第二章 交换网络
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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。
五⾢⼤学现代交换技术思考题答案第⼆章交换⽹络1、在通信⽹的基本结构形式中,稳定性最好的结构是( A )A ⽹型⽹B 环形⽹C 星型⽹D 树型⽹2、基本交换单元有空分交换、时分交换和共享总线型交换单元。
3、连接功能是交换系统最基本的功能。
4、⼀个电信系统⾄少应当由终端和传输媒介组成。
5、当N个终端采⽤全互连⽅式连接的时候,需要(B )连接对A N2B N(N-1)C (N-1)2D(N-1)(N-2)6、S接线器主要由⼀个连接n*n的电⼦接点矩阵和控制存储器组以及⼀些相关的接⼝逻辑电路组成。
7、T接线器主要由话⾳存储器SM 、控制存储器CM ,以及必要的接⼝电路(如串/并,并/串转换等)组成。
8、判断题:S接线器能将S接线器的输⼊复⽤线HW2的时隙56的内容B交换到输出复⽤线HW2的时隙34。
(×)第三章信令系统1、⽆论何种交换机,在通信⽹中均应完成功能包括接⼊功能、交换功能、信令功能和其它控制功能。
2、按信令信道与⽤户信息传送信道的关系分,信令分为随路信令和公共信道信令3、(D )的主要功能是在相邻节点之间⽆差错地传输以帧为单位的数据。
A、物理层B、⽹络层C、传输层D、数据链路层4、设从A局(发端长话局)⾄E局(终端长话局)需经三级转接(B、C、D局),主叫为普通⽤户,被叫号码为0132345678,当信令采⽤逐段转发的传送⽅式时,A局向C局发的号码是( B )A、0132345678 B 、013234 C、0132 D、0135、信息在通信⽹中由发端⾄终端逐节点传递时,⽹络有⾯向连接和⽆连接两种⼯作⽅式。
6、信令系统在通信⽹中的作⽤包括维护、管理和统计。
7、信令单元为链路状态信令单元LSSU,此时信令单元中的长度表⽰语LI=( B )A、0B、1--2C、3--63D、63以上8、在ISUP消息中,( B )消息是交换局是在任⼀⽅向发送的消息,表明由于某种原因要求释放电路。
A.初始地址消息(IAM) B.释放消息(REL)C.释放完成消息(RLC) D.地址全消息(ACM)9、7号信令协议定义了三种信令单元,分别为消息信令单元、链路状态信令单元和填充信令单元。
现代交换原理复习课件第一章:小结——电信交换概论1、在通信网中为什么要引入交换的概念?2、目前交换技术主要有那几种,分别属于那种传送模式?3、B-ISDN为什么采用ATM技术作为其传输、复用和交换的核心技术?4、电信交换系统的基本结构是怎样的?其主要技术有哪些?5、基本概念:面向连接方式、无连接方式同步时分交换、异步时分交换第二章:交换网络小结:描述交换单元连接特性的方法交换单元的外部特性描述的描述指标三种典型的交换单元的结构、特性及工作原理无阻塞网络的概念,构成无阻塞网络的方法TST、CLOS、BANYAN网络的结构及特性1、有一个T-S-T交换网络,有8条输入母线和8条输出目线,每条母线为一帧256个TS,其第一级T接线器为输入控制方式,S接线器为输出控制方式,第二级T接线器为输出控制方式,请画图表示该网络将HW6TS8交换到HW2TS23的过程(内部选定的空闲时隙为TS15 ),并标出各级SM和CM的容量及相关单元内容,给出CP的时间。
2、构造16*16的交换单元:采用基本开关阵列时,需要多少个开关?采用K=4的绳路开关阵列时,需要多少个开关?采用可重排无阻塞网络时,需多少个2*2交叉单元?采用BANYAN网络时,需多少个2*2交叉单元?采用共享存贮器结构时,至少需多少个存储单元。
3、构造256*256的三级严格无阻塞CLOS网络。
要求: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。
画出该网络连接示意图(标出各级交换单元的个数,入出线)。
第三章:电话通信的基本原理电话交换技术的发展程控数字交换机的系统结构接口电路交换网络-话路建立控制系统程控交换软件系统呼叫处理的基本原理交换技术基础电话通信网第四章:信令系统随路信令和公共信道信令各有什么特点?中国No.1信令的结构是怎样的?No.7信令的协议栈是怎样的?中国No.7信令网的结构是怎样的?第六章:IP 交换:随路信令和公共信道信令各有什么特点?中国No.1信令的结构是怎样的?No.7信令的协议栈是怎样的?中国No.7信令网的结构是怎样的?第七章:ATM交换1 有一个N*Q的ATM交换结构,当发生出线竞争时,可采用FIFO的缓冲机制,试根据ATM交换原理,参照下图的信元流和翻译表,画出输出的信元流。
习题--------------------------------------------------------------------------------------------第二章交换网络1、在通信网的基本结构形式中,稳定性最好的结构是()A 网型网B 环形网C 星型网D 树型网2、基本交换单元有、和。
3、是交换系统最基本的功能。
4、一个电信系统至少应当由和组成。
5、当N个终端采用全互连方式连接的时候,需要()连接对A N2B N(N-1)C (N-1)2D(N-1)(N-2)6、S接线器主要由一个连接和以及一些相关的接口逻辑电路组成。
7、T接线器主要由、,以及必要的接口电路(如串/并,并/串转换等)组成。
8、S接线器能将S接线器的输入复用线HW2的时隙56的内容B交换到输出复用线HW2的时隙34。
()------------------------------------------------------------------------------------------------第三章信令系统1、无论何种交换机,在通信网中均应完成功能包括、、和其它控制功能。
2、按信令信道与用户信息传送信道的关系分,信令分为和;3、()的主要功能是在相邻节点之间无差错地传输以帧为单位的数据。
A、物理层B、网络层C、传输层D、数据链路层4、设从A局(发端长话局)至E局(终端长话局)需经三级转接(B、C、D 局),主叫为普通用户,被叫号码为0132345678,当信令采用逐段转发的传送方式时,A局向C局发的号码是()A、0132345678 B 、013234 C、0132 D、0135、信息在通信网中由发端至终端逐节点传递时,网络有和无连接两种工作方式。
6、信令系统在通信网中的作用包括、和。
7、信令单元为链路状态信令单元LSSU,此时信令单元中的长度表示语LI=( )A、0B、1--2C、3--63D、63以上8、在ISUP消息中,()消息是交换局是在任一方向发送的消息,表明由于某种原因要求释放电路。
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。
(3) 功能:点到点功能、同发功能、广播功能。
(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?
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。
(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。
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、数字交换单元(DSE )的工作原理是怎样的?
数
据
总
端口总信道总
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:
(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;
(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;
(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。
(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。
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。
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)。
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。
18、试用两种方法构造一个4*4的无阻塞的banyan网络。
扩展型:
膨胀型:。