1、,程控數(shù)字交換機的基本結(jié)構(gòu),4.3程控數(shù)字交換機硬件基本結(jié)構(gòu),4.3.1程控數(shù)字交換機的接口 4.3.2用戶模塊及遠端用戶模塊 4.3.3信令設(shè)備,隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字交換機的結(jié)構(gòu)也越來越復雜。 在這里只介紹最簡單的數(shù)字交換機系統(tǒng)，它具有最基本的組成部分。 了解了最簡單的數(shù)字交換機系統(tǒng)以后，進一步了解比較復雜的交換機系統(tǒng)就比較容易了 。,程控數(shù)字交換機最基本結(jié)構(gòu)(P96),從組成上來講： 數(shù)字交換機的組成結(jié)構(gòu)可分為兩部分：話路設(shè)備和控制設(shè)備兩部分。 話路部分以數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)為核心，還包括模擬數(shù)字接口、各種信令設(shè)備等。 控制部分為處理機系統(tǒng)。 最簡單的控制部分是一臺處理機。 從功能上來講：

2、接口、連接、信令、控制,解釋模擬用戶接口用戶電路 用戶線傳送的話務(wù)信息是模擬信號，將模擬信號變成數(shù)字信號需在用戶電路中解決。 由于數(shù)字交換機的交換網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了數(shù)字化，采用了大規(guī)模集成電路，使得過去在公用設(shè)備(如繩路)實現(xiàn)的一些用戶功能，如振鈴、饋電等不能通過集成電路的電子接點，而不得不放在用戶電路來實現(xiàn)。 為了便于分散控制，所以將用戶模塊與數(shù)字交換網(wǎng)分開，用各自的處理機進行控制。,4.3程控數(shù)字交換機硬件基本結(jié)構(gòu),解釋中繼接口： 模擬局與數(shù)字局間的中繼連接需要一些接口電路，即使是數(shù)字局與數(shù)字局之間的連接，也要接口電路進行碼型變換和同步調(diào)整。 同時，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，使許多非話業(yè)務(wù)的終端，如計

3、算機的數(shù)據(jù)終端、傳真、用戶電報、數(shù)字用戶、圖文終端、ISDN終端等都要進入交換機進行交換，也要求交換機配備與各種終端相適應的接口電路。 因此，程控數(shù)字交換擁有較為豐富的接口與終端,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,1模擬用戶接口 模擬用戶接口電路是程控交換機與模擬用戶線相連的接口，簡稱模擬用戶電路。 它是連接用戶電話機、三類傳真機或modem接口 在目前情況下，一般電話用戶使用的電話機（終端設(shè)備）都是模擬電話機，即電話機發(fā)送和接收的話音電流都是模擬信號，所以用戶線上傳遞的也是模擬信號。 三類傳真機： 1min左右，在一個話路上傳送一頁ISOA4幅面的典型打字文件的傳真設(shè)備。,為壓縮每幅圖像的傳輸

4、時間，在三類傳真機中，先是將模擬圖像信號經(jīng)模擬數(shù)字變換成圖像數(shù)據(jù)信號，之后用編碼方法減少圖像數(shù)據(jù)的信息冗余度，使每幅圖像需傳送的數(shù)據(jù)大大減少；其次是減少占用話路的時間與傳真過程中的附屬時間，以提高操作的自動化程度。 雖然三類傳真機傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號，但是它要將數(shù)據(jù)信號通過調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換成模擬信號，利用公共電話交換網(wǎng)傳輸。 一類：在6min內(nèi)傳送一頁ISO（國際標準化組織）A4幅面文件的傳真設(shè)備。 二類：3min內(nèi) 三類：1min左右時間，以傳輸速率4800bps（9600bps）在一個話路上傳送一頁ISOA4幅面的典型打字文件的傳真設(shè)備。 四類：主要用于公共數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）的設(shè)備。此類設(shè)備是適用

5、于公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的通信規(guī)程，并保證文件的無差錯接收。它能以64Kbit/s的數(shù)據(jù)信號速率，在15s內(nèi)傳送一頁ISOA4幅面文件的傳真設(shè)備。,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,在用于市話交換局時，由于需要和大量的模擬用戶線相連，故程控交換機的模擬用戶電路的數(shù)量很大，在這樣的系統(tǒng)中模擬用戶電路所耗費用通常可占整個系統(tǒng)費用的一半以上，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，模擬用戶電路成本也在逐步下降。 一般程控交換機，數(shù)字用戶很少，故常將模擬用戶電路簡稱為用戶電路,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,用戶電路的功能一般可歸納為七項，常用表示其功能的英語的第一個字母表示，即BORSCHT。這七項功能的含義是： 饋電：B（B

6、attery feeding） 過壓保護：O（Over voltage protection） 振鈴：R（Ringing） 監(jiān)視：S（Supervision） 編譯碼和濾波：C（CODEC and Filters） 混合電路：H（Hybrid circuit） 測試：T（Testing）,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,（1）饋電 饋電是采用集中供電方式的交換機必須具備的一項功能。交換機通過饋電電路為每一個用戶話機發(fā)送符合規(guī)定的電壓和電流。程控交換機的電壓為-48V，通話時，饋電電流在2050mA之間。 饋電線圈是電感元件，對話音信號呈高阻抗，而對直流則可視為短路， 這樣在向用戶話機饋電的同時

7、，能夠盡量減小話音的傳輸衰減。,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,（2）過壓保護 程控交換機采用了大量集成電路，它們的耐壓一般都很低，當受到高電壓沖擊時，極易損壞。而這些高壓主要來自雷電襲擊及電力設(shè)施的干擾， 為此通常的做法是設(shè)立兩級過壓保護電路以防止交換機外的高壓（如雷電）進入程控交換機內(nèi)部燒毀電路板。,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,保護電路的第一級通常設(shè)在總配線架（MDF）上。 總配線架主要具有兩項功能： 一是實現(xiàn)內(nèi)（交換機側(cè)）、外（外線側(cè)）線的交換、便于回線的調(diào)配與測試。 二是提供保護設(shè)備。總配線架上的保護設(shè)備也稱保安器， 它通常包括熱線圈、放電管和熔絲。

8、 當回路電壓達到或超過放電管的工作電壓時，放電管即開始放電，以引導高壓入地，對局內(nèi)設(shè)備起到保護作用，一旦高壓消失，放電管可恢復到正常的靜止狀態(tài)。 熱線圈是用戶回路中長時間通過電流時受熱而產(chǎn)生動作的保護設(shè)備，當其動作時，使電流泄入大地，并啟動總配線架上的告警電路，通知維護人員進行處理。 熔絲提供過電流時的保護，以將內(nèi)外線隔斷。,4.3.1程控數(shù)字交換機的接口,但高壓經(jīng)過保安器之后仍可能有上百伏高的電壓，為此需要在用戶電路中設(shè)置第二級過壓保護電路，也稱為二次保護。 第二級保護電路通常設(shè)在用戶電路中,它一般由壓敏電阻或熱敏電阻、穩(wěn)壓二極管或二極管橋等電子元件組成。圖412一個由四只二極管組成的橋型箝

9、位保護電路，,（3）振鈴 程控交換機向用戶話機發(fā)出的振鈴電流具有比較高的電壓，國內(nèi)規(guī)定振鈴信號為2550Hz，9015V的交流電壓。 如此高的電壓是不允許進入普通的由低壓半導體芯片組成的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的，所以發(fā)送鈴流的任務(wù)也由用戶電路完成，而且很多程控交換機采用振鈴繼電器的方式，如圖4-17所示。,（4）監(jiān)視 用戶的摘、掛機狀態(tài)與用戶回路的通、斷相對應，因此對用戶狀態(tài)的監(jiān)視也就是對用戶回路進行監(jiān)視。 對用戶回路的監(jiān)視功能通常與饋電緊密相連。 為實現(xiàn)通斷狀態(tài)檢測，一種簡單的方法是在直流的饋電電路中串聯(lián)一個小電阻或繼電器，如圖4-18所示。,當回路狀態(tài)改變時，電阻上的壓降或繼電器工作狀態(tài)（吸動可釋放

10、）會發(fā)生改變，據(jù)此變化，即可檢出用戶回路的狀態(tài)變化。 用戶回路的通斷只需要一位二進制數(shù)即可表示。在用戶處理機的接口中設(shè)有掃描存儲器，每個用戶在掃描存儲器中占一位，一般由硬件電路對用戶電路進行監(jiān)視，將每個用戶電路的通斷情況定時寫入掃描存儲器。,（5）編譯碼和濾波 把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為編碼，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程稱為譯碼編譯碼合稱為CODEC。 編譯碼和濾波功能不可分， 一般應該在編碼之前進行帶通(3003400Hz)濾波，以滿足比奈奎斯特取樣定理。 而在譯碼器端對譯碼器輸出的抽樣階梯信號需要經(jīng)過低通濾波器濾波，以平滑信號的波形，使其恢復為原來的話音信號。,（6）混合電路 用

11、戶線基本上都采用二線制，可以在兩個方向上傳送模擬信號，即來話和去話均使用這兩條線。 進入交換機內(nèi)部后，數(shù)字信號的傳輸必須是單向，即發(fā)送時要通過編碼器，接收時要通過解碼器。需將用戶的收發(fā)通路分開，以單向的兩對線傳輸，即四線單向形式。,所以在二線和四線交接處必須要有二線轉(zhuǎn)換接口。 通常在用戶電路中，信號編碼前和譯碼后需要進行二四線轉(zhuǎn)換。 在傳統(tǒng)的通信設(shè)備中，采用混合線圈來完成這一功能，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展， 目前的交換機則較多的采用具有更好功能特性的集成電路來實現(xiàn)，因而稱作混合電路。,圖4-19 混合、編譯碼和濾波功能示意圖,（7）測試 交換機在運行過程中，可能會出現(xiàn)各種用戶不能完成正常通信的故

12、障，這種故障可能是局內(nèi)設(shè)備的故障，也可能是用戶線或用戶終端等局外設(shè)備的故障， 為了判別故障位置以便及時修復，每個用戶電路與用戶線連接的接口處都設(shè)置一測試入口。,圖4-20為測試功能的示意圖，由圖可知，測試控制功能在用戶電路上是由兩對測試開關(guān)來體現(xiàn)的。測試開關(guān)在處理機的控制下，能夠?qū)⒂脩艟€連接到測試設(shè)備上，對用戶線外線和內(nèi)線進行測試。,為了便于理解上述七項功能，下面給出模擬用戶接口電路的總體功能框圖，如圖421所示。 用戶電路功能框圖動畫,圖421交換機模擬用戶接口電路總體功能框圖,除上述七項基本功能外，現(xiàn)代交換機的用戶接口電路還應有極性倒換，衰減控制，收費脈沖發(fā)送，投幣話機硬幣集中控制等功能。

13、,程控數(shù)字交換機最基本結(jié)構(gòu)(P96),4.3.2用戶模塊及遠端用戶模塊,用戶模塊又稱用戶級是由用戶電路、用戶集線器和用戶處理機組成。（P102） 用戶模塊通過用戶電路直接連接用戶的終端設(shè)備，與數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)通過PCM鏈路相連。 用戶模塊與遠端用戶模塊功能完全相同，都是完成用戶線終端與數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)（選組級）之間的接口功能。 這兩種模塊的結(jié)構(gòu)基本一樣，區(qū)別只是 用戶模塊是交換機內(nèi)的模塊； 而遠端用戶模塊距離交換局遠一些，是一個獨立的設(shè)備。,4.4程控數(shù)字交換機的交換網(wǎng)絡(luò),1.數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的功能 在數(shù)字交換機中，來自于不同用戶和中繼線的話音信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過時分復有的方式被復用到不同的PCM

14、復用線上，并由這些復用線連接到數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)上。如圖4-17（a）所示。,4.3.程控交換機的交換網(wǎng)絡(luò),（1）時隙交換功能,如圖418（a）表示1條入線和1條出線的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)。,4.3.程控交換機的交換網(wǎng)絡(luò),時隙交換的概念： 若輸入復用線上任一個時隙的內(nèi)容，經(jīng)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)后，可以在輸出復用線上任一個時隙中輸出，這就稱為時隙交換。 主叫用戶時隙內(nèi)容與被叫用戶時隙內(nèi)容發(fā)生交換，稱為時隙交換。 注意，同一用戶發(fā)話（輸入端）和受話（輸出端）使用相同的時隙編號。,時隙交換的概念,TST交換網(wǎng)絡(luò)工作原理動畫,時隙交換的原理,數(shù)字交換的基本概念,由此可以看出在數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中，要進行時隙交換， 能存儲話音信息

15、的存儲器話音存儲器 控制話音存儲器的存儲和取出的控制設(shè)備，控制存儲器。,4.3.程控交換機的交換網(wǎng)絡(luò),3數(shù)字接線器（不講） 數(shù)字交換采用數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)由數(shù)字接線器組成。在數(shù)字交換機中，有兩種數(shù)字接線器：T接線器和S接線器。前者負責時隙交換，后者負責復用線交換。 （1）T接線器 T接線器又叫時分接線器，時隙交換是用時分接線器來實現(xiàn)的。下面介紹時分接線器的構(gòu)成。如圖4-24所示。 T接線器工作過程示意1 T接線器工作過程示意2,4.3.程控交換機的交換網(wǎng)絡(luò),4.3.程控交換機的交換網(wǎng)絡(luò),綜上所述，一個基本的時分接線器是由兩個存儲器組成， 話音存儲器（SM）， 是控制存儲器（CM）。 S

16、M用于暫存話音脈碼信息， CM用于寄存話音時隙地址。 SM和CM中存儲器一般均為隨機存取存儲器（RAM）。,TST交換網(wǎng)絡(luò)工作原理動畫,三種交換方式的事件順序,呼叫請求,呼叫應答,數(shù)據(jù),A,B,C,D,分組1,分組2,分組3,報文,A,B,C,D,A,B,C,D,尋路延遲,排隊延遲,電路交換,報文交換,分組交換,電路交換動畫 報文交換動畫 分組交換動畫,數(shù)據(jù)交換技術(shù),1.電路交換 電路交換動畫 電路交換包括下列三個過程： 1)電路建立 2)數(shù)據(jù)傳輸 3)電路拆除,電路交換特點： 通信實時性強，適用于交互式會話類通信。 對突發(fā)性通信不適應，系統(tǒng)效率低。,數(shù)據(jù)交換技術(shù),電路交換本來是為電話通信而設(shè)

17、計的，對于計算機網(wǎng)絡(luò)來說，建立通路的呼叫過程太長，安全性難以保證 1964年8月，巴蘭(Baran)在美國蘭德(Rand)公司(情報收集部門)，“論分布式通信”的研究報告中提到了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的概念,數(shù)據(jù)交換技術(shù),2.報文交換 報文交換動畫 與電路交換方式的主要區(qū)別： 采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理 發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址，源地址及控制信息按一定格式組成一個數(shù)據(jù)單元（報文）進入通信子 通信子網(wǎng)完成數(shù)據(jù)單元的接收；差錯校驗；存儲；路選及轉(zhuǎn)發(fā)功能。 報文在中間結(jié)點的延遲非常大（一個報文在每個結(jié)點的延遲時間等于接收整個報文的時間加上報文在結(jié)點等待輸出線路所需的排隊延遲時間），這使得報文交換不適合交互式數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)交換技

18、術(shù),報文交換的缺點是： （P227) 1)不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時間長而且不定。 2)有時節(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，就不得不丟棄報文，而且發(fā)出的報文不按順序到達目的地。,數(shù)據(jù)交換技術(shù),3.分組交換 分組交換動畫 分組交換(packet switching)是報文交換的改進 在分組交換網(wǎng)中，用戶的數(shù)據(jù)被劃分成一個個分組(packet)，而且分組的大小有嚴格的上限（規(guī)定了最大長度） “采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理” 分組可以被緩存在交換設(shè)備的內(nèi)存而不是磁盤中，縮短了傳輸時延 每個分組信息可選擇最佳路由，提高通信效率和可靠性 由于分組交換網(wǎng)能夠保證任何用戶都不能

19、長時間獨占某傳輸線路，因而它非常適合于交互式通信,分組的概念 把欲發(fā)送的數(shù)據(jù)（報文）分成等長的數(shù)據(jù)段，再給段加上首部（也稱為包頭），構(gòu)成分組,報文,8.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)的演變和發(fā)展,分組交換網(wǎng)示意圖,三種交換方式的事件順序,呼叫請求,呼叫應答,數(shù)據(jù),A,B,C,D,分組1,分組2,分組3,報文,A,B,C,D,A,B,C,D,尋路延遲,排隊延遲,電路交換,報文交換,分組交換,電路交換動畫 報文交換動畫 分組交換動畫,4.三種交換方式的比較,1957年，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星 美蘇的原子彈和人造衛(wèi)星相繼研制成功后，為了在冷戰(zhàn)中立于不敗之地，美國迫切需要建立一個強大的戰(zhàn)爭指揮網(wǎng)絡(luò)，確保在經(jīng)受到如核

20、戰(zhàn)爭或其他災害性破壞時，即使網(wǎng)絡(luò)的一部分遭到破壞而癱瘓，整個網(wǎng)絡(luò)仍然能夠照常工作。 1957年，美國高級研究計劃署(ARPA)在美國國防部成立。希望能打贏核戰(zhàn)爭。 建立一個軍事網(wǎng)絡(luò)需要達到： 保密、安全 穩(wěn)定和健壯性（魯棒性Robust） 快速有效,1969年底，一個連接美國中西部四所科研學院的試驗性計算機網(wǎng)絡(luò)浮出水面，人們稱它為“ARPAnet”。 當時的ARPAnet只有四個結(jié)點，這四個結(jié)點分布在 UCLA 加利福尼亞大學洛杉磯分校 UCSB 加洲大學圣巴巴拉分校 SRI 斯坦福研究所 University Utah 猶他大學,電路交換 不保密 高效 報文交換 不安全 比較穩(wěn)定 不高效（不

21、能滿足實時通信的要求） 分組交換 安全：分組方式 健狀：使通信變得無所不能 高效：小的報文傳輸效率比較高、互聯(lián)網(wǎng)電話,4.三種交換方式的比較,結(jié)論： 電路交換適用于實時信息傳送，在線路帶寬比較低的情況下使用比較經(jīng)濟； 電話網(wǎng) 報文交換適用于線路帶寬比較高的情況，可靠靈活，但延遲大；電報 分組交換縮短了延遲，也能滿足一般的實時信息傳送。在高帶寬的通信中更為經(jīng)濟、合理、可靠。是目前公認較（最）好的一種交換技術(shù)。 計算機網(wǎng)絡(luò),4.三種交換方式的比較,8.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),三.差錯控制與流量控制 （P229） 差錯控制： 在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯并把差錯限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。

22、流量控制： 為了使收發(fā)雙方的速率協(xié)調(diào)一致，特別是避免出現(xiàn)由于接收方來不及接收而造成的“數(shù)據(jù)淹沒”現(xiàn)象。 流量控制和差錯控制雖然是兩個不同的方面，但通常將它們結(jié)合起來進行。,8.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),進行差錯控制的基本步驟是：差錯檢測、接收應答和出錯重傳。 差錯檢測是接收方檢測所接收的數(shù)據(jù)分組在傳輸時是否出現(xiàn)了差錯； 接收應答是接收方在收到一個分組之后，要將接收分組的情況(正確或錯誤)告知對方， 發(fā)送方在得知傳輸?shù)姆纸M出錯后，將重新發(fā)送出錯的分組。 在此過程中，差錯檢測是最重要、最基礎(chǔ)的一個環(huán)節(jié)。 最常用的差錯檢測方法是差錯控制編碼。,8.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),流量控制的基本思想是 （P234） 使接收方能夠控制發(fā)送方發(fā)送分組的速率， 這是通過接收方向發(fā)送方反饋一定的信息實現(xiàn)的。,TH