第2部分-交换单元及交换网络话务理论.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,交换技术基础,学习要点：,通信协议及网络分层,电信交换基本技术,交换单元及交换网络,基本话务理论及通信网服务质量,分层的好处,降低网络设计的复杂度,方便异构网络的互连互通,增强网络的可升级性,促进竞争和设备制造商的分工,通信协议及网络分层,协议,通信网中的数据交换,必须遵守事先约定好的规则。,为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为,网络协议,(network protocol),，简称为协议,。,在分层结构中，协议指位于一个系统上的第,N,层和另一个系统的第,N,层实体通信（,对等层,）时所使用的一组规则或约定的集合,网络协议的组成要素,语法,数据与控制信息的结构或格式。,语义,需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。,同步,事件实现顺序的详细说明。,通信网的,体系结构,通信网的体系结构,(architecture,),是,指由其分层结构和相应的协议构成的一个集合,电信交换技术基础,电信交换的基本技术包括,接口技术、信令技术、控制技术和互连技术,接口技术,：用户线和中继线分别接在交换系统的用户接口和中继接口，不同类型的交换系统具有不同的接口，如模拟、数字、无线。接口技术主要由硬件实现,信令技术,：电信交换离不开信令。,信令控制用户间的呼叫连接，完成交换功能,信令,的本质是通信系统中各个组成部分之间，为了建立通信连接及实现各种控制而必须要传送的一些,信息,信令协议或信令方式,电信交换技术基础,控制技术,：控制功能控制交换接续，主要由由软件实现,互连技术,：实现任意入线与任意出线之间的互连是交换系统最基本的功能,按照不同交换方式的要求，可以是,物理的实体连接,，也可以是,逻辑的虚连接,交换系统是利用互联网络实现互连功能的，该互连网络又称为,交换网络（交换机构）,互连技术,互联技术涉及的内容有：,拓扑结构,：交换网络具有一定的拓扑结构，拓扑结构说明的是网络的几何逻辑关系，,时分结构,：包括共享媒体和共享存储器,空分结构,：由交换单元构成的单级或多级拓扑结构，“空分”的意思是指在拓扑结构内部存在着多条并行的通路，每条通路仍然可以采用时分复用的方式,选路策略,：交换节点内部的选路，即在交换网络指定的入端与出端之间选择一条可用的路径,互连技术,控制机理,多播方法,：将某一入端的信息同时传送到所需的多个出端，即,点到多点通信,阻塞特性,：阻塞指在呼叫建立或用户信息传送时，由于,交换网络拥塞,而使呼叫不能建立或用户信息不能传送而遭受损失的现象,连接阻塞（电路交换）,传送阻塞（虚连接中的阻塞，带宽不够用）,有阻塞和无阻塞,可靠性保障,：除了提高硬件的可靠性外，通常配置双套冗余结构,阻塞特性,从阻塞的特性看，交换网络可分为有阻塞网络和无阻塞网络，无阻塞网络又分为：,严格无阻塞,：又称为,Clos,网络。是指无论交换网络原先处于何种占用状态，总可以建立任何出、入端之间的连接而无内部阻塞,广义无阻塞,：对任何呼叫连接，只有遵循特定的选路规则才能做到无阻塞,再配置无阻塞,：指总可以通过对已建立连接所用的通路进行调整，以建立任何新的无阻塞连接,交换节点高度抽象的系统结构,1,2,3,4,5,6,7,8,9,*,8,#,用户接口功能,互连,功能,中继接口功能,控制功能,用户线,中继线,到其他交换机,信令功能,.,在控制功能管理下，按需求提供连接通路。,依照呼叫用户的需求，并结合交换设备的性能指标、资源状态完成相应的接续操作，维持设备正常运行。,接收终端的状态及信令消息转换成适合控制功能处理的消息格式，或相反过程。,适配外部线路传输特性，信号格式转换，协同信令功能收发信令。,1,、交换单元模型,交换单元,（,Switch Element-SE,）,是构成交换网络的最基本的部件，若干个交换单元按照一定的,拓扑结构,和,控制方式,连接起来就可以构成各种各样的交换网络。,交换单元对外的特性只有,一组入线,（信息输入端）和,一组出线,（信息输出端），如图,2.1,所示。,图,2.1 M,N,的交换单元,交换单元及交换网络,若,M=N,，则称对称交换单元,2,、交换连接,当有信号到达交换单元的某条入线需要进行交换时，交换单元可根据外部送入的命令或根据信号所携带的出线地址，在交换单元内部建立通道（称内部通道）,将该入线与出线连接起来。,“内部通道”通常被称为“连接,”,建立连接、拆除连接,图,2.2,交换连接示意图,入 线,0,1,2,3,4,0,1,2,3,4,出 线,对交换单元有多种分类方法，可以从不同的角度对交换单元进行分类，一般采用以下,2,种分类方法。,（,1,）按照入线与出线上信息传送的方向是单向还是双向可以把一个交换单元分为,有向交换单元,与无,向交换单元,，如图,2.3,所示。,图,2.3,交换单元分类,1,：有向与无向,3,、交换单元分类,入端组和出端组内部不能相连,M=N,，且把相同编号的入端和出端合一起,信息流动总是从入端到出端,（,2,）按照交换单元,入线与出线的数量关系,可以把一个,MN,的交换单元分为集中型，连接型以及扩散型，如图,2.4,所示。,图,2.4,交换单元分类,2,：按照入线与出线数目,4.,交换单元的性能,对于交换单元，我们通过以下几个指标来描述其特性：,（,1,）容量,交换单元的容量，包含两方面的内容，一个是交换单元的入线与出线数目，一个是每条入线上可以送入交换的信息量大小。因此交换单元的容量就是交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。,（,2,）接口,在不同的线路上允许传送的信号往往不一样，同样，在不同的交换单元入端上可以接收的信号也往往不同。因此，需要规定交换单元的信号接口标准。,（,3,）质量,一个交换单元的质量主要体现在两个方面，一个是完成,交换功能的能力,，它通常指交换单元,完成交换动作的速度,，以及是否在任何情况下都能完成指定的连接；另一个是信息,是否存在损伤,，如信息经过交换单元的,时延或其它损伤,如误码率增加。,基本交换单元,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，所有的开关就构成了交换单元内部的开关阵列。,若交换单元的每条入线能够与每条出线相连接，则被称为,全连接交换单元,；若交换单元的每条入线只能够与部分出线相连接，则被称为,部分连接交换单元,或非全连接交换单元。,若,交换单元,是由空间上分离的多个小的交换部件或开关部件按一定的规律连接构成的，则称为,空分交换单元,。开关阵列是一种空分交换单元。,几种典型的交换单元，有,不带存储功能,的开关阵列、总线，,带存储功能,的存储型交换单元,开关阵列在拓扑结构上可排成,方形或矩形,二维阵列，并分别被称为,N,N,方形开关阵列和,MN,矩形开关阵列,。,位于第,i,行,j,列的开关记为,K,ij,图,2.5 M,N,有向矩阵开关阵列,图,2.6M,N,无向矩阵开关阵列,任何给定的入线到出线的通道上只存在一个开关，即每条入线和出线的组合都对应着一个单独的开关,开关阵列的主要特性：,（,1,）任何时刻，任何入线都可连至任何出线。开关控制简单，具有均匀的单位延迟时间。,（,2,）一个交叉结点代表一个开关，因此通常用交叉点数目表示开关数目。,（,3,）一列开关只能有一个处于接通状态。,（,4,）一行开关部分或全部处于接通状态时，开关阵列很容易地实现了同发功能和广播功能,（,4,）开关阵列组成的交换单元的性能取决于所使用的开关,（,5,）开关阵列具有控制端（控制开关的通断）和状态端（接通或断开），控制端和状态端均可用二值电平“,0”,或“,1”,来表示,在实际应用中，一般存在三种开关阵列：,电磁继电器,、,模拟电子开关,与,数字电子开关,。,电磁继电器（利用继电器的吸合与断开控制交叉点）一般构成小型的交换单元，所构成的交换单元是双向的，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，可双向,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，如数字,多路选择器或分配器,来实现。其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。,选,择,器,0,1,M-1,0,1,M-1,入线,入线,出线,出线,一列出线开关复接等效,M,选,1,选路器,0,1,N-1,入线,出线,分,配,器,N-1,1,0,出线,入线,一行入线开关复接等效,1,选,N,分配器,用,N,个,M,选,1,多路选择器或,M,个,1,选,N,多路分配器，都可构成,MN,的交换单元,2,、总线型交换单元,共享总线型交换单元,的一般结构如图,2.8,所示，总线型交换单元有,N,条入线与,N,条出线，每条入线都经过各自的,入线控制部件,连接到总线上去，同时每条出线也都经过各自的,出线控制部件,连接到总线上去。,出线控制部件,出线控制部件,出线控制部件,入线控制部件,入线控制部件,入线控制部件,总 线,入线,出线,总线控制逻辑,入线控制部件,的功能是接收入线信号，进行信号的格式变换，放到,缓冲存储器,中，在,相应时隙,到来时将输入信号发送到总线上去，设输入部件每隔,时间获得一个时隙，输入端输入的信号速率为,V,比特,/,秒，则输入部件缓冲存储器的容量至少应为,V,比特。,出线控制部件,的功能是,检测总线,上的信号，将属于本端口的信息读出到一个缓冲存储器中，进行格式变换，然后由出线送出。设输出部件每隔,时间获得一组信息量，且该组信息量为常数，输出端输出的信号速率为,V,比特,/,秒，则输出部件的缓冲存储器的容量至少应为,V,比特。,总线主要包括,数据总线（传送信号）,和,控制总线,，由于数据线数的多少与交换单元的容量密切相关，因此通常把总线含有的数据线数叫做总线的宽度。,总线时隙按一点的规则分配,综合，,总线上的信号是一个,同步时分多路复用,信号，并且所有的输入信号将被复合成一个信号,。设总线型交换单元有,N,条入线，每条入线上传送的同步时分复用信号的速率为,V,，,则总线上的信号速率就是,NV,，,因此当,N,增大时，总线上传送的信息速率会增大，该速率以及入、出线控制电路的工作速率是有极限的，因此入出线数以及所传送的信号速率不能超过一定的值。由于上述因素的限制，设,总线上的一个时隙长度不能超过,T,，,并且,在一个时隙中只能传送,B,个比特,，则有下列等式成立：,kNV,=B/T,（总线上单位时间内传送的数据），,k,为时隙分配规则因子，,k=,max(n,入,n,出,),话务理论基础,话务量的基本概念,话务量,是表达电话网内机线设备负荷数量的一种量值，所以也称为话务负荷。,话务量反映了话源对所使用的电话通信设备数量上的要求,话务量的基本概念,话务量三要素,呼叫强度,：单位时间内发生的平均呼叫次数,占用时长,：每次呼叫平均占用的时间长度,S,考察时间,：对通话业务的观测时间长度,T,话务量,Y=,ST,话务量的大小表现了,机线设备的繁忙程度,话务量的基本概念,话务量单位：,爱尔兰，用,Erl,表示,，并规定若,、,S,均采用,h,（小时）为时间单位，则,A,的单位为,Erl,。例：一条电路被连续不断地占用了,1h,，话务量就是,1Erl,。,话务量的基本概念,电话话务量特性,随机性：,话源产生的呼叫是随机的。,波动性：,话务量的值每时每刻都在变化。,忙时话务量,：,一天中通信设备最繁忙的那一个小时称为忙时，忙时的平均话务量简称为忙时话务量,忙时话务量是交换系统设计的重要依据,话务量强度：,单位时间内的话务量,，简称话务量，一般用,A,表示,交换系统处理话务的方法,呼叫工作制,指当用户呼叫不能立即接通时，发送忙音，此次呼叫失败,主要用于电路交换,接待工作制,也称等待系统或排队系统,分组交换采用此种方式,流入话务量（,A,入,）：,指话源产生的话务量。,设某设备群上的所有入线，在,1h,内发生的呼叫次数为,（,即呼叫发生强度），其平均占用时长为,S,，则,A,入,=,S,完成话务量（,A,完,）：,指某群设备受理并完成呼叫处理的话务量,设,为接受处理的呼叫数（或完成接续的呼叫数），其平均占用时长为,S,，则,A,完,=,S,呼叫工作制：,A,损,=A,入,-A,完,接待工作制：,A,完,=A,入,流入话务量和完成话务量,线群与呼损,一群（或一组）为话源（业务源）服务的设备及其出线，这一总体称为,线群,。,1,N,1,V,线群的模型,入线,出线,线群与呼损,线群中的出线数代表线群的大小，称它为,线群的容量，用,M,表示,每条入线能够到达的出线范围，即每条入线能够选用的出线数量，称为,利用度，用,D,表示,全利用度线群（,D=M,）：,任何入线对所有出线都有接续路由，只要出线空闲，就可接续,部分利用度线群（,DM,）：,任一负载源只能选用其线群中的部分出线,呼损工作制系统中，,用户关心的是服务质量,，即打不通电话的概率有多大,服务质量指标,指的是交换设备未能完成接续的电话呼叫业务量与用户发出的电话呼叫业务量之比，,即呼叫损失率，简称呼损,。,话务量、呼损与交换设备数量之间存在着固定的关系，研究它们三者的固有关系的理论即是,话务理论,线群与呼损,1,、呼损的计算方法,呼损,是指由于交换机内部链路或者中继线不足引起的阻塞概率,（,1,）,按时间计算的呼损,E,=,出线全忙的时间与总的考察时间的比值,=T,阻,/T,总,（,2,）,按呼叫次数计算的呼损,B,=,指一段时间内出线全忙时，呼叫损失的次数占总呼叫次数的比例,=C,损,/C,总,（,3,）,按负载计算的呼损,H=A,损,/A,入,2,、呼损的分类,交换机呼损,局间的电路（中继）的呼损,全程呼损,全网平均呼损,在全利用度条件下，线群流入话务量,A,、,呼损,Pm,和线群出线数,m,之间的关系如下式,这就是爱尔兰呼损公式，它反应了呼损、线群容量、话务量三者之间的关系,线群与呼损,爱尔兰公式,爱尔兰公式,P,的的含义是线束容量为,m,的全利用度线束中，流入话务量为,A,（,单位为,Erl,）,时，按爱尔兰呼损公式计算的 呼损为,P,公式表明,（,1,）,P,一定，中继线越多承担的话务量越大,（,2,）,A,一定，,m,越多，,P,就越小,（,3,）,m,一定，,A,越大，,P,越大,（,4,）当,m,很大时，,A,与,m,呈线性关系,话务量的定义及其三要素？,什么是呼损？爱尔兰公式体现了哪三个量之间的关系？依次轮流固定其中的一个值，另外两个值之间成什么关系？,电信交换的基本技术有哪些？简要说明各技术在交换系统中的作用,总线型交换单元是否能用于异步时分信号的交换,共享存储器型交换单元的工作方式有哪几种？,什么是多级交换网络？多级交换网络的内部阻塞是怎样产生的？,一个,256256,的交换单元有多少个交叉点？现有两种基本的交换单元，分别是,1616,和,88,的，请问：,（,1,）若用,1616,的二级交换网络来代替,256256,的交换单元，则有多少个交叉点？将二级改为三级，结果又如何？,（,2,）若用,88,的二级交换网络来代替,256256,的交换单元，则有多少个交叉点？将二级改为三级，结果又如何？,（,3,）以上结果说明什么问题？,习题,1,2,3,4,1,2,3,4,一个三级的,CLOS,网络如下图，有如下连接要求：,1,4,，,2,2,，,3,1,，,4,3,，现已对,1,4,，,3,1,给出了连接，请问：,（,1,）在不改变现有连接的情况下，能否实现题目所给的连接要求？,（,1,）此,CLOS,网络是否满足严格无阻塞的条件？,（,2,）此,CLOS,网络是否满足可重排无阻塞条件？若满足，请问要对现有连接作何 种改动，画出改动后的,1,4,，,2,2,，,3,1,，,4,3,的连接图,（提示：级间链路的连接必须满足,CLOS,网络的连接规则）,