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2020/2/251现代通信交换2020/2/252第1章概论现代通信网是在电路交换的基础上发展而来的,电路交换的特点是可靠性高、实时性强、组网规模大。而分组交换则是数据通信的产物，也是通信网宽带化发展的必然。本章将概述电话交换机和各种交换技术。2020/2/2531.1交换概述现代通信网主要有三大部分组成：终端系统、交换系统和传输系统。其交换系统的交换技术的发展非常之快，不断满足通信网的需求，提供尽可能完善的接口和快速的接续功能，并在组网，网管，维护及业务处理等方面为设备运营商或使用者带来更大的方便。“交换”就是转接，交换节点是通信网实现信息传输的必不可少的环节。2020/2/254选路是指交换机的处理机根据被叫用户号码选择输出路由（属于同一局向的话路群）;连接是指在交换机处理机的控制下，由接线器完成输入话路与输出话路的连接;交换即转接，是在交换通信网中实现数据传输的必不可少的技术;电路交换：各个终端之间通过公网（交换节点）传输语言、文本、数据、图像等业务。任何一个主叫的信息，通过交换节点可以发送到所需的一个或多个被叫用户。2020/2/255图1.1交换网络接点形成示意图2020/2/256接续类型本局接续：本局用户之间的接续出局接续：用户与出中继之间的接续入局接续：用户与入中继之间的接续转换接续：中继线与中继线之间的接续2020/2/257交换节点应实现的基本功能·能接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号·能接收和分析从用户线或中继线发来的地址信号·能按固定地址正确选路及在中继线上转发信号·能按照所收到的释放信号拆除连接2020/2/258图1.2程控交换机结构框图交换机的基本结构和功能交换机的基本结构如图1.2所示。图中分为接口部分、交换网络部分、信令部分和控制部分。2020/2/259（3）程控交换机的大致分类①空分模拟程控交换机。这种交换机的话路系统是空分的，只能交换模拟信号。②时分模拟程控交换机。这种交换机的话路系统是时分的，所传输、交换的是脉冲幅度调制信号。③时分数字程控交换机。这种交换机的话路系统是时分的，传输交换的是脉冲编码调制的数字信号。这是目前应用得最多的电路交换类型，也就是数字程控交换机。程控交换机的大致分类如图1.3所示。2020/2/2510程控交换机的大致归类图1.3程控交换机的大致分类2020/2/2511交换机的发展过程1.人工电话交换机1876年美国贝尔发明电话以后，为适应多个用户之间的电话交换，于1878年出现了第一部人工磁石交换机。由于磁石交换机的容量不易扩大，话务员操作与用户使用均不方便，在1891年出现了人工供电交换机，虽然供电式比磁石式有所改进，但由于仍是人工操，接线速度慢，容易出错，效率低。2020/2/25122.自动交换机1892年在美国出现步进制交换机，用户通过话机的拨号盘控制电话局中的电磁继电器与接线器的动作，完成了电话的自动接续。从此电话交换开始由人工迈入自动。2020/2/25133.纵横制交换机1919年，瑞典首先制成了小型纵横制交换机并投入使用。纵横制交换机采用了比较理想的接线器和高效率的公共控制方式。4.电子式交换机1965年美国贝尔实验室在新泽西州开通了世界上第一台商用存储程序控制的电子交换机，标志着电话交换从机电时代进入电子时代，使交换技术发生划时代的变革。2020/2/25145.数字程控交换机在1970年法国首先在拉尼翁(Lanion)成功的开通了世界上第一个程控数字交换系统E10,它标志着交换技术从传统的模拟交换机进入数字交换时代。我国是1982年在福州引进了第一台F150，随后开始研制各种容量的程控交换机，并且从国外引进了大批程控交换机，在此基础上通过选优和定点，陆续建立了S-1240、EWSD的多条生产线。八十年代末我国自行研制成功了HJD04、DS30。后来的08机、10机、601相继研制成功,基本上结束了交换机进口的历史。2020/2/2515⑴空分模拟程控交换机——这种交换机的话路系统是空分的，只能交换模拟信号。⑵时分模拟程控交换机——这种交换机的话路系统是时分的，所传输交换的是PAM脉冲幅度调制信号，目前已基本淘汰。2020/2/25161.2交换技术常用的交换技术有电路交换、分组交换、ATM交换及软交换等。从最初适应语音通信的电路交换，到适应数据通信的分组交换，又发展到适应于宽带综合数据业务的ATM。为了适应NGN（下一代网络）的发展，又推出软交换、IMS、MPLS及ASON等新技术，各种交换方式发展关系如图1.4所示。2020/2/2517图1.4各种交换方式的发展关系2020/2/2518(1)电路交换（CS，CircuitSwitching）电路交换是一种直接的交换方式，它为一对需要进行通信的站点之间提供一条临时的专用传输通道，它即可以是物理通道又可以是逻辑通道。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径通过适当选择、连接而完成的，由多个节点和多条节点间传输路径组成的链路。电路交换的通信包括三个阶段:1.电路建立，2.信息传输，3.电路拆除。2020/2/2519电路交换的接续过程示意图2020/2/2520电路交换具有下列特点：1.呼叫建立时间长，并且存在呼损。2.传送信息没有差错控制，电路连通后提供给用户的是“透明通道”。3.对通信信息不做任何处理,原封不动传送（信令除外）。4.线路利用率低。5.要在通信用户间建立专用的物理连接通路。6.实时性较好，那一个终端发起呼叫或出现其它动作，系统能够及时发现，并做出相应的处理。2020/2/2521(2)快速电路交换（FCS，FastCircuitSwitching)对每个接续不是分配固定的带宽，并且是信息传送时才分配带宽和有关资源。是动态分配带宽，其过程是收集信息进行先分析，根据信息分析结果进行分配带宽，然后再进行连接。FCS有以下特点：由于不为每个呼叫专门分配和保留其所需的带宽，因此提高了带宽的使用效率。物理连接的建立和拆除要有相当高的速度。由于当信息发送时才建立真正连接。控制复杂，灵活性不足，不能得到广泛应用。2020/2/2522(3)分组交换（PS：PacketSwitching）采用存储转发方式，但与存储转发不同的是将用户要传送的信息分成若干组，以减小存储时间，可以使传送加快，但由于电路增加，编程量增加，故开销会也会变大。采用的X.25协议，包含3层。逐段链路的差错控制和流量控制。出错可以重发，质量、可靠性有了保证。分组交换属于“存储/转发”交换，它又具体分为：数据报传输分组交换或虚电路传输分组交换。2020/2/2523分组交换接续示意图2020/2/2524(4)帧交换（FS：FrameSwitch）帧交换基于X.25协议，只有下面两层，没有第三层，加快了处理速度。在第二层上传输的数据单元称为帧（Frame）,在数据链上以简化的方式来传输和交换数据单元。其特点：1．在第二层进行复用和传送。2．将用户面与控制面分离。用户面（userplane）是提供用户信息的传送，控制面（controlplane）是提供呼叫和连接的控制，如信令（signaling）功能。3．将用户信息流以帧为单位进行传送。2020/2/2525(5)快速分组交换FPS（Fastpacketswitching）可以理解为尽量简化协议，只具有核心网络功能，以提供高速、高吞吐量、低时延的服务的交换方式，包含FPS帧中继（FR：FrameRelay）和信源中继（CR：CellRelay）两种交换方式。FR与FS比较，更简化了协议，不涉及第三层，第二层也只保留了链路层的核心功能，如帧的定界、同步、透明性及帧的传输差错控制检测等。FR只进行差错检查，错的丢掉，不再重发。2020/2/2526(6)ATMATM（AsynchronousTransferMode）是ITU-T确定B-ISDN的复用、传输和交换模式技术。综合了电路交换和分组交换优点的同时，克服了电路交换方式网络资源利用率低、分组交换方式信息时延大和抖动的缺点，可以把语音、数据、图像、视像等各种信息，进行一元化的处理、加工、传输和交换，大大提高了网络的效率。ATM的传输过程分为：建立连接，数据传输和连接终止三个阶段。ATM提供高速、高服务质量的信息交换，灵活的带宽分配及适应从很低速率到很高速率的带宽业务。2020/2/2527ATM交换技术的特点：1．采用面向连接的工作方式，通过建立虚电路来进行数据传输，在用户信息传递前，要先建立连接过程，传完后要拆除连接。ATM虚连接有虚电路连接（VCC）和虚信道连接（VPC），同时也支持无连接业务。2．采用固定长度的数据包，每个ATM数据包称为一个信元（cell）。信元由53个字节组成，信头很简单，以减少处理开销。信元复用与分组交换一样，采用异步时分复用。ATM技术简化了网络功能与协议，取消了分组交换网络中逐段链路进行差错控制、流量控制的控制过程，将由网端之间的用户完成。2020/2/2528(7)移动交换（MobileSwitch）移动通信范围很广，如陆地移动通信系统、卫星移动通信系统、无线寻呼系统、无绳电话系统、小灵通电话系统等等。最初由原CCITT于1988年公布了陆地移动通信网（PLMN：PublicLandMobileNetwork）的Q.1000系列建议，随后又有些新的规定。其使用的蜂窝移动通信系统的交换技术分为FDMA，TDMA和CDMA等。2020/2/2529FDMA：将系统的总频段分成若干个等间隔的频段（频道），分配给不同的用户使用。TDMA：把时间分割成周期性的时针，每一时针又分成若干时隙，然后根据一定的分配原则，是每个移动台在每帧内只能在指定的时隙向基站发送信号。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺序安排在预定时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就将给它的信号在合路信号中区分出来。2020/2/2530CDMA：不分时隙和频段，是用各不相同的编码序列（地址码）来区分的。用时域，频域来观察，CDMA是相互重叠的，接收机可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号，而其它使用不同码型的信号不能被解调。由于重叠原因，存在多址干扰问题，限制了容量的发展，但与TCMA比TDMA具有更大的通信容量。2020/2/2531（8）IP交换随着网络通信业务从电话、数据向视频、多媒体等宽带业务方向发展，人们迫切需要一种具有足够宽频带和高交换速率的传输交换网络。但一直以来，建设宽带传输交换网的核心技术存在两个发展方向：一个是计算机界推崇的IP网络技术，另一个是电信界所倡导的ATM技术。将第二层的ATM高速交换技术与第三层的IP路由技术的优点结合起来，就形成了IP交换技术。目前，有各种基于IP的交换技术，如MPLS（多协议标签交换），ATM网上运行IP（IPOA）、局域网仿真（LANE）以及ATM上的多协议（MPOA）等。2020/2/2532（9）MPLS在标签交换的基础上发展起来的MPLS（多协议标签交换），既具有ATM的高速性能，又具有IP的灵活性和可扩充性，可以在同一网络中同时提供ATM和IP业务。利用ATM传送IP是目前公用骨干网上最适用的技术方案之一。MPLS已成为业界普遍看好的下一代IP骨干网技术。2020/2/2533（10）软交换人们将软交换（SS）概念引入到下一代交换网络（NGN,NextGenerationNetwork）中。软交换技术是一种分布的软件系统，可以基于各种不同技术、协议和设备，在网络环境之间提供无缝的互操作功能。软交换技术通过相应的协议控制或通信规程支持IPPBX和IP电话，同时它还具有网关处理能力。软交换设备是下一代分组网络的核心设备，它独立于网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理等功能，可以提供包括现在电路交换机所提供的全部业务和其他新的业务。2020/2/2534（11）IMSIP多媒体子系统体系（IMS）结构设计利用了软交换技术，实现了业务与控制相分离、呼叫控制与媒体传输相分离。IMS虽然是3GPP为了移动用户接入多媒体服务而开发的系统，但