王善忠TSST时分数字交换网的设计.doc

现代交换原理 课程设计报告题 目 TSST时分数字交换网的设计 学 院 电子信息工程学院 专 业 通信工程（本） 学生姓名 王 善 忠 学 号 201210315104 年级 2012级 指导教师 宋 刚 职称 副教授 二一五 年 六 月二日TSST时分数字交换网络摘要：数字交换机的诞生不但使电话交换跨上了一个新的台阶，而且对开通非电话业务提供了有利条件。在数字交换机上既能进行电路交换，又能进行分组交换，而且能实现话音和非话业务等多种业务通信，组成综合业务数字网(ISDN)。随着通讯技术的飞速发展使得目前高速通讯网络性能的瓶颈集中在高速交换系统，研究、设计和制造高速交换系统对目前高速通讯网络具有极其重要的意义。 交换算法的研究与实现虽然是研究多年的老课题，但由于现在的交换机在不停的更新换代，所以对新的交换算法的需求也在不断增加，使我们更应对这些基础的东西增加更多的注意力。而且随着电信网和计算机网络的高速发展，高速大容量的交叉连接或交换设备和芯片的性能也在大幅度的提高。关键词： T接线器；S接线器；数字交换网络；TSST网络设计；网络阻塞 目录第1章 绪论11.1背景和意义11.1.1 背景11.1.2 意义11.2主要内容21.2.1课程设计的目的：21.2.2 课程设计的要求2第2章 T接线器、S接线器32.1 T接线器的工作原理32.2 S接线器的工作原理4第3章 数字交换网络63.1复用和分路、串并和并串变换63.2 TST数字交换网络6第4章 TSST时分交换网络84.1 TSST交换网络的基本结构框图84.2 TSST交换网络工作原理94.3 时隙交换114.3.1 时隙交换单片机控制部分程序124.3.2 程序工作流程示意图14第5章 网络阻塞分析165.1 话务量基础知识165.1.1 话务量165.1.2 占用概率分布165.2 数字交换网络的空分等效165.3 无阻塞网络175.3.1 单级无阻塞网络175.3.2 多级无阻塞网络17第6章 总结19参考文献20第1章 绪论1.1 背景和意义 1.1.1 背景自从1876年美国贝尔发明电话以后，社会需求不断增长和科技水平的提高，为了适应多个用户之间的电话交换出现了多种类型的交换机，电话交换网迅速的发展。交换技术是通信网的核心技术，目前在语音通信领域中移动电话对固定电话的替代作用越来越明显，我国的移动电话用户数量在2005年开始超过固定电话用户；以软交换技术为核心的下一代网络技术开始从实验室走向商业化应用，我国的几大电信运营商都已组建NGN实验网并开始投入商业化运营；为了能够根据用户特性快速地向用户提供各种新业务，固定电话网进行了智能化改造。采用分机控制方式的交换机的硬件基本结构中数字交换网络是整个话务部分的核心，连接外围的各种模块。在处理机的控制下，为呼叫提供内部话音/数据通路，可以使任意两个用户之间、任意用户和任意中继线之间、任意两个中继线之间都通过数字交换网络完成连接。另外，数字交换网络也提供信令、信号音和处理机间通信信息的固定或半固定的连接。数字交换网络直接对数字信号进行交换，因此，所有发送到数字交换网络的信号都必须变换为二进制编码的数字信号。交换技术正在从传统的数字程控交换向以宽带IP交换和软交换为中心的下一代网络发展，与传统的数字电话网相关的技术已不再发展，但采用电路交换方式的数字电话网仍然是语音通信的主体设备，它是电信运营商当前主要的收入来源，在向下一代网络发展的过程中必须考虑与传统数字电话网兼容问题，传统的交换技术仍须掌握。1965年，美国开通了世界上第一台程控交换机，在电话交换机中引入了计算机控制技术，这是交换技术发展中具有重大意义的转折点。程控交换机可分为模拟程控交换机和数字程控交换机。模拟程控交换机的控制部分采用计算机控制，话路部分传送和交换仍然是模拟的话音信号。20世纪70年代开始出现了数字程控交换机，数字程控交换机是数字通信技术、计算机与大规模集成电路相结合的产物。数字程控交换机在话路部分交换的是经过脉冲编码调制后的话音信号，数字交换机的交换网络是狮子交换网络，用户模拟发出的模拟话音信号在数字交换机的用户电路要转换为PCM信号。数字程控交换机的优点体积小、重量轻、功耗低、可靠性高；能灵活地向用户提供多种新服务功能；便于采用共路信令系统；操作维护管理自动化。 1.1.2 意义经过短时间的努力，我国数字电话网得到了很大发展，基本上实现传输数字化，交换程控化。本设计在学习理解时间接线器和空间接线器的工作方式、原理的基础上，理解交换网络工作原理。熟悉实现不同用户之间的通话，数字交换网络必须完成不同复用线之间不同时隙的交换过程。 1.2 主要内容 1.2.1课程设计的目的：（1）让学生的动手能力和创新精神发挥出来；（2）掌握以T、S接线器为核心的数字交换网络有一个全面的了解和认识；（3）使学生掌握TSST数字交换网络技术，并能运用于实践中，最终培养学生的综合应用能力。课程设计的要求：按设计要求制定方案，选择T、S型接线器，设计构造一个数字交换网络，并且对网络的拥塞进行计算；T、S接线器的工作原理；系统组成含系统框图；举例分析系统工作原理；网络阻塞讨论。 1.2.2 课程设计的要求1、掌握课程设计涉汲到的相关知识，相关概念、原理清晰、明了。2、弄明白T、S接线器的工作原理。 3、弄清TSST时分数字交换网的工作原理，并通过一个时隙交换的例子巩固交换的知识。4、按照要求撰写课程设计报告。第2章 T接线器、S接线器2.1 T接线器的工作原理图2-1 T接线器工作原理T接线器是完成在同一条复用线（母线）上的不同时隙之间的交换，即将T接线器中输入复用线上的某个时隙的内容交换到输出复用线上的指定时隙。T接线器主要由话音存储器、控制存储器以及必要的接口电路组成，存储单元数量等于复用线的复用度。将同一复用线上的交换到。T接线器工作原理输入控制方式如图2-1（a）所示，在建立交换时，计算机将控制存储器的19单元设置成26，在这个呼叫持续期间，由于控制存储器的19单元的值为26，就将输入线的内容A写入话音存储器26单元，而在时隙26时，将话音存储器的26单元的内容A读出并输出到输出线的，完成交换。T接线器工作原理输出控制方式如图2-1（b）所示，在建立交换时，计算机将控制存储器第26单元的值设置为19，在呼叫持续期间输入复用线的内容按照顺序写入话音存储器的19单元，而在时隙26单元时，由于控制存储器的26单元的内容为19，就将话音存储器19单元内容A输出到输出线的完成交换。2.2 S接线器的工作原理S接线器是完成在不同复用线之间同一时隙内容的交换。S接线器交换的时隙信号通常是并行信号，它主要由一个连接条输入复用线和条输出复用线的的电子节点矩阵、控制存储器组以及一些相关的接口逻辑电路组成。每组存储器的存储单元数等于复用线的复用度，控制存储器的内容是在连接建立是由计算机写入的。S接线器工作原理输出控制方式如图2-2所示，控制存储器是为输出线配置的。由图可见，由于控制存储器的的1号单元值为n，输出线接通在时隙1时与输入线接通，将输入线上的内容c交换到输出线的上，的2号单元的值为2，输出线在时隙2时与输入线接通，将输入线的内容e交换到输出线的，以此类推。S接线器工作原理输入控制方式如图2-3所示，控制存储器是为输入线配置的，在控制存储器的第I个单元中的存放内容是第q条输入复用线在时隙I时应接通的输出复用线。图2-2 S接线器工作原理输出控制方式图2-3 S接线器工作原理输入控制方式第3章 数字交换网络常见的类型有TSnT型，STS型和TTT型。Sn表示有几个S级，n一般为1-3。3.1复用和分路、串并和并串变换T接线器和S接线器的工作原理，是以PCM基群为例，实际交换中，为了达到一定的容量要求，在交换器件允许的条件下，尽量提高复用线的复用度。这就要在交换前，将多个PCM低次群系复用成PCM高次群系统，然后一并进行交换。这个复用的过程也称为集中。例如，在FETEX-150程控系统中，选组级就是将32个PCM32系统复用为一个PCM1024系统后再进行交换，完成交换后，将复用的信号还原到原来的PCM低次群上，还原过程称为分路。在T、S接线器工作过程中，进行存储和交换的都是并行的数字幸好，因此PCM复用线的串并码在交换前后要经过串并变换和并串变换。在程控交换机中，这样的过程中通常和复用、分路的过程结合实现。经过复用和串并变换，原来的8路PCM32系统的2Mbit/s串行码转换成了有8条数据线、每条速率为2Mbit/s的并行码。经过串并变换的信号有数字交换部件完成必要交换后，还需要由并串变换电路完成并串转换，在经PCM系统传送出去。如下图：图3-1 8/1复用和串并变换3.2 TST数字交换网络TST数字交换网络的结构图3-1 典型的TST交换网络的结构TST交换网络是三级交换网络，两侧是T接线器，中间采用S接想起。对于一个有n条输入复用线和n条输出复用线的交换网络而言，需要配置2n套T接线器。其中一个n套在输入侧，称为初级T接线器，将输入线上某个时隙的内容交换到选定的交换网络内部的公共时隙；另一个n套在输出侧，称为次级T接线器，提交换网络内部的公共时隙的内容交换到输出线的指定时隙。第4章 TSST时分交换网络4.1 TSST交换网络的基本结构框图TSST是四级交换网络，两侧是T接线器，中间两级是S接线器。对于一个有n条输入复用线和n条输出复用线的交换网络需要配置2n套T接线器，其中n套在输入侧，称为初级T接线器，将输入线上某个时隙的内容交换到选定的交换网络内部的公共时隙；另一个n套在输出侧，称为次级T接线器，将交换网络内部的公共时隙的内容交换到输出线的指定时隙。中间级接线器主要由两级的交叉接点矩阵和具有n个控制存储器的控存储来组，用来将交换网络内部运载用户信息的公共时隙，从一条输入侧复用线上交换到规定的一条输出复用线上。初级T接线器和次级T接线器采用不同的工作方式。TSST网络的结构框图如图3-1所示。TSST时分交换网络由两级T型接线器和两级S接线器组成。TSST网络方框图如图3-2所示，输入T级有128个，输出也有128个，每个T型接线器有16线，则TSST网的总容量可达12816=2048端脉冲。中间两级S接线器是背对背的对称连接，即第二级S接线器为816矩阵，第三级S接线器为168矩阵。每个输入T接线器的输出是8条线分别接至8组由第二级和第三级S型接线器组成的中间级，每组中间级有S型接线器16个，正好有128条入线连接128个输入T级的输出。在每组中间级，816和168对称连接，真好使其出线也是每组中间级128条，分别接至128个输出T级的输入，输出T级的输出还原为16条线，每条线是一次群一端脉冲码的串行码。图3-1 TSST交叉网络结构框图图3-2 TSST网络方框图4.2 TSST交换网络工作原理TSST网络工作原理以某个时隙为例如图3-3所示。 初级T接线器采用输入控制方式，即控制写入、顺序读出。两级S接线器采用输入控制方式，即控制存储器是为输入线配置的，在控制存储器的第I个单元中存放的内容，是第q条输入复用线上在时隙I时应接通的输出线的线号。次级T接线器采用输出控制方式，即顺序写入、控制输出。初级T接线器每个接线器的入线有16条线，。出线为8条线，。S接线器有八组，每组中又有16个，例如中，-，初级S接线器是由8*16的交换结构构成的。即每个由8条输入线，16条输出线，。次级S接线器是由16*8的交换结构构成的。次级T接线器，每个也是由8条入线，每条入线复用度为64和16条出线构成，每条出线的复用度为32。主叫用户A到被叫用户B的交换过程。AB的交换：假设这次呼叫中主叫A占用初级T接线器中的中的，被叫用户占用次级T接线器中中的，为完成整两个用户的通话，就要将主叫用户A的发话语音的PCM编码送给B用户，将B用户的发话语音的PCM编码送给A用户。将用户A的话音信息的PCM编码上行通路的交换到用户B占用的下行通路的。交换网络的内部时隙选用，为完成这个交换，计算机在呼叫建立时将初级T接线器的控制存储器，初级接线器采用输入控制方式，则出线为，出现为的，则在时隙5时输出话音内容到的；的与初级S接线器的第组第个接通，即；其控制存储器的内容，初级S接线器采用输入控制方式，因此初级S接线器输入线与输出线在第10时隙接通，初级S接线器出现与的相接通，将用户A的话音的PCM编码送到初级S接线器的输出线的；次级S接线器也采用输入控制方式，器控制存储器的内容，因此初级S接线器输入线与输出线在第10时隙接通，将用户A的话音的PCM编码送到次级S接线器输出线的。次级S接线器输出线与次级T接线器的相接通。次级T接线器采用输出控制方式，输入线的传来的用户A语音信息被写入话音存储器，由于，所以在时隙20时，用户A的话音信息从读出被传送到，完成此次交换。BA的交换：将用户B的话音信息的PCM编码从交换网络的上行通路的交换到用户A占用的下行通路的AB交换的内部时隙，BA的内部时隙一般采用反相法来确定。采用反相法时，两个通路的内部时隙相差半帧，其公式表示为（3-1）所示 （3-1）式中，Y为反向通路的内部时隙号，X为正向通路的内部时隙号，n为复用度。在本设计TSST网络中反向通路的内部时隙号 （3-2）为了完成此次交换，计算机在呼叫建立时将初级T接线器的控制存储器，初级S接线器的控制存储器，次级S接线器的控制存储器，次级T接线器的控制存储器。初级T接线器采用输入控制方式，上行通路的传送来的用户B的话音信息的PCM编码写入其话音存储器，在时隙42时读出并送到其输出端，初级T接线器输出线与初级S接线器的输入线的接通。初级S接线器采用输入控制方式,其控制存储器，因此初级S接线器的输入线与输出线在42时隙接通。将用户A的话音的PCM编码送到初级S接线器输出线的，初级S接线器的输出线与次级S接线器的相接通。次S接线器也采用输入控制方式，其控制存储器，因此次级S接线器的输入线与输出线在第42时接通。将用户A的话音的PCM编码相接通到次级S接线器输出线的，次级S接线器输出线与次级T接线器的输入线相接通。次级T接线器采用输出控制方式，次级T接线器的输入线，输入线传来的用户A语音信息被写入话音存储器，因为，所以在时隙42时，用户B的话音信息从读出并传送到，完成此次交换。图3-3 TSST交换网络原理4.3 时隙交换本课程设计TSST数字交换网络的基本构成单元T交换器涉及到时隙交换。下面是时隙交换的流程图和部分程序。4.3.1 时隙交换单片机控制部分程序程序如下：ORG 0000HLJMP STRATORG 0080HSTART: MOV P0，#0FFH MOV R7，#59H MOV R0，#20HLOOP: MOV R0，#00hINC R0DJNZ R7，LOOPLOOP1： MOV R0，#0FFHINC R0 CJNE R0，#80H，LOOP1 MOV SP，#72H MOV 51H，#68H ；电话号码 MOV 52H，#69H MOV 53H，#88H MOV 54H，#89HMOV 55H，#01H ；发送时隙 MOV 56H，#02H MOV 57H，#03H MOV 58H，#04H MOV 59H，#01H ；接收时隙 MOV 5AH，#02H MOV 5BH，#03H MOV 5CH，#04H MOV 6AH，#20H ；计时32秒 MOV 67H，#64H MOV DPTR，#0FFFBH MOV A，#89H MOVX DPTR，A MOV DPTR，#0FFF7H MOVX DPTR，A ；8255初始化 MOV A，#00H MOV DPTR，#0FFF9H MOVX DPTR，A MOV DPTR，#0FFF8H MOV A，#00H ；00 0 00000 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#0FFF4H MOVX A，#18H ；00 0 11 000 存储器高3位 MOV DPTR，A MOV R7，#20H MOV R0，#01H MOV R1，#20HLOOP2: MOV DPTR，#0FFF8H MOV A，R1 MOVX DPTR，A ；第几时隙 00 100000-00 111111 MOV DPTR，#0FFF4H INC A MOV R1，A MOV A，R0 MOVX DPTR，A ；00000 001 高3位数据 DJNZ R7，LOOP2 MOV DPTR，#0FFF8H MOV A，#00H MOVX DPTR，A ；00 0 00000 MOV DPTR，#0FFF4H MOV A，#090H ；10 0 10 000 MOVX DPTR，A MOV R7，#20H MOV R0，#0AH MOV R1，#20HLOOP3： MOV DPTR，#0FFF8H MOV A，R1 MOVX DPTR，A ；第几时隙 00 100000-00 111111 MOV DPTR,#0FFF4H INC A MOV R1，A MOV A,R0 MOVX DPTR,A ；发送时隙 DJNZ R7，LOOP34.3.2 程序工作流程示意图图3-4为本课程设计的程序的流程示意图。（下一页）去话接续向主叫送拨号音内部处理来话接续被叫闲吗？向被叫送铃流，向主叫送回铃音被叫应答否？停送铃流，回铃音，接通电路话终挂机否？拆线（释放复原）结束主机挂机否向主叫送忙音YESNONOYESYESNOYESYESYESNO开始有用户呼叫吗？第一位号码来了吗？呼叫拨号开始应答挂机图3-4 程序工作流程图第5章 网络阻塞分析5.1 话务量基础知识5.1.1 话务量进行网络阻塞计算分析之前要首先了解话务量。话务量反映了电话负荷的大小，它与呼叫发生强度和平均占用时长有关。呼叫发生强度是单位时间内发生呼叫的次数；平均占用时长是指每个呼叫平均持续时间。当使用相同的时间单位时，呼叫发生强度与平均占用时长的乘积，就是单位时间内的话务量，称为话务量强度，简称话务量。话务量的公式S，话务量强度单位爱尔兰（Erl）， 为呼叫发生强度，S为平均占用时长。流入话务量指送入设备的话务量，即话源产生的话务量。一组设备的完成话务量在数值上等于这组设备在一个平均占用时长内的平均占用次数。5.1.2 占用概率分布在一个线束中同时占用的线路（中继线或内部链路）数是一个随机变量。根据话源数N和线束容量M间的关系，有4种概率分布，其中应用得最广泛的是爱尔兰分布。爱尔兰分布适用于话源数N为无穷大、线束容量为有限值的情况。在爱尔兰分布的情况下，线束中有X条线被占用的概率为其中p(x)为线束中有x条线被占用的概率，A为线束的流入话务量，m为线束的容量。当x=m时，线束全忙，即产生呼损，爱尔兰呼损公式为式中，E为线束发生呼损的概率，A为线束的流入话务量，m为线束容量。实际应用中可以查爱尔兰呼损表，只要知道E，A和m中的任意两个值，通过查表，就可以查出第3个值。5.2 数字交换网络的空分等效（1）T接线器的空分等效图4-1 T接线器的空分等效（2）S接线器的空分等效图4-2 S接线器的空分等效5.3 无阻塞网络5.3.1 单级无阻塞网络单级的nn网络是无任何内部阻塞的交换网络。单级网络所需的交叉点数Y的数值为Y=n*n，当n增大时，交叉点数增加很快，因此单级无阻塞网络的应用受到限制。5.3.2 多级无阻塞网络多级交换网络会出现内部阻塞。图4-1所示为一个nmnm的两级交换网络，第一级由m个nn的交换单元构成，第二级由n个nm的交换单元构成，第一级同一交换单元的不同编号的出线分别接到第二级不同交换单元的相同编号上。交换网络的nm条入线中的任何一条均可与nm条出线的任何一条接通，因此它相当于一个nmnm的单级交换网络。图4-1中nmnm的两级交换网络，第一级的每一个交换单元与第二级的每一个交换单元之间仅存在一条链路，假设当第一级1号入线与第二级2号交换单元的2号出线接通时，第一级1号交换单元的任何其他入线都无法再与第二级2号交换单元的其余出线接通。这就是网络的内部阻塞。按照计算机和数据通信的观点，网络内部阻塞也可称为冲突，即不同入线上的信息试图同时占用同一条链路。图4-1 nmnm的两级交换网络三级CLOS无阻塞网络如图4-2所示。输入级和输出级各有r台nm的接线器，中间级有m台rr的接线器，假设输入级第1台的某条入线需要与输出级的第r台的某条出现建立连接，在最不利的情况下，输入级第1台接线器的其他条入线已占用了第一台接线器的条出现，该连接只能利用剩余的台接线器来完成连接；与此同时，输出级的第r台接线器的入线中已被其他的连接占用条，而这个连接正好占用了剩余的台接线器中的台。为了完成该连接，应满足台条件。可以得到三级CLOS网络无阻赛条件为式中，为第2台接线器的台数，为输入级和输出级每台接线器的入线数。图4-2 三级CLOS无阻塞网络第6章 总结在学习程控交换这门课程中，我认识并了解到了电信交换网络和电话交换网络以及电话机的基本组成原理，交换网是电信中重要的系统组成部分，特别是对数字程控交换的学习，在接触到T 接线器和S接线器的时候，开始对于复用线中的时隙交换和时隙中的内容交换，看到很多时隙在复用线上交换，头都大了，不过在老师的指导下，和查阅参考资料，我首先弄明白了时间接线器和空间接线器的交换原理，在通过对T、S接线器组合起来，就可以实现时隙的串并变换和并串变换。在中间交换系统中实现信号的交换。 数字交换网络处于程控数字交换机的中心，是程控数字交换机的内部网络，它联系着交换机的各个部分。程控数字交换机采用四线交换，它区别于模拟交换网的步进制交换机和纵横制交换机的二线交换，各程控数字交换机之间采用PCM四线传输，数字交换和PCM数字传输的结合，使全程的传输损耗降低，提高了用户的通话质量。在这次TSST时分数字交换网的设计中，加深了我对现代交换原理的理解及使用，同时巩固了T、S接线器工作的基本原理以及两种控制方式。根据课本上的TST交换网络的原理及设计，完成了TSST型的原理设计图，同时根据参考资料，叙述TSST交换网路从A到B，和从B到A方向的信息传送原理。但是在这个工程之中，也遇到了很多困难，比如：1、查找参考资料。图书馆的有关TSST型交换网路书本几乎被借完，然后只有通过询问同学和老师，网上查阅电子书籍来获得知识。2、对整个实验系统图不理解。通过多次询问同学和老师讲解，总算是弄明白了中间两级S是如何工作的。同时内部时隙的设定也不是自己决定了的，要通过反向发来计算。3、由于对WORD功能用的不是很完善，所有的图全是自己亲手画，画图花了大量的时间。在设计原理图的过程中，遇到了很多困难，但是我不气馁，通过多种途径得到解决。现在是信息化的时代，是网络的时代，网上有很多高手，通过他们可以寻求到自己意想不到的知识。参考文献1 桂海源现代交换原理M北京：人民邮电出版社，20072 郑少仁现代交换原理与技术M北京：电子工业出版社，20063 张文东程控数字交换技术原理M北京：北京邮电大学出版社，19954 叶敏程控数字交换与现代通信网M北京：北京邮电大学出版社，19985 郑少仁，罗国明，沈庆国，张曙光现代交换原理与技术M北京：电子工业出版社，20066 金惠文，陈建亚，纪红，冯春燕现代交换原理M北京：电子工业出版社，2005设计报告成绩 （按照优、良、中、及格、不及格评定）指导教师评语：指导教师（签名） 年 月 日说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。