第2部分-交换单元及交换网络话务理论.ppt

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1、交换技术基础交换技术基础学习要点：学习要点：n通信协议及网络分层通信协议及网络分层n电信交换基本技术电信交换基本技术n交换单元及交换网络交换单元及交换网络n基本话务理论及通信网服务基本话务理论及通信网服务质量质量分层的好处 n降低网络设计的复杂度n方便异构网络的互连互通n增强网络的可升级性n促进竞争和设备制造商的分工 通信协议及网络分层协议n通信网中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。n为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议(network protocol)，简称为协议。n在分层结构中，协议指位于一个系统上的第N层和另一个系统的第N层实体通信（对等层）时所使用的一组规则或

2、约定的集合网络协议的组成要素 n语法 数据与控制信息的结构或格式。n语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。n同步 事件实现顺序的详细说明。通信网的体系结构通信网的体系结构(architecture)是指由其分层结构和相应的协议构成的一个集合电信交换技术基础n电信交换的基本技术包括接口技术、信令技术、控制技术和互连技术接口技术：用户线和中继线分别接在交换系统的用户接口和中继接口，不同类型的交换系统具有不同的接口，如模拟、数字、无线。接口技术主要由硬件实现信令技术：电信交换离不开信令。n信令控制用户间的呼叫连接，完成交换功能n信令的本质是通信系统中各个组成部分之间，为了建立通信

3、连接及实现各种控制而必须要传送的一些信息n信令协议或信令方式 电信交换技术基础控制技术：控制功能控制交换接续，主要由由软件实现互连技术：实现任意入线与任意出线之间的互连是交换系统最基本的功能n按照不同交换方式的要求，可以是物理的实体连接，也可以是逻辑的虚连接n交换系统是利用互联网络实现互连功能的，该互连网络又称为交换网络（交换机构）互连技术n互联技术涉及的内容有：拓扑结构：交换网络具有一定的拓扑结构，拓扑结构说明的是网络的几何逻辑关系，n时分结构：包括共享媒体和共享存储器n空分结构：由交换单元构成的单级或多级拓扑结构，“空分”的意思是指在拓扑结构内部存在着多条并行的通路，每条通路仍然可以采用时

4、分复用的方式选路策略：交换节点内部的选路，即在交换网络指定的入端与出端之间选择一条可用的路径互连技术控制机理多播方法：将某一入端的信息同时传送到所需的多个出端，即点到多点通信阻塞特性：阻塞指在呼叫建立或用户信息传送时，由于交换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n连接阻塞（电路交换）n传送阻塞（虚连接中的阻塞，带宽不够用）n有阻塞和无阻塞可靠性保障：除了提高硬件的可靠性外，通常配置双套冗余结构阻塞特性 从阻塞的特性看，交换网络可分为有阻塞网络和无阻塞网络，无阻塞网络又分为：v严格无阻塞：又称为Clos网络。是指无论交换网络原先处于何种占用状态，总可以建立任何出、入端之间的

5、连接而无内部阻塞v广义无阻塞：对任何呼叫连接，只有遵循特定的选路规则才能做到无阻塞v再配置无阻塞：指总可以通过对已建立连接所用的通路进行调整，以建立任何新的无阻塞连接交换节点高度抽象的系统结构 123456789*8#用户接口功能用户接口功能互连互连功能功能中继接口功能中继接口功能控制功能控制功能用户线用户线中继线中继线到其他交换机到其他交换机信令功能信令功能.在控制功能管理下，按需求提供连接通路。依照呼叫用户的需求，并结合交换设备的性能指标、资源状态完成相应的接续操作，维持设备正常运行。接收终端的状态及信令消息转换成适合控制功能处理的消息格式，或相反过程。适配外部线路传输特性，信号格式转换，

6、协同信令功能收发信令。1 1、交换单元模型、交换单元模型n交换单元（Switch Element-SE）是构成交换网络的最基本的部件，若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式连接起来就可以构成各种各样的交换网络。n交换单元对外的特性只有一组入线（信息输入端）和一组出线（信息输出端），如图2.1所示。图2.1 MN的交换单元交换单元及交换网络若M=N，则称对称交换单元2 2、交换连接、交换连接n当有信号到达交换单元的某条入线需要进行交换时，交换单元可根据外部送入的命令或根据信号所携带的出线地址，在交换单元内部建立通道（称内部通道）,将该入线与出线连接起来。n“内部通道”通常被称为“连接”建立连

7、接、拆除连接图2.2 交换连接示意图 入 线0123401234 出 线n对交换单元有多种分类方法，可以从不同的角度对交换单元进行分类，一般采用以下2种分类方法。（1）按照入线与出线上信息传送的方向是单向还是双向可以把一个交换单元分为有向交换单元与无向交换单元，如图2.3所示。图2.3 交换单元分类1：有向与无向3 3、交换单元分类、交换单元分类入端组和出端组内部不能相连M=N，且把相同编号的入端和出端合一起信息流动总是从入端到出端（2）按照交换单元入线与出线的数量关系可以把一个MN的交换单元分为集中型，连接型以及扩散型，如图2.4所示。图2.4 交换单元分类2：按照入线与出线数目4.4.交换

8、单元的性能交换单元的性能 对于交换单元，我们通过以下几个指标来描述其特性：（1）容量 交换单元的容量，包含两方面的内容，一个是交换单元的入线与出线数目，一个是每条入线上可以送入交换的信息量大小。因此交换单元的容量就是交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。（2）接口 在不同的线路上允许传送的信号往往不一样，同样，在不同的交换单元入端上可以接收的信号也往往不同。因此，需要规定交换单元的信号接口标准。（3）质量 一个交换单元的质量主要体现在两个方面，一个是完成交换功能的能力，它通常指交换单元完成交换动作的速度，以及是否在任何情况下都能完成指定的连接；另一个是信息是否存在损伤，如信息经过交换单元的

9、时延或其它损伤,如误码率增加。基本交换单元基本交换单元1 1、开关阵列开关阵列 在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的连接，最简单最直接的想法就是使用开关，所有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。n若交换单元的每条入线能够与每条出线相连接，则被称为全连接交换单元；若交换单元的每条入线只能够与部分出线相连接，则被称为部分连接交换单元或非全连接交换单元。n若交换单元是由空间上分离的多个小的交换部件或开关部件按一定的规律连接构成的，则称为空分交换单元。开关阵列是一种空分交换单元。几种典型的交换单元，有不带存储功能的开关阵列、总线，带存储功能的存储型交换单元 开关阵列在拓扑结构上可排成方形或

10、矩形二维阵列，并分别被称为NN方形开关阵列和MN矩形开关阵列。位于第i行j列的开关记为Kij图2.5 MN有向矩阵开关阵列图2.6MN无向矩阵开关阵列n任何给定的入线到出线的通道上只存在一个开关，即每任何给定的入线到出线的通道上只存在一个开关，即每条入线和出线的组合都对应着一个单独的开关条入线和出线的组合都对应着一个单独的开关n开关阵列的主要特性：开关阵列的主要特性：（1）任何时刻，任何入线都可连至任何出线。开关控制简单，具有均匀的单位延迟时间。（2）一个交叉结点代表一个开关，因此通常用交叉点数目表示开关数目。（3）一列开关只能有一个处于接通状态。（4）一行开关部分或全部处于接通状态时，开关阵

11、列很容易地实现了同发功能和广播功能（4）开关阵列组成的交换单元的性能取决于所使用的开关（5）开关阵列具有控制端（控制开关的通断）和状态端（接通或断开），控制端和状态端均可用二值电平“0”或“1”来表示 在实际应用中，一般存在三种开关阵列：电磁继电器、模拟电子开关与数字电子开关。n电磁继电器（利用继电器的吸合与断开控制交叉点）一般构成小型的交换单元，所构成的交换单元是双向的，可交换模拟和数字信息，其缺点是干扰和噪声大、动作慢（ms级）、体积大（cm级）。n模拟电子开关一般由半导体材料制成，可双向传送信息，传送信息，且衰耗和时延较大。但模拟电子开关的开关动作比继电器快得多，构成的交换单元与继电器构

12、成的交换单元相比，体积小，一般用来代替继电器构成小型的交换单元。n数字电子开关由简单的逻辑门构成，如数字多路选择器或分配器来实现。其开关动作极快且无信号损失，用于完成数字信号的交换，目前得到广泛的应用。选择器01M-101M-1入线入线出线出线一列出线开关复接等效M选1选路器01N-1入线出线分配器N-110出线入线一行入线开关复接等效1选N分配器用N个M选1多路选择器或M个1选N多路分配器，都可构成MN的交换单元2 2、总线型交换单元总线型交换单元n共享总线型交换单元的一般结构如图2.8所示，总线型交换单元有N条入线与N条出线，每条入线都经过各自的入线控制部件连接到总线上去，同时每条出线也都

13、经过各自的出线控制部件连接到总线上去。出线控制部件出线控制部件出线控制部件入线控制部件入线控制部件入线控制部件总 线入线出线总线控制逻辑n入线控制部件的功能是接收入线信号，进行信号的格式变换，放到缓冲存储器中，在相应时隙到来时将输入信号发送到总线上去，设输入部件每隔时间获得一个时隙，输入端输入的信号速率为V比特/秒，则输入部件缓冲存储器的容量至少应为V比特。n出线控制部件的功能是检测总线上的信号，将属于本端口的信息读出到一个缓冲存储器中，进行格式变换，然后由出线送出。设输出部件每隔时间获得一组信息量，且该组信息量为常数，输出端输出的信号速率为V比特/秒，则输出部件的缓冲存储器的容量至少应为V比

14、特。n总线主要包括数据总线（传送信号）和控制总线，由于数据线数的多少与交换单元的容量密切相关，因此通常把总线含有的数据线数叫做总线的宽度。n总线时隙按一点的规则分配n综合，总线上的信号是一个同步时分多路复用信号，并且所有的输入信号将被复合成一个信号。设总线型交换单元有N条入线，每条入线上传送的同步时分复用信号的速率为V，则总线上的信号速率就是NV，因此当N增大时，总线上传送的信息速率会增大，该速率以及入、出线控制电路的工作速率是有极限的，因此入出线数以及所传送的信号速率不能超过一定的值。由于上述因素的限制，设总线上的一个时隙长度不能超过T，并且在一个时隙中只能传送B个比特，则有下列等式成立：k

15、NV=B/T（总线上单位时间内传送的数据），k为时隙分配规则因子，k=max(n入,n出)话务理论基础 话务量的基本概念n话务量是表达电话网内机线设备负荷数量的一种量值，所以也称为话务负荷。n话务量反映了话源对所使用的电话通信设备数量上的要求话务量的基本概念n话务量三要素呼叫强度：单位时间内发生的平均呼叫次数占用时长：每次呼叫平均占用的时间长度S考察时间：对通话业务的观测时间长度T话务量Y=STn话务量的大小表现了机线设备的繁忙程度话务量的基本概念n话务量单位：爱尔兰，用Erl表示，并规定若、S均采用h（小时）为时间单位，则A的单位为Erl。例：一条电路被连续不断地占用了1h，话务量就是1Er

16、l。话务量的基本概念n电话话务量特性 随机性：话源产生的呼叫是随机的。波动性：话务量的值每时每刻都在变化。n忙时话务量：一天中通信设备最繁忙的那一个小时称为忙时，忙时的平均话务量简称为忙时话务量n忙时话务量是交换系统设计的重要依据n话务量强度：单位时间内的话务量，简称话务量，一般用A表示交换系统处理话务的方法n呼叫工作制指当用户呼叫不能立即接通时，发送忙音，此次呼叫失败主要用于电路交换n接待工作制也称等待系统或排队系统分组交换采用此种方式n流入话务量（A入）：指话源产生的话务量。设某设备群上的所有入线，在1h内发生的呼叫次数为（即呼叫发生强度），其平均占用时长为S，则A入=Sn完成话务量（A完

17、）：指某群设备受理并完成呼叫处理的话务量设为接受处理的呼叫数（或完成接续的呼叫数），其平均占用时长为S，则A完=Sn呼叫工作制：A损=A入-A完n接待工作制：A完=A入流入话务量和完成话务量线群与呼损n一群（或一组）为话源（业务源）服务的设备及其出线，这一总体称为线群。1N1V线群的模型入入线线出出线线线群与呼损n线群中的出线数代表线群的大小，称它为线群的容量，用M表示n每条入线能够到达的出线范围，即每条入线能够选用的出线数量，称为利用度，用D表示全利用度线群（D=M）：任何入线对所有出线都有接续路由，只要出线空闲，就可接续部分利用度线群（DM）：任一负载源只能选用其线群中的部分出线n呼损工作

18、制系统中，用户关心的是服务质量，即打不通电话的概率有多大n服务质量指标指的是交换设备未能完成接续的电话呼叫业务量与用户发出的电话呼叫业务量之比，即呼叫损失率，简称呼损。n话务量、呼损与交换设备数量之间存在着固定的关系，研究它们三者的固有关系的理论即是话务理论线群与呼损1、呼损的计算方法 呼损是指由于交换机内部链路或者中继线不足引起的阻塞概率（1）按时间计算的呼损E=出线全忙的时间与总的考察时间的比值=T阻/T总（2）按呼叫次数计算的呼损B=指一段时间内出线全忙时，呼叫损失的次数占总呼叫次数的比例=C损/C总（3）按负载计算的呼损H=A损/A入2、呼损的分类交换机呼损 局间的电路（中继）的呼损

19、全程呼损 全网平均呼损 在全利用度条件下，线群流入话务量A、呼损Pm和线群出线数m之间的关系如下式这就是爱尔兰呼损公式，它反应了呼损、线群容这就是爱尔兰呼损公式，它反应了呼损、线群容量、话务量三者之间的关系量、话务量三者之间的关系线群与呼损爱尔兰公式爱尔兰公式u爱尔兰公式P的的含义是线束容量为m的全利用度线束中，流入话务量为A（单位为Erl）时，按爱尔兰呼损公式计算的 呼损为Pu公式表明 （1）P一定，中继线越多承担的话务量越大 （2）A一定，m越多，P就越小 （3）m一定，A越大，P越大 （4）当m很大时，A与m呈线性关系n话务量的定义及其三要素？n什么是呼损？爱尔兰公式体现了哪三个量之间的

20、关系？依次轮流固定其中的一个值，另外两个值之间成什么关系？n电信交换的基本技术有哪些？简要说明各技术在交换系统中的作用n总线型交换单元是否能用于异步时分信号的交换n共享存储器型交换单元的工作方式有哪几种？n什么是多级交换网络？多级交换网络的内部阻塞是怎样产生的？n一个256256的交换单元有多少个交叉点？现有两种基本的交换单元，分别是1616和88的，请问：（1）若用1616的二级交换网络来代替256256的交换单元，则有多少个交叉点？将二级改为三级，结果又如何？（2）若用88的二级交换网络来代替256256的交换单元，则有多少个交叉点？将二级改为三级，结果又如何？（3）以上结果说明什么问题？习题12341234n 一个三级的CLOS网络如下图，有如下连接要求：14，22，31，43，现已对14，31给出了连接，请问：（1）在不改变现有连接的情况下，能否实现题目所给的连接要求？（1）此CLOS网络是否满足严格无阻塞的条件？（2）此CLOS网络是否满足可重排无阻塞条件？若满足，请问要对现有连接作何 种改动，画出改动后的14，22，31，43的连接图（提示：级间链路的连接必须满足CLOS网络的连接规则）