《现代通信技术基础》第3章.ppt

Introduction to Modern Communication Technology,第二版,第3章 电信交换,本章学习目标,理解电信业务网的分类与电话通信网结构；理解电路交换、分组交换的原理；了解数字程控交换机的的基本组成；了解综合业务数字网的主要特点；了解智能网及其业务的概念。,内容简介,3.1 电信业务网概述 3.2 交换技术基础 3.3 常用交换方式 3.4 数字程控交换 3.5 综合业务数字网 3.6 智能网,放映结束,内容简介,3.1 电信业务网概述 3.1.1 电信业务网分类 3.1.2 电话通信网,返回主目录,内容简介,3.2 交换技术基础 3.2.1 电信交换的作用 3.2.2 基本交换原理,返回主目录,内容简介,3.3 常用交换方式3.3.1 电路交换3.3.2 分组交换3.3.3 帧中继3.3.4 ATM 交换3.3.5 交换技术的发展,返回主目录,内容简介,3.4 数字程控交换 3.4.1 数字交换网络3.4.2 数字程控交换机的组成 3.4.3 信令系统,返回主目录,内容简介,3.5 综合业务数字网3.5.1 窄带综合业务数字网（N-ISDN）3.5.2 宽带综合业务数字网（B-ISDN）,返回主目录,内容简介,3.6 智能网 3.6.1 智能网概述 3.6.2 智能网业务,返回主目录,3.1 电信业务网概述,电信业务网是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据、图像等各种业务的网络，包括电话网、数据网、智能网、移动网、IP网等。交换设备是构成业务网的核心要素，其基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配，实现一个呼叫终端（用户）与其所要求的另一个或多个用户终端之间的路由选择的连接。,返回,电信业务网分类,1.电话网（PSTN）2.移动通信网3.数据通信网4.智能网（IN）5.窄带综合业务数字网6.宽带综合业务数字网,返回,电话通信网,1.电话通信过程 电话通信传递的信息是话音。其基本工作过程为：通话人发出的话音通过话机送话器变成电信号，然后通过线路传输至对方，对方话机受话器将电信号还原为话音，受话者能听到。在电话传输中，话音所产生的电信号（具有一定幅度和频带宽度的交流信号）是传输对象。,电话通信网,交换机的最基本功能：用户呼出阶段：电话机发送呼叫信号，交换机应能及时发现数字接收及分析阶段：能辨识被叫用户。通话建立阶段：能发出信号将被叫用户呼出。通话阶段：能够把主叫用户和被叫用户连接起来，使其进行通话。呼叫释放阶段：当电话机发出中止话音信号时，交换机能随时发现并拆除连线。,电话通信网,2.电话通信网基本构成（1）用户终端（电话机）是电话通信网构成的基本要素，为通信用户所有者。（2）交换机电话通信网构成的核心部件，为通信服务部门所拥有。（3）通信信道电话通信网构成的主要部分，通信服务部门所拥有。（4）路由器及附属设备为电话通信网功能扩充或性能提高而配置。,电话通信网,3.电话通信网结构（1）本地电话网（本地网）在同一编号区范围内，由若干个端局（或由若干个端局和汇接局）及局间中继线、用户线和话机终端等组成的电话网。（2）长途电话网（长途网）（3）用户接入网本地交换机与用户终端间所实施的系统。,电话通信网,4.电话通信网的性能指标（1）话务量电信业务流量的简称，表示电信设备承受的负载量，也表示用户对电信需求的程度。（2）呼损率 是指损失的话务量与流入话务量之比。呼损率越小，成功话务量越大。,电话通信网,5.电话通信系统固定电话系统框图如图3-1所示。,返回,3.2 交换技术基础,通信的目的是实现任意时间、任意地点和任意用户间信息的传递;当用户数量增加，用户分布范围较广时，需在用户分布密集的中心安装交换设备，以完成任意两个用户间交换信息的任务。,返回,电信交换的作用,1.交换的引入 引入交换设备后，交换设备与所连接的用户终端设备以及传输线路一起，构成最简单的通信网。多个交换设备可构成实用的大型通信网。2.交换的基本功能交换系统的基本功能如图3-2所示。,电信交换的作用,接口功能:用户接口和中继接口,分别将用户线和中 继线终接到交换网络。连接功能:可实现任意入线和任意出线之间的连接（物理连接或虚拟连接）。控制功能:实现信息自动交换的保障;分为集中控制和分散控制方式。信令功能：使不同类型的终端设备、交换节点设备和传输设备协同运行。,返回,基本交换原理,1.交换节点的基本组成如图3-3所示。（1）交换网络用于提供用户通信接口之间的连接，交换结构与硬件，在控 制单元控制下完成连接的建立和释放过程。不同的交换方式中可有物理连接或逻辑连接。,基本交换原理,物理连接：指用户通信过程中，无论用户有无信息传送，交换网络始终按照预先分配的物理带宽资源保持其专用的接续通路。逻辑连接：只有在用户有信息传送时，才按需分配物理带宽资源，提供接续通路，因此逻辑连接也称为虚连接。,基本交换原理,（2）通信接口交换系统的通信接口一般分为用户接口和中继接口两类，通信接口技术主要由硬件来实现，不同类型的交换系统具有不同的通信接口。,基本交换原理,（3）信令单元电信交换必须利用信令实现任意用户之间的呼叫接续，完成交换功能。（4）控制单元交换系统在控制单元的控制下完成各种接续连接，目前控制系统主要采用计算机存储程序控制。,基本交换原理,2.交换节点中传送的信号（1）同步时分复用信号同步时分复用是指将时间划分为基本时间单位，l帧占用时长为125s。每帧分成若干个时隙，并按顺序编号，所有帧中编号相同的时隙将成为一个恒定速率的子信道，传递一个话路的信息。该信道也称为位置化信道，根据其在时间轴上的位置，可以区分不同的话路。如图3-4所示。,基本交换原理,（2）统计时分复用（异步时分复用）信号分组：把需要传送的信息分成很多小段。路由标记：每个分组前附加标志码，以标志所分发的输出端统计复用：将上述子信道合成为一个信道的复用器，并有一个存储器把接收到的信息按先后顺序分组发送。如图3-5所示。,返回,3.3 常用交换方式,交换技术通常分为窄带交换和宽带交换。窄带交换指传输速率低于2 Mbit/s的交换，如电路交换和低速分组交换；宽带交换指传输速率高于2 Mbit/s的交换，如快速分组交换和ATM交换，以及在宽带IP网络中应用的IP交换、标记交换和光交换等新技术。,返回,电路交换,1.电路交换的基本过程从完成一次通话的连续过程来看，电话通信分为三个阶段：呼叫建立、通话、呼叫拆除。电路交换的基本过程与电话通信的过程相同，也包括连接建立、信息传送和连接拆除三个阶段，如图3-6所示。,电路交换,2.电路交换的特点面向连接的工作方式（物理连接）同步时分复用（固定分配带宽）时隙是信息传送的最小单位信息传送无差错控制信息具有透明性基于呼叫损失制的流量控制,返回,分组交换,分组交换采用存储转发的处理方式，将用户信息分成若干个小的数据单元传送，数据单元称分组（packet）或包，每个分组必须携带一个用于路由选择、流量控制、拥塞控制等地址和控制信息的分组头。,分组交换,1.分组交换的基本过程分组交换的思想来源于报文交换。两种交换过程的本质都是存储转发，但最小信息单位有所不同：分组交换为分组，而报文交换则是一个报文。由于以较小的分组为单位进行传输和交换，所以分组交换比报文交换的速度快。报文交换主要应用于公用电报网中。分组交换的基本过程如图3-7所示。,分组交换,2.分组交换工作方式 虚电路采用面向连接的工作方式，其通信过程与电路交换相似，具有连接建立、数据传送和连接拆除三个阶段：在用户数据传送前先建立端到端的虚连接；一旦虚连接建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚连接传送；通信结束时拆除该虚连接。虚连接也称为虚电路，即逻辑连接，其不同于电路交换中实际的物理连接，而是通过通信连接上的所有交换节点保存选路结果和路由连接关系来实现连接，因此是逻辑的连接。,分组交换,虚电路分为交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）：交换虚电路（SVC）：数据终端通信设备之间具有呼叫建立、数据传输和呼叫连接释放三个阶段的虚电路。永久虚电路（PVC）：由用户向电信管理部门申请，维护管理人员通过操作平台设置；在数据终端设备之间没有呼叫建立和释放两个阶段，可直接进入数据传输阶段，其效果如同网络向用户提供了一条专线。,分组交换,（2）数据报方式数据报的处理过程与报文处理类似，采用无连接工作方式，在呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边选路，并且各个分组依据分组头中的目的地址独立地进行选路，每一个分组都当作独立的报文来处理。,分组交换,数据报方式的特点为：不需要建立源到目的之间的连接而直接发送分组；分组沿不同路径传送；发送分组与接收分组顺序不一致。,分组交换,3.面向连接和无连接方式的比较（1）面向连接方式的特点通信过程都可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连接拆除。一旦连接建立，通信的所有信息均沿着该连接路径传送，且保证发送信息顺序与接收信息顺序一致。信息传送的时延比无连接工作方式的时延小。对网络故障敏感，一旦建立的连接出现故障，信息传送就会中断，必须重新建立连接。,分组交换,（2）无连接方式的特点无连接方式中同时选路与传送信息，没有连接建立过程。属于同一个通信的信息沿不同路径到达目的地，该路径无法预知，信息发送与接收顺序不一致。采用存储转发方式，引入了较大时延，信息传送的时延比面向连接方式大。对网络故障不敏感。,分组交换,4.分组交换的特点分组是信息传送的最小单位。面向连接（逻辑连接）和无连接两种工作方式。采用动态统计时分复用，按需动态分配带宽。信息传送有差错控制。信息传送不具有透明性。基于呼叫延迟制的流量控制。,返回,帧中继,帧中继（Frame Relay，FR）是一种新型的传送网络，采用动态分配传输带宽和可变长的帧的快速分组技术，可处理突发性信息和可变长度帧的信息，非常适用于局域网互联。数据信号在网络上的传输或交换都基于OSI网络模型的第二 层（即数据链路层或帧层），故称为帧中继。与分组交换不同，帧中继的信息传送最小单位为帧，信息与 信令传送信息则是分离的。,帧中继,在帧中继通信中，局域网（LAN）分组通过路由器接入公共通信网。帧中继通过分组节点间的重发、流量控制来纠正差错和防止拥塞，将分组交换网内的处理移到网外端系统中来实现，从而简化了节点的处理过程，缩短了处理时间，有效地利用了高速数字传输信道。帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，具有吞吐量高、延迟低和适于突发性业务等特点。,返回,ATM交换,1.ATM的基本概念 ATM采用异步时分复用方式，实现了动态分配带宽，可适应任意速率的业务；固定长度的信元和简化的信头，使快速交换和简化协议处理成为可能，极大地提高了网络的传输处理能力，使实时业务应用成为可能。ATM可以实现高速、高吞吐量和高服务质量的信息交换，提供灵活的带宽分配，适应从低速率到高速率的宽带业务的交换要求，具有高效的网络运营效率交换和复用技术。,ATM交换,2.ATM交换的技术特点固定长度的信元和简化的信头采用了异步时分复用方式（如图3-8所示）采用了面向连接的工作方式技术复杂,返回,交换技术的发展,1.IP交换 IP交换指IP与ATM融合的技术，即IP over ATM。IP over ATM 中常采用：IP交换 标记交换 多协议标记交换（MPLS）等,交换技术的发展,2.光交换 基于光信号的交换。在整个光交换过程中，信号始终以光的形式存在，在进、出交换机时不需要进行光电转换或者电光转换，从而大大地提高了网络信息的传送和处理能力。,交换技术的发展,3.软交换广义的NGN泛指大量采用新技术，不同于目前一代的支持语音、数据和多媒体业务的融合网络。狭义的NGN特指以软交换为核心、光传送网为基础，多网融合的开放体系架构。现阶段所述的NGN通常是指狭义的基于软交换的NGN。,交换技术的发展,软交换是下一代网络的控制功能实体，其独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力，是下一代网络呼叫与控制的核心。软交换的核心思想是业务控制与传送接入相分离。,返回,3.4 数字程控交换,采用计算机软件控制交换的交换机，即存储程序控制的交换机称为程控交换机。我国的程控交换技术和产业已经跻身于世界先进的行列。程控数字交换机是最常用的电路交换系统，其直接交换数字化的话音信号，只有正反两个方向的交换被同时建立，才能完成数字话音信号交换。实现该功能需依靠数字交换设备。,返回,数字交换网络,1.数字交换功能数字交换也称为时隙交换，其实质是把PCM系统有关的时隙内容在时间位置上进行搬移。数字交换设备应该具有以下交换功能：同一条PCM复用总线的不同时隙之间进行交换；在不同PCM复用总线的同一时隙之间进行交换；在不同PCM复用总线的不同时隙之间进行交换。,数字交换网络,2.程控电话交换的接续过程 主叫摘机，识别主叫、向主叫送拨号音；接收主叫拨号脉冲；分析号码，确定是局内接续还是出局接续；测试被叫状态：若闲，向被叫送振铃并向主叫送回铃音；若忙，则向主叫送忙音；被叫应答，完成通话接续；话终拆线。,数字交换网络,3.数字交换单元 交换网络由一组入线、一组出线、控制端口以及状态端口4部分组成。交换单元最基本的特性是连接特性，反映出交换单元从入线到出线的连接能力，其外部特性可用容量、接口、功能、质量等指标来描述。,数字交换网络,交换单元分为空间（空分）交换单元和时分交换单元。时分交换：在一条电路任意两个时隙之间进行的交换，由时间（T）型接线器或数字交换单元（DSE）完成。空分交换：在两条电路上的相同时隙之间进行的交换，由开关阵列或空间（S）型接线器完成。,数字交换网络,4.交换网络（1）CLOS网络（2）TST网络 TST型数字交换网络由两级T接线器和一级S接线器构成，典型的TST交换网络的结构如图3-9所示。（3）DSN网络（4）banyan网络,返回,数字程控交换机的组成,数字程控交换机的基本结构如图3-10所示。数字程控交换机包括硬件和软件两大部分。程控交换机的硬件结构又可分为话路系统和控制系统两部分，软件部分主要是指存放在存储器中的数据和程序。话路系统：包括用户电路、用户集线器、远端用户集线器，以及数字交换网络构成的数字选组级和各种中继接口；控制系统：由各个微处理机和交换软件模块组成。,数字程控交换机的组成,1.话路系统（1）用户电路B（用户话机馈电）：馈电电压在我国规定为 60V、国外设备多为 48V；O（过压保护）：防止高压进入数字交换网络，使用户内线电压保持在规定数值；R（振铃控制）：在用户电路配置振铃继电器，由软件控制铃流回路的通断；S（监视）：通过监视用户线回路的通断状态检测用户摘挂机、拨号等状态；,数字程控交换机的组成,C（编译码和滤波）：语音信号的模数转换并滤除语音频带以外的频率成分；H（二线四线转换）：模拟用户线为二线，收发共用；模拟语音信号经过用户电路转换为数字信号，发送方向为二线，接收方向也为二线，使数字信号发送接收分开；T（测试）：提供一组测试开关，供测试用户内线和用户外线使用。,数字程控交换机的组成,（2）用户集线器可将一群用户的话务集中，通过较少的链路接到数字交换网络，以提高链路利用率。（3）数字交换网络提供连接和数字语音信号的交换功能。（4）中继接口数字电话交换系统与其他交换系统联网的接口设备。,数字程控交换机的组成,2.控制系统 控制软件采用分层模块化结构，可划分为三部分：操作系统呼叫处理维护管理,数字程控交换机的组成,3.软件系统运行软件系统：指运行呼叫处理、管理和维护等工作所需的程序和数据，是在线运行的。在线程序是交换机中运行使用的、对交换系统各种业务进行处理的软件总和。支持软件（即支援软件）系统：在编写和调试程序时为提高效率而使用的程序，是脱机运行的，指编译程序、模拟程序和连接编辑程序等。如图3-11所示。,返回,信令系统,信令是指通信系统中的控制指令，信令系统在通信网中起着指挥、联络、协调的作用。1.电话接续基本信令流程图3-12示出了两个用户通过两个端局进行电话接续的基本信令流程。,信令系统,2.信令的基本类型（1）按信令传输方式分类 随路信令：指使用话音信道传送各种信令，即信令和话音在同一条通路中传送。随路信令系统示意图如图3-13 所示。,信令系统,公共信道信令（共路信令）：指传送信令的通道和传送话音的通道在逻辑上或物理上完全分开，有单独传送信令的通道，在一条双向信令通道上，可传送上千条电路信令消息。共路信令系统示意图如图3-14 所示。,信令系统,（2）按信令的功能分类监视信令选择信令（地址信令）音信令维护管理信令,信令系统,（3）按信令的传送区域分类用户线信令局间信令,信令系统,（4）按信令的传送方向分类前向信令后向信令,信令系统,3.No.7信令系统（1）No.7信令系统结构No.7信令系统属于局间计算机的数据通信系统。计算机间数据通信系统采用开放系统互连（OSI）参考模型描述，故No.7系统功能结构描述也参照OSI参考模型，采用分层格式。No.7信令系统从功能上可以划分为两部分：公用的消息传递部分；适用于不同用户而各自独立的用户部分。No.7信令系统结构如图3-15所示。,信令系统,（2）No.7信令系统的主要应用：传送电话网的局间信令；传送电路交换数据网的局间信令；传送综合业务数字网的局间信令；在各种运行、管理和维护中心传递有关信息；传送移动通信网中与用户移动有关的控制信息；在业务交换点和业务控制点间传送各种数据信息；支持各种类型的智能业务。,信令系统,4.No.7 信令网 信令网实际上是一个载送各种信息的数据传送系统，是一个专用的数据通信网。No.7信令网是现代通信网的三大支撑网（数字同步网、No.7 信令网、电信管理网）之一，是通信网向综合化、智能化发展的基础。（1）No.7信令网组成,信令系统,信令点（SP）：在信令网内能提供共路信令消息的节点；信令转接点（STP）：其作用是把一条信令链路收到的消息，转发到另一条信令链路；信令链路：是连接各个信令点以传送信令消息的物理链路，可以是数字通路或高质量的模拟通路，可以是有线的或无线的传输媒介。,信令系统,（2）No.7信令网的功能电话网的局间信令电路交换的数据网局间信令ISDN网的局间信令智能网的信令网,返回,3.5 综合业务数字网,N-ISDN 是IDN演变而成的通信网，能够提供端到端的数字连接，能够支持包括话音与非话音在内的多种用途的电信业务，为用户接入网内提供一组有限的标准化多用途用户的网络接口。,返回,3.5.1 窄带综合业务数字网（N-ISDN）,1.N-ISDN的组成ISDN的主要组成部分是用户网络接口、原有的电话用户环路和交换终端（ET）。ISDN的组成与功能如图3-16所示。,窄带综合业务数字网（N-ISDN）,2.N-ISDN的接口标准基本速率接口2B+D：基本速率接口是在一对电话线上同时提供两个64 kbits的B通道和一个16 kbits的D通道。基群速率接口：基群速率接口为1.544 Mbit/s（23B+D）和2.048 Mbit/s（30B+D）接口。,窄带综合业务数字网（N-ISDN）,3.N-ISDN的局限性N-ISDN主要业务仍是64 kbits电路交换业务，该业务对技术发展的适应性很差。N-ISDN虽然也综合了分组交换业务，但是这种综合仅在用户接入接口上实现，在网络内部仍由分开的电路交换和分组交换实体来提供不同的业务，因而是不完全的综合。,返回,宽带综合业务数字网（B-ISDN）,B-ISDN与N-ISDN不同：N-ISDN支持速率低于2 Mbit/s的业务，传递方式和媒介以准同步数字系列（PDH）和双绞线为基础。B-ISDN支持速率高于1.5Mbit/s的业务，传送方式以异步传送模式（ATM）、同步数字系列（SDH）通过光缆媒介传输为基础。,返回,3.6 智能网,信息社会的发展使得电信市场的竞争日益激烈，网络运营者需要更快地推出新业务，并减少新业务对交换机生产厂家的依赖，更加经济有效地利用对网络的投资。智能网是能快速、方便、经济、有效地提供多种信息业务服务的通信网络,返回,智能网概述,1.智能网的基本概念智能网仅仅是一种“业务网”（并无一般的“智能”含义），其在原有的通信网的基础上，为快速提供新的业务而设置一些网络功能部件；原有的交换机只完成基本的接续功能；将网络的业务呼叫交换功能与业务控制功能从信息传输与交换网中分离出来，实行集中业务控制。智能网的目的是提高通信网开发业务的能力。,智能网概述,2.智能网的特点 业务交换与业务控制相分离 业务生成独立于业务运行环境 网络功能模块化接口独立于业务与现有网络兼容 多方参与业务生成业务直接提供给用户,智能网概述,智能网的基本组成包括：业务交换点（SSP）、业务控制点（SCP）、信令转接点（STP）、智能外设（IP）、业务扩展系统（SMS）、业务生成环境（SCE）等。智能网的总体结构如图3-17所示。,返回,智能网业务,为便于智能网提供、生成和管理业务，国际电信联盟（ITU-T）颁布并且定义了不同阶段的智能网能力集：智能网能力集1（IN CS-1）智能网能力集2（IN CS-2）智能网能力集3（IN CS-3）智能网能力集4（IN CS-4）,返回,电话通信网,图3-1 固定电话系统框图,返回,电信交换的作用,图3-2 通信交换系统的基本功能,返回,基本交换原理,图3-3 交换节点的基本组成,返回,基本交换原理,图3-4 同步时分复用的基本原理,返回,基本交换原理,图3-5 统计时分复用的基本原理,返回,电路交换,图3-6 电路交换的基本过程,返回,分组交换,图3-7 分组交换的基本过程,返回,ATM交换,图3-8 异步时分复用与同步时分复用的区别,返回,数字交换网络,图3-9 典型的TST交换网络的结构,返回,数字程控交换机的组成,图3-10 数字程控交换机硬件的基本结构,返回,数字程控交换机的组成,图3-11 程控交换机的软件系统,返回,信令系统,图3-12 电话接续的基本信令流程,返回,信令系统,图3-13 随路信令系统示意图,返回,信令系统,图3-14 共路信令系统示意图,返回,信令系统,图3-15 No.7信令系统结构,返回,综合业务数字网,图3-16 ISDN的组成与功能,返回,智能网概述,图3-17 智能网的总体结构,返回,