、屏蔽表、時(shí)間表和功能程序入口地址表。如圖4-15所示。

圖4-15時(shí)間表啟動(dòng)周期及程序

2）應(yīng)用程序

應(yīng)用程序包括運(yùn)行管理程序和支援程序，運(yùn)行管理程序又分為呼叫處理程序、運(yùn)轉(zhuǎn)管理程序和故障處理程序。

呼叫處理程序用于處理呼叫，進(jìn)行電話(huà)接續(xù)，是直接負(fù)責(zé)電話(huà)交換的軟件。它具有以下功能：

①交換狀態(tài)管理。

②交換資源管理。

③交換業(yè)務(wù)管理。

④交換負(fù)荷控制。

3）數(shù)據(jù)

程控交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括交換局的局?jǐn)?shù)據(jù)、用戶(hù)數(shù)據(jù)和交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

局?jǐn)?shù)據(jù)是用來(lái)反映交換局在交換網(wǎng)中的地位或級(jí)別、本交換局與其他交換局的中繼關(guān)系的相關(guān)數(shù)據(jù)。它主要包括以下幾種：中繼路由的組織、數(shù)量；接收或發(fā)送號(hào)碼的位長(zhǎng)、

局號(hào)、長(zhǎng)途區(qū)號(hào)以及信令點(diǎn)編碼等；計(jì)費(fèi)費(fèi)率及相應(yīng)數(shù)據(jù)；信令方式。

用戶(hù)數(shù)據(jù)是每個(gè)用戶(hù)所特有的，它反映用戶(hù)的具體情況。用戶(hù)數(shù)據(jù)主要有以下幾種：

①用戶(hù)性質(zhì)，如私人電話(huà)用戶(hù)、公用電話(huà)用戶(hù)、用戶(hù)交換機(jī)用戶(hù)等。

②用戶(hù)類(lèi)別，如電話(huà)用戶(hù)、數(shù)據(jù)用戶(hù)等。

③話(huà)機(jī)類(lèi)別，如脈沖話(huà)機(jī)、DTMF話(huà)機(jī)。

計(jì)費(fèi)種類(lèi)，如定期、立即、免費(fèi)等。

⑤優(yōu)先級(jí)別，如普通用戶(hù)、優(yōu)先用戶(hù)。

⑥用戶(hù)號(hào)碼，如用戶(hù)號(hào)碼簿號(hào)碼、用戶(hù)設(shè)備號(hào)。

⑦業(yè)務(wù)權(quán)限，如呼叫權(quán)限、新業(yè)務(wù)權(quán)限。

⑧呼叫過(guò)程中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如呼叫狀態(tài)、時(shí)隙、收號(hào)器編號(hào)、所收號(hào)碼等。

4.3.3數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

1.時(shí)隙交換原理

程控?cái)?shù)字交換機(jī)的任務(wù)是通過(guò)數(shù)字信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)用戶(hù)之間的話(huà)音交換，也就是在這兩個(gè)用戶(hù)之間建立一條數(shù)字話(huà)音通道。

為了形象地說(shuō)明時(shí)隙交換原理，用兩個(gè)時(shí)序開(kāi)關(guān)代替控制機(jī)構(gòu)，控制話(huà)音信號(hào)的交換，如圖4-16所示。

圖4-16時(shí)隙交換原理

2.數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的最基本的部件，用若干個(gè)交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式就可以構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中所用的交換單元主要為T(mén)形和S形時(shí)分接線(xiàn)器。

1）T形時(shí)分接線(xiàn)器（時(shí)間接線(xiàn)器）

T形時(shí)分接線(xiàn)器由話(huà)音存儲(chǔ)器（SM）和控制存儲(chǔ)器（CM）兩部分組成，其功能是進(jìn)行時(shí)隙交換，完成同一線(xiàn)路上不同時(shí)隙之間的信息交換，即把某一時(shí)分復(fù)用線(xiàn)中的某一時(shí)隙的信息交換至另一時(shí)隙。

話(huà)音存儲(chǔ)器有兩種工作方式，一種是順序?qū)懭?，控制讀出；另一種是控制寫(xiě)入，順序讀出。下面分別介紹這兩種方式的工作原理。

（1）順序?qū)懭搿⒖刂谱x出工作方式

順序?qū)懭?、控制讀出工作方式的T接線(xiàn)器工作原理如圖4-17所示。

圖4-17順序?qū)懭?、控制讀出工作方式

（2）控制寫(xiě)入、順序讀出工作方式

控制寫(xiě)入、順序讀出工作方式的T接線(xiàn)器工作原理如圖4-18所示。圖4-18控制寫(xiě)入、順序讀出工作方式

2）S形時(shí)分接線(xiàn)器（空間接線(xiàn)器）

空間接線(xiàn)器用來(lái)完成不同時(shí)分復(fù)用線(xiàn)之間的信息交換功能，而不改變其時(shí)隙位置。S形接線(xiàn)器由m×n交叉開(kāi)關(guān)點(diǎn)矩陣電路和控制存儲(chǔ)器組成。在每條入線(xiàn)i和出線(xiàn)j之間都有一個(gè)交叉開(kāi)關(guān)點(diǎn)Sij，當(dāng)某個(gè)交叉開(kāi)關(guān)點(diǎn)在控制存儲(chǔ)器控制下接通時(shí)，相應(yīng)的入線(xiàn)即可與相應(yīng)的出線(xiàn)相連，但必須建立在一定時(shí)隙的基礎(chǔ)上。

S形接線(xiàn)器根據(jù)控制存儲(chǔ)器的設(shè)置可分為輸出和輸入兩種控制方式。

（1）輸出控制方式

采用輸出控制方式時(shí)，S形接線(xiàn)器按每條輸出線(xiàn)設(shè)置控制存儲(chǔ)器，即每一條輸出線(xiàn)設(shè)置一個(gè)控制存儲(chǔ)器，由控制存儲(chǔ)器控制該輸出線(xiàn)上各時(shí)隙與輸入線(xiàn)的連接。

如圖4-19所示。

圖4-19輸出控制方式的接線(xiàn)器

（2）輸入控制方式

采用輸入控制方式時(shí)，S形接線(xiàn)器按每條輸入線(xiàn)設(shè)置控制存儲(chǔ)器，即每一條輸入線(xiàn)設(shè)置一個(gè)控制存儲(chǔ)器，由控制存儲(chǔ)器控制該輸入線(xiàn)上各時(shí)隙與輸出線(xiàn)的連接。

如圖4-20所示

圖4-20輸出控制方式的接線(xiàn)器

3）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

在實(shí)際運(yùn)用中，單一的S形接線(xiàn)器不能單獨(dú)構(gòu)成數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，T形接線(xiàn)器可以單獨(dú)構(gòu)成數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，但T形接線(xiàn)器容量受到限制，因此只有把二者結(jié)合起來(lái)，才能夠既實(shí)現(xiàn)空間交換，又實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，同時(shí)還能夠增加交換容量。

現(xiàn)在常見(jiàn)的是三級(jí)的交換網(wǎng)絡(luò)，即T-S-T和S-T-S。交換網(wǎng)絡(luò)的組成如圖4-21所示。

圖4-21交換網(wǎng)絡(luò)的組成

圖4-22是讀寫(xiě)控制方式的T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，在輸入級(jí)是一個(gè)讀出控制的T形接線(xiàn)器。

圖4-22讀寫(xiě)控制方式的T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于雙方的信息交換，內(nèi)部時(shí)隙是同時(shí)選擇的，這種選擇是固定的，一直持續(xù)到這次通話(huà)的結(jié)束。對(duì)于控制存儲(chǔ)器的內(nèi)容，在一次通話(huà)的過(guò)程中，只需在建立的時(shí)候?qū)懸淮巍?/p>

4.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)

數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種通信方式。它通過(guò)通信線(xiàn)路將數(shù)據(jù)終端（信源或信宿）與計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，從而可使不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)終端直接利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)軟硬件和信息資源的共享。數(shù)據(jù)通信和傳統(tǒng)的電報(bào)、電話(huà)通信有著重要的區(qū)別。電報(bào)、電話(huà)通信是人與人之間的通信，而數(shù)據(jù)通信則是實(shí)現(xiàn)終端與終端或計(jì)算機(jī)之間的通信，在傳輸過(guò)程中按一定的規(guī)程進(jìn)行控制，以便雙方穩(wěn)定可靠地工作。

4.4.1分組交換技術(shù)

分組交換采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。在分組交換中，將用戶(hù)需發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)分割成較小的數(shù)據(jù)段，在每個(gè)數(shù)據(jù)段的前面加上一些必要的地址和控制信息組成的分組頭，就構(gòu)成了一

個(gè)分組。這些分組以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。即每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先對(duì)收到的分組進(jìn)行暫存，檢測(cè)分組在傳輸中有無(wú)差錯(cuò)，對(duì)有差錯(cuò)的分組進(jìn)行恢復(fù)，再分析分組頭中的有關(guān)選路

信息，進(jìn)行路由選擇，并在選擇的路由中排隊(duì)，等到信道空閑時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點(diǎn)或目的用戶(hù)終端。這一過(guò)程就稱(chēng)為分組交換，進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)稱(chēng)為分組交換網(wǎng)。

圖4-23所示為三個(gè)用戶(hù)（終端）采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式共享線(xiàn)路資源的情況。圖4-23統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用示意圖

分組交換方式的工作過(guò)程是分組終端把用戶(hù)要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息分割成許多用戶(hù)數(shù)據(jù)段，每個(gè)用戶(hù)數(shù)據(jù)段被送往下一個(gè)交換點(diǎn)時(shí)應(yīng)附加一些必要的操作信息，如源地址、目的地址、用戶(hù)數(shù)據(jù)段編號(hào)及差錯(cuò)控制信息等組成一個(gè)數(shù)據(jù)分組。根據(jù)分組的目的地址選擇一條最佳路由(即最經(jīng)濟(jì)合理的路由），把數(shù)據(jù)分組經(jīng)一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)接交換機(jī)最后送到收信終

端所連接的交換機(jī)，此交換機(jī)再把數(shù)據(jù)分組送給收信終端，收信終端從數(shù)據(jù)分組中取出用戶(hù)數(shù)據(jù)段，再把它按順序裝配，恢復(fù)成原有的數(shù)據(jù)信息。

圖4-24表示了分組交換的工作原理。圖4-24分組交換的工作原理

分組交換即指分組從源端經(jīng)分組交換網(wǎng)中各交換節(jié)點(diǎn)的交換到達(dá)目的端的過(guò)程。分組交換網(wǎng)可采用兩種分組交換工作方式，一種是虛電路方式（virtualcircuit），另一種是數(shù)據(jù)報(bào)方式（datagram）。

1．虛電路方式

虛電路方式就是在用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸前先通過(guò)發(fā)送呼叫請(qǐng)求分組建立端到端的虛電路連接，一旦虛電路建立后，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組就沿著這一虛電路傳輸，用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸

完畢，再通過(guò)發(fā)送呼叫清除分組來(lái)拆除虛電路。虛電路方式中，用戶(hù)的通信過(guò)程需要經(jīng)過(guò)連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接拆除三個(gè)階段。因此，虛電路提供的是面向連接的服務(wù)。

虛電路工作方式如圖4-25所示。圖4-25虛電路工作方式

2．?dāng)?shù)據(jù)報(bào)方式

數(shù)據(jù)報(bào)方式用戶(hù)通信不需要預(yù)先建立邏輯連接，交換節(jié)點(diǎn)對(duì)每一個(gè)分組單獨(dú)進(jìn)行處理，每個(gè)分組都含有目的地址信息。當(dāng)分組到達(dá)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)分組頭中的目的地址對(duì)各個(gè)分組獨(dú)立進(jìn)行選路，屬于同一用戶(hù)的不同分組可能沿著不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)分組失序現(xiàn)象，因此，需要在網(wǎng)絡(luò)的終點(diǎn)重新排序。由于不需要建立連接，數(shù)據(jù)報(bào)方式也稱(chēng)為無(wú)連接方式。

數(shù)據(jù)報(bào)工作方式如圖4-26所示。

圖4-26數(shù)據(jù)報(bào)工作方式

3．兩種工作方式的特點(diǎn)

虛電路方式具有以下特點(diǎn)：

①面向連接的工作方式。

②分組按序傳送。

③分組頭簡(jiǎn)單。

④對(duì)故障敏感。

數(shù)據(jù)報(bào)方式具有以下特點(diǎn)：

①無(wú)連接的工作方式。

②存在分組失序現(xiàn)象。

③分組頭復(fù)雜。

④對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的適應(yīng)能力較強(qiáng)。

4.4.2幀中繼技術(shù)

幀中繼是在開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層上使用簡(jiǎn)化的方式傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種方式。由于在數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元一般稱(chēng)作幀，故稱(chēng)為幀中繼。

分組通信（X.25協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)是提供交換數(shù)據(jù)連接的通信網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是傳輸速率較低，時(shí)間延遲大。

X.25分層協(xié)議功能如圖4-27所示，幀中繼分層協(xié)議功能如圖4-28所示。

圖4-27X.25分層協(xié)議功能

圖4-28幀中繼分層協(xié)議功能

幀中繼的虛電路是由多段DLCI的邏輯連接鏈接而構(gòu)成的端到端的邏輯鏈路。在幀中繼網(wǎng)中，一般都由路由器負(fù)責(zé)構(gòu)成幀中繼的幀格式，路由器在幀內(nèi)置DLCI值，將幀經(jīng)過(guò)

本地UNI接口送入幀中繼交換機(jī)，交換機(jī)首先識(shí)別幀頭中的DLCI，然后在相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表中找出對(duì)應(yīng)的輸出端口和輸出的DLCI，從而將幀準(zhǔn)確地送往下一個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)。如此循環(huán)往

復(fù)，直至送到遠(yuǎn)端UNI處的用戶(hù)，途中的轉(zhuǎn)發(fā)都是按照轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行的。如圖4-29所示，已建立了三條PVC連接：

圖4-29幀中繼交換原理

各幀中繼交換機(jī)內(nèi)部都建立相應(yīng)的PVC轉(zhuǎn)發(fā)表，如表4-1～表4-3所示。

4.4.3ATM技術(shù)

1．ATM信元結(jié)構(gòu)

ATM信元是一種固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)分組。一個(gè)ATM信元具有53個(gè)字節(jié)，前面5個(gè)字節(jié)稱(chēng)作信元頭，用于表征信元去向的邏輯地址、優(yōu)先等級(jí)等控制信息；后面48個(gè)字節(jié)稱(chēng)作

信息域，用來(lái)裝載來(lái)自不同用戶(hù)、不同業(yè)務(wù)的信息。

在ATM網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)線(xiàn)路接口稱(chēng)做用戶(hù)—網(wǎng)絡(luò)接口，簡(jiǎn)稱(chēng)UNI；中繼線(xiàn)路接口稱(chēng)作網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口，簡(jiǎn)稱(chēng)NNI。ATM信元的信頭定義在UNI和NNI上略有差別，如圖4-30所示。

圖4-30ATM信元結(jié)構(gòu)

兩種接口上ATM信頭的不同之處，僅在于NNI接口上沒(méi)有定義GFC域，VPI占用了12比特。上述信元中各個(gè)域的用途說(shuō)明如下。

（1）GFC

GFC為一般流量控制域，用于控制ATM接續(xù)的業(yè)務(wù)流量，減少用戶(hù)側(cè)出現(xiàn)的短期過(guò)載。

（2）VPI和VCI

VPI為虛通路標(biāo)識(shí)。VCI為虛信道標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)虛通路內(nèi)的虛信道。

（3）PTI

PTI為凈荷類(lèi)型指示域，用來(lái)指示信元類(lèi)型。

（4）CLP

CLP為信元丟失優(yōu)先級(jí)，它將信元區(qū)分為兩種不同的優(yōu)先級(jí)。

（5）HEC

HEC為信頭差錯(cuò)控制域，用于信頭糾錯(cuò)，保證信頭正確傳輸及信元同步。

（6）信息域

信息域即后面的48個(gè)字節(jié)，用于裝載用戶(hù)數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)管理信息。

2．ATM交換的特點(diǎn)

ATM交換具有以下特點(diǎn)：

①采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。

②以固定長(zhǎng)度（53字節(jié)）的信元為傳輸單位，響應(yīng)時(shí)間短。

③采用面向連接并預(yù)約傳輸資源的方式工作。

④在ATM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部取消逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制，而將這些工作推到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣。

⑤支持綜合業(yè)務(wù)。

3．ATM交換原理

ATM交換采用電信號(hào)交換，它以信元為基本交換單位，即53個(gè)字節(jié)為一個(gè)整體進(jìn)行交換，但它僅對(duì)信頭進(jìn)行處理。

如圖4-31所示。

圖4-31ATM交換的基本原理

4．ATM交換機(jī)的基本組成

ATM交換機(jī)由入線(xiàn)處理部件、出線(xiàn)處理部件、ATM交換單元和ATM控制單元四個(gè)部分組成，如圖4-32所示。圖4-32ATM交換機(jī)基本組織模塊

1）入線(xiàn)處理部件

入線(xiàn)處理部件對(duì)各入線(xiàn)上的ATM信元進(jìn)行處理，使它們適合ATM交換單元處理，即為物理層向ATM層提交過(guò)程，將比特流轉(zhuǎn)換成信元流。入線(xiàn)處理部件完成的功能如下：

①信元定界：將基于不同傳輸系統(tǒng)的比特流分解成以53字節(jié)為單位的信元。

②信元有效性檢驗(yàn)：將信元中的空閑信元、傳輸中信頭出錯(cuò)的信元丟棄，將有效信元送入系統(tǒng)的交換、控制單元。

③信元類(lèi)型分離：根據(jù)VCI標(biāo)志分離VC級(jí)OAM信元，根據(jù)VPI標(biāo)志分離VP級(jí)OAM信元并提交控制單元，其他用戶(hù)消息信元送入交換單元。

2）控制單元

控制單元負(fù)責(zé)建立和拆除VCC和VPC，并對(duì)ATM交換單元進(jìn)行控制，同時(shí)處理和發(fā)送OAM信息。控制單元的主要功能如下：

①連接控制：完成VCC和VPC的建立和拆除操作。

②信令信元發(fā)送：在進(jìn)行UNI和NNI應(yīng)答時(shí)，控制發(fā)送相應(yīng)的信令信元以使用戶(hù)/網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)商過(guò)程得以順利進(jìn)行。

③OAM信元處理和發(fā)送：根據(jù)接收到的OAM信元信息，進(jìn)行相應(yīng)處理，如統(tǒng)計(jì)性能參數(shù)或者進(jìn)行故障處理，同時(shí)控制單元能夠根據(jù)本節(jié)點(diǎn)接收到的傳輸性能參數(shù)或故障消息發(fā)送相應(yīng)的OAM信元。

3）出線(xiàn)處理部件

出線(xiàn)處理部件完成的功能如下：

①?gòu)?fù)用：將交換單元的輸出信元流、控制單元的OAM信元流，以及相應(yīng)的信令信元

消息流復(fù)合，形成送往出線(xiàn)的信元流。

②速率適配：將來(lái)自ATM交換機(jī)的信元適配成適合線(xiàn)路傳輸?shù)乃俾省?/p>

③成幀：將信元比特流適配成特定的傳輸媒體要求的格式。

4）交換單元

交換單元是整個(gè)交換機(jī)的核心單元，它提供了信元交換的通路，通過(guò)交換單元的三個(gè)基本功能（路由、信頭變換和緩存），將信元從一個(gè)端口交換到另一個(gè)端口上去，從一個(gè)

VP/VC交換到另一個(gè)VP/VC。交換單元還完成一定的流量控制功能，主要是優(yōu)先級(jí)控制和業(yè)務(wù)的流量控制。

4.4.4軟交換

軟交換就是針對(duì)上述要求提出的下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，軟交換是開(kāi)放的、可編程的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，軟交換與下層（承載層）、與上層（應(yīng)用層）的接口均是采用標(biāo)準(zhǔn)的API接口，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與呼叫控制分離、呼叫控制與承載分離。軟交換網(wǎng)集IP、ATM、IN（智能網(wǎng)）和TDM眾家之長(zhǎng)，形成分層、全開(kāi)放的體系架構(gòu)，不但實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的融合，更重要的是實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合，使得業(yè)務(wù)真正獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)，從而能靈活、有效地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)和提供。軟交換的演化見(jiàn)圖4-33所示。

圖4-33軟交換演化示意圖

1．軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

1）傳統(tǒng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)模型

通常程控?cái)?shù)字電話(huà)交換機(jī)由控制部分、內(nèi)部數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)和外圍接口設(shè)備組成。根據(jù)所執(zhí)行功能的不同，可將傳統(tǒng)交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分為控制、交換（承載連接）和接入三個(gè)功能平面。其體系結(jié)構(gòu)如圖4-34所示。

圖4-34傳統(tǒng)交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

2）軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

軟交換技術(shù)建立在分組交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，其核心思想就是將傳統(tǒng)電路交換機(jī)中的三個(gè)功能平面進(jìn)行分離，并從傳統(tǒng)電路交換機(jī)的軟、硬件中剝離出業(yè)務(wù)平面，形成四個(gè)相互

獨(dú)立的功能平面，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)控制與呼叫控制的分離、媒體傳送與媒體接入功能的分離，并采用一系列具有開(kāi)放接口的網(wǎng)絡(luò)部件去構(gòu)建這四個(gè)功能平面，從而形成如圖4-35所示的開(kāi)

放的、分布式的軟交換體系結(jié)構(gòu)。

圖4-35軟交換系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

（1）業(yè)務(wù)平面

業(yè)務(wù)平面在呼叫建立的基礎(chǔ)上提供附加的服務(wù)，承擔(dān)業(yè)務(wù)提供、生成和維護(hù)、管理、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)等功能，利用底層的各種資源為用戶(hù)提供豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，主要網(wǎng)絡(luò)部件

為應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)控制點(diǎn)、AAA（授權(quán)、鑒權(quán)、記賬）服務(wù)器、策略服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器等。

（2）控制平面

控制平面內(nèi)的主要網(wǎng)絡(luò)部件為軟交換設(shè)備。

（3）交換平面

交換平面也可稱(chēng)作媒體傳輸平面或承載連接平面，它提供各種媒體（話(huà)音、數(shù)據(jù)、視頻等）的寬帶傳輸通道并將信息選路至目的地。交換平面的主要網(wǎng)絡(luò)部件為標(biāo)準(zhǔn)的IP路由

器（或ATM交換機(jī)）。基于分組網(wǎng)絡(luò)的軟交換系統(tǒng)，用網(wǎng)絡(luò)本身作為交換部件。

（4）接入平面

接入平面的功能是將各種用戶(hù)終端和外部網(wǎng)絡(luò)連至核心網(wǎng)絡(luò)，由核心網(wǎng)絡(luò)集中用戶(hù)業(yè)務(wù)并將它們傳送到目的地。接入平面的主要網(wǎng)絡(luò)部件有中繼媒體網(wǎng)關(guān)、用戶(hù)接入網(wǎng)關(guān)、信

令網(wǎng)關(guān)、無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)關(guān)等。

軟交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：可以使用基于分組交換技術(shù)的媒體傳輸模式，同時(shí)傳送話(huà)音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)；將網(wǎng)絡(luò)的承載部分和控制部分相分離，在各單元之間使用開(kāi)放

的接口，允許它們分別演進(jìn)，有效地打破了傳統(tǒng)電路交換機(jī)的集成交換結(jié)構(gòu)。

總之，軟交換技術(shù)將原有的電路交換機(jī)的呼叫控制功能與媒體傳輸功能分離開(kāi)，這一思想符合網(wǎng)絡(luò)部件化的趨勢(shì)，但作為下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫控制的核心，軟交換的功能要求遠(yuǎn)不

止于此，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，業(yè)務(wù)越來(lái)越客戶(hù)化，軟交換設(shè)備作為一個(gè)控制平臺(tái)，應(yīng)具有能適應(yīng)業(yè)務(wù)的快速變化、自身的處理能力易于增強(qiáng)等特點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)中，軟交換系統(tǒng)通過(guò)提供

各種開(kāi)放的接口、標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，增加軟件技術(shù)含量，使得以上要求容易實(shí)現(xiàn)。

2．軟交換系統(tǒng)的功能

軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)（傳輸層）中分離出來(lái)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制、連接控制（建立/拆除會(huì)話(huà)）和信令互通，從而實(shí)現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面。軟交換主要提供連接控制、地址解析和選路、網(wǎng)關(guān)管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和呼叫詳細(xì)記錄等功能，同時(shí)，軟交換還將網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)能力封裝起來(lái)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的業(yè)務(wù)接口和業(yè)務(wù)應(yīng)用層相連，從而可方便地在網(wǎng)絡(luò)上快速提供新業(yè)務(wù)。

軟交換是一個(gè)由軟件構(gòu)成的功能實(shí)體，為下一代網(wǎng)絡(luò)提供具有實(shí)時(shí)性要求的呼叫控制和連接控制功能。軟交換至少需要實(shí)現(xiàn)下列功能：

①提供開(kāi)放的業(yè)務(wù)接口（API）和底層協(xié)議接入接口（信令協(xié)議）。

②實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合（統(tǒng)一呼叫控制）。

③兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（如IN、PSTN、SIP、H.323）。

軟交換系統(tǒng)的參考模型如圖4-36所示。它包括了一個(gè)完整的軟交換系統(tǒng)應(yīng)包含的功能實(shí)體以及它們之間的接口參考點(diǎn)。

圖4-36軟交換系統(tǒng)參考模型

軟交換技術(shù)的主要思想是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)提供與呼叫控制、呼叫控制與承載連接分離，各實(shí)體之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議或API進(jìn)行連接和通信。圖4-37給出了軟交換系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖。

圖4-37軟交換功能結(jié)構(gòu)示意圖

軟交換設(shè)備主要功能有：

①呼叫控制和處理功能。

②承載控制功能。

③協(xié)議適配功能。

④業(yè)務(wù)交換功能。

⑤業(yè)務(wù)提供能力。

⑥媒體網(wǎng)關(guān)接入功能。

⑦資源管理功能。

⑧認(rèn)證/授權(quán)。

⑨話(huà)音處理功能。

⑩移動(dòng)性管理功能。

3．軟交換的主要設(shè)備

軟交換的主要設(shè)備及協(xié)議如圖4-38所示。圖4-38軟交換的主要設(shè)備及協(xié)議

1）軟交換設(shè)備

軟交換設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)中的核心控制設(shè)備，向下控制各種網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備，