交换原理及设计基础培训教程

一、交换网发展概况二、网络构架和组网实例三、业务功能四、设备性能参数五、工程设计基础六、专业接口配合七、举例分析一、交换网发展概况网络交换技术共经历了四个发展阶段，电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和ATM技术。四类交换技术各有特点，适用于不同的业务种类。技术发展：电路交换：目前广泛应用于公众电话网（PSTN网）和移动网（包括GSM网和CDMA网）。它的基本特点是采用面向连接的方式，在双方进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路，通信双方在通信过程中将一直占用所分配的资源，直到通信结束，并且在电路的建立和释放过程中都需要利用相关的信令协议。这种方式的优点是在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽，并且实时性强，时延小，交换设备成本较低，但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。分组交换：适用于具有很业务强突发性的数据通信网络。主要具有抗高业务流量突发性、时延相对较低的特点。它的基本特点是面向无连接而采用存储转发的方式，将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术，在通信之前不需要建立连接，每个节点首先将前一节点送来的分组收下并保存在缓冲区中，然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点，这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。分组交换比电路交换的电路利用率高，但时延较大。报文交换：报文交换技术和分组交换技术类似，也是采用存储转发机制，但报文交换是以报文作为传送单元，由于报文长度差异很大，长报文可能导致很大的时延，并且对每个节点来说缓冲区的分配也比较困难，为了满足各种长度报文的需要并且达到高效的目的，节点需要分配不同大小的缓冲区，否则就有可能造成数据传送的失败。在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如公用电报网。报文交换比分组交换出现的要早一些，分组交换是在报文交换的基础上，将报文分割成分组进行传输，在传输时延和传输效率上进行了平衡，从而得到广泛的应用。ATMATM—异步传输模式（ATM）是基于电路交换和分组交换技术而提出的。ATM技术将面向连接机制和分组机制相结合，在通信开始之前需要根据用户的要求建立一定带宽的连接，但是该连接并不独占某个物理通道，而是和其他连接统计复用某个物理通道，同时所有的媒体信息，包括语音、数据和图像信息都被分割并封装成固定长度的分组在网络中传送和交换。ATM另一个突出的特点就是提出了保证QoS的完备机制，同时由于光纤通信提供了低误码率的传输通道，所以可以将流量控制和差错控制移到用户终端，网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减少，ATM非常适合传送高速数据业务。目前ATM交换机主要用在骨干网络中，主要利用ATM交换的高速和对QoS的保证机制，并且主要是提供半永久的连接。电路交换与分组交换A1A2A3B1B2B3交换结点交换结点A1A2A3B1B2B3交换结点交换结点电路交换:分组交换:小结：一、电路交换技术：目前大规模应用，PSTN、GSM、CDMA网络。主要承载语音通信业务。实时性高、时延小、带宽利用较低，网络应用设备成熟、便宜。二、分组交换技术：广泛应用于数据通信网络，如Internet、IP电话网等。主要承载数据通信业务。无连接网络、带宽利用率高、抗突发能力强、实时性差、延迟大。三、报文交换技术：被分组交换技术取代，目前无大规模应用。四、ATM电路交换和分组交换的完美结合。但由于市场无太大需求,应用较少，只在部分骨干网使用。软交换技术发展随着IP电话技术的发展，业内提出了软交换的概念。软交换技术的主要特点是将业务呼叫控制和交换的功能相分离。软交换技术仍然采用分组网络作为承载网络。传统的电路交换和分组交换网络在每个网络节点上都集中了太多的智能，网络节点不仅要负责呼叫控制、业务处理，同时还需要负责进行通路的建立，同时，在电路交换网络中，许多业务都需要在网络节点上配置相关的业务逻辑，这样也制约了业务的及时提供。软交换技术提出的一个新的概念就是将呼叫控制、承载建立、业务逻辑相分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，在网上可更加灵活地提供业务。二、网络构架和组网实例缩略词缩略词全称中文MSMobilesubscribe用户BTSBasetranceiverstation基站收发器BSCBTScontroller基站控制器MSCMobileswitchcenter移动交换中心HLRHomelocationregister归属位置寄存器AUCAuthencationcenter鉴权中心VLRVisitlocationregister拜访位置寄存器SMCShortmessagescenter短消息中心GMSCGatewayMSC关口局TMSCTrafficMSC业务汇接局STPSignallingtranferpoint信令转接点SGSNServingGPRSSupportNode服务GPRS支持节点GGSNGatewayGPRSSupportNode网关GPRS支持节点一、移动通信网络构架简介GSM历史移动通信技术的演进过程AMPSTACSGSMN-CDMAIMT-2000第一代第二代第三代窄带宽带数字模拟移动通信网络结构图－GSM/CDMAWCDMA网络结构——R99HLRGMSCMSC/VLRMSC/VLRAuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNBTSBTSNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbBSCAGsGrGnGcCDHEGGpIubAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubUMSCGi•GSM系统接口（无线侧）A接口：BSC与MSC之间的接口Abis接口：BSC与BTS之间的接口Um接口：BTS和MS之间的空中接口•GSM系统接口（交换侧）交换侧主要接口：A接口：MSC与BSC之间的接口C接口：MSC与HLR之间的接口D接口：VLR与HLR之间的接口E接口：MSC之间的接口G接口：VLR之间的接口F接口:MSC/VLR/SSP与EIR间接口L接口:MSC/VLR/SSP与SCP间接口J接口:HLR与SCP之间的接口交换侧主要接口的含义•A接口：A接口定义为网络子系统NSS与基站子系统BSS间的通信接口；从系统上来讲就是移动交换中心MSC与基站控制器BSC之间的接口。物理链路采用标准的2.048Mbit/s的数字传输链路，实现此接口传递的信息包括移动台管理基站管理移动性管理接续管理等。•C接口：C接口定义为MSC与HLR之间的通信接口。当移动台MS作被叫时C接口用于关口MSC从HLR获得被叫MS的路由信息，当向MS传短消息时C接口用于SMS关口MSC从HLR获得MS目前所在的MSC号码。•D接口:D接口定义为VLR与HLR之间的通信接口；该接口用于与交换有关的移动台位置信息及用户管理信息。为保证移动用户在整个服务区内能够建立和接受呼叫，则必须要在VLR与HLR之间交换数据。•通常实用化的GSM系统结构一般把VLR和MSC集成在同一实体；相应地MSC与VLR之间的B接口变成一内部接口；C接口和D接口一般也用同一物理连接。•其它公用电信网泛指公用电信网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、公用分组交换数据网（PSPDN）和电路交换公用数据网（CSPDN）等。GSM系统通过MSC与这些公用电信网互连，其接口必须满足ITU-T的有关接口和信令标准及各个国家邮电运营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准。•根据我国现有公用电话网的发展现状和综合业务数字网的发展前景，GSM系统与PSTN的互连方式采用7号信令系统的TUP接口，GSM系统和ISDN的互连方式采用7号信令系统的ISUP接口。其物理链路是由MSC引出的标准2.048Mbit/s数字中继实现。移动通信网络构架简介（续）以上网络构架仅仅是网元的层面进行划分，实际网络构架要复杂的多。详见下表说明：BTS系统BSC系统话务网信令网智能网分组网………短消息系统彩信系统彩铃系统语音信箱系统USSD系统小额支付系统其他移动新业务同步网网管网计费营帐系统其他支撑系统一级干线二级干线本地网城域网一、无线网二、核心网三、传输网核心业务网增值业务网支撑网二、实例分析说明1、广西移动GSM网话务网络结构图2、南宁本地网结构图3、广西移动GPRS网逻辑结构图4、广西移动GRPS组网结构图5、广西移动GSM网信令网络结构图6、广西移动同步网结构图三、业务功能数字移动通信网能提供的业务分为基本业务和补充业务，基本业务按功能又可分为电信业务和承载业务，除此以外移动通信网还支持智能业务、GPRS业务。序号电信业务相应的承载业务1电话2紧急呼叫3短消息主叫4短消息被叫5短消息广播6先进的消息处理业务接入方式同步双工数字电路7(MHS)X.4008智能用户电报(TELETEX)同步双工数字电路9可视图文(Videotex)接入异步双工数字电路1200/75bit/s10语音和三类传真交替传送11自动三类传真业务电信业务种类承载业务相配合的网络可提供的数据速率异步双工数字电路PSTN，ISDN300，1200，1200/75bit/s400，4800，9600bit/s异步PAD接入电路PSPDN同步双工数字电路PSTN，ISDN，CSPDN1.2/2.4/4.8/9.6kbit/sPSTN、ISDN与业务的数字部分相符取一种上述的数据速率语音和数据PSTN，ISDN2400，4800，9600bit/s12kbit/s数据语音和数据交替承载业务种类序号补充业务序号补充业务1呼叫提供类补充业务4呼叫提供类补充业务-1无条件呼叫前转-1呼叫转移-2遇移动用户忙呼叫前转-2移动接入搜索-3遇无应答呼叫前转5呼叫完成类补充业务-4遇移动用户不可及呼叫前转-1呼叫等待2呼叫限制类补充业务-2呼叫保持-1闭锁所有出局呼叫-3至忙用户的呼叫完成-2闭锁所有国际出局呼叫6多方通信类补充业务-3闭锁除归属PLMN国家外所有国际出局呼叫-1会议电话-4闭锁所有入局呼叫-2三方通话业务-5当漫游出归属PLMN国家后，闭锁入局呼叫7集团类补充业务3号码识别补充业务-1闭合用户群-1主叫号码识别显示8计费类补充业务-2主叫号码识别显示限制-1计费通知-3恶意呼叫识别-2附加信息传送类-3立即计费功能补充业务种类MSC网络核心,对控制区域内的移动用户进行通信控制和管理•1）信道的管理和分配；•2）呼叫的处理和控制；•3）过区切换和漫游的控制；•4）用户位置信息的登记与管理；•5）用户号码和移动设备号码的登记和管理;•6）服务类型的控制；•7）对用户实施鉴权;•8）与其它公用通信网络互连各网元实现功能如下：HLR存储本地用户位置信息的数据库登记内容：•永久性的参数•暂时性的需要随时更新的参数VLR存储漫游用户位置信息的数据库AUCEIR存储移动台设备参数的数据库，对移动设备进行鉴别监视，拒绝非移动台入网可靠地识别用户身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。BSC的主要功能信道管理建立与释放无线资源，执行逻辑信道的组合、物理信道的映射响应MS和MSC的呼叫请求协议转换实现MSC-BSC侧七号信令和BSC-BTS侧LAPD信令的转换TC的主要功能实现16Kbit/s到64Kbit/s的话音信号处理TCAsub口16Kbit/s至BSC至MSCA口64Kbit/s13Kit/sRPE-LPT话音信息3Kbit/s检测比特64Kbit/sPCM码+对下行链路的话音激活检测和舒适噪声的产生BTS的主要功能无线资源的接入基带数字处理包括信道编/解码，交织/去交织，加密/去加密，TDMA帧建立，速率匹配等，由帧单元（FU）完成射频处理实现900M无线信号的调制解调，由载频单元（CU）完成信道管理将指定的逻辑信道组合