2.1電路交換的發(fā)展2.3交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)2.2電路交換基礎(chǔ)2.4交換網(wǎng)絡(luò)第二章電路交換原理2.1電路交換的發(fā)展1878年，世界第一部電話交換機(jī)——磁石交換機(jī)1892年，史端喬發(fā)明第一部自動(dòng)電話機(jī)——步進(jìn)制交換機(jī)1926年，瑞典——縱橫制交換機(jī)1946年，第一臺(tái)程控交換電子計(jì)算機(jī)，1965年第一個(gè)程控交換系統(tǒng)。程控交換技術(shù)大致經(jīng)歷了四代。

2.1電路交換的發(fā)展20世紀(jì)60年代，大型專用計(jì)算機(jī)集中控制20世紀(jì)70年代，應(yīng)用PCM技術(shù)，開始研制數(shù)字交換設(shè)備，1970年拉尼翁開通了第一個(gè)程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)E1020世紀(jì)80年代，在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中引入分散控制方式20世紀(jì)80年代末，程控?cái)?shù)字交換機(jī)同時(shí)具有電路交換和分組交換的功能。第一套萬門數(shù)字程控交換機(jī)HJD04機(jī)2.2電路交換基礎(chǔ)電路交換：兩個(gè)用戶在相互通信時(shí)使用一條物理鏈路，在通信過程中自始至終使用該條鏈路進(jìn)行信息傳輸，同時(shí)不允許其它用戶終端設(shè)備共享該鏈路的通信方式。特點(diǎn)：固定分配帶寬，電路利用率低；一定的連接建立時(shí)延，實(shí)時(shí)傳輸；無差錯(cuò)控制措施，對(duì)于數(shù)據(jù)交換的可靠性沒有分組交換高；適合于電話交換、文件傳送、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)。本局呼叫過程送撥號(hào)音（待收號(hào)）主叫側(cè)交換機(jī)收號(hào)（停撥號(hào)音）號(hào)碼分析，發(fā)現(xiàn)為本局呼叫若被叫閑，呼叫被叫（鈴流、回鈴音）停鈴流，建立通話電路釋放話路主叫摘機(jī)撥號(hào)被叫摘機(jī)主叫或被叫掛機(jī)話機(jī)交換機(jī)呼叫處理電路交換基本過程2.2電路交換基礎(chǔ)補(bǔ)充：信號(hào)復(fù)用方式頻分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用時(shí)分復(fù)用（1）頻分復(fù)用將來自于不同源端的信息調(diào)制在不同頻率的載波上，形成要發(fā)送的信號(hào)，然后將各信號(hào)合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進(jìn)行傳輸。主要用于模擬電信號(hào)，對(duì)應(yīng)的鏈路是電纜等電信號(hào)傳輸介質(zhì)。（2）波分復(fù)用將來自于不同源端的信息調(diào)制在不同波長的載波上，形成要發(fā)送的信號(hào)，然后將各信號(hào)合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進(jìn)行傳輸。主要用于光信號(hào)，其使用的載波是光信號(hào)，對(duì)應(yīng)的鏈路是光纖傳輸介質(zhì)。（3）碼分復(fù)用將來自于不同源端的信息分別用不同的偽隨機(jī)碼進(jìn)行信息編碼，形成要發(fā)送的信號(hào)，然后將各信號(hào)合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進(jìn)行傳輸。在碼分復(fù)用系統(tǒng)中，接收端必須用同樣的偽隨機(jī)碼才能正確解碼。主要用于數(shù)字電信號(hào)和光信號(hào)。（4）時(shí)分復(fù)用采用時(shí)間分割的方法，將一條高速數(shù)字通道在時(shí)間軸分成若干個(gè)時(shí)隙間隔，來自于不同源端的信號(hào)在該通道的不同時(shí)隙間隔上傳輸。主要用于數(shù)字電信號(hào)和光信號(hào)。

時(shí)分復(fù)用又可分為同步時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。

1）同步時(shí)分復(fù)用。將時(shí)間劃分為以幀為單位的等時(shí)間間隔，每幀再進(jìn)一步劃分為等數(shù)量等間隔的時(shí)隙且對(duì)這些時(shí)隙按順序編號(hào)，所有幀中編號(hào)相同的時(shí)隙位置用于傳送來自于同一源端的信號(hào)，同步的含義在于時(shí)隙位置與源端信號(hào)是嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的，在一次通信建立后的交換過程中，時(shí)隙位置與源端信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系一旦確立，其關(guān)系就保持固定不變。易見，知道時(shí)隙位置，就可以知道該位置上的信號(hào)來自于哪個(gè)源端。2）異步時(shí)分復(fù)用（統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用）。將時(shí)間劃分為若干個(gè)等間隔或不等間隔的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙位置用于傳送來自于一個(gè)源端的信號(hào)，但信號(hào)與時(shí)隙位置沒有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。正是由于信號(hào)與時(shí)隙位置之間沒有固定對(duì)應(yīng)關(guān)系這一原因，所以，不同于同步時(shí)分復(fù)用方式，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式中每個(gè)時(shí)隙位置上的信號(hào)都含有一個(gè)附加的標(biāo)志頭，該標(biāo)志頭信息用于標(biāo)志該信號(hào)來自哪個(gè)源端以及用于轉(zhuǎn)接設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)接處理，而同步復(fù)用方式無需添加標(biāo)志頭。

2.3.1交換單元的基本概念2.3.2時(shí)間接線器的基本原理2.3.3空間接線器的基本原理2.3交換單元與交換網(wǎng)絡(luò)

2.3.1交換單元

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的基本部件。用多個(gè)交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式即可構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)。交換單元的基本功能：在任意的入線和出線之間建立連接，或?qū)⑷刖€上的信息傳遞到出線（一）基本概念

···M×N交換單元···入線出線控制端狀態(tài)端0101M-1N-1

2.3.1交換單元交換單元如何建立信息傳送通道（連接）。對(duì)于同步時(shí)分復(fù)用信號(hào)（實(shí)連接）

對(duì)于統(tǒng)計(jì)復(fù)用信號(hào)

（虛連接）

（二）信息交換方式

······入線出線12M12N（a）同步時(shí)分復(fù)用信號(hào)···入線出線12M12N···2NN1121122NN（b）統(tǒng)計(jì)復(fù)用信號(hào)

2.3.1交換單元集中型：M＞N，也稱為集中器。擴(kuò)散型：M＜N，也稱為擴(kuò)散器。分配型：M=N，也稱為分配器。（三）交換單元的分類

12M······1N入線出線(a)集中型1M······1N入線出線(b)擴(kuò)散型入線1M······1N出線(c)分配型

2.3.1交換單元有向交換單元無向交換單元（2）根據(jù)信息流向

交換單元的連接特性連接的表示形式函數(shù)表示形式排列組合表示形式常用的連接函數(shù)直線連接交叉連接均勻洗牌連接

2.2.1交換單元接口，交換單元需要規(guī)定信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)，不同交換單元進(jìn)行交換的信號(hào)形式不同。容量，交換單元所有入線同時(shí)傳送的總信息量。功能，建立連接質(zhì)量，連接建立情況（成功率、速率），信息傳輸損傷（時(shí)延，信噪比降低）。（四）交換單元的性能

（五）幾種典型的交換單元共享存儲(chǔ)型交換單元空分陣列型交換單元總線型交換單元數(shù)字交換單元DSE1.共享存儲(chǔ)器型交換單元

1213N存儲(chǔ)器2N···輸入信號(hào)輸出信號(hào)213N（五）幾種典型的交換單元工作方式：輸入緩沖輸出緩沖

時(shí)間接線器

語音存儲(chǔ)器（SM）:暫存話音編碼信息。SM單元數(shù)由輸入復(fù)用線上每幀的時(shí)隙數(shù)決定?？刂拼鎯?chǔ)器（CM）：存儲(chǔ)輸入或輸出話音信息的時(shí)隙地址。CM單元數(shù)與SM單元數(shù)相同，每個(gè)存儲(chǔ)單元存放SM的地址?；窘M成：完成同一條時(shí)分復(fù)用線上時(shí)隙之間的信息交換。

時(shí)間接線器（1）順序?qū)懭耄刂谱x出（輸出控制）（2）控制寫入，順序讀出（輸入控制）工作方式“順序?qū)懭搿?、“順序讀出”的“順序”是指按照話音存儲(chǔ)器的地址順序，由脈沖控制?！翱刂谱x出”、“控制寫入”的“控制”是指按控制存貯器各單元定義的內(nèi)容控制話音存儲(chǔ)器的讀出或?qū)懭搿?/p>

時(shí)間接線器032731TS27TS3TS27TS3273032731RWWR時(shí)鐘控制電路時(shí)鐘控制存儲(chǔ)器話音存儲(chǔ)器3

AB用戶A，TS3用戶B，TS27順序?qū)懭?，控制讀出輸出時(shí)隙流輸入時(shí)隙流

（1）順序?qū)懭耄刂谱x出在整個(gè)交換過程中，控制存儲(chǔ)器CM控制信息交換的轉(zhuǎn)發(fā)表。轉(zhuǎn)發(fā)表由處理機(jī)構(gòu)建。處理機(jī)為輸入時(shí)隙選定一個(gè)輸出時(shí)隙后，控制字就寫入控制存儲(chǔ)器。于是，每一幀都重復(fù)以上讀寫過程，輸入第3時(shí)隙的話音信息，在每一幀中都被交換到輸出的第27時(shí)隙中去。0331TS27TS3TS27TS3273032731RWWR時(shí)鐘控制電路時(shí)鐘控制存儲(chǔ)器話音存儲(chǔ)器2727

AB用戶A，TS3用戶B，TS27控制寫入，順序讀出輸出時(shí)隙流輸入時(shí)隙流

（2）控制寫入，順序讀出控制寫入、順序讀出的原理與順序?qū)懭?、控制讀出相似。

不同的是：控制存儲(chǔ)器寫入的是話音存儲(chǔ)器的寫入地址，以此來控制話音存儲(chǔ)器的寫入。由于是順序讀出，故在輸出時(shí)第27時(shí)隙讀出話音存儲(chǔ)器第3單元內(nèi)容，同樣完成了第3個(gè)輸入時(shí)隙與第27個(gè)輸出時(shí)隙的交換。表示符號(hào)T[k][k]對(duì)于時(shí)間交換單元，因?yàn)闀r(shí)隙交換的關(guān)系，所以每個(gè)時(shí)隙的信號(hào)在經(jīng)過存儲(chǔ)器后都會(huì)有大小不等的時(shí)延。最大的情況發(fā)生在一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)在寫入存儲(chǔ)器后需要等到一幀后才可讀出。時(shí)間交換單元會(huì)帶來交換時(shí)延嗎？如有，最大時(shí)延是多少？問題：T接線器的復(fù)用和分路復(fù)用器工作原理空分交換單元（開關(guān)矩陣）空分陣列型交換單元

工作原理：控制開關(guān)的閉合就能建立任意入線和任意出線之間的連接。性能：取決于開關(guān)類型信號(hào)：模擬/數(shù)字/光波入線出線空分交換單元的特點(diǎn)空間接線器

（1）控制簡單，時(shí)延均勻。（2）交叉點(diǎn)數(shù)是入線數(shù)和出線數(shù)的乘積。適合構(gòu)成較小的交換單元。（3）容易實(shí)現(xiàn)多播和廣播。入線出線

交叉矩陣：由按時(shí)隙通斷的開關(guān)組成?？刂拼鎯?chǔ)器：對(duì)交叉接點(diǎn)矩陣開關(guān)進(jìn)行控制。完成不同時(shí)分復(fù)用線之間同一時(shí)隙的信息交換。基本組成輸入線1輸入線2輸入線3輸入線n輸出線1輸出線nN×N交叉點(diǎn)矩陣空間接線器

空間接線器（1）輸入控制方式（2）輸出控制方式工作方式

（1）輸入控制方式對(duì)應(yīng)于每條入線配置一個(gè)控制存儲(chǔ)器。由于它要控制入線上每個(gè)時(shí)隙接通到哪一條出線上，所以控制存儲(chǔ)器的容量等于每條復(fù)用線的復(fù)用度，而每個(gè)單元的位數(shù)則決定于選擇輸出線的地址碼位數(shù)。在每一幀期間，處理機(jī)依次讀出控制存儲(chǔ)器各單元的內(nèi)容，控制矩陣中相應(yīng)交叉點(diǎn)的開關(guān)。這里的控制存儲(chǔ)器就是控制接續(xù)的轉(zhuǎn)發(fā)表。輸入控制方式工作原理TS1012141531TS14PCM1PCM2TS14TS1PCM1PCM201100011CM0CM121輸入線輸出線輸入控制方式

（2）輸出控制方式每條出線配一個(gè)控制存儲(chǔ)器。由它控制出線上每個(gè)時(shí)隙接通到哪一條入線，所以控制存儲(chǔ)器的容量等于每條復(fù)用線復(fù)用度，而每個(gè)單元的位數(shù)則決定于選擇輸入線的地址碼位數(shù)。在每一幀期間，處理機(jī)依次讀出控制存儲(chǔ)器各單元的內(nèi)容，控制矩陣中對(duì)應(yīng)交叉點(diǎn)的開關(guān)。這里的控制存儲(chǔ)器就是控制接續(xù)的轉(zhuǎn)發(fā)表。輸出控制方式工作原理TS1012141531TS14PCM1PCM2TS14TS1PCM1PCM210010011CM1CM012輸入線輸出線輸出控制方式

空間接線器空間交換單元的交叉接點(diǎn)按時(shí)隙高速接通與斷開。如一幀中有不同時(shí)隙的信碼要交換到同一條輸出線上，則在CM控制下的交叉接點(diǎn)在一幀內(nèi)就要開、關(guān)若干次。即:每個(gè)交叉節(jié)點(diǎn)是時(shí)分復(fù)用的。m×mS接線器······12m12m[k][k][k][k][k][k]表示符號(hào)TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWnTS4TS4TS22…

…

…

…

…

…

1n…

22輸入控制方式單元地址為時(shí)隙號(hào)，內(nèi)容為HW號(hào)（輸出）TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4TS22TS4TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWn…

…

…

…

…

…

n0…

22輸出控制方式單元地址為時(shí)隙號(hào)，內(nèi)容為HW號(hào)（輸入）TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

TS4HW0HWn

TS22HWnHW1

2.4交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成要素：交換單元、拓?fù)溥B接和控制方式。交換單元交換單元······交換單元交換單元······控制單元······入線出線2.4.2交換網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)交換單元或若干個(gè)位于同一級(jí)的交換單元構(gòu)成。（一）單級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)

交換單元···線入線出···(a)一個(gè)交換單元交換單元······交換單元······交換單元······線入線出(b)同級(jí)多個(gè)交換單元2.2.2交換網(wǎng)絡(luò)多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以用三個(gè)參數(shù)表示：交換單元容量，級(jí)數(shù)，連接通路數(shù)（鏈路數(shù)）。（二）多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)

···1142···143···144···141···142···143···144···14······1414141414141414線入線出2.2.2交換網(wǎng)絡(luò)交換單元···入線出線···單級(jí)網(wǎng)絡(luò)交叉接點(diǎn)數(shù)：16×16=256。兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)交叉接點(diǎn)數(shù)：4×4×8=128。1616···1142···143···144···141···142···143···144···14······1414141414141414入線出線1616

由于內(nèi)部鏈路忙而導(dǎo)致呼叫損失掉的情況稱為節(jié)點(diǎn)內(nèi)部阻塞。按照數(shù)據(jù)通信的觀點(diǎn)，內(nèi)部阻塞也可稱為沖突。（一）內(nèi)部阻塞

11n21n···m1n11m21m···n1m1n1n1n1n1n1n入線出線1（三）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

T－S，S－TT－S－T，S－T－ST－S－S－TT－S－S－S－T,S－T－T－T－ST－T－T……DSN、BANYAN型（三）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)T—S—T交換網(wǎng)的組成1210...

10交叉矩陣1210...TTS如T=512TS，TST網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)5120時(shí)隙之間的交換。

T-S-T交換網(wǎng)工作原理工作方式：兩側(cè)時(shí)間接線器工作方式必須相反。中間時(shí)隙的確定：反相法；奇偶法如選定一個(gè)方向的時(shí)隙為X，則另一個(gè)方向中間時(shí)隙為X+n/2。【X+1】雙向通路的建立

主叫被叫：正向通路

被叫主叫：反向通路數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)T-S-T交換網(wǎng)工作原理

輸入線0、TS2的A用戶輸出線2、TS20的用戶B（三）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)TST交換過程舉例：正向通路：AB中間時(shí)隙：7反向通路

BA中間時(shí)隙：23TST網(wǎng)絡(luò)組成和工作原理AA20AAAA001231031？310003120310CMC-2SMA-0CMA-0CMA-2CMB-2SMB-2TS20TS7TS23TS7TS2TSTAB0310SMB-0CMC-02BBB031310SMA-2TS202BBB31231？0CMB-0TS2TS23020222TST網(wǎng)絡(luò)組成和工作原理AA20AAA20A001231031731700031203170CMC-2SMA-0CMA-0CMA-2CMB-2SMB-2TS20TS7TS23TS7TS2TSTAB031230SMB-02CMC-02BBB2003131230SMA-2TS202BB2B31231230CMB-0TS2TS230202AB27727027TST網(wǎng)絡(luò)組成和工作原理2BBBB2BB200312312303123031023131CMC-0SMA-2CMA-2CMB-2CMB-0SMB-0TS2TS23TS7TS23TS20TSTAB0200CMA-0SMA-0AA2A0012310317TS7TS203170CMC-2AA20A0312070SMB-2TS2022230BATS70731TS23TS23TS7020CMC-2CMC-0023310123107310203102331031023310310731TS2TS20TS20TS20222020SMA-0CMA-0CMA-2SMA-2SMB-0CMB-0SMB-2CMB-220TST交換過程示意圖2073120731207312TS5TS5寫讀方式TS5129TS5129（3）TTT型交換網(wǎng)絡(luò)圖3-20TTT三級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)16-1復(fù)用器輸入控制8-1復(fù)用器輸出控制8-1復(fù)用器輸出控制圖中假設(shè)在輸入/輸出端各有128條HW(0～127)，A、B兩級(jí)T型交換網(wǎng)絡(luò)各有16個(gè)T接線器（TA0～TA15，TB0～TB15）；中間C級(jí)有8個(gè)接線器（TC0～TC7）；每個(gè)輸入/輸出HW有32個(gè)時(shí)隙，128個(gè)HW共4096個(gè)時(shí)隙；TA、TC采用輸出控制方式，TB采用輸入控制方式。設(shè)A用戶在這次呼叫中占用HW0的TS1，B用戶占用HW127的TS31，則這兩個(gè)用戶通過TTT交換網(wǎng)絡(luò)交換：A→B方向的內(nèi)部鏈路選定為TS80和TS111；B→A方向的內(nèi)部鏈路選定為TS79和TS112優(yōu)點(diǎn)：在同樣交換容量的情況下，采用多級(jí)T結(jié)構(gòu)可以減少交換單元（芯片）的數(shù)量缺點(diǎn)：控制方式復(fù)雜。阻塞率比單T高，但是相對(duì)來說微不足道。2.4.2T-S-S-T交換網(wǎng)絡(luò)T-S-S-T交換網(wǎng)絡(luò)中間兩級(jí)是S接線器，兩端各為T接線器。圖2.25是T-S-S-T四級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)的示意圖。

2.4.3CLOS網(wǎng)--無阻塞網(wǎng)絡(luò)

CLOS網(wǎng)絡(luò)：為了減少交叉點(diǎn)總數(shù)而同時(shí)具有嚴(yán)格的無阻塞特性，CLOSC.很早就提出一種多級(jí)結(jié)構(gòu)，推出了嚴(yán)格無阻塞的條件，這就是著名的CLOS網(wǎng)絡(luò)。11n······1mr1n······1m1r···r···111r······1r1···1m1m······1n1m······1n1r·········容量記為：C（m,n,r）

CLOS網(wǎng)絡(luò)

條件：中間接線器數(shù)m≥(n-1)×2+1=2n1

或m≥n入

+n出12.4.3網(wǎng)絡(luò)阻塞與CLOS網(wǎng)（二）無阻塞網(wǎng)絡(luò)

11n······1mr1n······1m1r···r···111r······1r1···1m1m······1n1m······1n1r·········多級(jí)CLOS網(wǎng)絡(luò)采用子網(wǎng)嵌套法，可由三級(jí)構(gòu)造多級(jí)CLOS網(wǎng)絡(luò)，如5、7、9級(jí)等。

3．?dāng)?shù)字交換單元同時(shí)完成時(shí)間和空間的交換功能。圖3-21DSE的基本結(jié)構(gòu)（2）DSE的工作原理圖3-22DSE交換示例以RX5的信道（時(shí)隙）CH12的信息S交換到發(fā)送端口TX8的TS18為例：圖3-23DSE工作原理

2.4.4DSN網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)(DSN)是上海貝爾生產(chǎn)的電路交換系統(tǒng)中使用的典型的交換網(wǎng)絡(luò)，它是由多個(gè)總線型交換單元DSE，按照一定的連接方式連接而成。DSN采用單側(cè)折疊式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的所有出入線處于同一側(cè)，并使任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端具有唯一的地址。DSN擴(kuò)充方便，可平滑地進(jìn)行擴(kuò)充。在交換網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)充時(shí)，對(duì)原網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不需改動(dòng)。1)DSN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu):DSN是多級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)，它由入口級(jí)和選組級(jí)兩大部分組成。2)DSN網(wǎng)絡(luò)的連線方式2.4.5BANYAN網(wǎng)絡(luò)

BANYAN網(wǎng)絡(luò)概念

BANYAN網(wǎng)絡(luò)是一種空分的交換網(wǎng)絡(luò)，由若干個(gè)2×2個(gè)交換單元組成的交換網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用在ATM交換機(jī)。2×2的交換單元有兩種不同的連接方式，平行連接和交叉連接，能夠完成不同編號(hào)的入線和出線的連接。圖2.28BANYAN交換單元圖2.298×8的三級(jí)BANYAN網(wǎng)絡(luò)2)BANYAN網(wǎng)絡(luò)