交换网络解析课件.ppt
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1、1,二 交换网络,2,本章重点:,(1)网络结构 交换网络的构成和分类 多级网络 集中与扩张(2)数字接续原理 时间交换器(T交换器) 空间交换器(S交换器) 多级交换器(TST交换器),3,交换的基本功能是在任意的入线和出线之间建立连接。 在交换系统中完成这一基本功能的部件就是交换网络,它是交换系统的核心。交换网络是由若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成的。 交换单元是构成交换网络的最基本的部件。 交换网络有:空分、时分 数字、模拟,2.1 交换网络的构成和分类,4,交换单元的基本概念,入线,出线,控制端,状态端,M X N的交换单元,0,0,1,1,M-1,N-1,交换单元,5,
2、一个交换单元分为四个部分:输入端口,输出端口,控制端,状态端。,控制端用来控制交换单元的动作,可以通过控制端的控制来将交换单元的特定入线和出线连接起来,使信息从入线交换到出线而完成交换的功能。 状态端来描述交换单元内部状态。,6,7,交叉接点是构成交换通路的重要器件,它的性能和造价直接影响到交换机的性能和价格。在早期的机电式交换机中,交叉接点采用电磁器件 (如继电器) 。电子交换机的交叉接点用电子开关器件实现。交叉接点从功能上看 , 是一个连接开关 , 它有两种连接状态:通和断。,7,8,当n、m很大时,交点数很多如64644096个交点。 出、入线的节点由贵金属节点构成,金、银;在数字交换中
3、,交点数增加,意味着存储器的存取速度需很高。 造成交换机制作困难,成本提高,且不利于产品的系列化生产。 结论当容量提高时(超过50对线时),就不用单级而是采用若干个较小的交换器组成,构成多级。,使用中产生的问题:,9,例 设话源数为1000,所产生的话务量为112e,要求服务等级 (呼损率)为0.01,试设计满足要求的交换器。解:方法一 采用一个大型交换器。 根据题意,Em(112)=0.01 ,查表2.1得m=130,如图(a)。 方法二 采用两个小型交换器。 把话源分为两组,每组500个话源,话务量56e,服务等 级仍为0.01, 即Em(56)=0.01,再查表得m=70,如图(b)。,
4、9,10,两种方法的比较, 首先比较所需的交叉接点数: 方法一: 1000130130000 (个) 方法二: 2 500 7070000 (个) 显然,在同等服务质量条件下,方法二减少了 60000个交叉接点。 但方法二带来了两个问题: 1) 服务器的总数由130增加到了140,在话务量 不变的情况下,服务器的效率降低了。 2) 两组负载源无法相互享用对方的服务器。,解决以上两个问题的方法是采用多级交换网络。,10,11,例如:当N2000,话务量为200erl时,为达到0.01的服务等级,查表可得服务器的个数为M221,交换点数为2000X221=442000. 如果将输入的源分为两组,使
5、用两个交换器,每组1000个源,则每组输入的话务量为100erl,查表得服务器为117,可得交点数为2X1000X117234000,减少近一半。,12,多级网络可以扩大选择范围,大型交换机均采用多级网络结构。网络的结构形式多种多样,除了级数不同外,级间的连线方式也可能不同。 下图所示的两级网络,其第一级由 m 个 nn 交换器组成,第二级由 n 个 mm 交换器组成。可以看出,该网络是一个容量为nmnm的网络。,2.2 多级交换网络,12,13,1、两级交换网络,14,与单一的交换器相比,二级交换器有两点重要的不同:,(1)二级交换器的每一对出、入线的接续需要通过两个交点和一条级间链路,增加
6、了控制交点闭合和搜寻空闲路径的难度(2)在单一交换器中,只要有一对出、入线空闲,交换器便总可将两者接通。但在二级交换网络中,由于第一级的每一个交换器与第二级的每一个交换器之间仅存在一条链路,任何时刻在一对交换器之间只能有一对出、入线接通。,15,这种虽然出、入线空闲,但因交换网络级间链路被占用而无法接通的现象称为网络的内部阻塞。交换网络的级间链路称为网络的内部链接。 解决办法有两个: (1)增加级间链路 (2)构造三级无阻塞网络,16,下图给出一种内部有L条链路的两极网络,但带来的问题是第二级交换器的容量相应地增大为LmLm,给交换器的设计和制作带来困难。,重连接法,简化表示图,16,17,另
7、一种能有效降低网络内部阻塞率的方法是采用混合级。下图给出了一个带有混合级的三级网络。不难发现,这种网络中的第一级交换器和第三级交换器之间有n条链路可供选择。网络的任何一条入线经第一级交换后将有 n条出线,经第二级交换后有nm条出线,而经第三级后仍是nm条出线。为此,我们将前面两级称为发散级,第三级称为混合级。,采用混合级的三级网络,17,18,当网络的内部链路数达到一定数量时,可以完全消除内部阻塞。下图给出了一个三级无阻塞网络,这种网络又称为克劳斯 (Clos)网络。 如何判断网络无阻塞的?要看在最不利占用情况下,能否提供内部链路。,无阻塞网络,18,19,无阻塞网络的设计,当第一级有 m 个
8、交换器,每个交换器有 n 条入线,而第三级有 k个交换器,每个交换器有 j条出线时,一个三级无阻塞网络应满足: 第一级有 m 个 n(n+j-1) 交换器 第二级有 n+j-1 个 mk 交换器 第三级有 k 个 (n+j-1)j 交换器 上述原则可以推广到任意奇数级网络, 如果把三级Clos网络的第二级中的每一个交换器, 都用一个三级 Clos网络代替,就可以得到一个五级Clos网络。,19,20,三级网络无阻塞,21,2. 3 集中与扩张,每台话机的话务量比较小,所以每个终端没有必要专用交换网络的一条入线,实际的交换网络配合集中器和扩张器使用。 (1)集中器(用于用户的呼出) 入线数大于出
9、线数,集中比N/M 4:1 至 16:1,22,(2)扩张器(用于用户的呼入),入线数小于出线数 , 可以用较少的话路设备呼叫到大量用户中的任何一个用户,是集中器的反向运用。,23,具有集中和扩张的交换网络,24,由于电话用户线常采用2线传输(即收、发信号均通过一对双绞线传输),而数字交换网络仅能单向传输,每个话机接口需要连接集中器的入线和扩张器的出线各一条。 通常的做法是:如果接口的发送端连接了集中器的第i条入线,则接口的接收端必定连接扩张器的第i条出线,这种方法称为出入折叠。,25,2.4 数字时分交换网络,数字时分交换网络交换的是数字信号。 模拟信号首先要转换为数字信号然后才能进行交换。
10、 模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换或数字化, 而其反变换称为数模转换。模数转换有各种方式,最基本的有PCM和M两种。 PCM 即脉冲编码调制, 它是国际上最早出现的一种 模 数 转换方法 , 也是当前国际上普遍应用的一种方法。只有掌握了PCM的原理和同步时分复用的帧结构,才能进一步 理解数字时分交换器和多级数字时分交换网络的接续原理。 这里仅以话音信号为例说明模拟信号的 数字化过程及同步时分复用原理。,25,26,话音信号的数字化及同步时分复用,话音信号数字化过程包括 采样、量化和编码三个步骤。由于话音信号的能量主要集中在3003400Hz范围内,根据奈奎斯特采样定理, 确定话音信号的
11、采样频率为 8000Hz (样点间隔为125微秒) ,经采样后形成PAM信号。对每个样值依其幅度进行量化,并编码成一个8位二进制码字,便得到 PCM 基带信号。编码规则有 A 律和 律两种,A律在欧洲和中国得到普遍采用,律主要在北美和日本流行。 为了充分利用信道的带宽,常在传输前对PCM基带信号进行 多路复用,形成时分复用(TDM)PCM信号。,26,27,N路PCM基带信号时分复用过程的示意图,27,28,实用的PCM时分复用有两种体制,一种是由欧洲邮电管理协会(CEPT)制定的PCM30/32体制, 简称E1; 另一种是由贝尔(BELL)公司提出的PCM24体制,简称T1。前者在欧洲和中国
12、普遍采用, 后者主要应用于北美和日本。两种体制均被ITU-T(原CCITT)采纳为正式标准, 我们将以PCM30/32为例讨论数字时分交换网络。 PCM30/32 是由32路PCM基带信号复接形成的,称为PCM基群(或一次群),其中包括30路PCM话,一路同步和一路标志信号(信令)。,关于复用体制,28,29,PCM30/32基群的帧结构,29,30, 时隙 采样频率为8000Hz时,采样周期为125s。 PCM30/32 在125s内有32个时隙,一个时隙内传8位码,时隙宽度为125/32=3.9s,码元宽度488ns。 帧 125s内的32个时隙合成为一“帧”,16帧合成为一个“复帧”。复
13、帧周期是125s16=2ms。 在一帧的32个时隙中,TS0 用于传帧同步码, TS16传复帧同步码和标志信号,其余30个时隙 TS1TS15 和TS17TS31 传30路话。,重 要 概 念,30,31,传输速率 1路PCM基带信号的速率为: 80008=64kb/s 32路基带信号复接形成的PCM基群速率 为: 8000 832=2048kb/s=2.048Mb/s,32,在时分多路复用系统中,对一次群信号进一步实行多路复用,可依次得到二、三和四次群。对于PCM30/32系统来说,其基群速率为2.048Mb/s,二次群由四个基群复用而成, 速率为 8.448Mb/s,话路数为 430=12
14、0。下图给出了CCITT建议的等级制时分复用PCM系统的组成。,PCM高次群,32,33,数字交换器的设计常以一次群信号为基本单元,高次群的交换原理与一次群相同,只是交换器的速率和规模相应提高。可以把高次群分接为低次群,然后进行交换,也可以把低次群复接为高次群进行交换。我们将从一次群的基本交换单元入手,讨论接续原理。下表给出了PCM30/32系统的有关重要数据。,33,34,2.5 时分数字交换的概念,数字交换网络:完成时隙交换。 所谓时分数字交换是指各PCM系统的各个时隙中的数字信息交换,即时隙交换。,(1)只接一条复用线,TSi与TSj交换,35,(2)多条复用线,数字交换网络,a,b,c
15、,TS2,TS3,TS22,TS21,TS2,TS3,b,a,c,PCM1,PCMn,PCM1,PCM2,PCMn,输入,输出,36,设有n套PCM系统进入数字交换网络,应使任何一套PCM系统的任何一个话路时隙的8bit信息,通过交换网络而交换到其它PCM系统或本系统的任一时隙中去。,上图中PCM1 中的第2时隙(TS2)与PCMn中的TS3,PCM2 中TS3与PCM1 中的TS22,PCMn中的TS21与TS2之间实现了交换。,结论:若这两个时隙所对应的话路分别为两个用户占用,这就相当于建立了两个用户之间的话路,37,(1)TSi在每幀中要出现一次,所以只要两个用户间处于通 话状态,就必须
16、重复不断地在每幀中进行如上地时隙交 换。 (2)两个用户之间地通话是双向地,而PCM传输和数字 交换网络只能是单方向传送信息,故还必须建立另一个 方向的连接,即使得PCM输入端得TSj的信息交换到 PCM输出端的TSi中去。,注意:,38,(1)对一条复用进行时隙交换(2)在不同复用线之间进行(同一时隙)的交换。,若图中只有一套PCM系统,则仅完成在同一套PCM系统各个时隙之间的交换;若有多套,交换范围可扩大到各个PCM之间。因此,数字交换网络总起来说是完成时隙交换,具体实现时应具备下列基本功能 :,39,2.6 时分接线器(T交换器)和空分接线器(S交换器),为了实现在不同复用线之间的时隙交
17、换,数字交换网络通常由时分接线器和空分接线器组成。,(1)时分接线器(时间交换器)用来完成在复用线上时隙交换的基本功能。,(2)空分接线器(S交换器) 小容量的数字交换机可以仅仅由T接线器组成数字交换 网络,完成时隙的功能。 当容量很大时,不能无限制地增加在一条复用线上的时隙数,而要采用S接线器来来协同工作扩大交换范围,完成不同复用线之间在同一时隙下的交换功能。,40,在 PCM 时分复用一次群中, 每一路基带信号占用帧内的一个时隙,且在每帧中都将占有相同编号的时隙。因此这种时分复用是以周期性帧内的时隙位置来区分各路信号的。由于帧周期和时隙宽度都是严格固定的, 故称为同步时分复用。 PCM 一
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