通信與廣電精講講義之電路交換設備
更新時間：2009-10-19 15:27:29
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1L411052掌握電路交換設備的功能及構成
一、電話交換機的任務、功能及組成
（一）電話交換機的任務及功能
電話交換機的基本任務是完成任意兩個電話用戶之間的通話接續。
交換機必須有下列功能：呼叫檢出、接收被叫號碼、對被叫進行忙閑測試、向被叫振鈴，向主叫送回鈴音、被叫應答，接通話路，雙方通話、及時發現話終，進行拆線，使話路復原。
（二）電話交換機系統構成
交換機系統由進行通話的話路系統和連接話路的控制系統構成。
1．話路系統包括用戶電路、設備、交換網絡、出中繼器、入中繼器、繩路及具有監視功能的信號。話路系統的構成方式有空分方式和時分方式。空分方式傳送模擬信號，時分方式傳送數字信號。
2．控制系統包括譯碼、忙閑測試、路由選擇、鏈路選試、驅動控制、計費等設備。控制系統的控制方式有布線邏輯控制方式（簡稱布控方式）和存儲程序控制方式（簡稱程控方式）。
二、程控數字交換機功能
程控數字交換機的特點是將程控、時分、數字技術融合在一起。所以時分程控數字交換機就比其他制式的交換機有更多的優點，得到廣泛的應用。
（一）程控數字交換原理
程控數字交換機是直接交換數字化的語音信號，欲實現數字信號交換的目的，必須做到在不同話路時隙發送和接受信號。只有這兩個方向的交換同時建立起來，才能完成數字話音信號交換。實現這個功能要依靠數字交換設備。
數字交換實質上就是把PCM系統有關的時隙內容在時間位置上進行搬移，因此也叫做時隙交換。
數字交換網絡由時間（T）接線器和空間（S)接線器組成，能夠將任何輸入PCM復用線上的任一時隙交換到任何輸出PCM復用線上的任一時隙中去。
在同一條PCM總線的不同時隙之間進行交換，采用時間（T）型接線器完成；在不同PCM總線的同一時隙之間進行交換，采用空間（S)型接線器完成；在不同 PCM總線的不同時隙之間進行交換，采用TST或STS型交換網絡完成。
（二）程控數字交換機的基本功能
程控數字交換機系統所具有的基本功能應包含檢測終端狀態、收集終端信息和向終端傳送信息的信令與終端接口功能，交換接續功能和控制功能。
1．信令與終端接口功能
對于數字交換系統來講，進入交換網絡的必須是數字信號，這就要求接口電路應具有模／數（A/D）轉換功能和數／模（D/A）轉換功能。
對于各種不同的外圍環境要有不同的接口。
為了建立用戶間的信息交換通道、就要傳遞各自的狀態信息，這些狀態信息有呼叫請求與釋放信息、地址信息和忙閑信息。它們都以信令的方式通過終端接口進行傳遞。所以不同的接口電路配以不同的信令方式。
2．交換接續功能
對于電路交換而言，交換機的功能就是要為兩個通話用戶建立一條語音通路，這就是交換機的交換接續功能。
交換接續功能是由交換網絡實現的。空分交換機使用空分的交換網絡，完成模擬信號的空間交換任務。數字交換機使用數字交換網絡，通過語音存儲器完成時隙交換任務。
3．控制功能
上述的信令與接口功能和交換接續功能都是在控制功能的指令下進行工作的。控制功能可分為低層控制和高層控制。
低層控制主要是指對連接功能和信令功能的控制即掃描與驅動：掃描用來發現外部事件的發生或信令的到來，驅動用來控制通路的連接、信令的發送或終端接口的狀態變化。
高層控制是指與硬設備隔離的高一層呼叫控制
三、程控數字交換機構成
為了完成上述功能，數字交換機的硬件系統應包括話路系統和控制系統。交換機的軟件系統則包括操作系統和應用系統等。
（一）硬件系統
程控數字交換機硬件系統由話路系統、控制系統、外圍設備組成。
1．話路系統
由用戶模塊、遠端用戶模塊、選組級（數字交換網絡）、各種中繼接口、信號部件等組成。用戶模塊：是模擬用戶終端與數字交換網絡（選組級）之間的接口電路，由用戶電路和用戶集線器組成。
2．控制系統
一般可分為三級：第一級：電話外設控制級：對靠近交換網絡及其他電話外設部分進行控制。第二級：呼叫處理控制級：它是整個交換機的核心。第三級：維護測試級。
3．外圍設備
磁帶機或磁盤機，維護終端設備，測試設備，時鐘，錄音通知設備，監視告警設備
（二）軟件系統
程控交換機的軟件由運行軟件和支援軟件兩大類組成。
1．運行軟件
運行軟件是交換機在運行中直接使用的軟件。它可分成系統程序和應用程序。
系統程序是交換機硬件同應用程序之間的接口。它有內部調度程序、輸入／輸出處理程序、資源調度和分配、處理機間通信管理、系統監視和故障處理、人一機通信等程序。
應用程序包含有呼叫處理、用戶線及中繼線測試、業務變更處理、故障檢測、診斷定位等程序。
2.支援軟件
支援軟件是用來開發、生成和修改交換機的軟件，以及開通時的測試程序。支援軟件包括編譯程序，連接裝配程序，調試程序，局數據生成，用戶數據生成等程序。
為了保證交換機的業務不間斷則要求軟件應具有安全可靠性、可維護性、可擴充性，不僅完成呼叫處理，還應具有完善的維護和管理功能。
1L411053 掌握分組交換技術的應用及特點
分組交換也稱包交換，是為了適應計算機通信的需要而發展起來的，是數據通信的重要手段之一。
一、X. 25分組交換
公用分組交換數據是采用分組交換技術，給用戶提供低速數據業務的數據通信網。1976年，CCITT正式公布了著名的X. 25建議，為公用數據通信的發展奠定了基礎。
X. 25建議是數據終端設備（DTE）與數據電路終端設備（DCE）之間的接口協議，它使得不同的數據終端設備能接入不同的分組交換網。
由于 X.25協議是分組交換網中最主要的一個協議，因此，有時把分組交換網又叫做X.25網。
OSI共有七層：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳送層、會話層、表示層和應用層 x.25涉及到底三層
二、幀中繼．
幀中繼是分組交換網的升級換代技術，幀中繼是以分組交換技術為基礎。與X.25協議相比，幀中繼僅完成物理層和數據鏈路層的功能，不再進行逐段流量控制和差錯控制，在使用簡化分組交換傳輸協議相關信息的前提下，大大提高了網絡傳輸效率，以幀為單位進行數據傳輸與交換。
幀中繼技術是在開放系統互聯（OSI）第二層上用簡化的方法傳送和交換數據單元的一種技術。
（一）幀中繼技術特點
幀中繼是分組交換網的升級換代技術，幀中繼是以分組交換技術為基礎，
同X. 25分組交換技術相比，它具有下列特點：
1．網絡資源利用率高
2．傳輸速率高
3．費用低廉
4．兼容性好
5．組網功能強
（二）幀中繼交換機
1．幀中繼交換機的分類
目前，幀中繼交換機大致有以下三類：
(1)改裝型X. 25分組交換機。
(2)采用全新的幀中繼結構設計的新型交換機
(3)采用信元中繼、ATM技術且支持幀中繼接口的ATM交換機
2.幀中繼交換機的特性
(1)幀中繼交換機具有三種類型的接口：用戶接入接口、中繼接口和網管接口。
(2)具有業務分級管理的功能。
(3)具有寬帶管理功能。
(4)具有用戶線管理、中繼管理、路由管理和PVC狀態管理功能，支持PVC(永久性虛電路)和SVC(半永久性虛電路)連接，具有自動節點間路由和連接管理能力。
(5)具有擁塞管理功能。
(6)具有信令處理能力。
(7)具有用戶選用業務處理能力。
(8)具有網管控制信息通信功能。
(9)具有網絡同步能力，能夠與其他網絡互聯／互通。
三、異步轉移模式（ATM)
異步轉移模式（ATM）通信網是實現高速、寬帶傳輸多種通信業務的現代數據通信網形式之一。ATM是ITU-T確定用于寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）的復用、傳輸和交換模式技術。
1. ATM在綜合了電路交換和分組交換優點的同時，克服了電路交換方式中網絡資源利用率低、分組交換方式信息時延大和抖動的缺點，可以把語音、數據、圖像和視像等各種信息進行一元化的處理、加工、傳輸和交換，大大提高了網絡的效率。ATM構成的網絡具有綜合處理信息的能力，在現代通信網中占有十分重要的地位。
2. ATM提供高速、高服務質量的信息交換，靈活的帶寬分配及適應從很低速率到很高速率的帶寬業務。其交換技術的特點如下：
(1)采用面向連接的工作方式，通過建立虛電路來進行數據傳輸，同時也支持無連接業務。
(2）采用固定長度的數據包，信元由53個字節組成，開頭5個為信頭，其余48個為信息域，或稱凈荷。信頭簡單，可減少處理開銷。
(3) ATM技術簡化了網絡功能與協議。網絡流量控制口擁塞控制采用連接接納控制（CAC）和應用參數控制（UPC）等合約式方法，并在網絡出現擁塞時通過丟棄信元來緩解擁塞。
四、路由器
（一）應用
1．路由器是網絡層的互聯設備，用于連接多個邏輯上分開的網絡，在網絡層將數據包進行存儲轉發。它只接收源站或其他路由器的信息。路由器是連接IP網的核心設備。
2．路由器主要用于網絡連接，進行數據處理以及配置管理、容錯管理、性能管理等。
3．路由器的功能分為數據通道功能和控制通道功能。數據通道功能用于完成每一個到達分組的轉發處理，包括路由查表、向輸出端傳送分組和輸出分組調度；控制通道功能用于系統的配置、管理及路由表維護。
（二）路由器組成及分類
1．路由器主要由輸入／輸出端口、交換機構、處理機組成。輸入／輸出端口連接與之相連的子網；交換機構在路由器內部連接輸入與輸出端口；處理機負責建立路由轉發表。
2．由于應用場合的不同，路由器可分為骨干路由器、企業路由器和接入路由器。骨干路由器用于連接各企業網；企業路由器用于互連大量的端系統；接入路由器用于傳統方式連接撥號用戶。
五、多協議標記交換（MPLS)
（一）標記交換
標記交換，是指標記路由器（LSR）根據標記轉發數據。
MPLS基本網絡結構由標記邊緣路由器（LER）和標記路由器（LSR）組成。
（二）多協議標記交換的技術特點
MPLS支持多種協議，可使不同網絡的傳輸技術統一在MPLS平臺上，保證多種網絡的互聯互通。對上，它可以支持IPv4和IPv6協議，以后將逐步擴展到支持多種網絡層協議；對下，它可以同時支持X. 25, ATM、幀中繼、PPP, SDH, DWDM等多種網絡。
MPLS是一種與鏈路層無關的技術。
MPLS的流量控制機制主要包括路由選擇、負載均衡、路徑備份、故障恢復、路徑優先級碰撞等，在流量控制方面更優于傳統的IP網絡。
一、電話交換機的任務、功能及組成
（一）電話交換機的任務及功能
電話交換機的基本任務是完成任意兩個電話用戶之間的通話接續。
交換機必須有下列功能：呼叫檢出、接收被叫號碼、對被叫進行忙閑測試、向被叫振鈴，向主叫送回鈴音、被叫應答，接通話路，雙方通話、及時發現話終，進行拆線，使話路復原。
（二）電話交換機系統構成
交換機系統由進行通話的話路系統和連接話路的控制系統構成。
1．話路系統包括用戶電路、設備、交換網絡、出中繼器、入中繼器、繩路及具有監視功能的信號。話路系統的構成方式有空分方式和時分方式。空分方式傳送模擬信號，時分方式傳送數字信號。
2．控制系統包括譯碼、忙閑測試、路由選擇、鏈路選試、驅動控制、計費等設備。控制系統的控制方式有布線邏輯控制方式（簡稱布控方式）和存儲程序控制方式（簡稱程控方式）。
二、程控數字交換機功能
程控數字交換機的特點是將程控、時分、數字技術融合在一起。所以時分程控數字交換機就比其他制式的交換機有更多的優點，得到廣泛的應用。
（一）程控數字交換原理
程控數字交換機是直接交換數字化的語音信號，欲實現數字信號交換的目的，必須做到在不同話路時隙發送和接受信號。只有這兩個方向的交換同時建立起來，才能完成數字話音信號交換。實現這個功能要依靠數字交換設備。
數字交換實質上就是把PCM系統有關的時隙內容在時間位置上進行搬移，因此也叫做時隙交換。
數字交換網絡由時間（T）接線器和空間（S)接線器組成，能夠將任何輸入PCM復用線上的任一時隙交換到任何輸出PCM復用線上的任一時隙中去。
在同一條PCM總線的不同時隙之間進行交換，采用時間（T）型接線器完成；在不同PCM總線的同一時隙之間進行交換，采用空間（S)型接線器完成；在不同 PCM總線的不同時隙之間進行交換，采用TST或STS型交換網絡完成。
（二）程控數字交換機的基本功能
程控數字交換機系統所具有的基本功能應包含檢測終端狀態、收集終端信息和向終端傳送信息的信令與終端接口功能，交換接續功能和控制功能。
1．信令與終端接口功能
對于數字交換系統來講，進入交換網絡的必須是數字信號，這就要求接口電路應具有模／數（A/D）轉換功能和數／模（D/A）轉換功能。
對于各種不同的外圍環境要有不同的接口。
為了建立用戶間的信息交換通道、就要傳遞各自的狀態信息，這些狀態信息有呼叫請求與釋放信息、地址信息和忙閑信息。它們都以信令的方式通過終端接口進行傳遞。所以不同的接口電路配以不同的信令方式。
2．交換接續功能
對于電路交換而言，交換機的功能就是要為兩個通話用戶建立一條語音通路，這就是交換機的交換接續功能。
交換接續功能是由交換網絡實現的。空分交換機使用空分的交換網絡，完成模擬信號的空間交換任務。數字交換機使用數字交換網絡，通過語音存儲器完成時隙交換任務。
3．控制功能
上述的信令與接口功能和交換接續功能都是在控制功能的指令下進行工作的。控制功能可分為低層控制和高層控制。
低層控制主要是指對連接功能和信令功能的控制即掃描與驅動：掃描用來發現外部事件的發生或信令的到來，驅動用來控制通路的連接、信令的發送或終端接口的狀態變化。
高層控制是指與硬設備隔離的高一層呼叫控制
三、程控數字交換機構成
為了完成上述功能，數字交換機的硬件系統應包括話路系統和控制系統。交換機的軟件系統則包括操作系統和應用系統等。
（一）硬件系統
程控數字交換機硬件系統由話路系統、控制系統、外圍設備組成。
1．話路系統
由用戶模塊、遠端用戶模塊、選組級（數字交換網絡）、各種中繼接口、信號部件等組成。用戶模塊：是模擬用戶終端與數字交換網絡（選組級）之間的接口電路，由用戶電路和用戶集線器組成。
2．控制系統
一般可分為三級：第一級：電話外設控制級：對靠近交換網絡及其他電話外設部分進行控制。第二級：呼叫處理控制級：它是整個交換機的核心。第三級：維護測試級。
3．外圍設備
磁帶機或磁盤機，維護終端設備，測試設備，時鐘，錄音通知設備，監視告警設備
（二）軟件系統
程控交換機的軟件由運行軟件和支援軟件兩大類組成。
1．運行軟件
運行軟件是交換機在運行中直接使用的軟件。它可分成系統程序和應用程序。
系統程序是交換機硬件同應用程序之間的接口。它有內部調度程序、輸入／輸出處理程序、資源調度和分配、處理機間通信管理、系統監視和故障處理、人一機通信等程序。
應用程序包含有呼叫處理、用戶線及中繼線測試、業務變更處理、故障檢測、診斷定位等程序。
2.支援軟件
支援軟件是用來開發、生成和修改交換機的軟件，以及開通時的測試程序。支援軟件包括編譯程序，連接裝配程序，調試程序，局數據生成，用戶數據生成等程序。
為了保證交換機的業務不間斷則要求軟件應具有安全可靠性、可維護性、可擴充性，不僅完成呼叫處理，還應具有完善的維護和管理功能。
1L411053 掌握分組交換技術的應用及特點
分組交換也稱包交換，是為了適應計算機通信的需要而發展起來的，是數據通信的重要手段之一。
一、X. 25分組交換
公用分組交換數據是采用分組交換技術，給用戶提供低速數據業務的數據通信網。1976年，CCITT正式公布了著名的X. 25建議，為公用數據通信的發展奠定了基礎。
X. 25建議是數據終端設備（DTE）與數據電路終端設備（DCE）之間的接口協議，它使得不同的數據終端設備能接入不同的分組交換網。
由于 X.25協議是分組交換網中最主要的一個協議，因此，有時把分組交換網又叫做X.25網。
OSI共有七層：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳送層、會話層、表示層和應用層 x.25涉及到底三層
二、幀中繼．
幀中繼是分組交換網的升級換代技術，幀中繼是以分組交換技術為基礎。與X.25協議相比，幀中繼僅完成物理層和數據鏈路層的功能，不再進行逐段流量控制和差錯控制，在使用簡化分組交換傳輸協議相關信息的前提下，大大提高了網絡傳輸效率，以幀為單位進行數據傳輸與交換。
幀中繼技術是在開放系統互聯（OSI）第二層上用簡化的方法傳送和交換數據單元的一種技術。
（一）幀中繼技術特點
幀中繼是分組交換網的升級換代技術，幀中繼是以分組交換技術為基礎，
同X. 25分組交換技術相比，它具有下列特點：
1．網絡資源利用率高
2．傳輸速率高
3．費用低廉
4．兼容性好
5．組網功能強
（二）幀中繼交換機
1．幀中繼交換機的分類
目前，幀中繼交換機大致有以下三類：
(1)改裝型X. 25分組交換機。
(2)采用全新的幀中繼結構設計的新型交換機
(3)采用信元中繼、ATM技術且支持幀中繼接口的ATM交換機
2.幀中繼交換機的特性
(1)幀中繼交換機具有三種類型的接口：用戶接入接口、中繼接口和網管接口。
(2)具有業務分級管理的功能。
(3)具有寬帶管理功能。
(4)具有用戶線管理、中繼管理、路由管理和PVC狀態管理功能，支持PVC(永久性虛電路)和SVC(半永久性虛電路)連接，具有自動節點間路由和連接管理能力。
(5)具有擁塞管理功能。
(6)具有信令處理能力。
(7)具有用戶選用業務處理能力。
(8)具有網管控制信息通信功能。
(9)具有網絡同步能力，能夠與其他網絡互聯／互通。
三、異步轉移模式（ATM)
異步轉移模式（ATM）通信網是實現高速、寬帶傳輸多種通信業務的現代數據通信網形式之一。ATM是ITU-T確定用于寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）的復用、傳輸和交換模式技術。
1. ATM在綜合了電路交換和分組交換優點的同時，克服了電路交換方式中網絡資源利用率低、分組交換方式信息時延大和抖動的缺點，可以把語音、數據、圖像和視像等各種信息進行一元化的處理、加工、傳輸和交換，大大提高了網絡的效率。ATM構成的網絡具有綜合處理信息的能力，在現代通信網中占有十分重要的地位。
2. ATM提供高速、高服務質量的信息交換，靈活的帶寬分配及適應從很低速率到很高速率的帶寬業務。其交換技術的特點如下：
(1)采用面向連接的工作方式，通過建立虛電路來進行數據傳輸，同時也支持無連接業務。
(2）采用固定長度的數據包，信元由53個字節組成，開頭5個為信頭，其余48個為信息域，或稱凈荷。信頭簡單，可減少處理開銷。
(3) ATM技術簡化了網絡功能與協議。網絡流量控制口擁塞控制采用連接接納控制（CAC）和應用參數控制（UPC）等合約式方法，并在網絡出現擁塞時通過丟棄信元來緩解擁塞。
四、路由器
（一）應用
1．路由器是網絡層的互聯設備，用于連接多個邏輯上分開的網絡，在網絡層將數據包進行存儲轉發。它只接收源站或其他路由器的信息。路由器是連接IP網的核心設備。
2．路由器主要用于網絡連接，進行數據處理以及配置管理、容錯管理、性能管理等。
3．路由器的功能分為數據通道功能和控制通道功能。數據通道功能用于完成每一個到達分組的轉發處理，包括路由查表、向輸出端傳送分組和輸出分組調度；控制通道功能用于系統的配置、管理及路由表維護。
（二）路由器組成及分類
1．路由器主要由輸入／輸出端口、交換機構、處理機組成。輸入／輸出端口連接與之相連的子網；交換機構在路由器內部連接輸入與輸出端口；處理機負責建立路由轉發表。
2．由于應用場合的不同，路由器可分為骨干路由器、企業路由器和接入路由器。骨干路由器用于連接各企業網；企業路由器用于互連大量的端系統；接入路由器用于傳統方式連接撥號用戶。
五、多協議標記交換（MPLS)
（一）標記交換
標記交換，是指標記路由器（LSR）根據標記轉發數據。
MPLS基本網絡結構由標記邊緣路由器（LER）和標記路由器（LSR）組成。
（二）多協議標記交換的技術特點
MPLS支持多種協議，可使不同網絡的傳輸技術統一在MPLS平臺上，保證多種網絡的互聯互通。對上，它可以支持IPv4和IPv6協議，以后將逐步擴展到支持多種網絡層協議；對下，它可以同時支持X. 25, ATM、幀中繼、PPP, SDH, DWDM等多種網絡。
MPLS是一種與鏈路層無關的技術。
MPLS的流量控制機制主要包括路由選擇、負載均衡、路徑備份、故障恢復、路徑優先級碰撞等，在流量控制方面更優于傳統的IP網絡。
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