1、第3章 电路交换技术第3章 电路交换技术3.1 概述概述 3.2 电路交换机的硬件结构电路交换机的硬件结构 3.3 数字交换网络的结构数字交换网络的结构 3.4 电路交换机的控制软件电路交换机的控制软件 3.5 电路交换机的指标体系电路交换机的指标体系 3.6 电路交换典型机电路交换典型机 思考题思考题 第3章 电路交换技术3.1 概概 述述3.1.1 电路交换的特点电路交换的特点 通过第1章的学习，我们初步了解了电路交换的过程，它具有的特点总结如下:(1)电路交换是一种实时交换，适用于对实时性要求高的通信业务。(2)电路交换是面向连接的交换技术。在通信前要通过呼叫为主叫、被叫用户建立一条物理
2、连接。如果呼叫数超过交换机的连接能力，交换机向用户送忙音，拒绝接受呼叫请求。从另一个角度看，交换机的功能是在入口侧根据内部资源情况，决定接受或放弃新到达的呼叫，并对已处在通信中的每一个呼叫保证通信完整性。第3章 电路交换技术 (3)电路交换采用静态复用、预分配带宽并独享通信资源的方式。交换机根据用户的呼叫请求，为用户分配固定位置、恒定带宽(通常是64 kb/s)的电路。话路接通后，即使无信息传送，也需要占用电路。因此电路利用率低，尤其是对突发业务来说。(4)在传送信息期间，没有任何差错控制措施，控制简单，但不利于可靠性要求高的数据业务传送。根据上述特点，电路交换机使用了如下控制技术：利用呼叫处
3、理完成交换网络入端口到出端口之间内部通道的预占；使用局间信令完成中继线上带宽资源的预占。由于呼叫建立阶段已获得了全部的通信资源，通信阶段无需缓存和差错控制机制，因此采用同步时分交换就可以满足要求。第3章 电路交换技术3.1.2 电路交换机的分类电路交换机的分类 从不同的角度可以对电路交换机进行分类。1模拟交换机和数字交换机模拟交换机和数字交换机 送入交换机的信号可以是模拟信号，也可以是编码后的数字信号。按交换网络传送的信号形式，可以将电路交换机分为模拟交换机和数字交换机。第3章 电路交换技术 2空分交换机和时分交换机空分交换机和时分交换机 交换机的交换网络可以用空分阵列组成，也可以用共享存储器
4、或共享总线的时分交换单元组成。按交换网络的接续方式，可以将电路交换机分为空分交换机和时分交换机。第3章 电路交换技术 3布线逻辑控制和存储程序控制交换机布线逻辑控制和存储程序控制交换机 对交换机的控制可以用逻辑电路控制，也可以用存储器中的程序控制。按控制方式可以将电路交换机分为布线逻辑控制交换机和存储程序控制SPC(Stored Program Controlled)交换机，简称程控交换机。第3章 电路交换技术3.2 电路交换机的硬件结构电路交换机的硬件结构 典型的电路交换系统是电话交换系统。本节以数字程控电话交换机为例，说明电路交换机的组成。电路交换机的总体结构包括硬件和软件两部分。本节主要
5、介绍电路交换机的硬件结构。其硬件结构分为话路子系统和控制子系统，如图3.1所示。话路子系统主要由接口电路和交换网络组成。第3章 电路交换技术 接口的作用是将来自不同终端(电话机、计算机等)或其它交换机的各种信号转换成统一的交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将信令送给控制系统，将业务消息送给交换网络。交换网络的任务是实现各入、出线上信号的传递或接续。控制子系统对话路子系统进行控制，如监视用户线和中继线的状态，处理用户或其它交换局发送的信令，按信令要求控制交换网络接续，通过接口发送信令，协调交换机工作等。它由处理机、存储器、外部设备和远端接口等部件组成。外部设备有外存、打印机、维护终端等，是交
6、换局维护人员使用的设备。远端接口包括至集中维护操作中心CMOC(Centralized Maintenance Operation Center)、网管中心、计费中心等的数据传送接口。存储器用来存储程序和数据，可进一步分为程序存储器和数据存储器。第3章 电路交换技术图3.1 数字交换系统的硬件功能结构数字交换网络模拟用户线模拟用户接 口模拟用户 线用户级模拟用户接 口远端模块数字用户线数字用户接 口数字中继线数字中继接 口模拟中继线模拟中继接 口信令设备话路子系统控制子系统处理机远端接口存储器打印机外存维护终端用户级数字中继接口数字中继接口第3章 电路交换技术3.2.1 话路子系统话路子系统
7、话路子系统包括模拟用户接口、用户级、远端模块、数字用户接口、数字中继接口、模拟中继接口、信令设备、交换网络等部件。1模拟用户接口模拟用户接口 模拟用户接口是数字程控交换机连接模拟用户线的接口电路。模拟用户的传输线路为二线模拟线，终端和交换机之间采用直流环路信令方式。终端向数字交换网络传送话音信号、音频数据和双音多频信号，交换机向模拟话机提供直流馈电和振铃信号，并完成测量等功能。每一个模拟用户均要经模拟用户接口电路连接交换网络，因此这种接口电路占的比例最大，对它的组成和功能有一个基本要求，归纳起来为BORSCHT，如图3.2所示。第3章 电路交换技术图3.2 实现BORSCHT功能的用户电路带通
8、滤波器平衡网络低通滤波器编/译码器CHB，S扫描OT，R测试振铃第3章 电路交换技术 BORSCHT的含义如下：B(Battery feed)：馈电。所有连接在交换机上的终端，均由交换机馈电。程控交换机的馈电电压一般为-48 V。通话时馈电电流在20100 mA之间。馈电方式有恒压馈电和恒流馈电两种。O(Over-voltage)：过压保护。程控交换机内有大量的集成电路，为保护这些元器件免受从用户线进来的高电压、过电流的袭击，一般采用二级保护措施。第一级保护是在用户线入局的配线架上安装保安器，主要用来防止雷电。但由于保安器在雷电袭击时仍可能有上百伏的电压输出，对交换机内的集成元器件仍会产生致命
9、的损伤，因此，在模拟用户接口电路中一般还要完成第二级过压保护和过流保护。第3章 电路交换技术 R(Ring)：振铃。振铃信号送向被叫用户，用于通知被叫有呼叫进入。向用户振铃的铃流电压一般较高。我国规定的标准是用7515 V、25 Hz交流电压作为铃流电压，向用户提供的振铃节奏规定为l s通，4 s断。高电压是不允许从交换网络中通过的，因此，铃流电压一般通过继电器或高压集成电子开关单独向用户话机提供，并由微处理机控制铃流开关的通断。此外，当被叫用户一摘机，交换机就能立刻检测到用户直流环路电流的变化，继而进行截铃和通话接续处理。第3章 电路交换技术 S(Supervision)：监视。用户话机的摘
10、/挂机状态和拨号脉冲数字的检测，是通过微处理机监视用户线上直流环路电流的有、无状态来实现的。用户挂机空闲时，直流环路断开，馈电电流为零；反之，用户摘机后，直流环路接通，馈电电流在20 mA以上。对于脉冲话机，拨号时所发出的脉冲通断次数及通断间隔，也以用户直流环路的通断来表示。微处理机通过检测直流环路的这种状态变化，就可以识别用户所发出的脉冲拨号数字。这种收号方式主要由软件程序实现，称为软收号器。第3章 电路交换技术 对于双音多频DTMF(Dual-tone Multi Frequency)话机，用户所拨号码以双音多频信号形式出现在线路上，交换机内要有专用收号器对号码进行接收和识别。专用收号器也
11、叫“硬收号器”。C(Codec)：编译码。数字交换机只能对数字信号进行交换处理，而话音信号是模拟信号，因此，在模拟用户电路中需要用编码器把模拟话音信号转换成数字话音信号，然后送到交换网络进行交换。反之，通过解码器把从交换网络输出的数字话音转换成模拟话音送给用户。第3章 电路交换技术 H(Hybrid)：混合电路。数字交换网络完成4线交换(接收和发送各1对线)，而用户传输线路上用2线双向传送信号。因此，在用户话机和编/解码器之间应进行2/4线转换，以把2线双向信号转换成收、发分开的4线单向信号，而相反方向需进行4/2线转换；同时可根据每一用户线路阻抗的大小调节平衡网络，达到最佳平衡效果。这就是混
12、合电路的功能。第3章 电路交换技术 T(Test)：测试。交换机运行过程中，用户线路、用户终端和用户接口电路可能发生混线、断线、接地、与电力线相碰、元器件损坏等各种故障，因此需要对内部电路和外部线路进行周期巡回自动测试或指定测试。测试工作可由外接的测试设备来完成，也可利用交换机的软件测试程序进行自动测试。测试是通过测试继电器或电子开关为用户接口电路或外部用户线提供的测试接入口而实现的。第3章 电路交换技术 2用户级用户级 用户级是用户集线器LC(line Concentration)的简称，它完成话务集中的功能。一群用户经用户级集中后以较少的链路接至交换网络，以提高交换网络的利用率。集中比一般
13、为2 l8 l。用户级和用户接口电路还可以设置在远端，常称为远端模块，见图3.1中的虚线框。远端用户级与母局之间用数字链路连接，链路数与远端用户级的容量及业务量大小有关。远端模块的设置带来了组网的灵活性，节省了用户线的投资。第3章 电路交换技术 3数字用户接口数字用户接口 连接用户终端且环线采用数字传输的交换机接口称为数字用户接口。已标准化的数字用户接口有基本速率接口BRI(Basic Rate Interface)和基群速率接口PRI(Primary Rate Interface)。这两个接口的传输帧结构分别为2BD和30BD，线路速率分别为192 kb/s和2.048 Mb/s。其中，“B
14、”是64 kb/s的业务信道，“D”是信令信道，在BRI中D是16 kb/s，在PRI中D是64 kb/s。数字用户接口应具有图3.3所示的功能结构。过压保护、馈电和测试功能的作用及实现与模拟用户接口类似。当用户终端本身具有工作电源时，接口还可以免去馈电功能。第3章 电路交换技术图3.3 数字用户接口的基本功能信令插入和提取(S)复用器/分路器收发器测试控制系统交换网络(T)馈电(B)过压保护(O)用户线(R)第3章 电路交换技术 数字用户线采用专用信令链路传送信令(DSS1信令)。发送方将信令插入专用逻辑信道，以时分复用方式和信息一起传送，接收方从专用逻辑信道提取信令。交换网络接续的信道是6
15、4 kb/s的数字信道，而环线的传输速率可能高于或低于64 kb/s。因此，在接口和交换网络之间，需要插入一个多路复用器与分路器，以便将环线信号分离或合并为若干条64 kb/s的信道。第3章 电路交换技术 收发器的主要作用是实现数字信号的双向传输。曾经提出的方案有空分、频分、时分和回波抵消法四种。空分法即在两个方向各使用一对独立的双绞线，由于不经济，因此很少使用。频分法即在两个方向使用一对传输线，各使用不同的频段，由于占用频带宽，传输距离近，现在也很少使用。时分法是将收发脉冲压缩，在两个方向使用不同时间段送出信号，所需频带至少是收发信号带宽的2倍，电路易集成。但传输距离近，不适合长距离通信。回
16、波抵消法采用混合线圈实现2/4线变换，在同一对线上可以同时传送两个方向的信号，它所需的频带窄，传输距离长，是目前数字用户线采用的主要技术。此外，收发器中还要有均衡器和扰码器。均衡器用来补偿数字信号传输时产生的非线性衰减和时延，消除码间干扰；扰码器的作用是在发送数据中加入一个伪随机序列，破坏传送数据中可能出现的全1、全0或某种信号周期重复的规律性，可以减少相邻信号的串扰和定时信号的误判。收发器的原理框图见图3.4。第3章 电路交换技术图3.4 收发器的原理框图数据 缓存器解扰器线路解码均衡器抽样接收滤波 器定时恢复锁 相回 波抵消器脉冲整形线路编码扰码器数据时钟用户侧交换局侧第3章 电路交换技术
17、 4模拟中继接口模拟中继接口 模拟中继AT(Analog Trunk)接口是数字交换机为适应局间模拟环境而设置的接口电路，用来连接模拟中继线。模拟中继接口具有测试、过压保护、线路信令监视和配合、编/译码等功能。第3章 电路交换技术 5数字中继接口数字中继接口 数字中继DT(Digital Trunk)接口是数字交换系统与数字中继线之间的接口电路，可适配PCM一次群或高次群的数字中继线。数字中继具有码型变换、时钟提取、帧同步和复帧同步、帧定位、信令插入和提取、告警检测等功能，见图3.5。如果交换局间的传输采用同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)，则可以
18、将交换机多个中继输出信号装入到SDH端机的不同容器中，再复接成STM-1(155 Mb/s)或STM-4(622 Mb/s)的SDH帧信号传送。第3章 电路交换技术图3.5 数字中继的原理图时钟提取码型变换帧同步插入复帧同步插入信令插入告警检测帧同步复帧同步信令发送信令接收指示帧定位码型变换信令提取线路侧交换网络侧内部时钟第3章 电路交换技术6信令设备信令设备图3.6 本局呼叫的信令过程主叫话机交换机摘机被叫话机拨号音号码回铃音振铃摘机通话挂机催挂音挂机释放消息转输呼叫时间第3章 电路交换技术 对于随路信令CAS(Channel Associated Signaling)系统，信令有监视信令、
19、地址信令、各种音信令和铃流。监视信令完成呼叫监视、应答等功能，它分散在用户接口和中继接口电路中。其它两种信令体现在图3.1的信令设备中，包括各种音信号(拨号音、忙音、回铃音等)发生器、双音多频信号接收器、多频信号发送和接收器。铃流发生器单独设置，通常放在用户模块中。第3章 电路交换技术 除铃流信令外，其它音信令和多频信令都是以数字形式直接进入数字交换网络，并像数字话音信号一样交换到所需端口。音信令的数字化原理和话音完全一样。如果交换局间使用公共信道信令CCS(Common Channel Signaling)，那么图3.1中的信令设备主要完成7号信令第二功能级的功能，第一功能级的功能由数字中继
20、完成，第三和第四功能级的功能由控制系统完成。第3章 电路交换技术 7交换网络交换网络 对电路交换而言，呼叫处理的目的是在需要通话的用户之间建立一条通路，这就是交换功能。交换功能由交换机中的交换网络实现。交换网络可在处理机的控制下建立任意两个终端之间的连接。数字交换系统的交换过程如图3.7所示。第3章 电路交换技术图3.7 数字交换系统的交换过程11甲aTS1bTS1aTS1PCM13030乙bTS30abTS30PCM2TS30数字交换网络bTS1PCM1aTS30PCM2第3章 电路交换技术 在数字交换机中，每个用户都占用一个固定的时隙，用户的话音信息就装载在各个时隙之中。例如，有甲、乙两个
21、用户，甲用户的发话信息a或受话信息都固定使用时隙1(TS1)，而乙用户的发话信息b或受话信息都固定使用TS30。如果这两个用户要互相通话，则甲用户的话音信息a要在TS1时隙送至数字交换网络，而在TS30时隙将其取出送至乙用户。反过来，乙用户的话音信息b也必须在TS30时隙送至数字交换网络，而在TS1时隙从数字交换网络中取出送至甲用户。这就是话音交换，它实质上是一种时隙交换。第3章 电路交换技术3.2.2 控制子系统控制子系统 控制子系统的主要设备是处理机。处理机的数量和分工有各种配置方式，但归结起来可以分为三种基本的配置方式：集中控制、分散控制和分布式控制。1集中控制集中控制 早期的程控交换机
22、都采用这种控制方式。假设某一交换机的控制系统由多台处理机组成，每一台处理机均装载全部软件，可以完成所有控制功能，访问所有硬件资源，这种控制方式就叫集中控制方式，见图3.8。第3章 电路交换技术图3.8 集中控制方式资源1资源2资源r程序1程序2程序p处理机1处理机2处理机m第3章 电路交换技术 集中控制的主要优点是：处理机能掌握整个系统的状态，可以访问所有资源；控制功能的改变一般都在软件上进行，比较方便。但是，这种集中控制的最大缺点是：软件要包括各种不同特性的功能，规模庞大，不便于管理；系统较脆弱，一旦出故障会造成全局中断。第3章 电路交换技术 2分散控制分散控制 所谓分散控制，就是在给定的系
23、统状态下，每台处理机只能访问一部分资源和执行一部分功能。处理机之间的功能可以静态分配，也可以动态分配。分配方法有多种。1)单级多机系统 图3.9为单级多机系统示意图。该系统中各台处理机并行工作，每台处理机有专用的存储器，也可设置公用存储器，用作各处理机间的通信。多处理机之间的工作划分有容量分担与功能分担两种方式。第3章 电路交换技术图3.9 单级多机系统处理机0存储器0公 共存储器处理机1存储器1处理机n存储器n交换网络第3章 电路交换技术 (1)容量分担：每台处理机只承担一部分容量的呼叫处理任务。例如，800门的用户交换机中，每台处理机控制200门。容量分担实际上也相当于负荷分担，是面向固定
24、的一群用户的方式。容量分担的优点是处理机数量可随着容量的增加而逐步增加，缺点是每台处理机要具有所有的功能。第3章 电路交换技术 (2)功能分担：每台处理机只承担一部分功能，只需装入一部分程序，分工明确。缺点是容量较小时，也需配置全部处理机。在大型程控交换机中，通常是将容量分担与功能分担结合使用。还应注意的是：不论是容量分担还是功能分担，为了保证系统安全可靠，每台处理机一般均有其备用机，按主/备用方式工作，也可采用N1备用方式。对于控制容量很小的处理机，也可以不设备用机。第3章 电路交换技术 2)多级处理机系统 在交换处理中，有一些工作执行频繁而处理简单，如用户扫描等；另一些工作处理较复杂，但执
25、行次数要少一些，如数字接收与数字分析。至于故障诊断等维护管理工作则执行次数更少而处理更复杂。可见，在交换处理中处理复杂性与执行次数成反比。多级系统可以很好地适应以上特点。用预处理机处理执行频繁而简单的功能，可以减少中央处理机的负荷；用中央处理机执行分析处理等较复杂的功能，也就是与硬件无直接关系的较高层的呼叫处理功能；用维护管理处理机专门执行维护管理的各种功能。这样，就形成了多级系统。第3章 电路交换技术图3.10 三级多机系统交换网络预处理机预处理机预处理机中央处理机维护管理处理机第3章 电路交换技术 在图3.10所示的三级系统中，实际上采用了功能分担与容量分担相结合的方式：三级之间体现了功能
26、分担，而在预处理机这一级采用容量分担，即每个预处理机控制一定容量的用户线或中继线。中央处理机也可以采用容量分担，而维护管理处理机一般只用一台。预处理机又称为外围处理机或区域处理机，通常使用微机。中央处理机和维护管理处理机可使用小型机或功能强的高速微机。第3章 电路交换技术 3分布式控制分布式控制 随着微处理机技术的迅速发展，分散控制的程度越来越高，产生了全微机控制的分布式控制方式。例如每个电路板上均配有单片机的系统，就是一种分布式控制系统。这种分布式控制结构有以下优点：(1)在集中控制和分级控制的程控交换机中，当增加待定的新性能(如增开数据通信)时，其软件的改动较大。并且由于新业务的处理，将产
27、生对控制部分的争夺，影响交换机的处理能力。而在分布式控制方式中，增加新性能或新业务时可引入新的组件(如增加数据通信业务时可增加数据业务组件)，新组件中带有相应的控制设备，从而对原设备影响不大，甚至没有影响。第3章 电路交换技术 (2)能方便地引入新技术和新元件，且不必重新设计交换机的整体结构，也不用修改原来的硬件。(3)可靠性高，发生故障时影响面较小，如只影响某一群用户(或中继)或只影响某种性能。第3章 电路交换技术 但是，分布式控制方式目前也存在一些问题。例如：(1)采用分布式控制时微处理机的数量相对增多，微处理机之间的通信也增加，如果设计不完善，会影响交换机的处理能力，使各处理机真正用于呼
28、叫处理的效率降低，同时也增加了软件编程的复杂性。(2)随着微处理机数量的增加，存储器的总容量也会增加。第3章 电路交换技术 4双机冗余配置双机冗余配置 为了确保控制系统安全可靠，程控交换机的控制系统通常采用双机冗余配置，配置方式有微同步、负荷分担和主备用方式。1)微同步 微同步(micro-synchronization)方式的基本结构如图3.11所示。它具有两台相同的处理机，其间有一个比较器。两台处理机各自具有专用的存储器，其内容完全相同。第3章 电路交换技术图3.11 微同步方式的基本结构话路设备处理机A比较器处理机B第3章 电路交换技术 在正常工作时，两台处理机同时接收来自话路设备的各种
29、输入信息，执行相同的程序，进行同样的分析处理，但是只有一台处理机输出控制信息，控制话路设备的工作。所谓微同步，就是要将两台处理机的执行结果通过比较器不断地进行检查比较。如果结果完全一样，说明工作正常，程序可继续执行；如果结果不一致，表示其中有一台处理机发生故障，应立即告警并进行测试和必要的故障处理。微同步方式的优点是较易发现硬件故障，且一般不影响呼叫处理。微同步方式的缺点是对软件故障的防卫较差，此外，由于要不断地进行同步复核，因此效率也不高。第3章 电路交换技术 2)负荷分担 负荷分担(Load sharing)方式的基本结构如图3.12所示。负荷分担也叫话务分担。其特点是两台处理机独立进行工
30、作，在正常情况下各承担一半话务负荷。当一台处理机产生故障时，可由另一台承担全部负荷。为了能接替故障处理机的工作，两台处理机必须互相了解呼叫处理的情况，故双机应具有互通信息的链路。第3章 电路交换技术图3.12 负荷分担方式话路设备处理机A处理机B第3章 电路交换技术 负荷分担的主要优点如下：(1)过负荷能力强。由于每台处理机都能单独处理整个交换系统的正常话务负荷，故在双机负荷分担时，可具有较高的过负荷能力，能适应较大的话务波动。(2)可以防止由软件差错引起的系统阻断。由于程控交换软件系统的复杂性，不可能没有残留差错。这种程序差错往往要在特定的动态环境中才显示出来。由于双机独立工作，故程序差错不
31、会在双机上同时出现，加强了软件故障的防护性。第3章 电路交换技术 (3)在扩充新设备、调试新程序时，可使一台处理机承担全部话务，另一台进行脱机测试，从而提供了有力的测试工具。负荷分担方式由于是双机独立工作方式，因此在程序设计中要避免双机同抢资源的现象，双机互通信息也较频繁，这都使得软件比较复杂，且负荷分担方式不如微同步方式那样较易发现处理机硬件故障。第3章 电路交换技术 3)主/备用 主/备用(Active-standby)方式如图3.13所示，一台处理机联机运行，另一台处理机与话路设备完全分离或为备用。当主用机发生故障时，进行主/备用机倒换。主/备用方式分为冷备用与热备用两种方式。冷备用时，
32、备用机不保存呼叫数据，接替主用机时从头开始工作。热备用时，备用机根据原主用机故障前保存在存储器中的数据进行工作，也可以进行数据初始化，重新启动系统。第3章 电路交换技术图3.13 主备用方式话路设备处理机A处理机B第3章 电路交换技术3.2.3 处理机间通信处理机间通信 在多处理机系统中，不同处理机之间要相互沟通(通信)、共同配合，以控制呼叫接续。由于数字交换机设有远端用户模块，因此，处理机间通信有时也要考虑较远距离的通信。处理机间的通信方式和交换机控制系统的结构有紧密联系。目前所采用的通信方式很多，这里仅介绍几种常见方式。第3章 电路交换技术 1通过通过PCM信道进行通信信道进行通信 利用交
33、换机内的PCM信道进行通信，有两种不同的方法：(1)利用时隙16进行通信。在数字通信网中，时隙16用来传输数字交换局间的信令，传输线上的信息在到达交换局以后，中继接口提取时隙16的信令，进行处理。交换机内部的16时隙是空闲的，可以用作处理机间的通信信道。在本章后面要介绍的F-150 型数字交换机就是采用这种方法通信的。具体方法我们在后面介绍。这种通信方式不需要增加额外的硬件，软件的费用也小，但通信的信息量小，速度慢。第3章 电路交换技术 (2)通过数字交换网络的PCM信道直接传送。在S-1240交换机中，处理机之间的通信信息和话音、数据信息一样，可以通过PCM信道传送(任一时隙)，并且也能由数
34、字交换网络进行交换。为了区分信道中信息的类型，不同的信息需要加不同的标志，以便识别。用这种方式能进行远距离通信，但缺点是占用了通信信道，并且费用较大。关于这种通信方式的详细情况也放在后面介绍。第3章 电路交换技术 2采用计算机网常用的通信结构采用计算机网常用的通信结构 计算机通信网有不同的结构方式，我们在这里只介绍部分在程控交换机中常见的方式。1)多总线结构 多总线结构是多处理机系统的一种总线结构。多处理机之间通过共享资源实现各处理机之间的通信。在这种结构中，多处理机组成一个总线型网络。多总线结构有两种基本方式：紧耦合系统：在这个系统中，多个处理机之间是通过一个共享存储器传送信息进行通信的。第
35、3章 电路交换技术 松耦合系统：在这个系统中，多个处理机之间是通过输入/输出接口传送信息进行通信的。这两种方式都要共享一组总线，因此必须有决定总线控制权的判优电路，处理机在占用总线前必须判别总线是否可用。使用这种系统要注意通信的效率问题，否则处理机的处理能力就会受到制约。第3章 电路交换技术 (1)共享存储器方式。这是一种由若干处理机与若干存储器互连的方式。最简单的结构是图3.14所示的分时总线互连结构。在这种结构中，所有处理机和所有存储器都连在一条公共总线上，处理机将通信信息写入存储器，在接收端可以直接从存储器读取信息。第3章 电路交换技术图3.14 分时总线互连结构PMPMPMP处理机存储
36、器第3章 电路交换技术 在大型系统中，如果处理机数量较多，那么总线的通信效率可能会制约处理机的效率，形成一个“瓶颈”，因此需要想办法提高总线的效率。多组总线互连结构可以解决该瓶颈问题，如图3.15所示。图中，每一台处理机、每一个存储器均连接一条独立总线。只要不冲突，连接在多条总线上的处理机和存储器可同时通信。但当处理机和存储器数量增加时，矩阵容量就会以平方数增长。第3章 电路交换技术图3.15 多组总线互连结构PM处理机存储器MMPPP第3章 电路交换技术 还有一种方法是将存储器的多个通道分别接不同的处理机。最常见的是利用双向存储器或者存储器双向端口控制器供两台处理机从不同总线输入或输出信息。
37、当然这里也有一个判优问题，但总线分开以后问题就会简单一些。共享存储器的方法能提供较高的速度和通信信息量，但处理机间的物理距离不能很远。第3章 电路交换技术 (2)通过共享输入/输出接口进行通信。在这种方式下，一台处理机把对方处理机看作一般的输入/输出端口。这些端口可以是并行口，也可以是串行口，它适用于通信信息量和速率都不十分高的场合。第3章 电路交换技术 2)环形结构 在大型系统中，尤其是在分散控制的系统中，处理机的数量很多，而它们之间往往是平级关系，这时常采用环形通信结构。环形结构和计算机的环形网相似，每台处理机相当于环内的一个节点，节点和环通过环接口连接。令牌环是用得较多的一种环形网。第3
38、章 电路交换技术3.3 数字交换网络的结构数字交换网络的结构 上一节我们已经介绍了数字交换网络的作用是完成数字话音信号的时隙交换。在介绍数字交换网络之前，我们先来学习复用器和分路器的有关知识，它们是连接交换网络的接口。信息以串行格式送入交换网络的入线并从出线送出。入线和出线上一帧的时隙数定义为复用度。在交换网络中，为了提高交换速度，信息以并行方式交换，因此在交换网络接口处，要进行串/并和并/串变换。复用器和分路器的作用就是完成这种变换。第3章 电路交换技术图3.16 复用器的组成S/Pb1b8PCM0S/Pb1b8PCM15161116b1161116b8第3章 电路交换技术 复用器包括串/并
39、变换和合路复用功能。假设图3.16中有16条PCM分别经串/并变换后进入“16选l”的多路选择器进行合路。8个16选1的选择器中的每一个选择器接16个串/并变换器输出的同名比特位。图3.17说明16套PCM系统进行串/并变换后在8条并行线上的时隙进行合路的过程。在3.9 s中，原来每一时隙的8位串行码，现在变为并行码排列在b1b8 8条线的同一码位，成为变换后的一个时隙。16套并行PCM合路后，原来一个串行时隙的时间间隔内排有16个不同时隙的16位码。变换前后时隙的对应关系为：变换后的并行时隙号=变换前的时隙号复用器串行输入线数量+变换前串行输入线号 例如，变换前位于输入线5、时隙10的语音，
40、变换后的并行时隙是165(1016+5=165)。第3章 电路交换技术图3.17 复用器的复用过程123456784.88 ns3.9 sTS31 TS0TS0 TS1第1套PCM串行码，2 Mb/sTS0 TS1b1b2b8串/并变换后,复用前,PCM并行码,256 Mb/sb116套PCM的TS016套PCM的TS116套PCM的TS31b2b8复用后4 Mb/s第16套PCM TS0第16套PCM TS313.9 s2.44ns第3章 电路交换技术 每套PCM系统串行码的传输速率为2 Mb/s，复用度为32，串/并变换后速率只有原来的1/8，变成256 kb/s，复用度不变。16套PCM
41、合路复用后，速率增加15倍，变成4 Mb/s，复用度增加15倍，变成1632512。这样交换网络以4 Mb/s的速度工作就可以满足512时隙的交换要求。如果不进行上述变换，每个时隙的8位编码仍按串行码传送和交换，那么速率将提高16倍，达到32 Mb/s以上，这样高的速率在早期是难以实现的。分路器的功能和复用器的相反，它完成分路和并/串变换功能。第3章 电路交换技术3.3.1 基本交换单元基本交换单元 电路交换是同步交换，因此构成电路交换网络的基本交换单元也必须是同步交换的。1.时分接线器时分接线器 时分接线器属于共享存储器型交换单元。1)时分接线器的组成 时分接线器(Time Switch)简
42、称T接线器，用来完成时隙交换功能。时分接线器采用缓冲存储、控制读出或写入的方式来进行时隙交换，主要由话音存储器SM(Speech Memory)和控制存储器CM(Control Memory)组成，如图3.18所示。第3章 电路交换技术 SM用来暂存编码的话音信息。每个时隙有8位编码，考虑到要进行奇偶校验等，所以SM的每个单元(即每个字)应具有8位以上字长。SM的容量，即所包含的字数应等于输入复用线(母线)上的复用度。例如，有512个时隙，SM就要有512个单元。时分接线器的工作方式有两种。第一种是顺序写入，控制读出，简称输出控制，如图3.18(a)所示。第二种是控制写入，顺序读出，简称输入控
43、制，如图3.18(b)所示。用这两种方式进行时隙交换的原理是相同的。顺序写入或读出是由时钟控制的，控制读出或写入则由CM完成。第3章 电路交换技术图3.18 T接线器的工作原理(a)输出控制；(b)输入控制ASMAiAjiWR时钟iCMjWR时钟(a)ASMAiAjWR时钟jCMiWR时钟(b)j第3章 电路交换技术 CM的作用是控制同步交换，其容量一般等于话音存储器的容量，它的每个单元所存的内容是由处理机控制写入的，用来控制SM读出或写入的地址。因此，CM中每个字的位数决定于SM的地址码的位数。如果SM有512个单元，需要用9位地址码选择，则CM的每个单元应有9位。第3章 电路交换技术 2)
44、时分接线器的交换原理 现在来看看以顺序写入、控制读出方式进行时隙交换的原理。输入时隙的信息在时钟控制下，依次写入SM。显然，写时钟必须与输入时隙同步。如果读出也是顺序方式，则仅起缓冲作用，不能进行时隙交换。故在读出时，必须依照控制存储器中所存入的读出地址进行。图3.18(a)中表示了话音A按顺序存入SM的第i单元，当第j时隙到来时，以CM第j单元的内容i为地址，读出SM第i单元的内容A。这样，第i时隙输入的话音编码信息A就在第j时隙送出去，实现了时隙交换的功能。第3章 电路交换技术 在整个交换过程中，CM就是控制信息交换的转发表。转发表由处理机构造。处理机为输入时隙选定一个输出时隙后，控制信息
45、就写入控制存储器。只要没有新的信息写入，控制存储器的内容就不变。于是，每一帧都重复以上的读写过程，输入第i时隙的话音信息，在每一帧中都被交换到第j输出时隙中去。控制写入、顺序读出的原理是相似的，不同的是：控制存储器内写入的是话音存储器的写入地址，以此来控制话音存储器的写入，即话音存储器第j单元写入的是第i输入时隙的话音信息，如图 3.18(b)所示。由于是顺序读出，故在第j时隙读出话音存储器第j单元的内容，同样完成了第i 个输入时隙与第j个输出时隙的交换。第3章 电路交换技术 不论是顺序写入还是控制写入，每个输入时隙都对应着话音存储器的一个存储单元，所以，时分接线器实际上具有空分的性质，是按空
46、分的原理工作的。时分接线器中的话音存储器和控制存储器可以是高速的随机存取存储器(RAM)。第3章 电路交换技术 2空分接线器空分接线器 空分接线器属于空分阵列交换单元。1)空分接线器组成 空分接线器(Space Switch)简称S接线器，它由交叉点矩阵和控制存储器CM组成，如图3.19所示。NN的电子交叉点矩阵有N条输入复用线和N条输出复用线，每条复用线上有若干个时隙。每条输入复用线可以选择到N条输出复用线中的任一条，但这种选择是建立在一定的时隙基础上的。第3章 电路交换技术以第1条输入复用线为例，其第1个时隙可能选通第2条输出复用线的第1个时隙，其第2个时隙可能选通第3条输出复用线的第2个
47、时隙，其第3个时隙可能选通第1条输出复用线的第3个时隙，等等。因此，对应于一定出入线的交叉点是按一定时隙做高速启闭的。从这个角度看，空分接线器是以时分方式工作的。各个交叉点在哪些时隙应闭合，在哪些时隙应断开，是由CM控制的，CM起同步作用。第3章 电路交换技术 显然，对于点到点的通信，同一条输入(输出)复用线上的某一时隙，不能同时选通几条输出(输入)复用线。对于图3.19来说，就是位于同一输入线或同一输出线上的任何两个交叉点，不能在同一时隙闭合。当然，任一输入复用线的不同时隙，是可以选通到同一条输出复用线的。交叉矩阵可由选择器组成。例如，16选 1选择器可用来使 16条入线选通1条出线，161
48、6的交叉矩阵可由16个161的选择器以一定的复接方式组成。第3章 电路交换技术图3.19 控制存储器按入线配置的空分接线器2AA71 2 NCMN21TS7N21TS7第3章 电路交换技术 2)空分接线器的工作原理 如图3.19所示，对应于每条入线都配有一个控制存储器。由于它要控制入线上每个时隙接通到哪一条出线上，所以控制存储器的容量等于每条复用线上的时隙数，而每个单元的位数则决定于选择输出线的地址码位数。例如，每条复用线上有512个时隙，交叉点矩阵是3232，则要配有32个控制存储器，每个控制存储器有512个单元，每个单元有5位，可选择32条出线。第3章 电路交换技术 图3.19中，第1个控
49、制存储器的第7个单元中由处理机控制写入了2，表示第1条输入复用线与第2条输出复用线的交叉点在第7时隙接通。在每一帧期间，处理机依次读出控制存储器各单元的内容，控制矩阵中对应交叉点的启闭。这里的控制存储器就是控制接续的转发表。控制存储器也可以按输出线设置，即每一条输出复用线用一个控制存储器控制该输出复用线上各个时隙依次与哪些输入复用线接通，如图3.20所示。显然，在第2套控制存储器中，写入的内容是输入复用线的号码。第3章 电路交换技术图3.20 控制存储器按出线配置的空分接线器13NAAN 21TS13TS1312N12N第3章 电路交换技术 3时空一体的数字交换单元时空一体的数字交换单元 还有
50、一种交换部件，可以实现时空交换功能，如S-1240交换机中使用的数字交换单元DSE(Digital Switching Element)，它属于总线型交换单元。每个DSE是具有8片“双交换端口”的超大规模集成电路，每片“双交换端口”上有两个交换端口，即每个DSE由16个双向交换端口组成，分别连接到16条4 Mb/s双向PCM串行链路上，见图3.21。第3章 电路交换技术图3.21 DSE的结构框图交换端口0RXTXPCM链路交换端口8RXTXPCM链路39条并行TDM-BUS交换端口7RXTXPCM链路交换端口15RXTXPCM链路时钟选择器和本地时基RX接收端TX发送端时钟8 MHz4 MH
