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1、现代交代交换原理原理目目录第第1章章 交交换技技术概概论第第2章章 电话通信网通信网第第3章章 数字程控交数字程控交换技技术第第4章章 信令系信令系统第第5章章 移移动交交换技技术第第6章章 数据交数据交换技技术第第7章章 NGN与与软交交换技技术第第8章章 光交光交换技技术第1章交换技术概论1.1交换的基本概念通信通信 从从发送方送方 向向 接收方接收方 传递消息，消息，目的目的 获取信息。取信息。电信系信系统中，信息是以中，信息是以电信号信号的形式承的形式承载的。的。一个一个电信系信系统至少至少应由由终端和端和传输媒介媒介组成，如成，如图1.1所示。所示。终端将含有信息的消息，如端将含有信
2、息的消息，如话音、音、图片、片、视频等等转换成可在成可在传输介介质里里传输的的电信号，同信号，同时将来将来自自传输媒介的媒介的电信号信号还原成原始消息；原成原始消息；传输媒介媒介则把把电信号从一个地方信号从一个地方传送到另一个地方，送到另一个地方，这种种仅涉及两个涉及两个终端的通信方式称端的通信方式称为点点对点通信。点通信。多个终端时当存在多个当存在多个终端，且希望它端，且希望它们中的任何两中的任何两个用个用户都可以都可以进行点行点对点的通信点的通信时，最直，最直接的方法是把所有接的方法是把所有终端两两相端两两相连，如，如图1.2所示。所示。这样的一种的一种连接方式称接方式称为全互全互连式，式
3、，但但这种方式存在以下种方式存在以下问题：1.当存在当存在N个个终端端时需要需要线对数数为N(N-1)/2，线对数量随数量随终端数的平方增加。端数的平方增加。2.当当这些些终端分端分别位于相距很位于相距很远的两地的两地时，两地，两地间需要大量的需要大量的长途途线路。路。3.每个每个终端都有端都有N-1对线与其它与其它终端相接，因而每端相接，因而每个个终端需要端需要N-1个个线路接口。路接口。4.增加第增加第N+1个个终端端时，必，必须增增设N对线路路。当用户数量增多时，为了解决这些问题，可以在用户分布密集的中心安装一个设备，把每个用户的电话机或其他终端设备都连接在这个设备上交交换（switch
4、ing），即接），即接续，就是在通信的源和，就是在通信的源和目的之目的之间建立通信信道，建立通信信道，实现信息信息传送的送的过程。程。是不是中国所有是不是中国所有的的电话用用户都都连接在一个交接在一个交换机机上？在中国上？在中国难道道只有一个交只有一个交换机机存在存在吗通信网中涉及到了以下几个基本概念（1）市）市话交交换机机（2）汇接交接交换机机（3）中）中继线（4）用）用户线1.2电话机的基本组成及工作原理1.通通话设备：分为送话器和受话器，即话筒筒和听筒听筒，主要完成声电转换。2.信号信号设备：分为发信设备和受信设备。发信设备一般采用双音多频（DualToneMultiFrequency）
5、方式，它用高、低两用高、低两个不同的个不同的频率来代表一个率来代表一个拨号数字号数字，DTMF的号码表示方法如表1.1所示。受信设备完成信号的接收，现在一般采用电子振铃器，振铃电流是9015V，253Hz。3.叉簧：叉簧：完成外外线与振与振铃电路与通路与通话电路路的转换，国标规定叉簧寿命为20万次以上。电话交换机的发展共共电式人工交式人工交换机机它取消了用户电话机里的电源（指电池和手摇发电机），由电话局统一供电，所以叫做“共电式”。人工交换机的缺点是接续速度慢，工作量大、易出差错，迫使人们寻求自动接续方式。电子式自子式自动交交换机机阶段段/程控交程控交换机机程控程控交交换换机机，是，是计算机按
6、算机按预先先编制的程序制的程序控制接控制接续的自的自动交交换机，全称存机，全称存储程序控程序控制交制交换机。机。1.空分程控交空分程控交换机机 1965年，美国年，美国贝尔实验室室的第一部的第一部存存储程序程序控制控制的空分交的空分交换机机问世。世。空分空分就是用就是用户在打在打电话时要占用一要占用一对线路，也就是要占用一个空路，也就是要占用一个空间位置，位置，一直到打完一直到打完电话为止。止。过去机去机电式的交式的交换机都是机都是空分方式的。空分方式的。2.时分数字程控交分数字程控交换机机 标志着交志着交换技技术从从传统的模的模拟交交换进入数字交入数字交换时代代数字程控交数字程控交换机的特点
7、是将程控、机的特点是将程控、时分、分、数字技数字技术融合在一起，由于程控融合在一起，由于程控优于布控，于布控，时分分优于空分，数字于空分，数字优于模于模拟，所以数字，所以数字程控交程控交换机相机相对于以前的其它制式交于以前的其它制式交换机机有以下有以下许多多优点：点：体体积小，耗小，耗电省；省；通通话质量高；量高；便于保密；便于保密；方便提供多种新方便提供多种新业务；维护方便，可靠性高；方便，可靠性高；灵活性好，适灵活性好，适应性性强；可以采用公共信令。可以采用公共信令。1.3.4软交换技术 在在传统的交的交换网网络中，当需要增加新中，当需要增加新业务时，需要，需要对网网络中相关的交中相关的交
8、换机和其信机和其信令系令系统进行改造，行改造，业务提供周期提供周期长且成本且成本高。而高。而软交交换技技术提供了一种提供了一种全开放的体全开放的体系架构系架构，它将，它将业务层与呼叫控制分离与呼叫控制分离，更，更利于提供利于提供各种新各种新业务。1.4主要的交换方式所谓交交换方式方式是指交换节点为完成其交完成其交换功能功能所采用的互通技术。现代通信网中常用的交换方式从交换的思想和根本方式上来区分，可分为电路交换和分组交换方式1.4.1电路交换所所谓电路路，可以是一，可以是一对铜线、一个、一个频段，段，或者是或者是时分复用分复用电路上一个路上一个时隙，它是承隙，它是承载用用户信息的物理信息的物理
9、层媒媒质。电路交路交换就是就是在通信的两个在通信的两个终端之端之间建立一条建立一条专用用传输通道，完成通信双方信息交通道，完成通信双方信息交换的方式。的方式。以以电路路为单位。位。针对语音通信的音通信的这个基本要求，个基本要求，电路交路交换采用采用面面向向连接的、独占接的、独占电路路的方式来的方式来满足足实时性的要求。性的要求。电路交路交换主要包括主要包括建立建立连接、通信和接、通信和释放放连接接三三个个过程，建立程，建立连接接阶段是根据用段是根据用户所所拨的的电话号号码，由交，由交换机机负责连接一条接一条电路，在通路，在通话阶段段该电路由路由该用用户独占，即使他独占，即使他们不不讲话，不，不
10、传输信信息，息，该电路也不能分配路也不能分配给其他用其他用户使用，其示意使用，其示意图如如图1.10所示。所示。电路交路交换主要主要优点点（1）信息）信息传输延延迟时间小（小（对于一次于一次连接来接来说，传输延延迟是是固定固定不不变的）。的）。（2）交）交换机机对用用户的数据信息不的数据信息不进行存行存储、分析、分析和和处理，交理，交换机在机在处理方面的理方面的开开销小小，对用用户的的数据信息不需要附加数据信息不需要附加许多用于控制的信息，多用于控制的信息，传输效率高。效率高。（3）信息的）信息的编码方法和信息格式不受限制，即可方法和信息格式不受限制，即可在用在用户间提供提供“透明透明”的的传
11、输。电路交换的缺点（1）电路的接路的接续时间较长。当。当传输较短信息短信息时，建立，建立电路和路和电路路释放放时间较长，传送不送不经济。（2）电路交路交换为用用户分配分配固定位置固定位置、恒定、恒定带宽的的电路。路。话路接通后，即使无信息路接通后，即使无信息传送，也要占用通信送，也要占用通信电路，路，空空闲照照样付付费，因此，因此电路路利用率低利用率低。（3）通信双方在信息通信双方在信息传输、编码格式、同步方式、格式、同步方式、通信通信协议等方面要完全兼容，等方面要完全兼容，这就就限制限制了各种不同速了各种不同速率、不同代率、不同代码格式、不同通信格式、不同通信协议的用的用户终端直接的端直接的
12、互通。互通。（4）有）有呼呼损，即可能出，即可能出现由于由于对方用方用户终端端设备忙或忙或交交换网网负载过重而呼叫不通。重而呼叫不通。（5）物理）物理连接的任何部分接的任何部分发生生故障故障都会引起通信的中都会引起通信的中断。断。优点 灵活性灵活性强,各分各分组可通可通过不同路径不同路径传输。转发延延时小小适用于交互式通信。适用于交互式通信。某个分某个分组出出错可以可以仅重重发出出错的分的分组效率高效率高。以以分分组为单位，位，节省存省存储空空间，降低，降低费用。用。虚电路方式所所谓虚虚电路是指两个用路是指两个用户在在进行通信之前行通信之前要通要通过网网络建立建立逻辑上的上的连接。一次通信接。
13、一次通信具有具有呼叫建立呼叫建立、数据数据传输和和呼叫清除呼叫清除三个三个阶段。分段。分组按已建立的路径按已建立的路径顺序通序通过网网络，在在预先建好的路径上的每个先建好的路径上的每个节点都知道把点都知道把这些分些分组引引导到哪里去，不再需要路由到哪里去，不再需要路由选择判定。判定。这种方式分种方式分组的的顺序容易保序容易保证，分分组传输时延比数据延比数据报小，而且不容易小，而且不容易产生数据分生数据分组的的丢失，它是一种面向失，它是一种面向连接的接的交交换方式。虚方式。虚电路方式又分路方式又分为永久虚永久虚电路路和交和交换虚虚电路。路。数据报方式数据数据报方式方式是独立地是独立地传送每一个数
14、据分送每一个数据分组。每一个数据分每一个数据分组都包含都包含终点地址的信息点地址的信息，每一个每一个节点都要点都要为每一个分每一个分组独立地独立地选择路由，因此，一份路由，因此，一份报文包含的不同分文包含的不同分组可可能沿着不同的路径到达能沿着不同的路径到达终点。点。数据数据报方式方式在用在用户通信通信时不需要有呼叫建不需要有呼叫建立和立和释放放阶段，段，对短短报文文传输效率比效率比较高，高，对网网络故障的适故障的适应能力能力较强，但属于同一，但属于同一报文的多个分文的多个分组独立独立选路，故不能保路，故不能保证分分组按序到达，因此目的站点需要按分按序到达，因此目的站点需要按分组编号重新排序和
15、号重新排序和组装。装。本章小节本章主要讲解了交换技术的基础和基本概念。从交换的基本概念开始先解释在通信网络中为什么需要交换机，然后讲解了电话机的基本组成和工作原理，在此基础上讲解了电话交换机的发展历程，最后从技术角度讲述了目前的一些主要交换方式。习题一、填空一、填空题1电话通信网的三要素是交换、传输和终端。2电话机的基本组成部分有通话、信号、和转换设备。3第一台自动电话交换机是由史端乔发明的。4.目前在各种通信网中所采用的交换方式有电路和分组。在电话通信网中一般采用的是电路方式，而在数据通信网中更多的是采用分组方式。5.分组交换网中在处理分组流时有两种方法，即数据报交换和虚电路。6.分组交换其
16、特点是采用（同步/统计）时分复用；带宽固定/可变）、资源利用率（高/低）；其缺点是传输时延（大/小）。二、二、选择题1.人类用电来传递信息最早的是（）。A电话B电报C收音机D电视2.N个终端采用全互连方式组成的通信网，需要（）。AN（N-1）/2条线路BN-1条线路CN条线路D2N条线路3.在需要通信的用户之间建立连接，通信完成后拆除连接的设备是（）。A终端B交换机C计算机D调制解调器4.本局呼叫通常是指主、被叫用户在（）。A.同一交换局B.不同的交换局C.通过转接的两个交换局D.本地网内的两用户5.在面向连接的网络中，每个分组的路由是在（）时确定的。A.建立电路连接B.建立虚电路C.中继节点转发D.形成分组6.在分组交换网中，信息在从源节点发送到目的节点过程中，中间节点要对分组（）。A.直接发送B.存储转发C.检查差错D.流量控制7.下列关于虚电路交换不正确的是（）。A各分组按发出顺序到达目的站节点B用户双方独占物理电路C永久虚电路没有虚电路呼叫建立阶段D属于存储转发交换三、三、简答答题1.什么叫用户线？什么叫中继线？2.电话交换机的四种基本接续功能是什么？3.分组交换与电路交换在交换思想上有什么本质的区别？二者各有哪些特点？