第2章 交换单元与交换网络(2.1-2)
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第2章 交换单元与交换网络-n
10
连接与连接函数 首先我们可以把一个交换单元的一组入线和一组 各看为一个集合，称为入线集合和出线集合．并 记为 T = { 0,1,2,L,M − 1} 入线集合： 出线集合： R = {0,1,2,L, N − 1} t 定义： ∈ T ，即t是T的一个元， r ∈ R t , R t ⊂ R ，即Rt是R的一个子集，r是Rt的一个元。则集合 为一个连接。 c = {t , Rt }
17
图5 间接交叉连接的图形表示
(3)间隔交叉连接(方体置换) (3)间隔交叉连接(方体置换) 间隔交叉连接是实现二进制地址编号中第k位位值 不同的入线与出线间的连接。其函数表示为
Ck ( xn−1 xn−2 L xk +1 xk xk −1 L x1 x0 ) = xn−1 xn−2 Lxk +1 xk xk −1 L x1 x0
25
2.开关阵列 2.开关阵列 1)开关阵列 1)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。 在每条入线和每条出线之间都各自接上一个开关， 所有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。
26
图8 开关阵列的表示
27
特性 ①因为每条入线和每条出线的组合都对应着一个 单独的开关 。 ②开关阵列的交叉点数取决于交换单元的入线和 出线数。 ③开关阵列很容易地实现了同发和广播功能。 ④交换单元的性能依赖于所使用的开关。 ⑤开关阵列具有控制端和状态端。
TS3 TS2 TS1
1 2 3
1 2 3
HW1’ HW2’ … HWn’
输入
HW2 HWn …
输出
控制存储器
1 1 2 3 …… 2 1 2 2 1 2 n …… n n n 1
第二章 交换单元与网络
第二章 交换单元与交换网络
第二章 交换单元与交换网络
2.1 引言 2.2 具体交换单元介绍 2.3 交换网络
2.1 引言
什么是 交换网络？ 交换网络是交换设备的一 个重要组成部分，用来提 供交换所需的通路。
交换网络是由基本的交换单元组成。 交换单元是基本元素，例如一组开关、一组存储单元等。
信号的基本形式
W
R
定时脉冲
CM
• • •
2
8
• • •
W
R
处理机
时钟
结构
话音存储器用来暂存数字编码的话音信息。每 个话路时隙有8位编码，故话音存储器的每个 单元应至少具有8个比特。 话音存储器的容量等于输入复用线上的时隙数。 控制存储器的容量通常等于话音存储器的容量， 也就是取决于复用线上的时隙数。 输入时隙选定一个输出时隙后，由处理机控制 写入控制存储器的内容在整个通话期间都是保 持不变的。
电信号
模拟信号 数字信号
光信号
交换网络中的信号形式及 时隙交换概念
交换网络中的信号形式是数字的、时分 复用信号。 电路交换采用 同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用 统计时分复用信号 什么是同步时分复用信号和统计时分复用 信号？
信道共享与多路复用技术
为了提高信道的利用率，通常采用多路复用 技术，使多路信息在一个信道或一条传输线 路上传输。
空间接线器的类型
类型：两种工作方式对应两种类型 输入控制：控制存储器对交叉矩阵的入 线进行控制，一条入线配一 个控制存储器 输出控制：控制存储器对交叉矩阵的出 线进行控制，一条出线配一 个控制存储器
TS2 TS1 TS0 0 TS0 1 TS2 2 TS1 3 PCM 入线
第二章 交换单元与交换网络
2.1 引言 2.2 具体交换单元介绍 2.3 交换网络
2.1 引言
什么是 交换网络？ 交换网络是交换设备的一 个重要组成部分，用来提 供交换所需的通路。
交换网络是由基本的交换单元组成。 交换单元是基本元素，例如一组开关、一组存储单元等。
信号的基本形式
W
R
定时脉冲
CM
• • •
2
8
• • •
W
R
处理机
时钟
结构
话音存储器用来暂存数字编码的话音信息。每 个话路时隙有8位编码，故话音存储器的每个 单元应至少具有8个比特。 话音存储器的容量等于输入复用线上的时隙数。 控制存储器的容量通常等于话音存储器的容量， 也就是取决于复用线上的时隙数。 输入时隙选定一个输出时隙后，由处理机控制 写入控制存储器的内容在整个通话期间都是保 持不变的。
电信号
模拟信号 数字信号
光信号
交换网络中的信号形式及 时隙交换概念
交换网络中的信号形式是数字的、时分 复用信号。 电路交换采用 同步时分复用信号 分组交换和ATM交换采用 统计时分复用信号 什么是同步时分复用信号和统计时分复用 信号？
信道共享与多路复用技术
为了提高信道的利用率，通常采用多路复用 技术，使多路信息在一个信道或一条传输线 路上传输。
空间接线器的类型
类型：两种工作方式对应两种类型 输入控制：控制存储器对交叉矩阵的入 线进行控制，一条入线配一 个控制存储器 输出控制：控制存储器对交叉矩阵的出 线进行控制，一条出线配一 个控制存储器
TS2 TS1 TS0 0 TS0 1 TS2 2 TS1 3 PCM 入线
交换第2章(交换网络)概述
7
（2）函数描述方式 • 用函数方式来描述一个M×N的交换单元的连接特性， 可以将其连接方式用函数f(t)表示： f(t) = Rt（Rt包含于R） • 该函数的自变量为t，它的定义域为交换单元的入线集 合T，值域为交换单元的出线集合 R的各个子集组成的 集合。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 t 与出线集合 f(t) 中每条出线相 连接。如果该入线空闲，那么与它连接的出线的集合 为一个空集。对于一个点到点连接，连接函数还可以 表示为：f(t) = r (r∈R) 它的值域变成了出线集合R。
称此连接具有广播功能。
6
• 一个交换单元的连接方式表示了该交换单元在某个时 刻建立的所有从入线到出线之间的连接，连接方式可 以表示为一个集合，我们用C来表示，那么： • C = {c1，c2，c3，……} • 该集合是由若干个连接组成的一个集合（表示各个连 接的集合c的下标不代表任何实际意义，只是区分不同 的连接）。特别要说明的是一个交换单元的连接方式 总是对应于某个具体时刻的，在这个时刻的连接方式 是这样的，在另一个时刻，它的连接方式又会变为那 样。在某一时刻，一个交换单元总是处在一定的连接 方式C下，也就是说该交换单元的各个入线与各个出线 按照该连接方式连接着。一个交换单元的连接方式可 以通过该交换单元的控制端口改变，同时也可以通过 该交换单元的状态端口反映出来。
10
• 在点到点的连接情况下，并且不存在出线竞争的情况 下，排列表达式中的t1，t2，……tn之间没有重复的元 素，同时r1，r2，……rn之间也没有重复的元素，那么 点到点连接方式的排列表达式可以改写为： t0，t1，……tN-1 0，1， ……N-1 • 我们把这种排列表达式称为入线排列表达式，它实际 上是使出线的编号按照自然数顺序排列，表示入线t0连 接到出线0，入线tN-1连接到出线N-1，由于可能存在空 闲的出端，所以t0，t1，……tN-1中可能有空的元素存在， 可用φ表示。上式也可以进一步简化表示为： (t0，t1，……tN-1)
（2）函数描述方式 • 用函数方式来描述一个M×N的交换单元的连接特性， 可以将其连接方式用函数f(t)表示： f(t) = Rt（Rt包含于R） • 该函数的自变量为t，它的定义域为交换单元的入线集 合T，值域为交换单元的出线集合 R的各个子集组成的 集合。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 t 与出线集合 f(t) 中每条出线相 连接。如果该入线空闲，那么与它连接的出线的集合 为一个空集。对于一个点到点连接，连接函数还可以 表示为：f(t) = r (r∈R) 它的值域变成了出线集合R。
称此连接具有广播功能。
6
• 一个交换单元的连接方式表示了该交换单元在某个时 刻建立的所有从入线到出线之间的连接，连接方式可 以表示为一个集合，我们用C来表示，那么： • C = {c1，c2，c3，……} • 该集合是由若干个连接组成的一个集合（表示各个连 接的集合c的下标不代表任何实际意义，只是区分不同 的连接）。特别要说明的是一个交换单元的连接方式 总是对应于某个具体时刻的，在这个时刻的连接方式 是这样的，在另一个时刻，它的连接方式又会变为那 样。在某一时刻，一个交换单元总是处在一定的连接 方式C下，也就是说该交换单元的各个入线与各个出线 按照该连接方式连接着。一个交换单元的连接方式可 以通过该交换单元的控制端口改变，同时也可以通过 该交换单元的状态端口反映出来。
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• 在点到点的连接情况下，并且不存在出线竞争的情况 下，排列表达式中的t1，t2，……tn之间没有重复的元 素，同时r1，r2，……rn之间也没有重复的元素，那么 点到点连接方式的排列表达式可以改写为： t0，t1，……tN-1 0，1， ……N-1 • 我们把这种排列表达式称为入线排列表达式，它实际 上是使出线的编号按照自然数顺序排列，表示入线t0连 接到出线0，入线tN-1连接到出线N-1，由于可能存在空 闲的出端，所以t0，t1，……tN-1中可能有空的元素存在， 可用φ表示。上式也可以进一步简化表示为： (t0，t1，……tN-1)
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。
现代交换第2章--交换技术基础
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类1
入
0┆
线
┆
M－1
┆
0出 N－1 线
（a）集中型（M >N）
入0 线 M－1
┆
┆0
出
┆
线
N－1
（c）扩展型（M <N）
入0 ┆
线 M－1 ┆
0
出
┆
┆
N－1
线
（b）分配型（M=N）
2.2.1 交换单元及其数学描述
交换单元分类2
入
0
线 M－1
┆┆ ┆┆
0
出
组成
由电子交叉矩阵和控制存储器（CM）构成
控制方式
输入控制：按入线配置控制存储器 输出控制：按出线配置控制存储器
开关阵列的应用实例——空间接线器（S接线器）
特点
S接线器是以时分方式工作的（各交叉点按复用时隙工作） S接线器在同步时分复用信号交换网络中不能单独使用 S接线器在输出控制方式下可实现同发和广播功能
功能
用来完成一条复用线上的时隙交换功能
组成
话音控制存储器（SM）:存储话音 控制存储器（CM） :存储SM的写入/读出地址
控制方式（对话音存储器的控制而言）
输出控制：顺序写入、控制读出（入线缓冲） 输入控制：控制写入、顺序读出（出线缓冲）
共享存储器型交换单元的应用实例 ——时间接线器（T接线器）
基本原理
总线按时隙轮流分配给入线控制部件和出线控制部件使用。
特点
受限于总线宽度、速度以及入线、出线控制部件的工作速率
总线型(共享媒体型) 交换单元示意图
1
入线控制
2 入线
入线控制
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。
现代交换技术第2章 交换网络
19
现代交换技术
第2章 交换网络
输出线
存：各个时隙的 入线标号 = “1”，接通：TSi时隙的入 线标号（如：1线）与 输出2线；
TSi时隙，对应存储 矩阵的第 i+1行 （交换信息，预先写入控制 存储器的行列交点）
（两张表）
20
现代交换技术
存：各个时隙的 入线标号
第2章 交换网络
10
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 2、时间交换单元 举例：时隙内容A，要从输入时隙 i交换到输出时隙 j
输入控制方式：
... TSN-1 ...
i
帧 Tsi
(A)
用户信息存储器 0 ... TS0 ... TSN-1 ...
j
帧 TSj
(A)
...
时隙 时隙 时隙 时隙 ... TS0
标志 头1
TS0 话路1
标志 头0
TS0
标志 头2
TS0
标志 头0
...
话路0
本章后续部分将以时分复用电信号为对象，介绍一 些典型的交换单元及交换网络。
5
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
交换单元的功能是在控制信号的作用下在入线和出 线之间为呼叫请求建立适当接续，将入线上的信息送到 出线上去。
14
现代交换技术
第2章 交换网络
2.2 交换控制单元
一、基于时分结构的典型交换单元 3、共享总线型交换单元 由入线控制部件，出线控制部件和总线组成，如下图示。入线 控制部件负责接收入线信号并进行信号格式转换，进行信息缓冲存 储，将缓冲信息在适当时刻送到总线上；出线控制部件负责从总线 上检测出属于自己的信号并加以缓冲存储，将缓冲信息进行格式转 换并由出线送出；总线通常由多条数据线和控制线组成，数据线负 责在入线控制部件和出线控制部件之间传送信号，控制线负责控制 各入线控制部件获得时隙和将信息发送到总线上以及控制出线控制 部件读取属于自己的信息。
2.交换单元和交换网络
V5接口
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
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
2 交换网络
四个部分：输入端口、输出端口、控制端与状态端。 输入端口又称为入线，输出端口也称为出线。 有M条入线、N条出线的交换单元称为M×N的交换 单元。 入线编号为0到M-1，出线编号为0到N-1。 控制端用来控制交换单元的动作，通过控制端的控 制把交换单元的特定入线与特定出线连接起来，让 信息从入线交换到出线而完成交换的功能 状态端用来描述交换单元的内部状态，不同的交换 单元有不同的内部状态集，通过状态端口让外部及 时了解到其工作情况。
输入信息端 0 1 ... M-1 输出信息端 0 1 N-1
图2.16 M×N无向交换单元的开关阵列实现
在实际应用中，一般存在三种开关阵列：继电器、模拟 电子开关与数字电子开关。
继电器一般构成小型的交换单元，所构成的交换单元是 无向的，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）。 模拟电子开关一般由半导体材料制成，只能单向传送信 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。 数字电子开关由简单的逻辑门构成，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。
空间接线器不管工作在哪种方式下，都具有如下的特 点：
①只完成空间交换，不进行时隙的交换。即完成输入复 用线与输出复用线相同时隙内信息的空间交换。 ②空间接线器按时分方式工作。空间交换单元的输入线 和输出线都是时分复用线，交叉点矩阵的各个开关均 按照复用时隙而高速接通和闭合，因而我们说它按照 时分方式工作。
（1）共享存储器型交换单元（如时间接线器）
共享存储器型交换单元的一般结构如图2.21所示。该交换单元 具有N路输入信号与N路输出信号，作为交换单元核心部分的 存储器被划分为N个区域，N路输入信号被放在存储器的N个 区域中，然后不同区域的N路信号被读出，形成N路输出信号。
2第2章 交换单元与网络
0 1 0 1
入 线
...
M-1
...
N-1
出 线
控制端
状态端
图2.1 M×N的交换单元
12
如图2.1所示，一个交换单元从外部看主要由四个部分 组成：一组输入端口、一组输出端口、控制端与状态 端。交换单元的输入端口又称为入线，输出端口也称 为出线，一个具有M条入线，N条出线的交换单元，称 为M×N的交换单元，同时把入线编号为0到M-1，出 线编号为0到N-1；
17
（2）按照交换单元入线与出线的数量关系可以把一个 M×N的交换单元分为集中型，连接型以及扩散型，如 图2.3所示。
入 线 0 1 M-1 （a）集中型（M>N） 出 线 0 入 线 0 1 M-1 （b）连接型（M=N） 出 线 0 1 N-1 入 线 0 出 线 0 1 N-1 （c）扩散型（M<N）
24
一个交换单元的连接方式表示了该交换单元在某个时 刻建立的所有从入线到出线之间的连接，连接方式可 以表示为一个集合，我们用C来表示，那么： C = {c1，c2，c3，……} 该集合是由若干个连接组成的一个集合（表示各个连 接的集合c的下标不代表任何实际意义，只是区分不同 的连接）。特别要说明的是一个交换单元的连接方式 总是对应于某个具体时刻的，在这个时刻的连接方式 是这样的，在另一个时刻，它的连接方式又会变为那 样。在某一时刻，一个交换单元总是处在一定的连接 方式C下，也就是说该交换单元的各个入线与各个出线 按照该连接方式连接着。 一个交换单元的连接方式可以通过该交换单元的控制 端口改变，同时也可以通过该交换单元的状态端口反 映出×L无向交换单元是指在N无向交换单元 的基础上把N个信息端分为一组输入端与一组输出端， 输入端假设有K个信息端(K个输入端)，输出端有L个信 息端（L个输出端），并且只有输入的K个信息端与输 出的L个信息端之间才能有信息交换，在输入的K个信 息端之间不能进行信息交换，同样L个输出端之间也不 能进行信息交换，满足这种条件的N无向交换单元称为 K×L无向交换单元。
入 线
...
M-1
...
N-1
出 线
控制端
状态端
图2.1 M×N的交换单元
12
如图2.1所示，一个交换单元从外部看主要由四个部分 组成：一组输入端口、一组输出端口、控制端与状态 端。交换单元的输入端口又称为入线，输出端口也称 为出线，一个具有M条入线，N条出线的交换单元，称 为M×N的交换单元，同时把入线编号为0到M-1，出 线编号为0到N-1；
17
（2）按照交换单元入线与出线的数量关系可以把一个 M×N的交换单元分为集中型，连接型以及扩散型，如 图2.3所示。
入 线 0 1 M-1 （a）集中型（M>N） 出 线 0 入 线 0 1 M-1 （b）连接型（M=N） 出 线 0 1 N-1 入 线 0 出 线 0 1 N-1 （c）扩散型（M<N）
24
一个交换单元的连接方式表示了该交换单元在某个时 刻建立的所有从入线到出线之间的连接，连接方式可 以表示为一个集合，我们用C来表示，那么： C = {c1，c2，c3，……} 该集合是由若干个连接组成的一个集合（表示各个连 接的集合c的下标不代表任何实际意义，只是区分不同 的连接）。特别要说明的是一个交换单元的连接方式 总是对应于某个具体时刻的，在这个时刻的连接方式 是这样的，在另一个时刻，它的连接方式又会变为那 样。在某一时刻，一个交换单元总是处在一定的连接 方式C下，也就是说该交换单元的各个入线与各个出线 按照该连接方式连接着。 一个交换单元的连接方式可以通过该交换单元的控制 端口改变，同时也可以通过该交换单元的状态端口反 映出×L无向交换单元是指在N无向交换单元 的基础上把N个信息端分为一组输入端与一组输出端， 输入端假设有K个信息端(K个输入端)，输出端有L个信 息端（L个输出端），并且只有输入的K个信息端与输 出的L个信息端之间才能有信息交换，在输入的K个信 息端之间不能进行信息交换，同样L个输出端之间也不 能进行信息交换，满足这种条件的N无向交换单元称为 K×L无向交换单元。
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MХ N有向交换单元 N无向交换单元
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 入 线 出 线
0
…
…
…
…
…
N-1
\
N-1
第2章交换单元与交换网络
2.连接与连接函数 入线集合:T={0,1,2…,M-1} 出线集合:R={0,1,2…,N-1} 定义:t∈ T,即t是T的一个元 r∈ Rt, Rt R 则集合 C=｛ t, Rt ｝为一个连接
• 连接函数有多种形式：
(1) 函数表示
(2) 排列表示
(3) 图形表示
第2章交换单元与交换网络
• 常见的连接函数表示形式:
(1)函数表示
均匀洗牌函数
ɡ(xn-1xn-2…x1x0)=xn-2xn-3…x1x0xn-1
例:N=8 ,
ɡ( x2x1x0)=x1x0x2
ɡ(001)=010,
则: ɡ(000)=000,
时分接线器属于共享存储器型交换单元。
1) 时间接线器的组成
时间接线器采用缓冲存储、控制读出或写入的方式来 进行时隙交换，主要由话音存储器(Speech Memory ,SM) 和控制存储器CM组成。
第2章交换单元与交换网络
SM i A A j W 时钟 CM CM R W i A j SM A j
A i
A
R 时钟
j i j
i
W
R 时钟 (a)
W
R 时钟 (b)
T接线器的工作原理
(a) 输出控制；(b) 输入控制
第2章交换单元与交换网络
2) 时分接线器的交换原理
有两种方式：
输出控制: 顺序写入、控制读出方式进行时隙交换的
原理。
输入控制: 控制写入、顺序读出方式进行时隙交换的
原理。
下面以输出控制方式为例，讲述其交换原理。
1. 交换单元
0 1 入 线 M-1 0 1 出 线 N-1
M×N交换单元
…
控制端 状态端
…
第2章交换单元与交换网络
• 当信号为同步时分复用信号，信号中只携带用户信 息，没有指定出线地址。交换单元怎样确定出线？
• 交换单元能否用软件实现？
• 交换单元能否用硬件实现？
第2章交换单元与交换网络
• 当信号为统计时分复用信号时，信号中不仅携带有 用户信息，而且带有出线地址，根据出线地址在交
2×N×V=B÷t
增加容量的方法:
① 快速存储器（减t）
② 增加总线宽度（加B） ③改用单向数据总线
第2章交换单元与交换网络
产生时延的原因:
① 信号进行串并变换的时延
② 在存储器中的时延 最小的时延＝？ 最大的时延＝？ 减少时延的方法： ？
T接线器实现了信息在(
以（ ）方式工作。
)交换，
第2章交换单元与交换网络
第2章交换单元与交换网络
2.2.3 时分复用交换单元
1. 共享存储器型交换单元
0
1) 一般结构
共享存储器型交换单元的一
输入信号 输出信号
般结构如图所示。
它的核心部件是存储器，它 被分成N个区域，N个数字信号分 别存入N个不同区域，再分别读 出，以实现交换。
N－1
共享存储器型 交换单元的一般结构
第2章交换单元与交换网络 共享存储器型交换单元既可用于同步交换也可用于存储转 发交换，但它们的具体实现有所不同。
第2章交换单元与交换网络
(1) 时隙计数器
(2) 话音存储器SM
(3) 控制存储器CM （1） 在交换前，先设 置好CM，这里假定按出 线配置，TS58←TS49 （2） 当 入线TS49来临， 存入49单元。 （3） 当 出线查询到 TS58时，读49单元并输出。
第2章交换单元与交换网络
3) 容量和时延 复用线N个时隙，单路速率为V，双向数据线，总的输入速率 为（ ）。 数据总线宽度为Bbits，每次存取时间为t秒，存储器的读写速 率为（ ）。
(3)功能
点到点、同发、广播。 (4)质量 信号经过交换单元的损伤越小，交换质量越好。
第2章交换单元与交换网络
2.2.2 开关阵列
1. 空分阵列 1) 一般结构 空分阵列由一组入线、一组出线以及连接入线和出线的 开关(交叉点)组成，因此也叫开关阵列。 在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的
一秒分为8000帧。每帧分成若干时隙，并按固定顺序 编号，所有编号相同的时隙称为一个子信道，速率恒 定。
第2章交换单元与交换网络
在电路交换中，相同编号的时隙组成一个子信道，传送 一路话音，速率为64kb/s. 知道时隙编号就是话路编号，也称为位置化信道。 在PDH（准同步数字系列体系）的E体系第一级： 每帧分成32个时隙，速率：E1=2.048Mb/s.
换单元内部建立通道。
• 交换单元能否用软件实现？ • 交换单元能否用硬件实现？
第2章交换单元与交换网络
信号到达转换单元时出现的两种情况
0 1 入 线
0 0 1 2 出 线 入 线 1 2 3
2 3 2
0 0 1
0
0 0 1 1 2 3 出 线
2
2
2 3
3
3
同步时分复用信号的交换
统计复用信号的交换
第2章交换单元与交换网络
…
N
2
A TS13
2
第2章交换单元与交换网络 S接线器实现了信息在( 行( )交换，以（ ）方式工作。
子开关。 输出控制方式能还能实现（ ）和（ ）功能。而输入 控制方式还应注意重接或出线冲突。 同一时间的空间，时隙，时分，同发和广播。
)交换，但不进
开关阵列中的开关按时隙间隔高速闭合与断开，需电
若在一条复用线上实现时隙交换，用开 关阵列能否做到，需要什么器件？
(3)开关是唯一的部件。 (4)开关阵列具有控制端和状态端。
第2章交换单元与交换网络
2．空分接线器 空分接线器属于空分阵列交换单元。
1
TS7 A A TS7
1 2
…
N
时隙编号→ 7
2
…
CM
控制存储器按入 线配置的空分接线器
1 2 …N
←入线编号
…
N
2
第2章交换单元与交换网络
1) 空分接线器组成与原理 空分接线器(Space Switch)简称S接线器。由交叉点矩阵和
第2章交换单元与交换网络
• 一个交换单元的连接及连接集合是动态的，不同时 刻可能不同。
• 无论是入线还是出线，均有两种状态：占用、空闲。
• 每个交换单元都可用一组连接来表示其连接关系，
一个连接函数对应一个连接，也就是入线编号与出
线编号的一一对应关系。
第2章交换单元与交换网络
• 设入线编号x： 0≤x≤M-1 • 设出线编号f(x)： 0≤ f(x) ≤N-1
不管各入线控制部件是否有信息，只是按顺序把时隙分给 各入线。
比较复杂但效率较高的规则是： 只在入线有信息时才分配给入线时隙。 因此共享总线型交换单元既可以用于同步交换也可以用于
存储转发交换，这取决于时隙分配原则。
第2章交换单元与交换网络
4．时空一体的数字交换单元DSE 还有一种交换部件，可以实现时空交换功能，如S-1240交 换机中使用的数字交换单元DSE (Digital Switching Element)， 它属于总线型交换单元。
3. 总线型交换单元
1) 一般结构
共享总线型交换单元包括入线控制部件、出线控制 部件和总线三部分。 交换单元的每条入(出)线经各自的入(出)线控制部件 与总线相连。
总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控 制部件使用，分配到总线的输入部件将输入信号送到总
线上。
第2章交换单元与交换网络
1 2 入线控制 出线控制 1 2
每个DSE由8个双交换端口组成，共有16个交换端口。
每个交换端口接一条32路双向PCM链路，每路16bit。输
入、输出串行速率为4.096Mb/s.
第2章交换单元与交换网络
39条并行TDM -BUS
PCM链路
RX 交换端口0 TX
双交换端口0
交换端口8
RX TX
PCM链路
…
PCM链路
RX 交换端口7 TX
第2章交换单元与交换网络
2.统计时分复用信号
• 将传送信息分组，然后在每个分组前加上路由标记，
标明要去哪个输出端。
• 凡标志码相同的码属于同一次接续，它们所占的信
道容量看作一个子信道，称为标志化信道。 • 统计复用信号使用的分组长度可以不等，每个子信 道的速率不固定，不能采用硬件交换单元，而ATM 交换的分组长度相等，可以使用硬件交换单元。
交换单元按使用需要的不同分为:
(1) 集中型:M>N (2) 分配型:M=N (3) 扩散型:M<N
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
…
…
…
…
…
…
第2章交换单元与交换网络
交换单元按信息流向分:
(1)有向交换单元 (2)无向交换单元
连接，只需通过控制开关的闭合就可实现，因此控制简单， 容易实现。
第2章交换单元与交换网络
输 入
空 分 阵 列
输出
第2章交换单元与交换网络
2) 主要特点 (1) 开关阵列的交叉点数是交换单元的入线数和出线数的乘 积。 (2) 当某条入线和与其连接的所有出线间的一行开关部分或
全部处于接通状态时，开关阵列很容易实现多播和广播功能。
双交换端口7
RX 交换端口15 TX 时钟 8 MHz 4 MHz 8 MHz
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 入 线 出 线
0
…
…
…
…
…
N-1
\
N-1
第2章交换单元与交换网络
2.连接与连接函数 入线集合:T={0,1,2…,M-1} 出线集合:R={0,1,2…,N-1} 定义:t∈ T,即t是T的一个元 r∈ Rt, Rt R 则集合 C=｛ t, Rt ｝为一个连接
• 连接函数有多种形式：
(1) 函数表示
(2) 排列表示
(3) 图形表示
第2章交换单元与交换网络
• 常见的连接函数表示形式:
(1)函数表示
均匀洗牌函数
ɡ(xn-1xn-2…x1x0)=xn-2xn-3…x1x0xn-1
例:N=8 ,
ɡ( x2x1x0)=x1x0x2
ɡ(001)=010,
则: ɡ(000)=000,
时分接线器属于共享存储器型交换单元。
1) 时间接线器的组成
时间接线器采用缓冲存储、控制读出或写入的方式来 进行时隙交换，主要由话音存储器(Speech Memory ,SM) 和控制存储器CM组成。
第2章交换单元与交换网络
SM i A A j W 时钟 CM CM R W i A j SM A j
A i
A
R 时钟
j i j
i
W
R 时钟 (a)
W
R 时钟 (b)
T接线器的工作原理
(a) 输出控制；(b) 输入控制
第2章交换单元与交换网络
2) 时分接线器的交换原理
有两种方式：
输出控制: 顺序写入、控制读出方式进行时隙交换的
原理。
输入控制: 控制写入、顺序读出方式进行时隙交换的
原理。
下面以输出控制方式为例，讲述其交换原理。
1. 交换单元
0 1 入 线 M-1 0 1 出 线 N-1
M×N交换单元
…
控制端 状态端
…
第2章交换单元与交换网络
• 当信号为同步时分复用信号，信号中只携带用户信 息，没有指定出线地址。交换单元怎样确定出线？
• 交换单元能否用软件实现？
• 交换单元能否用硬件实现？
第2章交换单元与交换网络
• 当信号为统计时分复用信号时，信号中不仅携带有 用户信息，而且带有出线地址，根据出线地址在交
2×N×V=B÷t
增加容量的方法:
① 快速存储器（减t）
② 增加总线宽度（加B） ③改用单向数据总线
第2章交换单元与交换网络
产生时延的原因:
① 信号进行串并变换的时延
② 在存储器中的时延 最小的时延＝？ 最大的时延＝？ 减少时延的方法： ？
T接线器实现了信息在(
以（ ）方式工作。
)交换，
第2章交换单元与交换网络
第2章交换单元与交换网络
2.2.3 时分复用交换单元
1. 共享存储器型交换单元
0
1) 一般结构
共享存储器型交换单元的一
输入信号 输出信号
般结构如图所示。
它的核心部件是存储器，它 被分成N个区域，N个数字信号分 别存入N个不同区域，再分别读 出，以实现交换。
N－1
共享存储器型 交换单元的一般结构
第2章交换单元与交换网络 共享存储器型交换单元既可用于同步交换也可用于存储转 发交换，但它们的具体实现有所不同。
第2章交换单元与交换网络
(1) 时隙计数器
(2) 话音存储器SM
(3) 控制存储器CM （1） 在交换前，先设 置好CM，这里假定按出 线配置，TS58←TS49 （2） 当 入线TS49来临， 存入49单元。 （3） 当 出线查询到 TS58时，读49单元并输出。
第2章交换单元与交换网络
3) 容量和时延 复用线N个时隙，单路速率为V，双向数据线，总的输入速率 为（ ）。 数据总线宽度为Bbits，每次存取时间为t秒，存储器的读写速 率为（ ）。
(3)功能
点到点、同发、广播。 (4)质量 信号经过交换单元的损伤越小，交换质量越好。
第2章交换单元与交换网络
2.2.2 开关阵列
1. 空分阵列 1) 一般结构 空分阵列由一组入线、一组出线以及连接入线和出线的 开关(交叉点)组成，因此也叫开关阵列。 在交换单元内部，要建立任意入线和任意出线之间的
一秒分为8000帧。每帧分成若干时隙，并按固定顺序 编号，所有编号相同的时隙称为一个子信道，速率恒 定。
第2章交换单元与交换网络
在电路交换中，相同编号的时隙组成一个子信道，传送 一路话音，速率为64kb/s. 知道时隙编号就是话路编号，也称为位置化信道。 在PDH（准同步数字系列体系）的E体系第一级： 每帧分成32个时隙，速率：E1=2.048Mb/s.
换单元内部建立通道。
• 交换单元能否用软件实现？ • 交换单元能否用硬件实现？
第2章交换单元与交换网络
信号到达转换单元时出现的两种情况
0 1 入 线
0 0 1 2 出 线 入 线 1 2 3
2 3 2
0 0 1
0
0 0 1 1 2 3 出 线
2
2
2 3
3
3
同步时分复用信号的交换
统计复用信号的交换
第2章交换单元与交换网络
…
N
2
A TS13
2
第2章交换单元与交换网络 S接线器实现了信息在( 行( )交换，以（ ）方式工作。
子开关。 输出控制方式能还能实现（ ）和（ ）功能。而输入 控制方式还应注意重接或出线冲突。 同一时间的空间，时隙，时分，同发和广播。
)交换，但不进
开关阵列中的开关按时隙间隔高速闭合与断开，需电
若在一条复用线上实现时隙交换，用开 关阵列能否做到，需要什么器件？
(3)开关是唯一的部件。 (4)开关阵列具有控制端和状态端。
第2章交换单元与交换网络
2．空分接线器 空分接线器属于空分阵列交换单元。
1
TS7 A A TS7
1 2
…
N
时隙编号→ 7
2
…
CM
控制存储器按入 线配置的空分接线器
1 2 …N
←入线编号
…
N
2
第2章交换单元与交换网络
1) 空分接线器组成与原理 空分接线器(Space Switch)简称S接线器。由交叉点矩阵和
第2章交换单元与交换网络
• 一个交换单元的连接及连接集合是动态的，不同时 刻可能不同。
• 无论是入线还是出线，均有两种状态：占用、空闲。
• 每个交换单元都可用一组连接来表示其连接关系，
一个连接函数对应一个连接，也就是入线编号与出
线编号的一一对应关系。
第2章交换单元与交换网络
• 设入线编号x： 0≤x≤M-1 • 设出线编号f(x)： 0≤ f(x) ≤N-1
不管各入线控制部件是否有信息，只是按顺序把时隙分给 各入线。
比较复杂但效率较高的规则是： 只在入线有信息时才分配给入线时隙。 因此共享总线型交换单元既可以用于同步交换也可以用于
存储转发交换，这取决于时隙分配原则。
第2章交换单元与交换网络
4．时空一体的数字交换单元DSE 还有一种交换部件，可以实现时空交换功能，如S-1240交 换机中使用的数字交换单元DSE (Digital Switching Element)， 它属于总线型交换单元。
3. 总线型交换单元
1) 一般结构
共享总线型交换单元包括入线控制部件、出线控制 部件和总线三部分。 交换单元的每条入(出)线经各自的入(出)线控制部件 与总线相连。
总线按时隙轮流分配给各个入线控制部件和出线控 制部件使用，分配到总线的输入部件将输入信号送到总
线上。
第2章交换单元与交换网络
1 2 入线控制 出线控制 1 2
每个DSE由8个双交换端口组成，共有16个交换端口。
每个交换端口接一条32路双向PCM链路，每路16bit。输
入、输出串行速率为4.096Mb/s.
第2章交换单元与交换网络
39条并行TDM -BUS
PCM链路
RX 交换端口0 TX
双交换端口0
交换端口8
RX TX
PCM链路
…
PCM链路
RX 交换端口7 TX
第2章交换单元与交换网络
2.统计时分复用信号
• 将传送信息分组，然后在每个分组前加上路由标记，
标明要去哪个输出端。
• 凡标志码相同的码属于同一次接续，它们所占的信
道容量看作一个子信道，称为标志化信道。 • 统计复用信号使用的分组长度可以不等，每个子信 道的速率不固定，不能采用硬件交换单元，而ATM 交换的分组长度相等，可以使用硬件交换单元。
交换单元按使用需要的不同分为:
(1) 集中型:M>N (2) 分配型:M=N (3) 扩散型:M<N
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
0 入 线 M-1
0 出 线 N-1
…
…
…
…
…
…
第2章交换单元与交换网络
交换单元按信息流向分:
(1)有向交换单元 (2)无向交换单元
连接，只需通过控制开关的闭合就可实现，因此控制简单， 容易实现。
第2章交换单元与交换网络
输 入
空 分 阵 列
输出
第2章交换单元与交换网络
2) 主要特点 (1) 开关阵列的交叉点数是交换单元的入线数和出线数的乘 积。 (2) 当某条入线和与其连接的所有出线间的一行开关部分或
全部处于接通状态时，开关阵列很容易实现多播和广播功能。
双交换端口7
RX 交换端口15 TX 时钟 8 MHz 4 MHz 8 MHz