现代交换原理 第3章 交换单元与交换网络.ppt

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1、1.交换网络的构成和分类交换网络的构成和分类交换网络的构成和分类交换网络的构成和分类2.交换单元交换单元交换单元交换单元qq交换单元的基本概念交换单元的基本概念交换单元的基本概念交换单元的基本概念qq开关阵列与空间交换单元开关阵列与空间交换单元开关阵列与空间交换单元开关阵列与空间交换单元qq共享存储器型的交换单元共享存储器型的交换单元共享存储器型的交换单元共享存储器型的交换单元时间交换单元时间交换单元时间交换单元时间交换单元qq共享总线型的交换单元共享总线型的交换单元共享总线型的交换单元共享总线型的交换单元数字交换单元数字交换单元数字交换单元数字交换单元3.交换网络交换网络交换网络交换网络qq

2、CLOSCLOS网络网络网络网络qqTSTTST网络网络网络网络qqDSNDSN网络网络网络网络qqBANYANBANYAN网络网络网络网络主要内容第三章 交换单元与交换网络3.1 引言引言1数字交换的基本概念数字交换的基本概念交换交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接。的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接。数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图 在交换系统中完成交换功能的部件就是在交换系统中完成交换功能的部件就是交交换网络换网络，它是交换系统的核心。，它是交换系统的核心。交换网络交换网络是由若干个交换单元按照一定的是由若干个交换单元按照一定的拓扑结构拓扑结构和和控

3、制方式控制方式构成的。构成的。交换单元交换单元是构成交换网络的最基本的部件是构成交换网络的最基本的部件.交换网络有：交换网络有：空分、时分空分、时分 数字、模拟数字、模拟空分方式：空分方式：空分方式：空分方式：是指交换机对各个通话接续分别提供空间是指交换机对各个通话接续分别提供空间是指交换机对各个通话接续分别提供空间是指交换机对各个通话接续分别提供空间即实线通道的一种接续方式。即实线通道的一种接续方式。即实线通道的一种接续方式。即实线通道的一种接续方式。任何一对用户通话时，都在话路网络的空间位置任何一对用户通话时，都在话路网络的空间位置任何一对用户通话时，都在话路网络的空间位置任何一对用户通话

4、时，都在话路网络的空间位置上，占用一条独立的通路，而与其它用户的通话上，占用一条独立的通路，而与其它用户的通话上，占用一条独立的通路，而与其它用户的通话上，占用一条独立的通路，而与其它用户的通话回路无关。回路无关。回路无关。回路无关。例：例：例：例：人工交换机人工交换机人工交换机人工交换机纵横制交换机纵横制交换机纵横制交换机纵横制交换机纵横制交换机纵横制交换机时分方式：时分方式：时分方式：时分方式：是指交换网络为各条话路分别提供时间位置的一种是指交换网络为各条话路分别提供时间位置的一种是指交换网络为各条话路分别提供时间位置的一种是指交换网络为各条话路分别提供时间位置的一种接续方式。接续方式。接

5、续方式。接续方式。多用户占用同一条通路，但按时间互相错开，多个多用户占用同一条通路，但按时间互相错开，多个多用户占用同一条通路，但按时间互相错开，多个多用户占用同一条通路，但按时间互相错开，多个话路轮流接通，即采用时分复用方式，各路通话只话路轮流接通，即采用时分复用方式，各路通话只话路轮流接通，即采用时分复用方式，各路通话只话路轮流接通，即采用时分复用方式，各路通话只占同一条线路的其中一定时间。占同一条线路的其中一定时间。占同一条线路的其中一定时间。占同一条线路的其中一定时间。模拟和数字模拟和数字模拟方式：是指通过交换机交换接续的是模拟模拟方式：是指通过交换机交换接续的是模拟模拟方式：是指通过

6、交换机交换接续的是模拟模拟方式：是指通过交换机交换接续的是模拟信号。信号。信号。信号。数字方式：指通过交换机交换接续的是数字信数字方式：指通过交换机交换接续的是数字信数字方式：指通过交换机交换接续的是数字信数字方式：指通过交换机交换接续的是数字信号。号。号。号。模拟和数字与空分和时分又有什么关系呢？模拟和数字与空分和时分又有什么关系呢？空分制：空分制：空分制：空分制：只能采取模拟交换只能采取模拟交换只能采取模拟交换只能采取模拟交换 模拟交换：模拟交换：模拟交换：模拟交换：脉冲幅度调制（脉冲幅度调制（脉冲幅度调制（脉冲幅度调制（PAMPAM）时分制：时分制：时分制：时分制：数字交换（主要）：数字

7、交换（主要）：数字交换（主要）：数字交换（主要）：脉冲编码调制（脉冲编码调制（脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCMPCM）1).1).同步时分复用信号同步时分复用信号位置化信道位置化信道入线入线出线出线00 11442323同步时分复用信号的交换同步时分复用信号的交换两种信号的交换两种信号的交换2).2).统计时分复用信号统计时分复用信号标志化信道标志化信道入线入线出线出线001221异步时分复用信号的交换异步时分复用信号的交换0210001222两种信号的交换两种信号的交换3.2 交换单元入线入线出线出线控制端控制端 状态端状态端M X N的交换单元的交换单元00 11M-1N-1交换单元按使

8、用需要的不同可分为交换单元按使用需要的不同可分为：入线入线0M-1出线出线0 N-1入线入线0M-1出线出线0 N-1出线出线0 N-1入线入线0M-1集中型（集中型（MN）扩散型（扩散型（MN）连接型（连接型（M=N）交换单元按信息流向分为：交换单元按信息流向分为：q有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线 进出线出，具有唯一确定的方向。进出线出，具有唯一确定的方向。q无向交换单元：交换单元的每条线即可入也可出，无向交换单元：交换单元的每条线即可入也可出，其入线数必等于出现数。其入线数必等于出现数。出线0 N-1入线0M-1M X N有向交换单

9、元入线/出线0N-1N无向交换单元.交换单元的性能交换单元的性能q 容量：容量：交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量q 接口：接口：交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形式、交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形式、速率及信息流方向速率及信息流方向q 功能：功能：点到点、同发、广播点到点、同发、广播q 质量：质量：完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定连完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定连接、信息经过交换单元是否有损伤（时间、语义）接、信息经过交换单元是否有损伤（时间、语义）3.3 开关阵列与空间交换单元开关阵列与空间交换

10、单元开关阵列开关阵列在交换单元内部，要建立任意入线和任意出在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的连接，就在每条入线和每条出线之间都线之间的连接，就在每条入线和每条出线之间都各自接上一个开关，所有开关就构成了交换单元各自接上一个开关，所有开关就构成了交换单元内部的内部的开关阵列开关阵列。M X N有向交换单元有向交换单元01N-101M-1入线出线M X N有向矩形开关阵列有向矩形开关阵列开关阵列的工作原理开关阵列的工作原理出线0 N-1入线0M-1.N无向方形开关阵列无向方形开关阵列入线入线0 0N-1N-1N无向交换单元无向交换单元0 01 1N-1N-10 01 1N-1N-1入线

11、入线出线出线开关阵列的工作原理开关阵列的工作原理入线入线/出线出线0 0N-1N-1N无向交换单元无向交换单元无向交换单元开关阵列的实现无向交换单元开关阵列的实现 若在一个N X N的交换单元中的连接总是对称的，即如果入端i连接到出端j，则入端j一定连接到出端i，那么相同编号的入端和出端可以看作一个同时具有发送和接收信息能力的信息端，既具有N个双向通信的信息端，并且每个信息端都可以和任何其它的信息端相连，这样的交换单元称作N个信息端的无向交换单元，简称N无向交换单元。N无向交换单元的开关阵列无向交换单元的开关阵列（用双向开关）（用双向开关）入线入线/出线出线0 0N-1N-1N无向交换单元无向

12、交换单元0 0 1 1N-2N-21 1N-1N-12 2N-2N-22 2全连接交换单元和部分连接交换单元全连接交换单元和部分连接交换单元0 01 1N-1N-10 01 1N-1N-1入线入线出线出线0 01 1N-1N-10 01 1N-1N-1入线入线出线出线01M-1入线入线出线出线入线入线0M-1出线出线入线入线0N-1出线出线0 01 1N-1N-1入线入线出线出线多路选择器多路选择器开关阵列的特性开关阵列的特性q开关控制简单，从入线到出线具有均匀的单位延迟时开关控制简单，从入线到出线具有均匀的单位延迟时间。间。q开关阵列适合于构成较小的交换单元（开关数反映了开关阵列适合于构成较

13、小的交换单元（开关数反映了实现的复杂度和成本的高低）。实现的复杂度和成本的高低）。q交换单元的性能依赖于所使用的开关。交换单元的性能依赖于所使用的开关。q控制信号简单控制信号简单q容易实现同发和广播功能容易实现同发和广播功能继电器：其构成的交换单元是无向的，可交换模拟和数字信息，继电器：其构成的交换单元是无向的，可交换模拟和数字信息，干扰和噪声大干扰和噪声大、动作慢（动作慢（msms级）、体积大（级）、体积大（cmcm级）。级）。模拟电子开关：一般利用半导体材料制成。模拟电子开关：一般利用半导体材料制成。如：如：MC142100MC142100、MC145100MC145100（4 x 44

14、x 4开关阵列）开关阵列）只能单向传送，且衰耗和时延较大。只能单向传送，且衰耗和时延较大。数字电子开关：由简单的由逻辑门构成，用于数字信号的交数字电子开关：由简单的由逻辑门构成，用于数字信号的交 换，开关动作极快且无信号损失。换，开关动作极快且无信号损失。实际的开关阵列实际的开关阵列 空间交换单元也称为空间交换单元也称为空间接线器空间接线器（Space Space SwitchSwitch），），简称为简称为S S单元单元或或S S接线器接线器，用来实现，用来实现多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间多个输入复用线与多个输出复用线之间的空间交换，而不改变其时隙位置。交换，而不改变其时隙位置。

15、3.4 开关阵列与空间交换单元开关阵列与空间交换单元空间交换单元空间交换单元S S接线器的构成：接线器的构成：交叉点矩阵、控制存储器交叉点矩阵、控制存储器交叉点矩阵交叉点矩阵：开关阵列：开关阵列控制存储器控制存储器（CM-Control MemoryCM-Control Memory）：）：q S S接线器所含接线器所含CMCM数量等于入（出）线数数量等于入（出）线数q 每个每个CMCM的所含有的存储单元个数等于入（出）的所含有的存储单元个数等于入（出）线上的复用时隙数线上的复用时隙数q 每个存储单元为每个存储单元为n n位位bit,bit,且满足且满足N2N2n n,其中其中N N 为入（出

16、）线上数为入（出）线上数 空间交换单元的基本结构空间交换单元的基本结构空间交换单元的控制方式空间交换单元的控制方式0 1 20 1 20 1 2TS12 TS8TS12 TS808121272TS8TS8输入控制方式输入控制方式1TS12TS1220空间交换单元的控制方式空间交换单元的控制方式0 1 20 1 20 1 2TS12 TS8TS12 TS808122TS8TS8输出控制方式输出控制方式1TS12TS1220127控制存储器按入线配置的空分接线器控制存储器按出线配置的空分接线器3.5 共享存储器型的交换单元共享存储器型的交换单元时间交换单元时间交换单元01N-1输入信号输出信号共享

17、存储器型交换单元的一般结构工作方式：入线缓冲、出线缓冲 时间交换单元也称为时间交换单元也称为时间接线器时间接线器（Time Time SwitchSwitch），），简称为简称为T T单元单元或或T T接线器接线器，用来实现，用来实现时隙交换功能。所谓时隙交换是指入线上各个时隙交换功能。所谓时隙交换是指入线上各个时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在出时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在出线上的不同时隙位置输出。线上的不同时隙位置输出。时间交换单元时间交换单元T T接线器主要由接线器主要由话音存储器话音存储器（SM:Speech SM:Speech MemoryMemory）和和控制存储器控

18、制存储器(CM:Control memory)(CM:Control memory)构成。构成。SMSM用来暂存话音的数字编码信息，故每个单用来暂存话音的数字编码信息，故每个单元至少应为元至少应为8 8比特。比特。SMSM的容量等于输入复用线上每的容量等于输入复用线上每帧的时隙数。帧的时隙数。CMCM的容量等于的容量等于SMSM的容量；设的容量；设CMCM每个单元的比每个单元的比特数为特数为n n，SMSM的单元数为的单元数为N N，则有则有2 2n n=N=N，N N也就是复也就是复用线上的时隙数。用线上的时隙数。时间交换单元的基本结构时间交换单元的基本结构T接线器的工作原理(a)输出控制；

19、(b)输入控制(a)输出控制方式；(b)输入控制方式 T接线器原理TS30 时分接线器的工作方式有两种:第一种是顺序写入，控制读出，简称输出控制，如图(a)所示。第二种是控制写入，顺序读出，简称输入控制，如图(b)所示。用这两种方式进行时隙交换的原理是相同的。顺序写入或读出是由时钟控制的，控制读出或写入则由CM完成。3.6 复用器、分路器和串复用器、分路器和串/并、并并、并/串变换串变换 -是连接交换网络的接口。信息以串行格式送入交换网络的入线并从出线送出。入线和出线上一帧的时隙数定义为复用度复用度。在交换网络中，为了提高交换速度，信息以并行方式交换，因此在交换网络接口处，要进行串要进行串/并

20、和并并和并/串变换串变换。复用器和分路器的作用就是完成这种变换作用就是完成这种变换。T分路器复用器TS=32 2.048Mb/sTS=322.048Mb/sTS=32x8=2562.048Mb/sPCM 0PCM 1PCM 7PCM 0PCM 1PCM 7:串行码串行码并行码串并变换原理串并变换原理移位寄存器移位寄存器HW0HW7CP锁存器锁存器D0D7D0D7D0D7D7D0D0D78-1(D0)8-1(D7)HW0HW0HW7HW7(8)(8)(8)CPCPTD7并串变换原理并串变换原理TSjTSj=TSiTSi x n+x n+HWkHWk (j=0,1,.nx32-1)(j=0,1,.

21、nx32-1)n n 为总线数量为总线数量k k 为总线序号为总线序号(k=0,1,2.n-1)(k=0,1,2.n-1)i i为复用前时隙号为复用前时隙号(i=0,1.31)(i=0,1.31)T分路器复用器TS=32 2.048Mb/sTS=322.048Mb/sTS=32x8=2562.048Mb/sPCM 0PCM 1PCM 7PCM 0PCM 1PCM 7:TSi串行码并行码TSjTSiTSjT接线器与复用器结合构成的交换网络8/l 复用和串并变换3.7 共享总线型交换单元共享总线型交换单元数字交换单元数字交换单元入线控制部件的功能入线控制部件的功能：接收入线信号，进行相应的格式变换

22、，放在缓冲存接收入线信号，进行相应的格式变换，放在缓冲存储器中，并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到储器中，并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到总线上。总线上。出线控制部件的功能出线控制部件的功能：检测总线上的信号，并把属于自己的信息读入一个检测总线上的信号，并把属于自己的信息读入一个缓冲存储器中，进行格式变换，放在缓冲存储器中，由缓冲存储器中，进行格式变换，放在缓冲存储器中，由出线送出，形成出线信号。出线送出，形成出线信号。共享总线型交换单元共享总线型交换单元总线总线：一般包括多条数据线和控制线。数据线用于在入线一般包括多条数据线和控制线。数据线用于在入线控制部件和出线控制部件传送信

23、号；控制线用于控制各控制部件和出线控制部件传送信号；控制线用于控制各入线控制部件获得时隙和发送信息，以及出线控制部件入线控制部件获得时隙和发送信息，以及出线控制部件读取属于自己的信息。读取属于自己的信息。总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控制部件使用，其时隙的分配制部件使用，其时隙的分配有一定的规则。有一定的规则。共享总线型交换单元共享总线型交换单元数字交换单元（数字交换单元（DSE）S1020SSDSE内的通路TS6TS200631063102031S1020S1020D P CRX3TX10端口RAM 话路RAM数据RAM 每个接受端口中有端口RAM和信道RAM,端口RAM和信道RAM是控写顺读控写顺读，端口RAM的地址对应输入时隙，而内容为输出端口编号，信道RAM的地址对应输入时隙，而内容对应着输出时隙。每个发送端口有数据RAM，也是控写顺读，其地址对应输出时隙，而内容为语音抽样编码值，端口间的信息交换通过时分复用总线完成。总线有控制总线，数据总线，端口总线，信道总线。数字交换单元（数字交换单元（DSE）的工作原理的工作原理