现代交换原理 第2章 交换单元与交换网络

TS6 TS17
TS6 TS17
A 控制写入 SM 17 顺序读出 CM
6
17
30
输入控制和输出控制都是针对SM而言
请问：CM的工作方式是什么？
控制写入，顺序读出
31
（3）容量和时延
T接线器的容量 = SM容量 = n×n（n-时隙数） 注意：容量有限
时延
串/并转换 存储时延
SM、CM都是前半周期写，后 半周期读
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。
单级交换网络
交换 单元 交换 单元 …
…
…
入 线
交换 单元
出 线 … 入 线
是不是单级交换网络？
…
…
… 出 线
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
第1,2,…,K级，并且满足：
同交换单元间的拓扑连接和控制方式。
交换网络的一般结构
0 1 0 1
入线
.
. .
交换 单元 … … 交换 单元
交换 单元 交换 单元 … …
.
. .
出线
M-1
交换网络 控制单元
N-1
M× N交换网络
1.单级交换网络和多级交换网络
交换网络按拓扑连接方式可分为：
单级交换网络 多级交换网络
单级交换网络：由一个或若干个位于同一级的交换
端口地址总线(P) ：4条，传输端口地址（16个端口）
信道地址总线(C) ：5条，传输信道地址（32个信道）
控制总线、时钟线、证实线、返回信道总线。
端口的接收侧（RX）
PCM入
输入同步 端口RAM 信道RAM
输入同步电路：完成位同步和帧同步。 32个单元对应32个信道 端口RAM 单元内容：该信道要接续的端口号
（1）同步时分复用信号
电路交换采用； PCM30/32路系统中的信号； 同步时分复用原理： 将时间划分为等长的 时间单位（帧），一帧划分为若干时隙，时 隙按顺序编号； 子信道：所有帧中编号相同的时隙构成一个 子信道，一个子信道传输一个话路信号； 子信道的速率恒定：64Kbps，即对每路用 户固定分配带宽。
作业
空间接线器如例题所示，分别对于两种工作方式，
在控制存储器的相应单元填入适当内容，满足以
下交换要求：
a：0→1 TS0 b：1→2 c：2→0 d：0→2 TS1 e：1→0 f：2→1
2.2.3 时分交换单元
1、时间接线器(Time Switch) 简称：T接线器。
功能：完成同一复用线上不同时隙间的交换。 时隙交换：指入线上各个时隙的内容要按照交 换连接的需要，分别在出线上的不同时隙位置 输出。 不能完成空间交换！
交换单元的性能
容量：
交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量
接口：
交换单元需要规定自己的信号接口标准，即信号形 式、速率及信息流方向 功能： 点到点、同发、广播 质量： 完成交换动作的速度、任何情况下是否能完成指定 连接、信息经过交换单元是否有损伤（时间、语义）
2.2.2 空分交换单元
RX3CH10 → TX9CH20
D P C 端口 RAM 0 0 9 信道 RAM
数据 RAM
0
TS10 S
10 9 10 20
20
20
9
20
TS20
31
31
S
31
RX3
TX9
2.3 交换网络
交换网络:是由若干个交换单元按照一定的
拓扑结构和控制方式构成的网络。
交换网络的三个基本要素是：交换单元、不
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。

DSE任意端口接收侧的任意信道中的信息 都能通过总线交换到任意端口发送侧的任 意信道上。

DSE：512× 512无向交换单元
（2）工作原理
信道字 最高两位 置闲：00 信道置闲 信道字 （16bit） 选择：01 端口号码、信道号码 换码：10 处理机信息 数据：11 语音(8bit)，数据（14bit） DSE中，任一端口RX的任一CH都可以通过TDM总线连接到 任一端口TX的任一CH。这就形成了DSE内部的一个通路。这 一通路是根据外部送来的选择信道字而建立的。 DSE具有建立、保持、拆除其内部通路的功能，并通过已经建 立的通路进行信息交换。
单元长度：4bit
32个单元对应32个信道 信道RAM 单元内容：该信道要接续的信道号
单元长度：5bit
端口的发送侧（TX）
数据RAM 端口 比较器 发送控制 PCM出
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
B用户语音
F0
F1
F2
01 2
31 0 1 2
31 0 1 2
31
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。
A用户语音
（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。
M-1
控制端 状态端
M X N的交换单元
交换单元的分类（1）
交换单元按使用需要的不同可分为：
0 入线 M-1 0
N-1 0 M-1 0 出线 N-1
出线
入线
集中型（M>N） 0
M-1
扩散型（M<N ） 0
N-1
入线
出线
分配型（M=N）
交换单元的分类（2）
交换单元按信息流向分为： 有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线 进入，由出线输出，具有唯一确定的方向。 无向交换单元：交换单元的每条线即可输入也可输 出，其入线数必等于出现数。
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；
依此类推，所有第K级交换单元都只与第K-1级和出线连接；
则称这样的交换网络为多级交换网络，或K级交换网络。
多级交换网络
第1级 0 1 2 3 3级交换网络 第2级 第3级 0
出 线 编 号
出线编号 入线编号
21





控制存储器（CM-Control Memory）： CM数量=入（出）线数 CM的存储单元个数=入（出）线上复用 时隙数 CM的存储单元内容=出（入）线编号 CM的存储单元长度=出（入）线编号的 二进制位数 例：32×32的S接线器，每条复用线上 512个时隙。以上各量应为多少？
0 0 入 线 / 出 线 0 N-1
入线 M-1
出线 N-1
M X N有向交换单元
…..
…..
N无向交换单元
2、连接与连接函数（自学）
连接特性是交换单元的基本特性，它反映了 交换单元入线到出线的连接能力，通常我们用连 接集合和连接函数来描述交换单元的连接特性 连接函数 一个连接函数对应一种连接，连接函数表示相 互连接的入线编号和出线编号之间的一一对应关 系，即存在连接函数f，入线x与出线f(x)相连接， 0≤x≤M-1，0≤f(x)≤N-1。 连接函数实际上也反映了入线编号构成的数组 和出线编号构成的数组之间的置换关系或排列关 系，故连接函数也被称作置换函数或排列函数。
（2） 统计时分复用信号
1
2
1
3
2
1
3
1
标志化信道：由分组头中的标志码识别每路用户； 统计时分复用信号的交换：按照分组头中的路由信 息分配到所需线路上； 交换一般由软件完成。
（3） 异步时分复用信号
ATM交换采用； 信元长度固定：53字节； 异步时分复用与统计时分复用区别：将时间划 分为等长的时间片，用来传送固定长度的信元； 交换：适于采用硬件完成。
(1) 结 构
不能完成时隙交换！
组成
电子交叉矩阵
控制存储器CM
电子交叉矩阵：开关阵列
一般入线数=出线数，即为N×N开关阵列，此时
S接线器就叫做N×N的S接线器
0 1 2
入 线 编 号
0 1 2
出 线 编 号
0
0
1
2
127
2、空间接线器（Space Switch）
(2)工作原理
按控制方式 分为
输入控制： CM号--入线编号 输出控制： CM号--出线编号
(1) 结 构
组成
话音存储器SM
控制存储器CM
－－存储语音信息 －－控制SM的读或写
24
T接线器组成结构图
SM
0
TSn TS0 TSn TS0
n-1 R/ W
0
n-1 CM
话音存储器SM
大小（单元个数） = 输入复用线上每帧的时隙数n。 单元地址 时隙号 内容：PCM编码的语音信息 字长（单元大小） = 8 比特 例：T接线器输入复用线上一帧复用512个时隙， 问SM的容量是多少？ SM大小（单元个数） = 512
§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。 件。 交换单元是构成交换网络的最基本的部
0 1
…… … … 入线
0 1
出线 N-1
交换单元 空分交换单元 —多条通路 时分交换单元 —唯一通路
空分交换单元：由空间上分离的多个小的交换部 件或开关部件按照一定的规律连接构成。 开关阵列 空间接线器（S接线器）
空分交换单元
1、开关阵列
TS7 TS7
0 1
…… …… 入线 M-1
0 1
出线 N-1
在交换单元内部，要建立任意入线和任意出 线之间的连接，就在每条入线和每条出线之间都 各自接上一个开关，所有开关就构成了交换单元
(2)工作原理


原理：先存储，后转发。
工作方式：

输出控制：（顺序写入，控制读出） 输入控制：（控制写入，顺序读出）
（掌握两种工作方式下的工作过程，会区分 工作方式）
● —— 重要知识点
28
输出控制
TS6 TS17
TS6 A 顺序写入 SM 6 TS17 控制读出 CM
17
6
29
输入控制
主要内容
1. 引言—三种时分复用信号 2. 交换单元

交换单元的基本概念 开关阵列与空间接线器 共享存储器型交换单元——时间接线器 总线型交换单元——数字交换单元（DSE） CLOS网络 TST网络 DSN网络 BANYAN网络
3. 交换网络
§2.1引言 交换网络中的信号形式是数字时分复用信号。 电路交换采用： 同步时分复用信号 分组交换采用： 统计时分复用信号 ATM交换采用： 异步时分复用信号
输入控制
TS7：1入→2出
TS7 入 线 编 号 0 1 2 时隙号 0 0 1 2 入线编号 出线编号 127
20
TS7
0 1 2
出 线 编 号
输出控制
TS7：1入→2出
TS7 TS7 0 1 2 0 1 2 时隙号 相应的单元应该 填入什么内容？ 0 2 1 0 ？ ？ 127
入 线 编 号
内部的开ห้องสมุดไป่ตู้阵列。
开关阵列的特性
信息具有均匀的单位延时。
适合于构成较小交换单元（开关数反映了实现 的复杂度和成本的高低）。
容易实现同发和广播功能
交换单元的性能依赖于所使用的开关。
控制简单
2、空间接线器（Space Switch）
简称：S接线器。 功能：实现多个输入、输出复用线之间的空间交换。 复用线：传送同步时分复用信号的线路。
双交换 RX TX
端口7
交换 端口7 时钟
交换 RX 端口15 TX
16个双向端口： 双向端口 发送侧TX 接收侧RX
PCM出
双向PCM链路，一帧32个时隙
PCM入
信道CH
串行码率：4096Kb/s 39条并行时分复用总线（TDM）
数据总线(D)
16bit !
：16条，传输PCM链路上每路16bit信息。
字长（单元大小） = 8 比特
SM容量 = 512×8bit
控制存储器CM
大小（单元个数） = 时隙数n = SM大小 单元地址 时隙号 内容：SM在该时隙内写入/读出的地址 字长（单元大小） = log2n
例：T接线器输入复用线上一帧复用512个时隙， 问CM的容量是多少？
CM大小（单元个数） = SM大小=512 字长（单元大小） = 9 比特 ( 29=512 ) CM容量 = 512×9bit
作业

课后习题P58-2.6，2.7
2、数字交换单元（DSE）
DSE：是一种总线型交换单元，又称空时结合交 换单元，既可实现时隙之间交换，又可实现复用 线之间的交换。 只适用于同步时分复用信号的交换。
2、数字交换单元（DSE）
（1）结构
双交换 RX TX 端口0
交换 端口0
交换 端口8
RX TX