第二章交换网络
现代交换原理第2章 交换单元与交换网络
2.2交换单元
2.2.1交换单元及其数学描述 1、交换单元 交换的基本功能是在任意的入线和出线 之间建立连接。 在交换系统中完成这一基本功能的部件 就是交换网络，它是交换系统的核心。交换 网络是由若干个交换单元构成的。 交换单元是构成交换网络的最基本的部 件。
0 1
…… … … 入线
0 1
出线 N-1
单元长度：5bit
端口的发送侧（TX）
数据RAM 端口 比较器 PCM出
发送控制
32个单元对应32个信道 单元内容：该信道要输出的信息 数据RAM （话音存储器） 单元长度：16bit 工作方式：控制写入、顺序读出
端口比较器：将总线上端口号与本端口号相比较。 发送控制器：协调发送侧的内部操作，如数据RAM的读/写。
单元构成的交换网络。
需交换的信息在单级交换网络中一次通过，即
一次入线到出线的连接，只经过一个交换单元。
多级交换网络
如果一个交换网络中的交换单元可以分为K级，顺序命名为Leabharlann 第1,2,…,K级，并且满足：
所有入线都只与第1级交换单元连接；
所有第1级交换单元都只与入线和第2级交换单元连接；
所有第2级交换单元都只与第1级和第3级交换单元连接；
B用户语音
F0
F1
F2
01 2
31 0 1 2
31 0 1 2
31
A用户语音
位置化信道：由子信道在时间轴上的位置识别每路 用户； 同步时分复用信号的交换：时隙的交换（信号在时 间轴上的移动）； 交换由硬件完成。
（2） 统计时分复用信号
分组交换采用； 分组长度不固定：通常128字节，也可选32， 64，256或1024字节； 统计时分复用原理：将时间划分为不等长的时 间片，用来传送不同长度的分组，对每路用户 按需分配时间片。每个分组携带标志码； 子信道：具有相同标志码的分组构成一个子信 道； 子信道速率不恒定：动态分配带宽。
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)
第二章 交换单元与交换网络
第二章交换单元与交换网络本章教学基本要求：1．了解交换单元的基本概念；2．理解CLOS网络、DSN网络和BANYAN网络的结构及信息交换过程；3．理解无阻塞交换网络的含义及CLOS网络无阻塞条件；4．掌握时间接线器、空间接线器以及TST网络的组成及工作原理。
本章教学主要内容：一、交换单元1．交换单元的基本概念2．空间接线器3．时间接线器二、交换网络1．TST网络2．CLOS网络3．DSN网络4．BANYAN网络一、交换单元交换单元是构成交换网络的最基本的部件，用若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式就可以构成交换网络。
1．交换单元的基本概念(1)功能：在任意的入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息传递到出线上去。
(2)构成：交换单元的内部可看作一个黑箱，它的对外特性只有一组入线和一组出线，通常还具有完成控制功能的控制端和描述内部状态的态端。
图2.1中的交换单元具有M条入线，N条出线，称为M×N的交换单元。
其中入线用0～M-1编号来表示，出线用0～N-1编号来表示。
若入线数与出线数相等且均为N，则称为N×N对称交换单元。
图2.1 M×N的交换单元(3)分类①按使用需要的分类：集中型：入线数大于出线数(M＞N)，可称集中器；分配型：入线数与出线数相等(M=N)，可称连接器；扩散型：入线数小于出线数(M＜N)，可称扩展器。
图2.2 交换单元按使用需要的分类②按信息流向的分类：有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线进，出线出，具有唯一确定的方向，见图2.3（a）。
无向交换单元：若将一个交换单元的相同编号的入线和出线连在一起，每一条既可入也可出，即同时具有发送和接收功能，见图2.3（b）。
图2.3 交换单元按信息流向分类(4)性能①容量：交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量称为交换单元的容量。
决定容量的因素：出入线数目和出入线速率。
②接口：不同交换单元具有不同的信号接口标准。
第二章：交换机技术基础(T接线器和S接线器原理)
第二章交换技术基础数字交换网络实现所有终端电路相互之间的联系，以及处理机之间的通信，因此通过数字交换网络能传送话音、数据、内部信令、数字信号音、内部和外部消息等。
数字交换网络分为用户级（入口级）和选组级，用于完成各条PCM链路各个时隙的数字信息交换，包括空分交换和时分交换。
数字交换以数字帧结构形式进行，每个呼叫建立都分配相应的时隙（TS），即分配固定速率的信道（CH），标准速率为64Kbit/s，数字交换原理如图2-1所示。
程控数字交换机采用的数字交换网络的典型结构是由时间接线器（T接线器）和空间接线器（S接线器）构成的数字交换网络。
图2-1 数字交换示意图一、T接线器时间接线器简称T接线器，其作用是完成一条时分复用线上的时隙交换功能。
T接线器主要由话音存储器（SM）和控制存储器（CM）组成，如图2-2所示。
图2-2 T接线器话音存储器用来暂存话音数字编码信息，每个话路为8bit。
SM的容量即SM的存储单元数等于时分复用线上的时隙数。
控制存储器用来存放SM的地址码（单元号码），CM的容量通常等于SM的容量，每个单元所存储SM的地址码是由处理机控制写入的。
就CM对SM的控制而言，T接线器的工作方式有两种：一种是“顺序写入，控制读出”；另一种是“控制写入，顺序读出”。
T接线器的工作方式是指话音存储器的工作方式。
至于控制存储器的工作方式正好与话音存储器的工作方式相反。
图2-2中T接线器采用“顺序写入，控制读出” 工作方式，T接线器完成了把入线上TS3的话音信息a交换到出线上TS19，即话音信息a从TS3→TS19；同时完成了把入线上TS19的话音信息b交换到出线上TS3，即话音信息b从TS19→TS3。
通过这两次时隙交换就实现了A、B两个用户的双向通信。
T接线器中的存储器采用高速随机存取存储器。
二、S接线器空间接线器简称S接线器，其作用是完成不同时分复用线之间在同一时隙的交换功能，即完成各复用线之间空间交换功能。
第二章数字交换原理与数字交换网络
(1)集中级 (2)分配级 (3)扩展级
集中级和扩展级，在实际的程控交换系
统中，一般置于用户级(机框或模块)内，例如， 将n个用户机框的输出总线物理地复连起来便 可实现n倍的集中比，这样做虽然服务等级在 特殊情况下降低了，但换取的是设备数量的 大大减少。而分配级即为由上述T、S接线器 构成的数字交换网络。
（1）S型接线器的基本组成
S型接线器由m×n交叉点矩阵和控制存储 器组成。在每条入线i和出线j之间都有一个交叉 点Kij，当某个交叉点在控制存储器控制下接通 时，相应的入线即可与相应的出线相连，但必 须建立在一定时隙的基础上。
（2）S型接线器的工作原理
根据控制存储器是控制输出线上交叉接 点闭合还是控制输入线上交叉接点的闭合， 可分为输出控制方式和输入控制方式两种。
2.2.1 时隙交换的基本概念
图2-10 30 话路交换的随机存储器
在同一条PCM复用线内进行时隙交换，对于 30／32路PCM的一次群来说，最多只能提供30个 话路时隙。数字交换机给每个用户分配一个固定 时隙，因此，要在任意两个用户(两个不同时隙) 间进行数字交换。数字交换网络需具有两种基本 功能：
（3）T接线器的工作原理 ①读出控制方式
读出控制方式的T接线器是顺序写入控制 读出的，如图2-16所示，它的话音存储器SM 的写入是在定时脉冲控制下顺序写入，其读出 是受控制存储器的控制读出的。
SM
0
1
a
2
c
3
b
ca
8
b
TS8
TS2 TS1 TS0
…
31
ca
b
TS15 TS8 TS1
W
R
0
定1
8
图2-26 T-T-T型三级时分交换网络
2.交换单元和交换网络
模拟用户接口
远端模块
模拟中继接口
数字中继接口
数字
数字用户接口
交换
网络
维护接口
客户接口
网管接口
数字用户 处理机 用户信令 处理机 V5 处理机 远端模块 处理机 模拟中继 数字中继 处理机 处理机
计费接口
话务台接口
外线测试接口
时钟源
时序信号 处理机 计费 处理机
多频 处理机 网管中心 处理机
7号信令 处理机 客户服务 处理机
为一个连接。其中，t为连接的起点， r Rt为连接的 终点。 也就是说交换单元的一个连接就是入线集合T 中的一个元t与出线集合R中的一个子集Rt组成的集 合。
c={t, Rt }
例：
0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
入线集合T={0,1,2,3,4,5}
出线集合R={0.1.2.3.4.5.6.7.8.9}
如N=8时，连接函数为：
I(x2x1x0)= x2x1x0
排列表示为： 0，1，2，3，4，5，6，7 0，1，2，3，4，5，6，7
图形表示 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
2）交叉连接（交叉置换）
交叉连接是实现二进制地址编号中第0位 位值不同（0或1）的入线与出线的连接。 根据定义对如下情况作连接
图形表示 排列表示
0 ， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7 0 ， 2， 4， 6， 1， 3， 5， 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
3、几种常用连接函数
1）直线连接（恒等置换） 函数表示: I(xn-1xn-2…x1x0)= xn-1 xn-2xn3…x1x0
现代交换技术复习资料
交换技术复习题第一章交换概论1、交换技术经历了哪几个发展阶段？最早的“自动交换机”是在1892年11月3日投入使用的，那是美国人史端乔发明的步进制自动电话交换机。
电话的发明家是英国人亚历山大·贝尔。
2、构成通信网的三个必不可少的要素是什么？通信网是由用户终端设备、传输设备和交换设备组成。
它由交换设备完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。
3、电路传送模式、分组传送模式和ATM传送模式的特点是什么？电路交换（Circuit Switching，CS）是指固定分配带宽（传送通路），连接建立后，即使无信息传送也占用电路的一种交换方式。
电路交换的最小单位是时隙。
简述电路交换系统有哪些特点？答：1）电路交换是面向连接的交换技术。
2）电路交换采用静态复用、预分配带宽并独占通信资源的方式。
3）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。
分组交换的主要优点是：第一，为用户提供了在不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的终端之间能够相互通信的灵活的通信环境；第二，采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错可以重发，提高了传送质量和可靠性；第三，利用线路动态分配，使得在一条物理线对可以同时提供多条信息通路。
分组交换可提供虚电路（Virtual Circuit，VC）和数据报（Datagram，DG）两种服务方式。
数据报方式的每个分组头要包含详细的目的地址，而虚电路方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的虚电路的逻辑信道标识即可。
比较电路交换、分组交换和A TM 交换方式的主要特点。
答：①电路交换：独占时隙，同步时分，位置化信道，面向连接；②分组交换：采用包交换方式，分组包长度可变，异步时分，标志化信道;③A TM 交换：采用包交换方式，分组包长度定长为48+5 字节，异步时分，标志化信道，面向连接。
4、PCM帧结构。
某用户占用PCM30/32路系统的TS12路，则其信令位出现在一复帧的第（）帧的第（）时隙的（）四位。
数字交换和数字交换网络
奇偶关系
1
相差半帧的关系——反相法 写—读方式的T-S-T交换网络
2
输入级T接线器和输出级T接线器的安排
01
从原理上讲，输入T级和输出T级采用何种控制方式都是可以的，但是从控制的方便，以及维护管理的角度出发，还是有讨论的必要。 控制存储器的合用
01
由于输入T级和输出T级采用了不同的控制方式，故它们的存储器可以合用。
如图2.7（b）所示，并行码是指各时隙内的8位码D0，D1，…，D7分别同时出现在8条线上。
02
01
03
图2.7 8端脉码输入的串行码和并行码
每一端的脉码传输速率是2.048Mbit/s，若8端PCM脉码输入以串行传输时，其传输速率将达到16.384Mbit/s，若16端输入时，其传输速率将达到32.768Mbit/s，这样高的传输速率会带来许多问题。
话音存储器（SM）用于暂存经过PCM编码的数字化话音信息，由随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）构成。
01
话音存储器存储的是话音信息，控制存储器存储的是话音存储器的地址。
控制存储器（CM）也由RAM构成，用于控制话音存储器信息的写入或读出。
02
01
02
读出控制方式
读出控制方式的T接线器是顺序写入控制读出的，如图2.3所示，它的话音存储器SM的写入是在定时脉冲控制下顺序写入，其读出是受控制存储器的控制读出的。
控制时序
8端PCM脉码输入的256个时隙排列方式应是HW0的TS0，HW1的TS0，HW2的 TS0，…，HW7的TS0；HW0的TS1，HW1的TS1，HW2的TS1，…，HW7的TS1等等。
1
2
3
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（4)质量: 包括交换单元完成交换功能的情况和信息经过交换单元的损伤。
2、用函数、图形、排列三种表示方法，分别表示出N＝8具有均匀洗牌连接、蝶式连接特性的交换单元的连接关系。
均匀洗牌连接：
蝶式连接:
3、试计算构造16＊１6有向交换单元, 采用基本开关阵列时需要多少个开关?若构造16*16无向交换单元， 同样采用基本开关阵列时分别需要多少单向开关和双向开关?
(3）当RX5收到TX8的证实后，把选择信道字中的端口号8存入端口存储器中的第5个单元,同时把信道号１9存入信道存储器中的第5单元。这样在DSＥ内部，RＸ5的第5个信道（TS5）就与TX8的第19个信道（ＴS１9）之间建立了一条内部通道；
（4）当RX５在TS5上接收到数据信道字后，从端口存储器第5个单元读出里面的内容8送到端口总线上去，从信道存储器第5个单元读出里面的内容19送到信道总线上去,同时将数据信道字中的信息a送到数据总线上去；
8、一个T接线器可完成一条PCM上的１28个时隙之间的交换,现有TS2８要交换到TS1８，试分别按输出控制方式和输入控制方式画出此时话音存储器和控制存储器相应单元的内容,以及话音存储器和控制存储器的容量和每个单元的大小（ｂit数）。
话音存储器:12８个存储单元,每个単元大小8bit，容量为１２8＊8＝1０2４biｔ;
控制存储器:128个存储单元，每个单元大小7bit，容量为１28*7=８96bｉt。
９、根据T接线器的工作原理，试分析影响T接线器的容量因素有哪些？
入复用线的时隙数、每个时隙上传输的编码位。
10、数字Hale Waihona Puke 换单元（DＳE）的工作原理是怎样的？
入线5上时隙5的信息a要交换到出线8上的时隙１９输出,则交换的过程：
(６）当信息交换完毕后，RX5的TS5上接收到置闲信道字后，就把该信道置为空闲，直到下次再收到选择信道字重新建立内部通道。
12、什么是多级交换网络？
需要交换的信息从交换网络输入端到交换网络输出端需要经过多个交换单元。
13、举例说明什么是严格无阻塞网络、可重排无阻塞网络、广义无阻塞网络？
严格无阻塞网络:不管网络处于何种状态,任何时刻都可以在交换网络中建立一个连接。
第一级 第二级 第三级
1６、试画图说明用2*2的交换单元，构造1６X1６的banyaｎ网络。并举例说明其内部阻塞的情况。
存在内部阻塞:比如同意时刻入线0－＞出线０,入线1->出线3时就会发生阻塞。
1７、对于8*8的bａnyａn网络,举例说明其自选路由特性。
可重排无阻塞网络：不管网络处于何种状态,任何时刻都可以在一个交换网络中直接或对已有的连接重选路由建立一个连接，只要这个连接的起点和终点是空闲的。
广义无阻塞网络：指给定的网络存在固有阻塞可能，但有可能存在着一种精巧的选路方法,使得所有阻塞均可避免。真正实用的广义无阻塞网络是非常少见的。
14、若入口级选择8入线的交换单元，出口级选择8出线的交换单元,试构造1２８＊128的三级严格无阻塞ＣLOS网络。并画图说明。
（1）当ＲＸ５的TＳ5处于空闲状态的时候，从ＰCM链路TＳ5上收到选择信道字,其中包括了该信道上的信息要交换到的目的地址:端口8的TS１9；
（2）ＲX5将接收到的选择信道字中的端口号8送到端口总线上，当ＴＸ8的端口比较器从端口总线上得到数据与自己的端口号8比较成功后,通过证实线向RX5回送一个证实消息;
有向交换单元,基本开关阵列:N＊N=2５6。
无向交换单元，基本开关阵列:N*(Ｎ-1)=2４0。
无向交换单元,双向开关阵列:Ｎ*(N－1)/2=１20。
5、试计算要构造16X16的交换单元,采用K=4的绳路开关阵列时需要多少个开关?
16*４＊2=128个开关。
６、一个S接线器的交叉点矩阵为８*8,设有TS10要从母线1交换到母线7，试分别按输出控制方式和输入控制方式画出此时控制存储器相应单元的内容,以及控制存储器的容量和单元的大小(ｂit数)。
设每条母线上有N个时隙控制存储器的单元大小为３bit，1个控制存储器的容量3Nｂit,8个控制存储器的容量为24Nｂｉｔ。
7、时分交换单元主要有共享存储器型和共享总线型两种，比较他们之间的异同。
相同点：两者都可以对三种时分复用信号进行交换,只不过具体实现方式不同。
不同点:
(l)结构不同。共享存储器型交换单元以存储器作为核心部件，而总线型交换単元的一般结构包括入线控制部件、出线控制部件和总线三部分。
（5)当TＸ８把端口总线上的数据8与自己的端口号相比较,发现一致后,先从信道总线上读出信道号19,把数据总线上的信息a存放到话音存储器的第19个单元中；当TX8上TＳ1９到来的时候,就将话音存储器中的第１9个单元的信息a放到PＣM线上输出，从而完成交换。在这里话音存储器的工作方式是:控制写入、顺序读出。
n=8，m=2n－1＝15，r=１6。
15、已知一个T-S-T数字交换网络,每个T接线器完成一条PCＭ上的512个时隙之间的交换，初级T接线器为输出控制方式，次级T接线器为输入控制方式，S接线器为输入控制方式，其交叉点矩阵为8X8型。试画图说明ＰCM1的TS８和PCM７的ＴＳ３1的交换（内部时隙为ＴS15并采用对偶原理)。
(2）工作方式不同。
共享存储器型交换単元的工作方式有两种:A、入线缓冲；Ｂ、出线缓冲。
总线型交换单元的各部件功能特点如下：a、入线控制部件接收入线新号，进行相应的格式变换,放在缓冲存贮器中,并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到总线上。ｂ、出线控制部件检测总线上的信号,并把属于自己的信息读人一个缓冲存储器中，进行格式变换，然后由出线送出，形成出线信号。c、总线一般包括多条数据线和控制线。d、总线时隙分配要按一定的规则。
第二章－交换网络
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１、描述交换单元外部特征的指标是什么？举例说明。
（1)容量：交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。
（2)接口:即交换单元自己的信号接口标准。