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1、第二章第二章 电路交换技术电路交换技术2.4 2.4 数字交换网络数字交换网络2.4 数字交换网络n数字程控电路交换机，用户信号以8bit的字节流表示，125us为一帧，时分复用接入数字交换网络单元。n数字交换网络的作用，完成用户数字信号的时隙交换，通过交换通信双方所占时隙号来实现信息互通。n数字交换网络，可采用共享存储器方式、公共时分总线方式实现电路接续交换。2.4.1 基本交换单元n1.共享存储器型时分交换单元共享存储器型时分交换单元n多个用户的数字话音信号以串行时分复用总线方式接到交换单元，各个用户占用固定的时隙。n交换单元，按一定规律将流入的数据以时隙为单位存放在公共存储器的单元中，随
2、后再按照交换的需要分时从指定单元读出数据，并送给相关用户（时隙）。n电路交换为同步操作模式，各用户数据信号以125us时间间隔周期地被写入和读出。1.共享存储器型时分交换单元共享存储器型时分交换单元 这是一个顺序写入控制读出这是一个顺序写入控制读出结构，时序电路按总线序号结构，时序电路按总线序号将同一时隙各总线上的数据将同一时隙各总线上的数据并行写入到相邻的对应存储并行写入到相邻的对应存储单元中。单元中。控制存储器内容写入由处理机按控制存储器内容写入由处理机按照连接需求操作，单元号对应数照连接需求操作，单元号对应数据接收方时隙序号，内容指示发据接收方时隙序号，内容指示发方时隙序号。控存读出由时
3、钟顺方时隙序号。控存读出由时钟顺序控制。序控制。1.共享存储器型时分交换单元共享存储器型时分交换单元 这是一个控制写入、顺序这是一个控制写入、顺序读出方式交换单元结构，读出方式交换单元结构，话音存储器的写入地址由话音存储器的写入地址由控制存储器提供，话音数控制存储器提供，话音数据读出采用时钟顺序计数据读出采用时钟顺序计数方式。方式。2.空分型交换单元空分型交换单元 由空分选择开关和控制存储器组成，输入控由空分选择开关和控制存储器组成，输入控制方式的选择开关为一选多（译码器），控制方式的选择开关为一选多（译码器），控制存储器按入线配置，内容指明在对应单元制存储器按入线配置，内容指明在对应单元号的
4、时隙期间打开通往对应出线的开关。号的时隙期间打开通往对应出线的开关。2.空分型交换单元空分型交换单元 同样由空分选择开关和控制存储器组成，输同样由空分选择开关和控制存储器组成，输出控制方式的选择开关为多选一（选通器），出控制方式的选择开关为多选一（选通器），控制存储器按出线配置，内容指明在对应单控制存储器按出线配置，内容指明在对应单元号的时隙期间选择对应入线接通出线。元号的时隙期间选择对应入线接通出线。空分型交换单元只能完成不同总线之间同空分型交换单元只能完成不同总线之间同一时隙的数据交换，交换过程中不改变数一时隙的数据交换，交换过程中不改变数据原占用的时隙，不能单独使用，作用是据原占用的时隙
5、，不能单独使用，作用是和时分交换单元配合以构成更大容量的数和时分交换单元配合以构成更大容量的数字交换网络。字交换网络。3.共享总线型时分交换单元共享总线型时分交换单元 16个交换端口在时钟操作下，分个交换端口在时钟操作下，分时将流入的时将流入的PCM数据和接收端口数据和接收端口标识放在总线上，与标识匹配的标识放在总线上，与标识匹配的端口接收数据、缓存，随后经端口接收数据、缓存，随后经TX转送给下一级。转送给下一级。DSE内部电路各模块作用内部电路各模块作用 缓存和时序转发缓存和时序转发接收本时隙数据接收本时隙数据的端口地址。的端口地址。缓存和时序转发缓存和时序转发接收本时隙数据接收本时隙数据的
6、信道地址。的信道地址。端口地址匹配比端口地址匹配比较，匹配时产生较，匹配时产生写信号将数据写写信号将数据写入数据入数据RAM。缓存数据，并缓存数据，并按时序操作输按时序操作输出数据。出数据。DSE的交换工作原理的交换工作原理 呼叫建立阶段，外围模块按接呼叫建立阶段，外围模块按接续要求产生通道选择字写入端续要求产生通道选择字写入端口口RAM和信道和信道RAM，这里，这里，端口端口3的的TS10上数据想交换到上数据想交换到端口端口9的的TS20。数据交换阶段，端口数据交换阶段，端口RAM和信道和信道RAM在时在时序操作下，自动将命令序操作下，自动将命令字按时序放在总线上。字按时序放在总线上。当收到
7、的端口地址数据与本端口当收到的端口地址数据与本端口号符合时，则产生写信号并按总号符合时，则产生写信号并按总线上的信道地址将数据写入到数线上的信道地址将数据写入到数据据RAM的对应单元。的对应单元。在时序操作下，在时序操作下，按序将各单元的按序将各单元的数据读出。数据读出。DSE命令字和数据表示格式nDSE采用每时隙16比特宽度的数据格式，在PCM总线上传送话音数据和交换控制命令。2.4.2 CLOS交换网络模型n大型交换系统可达几十万用户端口，通常最大交换单元电路只能提供几千个端口的交换容量，因此，必须按某种拓扑结构将多个交换单元组成更大容量的交换网络。n构建大型交换网络，须保证连接在网络上所
8、有终端都能两两互通，合理安排结构以避免内部阻塞，还要保证用最少的元件以使代价最低。n为解决大型网络的可靠性、可用性、低内部阻塞和低成本，通常利用数学方法来解决。1.1.多级交换网络多级交换网络n按照开关理论，电路交换单元看作多入和多出的开关阵列，作用是为某一入线选合适出口。n单个交换单元，容量受电子器件工作参数限制，并且内部控制复杂度随容量增大而急剧增加，较难实现更大容量。n大容量交换网络，通常将多个单元电路组合起来，形成多级互通的交换网络。1.1.多级交换网络多级交换网络n一个K级交换网络，其交换单元命名为第1、2、K级第0、1、m1单元，且满足：q所有入线都与第1级的不同交换单元连接；q所
9、有第1级单元都只与入线和第2级的不同单元连接；q所有第2级单元都只与第1级单元和第3级单元连接；q 依此类推，所有第K级交换单元都只与第K1级交换单元和出线连接。n则称其为多级交换网络，或K级交换网络。n一个交换网络的组织结构，可用拓扑图或连接函数进行表示。2.多级网络的内部阻塞n内部阻塞，由于网络的内部连接方式引起的入出线之间不能建立连接的情形，即某一出线为空闲状态却不能被连接。n在多级交换网络中，由于拓扑结构的不同安排，将会出现内部阻塞问题。2.多级网络的内部阻塞 第第1级级0号单元的号单元的0号入线与第号入线与第2级级0号单元号单元1号出线已号出线已建立连接，第建立连接，第2级级0号单元
10、其他出线空闲。号单元其他出线空闲。虽然第虽然第2级级0号单元其他出线空闲，但第号单元其他出线空闲，但第1级级0号单元号单元其他入线都不能与第其他入线都不能与第2级级0号单元其他出线建立连接，号单元其他出线建立连接，称这种情形为内部阻塞。称这种情形为内部阻塞。无阻塞网络n 严格无阻塞网络严格无阻塞网络。不管网络处于何种状态，只要连接的起点和终点空闲，任何时刻都可在网络中建立一个连接，且不影响网络中已建立的其他连接。n 可重排无阻塞网络可重排无阻塞网络。不管网络处于何种状态，只要连接的起点和终点空闲，任何时刻都可在网络中直接或者对已有连接重新选择路由来建立一个连接。n 广义无阻塞网络广义无阻塞网络
11、。指一给定的网络存在着固有阻塞的可能，但也有可能存在着一种精巧的选路方法，使得所有的阻塞均可避免，而不必重新安排网络中已建立起来的连接。3.CLOS网络网络 3.CLOS网络网络 是人们寻求使用元件最少、是人们寻求使用元件最少、又能满足阻塞要求，利用又能满足阻塞要求，利用多级结构构造更大容量交多级结构构造更大容量交换单元的结晶。换单元的结晶。CLOSCLOS于于19531953年在贝尔实验室年在贝尔实验室构造了这个构造了这个NNNN无阻塞交换无阻塞交换网络，网络，其交叉点数增长的速度其交叉点数增长的速度小于小于 。3级CLOS网络无阻塞条件nCLOS利用数学归纳法从n2开始验证，最坏情形，中间
12、级将会有(n1)2个交换单元被占用，中间级至少要有(n1)21个交换单元，即m2n1时可确保交换网络无阻塞。n对于C(m,n,r)的CLOS网络，如果m2 n1，则认为该网络是严格无阻塞的。n对于3级CLOS网络C(m,n,r)，当2n1mn时，则称作是可重排无阻塞网络。3级可重排无阻塞CLOS网络 欲作如下交换连接欲作如下交换连接 C1 C2 C3 C43级可重排无阻塞CLOS网络 假定如图已建立了连接假定如图已建立了连接C1和和C3，虽然出线端，虽然出线端2空闲，但不能建立连接空闲，但不能建立连接C2，产生内部阻塞。，产生内部阻塞。同样，同样，C4也不能建立。也不能建立。3级可重排无阻塞C
13、LOS网络 重排重排C1，可使网络，可使网络无内部阻塞。无内部阻塞。2.4.3 TST交换网络交换网络nTST网络是由时间接线器T和空间接线器S联合组成的一种CLOS型交换网络结构。n常用的有三级结构，是可重排无阻塞网络。为了做到严格无阻塞，可以增加中间级S的级数来解决(如TSST)。n图2.23表示一个典型TST网络模型结构。2.4.3 TST交换网络交换网络 TST交换网络电路结构交换网络电路结构 输入级输入级T接线器由接线器由32组组512单元的话音存储单元的话音存储器和控制存储器组成。器和控制存储器组成。输出级输出级T接线器也由接线器也由32组组512单元的话音存单元的话音存储器和控制
14、存储器组储器和控制存储器组成。成。中间中间S接线器由接线器由32组组空分开关和控制存储空分开关和控制存储器组成，每个控制存器组成，每个控制存储器有储器有512个单元。个单元。该该TST交换网络可完交换网络可完成成51232个时隙话路个时隙话路的交换连接。的交换连接。TST交换网络工作原理交换网络工作原理 以以a、b两用户双向交换为例，两用户双向交换为例，a用户用户占用占用0#PCM总线的时隙总线的时隙2，b占用占用31#PCM总线的时隙总线的时隙511，时隙分配，时隙分配由用户模块确定。由用户模块确定。这里这里TST网络的输入网络的输入T接线器采用顺接线器采用顺序写入控制读出方式，序写入控制读
15、出方式，输出输出T接线器接线器采用控制写入顺序读出方式，采用控制写入顺序读出方式，S接线器接线器采用输出控制方式。采用输出控制方式。TST交换网络电路结构交换网络电路结构 内部时隙内部时隙ITS由呼叫处理机按占用状由呼叫处理机按占用状态任意选择，为了方便处理，来往态任意选择，为了方便处理，来往方向方向ITS以差半帧方式选择。这里以差半帧方式选择。这里a-b选择选择ITS7。内部时隙选择了内部时隙选择了ITS7，初级，初级T为顺序写入控制读出方式，为顺序写入控制读出方式，那么，控存的那么，控存的7号单元应写号单元应写入入a输入话音数据的时隙号输入话音数据的时隙号2。S接线器采用输出配置，为接线器
16、采用输出配置，为了将了将0号号T接线器接线器ITS7的数的数据接续到据接续到31号号T接线器，接线器，因此须对因此须对CMC31的单元的单元7写入写入0。TST交换网络电路结构交换网络电路结构 输出输出T接线器采用控制写入接线器采用控制写入顺序输出方式，用户顺序输出方式，用户b占用占用511号时隙，因此须对号时隙，因此须对CM31的单元的单元7写入写入511。反向接续操作，反向接续操作，ITS相差半相差半帧，由于输入级帧，由于输入级T和输出级和输出级T采用互补的控制方式，因此采用互补的控制方式，因此控存内容一样，单元号相差控存内容一样，单元号相差256。双向接续完成。双向接续完成。2.4.4
17、DSN网络网络 采用多级多平面结构，入口采用多级多平面结构，入口级级DSE分为两部分分别连接分为两部分分别连接终端模块，热备用或负荷分终端模块，热备用或负荷分担，向上连接不同平面。担，向上连接不同平面。选组级采用多平面结构，最选组级采用多平面结构，最多多4个平面，热备用或负荷个平面，热备用或负荷分担，通路连接采用折叠返分担，通路连接采用折叠返回方式，链路为入出双向。回方式，链路为入出双向。各个各个DSE之间的连线按照已之间的连线按照已设计好的固定规律相连，例设计好的固定规律相连，例如，入口级到第如，入口级到第2级，端口级，端口号号8平面号，平面号，DSE号或号或DSE号号4第第2级端口号。级端
18、口号。DSN工作原理n建立连接时，首先由主叫终端模块处理机产生选择命令字，包括主被叫终端模块的网络地址A B C D和A B C D。n选择命令字经入口级进入DSN，DSN中各相关DSE按照命令字要求，将相关控制命令存入端口RAM和信道RAM的对应单元。n选择命令字经相关级指定建立接续通路，再从折返点到被叫模块自由选路。DSN工作原理nDSN的接续通路建立不必历经所有级。nDD，CC，BB，AA，B第1级DSE编号，主被叫终端连在同一第1级DSE上，折回点在第1级。nDD，CC，BB，表示主被叫经不同第1级DSE接到同一第2级DSE上，折回点在第2级。nDD，CC，表示主被叫通过不同的第1级、
19、第2级DSE连到同一第3级，折回点在第3级。nDD，D位不同，不管其他位如何，折回点在第4级，需在全网内建立通路。DSN工作原理 DSN地址地址D位不同，即主被位不同，即主被叫处于不同的组（叫处于不同的组（5和和10），），须全网接续。须全网接续。小结n电路交换网络，就是从物理层面上提供信号传送通路，可采用数字信号存储，或者选择读取的共享存储器方式，也可以利用时分总线适者自取方式。n时间接线器是数字交换技术的核心，可实现不同时隙、不同复用线之间的数据交换，受电子器件和模式限制，不能实现大容量交换。n空间接线器只完成不同总线同一时隙数据交换，不能单独使用，但和时间接线器联合使用，可构成大容量的交换网络。n多级互连是构成大容量交换网络的基本方法，其理论基础是CLOS模型。习题n2.12、2.14、2.16、2.17