1、1数字程控交换机培训教材第一章 电信网和程控数字交换机概述 现代社会有两大基础设施：交通运输网和电信网 (Telecommunication Network) 。如果把社会比作人，则交通运输网就好比人的血液循环系统，而电信网则好比人的神经系统。它们的顺畅会极大地促进社会的发展；相反，两大网络只要有一个不顺畅，则会对社会造成巨大的损失。在社会信息化的过程中，电信基础设施的建设尤其重要。除了上述的电信网外，电信基础设施 ( Telecommunication Infrastructure)还包括信息源、电信终端、电信标准与电信法规等。电信网是由传输系统将各种电信终端设备和业务提供点连接到各交换机而
2、构成的。交换机是电信网的核心或枢纽站。总的说来，主要是交换系统发展制约着电信网的发展，尤其是制约着电信业务的开展。但是电信网和电信业务的发展反过来也会促进交换系统的发展。本章我们将介绍电信网和程控数字交换机的基本概念，以作为后续各章的基础1.1 电信网基本知识1. 概述 人类大多数活动依赖于信息(Information)。信息以各种各样的形式表现出来，如人类的语言(Voice)、手写或印刷的文本(Text)、计算机数据（Data）以及各种各样的图形（Graphic）和图象（Image）等。信息可以被处理、加工、存贮、转移、显示、复制和利用。所谓电信（Telecommunication）就是将信
3、息变换成电信号再进行远距离传输（Transmission）和交换（Switching）。最早的电信就是 1837 年 Wheatstone 和 Morse 发明的电报。这是一种每次沿一个方向发送信息的、点到点的数字通信。1876 年 A.G.Bell 发明了电话，从而开始了点到点的双向会话通信，但它是模拟通信。经过 100 多年的发展历程，现在已在全世界所有国家建立了电信网，并且各个国家电信网之间已经在实现互联互通，全世界 200 多个国家和地区的近 10 亿部电话的多数已能彼此通话。下面我们先介绍本地电话通信网的基本组成形式。图 1.1-1 就是电话网的两种最基本的形式。图 1.1.1-1（
4、a）为单汇接局制电话网，图 1.1.1-1（b）为多汇接局制电话网。图中，网内任一用户均可以通过各相关 (端局(End Office)、支局(Branch Office)和/或汇接局(Tandem Office)与同一网内的其他所有用户进行通信。交换局与交换局间的线路称为中继线路（Trunk Circuit）；用户与交换局间的线路称为用户线路（Line Circuit）。因端局的用户线与PABX（用户交换机）的中继线相连，所以 PABX 与端局间的线路，对 PABX 称为中继线路，而对端局而言则称为用户线。汇接局用于汇接（转接）各端局的出和入中继线路；端局是用户（包括 PABX）入网局点；支局
5、与端局的功能基本相2同，只是它接入的用户数较少，而且支局须经端局与汇接局间接相连。在电信网中, 当一个交换局可经多条路径与另一个交换局相连时（如图 1.1.1-1（b）那样），则在呼叫接续（Connection）时，有一个路径（通常称为路由Route）选择问题。图 1.1.1-1 所示的电话网通常称为市话网（Local Network），它们可用于大、中城市。通常市话交换网可分为两级，即汇接局和端局。要组成全国乃其全球电话网, 则需要将各个市话网与其所属长途端局(Toll Office)或长途汇接局（Toll-Tandem Office）连接。为了实现呼叫的接续，在各个电话局，包括长途汇接局、
6、长途端局（图中未给出）、市话汇接局和市话端局（含支局）分别配置相应的交换机。它们分别称为长途汇接交换机（Toll-Tandem Exchange）、长途交换机（Toll Exchange）、市话汇接交换机（Local-Tandem Exchange）和市话交换机（Local Exchange）。1.1.2 电信网的种类和拓扑结构 电信网种类繁多，按业务可分为：电话网、电报网、传真网、数据网、CATV 网和 ISDN 网；按信号形式可分为：模拟网、数据网和混合网；按网络用途可分为：承载网、交换网和支撑网；按网络拓扑分为：网状网、星形网、复合网、树形网、链形网、环形网和总线网；按服务范围可分为：本
7、地网、长途网和国际网；按网络层次可分为：骨干网、接入网和用户网；按带宽可分为窄带网和宽带网等；按传播媒体可分为：有线网和无线网；按服务对象可分为：公用网和专用网；按网络等级可分为等级网和无级网。实际上，在上述各类中，大多数还可以进一步分为若干子类。比如，支撑网就包括这样的四种网：数字同步网、七号信令网、集中智能网和电信管理网。又如专用网可进一步分为军事、公安、铁路、电力、水利、石油、矿冶基地、交通、金融银行、新闻、工厂企业、水文、气象、林区、牧区、渔业、防汛救灾及旅游行业等专用网。3尽管电信网种类如此之多，但就网络的组织形态，即拓扑结构来说常用的有如下几种：全网状网、部分网状网、星形网、复合网
8、、树形网、链形网、环形网和总线网等，如图 1.1.2-1 所示。在全网状网中，传输链络的冗余度最大，因而网络的可靠性最好，但链路利用率低，网路的经济性差。它们仅用于对可靠性要求特别高的场合。在星形网中，设有一个交换中心，用户之间的呼叫均通过交换中心进行。设网络用户数为 N，星形网的传输链路只有 N 条，当 N 较大时,比全网状网所需的 N(N-1)/2条链路要少得多。它可用于组成范围很大的网络，是现在普通采用的电话网的网络结构的基础。其可靠性较全网状网的低，但其经济性则较全网状网能获得大大的改善。复合网是在星形网的基础上发展起来的。在用户较为密集的地区，分别设置交换中心，形成各自的星形网，然后
9、将各交换中心以全连接方式或部分连接方式互联组成复合网。这种网的规模不断扩大，最终可实现覆盖一个地区、一个国家乃至全球。树形网目前广泛用于 CATV 分配网和某些专网（如军队网等）。环形网和总线网则多用于计算机通信网。链形网常于专网，也用于中继站有上下话路的微波中继公用通信网。1.1.3 电信网的组成 从逻辑上说，电信网是由节点（Node）、链路（Link）和端点（End）以及信令（协议）组成的，而在物理上，完善的电信网则是由交换网、传输承载网和终端设备以及支撑系统组成的。交换网和传输承载网是电信网的基础网，而支撑系统则是电信网的辅助网。它们的层次模型关系如图 1.1.3-1 所示。尽管我国和世
10、界上大多数国家一样，目前尚未建立成这种多层次的综合电信网，但都是朝着这个方向发展的。4下面简单地介绍一下各个网的功能。第一层是传输承载网。它包括了中继链路、本地传输链路和接入网等。图1.1.3-2 给出了一个典型中继站的组成框图。在这里，传输系统既可采用PDH（准同步数字系列）也可采用 SDH（同步数字系列）的数字复接技术。局用程控数字交换机的中继线的一般数据速率为 2Mb/s。如果采用 PDH 系统且交换机的中继线的数据速率为 8Mb/s 或 34Mb/s，则数字配线架（DDF）需分别置于图中 C-D、C-D和 A-B、A-B两个接口处，因而也可相应地节省复/分接器(MUX)。图中的数字配线
11、架（DDF）可以用数字交叉连接设备（DXC、DCC）代替。数字交叉连接系统是一个完全无阻塞的交换系统，它可取代传统的人工跳线和数字配线架，并具有交换功能。数字交叉系统使用功能强大的微处理机，具有高密度的交叉节点处理器，使其能在短短的几秒钟内实现所要求的多个交叉连接。它可进行一、二、三、四次群的交叉连接，并可实现高次群和低次群的转换、阻抗变换、无帧操作、信令转换等，并能与国际上所用到的不同数据通信接口适配。此外，它还能提供线路的实时监视、网络监控等，通过改变指令系统可以对任何一条电路进行实时调度。5随着同步数字系列（SDH）的推广应用，传输链路（特别是长途干线和专网）正越来越多地采用 SDH 传
12、输系统，SDH 系统比 PDH 系统更有利于传输设备简化、成本降低和管理功能的加强，也是未来宽带 ISDN 的基础设施。第二层是基本的交换网。它由各种类型的交换机（如国际局、长途端局、长途局、市话汇接局、市话端局交换机、远端模块、远端用户单元和用户交换机等）组成。交换机之间的话音通道叫做话务路由，并以点划线表示。话务路由的传输路径由传输承载网提供，如图中的实线所示。应该指出的是，一个话务路由和其传输链路间未必是一一对应关系，仔细比较交换网的话务路由和传输承载网的链路就可以看出这一点。6第三层是信令网。它是各交换机的信令点（SP）和信令转接点（STP）及其间的共路信令链路所组成的网络。在一个数字
13、网中，通常信令链路数要比话务路由数少。实际上，信令网是一个分组数据通信网。第四层是同步网。该网将从一个或多个参考源来的定时信号传播到交换网中的所有数字交换机中。同步网包含有由数字交换机中的各定时单元所形成的同步节点，以及其间的同步链路。第五层是集中式智能网。该网提供程控数字交换机及其业务控制（SCP）间的访问，而 SCP 包含有能提供集中的网络智能的数据库。同此它可以通过数字交换机向用户提供大量的智能业务。第六层是电信管理网。它由各种各样的运行和维护中心（OMC）、网络管理中心（NMC）以及对相关的交换机进行遥测、遥控和遥信的链路等组成。781.1.4 交换方式 常用的交换方式是电路交换、报文
14、交换和分组交换。1.电路交换（Circuit Switching）电路交换是指呼叫双方在开始通话之前，必须先由交换设备在两者之间建立一条专用电路，并在整个通话期间由他们独占这条电路，直到通话结束为止的一种交换方式。电路交换的优点是实时性好、传输时延很小，特别适合象话音通信之类实时通信场合。其缺点是电路利用率低，电路建立时间长，不适合于突发性强的数据通信。2.报文交换（Message Switching）(图 1.1.4-1（a）)报文交换又称为消息交换，用于交换电报、信函、文本文件等报文消息。这种交换的基础就是存储转发（SAF）。在这种交换方式中，发方不需先建立电路，不管收方是否空闲，可随时直
15、接向所在的交换局发送消息，交换机将收到的消息报文先存储于缓冲器的队列中。然后根据报文头中的地址信息计算出路由，确定输出线路，一旦输出线路空闲，即将存储的消息转发出去。电信网中的各中间节点的交换设备均采用此种方式进行报文的接收棿娲 转发，直至报文到达目的地。应当指出的是，在报文交换网中，一条报文所经由的网内路径只有一条，但相同的源点和目的点间传送的不同报文可能会经由不同的网内路径。报文交换的优点是不需要先建立电路，不必等待收方空闲，发方就可实时发出消息，因此电路利用率高，而且各中间节点交换机还可进行速率和代码转换，同一报文可转发至多个收信站点。其缺点是交换机需配备容量足够大的存储器，网络中传输时
16、延较大，且时延不确定。因此这种交换方式只适合于数据传输，不适合于实时交互通信，如话音通信等。3.分组交换（Packet Switching）(图 1.1.4-1（b）)在分组交换中，消息被划分为一定长度的数据分组（也称数据包），每个分组通常含数百至数千比特。将该分组数据加上地址和适当的控制信息等送往分组交换机。与报文交换一样，在分组交换中，分组也采用存储转发（SAF）技术。两者不同之处在于，分组长度通常比报文长度要短小得多。在交换网中，同一报文的各个分组可能经过不同的路径到达终点，由于中间节点的存储时延不一样，各分组到达终点的先后与源节点发出的顺序可能不同。因此目的节点收齐分组后尚需先经排序、
17、解包等过程才能将正确的数据送给用户。9在报文交换和分组交换中，均分别采用了一种称为检错和自动反馈重传（ARQ）的差错控制技术来对付数据在通过网络中可能遭受的干扰或其它损伤。分组交换的优点是可高速传输数据，实时性比报文交换的好，能实现交互通信（包括话音通信），电路利用率高，传输时延比报文交换时小得多，而且所需的存储器容量也比后者小得多。缺点是节点交换机的处理过程复杂。以上三种交换方式都限于低速数据交换。由于计算机高速数据传输和高速图象数据传输和交换需要，人们现正利用帧中继和 ATM 等宽带交换设备来传送高速数据。4.帧中继(Frame Relay)帧中继是快速分组交换技术之一。它适用于在多点间接
18、续大量高速突发数据，是向未来宽带 ATM 交换过渡的手段之一。帧中继采用统计时分多路复用(STDM)，并定义了网络的虚电路（VC）、永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）。其带宽是在有实际数据传输时才进行分配的，即在以分组（包）为单位的基础上进行动态分配的。当某个连接所要求的带宽暂时超出它的带宽范围时，帧中继网络交换机就将到来的数据暂存于缓存器等待以后再发送。帧中继将网络协议的纠错和控制（如同 X.25 协议中的那样）从网络移至终端系统，网络的主要功能则主要在于确定路由和发送分组。帧中继也是一种 ISDN 承载业务，而并未对分组进行处理。因此帧中继几乎不产生除暂时存贮延迟外的其它网络延迟。
19、这样，它就能实现更有效、速度更高的数据通信。帧中继的传输速率通常为 1.544Mb/s 或 2.048Mb/s,也可以工作在更高的速率（如 45Mb/s）上，所以帧中继必须使用光纤作传输媒质。5.ATM 交换10ATM（Asynchronous Transfer Mode）是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种新的交换技术。ATM 交换又称信元（Cell）交换。其信元由信头和信息字段两部分组成。CCITT（已更名为 ITU-T）规定信元由 53 个八位组（共 424bit）组成，其中信头为 5 个八位组（40bit）、信息字段长 48 个八位组（共 384bit）。ATM 交换有以下几个特点
20、；（1）用户线和中继线上均采用信元，其分组长度固定且均为 53 个八位组（即424bit）；（2）ATM 以虚呼叫方式工作，可按需分配不同的传输信息速率。如果一个呼叫所需的资源可以分配到，则此呼叫被接收，否则遭拒绝。（3）不需要逐段链络进行差错控制或流量控制。由于采用光纤，传输差错率很低，信元中的信息部分就不用差错控制，但对其信头则需进行差错控制。对于数据通信，可由终端进行端到端的差错控制。（4）信头很短，用其标识虚连接，不提供序列编号，但需包含差错控制比特，因为一个差错，有可能导致信元走错路由。（5）信息字段也短，因而信元不长，使用短信元可以使发终端打包时延和交换节点排队最短，从而使信元传输具有时间透明性。（6）提供监管功能，以保证用户不使用大于其申请的速率发送和接收信元。ATM 交换机结构可分时分和空分两大类，每一类可分为几个小类。时分类可分为共享总线、共享环和共享存储器。空分类可分为全互连网和多级互连网。ATM 交换机的基本功能框图如图 1.1.4-2 所示。
