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兰大信息第03章数字交换网络

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X 第三章 数字交换网络 第三章 数字交换网络 n§ 3.1 数字交换原理 n§ 3.2 T型时分接线器 n§ 3.3 S型空分接线器 n§ 3.4 数字交换网络 1 X 第三章 数字交换网络 § 3.1 数字交换原理 一、交换网络概念 交换网络特指交换机内部能完成出入线上不同用户信息 交流的接续网络;而由若干交换机和通信线路组成的用于完 成用户信息传输和交换的网络一般称为交换式通信网。 交换网络是交换机实现用户间接续的关键部件。 根据交换机制式与容量的不同,交换网络有多种结构形式: 1. 模拟交换网络:用机械式触点开关或半导体器件作为交换 接点,用于交换模拟信号。信号有损耗,时延较大。 2. 数字式交换网络:由数字逻辑器件构成,用于完成数字 PCM信号传输和交换的数字式网络。速度快,信号无损耗。 2 X 第三章 数字交换网络 二、知识回顾 Ø 数字程控交换采用的是同步时分复用技术来传输用户信息 ; Ø 中继线的传输能力被分成若干时隙(TS:Time Slot)供 给用户传输信息; Ø 不同用户信息位于不同中继线上的不同时隙,以PCM信号 传输; Ø PCM 30/32路系统一帧共有32个时隙,其中TS0用来传帧 同步信号,TS16传信令信号,剩下的TS1~TS15、TS17~ TS31共30个时隙提供给用户作为30个可以共用的话路。复 用线上数据传输速率为8000Hz×32×8bit=2.048Mbit/s 3 X 第三章 数字交换网络 三、功能分析 0号入线的TS0时隙分配给A发话音, 0号出线的TS0时隙分配给B 收话音 0号入线的TS1时隙分配给B发话音, 0号出线的TS1时隙分配给A收话音 1号入线的TS2时隙分配给C发话音, 1号出线的TS2时隙分配给E收话音 1号入线的TS0时隙分配给D发话音, 1号出线的TS0时隙分配给F收话音 2号入线的TS1时隙分配给E发话音, 2号出线的TS1时隙分配给C收话音 2号入线的TS2时隙分配给F发话音, 2号出线的TS2时隙分配给D收话音 4 X 第三章 数字交换网络 三、功能分析 AB间的交换必须完成同号线的不同时隙间的交换 CE间和DF间的交换必须完成不同线且不同时隙间的交换 数字交换网络必须能完成两种交换: 时分交换和空分交换 Ø 时分交换就是时隙交换,将话音从某个时隙搬移到另一个 时隙,不涉及空间线路间的交换。 Ø 空分交换就是在某一时隙将话音从某一编号的入线交换到 另一编号的出线,不涉及时隙交换。 5 X 第三章 数字交换网络 四、时分交换的原理 可以用存储器暂存的办法实现时隙交换。顺序写入,延时 读出 6 X 第三章 数字交换网络 五、空分交换的原理 可以用交叉矩阵来完成不同出入线的交换,控制不同的 交叉点在不同的时隙闭合。交叉点不再是机械开关,而是数 字电子开关,交叉矩阵中传输的也不再是模拟信号,而是 PCM数字信号。 控制 电路 7 X 第三章 数字交换网络 § 3.2 T型时分接线器 一、T型时分接线器的基本结构 T型时分接线器又称时间接线器(Time Switch),简称T 接线器,用来实现时隙交换功能。 它由话音存储器(SM:Speech Memory)和控制存储器( CM:Control Memory)组成,由随机存储器(RAM)组成。 话音存储器用来存储抽样编码后的PCM话音信息,其容量即 存储单元个数与输入复用线上的时隙数相同(32,128,256, 512等),每一个存储单元可以存储8bit信息。 控制存储器用来控制话音存储器的写入或读出,容量一般与 SM相同,每个存储单元存储的是发话人的话音信息在SM中的存 储地址,所以每个存储单元可以存储log2(N) bit信息,其中N为 SM存储单元个数。 8 X 第三章 数字交换网络 二、T接线器的控制方式 T接线器的控制方式有两种:输出控制和输入控制 输出控制:话音顺序写入SM ,由CM控制读出SM中的内 容,简称顺序写入,控制读出 输入控制:话音在CM控制下写入SM,顺序读出SM中内容 ,简称控制写入,顺序读出 例:输入复用线上共有32个时隙(PCM30/32路系统),a要 从TS1交换到TS8,b要从TS8交换到TS1,c要从TS2交换到 TS15,分别要求用输出控制和输入控制方式的T接线器实现交 换 图示见下页 9 X 第三章 数字交换网络 T接线器的控制方式原理图 参时序图 读地址 顺序写 地址 顺序写入,控制读出 A3~A7 B0~B4 写地址顺序读 地址 控制写入,顺序读出 A3~A7 B0~B4 10 X 第三章 数字交换网络 说明 1. 进入SM前,PCM数据要经过串并转换变成8位并行数据,因 而进入SM时速率降为2.048Mb/s÷8=256Kb/s,SM和 CM的读写周期都是1/(256×103)=3.9us; 2. 因为复用线有32个时隙,所以SM共有32个存储单元,需要 5位地址线寻址(A3~A7),每单元8比特; 3. CM也有32个存储单元,因为用来控制SM的写入或读出,所 以存储的是SM的地址,每单元log2(32) =5比特; 4. CM中每个单元的内容是在建立话路的时候由处理机控制写 入的,在通话过程中不变,直到通话结束才被改变,重新写 入0,这时候话路随之被拆除。 5. SM中每个单元的内容总是最新的话音样本信号,是不断变 化的,在通话过程中,每个用户的话音抽样信号总是固定地 占用某个编号的时隙,同时也固定写入对应的存储单元,例 :上图中输出控制方式下,a占用TS1,所以总固定写入第1 号单元。 11 X 第三章 数字交换网络 说明 6. 输出控制方式下:话音顺序写入SM ,由CM控制读出SM 中的内容,CM中每个存储单元的地址与输出时隙号对应, 存储器内容是输入时隙号。 7. 输入控制方式下:话音在CM控制下写入SM,顺序读出SM 中内容, CM中每个存储单元的地址与输入时隙号对应,存 储器内容是输出时隙号。 8. SM的写入是在时钟脉冲的前半周期,读出是在时钟脉冲的 后半周期,所以在经过T接线器后话音会有时延,时延为: [(NO-NI) mod N]+0.5个时钟周期长度(cp),其中NI 为输入时隙号,NO为输出时隙号,N为总时隙数。所以最 长时延为(N-1)+0.5个cp,最短为0.5个cp。 注:一个cp就是一个时隙的时间长度。 12 X 第三章 数字交换网络 三、话音存储器工作原理 话音存储器由RAM组成,是暂存话音的设备。下图是有 256个存储单元的话音存储器的原理方框图,控制方式为输出 控制。(顺序写入,控制读出) DI0~DI7是话音抽样编码的输入信息,DO0~DO7是输 出话音信息。 A0~A7由时钟cp分频得到,作为顺序访问SM的写入地址 。每125us/256=488ns就需要产生一个地址。 B0~B7来自CM,作为SM的读出地址。 R/W为读写控制,R/W=1时处于读状态,反之为写状态 。 cp处于前半周期时(即cp=1),CM不送数据,即B0~ B7=0,或门为0, R/W=0, A0~A7起作用,写入话音数据 ; cp处于后半周期时, B0~B7≠0, B0~B7起作用,读出 话音数据。 13 X 第三章 数字交换网络 话音存储器原理图 参时序图 14 X 第三章 数字交换网络 四、控制存储器工作原理 控制存储器是由RAM、锁存器、比较器和读写控制器组成 ,下图是具有256个存储单元的控制存储器,A0~A7表示 256个单元的地址。 当建立话路时,需要在CM中相应单元中写入控制字,这时 ,“写命令”=1,并维持125us,同时在地址总线AB上出现相 应单元的地址,在数据总线DB上出现需要写入的码字,当 A0~A7=AW0~AW7时,比较器输出“1”,同时当cp前半周 期到来时(即cp=1), R/W=0,码字写入CM对应单元。 之后R/W=1,由A0~A7提供地址,读出CM中存储单元的内 容,去控制SM的读出或写入。 例:要实现TS2到TS7的时隙交换,控制方式为输出控制,问 CM中的变化过程。控制方式变为输入控制时又怎样。 15 X 第三章 数字交换网络 控制存储器原理图 参时序图 16 X 第三章 数字交换网络 五、串/并变换 在进入SM前,PCM数据要经过串并转换变成8位并行数据 ,才能存入SM;而在读出数据时,也必须将8位并行数据转换 回串行数据,因而需要进行并串转换。 1. 时钟和定时脉冲 对PCM母线来说,定时准确与否是个重要问题。见下图。 PCM30/32路系统的每一时隙长3.9us,每时隙传送8bit,每 比特长488ns,设定时钟cp的脉冲宽度和间隔宽度均为244ns ,TD0~TD7分别代表每一个比特的位脉冲,他们可以由 A0~A2译码得到。(参见时序图) 17 X 第三章 数字交换网络 时序图 半周期 时长 =125us÷32÷8÷2 返回 18 X 第三章 数字交换网络 2. 串并变换电路 串并变换电路( S/P : Serial-Parallel Conversion)负 责将串行码变成并行码。主要由移位寄存器和锁存器组成。 19 X 第三章 数字交换网络 串并变换时序图 (对比多线时的串并转换时序图 ) 20 X 第三章 数字交换网络 3. 并串变换电路 并串变换电路(P/S:Parallel-Serial Conversion)负责 将并行码变成串行码。主要由锁存器和移位寄存器组成。锁存 器是高电平锁存,移位寄存器由CP和S端控制,当S=1时处于 置位状态,S=0时处于移位状态。 比较多路复用线时的并串转换电路 21 X 第三章 数字交换网络 并串变换时序图 比较多路复用线时的时序图 22 X 第三章 数字交换网络 六、多端输入的T接线器 当需要对不同的一次群PCM信号中的各时隙进行交换时 ,可采用多端输入的T接线器,每一条输入的PCM线称为母线 HW(highway)。例如,有8路PCM复用线上的时隙需要相 互进行时隙交换,可用如下结构实现。 说明: 1. T接线器的容量: 因为有8路PCM30/32复用线,故而T接线器的话音存储 器需要8×32=256个单元,而控制存储器也需要256个单 元,每单元8bit。 2. 速率变换: 经过复用器后,8路2.048Mb/s的PCM30/32复用线上的 信号合成1路16.384Mb/s的PCM信号,共有256个时 23 X 第三章 数字交换网络 说明 隙,为了减少传输处理的难度(辐射、干扰、硬件速度等),将这1路串 行码流通过串并变换变成8路并行码流,同时降低了每条并行线上的速率 2.048Mb/s,减小传输难度。 3.多端脉码的排列: 经过复用器(MUX)的串并转换后,并行线上共有256个时隙,原来8条 母线上的时隙需要重新排列,排列方式如下: HW0~ HW7上的TS0作为总时隙的TS0~TS7, HW0~ HW7上的TS1作为总时隙的TS8~TS15, …… …… …… HW0~ HW7上的TS31作为总时隙的TS248~TS255。 总时隙号(A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0)和各输入线上时隙号的关系如下: A2 ~A0:对应输入母线号, A7 ~A3:对应母线上的时隙号 例如:HW1上的TS20对应的总时隙号为:10100001,即TS161 24 X 第三章 数字交换网络 多端输入的T接线器框图 通过复用器、分路器和T接线器的配合,既完成时分交换,又完成空分交换 。 25 X 第三章 数字交换网络 1. 复用器的实现 输入端复用器需要完成复用和串并转换功能。 26 X 第三章 数字交换网络 串并转换和复用的时序图 (对比单线时的串并转换时序图 ) 参时序图图中Wn代表母线。 27 X 第三章 数字交换网络 2. 分路器的实现 输出端分路器需要完成分路(解复用)和并串转换功能 28 X 第三章 数字交换网络 并串转换和分路的时序图 比较单一复用线时的时序图 29 X 第三章 数字交换网络 七、集中、扩散式T接线器 集中式T接线器:出时隙数小于入时隙数 扩散式T接线器:入时隙数小于出时隙数 多用于数字交换机的用户级(用户集线器和远端模块), 集中式T接线器用于用户发信息端,主要作用是集中用户的话务 量后,再送到交换网络中去;扩散式T接线器用于用户收信息端 ,主要实现分话功能。 用户集线器又称作用户模块,负责话务量的集中或扩散,信令插入和提 取。此外,用户模块还包括扫描存储器和分配存储器,扫描存储器用于暂存 从用户电路提取的状态信息,分配存储器用于暂存向用户电路发出的命令。 远端模块的主要功能也是负责话务量的集中或扩散,只不过不在交换机 内部,放置于一个用户相对集中的地方,用数字中继线和交换机相连,因此 除了以上功能外,还需要数字中继接口的功能(码型变换和信令功能)。 30 X 第三章 数字交换网络 用户集线器(用户模块)功能图 31 X 第三章 数字交换网络 1. 用户发端集中式T接线器 由CM控制从1024个单元中读出128个话音数据完成时隙交换 32 X 第三章 数字交换网络 2. 用户收端发散式T接线器 在CM控制下,将128个入时隙中的话音交换到出线上1024个时隙中真正通 话的用户时隙中去,再由分路器将话音分发到对应的用户接口上去。 33 X 第三章 数字交换网络 § 3.3 S型空分接线器 当交换网络的容量增大时,只有T接线器就不能满足要求了, 因为1级T接线器容量有限(最多2048单元),要扩大容量还需要 S型空分接线器配合T接线器组成多级交换网络来完成。 一、S型空分接线器的基本结构 S型时分接线器又称空间接线器(Space Switch),简称S 接线器,用来实现空分交换功能。 它由交叉矩阵和控制存储器(CM:Control Memory)组成 。 每条出线(或入线)都有一个控制存储器,用来控制出线( 或入线)在不同时隙跟入线(或出线)的连接。CM内单元数等于 出线或入线上的时隙数,每单元比特数等于出线或入线编号的编 码位数。 34 X 第三章 数字交换网络 二、S接线器的控制方式 S接线器的控制方式也有两种:输出控制和输入控制 输出控制:控制某条输出线在需要的时隙与相应的输入线连接 ,控制存储器各单元存储的是输入线号。当不同控制存储器的 相同存储单元内写入同一线号时,可实现信息同发。 输入控制:控制某条输入线在需要的时隙与相应的输出线连接 ,控制存储器各单元存储的是输出线号。当不同控制存储器的 相同存储单元内写入同一线号时,会造成出线冲突。 例:设有3×3的交叉矩阵,每条输入线或输出线上总共有128 时隙,若:a要在TS8从0号入线交换到2号出线,b要在TS12 从0号入线交换到1号出线,c要在TS2从2号入线交换到1号出 线,d要在TS13从2号入线交换到0号出线,传输过程见下图。 35 X 第三章 数字交换网络 S接线器的控制方式原理图 36 X 第三章 数字交换网络 三、交叉矩阵和控制存储器的实现 例:输出控制的8×8交叉矩阵,输入线时隙数等于256 输出控制的8×8交叉矩阵 请思考:输入控制的交叉 矩阵如何实现(分配器) 37 X 第三章 数字交换网络 三、交叉矩阵和控制存储器的实现 38 X 第三章 数字交换网络 § 3.4 数字交换网络 由若干级T接线器或S接线器可以组成大型的数字时分交换 网络,不仅实现时分交换而且实现空分交换,称为选组级。 一、TST型三级数字交换网络 TST网络两侧各为一个T接线器,中间一级是一个S接线器, S级接线器出入线数取决于两侧T接线器的数量,时隙数跟第一 级T接线器出线的时隙数(或跟第三级T接线器入线的时隙数) 一样多。 1. 读写方式的TST型交换网络 输入级T接线器和S接线器采用输出控制,而输出级T接线 器采用输入控制,在S接线器内部需要传输8位并行码,因而是 每8套S接线器并行工作。 在S接线器上的时隙是内部时隙(Internal Time Slot), 39 X 第三章 数字交换网络 2. 写读方式的TST型交换网络 因为通话时是双向的,需要占用来去两个内部时隙,内部时隙 的选择可以有两种方法: (1)奇偶法:若主叫到被叫选ITS2n,则被叫到主叫选ITS2n+1 ,若主叫到被叫选ITS2n+1,则被叫到主叫选ITS2n。 (2)反相法:若主叫到被叫方向选ITSn,则被叫到主叫方向选 ITSn+F/2。其中F是一帧的时隙数。 2. 写读方式的TST型交换网络 输入级T接线器采用输入控制,而S接线器和输出级T接线 器采用输出控制。 例:a用户话音从0号输入/输出线的TS3时隙收发, b用户话音从127号输 入/输出线的TS31时隙收发,设从主叫到被叫的内部时隙选ITS2,用反相法 选另外一个内部时隙,要实现ab用户话音互通,传输过程见下图。 40 X 第三章 数字交换网络 读写式TST型三级数字交换网络示意图 41 X 第三章 数字交换网络 写读式TST型三级数字交换网络示意图 42 X 第三章 数字交换网络 3. TST交换网络的分析 3. TST交换网络的分析 (1)输入级T接线器和输出级T接线器的控制存储器合用 输入级T接线器和输出级T接线器的控制方式一般是不同的 ,这样有利于控制存储器合用。当去话和来话两个方向的内部 时隙的选取有一定规律时,即采用奇偶法或反相法,就可实现 用一个存储器控制输出和输入级的控制。 可以看到读写方式下,当采用反相法时, CMA和CMB相同 地址单元里放的话音存储器地址差半帧,意味着两个地址只是 最高位A7相反。同理当采用奇偶法时, CMA和CMB相同地址 单元里放的话音存储器地址最低位A0相反。 以下是采用反相法时在读写方式下的存储器合用示意图。 43 X 第三章 数字交换网络 输入/输出T接线器的控制存储器合用示意图 44 X 第三章 数字交换网络 (2)网络的内部阻塞问题 (2)网络的内部阻塞问题 阻塞是指当输入级和输出级都有空闲话路,但因为网络内部 链路不通(没有空闲话路)而造成输入和输出话路无法连接 ,以致使呼叫损失的情况。 A. 阻塞的发生 为了说明问题,我们用一个3×3的TST网络示范。输入和输 出级的T接线器的时隙数都是3,S接线器各有3条出/入线, 交换过程见下页。 可见阻塞主要发生在S接线器出入线上,这主要是因为内部 时隙不够用引起的。一条通路的建立,必须是S接线器出入线 上都有相同编号的空闲内部时隙才行。 45 X 第三章 数字交换网络 阻塞发生示意图 002 11, 0 20 a ITS2 0入 2入 0出 2出 CM0CM2CM1 0b 1 2a SMA0 02 10 2 输出控制 a TS0 CMA0 0e 1 2 SMA2 0 10 2 CMA2 0b 1d 2a SMB0 00 12 21 CMB0 0 1f , c 2 SMB2 01 11 2 CMB2 输出控制输入控制 W W R R b TS1 c TS2 a TS1 d TS2 b ITS0 a ITS2 b ITS0 f TS1 0 1f 2 SMA1 0 1 21 CMA1 W 0e 1 2 SMB1 0 1 20 CMB1 R e TS2 1出 1入 f ITS1 d TS0 e TS1 f TS2 e ITS0 f ITS1 e ITS0 c ITS1 c ITS1 c TS0 d ITS1 d ITS1 b TS0 a和b通话,c和d通话,e和f通话 d 46 X 第三章 数字交换网络 B. TST时分交换网络的等效空分模拟交换网络 B. TST时分交换网络的等效空分模拟交换网络 对于一个有N个时隙M条输入/输出线的TST时分交换网络: 1. 因为每一个T接线器有N个时隙,相当于N条话路,而对 于空分接线器(不区分时隙相当于简单的交叉矩阵)中每一 条输入输出线也相当于一条话路,故而可以把有N个时隙的T 接线器等效成N×N的空分接线器。 2. 对于S接线器(区分时隙),是对不同输入/输出复用线上 同一时隙的交换,如果有N个时隙,一个 S接线器就相当于 N个独立的空分接线器(不区分时隙相当于简单的交叉矩阵 ),每一个空分接线器的输入/输出线数等于S接线器的输入 /输出线数。 47 X 第三章 数字交换网络 TST时分交换网络的等效空分交换网络 所以一个有N个时隙M条输入/输出线的三级TST时分交换网 络可以等效成一个相应的三级空分交换网络: • 输入级M个有N个时隙的T接线器等效成M个输入/输出线为 N×N的输入级空分接线器。 • 中间级有N个时隙的M×M 线的S接线器对应于N个输入/输 出线为M×M的第二级空分接线器。 • 输出级M个有N个时隙的T接线器等效成M个输入/输出线为 N×N的第三级空分接线器。 示意图见下页。 这种三级空分交换网络的特点是:每一级的每一个接线器都 与下一级的每一个接线器只有一条链路连接,任意入线和出线间 的连接链路都有N条可选。 48 X 第三章 数字交换网络 有N个时隙M条输入/输出线的三级TST时分交换网 络 49 X 第三章 数字交换网络 TST时分交换网络的等效空分交换网络 A B C 比较STS等效网络 50 X 第三章 数字交换网络 C. 阻塞概率的计算 C. 阻塞概率的计算(书上的计算有误) 假设每条入线的话务量为Y1,即每条线的占用概率为Y1, 因为各级间的链路数与入线数相等,所以每条链路的占用概率 也为Y1,即某一条链路的阻塞概率p1=Y1,空闲概率为 q1=1 -p1=1-Y1。 若要在输入和输出线之间建立一条通路,则不但需要AB级 之间有一条空闲链路,而且BC级间也要有一条空闲链路,所以 从入线到出线一条通路空闲的概率为q2=q12=(1-Y1)2,阻塞概 率为p2=1-q2=1- (1-Y1)2。 又因为通话时需要两条链路,N条内部链路中至少需要两条 链路同时空闲通话才能建立,否则会产生阻塞,分两种情况讨 论。 注:话务量又称话务负载,指一个服务系统被占用的时间百分比。 51 X 第三章 数字交换网络 C. 阻塞概率的计算 1. 当通话双方同在一个空分接线器上时,则建立通话需要在N条中间链路中选 2条空闲链路,当内部链路只有1条空闲或全忙时,则产生阻塞,故而阻塞 概率为: B1= [1- (1-Y1)2]N+P(N,1) [1- (1-Y1)2]N-1 (1-Y1)2 2. 当通话双方在不同空分接线器上时,则来话话路和去话话路可以各自在N个 中间链路中选1条空闲链路,当最多只能找到1条空闲链路时,会产生阻塞 ,阻塞概率为: B2= [1- (1-Y1)2]2N+2×C(N,1) [1- (1-Y1)2]N-1 (1-Y1)2 [1- (1-Y1)2] N 对于M个输入空分接线器来说,通话双方同在一个空分接线器上的概率有 1/M,通话双方在不同空分接线器上的概率有 (M-1)/M,所以总的阻塞概率 为: B=(1/M)B1+((M-1)/M)B2 52 X 第三章 数字交换网络 C. 阻塞概率的计算 • 若设Y1=0.6,N=32,M=16则 B1=0.02679,B2=1.8799×10-4,B=0.02698=2.7% • 若设Y1=0.8,N=32,M=16则 B1=0.63191,B2=0.26892,B=0.29161=29.2% • 若设Y1=0.8,N=64,M=16则 B1=0.26892,B2=0.034068,B=0.048746=4.9% • 若设Y1=0.8,N=256,M=16则 B1= 3.3758×10-4 ,B2= 1.87×10-8 ,B=2.11 ×10-5 =0.02‰ 可以看到,阻塞率主要受话务量Y1和内部链路数N的影响,内部链路数 越多则阻塞率越低;话务量越大则阻塞率越高。当N=256时,近似为无阻 塞网络。 53 X 第三章 数字交换网络 D.降低阻塞概率的方法及无阻塞网络 D. 降低阻塞概率的方法及无阻塞网络 一般交换网络流进的话务量是由用户决定的,设计者是无法控制的,所 以减小阻塞的方法主要是增加网络内部的链路数,采用A级扩散,C级集中的 交换网络就能达到这一目的。 增加网络内部的链路数就是要增加中间级的数目N,当N增加到一定大小 时,不管处于何种状态下网络都不会产生阻塞了,这种网络称作严格无阻塞网 络。 如图所示的这种结构的网络(特点:每一级的每一个接线器都与下一级的 每一个接线器只有一条链路连接,任意入线和出线间的连接链路都有N条可选 。)当满足严格无阻塞条件时,称作CLOS网络。无阻塞的条件是中间链路数 N必须满足满足:N≥(N1-1)+(N2-1)+1=N1+N2-1,N1是输入级接线器 入线数,N2是输出级接线器出线数。当N1=N2时,近似取N≥2N1。 对于TST交换网络来说,就是要求内部时隙数不小于入线时隙数的两倍, 在输入级可使用扩散式T接线器,在输出级可使用集中式T接线器。 另外还可以看到,对于N=N1=N2的网络,只要合理的重排已有连接, 也可以达到无阻塞,这种网络称作可重排无阻塞网络。 54 X 第三章 数字交换网络 三级CLOS无阻塞网络 55 X 第三章 数字交换网络 二、STS型三级时分交换网络 STS网络两侧各为一个S接线器,中间一级是一个T接线器, T级接线器的数量取决于两侧S接线器的入线或出线数,网络能 交换的时隙数取决于T接线器的时隙数。 从图中可以看出,由于S入级采用输出控制方式,S出级采用 输入控制方式,因而两个S接线器的控制存储器的内容完全一样 ,所以可以将两个S接线器的控制存储器合并。 从等效的空分网络可以看到,对于同样有16条输入/输出复 用线,每线256时隙的交换网络,STS的等效网络每个输入输出 级接线器都有16条线,任意两条输入输出线之间只有16条内部 链路,故而网络阻塞率比较高;然而对于同样条件的TST等效网 络,每个输入输出级接线器都有256条线,任意两条输入输出 线之间都有256条内部链路,所以阻塞率非常低。由此看出TST 网络比STS优越。 56 X 第三章 数字交换网络 STS型三级时分交换网络示意图 制 0 … 80 . 25515 a TS8 a TS8 0入 15入 0出 15出 CM0CM15…… MUX (0) HW0 HW7 输出控制 a TS1 b TS255 MUX (15) HW120 HW127 b TS31 0 …… 8a …… 255b SM0 0 …… 8255 …… 2558 HW0 HW7 CM0 0 …… …… 255 SM15 0 …… 255 DMUX (15) HW120 HW127 a TS31 CM15 DMUX (0) a TS255 b TS1 输入控 R R 0 … 80 . 25515 0入 15入 0出 15出 CM0CM15…… 输出控制 S入 S出 b TS255 b TS8 b TS8 a TS255 57 X 第三章 数字交换网络 STS时分交换网络的等效空分交换网络比较TST等效网络 58 X 第三章 数字交换网络 三、TT型二级数字交换网络 T-T型二级数字交换网络是由输入级T接线器和输出级T接线 器组成的。输入T接线器采用输出控制,输出T接线器采用输入 控制。 例:假定HW0上的TS1中的话音a要交换到HW63的TS31中去 ,中间时隙选空闲的ITS3。 HW63的TS31中的话音b要交换 到HW0的TS1中去,中间时隙选空闲的ITS4,交换过程见下 图: 因为从输入级的每一个T接线器到输出级的每一个T接线器 都只有一根复用线(共32个时隙)相连,然而输入级和输出级 的每个T接线器都共有256个时隙,所以这种交换网络是有阻塞 的,跟三级网络相比,阻塞还是比较大的。 59 X 第三章 数字交换网络 TT型二级数字交换网络 60 X 第三章 数字交换网络 TT型二级数字交换网络的等效空分交换网络 61 X 第三章 数字交换网络 TT型二级数字交换网络的阻塞率 阻塞计算公式: 其中N是每个接线器上的总时隙数,L是中间复用线上的时隙数,Y1是每个 输入时隙承担的话务量或占用率。 下面是在不同情况下的阻塞率: 当N=256,L=32,Y1=0.6时,B=0.173% 当N=128,L=16,Y1=0.6时,B=1.539% 当N=64,L=8,Y1=0.6时,B=4.873% 当N=128,L=32,Y1=0.6时,B=2.535×10-8% 当N=64,L=8,Y1=0.4时,B=0.444% 可以看到网络中间链路(时隙)的多少对阻塞率影响很大,中间链路L越多 ,则阻塞率急速下降。另外话务量Y1越大,阻塞率也越大。 62 X 第三章 数字交换网络 四、TTT型三级级数字交换网络 T-T-T型三级级数字交换网络由输入TA级、中间TC级和输出TB级三级T 接线器组成的,是对T-T型二级数字交换网络的改进,网络的链路选择时分灵 活,阻塞率很低,可以近似为无阻塞网络。 例:假定HW0上的TS1中的话音a要交换到HW127的TS31中去,中间时隙 选空闲的ITS5和ZTS7。 HW127的TS31中的话音b要交换到HW0的TS1中 去,中间时隙选空闲的ITS4和ZTS6,交换过程见下图: 从图中可以看出:每一级T接线器都与下一级T接线器有一根复用线(共 16时隙)相连,这样从输入级到输出级就有16条线路可以选择(共 16×16=256时隙),这样阻塞的可能性就比较低了。 注意串并转换前后总时隙号(A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0)和各输入线上时 隙号的关系如下:A3 ~A0:对应输入母线号, A7 ~A4:对应母线上的时隙 号. 63 X 第三章 数字交换网络 TTT型三级级数字交换网络 64 X 第三章 数字交换网络 TTT型二级数字交换网络的等效空分交换网络 65 X 第三章 数字交换网络 TTT型二级数字交换网络的阻塞率 假设每接线器有N条入线(代表N个入时隙),级间两个接线器的中间 链路数为L,中间接线器有R个,即任意两条出入线间有R组中间链路可选。 设入线的话务量为Y1,即每条线的占用概率为Y1,因为各级间的链路数 与入线数相等,所以每条链路的占用概率也为Y1,即某一条链路的阻塞概率 p1=Y1,空闲概率为 q1=1-p1=1-Y1。 对任意一组中间链路来说,其全阻塞的概率应该是AB侧L条链路全阻塞 或者BC侧L条链路全阻塞的概率: p2=2(Y1)L- (Y1)2L。 同样因为通话时需要两条链路,R组共R×L条内部链路中至少需要AB级 和BC级两条链路同时空闲通话才能建立,否则会产生阻塞,分两种情况讨论 。 1. 当通话双方同在一个空分接线器上时,则建立通话需要在R组中间链路中 选2条空闲链路,当内部链路只有1条空闲或全忙时,则产生阻塞,故而阻塞 概率为: B1= [2(Y1)L- (Y1)2L]R+C(R,1) [2(Y1)L- (Y1)2L]R-1{C(2,1)[C(L,1) (Y1) L-1 (1 – Y1)(1 – (Y1)L)] –[C(L,1) (Y1) L-1 (1 – Y1)]2} 66 X 第三章 数字交换网络 TTT型二级数字交换网络的阻塞率 2. 当通话双方在不同空分接线器上时,则来话话路和去话话路可以各自在R 组中间链路中选1条空闲链路,当最多只能找到1条空闲链路时,会产生阻塞 ,阻塞概率为: B2= [2(Y1)L – (Y1)2L]2R +C(2,1){C(R,1) [2(Y1)L – (Y1)2L]R-1 {C(2,1)[C(L,1) (Y1) L-1 (1 – Y1)(1 – (Y1)L)] –[C(L,1) (Y1) L-1 (1 – Y1)]2}}[2(Y1)L – (Y1)2L] R 黄色{}内是来话(或去话)方向只有一条链路空闲的概率 红色{}内是存在空闲链路的链路组里边只存在一条空闲链路的概率 对于M个输入空分接线器来说,通话双方同在一个空分接线器上的概率有 1/M,通话双方在不同空分接线器上的概率有 (M-1)/M,所以总的阻塞概率 为: B=(1/M)B1+((M-1)/M)B2 67 X 第三章 数字交换网络 TTT型二级数字交换网络的阻塞率 下面是在不同情况下的阻塞率: •当N=256,R=16,L=16,Y1=0.6,M=16时, B1=1.804 ×10-50 ,B2=3.786×10-102,B= 1.127×10-51 •当N=256,R=16,L=16,Y1=0.8,M=16时, B1=4.901 ×10-19 ,B2=7.884×10-39,B= 3.063×10-20 •当N=256, R=32, L=8,Y1=0.8时,M=16时 B1=1.916 ×10-15 ,B2=1.532×10-31,B= 1.197×10-16 •当N=256, R=8, L=32,Y1=0.8时, M=16时 B1=2.566 ×10-21 ,B2=2.018×10-43,B= 1.604×10-22 可以看到,TTT网络的阻塞率是非常低的,比TST网络要低的多,近似为 无阻塞网络。 阻塞率主要受话务量Y1和内部链路组数R及每组链路数L的影响 ,话务量越大则阻塞率越高;内部链路组数R和每组链路数L越多则阻塞率越 低 。 68 X 第三章 数字交换网络 本章附录 本章需要自学的内容: Ø第四章4.4.4节 F-150时分交换网络 Ø第四章4.4.6节 多级时分交换网络 Ø第四章4.4.7节 TS单侧折叠式交换网络(也称DSN数字交换网络) 请思考: 1.除了TST和STS网络,还有哪种网络同时实现了时分和空分交换? 2.如何用集中式和扩散式接线器实现严格无阻塞TST交换网络? 3.为什么从阻塞性能看TST网络比STS网络性能优越,如何减小STS网络 的阻塞率? 4.为什么不用一个T接线器和一个S接线器组成交换网络完成时分和空分 交换,而要用TST或STS网络或TTT网络? 5.思考数字交换单元DSE是如何同时实现时分交换和空分交换的?话路是 如何建立的,话音是如何传送的? 69
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本文标题:兰大信息第03章数字交换网络
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