1、第1章 概論,1.1 通信網與交換 1.2 通信交換的基本技術 1.3 交換技術分類,通信的目的：實現信息的傳遞與處理。 通信系統組成 1）終端。 2）傳輸媒介。 3）信息轉接設備。,1.1 通信網與交換,點對點通信系統： 通信網：,1.1 通信網與交換,例：多臺交換機組成的網絡,1.1 通信網與交換,對于上例，當網絡進一步擴大時，可將若干臺匯接交換機通過更高一級的匯接交換機連接，如此重復，最終形成一個樹形的等級制網絡。例如我國的公用電話網：,1.1 通信網與交換,在交換式通信網中，交換機是必不可少的信息轉接設備,其組成通常包括： 1）接口 2）互連網絡 3）控制系統 所涉及的基本技術包括：

2、1）接口技術 2）互連技術 3）信令技術 4）控制技術 上述技術也是交換式通信網絡中所涉及的一些典型技術,1.2 通信交換的基本技術,交換機一般都具有用戶接口和中繼接口，分別對應用戶線和中繼線。 主要作用： 1）一方面將來自終端或其它交換機的各種傳輸信號轉換成統一的交換機內部工作信號，并按信號的性質分別將予以規范化的信令傳送給控制模塊，將用戶消息傳送給互連網絡，以便控制模塊或互連網絡進行處理或接續 2）另一方面是將來自于交換機的信令或用戶消息轉換成適合用戶線或中繼線傳輸的信號并通過這些線路發送出去。 針對處理的信號性質、不同類型的交換機所具有的接口技術也不完全相同。,一、接口技術,1.2 通信

3、交換的基本技術,交換機一般都具有互連網絡（或稱交換網絡），任務是實現任一入線與任一出線之間信號的接續互連 。 互連技術主要包括： （1）拓撲結構 交換網絡都具有一定的拓撲結構。對于不同的交換機，其交換網絡的拓撲結構要依據交換方式、服務質量等因素來確定。拓撲結構可分為時分結構、空分結構、時空分混合結構等。 （2）選路策略 對于具有多級空分拓撲結構的交換網絡，一入端和一出端之間在該網絡內部可能存在多條并行通路，所以也需要為一個呼叫請求選擇一條合適的通路。,二、互連技術,1.2 通信交換的基本技術,（3）控制機理 控制機理是泛指完成選路完成后還必須對交換網絡進行的一些控制，以使交換網絡能正常而有效的

4、工作。 （4）阻塞特性 阻塞特性反映了在呼叫建立或用戶信息傳送時，由于交換網絡的擁塞而遭受損失的現象。 不同角度劃分： 1）連接阻塞和傳送阻塞. 2）有阻塞與無阻塞 其中，無阻塞交換網絡又可分為嚴格無阻塞、可重排無阻塞及廣義無阻塞三種網絡。 ,二、互連技術,1.2 通信交換的基本技術,任何通信網的正常通信都必須有信令來控制。在交換式通信網絡中，要使終端、交換機和傳輸系統協同運行，要實現任意用戶之間的呼叫連接并完成交換功能，以及要維持網絡本身的正常運行，都必須在信令的控制下有條不紊地進行。 信令過程是予以規范化的一系列協議。 針對各種不同的具體通信系統，可以有不同的信令過程及信令方式。 不同角度

5、劃分： 1）用戶信令與局間信令 2）隨路信令與共路信令 3）監視信令、地址信令和維護管理信令,三、信令技術,1.2 通信交換的基本技術,主要負責處理信令，按信令的要求控制交換網絡完成呼叫接續，通過接口發送必要的信令，協調整機工作以及參與管理整個通信網等。 互連功能、接口功能及信令功能都與控制功能有著密切關系 。 對于不同類型的交換機，其各有主要的控制技術。 處理機是交換機控制系統的重要組成成分。控制技術的實現與處理機的控制結構密切相關。對于處理機控制結構，需要考慮的一個重要因素是控制方式。集中控制和分散控制是兩種基本的控制方式。,四、控制技術,1.2 通信交換的基本技術,在通信網領域中出現了諸

6、多交換技術概念，可從不同角度進行分類： （1）交換機所接續的信號特點角度 1）模擬交換 2）數字交換 （2）交換機所接續信息的承載信號角度 1）電子交換 2）光交換 （3）傳輸通路角度 1）有線交換 2）移動交換,1.3 交換技術分類,（4）交換機內的信號接續角度 1）時分交換 2）空分交換 3）頻分/波分交換 4）混合交換 （5）交換機控制方式角度 人工控制交換自動控制交換。其中,自動控制交換方式又經歷從機電式自動交換向程控式自動交換發展的過程。機電式自動交換還可進一步大致細分為四個先后發展階段：步進式自動交換機機動制自動交換機全繼電器自動交換機縱橫制自動交換機。程控式自動交換又可分為模擬程

7、控交換和數字程控交換。,1.3 交換技術分類,（6）傳送模式角度 數據包交換操作所在的協議模型層次角度 1）二層交換 2）三層交換 3）四層交換 4）七層交換 ,1.3 交換技術分類,本章小結,本書將主要介紹一些典型或先進的交換技術，具體包括：電路交換、數字程控交換、分組交換和幀中繼、ATM交換、多層交換以及光交換。考慮到軟交換作為下一代網絡的核心技術，也將介紹軟件換技術。另外，鑒于交換網絡及信令技術是交換技術的核心組成，也將以獨立章節專門介紹該兩方面的內容。,第2章 交換網絡,2.1 信號復用方式 2.2 交換單元 2.3 點到點多級交換網絡 2.4 多點連接交換網絡,（1）頻分復用 將來自

8、于不同源端的信息調制在不同頻率的載波上，形成要發送的信號，然后將各信號合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進行傳輸。 主要用于模擬電信號，其使用的載波是電信號，對應的鏈路是電纜等電信號傳輸介質。 （2）波分復用 將來自于不同源端的信息調制在不同波長的載波上，形成要發送的信號，然后將各信號合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進行傳輸。 主要用于光信號，其使用的載波是光信號，對應的鏈路是光纖傳輸介質。,2.1 信號復用方式,（3）碼分復用 將來自于不同源端的信息分別用不同的偽隨機碼進行信息編碼，形成要發送的信號，然后將各信號合在一起并通過一條高帶寬的鏈路進行傳輸。在碼分復用系統中，接收端必須用同樣的偽隨機碼才

9、能正確解碼。 主要用于數字電信號和光信號。 （4）時分復用 采用時間分割的方法，將一條高速數字通道在時間軸分成若干個時隙間隔，來自于不同源端的信號在該通道的不同時隙間隔上傳輸 。 主要用于主要用于數字電信號和光信號 。 時分復用又可分為同步時分復用和統計時分復用。,2.1 信號復用方式,1）同步時分復用。將時間劃分為以幀為單位的等時間間隔，每幀再進一步劃分為等數量等間隔的時隙且對這些時隙按順序編號，所有幀中編號相同的時隙位置用于傳送來自于同一源端的信號，同步的含義在于時隙位置與源端信號是嚴格對應的，在一次通信建立后的交換過程中，時隙位置與源端信號對應關系一旦確立，其關系就保持固定不變。易見，知

10、道時隙位置，就可以知道該位置上的信號來自于哪個源端。,2.1 信號復用方式,2）異步時分復用（統計時分復用）。將時間劃分為若干個等間隔或不等間隔的時隙，每個時隙位置用于傳送來自于一個源端的信號，但信號與時隙位置沒有固定的對應關系。正是由于信號與時隙位置之間沒有固定對應關系這一原因，所以，不同于同步時分復用方式，統計時分復用方式中每個時隙位置上的信號都含有一個附加的標志頭，該標志頭信息用于標志該信號來自哪個源端以及用于轉接設備進行轉接處理，而同步復用方式無需添加標志頭。,本章后續部分將以時分復用電信號為對象，介紹一些典型的交換單元及交換網絡。,2.1 信號復用方式,交換單元的功能是在控制信號的作

11、用下在入線和出線之間為呼叫請求建立適當接續，將入線上的信息送到出線上去。 交換單元是交換網絡的基本組成元素。任何交換單元都可表示成下圖所示的等效示意。 上圖實際上也是任一交換網絡的示意圖。,2.2 交換控制單元,該類交換單元主要通過時隙互換來實現輸入線與輸出線上的復用信號交換，其本質思想是改變信號的時隙位置。 這種交換單元主要由信號緩存或延遲器件及控制信號器件組成。根據控制信號，緩存或延遲器件執行相應操作，從而實現信號時隙位置的改變，達到交換目的。 下面，針對時分復用電信號，介紹幾種典型的基于時分結構的交換單元。,一、基于時分結構的典型交換單元,2.2 交換控制單元,其主要部件是由控制信號所控

12、制的用戶信息存儲器，一般結構如下圖所示。 用戶信息存儲器被分為M個區域，用于存儲傳輸線上各時隙輸入信號。通過使用不同控制方式控制該存儲器的各時隙信號寫入和信號讀出來完成時隙轉換，即將輸入信號的時隙位置轉換成不同的輸出信號的時隙位置，從而實現交換接續功能。,一、基于時分結構的典型交換單元 1、共享存儲器型交換單元,2.2 交換控制單元,工作原理： 可以采用兩種控制方式之一進行交換工作，即： 1）輸入控制。用戶信息存儲器采用控制寫入和順序讀出，即在輸入端，各路輸入信號根據控制要求寫入用戶信息存儲器的相應區域，而在輸出端，該存儲器的信息從第一個區域到最后一個區域順序讀出。 2）輸出控制。用戶信息存儲

13、器采用順序寫入和控制讀出，即在輸入端，各路輸入信號順序寫入用戶信息存儲器的第一個區域到最后一個區域，而在輸出端，根據控制要求讀出該存儲器中相應區域的信息。 共享存儲器型交換單元可用于同步時分復用信號、統計時分復用信號，其具體實現方式不同。下面介紹一種典型的針對同步時分復用信號交換的共享存儲器型交換單元時間交換單元。,一、基于時分結構的典型交換單元 1、共享存儲器型交換單元,2.2 交換控制單元,時間交換單元（T交換單元或T接線器 ）。 主要應用于同步時分復用信號的交換。 由用戶信息存儲器、控制存儲器和計數器組成。用戶信息存儲器用于存儲用戶數據 ；控制存儲器用于存儲用戶信息存儲器的控制寫入或控制

14、讀出的地址；計數器用于控制用戶信息存儲器和控制存儲器的讀寫操作，為了保證同步操作，要求計數器的時鐘頻率與時隙頻率相等。 采用輸入控制和輸出控制兩種方式之一進行工作。,一、基于時分結構的典型交換單元 2、時間交換單元,2.2 交換控制單元,輸入控制。,一、基于時分結構的典型交換單元 2、時間交換單元,2.2 交換控制單元,輸出控制。,一、基于時分結構的典型交換單元 2、時間交換單元,2.2 交換控制單元,實現示例：CCITT的PCM話音一次群信號電路交換，采用輸出控制方式。,一、基于時分結構的典型交換單元 2、時間交換單元,2.2 交換控制單元,由入線控制部件，出線控制部件和總線組成，如下圖示。

15、入線控制部件負責接收入線信號并進行信號格式轉換，進行信息緩沖存儲，將緩沖信息在適當時刻送到總線上；出線控制部件負責從總線上檢測出屬于自己的信號并加以緩沖存儲，將緩沖信息進行格式轉換并由出線送出；總線通常由多條數據線和控制線組成，數據線負責在入線控制部件和出線控制部件之間傳送信號，控制線負責控制各入線控制部件獲得時隙和將信息發送到總線上以及控制出線控制部件讀取屬于自己的信息。,一、基于時分結構的典型交換單元 3、共享總線型交換單元,2.2 交換控制單元,工作原理：總線按一定規則給各入線控制部件分配時隙，各入線控制部件以同步或統計時分復用方式使用總線。當信號到達一入線控制部件的輸入端時，該部件進行

16、信號接收，對收到的信號進行格式轉換且將轉換后的信息放到輸入緩沖存儲器中，然后在總線分配給該部件的時隙上將緩沖信息發送到總線上去。與此同時，各出線控制部件處于監視總線上信息的狀態，當一出線控制部件檢測到總線上有屬于自己的信息時，該部件就提取這一信息并將其存入輸出緩沖存儲器中，然后對該緩沖信息進行格式轉換并從出線發送出去。 通常，最常使用的總線時隙分配規則是按順序把時隙分給各入線控制部件，而不考慮各入線控制部件是否有等待發送的信息。此分配規則簡單，但效率較低。為提高效率，可制定只在入線控制部件有待發送的信息時才給其分配時隙的規則。這樣可以有效利用總線資源，但由于其可能存在多個入線控制部件競爭總線資

17、源等問題，所以其控制比較復雜。,一、基于時分結構的典型交換單元 3、共享總線型交換單元,2.2 交換控制單元,主要用來實現多個輸入線與多個輸出線之間信號的空間交換，而不改變原信號的時隙位置。 這種交換單元主要由交叉點陣列及控制信號器件組成。控制信號控制交叉點陣列的操作動作。交叉點陣列具有開關操作功能，根據控制信號實現輸入和輸出線之間的信號轉接。交叉點陣列的硬件實現有很多種形式，如繼電器開關陣列、模擬電子開關陣列、數選器陣列等數字電子開關陣列等。 下面，針對時分復用電信號，介紹一種典型的基于空分結構的交換單元空間交換單元。,二、基于空分結構的交換單元,2.2 交換控制單元,主要用來實現多個輸入復

18、用線與多個輸出復用線之間的同步時分復用信號的空間交換，而不改變信號的時隙位置。 由交叉點矩陣和控制存儲器構成。交叉點實現入線與出線之間的接續；控制存儲器中存儲所選擇的輸入或輸出線的標號，其用于控制交叉點的接續。 采用輸入控制和輸出控制兩種方式之一進行工作。,二、基于空分結構的交換單元,2.2 交換控制單元,輸入控制。,二、基于空分結構的交換單元,2.2 交換控制單元,輸出控制。,二、基于空分結構的交換單元,2.2 交換控制單元,實現示例：CCITT的PCM話音一次群信號電路交換。采用4入線4出線空間交換單元結構，每個輸入線上的信號都是CCITT的PCM話音一次群信號，交叉點接續使用數選器并采用

19、輸入控制方式。,二、基于空分結構的交換單元,2.2 交換控制單元,交換單元只適合交換規模較小的情況。當規模較大時，其軟硬件實現通常都將相當困難。 為了解決大規模的交換問題，通常使用交換網絡。 交換網絡是由若干個小規模的交換單元按照一定的拓撲結構和控制方式所構成的網絡。根據實際情況設計交換網絡的具體結構和控制方式等，可以使交換網絡具有接續點到點連接或多點連接的能力。 多級交換網絡是一類典型的交換網絡。本節在介紹多級交換網絡定義的基礎上，主要針對點到點連接情況，介紹一些典型的該類交換網絡。,2.3 點到點多級交換網絡,對于一個交換單元可分為N級的交換網絡，若其入線僅與第一級交換單元連接，所有第1級

20、交換單元都只與入線和第二級交換單元連接，所有第n（1nN）級交換單元都只與第n-1級和第n+1級交換單元連接，所有第N級交換單元都只與第N-1級交換單元和出線連接，則該網絡稱為N級交換網絡。 多級交換網絡的拓撲結構可用三組參量來描述，即每個交換單元的容量、交換單元的級數以及交換單元之間的連接。 說明：一旦多級交換網絡的拓撲結構確定下來，則其在硬件結構上是否存在固有的內部阻塞特性也就確定。然而，由于交換網絡既涉及到硬件技術也涉及到軟件技術，在實際使用中，交換網絡的阻塞特性還要受軟件技術影響。,一、多級交換網絡概念,2.3 點到點多級交換網絡,T-S組合型多級交換網絡是由若干個T交換單元和S交換單

21、元進行一定連接所構成的，其不但具有時隙交換功能，而且也具有空間交換功能。 兩種典型類型： 1）T-Sn-T型交換網絡 2）Sn -T- Sn型交換網絡 針對上述兩種類型，分別介紹一種簡單構成形式及其工作原理。,二、T-S組合型多級交換網絡,2.3 點到點多級交換網絡,由三級組成，第1級和第3級是T交換單元，負責信息時隙互換，第2級是S交換單元，負責對同一時隙上的信息進行空間交換，S交換單元的入線和出線數分別等于第1級T交換單元數目M和第3級T交換單元數目N，即其交叉點矩陣規模為MN。為了設計簡單起見，通常令T-S-T交換網絡的第1級和第3級具有相同數量的T交換單元，即M=N，并且令各T交換單元

22、容量相同。,二、T-S組合型多級交換網絡 1、T-S-T型交換網絡,2.3 點到點多級交換網絡,工作原理：T交換單元和S交換單元都有兩種控制方式，在T-S-T交換網絡中，通過確定各交換單元的適當控制方式組合使得T交換單元與S交換單元之間協同工作，就可以實現任一入線與出線之間的任意時隙內容的交換功能。值得指出的是，第1級各T交換單元在同一時隙上的輸出不能去往S交換單元的同一輸出端，否則會因競爭S交換單元的輸出端而導致阻塞，為此，在確定第1級各交換單元控制存儲器內容時，一定要兼顧考慮第2級S交換單元。同樣，為了設計簡單起見，通常也令T-S-T交換網絡中第1級各交換單元采用同一種控制方式，并且令第3

23、級各單元也采用同一種控制方式。 基于上一節所介紹的T和S交換單元的工作原理，很容易認識T-S-T交換網絡的工作原理。故在此不分別介紹該種網絡在各種控制方式組合下的工作原理，而僅給出下面一個實例來說明。,二、T-S組合型多級交換網絡 1、T-S-T型交換網絡,2.3 點到點多級交換網絡,實現示例：2入線2出線的T-S-T交換網絡，進行CCITT的32/30 PCM話音一次群信號的電路交換。令第1、3級T交換單元采用輸出控制，第2級S交換單元采用輸入控制。,二、T-S組合型多級交換網絡 1、T-S-T型交換網絡,2.3 點到點多級交換網絡,由三級組成，第1級和第3級是S交換單元，負責對同一時隙上的

24、信息進行空間交換，第2級是T交換單元，負責信息時隙互換，該級T交換單元的數目分別等于第1級S交換單元的出線數目N0和第3級S交換單元入線數目M1。為了設計簡單起見，通常也令M0=N0=M1=N1，并且令各T交換單元容量相同。,二、T-S組合型多級交換網絡 2、S-T-S型交換網絡,2.3 點到點多級交換網絡,工作原理：同樣，由于T交換單元和S交換單元都有兩種控制方式，故在T-S-T交換網絡中，通過確定各交換單元的適當控制方式組合使得T交換單元與S交換單元之間協同工作，也可以實現任一入線與任一出線之間的任意時隙內容的交換功能。對于這種交換網絡，也需要在已定各交換單元控制方式下，對一個呼叫請求考慮

25、在各級交換單元控制存儲器中如何協調放置其所對應的控制信息，以便避免由于控制存儲器等資源使用沖突而導致的阻塞。 考慮到借鑒前述的T-S-T交換網絡工作原理很容易分析S-T-S交換網絡工作過程，故在此對該網絡的工作原理不再加以贅述。,二、T-S組合型多級交換網絡 2、S-T-S型交換網絡,2.3 點到點多級交換網絡,先看下圖所示的三級交換網絡，特點：任一級的每個交換單元都通過唯一一條鏈路分別與下一級的各交換單元相連，整個交換網絡由每級交換單元數目r1、r2、r3、第一級一個交換單元的輸入端數目m1和第三級一個交換單元的輸出端數目n3等五個參數確定，并且根據連接鏈路的唯一性可知，n1=r2, m2=

26、r1, n2=r3, m3=r2。該種網絡由CLOS C.于1953年提出，被命名為CLOS網絡。,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,該網絡具有兩個重要定理： 定理2-1（定理）：當且僅當第二級交換單元數目 時，上述網絡是嚴格無阻塞的交換網絡。 定理2-2（Slepian-Duguid定理）：當且僅當第二級交換單元數目 時，上述網絡是可重排無阻塞的交換網絡。,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,示例：假設有一組呼叫 ，令 呼叫已經建立起來

27、連接。,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,三級CLOS網絡可以遞歸分解來構造更大奇數級的CLOS網絡，以達到進一步降低交叉點數量的目的。假設構造一個NN交換網絡。令N=pq。則根據前述定理，首先構造嚴格無阻塞和可重排無阻塞三級網絡，如下圖所示。一個遞歸構造的五級嚴格（可重排）無阻塞CLOS網絡可以通過將該圖所示的嚴格（可重排）無阻塞三級CLOS網絡中的任一級的各交換單元用三級嚴格（可重排）無阻塞CLOS子網替換來實現。這一遞歸構造方式可以重復進行，以便進一步降低單個交換單元的規模，直到各級交換單元不能再繼續分解為止。,二、T-S組合型多級交換網絡 3、

28、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,對于上述遞歸構造多級CLOS網絡的方法，有一種特殊情形，即 ，通過將N因子分解為 ，可以最終遞歸構造出一個含有 級、每級包含N/2個22交換單元的交叉點復雜度大約為 的可重排阻塞CLOS網絡，該種網絡被稱為Benes網絡。,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 3、CLOS網絡,2.3 點到點多級交換網絡,Cantor網絡在整體角度上可

29、以認為包括三級，第一、二和三級分別為解復器、Benes網絡和復用器，且每一級上的各單元結構完全相同。令Cantor網絡的規模為，且令該網絡第二級有m個結構完全相同的Benes網絡，每個Benes網絡的規模為 ；第一級上含有N個規模為的解復器，第i（）個解復器的輸入對應Cantor網絡的第i個輸入且其m個輸出中第j（）個輸出與第j個Benes網絡的第i個輸入通過一條鏈路連接；第三級上含有N個規模為的復用器，第i（）個復用器的輸出對應Cantor網絡的第i個輸出且其m個輸入中第j（）個輸入與第j個Benes網絡的第i個輸出通過一條鏈路連接。,二、T-S組合型多級交換網絡 4、Cantor網絡,2.

30、3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 4、Cantor網絡,2.3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 4、Cantor網絡,2.3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 4、Cantor網絡,2.3 點到點多級交換網絡,二、T-S組合型多級交換網絡 4、Cantor網絡,2.3 點到點多級交換網絡,基本結構。Banyan網絡是一種多級空分交換網絡，其基本構成元素是交換單元。 使用個22交換單元可以構成一個規模為44的二級Banyan網絡，如下圖，其中，兩級間通過均勻洗牌方式加以連接 。,二、T-S組合型多級交換網絡 5、Banyan網絡,2.3 點到

31、點多級交換網絡,使用個44 Banyan網絡和個22交換單元可以構造一個規模為的三級Banyan網絡，如圖-18所示，其中，第和第級間通過均勻洗牌方式連接 。多級Banyan網絡的構造是有規律的，即利用較小規模的Banyan網絡以及均勻洗牌連接方法，可以遞歸構造規模更大規模的Banyan網絡。,二、T-S組合型多級交換網絡 5、Banyan網絡,2.3 點到點多級交換網絡,Banyan網絡主要特性。 (1)對于規模為NN的Banyan網絡，依據前述網絡構造方法，易見，必有 ，且其具有 級，每級含有N/2個22交換單元，整個網絡含有 個22交換單元。 (2)Banyan網絡具有路徑唯一性。 (3

32、)Banyan網絡具有自選路特性。 (4)Banyan網絡是一種有內部阻塞的交換網絡。,二、T-S組合型多級交換網絡 5、Banyan網絡,2.3 點到點多級交換網絡,2.4 多點連接交換網絡,一、基本概念,從數學角度認識點到點連接問題。令I是M個輸入的集合，O是N個輸出的集合，則一組點到點連接可被定義為 其中，各 是互不相同的，且各 也是互不相同的。數學上，該C實際上表示一對一映射，如圖a所示。如果去除上述有關各i的限制，但仍然要求各 互不相同，則表示一對多映射，如圖b所示，這種情形被稱為組播(Multicasting)。如果去除上述有關的限制，則會形成多對一、多對多等形式的映射及連接。,2

33、.4 多點連接交換網絡,二、緊湊超集中器及超集中器的構建 1、緊湊超集中器,MN交叉點交換矩陣即可實現（緊湊）超集中器的功能。當M、N不大時，可以使用這種單級構建方式。對于較大的M、N ，使用兩級遞歸分解法構建緊湊超集中器。假設M和N分別能夠為p和q整除，我們構建一個如圖所示的三維二級結構。,2.4 多點連接交換網絡,二、緊湊超集中器及超集中器的構建 1、緊湊超集中器,其中，第一級有p個水平面，每個水平面是一M/pq緊湊超集中器；第二級有q個垂直面，每個垂直面是一個pN/q緊湊超集中器。在該圖中，令坐標i,j,k代表第k級第j個面的第i個輸出，那么，該網絡的輸入和輸出分別可表示為i,j,0和i

34、,j,2 。并且令i,j,k以排為主進行排序，即如果 ，則 ，如果 ，那么若 ，則 。 為了保證該網絡不發生阻塞現象，假設個輸入中至多有個是激活的。我們考慮兩種情形：1）q=N，2）q= M/p 。可以證明，在這兩種情形下，如果使用合適的連接方法，則其能實現緊湊超集中器的功能。,2.4 多點連接交換網絡,二、緊湊超集中器及超集中器的構建 2、超集中器,超集中器可通過緊湊超集中器來實現。將兩個緊湊超集中器背靠背連接在一起，即構成一個超集中器。,2.4 多點連接交換網絡,三、拷貝網的構建 1、分配網,分配網是緊湊超集中器的鏡像映射 。,2.4 多點連接交換網絡,三、拷貝網的構建 1、分配網,對于分

35、配網，有下述定理成立： 定理：假設一組輸入/輸出 連接滿足下列條件（如下圖）： 1）緊湊條件。所有激活的輸入i是模下緊湊的。 2）單調條件。針對每個輸入i的輸出 在模下是嚴格上升的。 則所有滿足上述兩個條件的點到點連接請求都能通過分配網建立起來連接。,2.4 多點連接交換網絡,三、拷貝網的構建 2、拷貝網,對于上述分配網，若令該網絡中每個平面允許點到多點連接， 并且令其輸入、輸出滿足下面將所給出的條件，則其能夠實現拷貝 功能。這樣的網絡被稱為拷貝分配網。說明如下： 令 代表該網絡的一組輸入/輸出連接請求，其中 是對 應i的輸出集合，元素個數為 。則如果C滿足下述兩個條件,那么該 網絡就能實現拷

36、貝功能： 1）緊湊條件。所有激活的輸入i是模下緊湊的。 2）單調條件。在模方式下，如果 ，則 中的每個元素都比 中所有元素大。,2.4 多點連接交換網絡,三、拷貝網的構建 2、拷貝網,基于下圖所示的鏡像映射關系，并仍利用前述的以排為主的連 接分配算法（在此稍作調整，令多個輸入可以指向一個輸出），容 易證明上述性質是成立的。,2.4 多點連接交換網絡,四、組S播連接交換網絡的構建,組播連接交換網絡可以通過將一個拷貝網和一個點到點交換網加以級聯來實現。拷貝網由緊湊超集中器和拷貝分配網組成，其中每一部分都可進行兩級分解，點到點交換網可以進行三級分解。那么，通過對上述每一部分進行一次分解，則可得到一個

37、7級網絡，其中，第三和四級具有多點交換功能，如下圖所示。從該圖也可見，實際上該組播連接交換網絡僅需要五級。既然緊湊超集中器和拷貝分配網具有鏡像關系，第二和三級是并行的，所以該兩級可以合并。同樣，第四級和第五級都是并行的水平面，所以這兩級也可以合并為一級，從而，使得整個網絡具有五級結構。,2.4 多點連接交換網絡,四、組S播連接交換網絡的構建,組播連接交換網絡的構建圖。,本章小結,本章講解了信號復用方式，以時分復用電信號為對象進行了闡述。交換單元是交換網絡的基本組成元素，介紹了共享存儲器型交換單元、時間交換單元、共享總線型交換單元等結構、工作原理。 介紹了TST網絡、STS網絡、CLOS網絡、C

38、antor網絡、Banyan網絡等典型交換網絡。并進一步介紹了多點連接交換網絡。 。,第3章 信令系統,3.1 信令系統概述 3.2 7號信令,3.1 信令系統概述,一、信令系統 傳送用于建立和拆除通信通道的信號，如此信號即為信令。此 外，還要傳送通信網維護、管理和統計等方面的信息，這些信息也 屬于信令。 信令的傳遞和處理必須遵守一定的規約，以便發/收方都能夠 理解并執行，這些規約統稱為信令方式。完成信令方式所規定的傳 遞和處理任務的功能實體稱為信令設備，其是通信網絡中信息轉接 設備的重要組成部分。 信令方式與信令設備構成了通信網絡的信令系統。信令系統的 設計涉及到信令的定義、信令的編碼、信令

39、的傳輸、信令的處理四 大方面。,3.1 信令系統概述,二、信令定義 根據實際應用確定所需的信令條目，并給出它們準確的含義和功能。根據實際應用環境，信令系統需要定義一個合適的信令集合，該集合內的信令應滿足通信設備接續和拆除，以及信令網維護管理的需求。 通信網信令可以從多個角度來劃分。 （1）根據信令作用區域，信令可分為用戶信令與局間信令，局間信令又可進一步分為隨路信令與共路信令。 （2）根據信令功能，信令可劃分為監視信令、地址信令和維護管理信令。在此，我們從信令作用區域角度，簡要介紹一下用戶信令和局間信令的定義。,3.1 信令系統概述,二、信令定義 1.用戶信令 一般只具有最基本的呼叫接續和拆除

40、功能。通常，其包含下述一些信令條目。 （1）請求。由終端發出給交換機的信息。 （2）地址。由終端發出的被叫終端的標志信息。 （3）釋放。由通信中的任何一方終端發出的信息。 （4）來電提示。由交換機發給終端的信息，如 “振鈴”信號。 （5）應答。作為對來電提示的響應，由被叫終端發出的信息，如 “摘機”信號。 （6）進程提示。由交換系統發出的信息。在電話網通信中，進程提示信號包含“忙音”、“撥號音”、“回鈴音”等。 （7）請求、撤消、查詢某種新業務是否已經可以使用等信號。,3.1 信令系統概述,二、信令定義 2.局間信令 局間信令除應包括終端所需的各種接續信令外，還需包含能夠實現網絡管理等方面功能

41、的信令。 下面主要介紹一些局間信令集合中所特有的信令條目。 （1）路由。在網絡發生局部故障或擁塞的情況下，可以利用路由信令知相關交換局，使其暫時修改原定的路由方案。 （2）管理。用于傳送網絡狀態信息。 （3）用戶類型。用于指示用戶的類別、權限等。,3.1 信令系統概述,二、信令定義 2.局間信令 （4）業務類型。用于說明呼叫本身的特點，一般反映呼叫所需涉及的通信設備。 （5）維護。用于維護網絡的正常運行。這類信號通常包括試驗信號、試驗呼叫指示信號、故障報警信號以及診斷/維護命令等。 （6）計費。用于在交換局間傳送一些有關計費的信息。,3.1 信令系統概述,三、信令編碼 信令編碼即是根據傳輸系統

42、的特性，確定各條信令的信號形式及格式。在對信令條目進行定義后，為了傳輸和處理的目的，各信令還要加以編碼，以便易于發送和接收識別。 （1）信令編碼與傳輸系統特性、信令處理設備的信令處理方式等有密切關系。 （2）信令編碼必須與傳輸系統相適應。由于傳輸系統有模擬和數字之分，所以信令也相應存在模擬編碼和數字編碼兩種方式。 （3）信令編碼也與信令設備的信令處理方式有關。 。,3.1 信令系統概述,三、信令編碼 示例： 在電話通信情況下，對于局間信令中的“請求”信號，若使用模擬傳輸系統，則可用時長為150ms的2600HZ正弦模擬信號來表示，而若采用數字傳輸系統，在數字30/32 PCM線路上，則可用“0

43、000”來表示 。 。,3.1 信令系統概述,四、信令傳輸 信令可采取隨路和共路兩種方式傳輸。 在隨路方式下，信令與用戶信息使用相同的傳輸信道，亦即意味著兩類信息的傳輸路由是一樣的。 在共路方式下，信令通道與用戶信息通道不一定存在一一對應關系，其通常采用三種方式： （1）隨路方式：兩類信息通道并行。 （2）準隨路方式：兩類信息傳輸通道不并行，各自使用不同的路由。 （3）混合路由方式：上述兩種方式并存使用。,3.1 信令系統概述,四、信令傳輸 共路信令傳輸通道方式圖示： 地址信令在多段路由上的傳輸方式有三種。 （1） “端到端”傳輸方式。 信令傳輸較快，但當網絡結構變化時，號碼翻譯表、路由選擇順

44、序表等端局數據都需要相應變動。 （2） “逐段轉發”傳輸方式。 信令傳輸較慢，各交換局依賴性較小，路由改變方便。 （3）混合方式。是上述兩種方式的結合使用。,3.1 信令系統概述,五、信令處理 信令處理由交換系統中信令子系統負責實施。該子系統按照信令系統所規定的處理原則收/發信令 ，并對收到的信令進行處理和執行相應的操作。 信令處理過程中，必須考慮所有可能出現的情況，包括正常呼叫情況與各種可能出現的非正常情況。,3.2 7號信令,一、7號信令網 1.7號信令網拓撲結構 7號信令網實際上是一個邏輯上專用的分組數據交換網，由信令點SP、信令轉接點STP和信令鏈路組成，其中，SP是信令網傳輸信令消息

45、的源點和目的點，STP是轉發信令信息的節點。在拓撲結構上，7號信令網通常采取分級結構。我國7號信令網分級結構如圖：,3.2 7號信令,一、7號信令網 2.信令點編碼 信令點編碼包括國際網信令點編碼和國內網信令點編碼。 （1）國際網信令點編碼由ITU-T統一規定，包含14比特，3比特為大區或洲的編碼，8比特為國家或地區的編碼，3比特為信令點的編碼。 （2）國內網信令點編碼由各國根據自身情況確定。一個作為國內網與國際網接口的信令點需要同時分配有一個國內網信令點編碼和一個國際網信令點編碼。,3.2 7號信令,一、7號信令網 2.信令點編碼 我國在國際網上被分配8個信令點，編碼格式為4-120-X（十

46、進制數 ）。在國內網信令點編碼采用24比特，主信令區、分信令區及信令點的編碼各占8比特。,，,3.2 7號信令,一、7號信令網 2.信令點編碼 我國主信令區編碼分配表,3.2 7號信令,一、7號信令網 3.路由選擇 7號信令網中，兩個信令點間傳輸信令信息方式： （1）直聯方式：兩個信令點間存在直通信令鏈路，這兩個信令點間的信令在這條直通鏈路上傳輸。 （2）準直聯方式：兩個信令點通過信令轉接點轉接，這兩個信令點間的信令通過兩段以上串接的信令鏈路進行轉接傳送，并且該信令信息所經過的信令鏈路及信令轉接點是預先確定的。,3.2 7號信令,一、7號信令網 3.路由選擇 7號信令網路由選擇機制圖,3.2

47、7號信令,二、7號信令系統的基本功能結構 7號信令系統由用戶/應用消息處理部分和消息傳遞部分組成。 7號信令系統基本功能結構圖,3.2 7號信令,三、7號信令系統協議分層結構 7號信令系統協議采用分層思想來設計。 7號信令系統協議分層結構圖,3.2 7號信令,四、信令消息單元基本格式 在號信令分層協議結構中，信令消息在發送端從上層向下層依次分層組裝（組裝后的消息稱為信號單元），在接收端從下層向上層依次分層拆裝，各層處理信令消息中與其對應的相關字段信息。 號信令具有三種可變長信號單元格式： （1）消息信號單元（MSU）用于傳輸用戶應用級的信令消息和網絡管理消息。 （2）鏈路狀態信號單元（LSSU

48、）用于傳輸來自于MTP-2級的信令鏈路狀態信息。 （3）填充信號單元（FISU）用于傳輸來自于MTP-2級的結點間沒有消息發送時為了維持信令鏈路通信狀態的空信號。,3.2 7號信令,四、信令消息單元基本格式 7號信令三種信號單元基本格式,3.2 7號信令,四、信令消息單元基本格式 1）F：信號單元標識符。固定碼型為01111110，標識一個7號信 令消息的起止。 2）CK：校驗碼。用于校驗信號單元在傳輸過程中是否出現了錯誤。 3）FSN、BSN、FIB和BIB：信號單元序號和重發比特指示。 FSN（前 向序號）是發送方信號單元的發送序號。 BSN（后向序號）向發送方出示已正確接收到序號直到BS

49、N的所有 消息。 BIB（反向指示比特）用于對接收到的信號單元進行否認指示。 FIB（前向指示比特）用于和BIB一起進行差錯控制。當BIB值變 反時，其值也反轉，表示信號單元重發。,3.2 7號信令,四、信令消息單元基本格式 4）LI：長度指示碼。用于表示一個信號單元中該碼位置之后到CK位 置之前的八位位組（即字節，包含8比特）的數目。 5）SF：狀態字段。該字段只在LSSU中存在，用于指示信令鏈路狀 態。結合SF，我們給出LSSU具體格式如圖3-10所示。 6）SIF和SIO：信號信息字段和業務信息碼字段。這兩個字段只存在 于MSU中。SIF用于傳送用戶應用級的信令消息和網絡管理消息的 信息

50、本體，長度為2272個字節。由于LI僅有6比特，所以規定當 SIF+SIO大于或等于63個字節時，LI均設置為63。SIO又分為業務指 示碼（SI）和子業務字段（SSF）兩部分，各占4比特DCBA，在傳輸 時，先依次傳輸SI字段的A、B、C、D四比特，再依次傳輸SSF字段的 A、B、C、D四比特，其具體編碼含義如表3-2所示。,3.2 7號信令,四、信令消息單元基本格式 LSSU具體格式,3.2 7號信令,四、信令消息單元基本格式 SIO編碼方式及含義,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 1.信令數據鏈路功能層 MTP-1對應于OSI模型的物理層，定義信令數據鏈路的物理、電氣、功能特性以及與信

51、令數據鏈路的連接方式。針對這一功能層，CCITT Q.702建議7號信令系統可以采用數字和模擬兩種接口，其中，數字的信令數據鏈路使用較普遍。,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 2.信令鏈路功能層 MTP-2層對應模型的數據鏈路層，其功能模塊結構及各模塊間的連接關系如下圖。,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 MTP-3層對應于OSI模型的網絡層，包含信令消息處理和信令網管理兩部分。MTP-3層的功能模塊結構及各模塊間的連接關系如下圖。,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令消息處理功能模塊。包含消息鑒別、消息路由和消息分三 個子功能模塊。 消息鑒別

52、模塊：負責接收來自于MTP-2層的信令消息，并根據消息號 單元中的目的信令點編碼（DPC）鑒別出該消息是送給該本地接收方 的，還是需要該接收方進行轉發的。 消息分配模塊：接收消息鑒別模塊送來的信令消息，并利用消息信號 單元中SI字段判別消息的業務類別，進而將消息送給相應處理模塊。 例如，SI=0000時送給MTP-3層信令網管理功能模塊，SI=0011時送給 SCCP層處理模塊，SI=0100時送給TUP模塊,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令消息處理功能模塊。 消息路由模塊完成兩項工作，一是接收消息鑒別模塊送來的需要發 的信令消息，并對其進行轉發信令鏈路選擇，然

53、后將消息發送到MTP2 層的發送控制模塊；二是直接接收來自于本地發送方SCCP層、TUP用 戶部分以及MTP-3層信令網管理功能模塊的信令消息，并對其進行送 信令鏈路選擇，然后將消息發送給MTP-2層的發送控制模塊。,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令消息處理功能模塊。 路由標記,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令網管理功能模塊。 包含信令業務管理、信令鏈路管理和信令路由管理三個子功能模 塊。 信令業務管理功能模塊實現下述信令過程： 1）倒換：當一條信令鏈路不可用時，將其上的信令業務轉移到其它 可用信令上。 2）倒回：上述不可用信令鏈

54、路又可用時，將信令業務再轉移回該信 令鏈路。 3）強制重選路由：當信令點到某一目的信令點的一條路由不可用 時，將去往該目的信令點的信令業務轉移到可用替換路由。 4)受控重選路由：當上述不可用路由又可用時，將信令業務在再轉移 回該路由。,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令網管理功能模塊。 5）信令點再啟動：當一個停止工作的信令點恢復工作時，需要使用 該過程對信令鏈路和路由進行重新啟動。 6)管理阻斷：當某一信令鏈路的倒換/倒回非常頻繁，或誤碼率很高 時，使用該過程阻斷這條鏈路發送用戶消息，但此時，該鏈路仍可 傳送維護測試消息，以便進行測試。 7)信令業務流量控制：當

55、信令業務非常繁忙，網絡負荷過重時，可 使用該過程限制信令點的信令業務流量，以減輕網絡負荷。,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令網管理功能模塊。 信令路由管理功能模塊主要實現下述信令過程： 1）禁止傳遞：由一個信令轉接點發給其相鄰信令點，告知相鄰信令 點不能通過本信令轉接點轉接到某一目的地的信令消息。 2）允許傳遞：是上述過程的逆過程。當其由一個信令轉接點發給其 相鄰信令點時，告知相鄰信令點可以重新通過本信令轉接點轉接到 某一目的地的信令消息。 3）受限傳遞：由一個信令轉接點發給其相鄰信令點，告知它們通過 該信令轉接點到目的地的消息路由不是最好的。,3.2 7號信令

56、,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令網管理功能模塊。 4)受控傳遞：通知相鄰信令點，由本信令轉接點到目的地的消息路 由發生擁塞。 5)信令路由測試：與禁止傳遞密切相關，當某消息路由被禁止傳遞 后，使用信令路由測試功能周期性地測試該路由是否已恢復。這一 過程直到收到允許傳遞消息才停止。 6)信令路由組擁塞測試：與受控傳遞密切相關，用于對消息路由發 生的擁塞情況進行周期性測試，以便判斷擁塞情況是否已解除。,3.2 7號信令,五、消息傳遞部分 3.信令網功能層 （1）信令網管理功能模塊。 信令網管理功能涉及到多種信令過程，在每個過程中，都需要傳 送和處理一系列信令網管理消息。信令網管理消

57、息使用消息信號單元 （MSU）傳送，其格式如下圖所示，其中，SI=0000；信息內容部分用 于存放信令網消息本體內容。,3.2 7號信令,六、SCCP 1.SCCP業務及協議服務類別 SCCP可以支持面向無連接與面向連接的兩類網絡業務。 （1）面向無連接：用戶業務事先不需要建立信令連接，使用SCCP和MTP的路由功能，直接在7號信令網中傳輸數據。包括： 1）基本的無連接服務（稱為0類）。 SCCP將SLS碼隨機或根據信令網中所規定的負載分擔原則插入消息的選路標記中，目的地所收到的消息可能會失序。 2）消息有序的無連接服務（稱為1類）。對于需要按序傳輸的消息，SCCP在路由標記中為它們插入相同的

58、SLS碼，為此，接收端所收到的消息將是有序的。,3.2 7號信令,六、SCCP 1.SCCP業務及協議服務類別 （2）面向連接：需要事先通過SCCP為用戶建立連接，一旦連接起來，用戶在傳遞數據時就不再使用SCCP的路由選擇功能，而是通過已建立的信令連接傳送數據，并在傳送結束后釋放已建立的連接。消息傳遞是有序的。包括： 1）基本的面向連接服務（稱為2類）。預先建立信令連接，同一用戶的信令消息都通過該連接進行傳遞，這些消息被SCCP分配相同的SLS碼，從而保證了消息傳遞的有序性。 2）具有流量控制的面向連接服務（稱為3類）。具有2類協議服務的特性，還具有流量控制、差錯檢測、傳遞加速數據等獨有的附加功能。,3.2 7號信令,六、SCCP 1.SCCP業務及協議服務類別 針對上述四類協議服務，介紹幾種其所能提供的典型服務功能 。 （1）路由環路檢測 該功能僅針對0類和1類協議服務，檢測路由