电路交换-第二章-交换技术基础
现代通信网技术第二章电路交换
专用通信网
01
专用通信网是指为特定行业或企 业提供的内部通信网络，如银行 、证券、保险等金融机构的专用 通信网络。
02
专用通信网通常需要高可靠性和 安全性，因此电路交换技术在此 领域具有广泛应用，可以提供稳 定的语音和数据传输服务。
随着多媒体通信的普及，用户对 通信的实时性要求越来越高，电 路交换技术需要进一步提高传输
速度和降低延迟。
高效压缩技术
为了满足多媒体通信的数据量需求， 需要发展更高效的音视频压缩技术， 以减小传输带宽和存储空间占用。
适应性传输
针对不同网络环境和通信需求，电 路交换技术需要具备自适应传输能 力，以实现高质量的多媒体通信。
随着数字信号处理技术的发展，数字 电路交换技术逐渐取代了模拟电路交 换技术。
电路交换技术的特点
稳定性
可靠性
实时性
电路交换技术能够提供 稳定、可靠的通信服务，
通信质量较高。
在电路交换中，通信双 方之间的连接是固定的， 因此可以保证数据的可
靠传输。
电路交换技术适用于需 要实时通信的场景，如 语音通话、视频通话等。
数字电路交换
采用数字信号传输，具有抗干扰 能力强、传输质量稳定、可复用 等优点，是现代通信网的主流交 换方式。
频分多址电路交换与时分多址电路交换
频分多址电路交换
将通信频带分成若干个小的频带，每 个用户占用一个特定的频带进行通信 ，可以实现多路通信。
时分多址电路交换
将时间分割成若干个小的时隙，每个 用户占用一个特定的时隙进行通信， 可以实现动态分配通信资源。
第二章 电路交换技术(二)
息，如图 *.1(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。
19
第2章 电路交换技术 举例：话音信息在TS50，要将其交换到TS450。 • 采用输出控制方式。如图*.2（a)。 1)定时脉冲到，在SM中顺序将话音写入50单元。 2)CPU在CM中450号单元写入50。 3)定时脉冲到，从CM的TS450读出内容50作为SM地址到 SM50 中取内容，实现TS50内容交换到TS450。 • 采用输入控制方式。如图*.2（b）。 1)CPU在CM的50号单元写入450。 2)CM在定时脉冲下，顺序读出，当TS50时，读出内容450。 3)450作为SM的写入地址，将输入端TS50的话音写入到450单 元中。 4)定时脉冲下，SM 顺序读出，TS450时，读出TS50的内容， 实现交换。
16套 PCM16套 PCM 的 TS0 的 TS1 … …
16套 PCM 的 TS31
第 1套 PCM 串 行 码 ， 2 Mb/s
TS0 TS1
…
…
TS0 TS1 b1 串 /并 变 换 后 , 复 b2 用 前 , PCM 并 行 码 , 256 Mb/s b8
…
复用后 4 Mb/s
256Kb/s
处理机接口
这是一个控制写入、顺序 控制存储器读出方式交换单元结构， (CM) 话音存储器的写入地址由 控制存储器提供，话音数 据读出采用时钟顺序计数 方式。 24
图2.13 控制写入、顺序读出方式共享存储器型时分交换单元电路组织结构
… … …
第2章 电路交换技术
2. 空分型交换单元
1) 空分接线器组成(阵列交换单元)
现代交换原理与技术第2章 交换技术基础
交换技术基础 目 录
交换节点的基本组成
交换网络、接口、控制系统、信令系统
交换单元及交换网络 信号数字化技术
模拟语音信号的数字化处理 图像与视频信号的数字化处理
信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 1
第2章 交换技术基础 本章主要内容
通信过程中的信息业务量特性不同
统计表明，电话通信双方讲话的时间各占一半，即对于PCM话音 信号平均速率大约在32Kb/s,一般不会出现长时间信道中没有信 息传输；而数据通信量波动性较大。语音对时延比较敏感。宜采 用面向连接的交换技术。数据对带宽比较敏感，宜采用动态资源 分配技术，大多采用无连接的交换技术。
电话交换
电路交换（Circuit Switching），就是在两通信端之间建立一条专用 的（dedicated）实际路径。此路径由发送端开始，一站一站往目的 端串联起来。一旦建立两端之间的电路后，它将一直维持专用状态 （ 即他人无法使用），直到通信结束之后，这条专用路径才停止使用， 并让出供他人继续使用。目前的电话就是使用这种技术。
交换机的组成 交换单元的组成、描述交换单元外部性能的指标 交换单元的分类与几种典型的交换单元（开关阵列、T接线器 、S接线器） 交换网络的概念、作用，TST、STS交换网络的工作原理 模拟语音信号的数字化技术、图像与视频信号的数字化处理 信道共享与复用技术
空分复用 频分多路复用 时分多路复用
2017/7/11 7
2.1 引言
数据网络交换机
在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工备，HUB本身不能识 别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包 在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验 证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式 下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得 重试。这种方式就是共享网络带宽。 数据网络交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换 机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后 ，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬 件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速 将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口 ，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部 MAC地址表中。
现代交换第2章--交换技术基础
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类1
入
0┆
线
┆
M－1
┆
0出 N－1 线
（a）集中型（M >N）
入0 线 M－1
┆
┆0
出
┆
线
N－1
（c）扩展型（M <N）
入0 ┆
线 M－1 ┆
0
出
┆
┆
N－1
线
（b）分配型（M=N）
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类2
入
0
线 M－1
┆┆ ┆┆
0
出
组成
由电子交叉矩阵和控制存储器（CM）构成
控制方式
输入控制：按入线配置控制存储器 输出控制：按出线配置控制存储器
开关阵列的应用实例——空间接线器（S接线器）
特点
S接线器是以时分方式工作的（各交叉点按复用时隙工作） S接线器在同步时分复用信号交换网络中不能单独使用 S接线器在输出控制方式下可实现同发和广播功能
功能
用来完成一条复用线上的时隙交换功能
组成
话音控制存储器（SM）:存储话音 控制存储器（CM） :存储SM的写入/读出地址
控制方式（对话音存储器的控制而言）
输出控制：顺序写入、控制读出（入线缓冲） 输入控制：控制写入、顺序读出（出线缓冲）
共享存储器型交换单元的应用实例 ——时间接线器（T接线器）
基本原理
总线按时隙轮流分配给入线控制部件和出线控制部件使用。
特点
受限于总线宽度、速度以及入线、出线控制部件的工作速率
总线型(共享媒体型) 交换单元示意图
1
入线控制
2 入线
入线控制
计算机网络原理 电路交换
计算机网络原理电路交换电路交换是数据通信领域最早使用的交换方式，多用于电话网络交换。
电路交换就是在数据传输期间，数据源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的一条专用的物理连接线路，这条线路被通信双方独占，而不能被其他节点使用，直到数据传输结束。
如果两个相邻节点之间的通信容量很大时，这两个相邻节点之间可以同时有多个物理电路。
利用电路交换技术完成的数据传输要经历建立电路、传输数据和电路拆除三个阶段。
1．建立线路建立线路是指当数据源点向网络发送带目的节点地址的请求连接信号时。
该信号先到达连接源点的第一个中间交换节点，该节点根据请求中的目的节点地址，按一定的规则将请求传送到下一个中间交换节点；依此类推，直到目的节点。
目的节点收到请求信号后，接受请求，从刚才的来路返回一个应答信号，此时，数据源点与目的节点之间的线路即已建成。
但是如果中间节点或目的节点没有空闲的物理线路可以使用时，整个线路的连接就无法实现，只有两个节点之间建立起物理线路之后，才可以进行数据传输。
线路一旦被分配，在未释放之前，其他节点将无法使用，即便线路上没有传输数据。
如图1-17所示，就为一个电路交换示意图。
图1-17 电路交换示意图数据源点A要发送数据到目的节点B，首先要通过中间节点1、2、4发送一个呼叫请求到目的节点B，从而建立起一个连接。
节点1到4的路径是根据路由选择算法及是否可用等条件决定的。
比如节点1选择通向节点2的线路，在这条线路上分配一个空闲信道，并发送一个与B相连的请求信息，此时，节点A到节点2之间建立了一条专用线路；然后节点2再选择向节点4的路径，直至完成节点A到节点B的连接。
但如果节点B正在连接别的节点而占用线路，则此次连接不成功，需要重新建立连接。
2．传输数据在已经建立物理线路的基础上，节点之间进行数据传输。
数据即可以从发送源点向接收方传输，也允许相反方向的数据传输，即双向交换数据。
在传输数据时，整个物理线路的资源仅用于本次通信，通信双方的信息传输延迟仅取决于电磁信号沿媒体传输的延迟。
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”就就是用一根_________连结两个小竹筒，在竹筒得一方可以听见另一方小声说话得声音。
绳子7-2人类用电来传送信息得历史就是由_________开始得。
电报7-3电报（Telegraph）就是一种以_________________传送信息得方式，即所谓得数字方式。
符号（点、划）7-4“电信”就是使用有线、无线、光或其它_____________系统得通信。
电磁7-5在电信系统中，信息就是以电信号或___________信号得形式传输得。
光7-6交换设备得作用就就是在需要通信得用户之间_________________，通信完毕拆除连接，这种设备就就是我们今天常说得电路交换机。
建立连接7-7通信网由用户终端设备、_______________设备与传输设备组成。
交换7-8在由多台交换机组成得通信网中，信息由信源传送到信宿时，网络有___________连接与无连接两种工作方式。
面向7-9电路就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_____________传递而建立得通信路径。
信息7-10物理电路就是终端设备之间为了传送信息而建立得一种________连接，终端之间可通过这种连接接收/发信息。
实7-11信息在通信网中得传送方式称为传送模式，它包括信息得复用、传输与________方式。
交换7-12时分复用，就就是采用___________分割得方法，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得信道。
时间7-13交换技术从传统得电话交换技术发展到综合业务交换技术在内得现代交换技术，经历了人工交换、机电交换与_________交换三个阶段。
电子7-14电路交换技术就是一种主要适用于_________业务得一种通信技术。
实时7-15分组交换采用得路由方式有数据报与_________两种。
交换技术 课件
测试（T）：用于及时发现用户终端、用户线路
和用户线接口电路可能发生的混线、断线、接地、
与电力线碰接以及元器件损坏等各种故障，以便
及时修复和排除。
42
数字接口
V接口：
V1：64kb/s，可为2B+D或30B+D的终端
V2：连接数字远端模块的接口 V3：连接数字PABX的接口，属30B+D的接口 V4：可接多个2B+D的终端，支持ISDN的接入 V5：支持n X E1的接入网，包括V5.1和V5.2接口
18
移动号码分配
19
3、话务理论
话务量是用来描述用户使用电话繁忙程度的量
爱尔兰是衡量话务量大小的一个指标
话务量反映了电话负荷的大小，与呼叫强度和呼 叫保持时间有关。呼叫强度是单位时间内发生的 呼叫次数，呼叫保持时间也就是占用时间
20
话务量的计算
A=C x t，A是话务量，单位为erl（爱尔兰），C
编号计划应具有相对的稳定性
12
固话网的编号方案
首位号码的分配：
00 为国际长途全自动字冠
0 为国内长途全自动字冠 1 为长途、本地特种业务号码首位 2-9 为本地电话号码的首位 200至800为新业务号码。
13
本地网用户编号方法
长途电话用户编号方法
局号+用户号
14
本地网号码编号方案
本地电话网用户号码由局号和用户号组成，即局
号PQR（S）+用户号码ABCD
特种业务编号是1XX，或95XXX等，全国统一
新业务功能码以#或*开头
15
电路交换原理
电路交换原理一、电路交换基本概念1. 电路交换的定义电路交换是一种通过建立一条物理通路来实现数据通信的技术。
在电路交换中，通信的两个端点需要在通信前建立一个物理通路，直到通信结束时才会释放该通路。
这种通路可以是实际的电路线路或其它专用媒体（如卫星通讯、光纤通讯等）。
① 建立通路时间较长，但通信质量稳定且可靠。
② 数据传输速率稳定，传输延时少，实时性好。
③ 通路固定占用，资源利用率低。
① 信道：电路交换中，信道指建立的物理通路，由各种媒体构成。
② 交换机：通常由电话交换机或路由器等网络设备组成，用于建立和断开通路。
③ 终端设备：使用电路交换服务的设备，如电话、传真机、调制解调器等。
电路交换的基本工作原理如下：2. 交换机建立通路3. 通信过程中占用通路在通信过程中，该通路将被占用，并且只能被呼叫双方使用。
此时，通路占用的资源将不可用于其它通信。
4. 通信结束通路释放三、电路交换的优缺点1. 优点② 通信质量可靠，在通信过程中可以保证数据的完整性和正确性。
2. 缺点① 建立和释放通路耗时较长，资源利用率低。
② 通路占用导致通讯资源的浪费。
四、电路交换的应用和发展1. 应用领域电路交换最早应用于电话通信，随着科技的不断发展，电路交换也逐渐应用于其它领域，如在线游戏、视频直播、视频会议等等。
2. 发展趋势在现代通讯技术的不断发展中，电路交换虽然仍然占据一定的市场份额，但是由于其资源利用率低，建立连接时间长等缺点，越来越多的应用场景中被替代。
目前，大多数的在线游戏、视频直播等场景中已经使用数据报或数据报文交换技术替代电路交换技术，而电路交换技术则主要应用于一些对数据传输质量有较高要求的业务场景，如国际长途电话等。
五、总结电路交换是一种建立物理通路进行数据通信的技术。
虽然具有传输稳定、实时性好等优点，但是其建立和释放通路时间较长，资源利用率低等缺点也限制了其应用范围。
随着科技的不断进步和网络技术的发展，电路交换正在逐渐被替代，其应用领域也在不断缩小。
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· 线线 ·
N
M
·1 ·出 ·线
N
(a)集中型
(b)扩散型
(c)分配型
3.2.1 交换单元
（四）交换单元的性能
▪ 容量，所有入线同时传送的总信息量 。 ▪ 接口，同步、信号变换与速率适配等。 ▪ 质量，连接建立情况（成功率、速率），信息传
输损伤（时延、衰减、噪声）。
1
入2
线
M
· M×N · 交换单元 ·
▪ 连接阻塞与传送阻塞（呼损率、丢失率） ▪ 按照阻塞特性：阻塞网络与无阻塞网络。
3.1.4 互连技术
（五）阻塞特性
▪ 严格无阻塞：由Clos C提出（CLOS网）。网络在任何 情况下都能无阻塞地建立连接。
▪ 广义无阻塞：只有遵循特定的选路规则才能建立连接， 实现网络的无阻塞要求。
▪ 再配置无阻塞：是指通过对已建立连接的通路进行调 整，以建立新的无阻塞连接。
电路交换-第二章-交换技术基础
第三章 交换技术基础
3.1 通信网交换基本技术 3.2 交换单元与交换网络 3.3 基本话务理论 3.4 通信网服务质量
3.1 网络交换基本技术
3.1.1 接口技术 3.1.2 信令技术 3.1.3 控制技术 3.1.4 互连技术
3.1.1 接口技术
▪ 主要涉及硬件，部分功能可由软件或固件实现。 ▪ 完成信号变换、速率适配与控制等功能。 ➢ 电话交换机：模/数用户接口，模/数中继接口； ➢ N-ISDN交换机：2B+D和30B+D接口； ➢ 移动交换机：与基站系统的接口； ➢ 分组交换机：各种端口和物理媒体接口。
（2）交叉点数是入线数和出线
入
数的乘积。适合构成较小的交
线
换单元。
（3）容易实现多播和广播。
出线
（五）几种典型的交换单元
▪ 总线型交换单元
1
1 入2 线
· M×N · 交换单元 ·
1
2出
· ·
线
·
状态端
3.2.1 交换单元
（二）内部通道
交换单元如何建立信息传送通道（连接）。 ▪ 对于同步时分复用信号（实连接） ▪ 对于统计复用信号 （虚连接）
1
入2·
线
· ·
M
1
N2
1
· · ·
2 N
出入 线线
21N
M 2 ···1
▪ 节点内互连网络又称为交换网络（交换机构）。 ▪ 互连技术涉及拓扑结构、选路策略、控制机理、
多播方法、阻塞特性和可靠性保障等。
3.1.4 互连技术
（一） 拓扑结构
▪ 节点交换网络具有一定的拓扑结构。互连技术要解 决的一个主要问题是，在满足交换方式、容量和服 务质量要求的情况下，获得高性能、低成本、便于 扩充与控制的拓扑结构。
1
·2 出
· ·
线
N
控制端 状态端
3.2.1 交换单元
（五）几种典型的交换单元 ▪ 空分交换单元（开关矩阵 ）
工作原理：控制开关的闭合
就能建立任意入线和任意出
入
线之间的连接。
线
性能：取决于开关类型
信号：模拟/数字/光波
出线
3.2.1 交换单元
（五）几种典型的交换单元 ▪ 空分交换单元的特点
（1）控制简单，时延均匀。
3.2 交换单元与交换网络
3.2.1 交换单元 3.2.2 交换网络 3.2.3 网络阻塞与CLOS网 3.2.4 同步时分交换网
3.2.1 交换单元
（一）基本概念
交换单元是构成交换网络的基本部件。按照一定
的拓扑结构和控制方式，由多个交换单元即可构成交
换网络。 ▪ 对称交换单元（M=N） ▪ 全连接交换单元
▪ 时分结构：共享媒体（总线或环）和存储器 ▪ 空分结构：单级或多级拓扑结构
3.1.4 互连技术
（二）选路策略
▪ 选路策略主要针对多级空分交换网络。 ▪ 节点内部通路选路方案： ➢ 逐级选择与条件选择 ➢ 自由选择与指定选择 ➢ 面向连接选路和无连接选路
3.1.4 互连技术
（三 ）控制机理 ▪ 对于电路交换，完成选路后只要将所选通路的
3.1.3 控制技术
▪ 有效的控制是网络节点实现信息传递的重要保 障。交换节点具有集中和分散两种控制方式， 区别在于处理机控制结构的配置方案不同。
▪ 控制技术关系到整个节点系统的容量、性能和 服务质量，互连、接口及信令功能的实现都与 控制技术密切相关。
3.1.4 互连技术
▪ 实现任意入线与出线之间的互连是交换的基本功 能。按照交换方式要求，节点内互连网络可以提 供实连接或虚连接。
3.1.4 互连技术
（六）可靠性保证
▪ 交换网络是交换系统的重要部件，必须具备有效的可 靠性保障。除了提高硬件的可靠性外，通常采用双机 冗余配置结构，或多平面结构。
▪ 冗余结构具有两种工作方式： ➢ 热备用方式 ➢ 负荷分担方式
第三章 交换技术基础
3.1 网络交换基本技术 3.2 交换单元与交换网络 3.3 基本话务理论 3.4 通信网服务质量
▪ 在IP网络中，多播一般通过多播IP地址来实现。 ▪ 在ATM中，由于点对多点宽带通信业务的需要，多播
是一项重要而复杂的互连技术。不同的ATM交换机构 可采用不同的多播方法。
3.1.4 互连技术
（五）阻塞特性
▪ 阻塞是指在呼叫建立或用户信息传送时，由于 网络拥塞而使呼叫不能建立或用户信息不能传 送而遭受损失的现象。
11
1
22 2
N···N N
出 线
（a）同步时分复用信号
（b）统计复用信号
3.2.1 交换单元
（三）交换单元的分类
▪ 集中型：M＞N，也称为集中器。 ▪ 扩散型：M＜N，也称为扩展器。 ▪ 分配型：M = N，也称为分配器。
1
入 2·
线
· ·
M
·1
1·
· 出入 ·
· 线线 ·
N
M
1
·
1·
· 出入 ·
3.1.1 接口技术
C&C08 SM
思科7200VXR
3.1.2 信令技术
▪ 信令是为建立通信连接及实现控制与管理而传送 的消息。
▪ 用户与网络之间，网络节点之间，以至不同网络 之间的互通，都需要通过信令来协调工作。
▪ 信令系统是通信网的神经系统，不同网系具有不 同的信令协议和信令方式。
▪ DSS1、No.1、No.7、H.323、SIP等
有关标识写入控制存储器，即可实现正常的交 换控制。输入控制、输出控制。 ▪ 对于分组交换，虚连接建立后，信息传送阶段 仍要对随机到来的分组进行选路控制。并解决 分组竞争、队列管理、优先级控制等。
3.1.4 互连技术
（四）多播方法
▪ 多播（Multicast）也称为组播，是将某一信息源的数据 同时传送到多个目的端。