现代交换技术-第1章绪论
第一章 绪论(终稿)
模拟信号
Analog signal
模拟通信
Analog comm.
模拟通信系统
Analog communication system
离散信息源
Discrete (digital) information source
数字信号
Digital signal
数字通信
Digital comm.
数字通信系统
Digital communication system
第一章
绪论
现代通信原理
课程要求：必修课 课程类型：专业基础课 先修课程：信号与系统、概率论、数字电 路、通信电子线路、信息论与编码 后续课程：程控交换、移动通信、卫星通 信、计算机通信网 该课程是一门承前启后的课程
第一章
绪论
现代通信原理
现代通信原理课程内容及与其他课程的关系
语音 度 数字 量 图像 噪声 检 测 信道 码
绪论
现代通信原理
2.发送设备：将信源和信道匹配起来 3.信道：传输信息的通道，即发送设备与接 收设备之间的通道。
信道分类：有线信道、无线信道 有线信道：用导线作为传输媒质。导线：架空 明线、电缆、光纤 无线信道：利用无线电波在空间的传播来传递 信息
信道决定了通信系统的选择 (举例说明有哪些通信系统？)
第一章
绪论
现代通信原理
中国烽火台通信： 三千多年前，“千金买笑”---―烽火戏诸侯”（褒 姒） 良夜颐宫奏管簧，无端烽火烛穹苍。 可怜列国奔驰苦，止博褒妃笑一场！ 这个历史故事不仅生动的描绘了当时利用烽火台通 信的情况，同时也告戒后人，通信的重要性，不论 在什么时候也不论是什么人，都不能拿通信当儿戏
第一章 绪论
现代电动汽车技术复习资料知识分享
现代电动汽车技术复习资料知识分享现代电动汽车技术复习资料第⼀章绪论1.电动汽车的定义：电动汽车是指汽车⾏驶的动⼒全部或部分来⾃电机驱动系统的汽车，它主要以动⼒电池为车载能源，是涉及机械、电⼦、电⼒、微机控制等多学科集成的⾼科技产品。
2.电动汽车的优点：尾⽓排放少、能源⼴泛化、能量效率⾼、运⾏费⽤低、系统可控性好。
3．发展电动汽车⽬前存在的主要问题：初始成本⾼；续驶⾥程短,载质量⼩；基础设施投⼊⼤；蓄电池的⽐能量和能量密度⽐燃油低得多。
4.电动汽车分为纯电动汽车、混合动⼒电动切换、插电式混合动⼒汽车、燃料电池电动汽车。
5.⼀般发展电动汽车的技术路径是：近期—混合电动汽车；中期—纯电动汽车；远期—燃料电池电动汽车。
第⼆章纯电动汽车1.纯电动汽车的定义：是指利⽤动⼒电池作为储能动⼒源，通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从⽽推动汽车前进的⼀种新能源汽车。
2.纯电动汽车的优点：（1）零排放、零污染、噪声⼩；（2）结构简单、维修⽅便；（3）⾏驶平稳、乘坐舒适、安全性好及驾驶简单轻便；（4）可使⽤多种能源、机械结构多样化等。
3.纯电动汽车的缺点：（1）低的电池能量密度。
（2）过重的电池组。
（3）有限的续驶⾥程与汽车动⼒性能。
（4）电池组昂贵的价格及有限的循环寿命。
（5）汽车附件的使⽤受到限制。
4. 从电⽓构成⾓度，纯电动汽车可分纯电动汽车系统可分为三个⼦系统：电动机驱动⼦系统、能源⼦系统和辅助⼦系统。
1）电动机驱动⼦系统包括：由车辆控制器、功率转换器（电⼒电⼦变换器）、电机、机械传动装置和驱动车轮组成。
2）能源⼦系统由能源、能量管理单元和能量的燃料供给单元构成。
3）辅助⼦系统由功率控制单元、车内⽓候控制单元和辅助电源组成。
5.整车控制器：整车控制器是整个纯电动汽车的核⼼控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常⾏驶。
作为汽车的指挥管理中⼼，动⼒总成控制器主要功能包括：驱动⼒矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN⽹络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运⾏的作⽤。
第1章绪论(程控数字交换)PPT课件
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22
1.1 自动电话交换机的发展:三个阶段
人工交换阶段：
磁石式电话交换机 共电式电话交换机
机电式自动交换阶段： 步进制交换机（Step by Step System）：
史端乔（Strowger）式自动电话交换机 德国西门子式自动交换机 特点：直接控制方式
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电话交换技术发展的三个阶段
机动制交换机： 旋转制或升降制电话交换机 特点：间接控制方式
1
教材及参考书
❖ 《程控数字交换与交换网》（第二版），叶敏， 北京邮电大学出版社，2003年1月
❖ 《程控数字交换技术原理》，张文冬，北京邮电出版 社，2005年12月
❖ 《现代交换原理与通信网技术》，卞佳丽， 北京邮电大学出版社，2005年5月，第1版
❖《交换技术》，糜正琨 杨国民， 清华大学出版社，2006年7月，第1版
话筒 听筒
甲方
听筒
话筒
乙方
17
1.1 电话的发展
一、电话技术及发展：
a. 磁石电话： b. 脉冲电话： c. DTMF电话：
电子电话机的组成特点: 1. 均为共电制电话机； 2. 通话装置二/四线转换； 3. 被呼叫装置为90V，25Hz铃流信号； 4. 呼叫装置为电话机向交换机发送的选择信号，
PULSE/DTMF。
共同特点：
噪声大 易磨损 维护工作量大 接线速度慢 故障率高 电路技术简单 人员培训容易
24
电话交换技术发展的三个阶段
纵横制交换机（Crossbar System）： 特点：间接控制方式 接线器接点采用压接触方式
电子式自动交换阶段： 半电子交换机（准电子交换机）：
话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。 全电子交换机：
现代交换技术重点整理
第1章：绪论交换的基本概念，通信网的三要素：终端设备传输系统交换系统数据通信和话音通信的区别：1，通信对象不同，数据通信实现的是计算机和计算机之间，以及人与计算机之间的通信，而话音通信实现的是人与人之间的通信。
2，传输可靠性不同，数据通信要求更高，话音相对较小3，通信的平均持续时间和通信建立响应不同，数据通信持续时间要短，建立连接的时间也短。
话音通信过程相反。
4，通信过程中信息业务量特性不同电路交换和分组交换的优缺点电路交换的主要优点：1，信息传输时延小，对一次连续而言，传输时延固定不变。
2，信息的传输效率比较高3，信息的编码方法和信息格式有通信双方协调，不受网络的限制缺点：1，电路的连续时间较长，当传输较短信息时，通信通道建立的时间可能大于通信时间，网络利用率低2，电路利用低3，通信双方在信息传输，编码格式，同步方式，通信协议等方面要完全兼容，限制了各种不同速率，不同代码格式，不同通信协议的用户终端的互通4，有呼损，可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通第2章：交换单元与交换网络1）连接的三种表示形式（函数表示形式，排列表示形式，图像表示形式）及它们间的相互转换2）T、S接线器及TST网络的工作原理3）Clos无阻塞网络基本结构和条件Clos网络结构：两边各有r个对称的m*n矩形交换单元，中间是m个r*r的正方型交换单元。
每个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。
m,n,r是整数决定了交换单元的容量，称为网络参数记作C（m,n,r）三级clos网络无阻塞的条件：m>=2n-1.4）Banyan网的构成方法、自由选路的概念以及阻塞情况判断第3章：电路交换技术及接口电路电路交换呼叫接续过程：三个阶段：1，呼叫建立2，消息传输3，话终释放电路交换系统的基本功能：连接、信令、终端接口、控制功能。
模拟用户接口的七大功能：能对7个基本功能做简单解释。
1、馈电：所有连接在交换机上的电话分机用户，都由交换机向其馈电。
现代交换技术(第二版)课件第1章-交换技术概述
1.1
交换的基本概念
1.1.1 交换的引入
实际上，每个用户话机 只有一对连接线。 引入了一种交换设备。
电话 交换机
1.1.1
一、什么是交换
交换就是利用交换 设备（交换机），将所 有用户话机都用一对线 接到交换设备上，由交 换设备完成任意两个或 多个用户话机连通。
交换的引入
电话 交换机
1.1.1
荷时呼损率增加。 不适于突发业务和对差错敏感的数据业务。
（一）电路交换
基本工作过程分为三阶段：
呼叫建立、信息传送、连接释放。
交换节点A 交换节点B 交换节点C
建立
传送
释放
（一）电路交换
2、多速率电路交换
其基本思路是：在传统电路交换基础上，对不同的 业务提供不同的带宽（基本速率的整数倍）。
主要特点（缺点）： ►基本速率较难确定。 ►速率类型不能太多。 ►固定带宽分配，不适应突发业务的要求。 ►控制较复杂等。
噪音源
已调信号
基带信号
模拟通信系统模型图
模拟信道
主要缺点：抗干扰能力弱、保密性差、设备不易大规模集成
1.2.1
模拟交换与数字交换
二、模拟通信与数字通信 ► 数字通信：以数字信号来传送消息的通信方式。
信息源 信源编码器 信道编码器 调制器
模拟信号
数字信号
已调信号
传输媒质
噪音源
数字信道
受信者
信源译码器
程控交换与通信网
学时安排:
总学时 48， 理论 36， 实验 12
参考书：
《程控数字交换与交换网（第二版）》 ， 北京邮电大学出版社，叶敏编著。 《程控交换技术与设备（第二版）》，电 子工业出版社，劳文薇主编。
现代交换原理与通信网技术——第1章_交换概论
图1.14虚电路方式特点
数据报采用无连接工作方式（CL—Connection Less）， 在呼叫前不需要事先建立连接，而是边传送信息边选路，
并且各个分组依据分组头中的目的地址独立地进行选路。
图1.15数据报方式特点
面向连接工作方式和无连接工作方式的特点
（1）面向连接工作方式的特点：
不管是面向物理的连接还是面向逻辑的连接，其通信 过程可分为三个阶段：连接建立、传送信息、连接拆 除。 一旦连接建立，该通信的所有信息均沿着这个连接路 径传送，且保证信息的有序性（发送信息顺序与接收 信息顺序一致） 信息传送的时延相比无连接工作方式要小。
图1.10PCM30/32路同步时分复用系统
(4)信息传送无差错控制 (5)信息具有透明性 (6)基于呼叫损失制的流量控制
综述:
通过上述对电路交换特点的分析，我们不难看到：通 信网的业务特性决定了所采用的交换方式的特点，换 句话说，通信网采用的交换方式一定要适应其业务特 性。电话通信网中的话音业务，具有实时性强、可靠 性要求不高的特点，而电路交换不管是其面向连接的 特点，还是对信息无差错控制、透明传输以及基于呼 叫损失制的流量控制特点，都满足了话音业务的特性， 因而电话通信网采用电路交换方式。 电路交换由于无差错控制机制，因而对数据交换的可 靠性没有分组交换高，不适合对差错敏感的数据业务； 同时由于电路交换采用固定带宽分配方式，因而其电 路利用率低、不适合突发（burst）业务。电路交换适 合于实时性、恒定速率的业务。
1.2.8 IP交换
在这里我们所说的IP交换是指一类IP与ATM融合的技术它 主要有两大类：叠加模型、集成模型。 属于叠加模型的IP交换技术主要有CIP 、 IPOA和MPOA。 在叠加模式中，IP层运行于ATM层之上，实现信息传送 需要两套地址——ATM地址和IP地址、两种选路协议— —ATM选路协议和IP选路协议，还需要地址解析功能， 完成IP地址到ATM地址的映射。 属于集成模型的IP交换技术主要有IP交换、Tag交换和 MPLS。在集成模式中，只需要—种地址——IP地址， 一种选路协议——IP选路协议，无需地址解析功能，不 涉及ATM信令，但需要专用的控制协议来完成3层选路 到2层直通交换机构的映射。
现代交换技术 第1章 概论
第1章 概论
1.3 交换技术分类
（4）交换机内的信号接续角度 1）时分交换 2）空分交换 3）频分/波分交换 4）混合交换 …… （5）交换机控制方式角度 人工控制交换自动控制交换。其中,自动控制交 换方式又经历从机电式自动交换向程控式自动交换发展 的过程。机电式自动交换还可进一步大致细分为四个先 后发展阶段：步进式自动交换机→机动制自动交换机→ 全继电器自动交换机→纵横制自动交换机。程控式自动 交换又可分为模拟程控交换和数字程控交换。
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现代交换技术
第1章 概论
1.2 通信交换的基本技术
二、互连技术
交换机一般都具有互连网络（或称交换网络），任 务是实现任一入线与任一出线之间信号的接续互连 。 互连技术主要包括： （1）拓扑结构 交换网络都具有一定的拓扑结构。对于不同的交换 机，其交换网络的拓扑结构要依据交换方式、服务质量 等因素来确定。拓扑结构可分为时分结构、空分结构、 时空分混合结构等。 （2）选路策略 对于具有多级空分拓扑结构的交换网络，一入端和 一出端之间在该网络内部可能存在多条并行通路，所以 也需要为一个呼叫请求选择一条合适的通路。
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现代交换技术
第1章 概论
1.2 通信交换的基本技术
四、控制技术
主要负责处理信令，按信令的要求控制交换网络完 成呼叫接续，通过接口发送必要的信令，协调整机工作 以及参与管理整个通信网等。 互连功能、接口功能及信令功能都与控制功能有着 密切关系 。 对于不同类型的交换机，其各有主要的控制技术。 处理机是交换机控制系统的重要组成成分。控制技 术的实现与处理机的控制结构密切相关。对于处理机控 制结构，需要考虑的一个重要因素是控制方式。集中控 制和分散控制是两种基本的控制方式。 11
现代交换技术
现代交换原理与技术练习及答案
现代交换原理与技术练习及答案现代交换原理与技术练习题第1章绪论一、填空题7-1“竹信”就是用一根_________连结两个小竹筒，在竹筒的一方可以听见另一方小声说话的声音。
绳子7-2人类用电来传送信息的历史是由_________开始的。
电报7-3电报（Telegraph）是一种以_________________传送信息的方式，即所谓的数字方式。
符号（点、划）7-4“电信”是使用有线、无线、光或其它_____________系统的通信。
电磁7-5在电信系统中，信息是以电信号或___________信号的形式传输的。
光7-6交换设备的作用就是在需要通信的用户之间_________________，通信完毕拆除连接，这种设备就是我们今天常说的电路交换机。
建立连接7-7通信网由用户终端设备、_______________设备和传输设备组成。
交换7-8在由多台交换机组成的通信网中，信息由信源传送到信宿时，网络有___________连接和无连接两种工作方式。
面向7-9电路就是在通信系统中两个终端之间（有时须通过一个或多个交换节点）为了完成_____________传递而建立的通信路径。
信息7-10物理电路是终端设备之间为了传送信息而建立的一种________连接，终端之间可通过这种连接接收/发信息。
实7-11信息在通信网中的传送方式称为传送模式，它包括信息的复用、传输和________方式。
交换7-12时分复用，就是采用___________分割的方法，把一条高速数字信道分成若干条低速数字信道，构成同时传输多个低速数字信号的信道。
时间7-13交换技术从传统的电话交换技术发展到综合业务交换技术在内的现代交换技术，经历了人工交换、机电交换和_________交换三个阶段。
电子7-14电路交换技术是一种主要适用于_________业务的一种通信技术。
实时7-15分组交换采用的路由方式有数据报和_________两种。
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物联网
泛在网
Computing & storage capability Wireless Access Extend to PAN
下一代 互联网
Upgrade
互联网
移动 互联网
control concentrate SDN
电视 网 三网 融合
IMS
电话 网
下一代网 络
云计算
网络未来的“新常态”
• • • • • • • • 接入泛在化 （无线+移动（LTE)+PON+SN) 基础设施异构化（IPv4+IPv6, PAN) 基础设施(网络设备、存储、服务器）虚拟化 资源集中化 控制集中化 结构扁平化 业务综合化 业务独立于基础设施
•HSS（归属用户服务器）原有的HLR（归属 位置寄存器）演变为IMS中的HSS（归属用 户服务器）。
EPS系统特点
仅有分组域，无电路域 控制和承载分离，网络结 构扁平化
SGSN
MSCS GGSN
基于全IP架构
CS
eMSC MGW SGSN
BSC BTS NodeB RNC
GGSN
PS
SGSN
MGW
2013 年 4 月， Cisco 和 IBM 发起成立 了 OpenDaylight 计划，范围包括一 个 SDN 控制器，北向和南向 API( 包 括 OpenFlow) 专有扩展，东西向协 议用于控制器之间的互通。
2011
2013
2013
2014年、2015年首届、第二届 全国高校SDN比赛在华南理工大 学举办
无线侧 有线侧
语音通信网
数据通信网
SGSN: serving GPRS supporting node GGSN: Gateway GPRS supporting node
图8Hale Waihona Puke 16 基于软交换的移动本地网组网结构
LTE
• VoLTE • 核心业务控制网络是IMS（IP多媒体子系统）网络，配合LTE 和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。 • 通过IMS系统的控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能 相当的语音业务及其补充业务，包括：号码显示、呼叫转移、呼 叫等待、会议电话等。
核心网控制面协议主要基于 GTPCv2和Diameter，用户面主要 基于GTPUv1 传输层协议主要基于UDP和 SCTP
其它重要特点：支持多种接入方式、永远在线
SAE：System Architecture Evolution / EPS：Evolved Packet System / EPC：Evolved Packet Core
2G/TD网络 SAE网络 SAE无CS域
HSS MME
MME
Diameter SCTP/TCP
HSS
DRA
SAE PS
SAE-PGW
SAE GW eNodeB
IP
SGSN
S6a
MME
DRA
标准LTE网络架构下，所有用 户仅接入分组域 未来所有业务都应通过分组域 提供
控制和承载分离：控制面 MME，用户面SAE GW 扁平化网络架构：LTE仅有 eNodeB，用户面由2G/TD三级 转发变为一级转发
计算和存储资源虚拟化和集中化
建立云服务平台，按需分配计算和存储资源，实现 硬件资源共享，为教学和科研提供优质服务，保障 学科高速发展。
网络虚拟化演进方向
VLAN APPROACH Manual End-to-End
OPENFLOW REACTIVE APPOACH
SDN, FUTURE INTERNET
<30%。
，就可以增加9%的流量。
谷歌在2009年就开始研究未来网 络技术， 2013年解密的B4网络采 用SDN架构将链路利用率从30% 提高95%，被视作迄今最成功的 SDN案例，其论文获得 SIGCOMM 2013年最佳论文奖。
这类业务需要实时性很高， 这要求网络能根据自己的运 行情况，动态、快速调配网 络资源。
业务独立于基础设施
Applications / Services
Control Plane with Networking Action Service OrientedSoftware Defined Network Virtual Network End-Users
网络层
IP Address
刘韵洁：中国未来网络创新环境CENI
• 从2010年其互联网已经进入3.0阶段，也就是未来网络的时代 。网络与实体经济深度融合，对互联网架构提出新的挑战。 • 建设用于网络技术的创新与应用的大规模、国家级的实验网 络平台。 • CENI：China Environment for Network Innovations, 中国 未来网络创新实验环境。
互联网面临新的变革
经过40多年的发展，互联网正迎来一轮新 的网络变革，由于与实体经济紧密结合，为 了满足实体要求对网络提出的各种要求，通 过编程动态改变网络结构和形态的SDN应 运而生。 第二代互联网 第一代互联网 万维网 电子商务 未来网络（SDN，NFV） （第三代互联网）
互联网面临 的主要问题 可扩展性 安全性 可控可管性 能耗问题
Reactive End-toEnd
Virtual Network Overlays
VLAN configured on physical switches
Requires programming of flows
No impact to physical network
网络虚拟化
VN G VM G1 VM G2 VM G3
2017年4月，由中国工程院、南京市 人民政府主办的2017全球未来网络发 展峰会在南京举行 2017年8月，第三届全国高校SDN比 赛在华中科技大学举办。
虚拟网络
虚拟防火墙
VM FW
用户的VM
VN R VM R1 物理路由器 PN 物理网络 VM R2 VM R3
应用层
API
控制层
Openflow
资源层
Java
JVM
Physical Machine
Physical Machine
Physical Machine
云架构（云计算和云存储）能实现资源的动态分配 和高效利用是以虚拟化为基础的
现代交换技术 第1章 绪 论
陆 以 勤
通信网络的演变
程控交换网
智能网
NGN（下一代网络）
IMS（IP 多媒体子系统）
交换在网络演变中角色
交换在网络演变中角色
Optimizing the Fabric Control Plane 1. Multi-path inter-connection Network topology, ACLs, Forwarding 2. and Higher bandwidth links control Routing table maintain, 3. messages Higher packets processing rates and routing calculation, 4. Slicing and virtualized the network QoS, Link Management Data Plane Link, Switching, Forwarding, Routing
江苏未来网络研究院建设的SDN试 验网连接华南理工大学自主开发的 SDN比赛平台
全国第一二届SDN比赛 在华南理工大学举行
刘韵洁院士，全国高 校SDN比赛执委会主 任
李国杰：未来网络并不遥远
• SDN是用计算机系统的思维方式处理网络问题，真正实现“网络 就是一台计算机”。 • 一项技术能否成为主流取决于企业的态度（市场是决定资源配 置的主要力量）。 • 开源组织是支持SDN发展的主要力量，网络服务商是推动SDN 的先行者，
2007 年 开 始 ， 斯 坦 福 大 学 研 究 生 Martin Casado SIGCOMM会议发表 了 一 篇 名 为 “ Ethane ： Taking Control of the Enterprise”的论文, 提出控制与转发完全解耦，控制器通过 Pol-Ethane语言向交换机分发策略。 2008 年 ， Nick McKeown 在 SIGCOMM 会 议 上 发 表 文 章 “ OpenFlow ： Enabling Innovation in Campus Networks” ， 首 次 提 出 了 将 OpenFlow协议用于校园网络的试验创 新。
5G
5G网络切片
1）移动宽带 面向4K/8K超高清视频、全息技术、增 强现实/虚拟现实等应用，对网络带宽 和速率要求较高。 2）大规模物联网 海量的物联网传感器部署于测量、建 筑、农业、物流、智慧城市、家庭等 领域，这些传感器设备是非常密集的 ，规模庞大，且大部分是静止的，对 时延和移动性要求不高。 3）关键任务型物联网 主要应用于无人驾驶、车联网、自动 工厂、远程医疗等领域，要求超低时 延和高可靠性。
• SDN不只是一个搅局者，而是对网络架构的改变起到巨大的推动 作用。如同云计算一样，是不可阻挡的走势。
• 互联网和5G无线网的走势已基本 清楚，未来5-10年网络架构将发 生颠覆性的变化，现在就要开始 做准备。 李国杰院士
SDN的发展
2005 年 ， CMU( 卡 内 基 梅 隆 大 学 ) Albert Greenberg等 在CCR期刊发表 的论文 “A Clean slate 4D approach to network control and management”，提出：网络的的关 键是协同，这是控制和管理平面的事， 重新构建网络的机遇和重点在控制平面。 2007年，Martin Casado联合Nick McKeown、Scott Shenker等人共同创 建了一个网络虚拟化技术创新的公司—— Nicira，并最早提出了SDN的概念。