第1章 電信交換基礎(chǔ)

現(xiàn)代交換技術(shù)東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院鄔春明課程性質(zhì)與任務(wù)

通信工程專業(yè)的專業(yè)課程交換是現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)核心，“交換”的發(fā)展，決定了“整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)”的發(fā)展運(yùn)營(yíng)商的主要任務(wù)就是做好交換和傳輸系統(tǒng)的建設(shè)與維護(hù)華為、中興也從交換設(shè)備起家3G、4G中離不開(kāi)交換，Internet離不開(kāi)交換交換的實(shí)質(zhì)就是在通信網(wǎng)上建立交橋，“傳輸是修路，交換是建橋”。程控?cái)?shù)字交換機(jī)是通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的產(chǎn)物，是數(shù)字電話網(wǎng)、移動(dòng)電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備。以數(shù)字交換和數(shù)字傳輸為基礎(chǔ)的數(shù)字電話網(wǎng)已能向用戶提供良好的話音及相關(guān)新業(yè)務(wù)。程控?cái)?shù)字電話網(wǎng)是我國(guó)最大的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（10億用戶）,掌握程控交換機(jī)基本原理，對(duì)從事通信工程的技術(shù)人員十分必要。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，將掌握程控?cái)?shù)字交換、No.7信令系統(tǒng)、智能網(wǎng)及ATM的基本原理及下一代網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，為從事程控交換系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)與電話網(wǎng)的接口的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和維護(hù)打下基礎(chǔ)。

實(shí)踐環(huán)節(jié)課程內(nèi)容第1章：電話通信的基本原理、幾種基本的交換方式及我國(guó)電話通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，是基礎(chǔ)。第2章-第4章：信令技術(shù)、程控交換機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)字交換原理和交換機(jī)的軟件。當(dāng)前數(shù)字電話網(wǎng)中廣泛采用的基本技術(shù)，是基本內(nèi)容。第2章：通信網(wǎng)中的信令技術(shù)，重點(diǎn)No.7信令系統(tǒng)的基本原理。第3章：程控?cái)?shù)字交換機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及各部分功能，詳細(xì)說(shuō)明數(shù)字交換的基本原理。第4章：交換軟件的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)和有限狀態(tài)機(jī)的概念，開(kāi)發(fā)交換軟件的幾種語(yǔ)言，舉例說(shuō)明了規(guī)范描述語(yǔ)言描述系統(tǒng)的三個(gè)層次等，為在交換軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)上奠定了一定的理論基礎(chǔ)。第6章：智能網(wǎng)原理和技術(shù)，重點(diǎn)說(shuō)明智能網(wǎng)概念、體系結(jié)構(gòu)及智能網(wǎng)基本組成。第7章：分組交換的基本原理，兩種主要的分組交換方式（虛電路方式和數(shù)據(jù)報(bào)方式）。簡(jiǎn)單介紹X.25，說(shuō)明幀中繼技術(shù)、ATM技術(shù)、IP交換與多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS。第8章：下一代網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和分層結(jié)構(gòu)，固定電話網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的演進(jìn)步驟，我國(guó)固定電話網(wǎng)的智能化改造方案。

參考書金惠文等.現(xiàn)代交換原理（第2版），電子工業(yè)出版社陳錫生.現(xiàn)代電信交換，北京郵電大學(xué)出版社糜正琨.七號(hào)共路信令系統(tǒng)，人民郵電出版社趙慧玲.以軟交換為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人民郵電出版社萬(wàn)曉榆等.下一代網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)生成技術(shù)，北京郵電大學(xué)出版社教學(xué)安排理論教學(xué)48學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)

第1章

電信交換基礎(chǔ)

1.1電話交換的基本原理1.2

電話交換機(jī)的類型與發(fā)展1.3幾種主要的交換方式1.4我國(guó)電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)和編號(hào)計(jì)劃基本要求

1．了解電話交換機(jī)的類型。2．掌握電話機(jī)的基本組成及基本工作原理。3．了解交換機(jī)的基本組成部件。4．掌握電路交換和分組交換方式的主要特點(diǎn)。5．了解我國(guó)電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及路由選擇原則。6．了解本地電話網(wǎng)的定義及結(jié)構(gòu)。7．了解電話網(wǎng)的編號(hào)方案。

電話的產(chǎn)生發(fā)明者：

1847年生于蘇格蘭的貝爾，從小就對(duì)聲學(xué)和語(yǔ)言學(xué)有濃厚的興趣。時(shí)間：1876年3月10日現(xiàn)象：他發(fā)現(xiàn)一塊鐵片在磁鐵前振動(dòng)會(huì)發(fā)出微弱聲音，且能通過(guò)導(dǎo)線傳向遠(yuǎn)方。

思考：如果對(duì)著鐵片講話，也可引起鐵片振動(dòng)嗎,這是貝爾關(guān)于電話的最初構(gòu)想，并最終實(shí)現(xiàn)。1.1電話交換的基本原理電話的出現(xiàn)：把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用金屬導(dǎo)線作媒介

電話：是用電信號(hào)來(lái)傳送人類語(yǔ)言信息的一種通信設(shè)備。這種通信方式稱為電話通信。

稱連接兩個(gè)話機(jī)的這一對(duì)線為一條線路。這種概念現(xiàn)在仍然使用。？討論：形成網(wǎng)，有何問(wèn)題需要解決，如何解決？

用戶線急劇增大(N(N-1)/2)；每個(gè)用戶如何確定與其他用戶通話的問(wèn)題；每新增加一個(gè)用戶的處理問(wèn)題。沒(méi)有實(shí)用價(jià)值解決辦法：采用中央交換的方法任兩個(gè)用戶要通話時(shí)，由交換機(jī)將它們連通，通話完畢將線路拆除，供其他用戶使用。

一、電話通信網(wǎng)的基本組成基本組成：終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備。最簡(jiǎn)單的終端設(shè)備是電話機(jī)：完成聲電轉(zhuǎn)換和簡(jiǎn)單的信令功能。傳輸設(shè)備：將電話機(jī)和交換機(jī)、交換機(jī)與交換機(jī)連接起來(lái)。電纜、光纖等。交換機(jī)：將不同用戶連接起來(lái)，以便完成通話。

二、電話機(jī)的基本組成和工作原理

(一）電話機(jī)的基本組成及功能組成：通話設(shè)備、信令設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備。通話設(shè)備：包括送話器、受話器以及必要的接口電路。完成聲電轉(zhuǎn)換和電聲轉(zhuǎn)換。信令設(shè)備：包括號(hào)盤和振鈴裝置。完成信令發(fā)送與接收。轉(zhuǎn)換設(shè)備：叉簧，使用戶線在通話設(shè)備與振鈴設(shè)備之間轉(zhuǎn)換，接通或斷開(kāi)用戶直流環(huán)路。

（二）電話機(jī)的基本工作原理

按照發(fā)出信號(hào)的方式，分撥號(hào)脈沖和雙音多頻（DTMF）電話機(jī)。

1.撥號(hào)脈沖電話機(jī)的工作原理

掛機(jī)狀態(tài)

振鈴狀態(tài)

摘機(jī)狀態(tài)

撥號(hào)狀態(tài)

2．雙音多頻（DTMF）電話機(jī)的工作原理

DTMF信號(hào)是用高、低兩個(gè)不同的頻率來(lái)代表一個(gè)撥號(hào)數(shù)字。

DTMF信號(hào)的頻帶范圍在話音頻帶的范圍中，所以能通過(guò)交換機(jī)的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)和局間數(shù)字中繼正確傳輸。

1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz697Hz123A770Hz456B852Hz789C941Hz*0#D三、交換機(jī)的基本組成及工作原理

（一）交換機(jī)的基本組成用戶電路：交換機(jī)與用戶話機(jī)的接口。中繼器：交換機(jī)與交換機(jī)之間的接口。交換網(wǎng)絡(luò)：完成任兩用戶間，任一用戶與任一中繼器間，任兩中繼器之間的連接。信令設(shè)備：用來(lái)接收和發(fā)送信令信息。控制系統(tǒng)：是交換機(jī)的指揮中心接收各話路設(shè)備發(fā)來(lái)的狀態(tài)信息確定各設(shè)備應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作向各設(shè)備發(fā)出驅(qū)動(dòng)命令協(xié)調(diào)各設(shè)備共同完成呼叫處理和維管任務(wù)。（二）本局呼叫處理的基本過(guò)程

1.用戶呼出（摘掛機(jī)檢測(cè)）2.收號(hào)階段（數(shù)字接收與分析）最繁重的階段：前綴分析+數(shù)字翻譯3.通話建立階段（接續(xù)）4.通話階段（啟動(dòng)計(jì)費(fèi)）5.呼叫釋放階段（掛機(jī)檢測(cè)、拆除鏈路、輸出計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)）各個(gè)階段對(duì)時(shí)間的要求不一樣。各個(gè)階段之間有較長(zhǎng)的時(shí)間等待。所以，處理器不連續(xù)為一個(gè)呼叫服務(wù)。穩(wěn)態(tài)：空閑、等待收號(hào)、收號(hào)、振鈴、通話1.2

電話交換機(jī)的類型與發(fā)展一、人工交換機(jī)階段二、機(jī)電式自動(dòng)交換機(jī)階段三、電子式自動(dòng)交換機(jī)階段一、人工交換機(jī)階段

1.磁石交換機(jī)

1878年，美國(guó)新港市

2.共電交換機(jī)(1882年)

手搖發(fā)電機(jī)集中供電重要概念：中央饋電；兩線傳送； 摘、掛機(jī)；主叫、被叫；人工交換機(jī)的基本功能檢測(cè)出主叫用戶呼叫；建立電話交換機(jī)到主叫用戶的臨時(shí)通路，通過(guò)此通路獲得被叫用戶信息；通過(guò)振鈴呼出被叫用戶；為主、被叫建立通話通路；檢測(cè)話終釋放通路。二、機(jī)電式自動(dòng)交換機(jī)階段1.步進(jìn)制交換機(jī)

1891年，美國(guó)史端喬發(fā)明直接控制方式自動(dòng)交換機(jī)的2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

為每個(gè)話機(jī)編號(hào)，每個(gè)話機(jī)要能發(fā)出號(hào)碼；交換機(jī)要能識(shí)別號(hào)碼，并根據(jù)號(hào)碼完成接續(xù)。解決辦法：采用脈沖撥號(hào)盤，用斷續(xù)的脈沖來(lái)表示號(hào)碼；用上升旋轉(zhuǎn)的機(jī)鍵接收號(hào)碼--直接受號(hào)碼脈沖控制2.縱橫制交換機(jī)

1926年，瑞典研制成功。

間接控制，將控制部分單獨(dú)出來(lái)，公用。三、電子式自動(dòng)交換機(jī)階段--存儲(chǔ)程序控制。

1、空分程控交換機(jī)

1965年，美國(guó)AT&T1ESS—第一部存儲(chǔ)程序控制的空分交換機(jī)。話路部分：空分網(wǎng)絡(luò)小型縱橫繼電器+電子元件

2、時(shí)分模擬程控交換機(jī)話路部分：PAM3、時(shí)分?jǐn)?shù)字程控交換機(jī)話路部分：PCM

它是計(jì)算機(jī)與PCM技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。我國(guó)程控交換機(jī)的發(fā)展：

引進(jìn)情況（七國(guó)八制）1.F-150日本。福州、廈門、成都、貴陽(yáng)、桂林、南寧、西安、蘭州、西寧…2.S-1240比利時(shí)1976。北京、上海、重慶、成都、廣州…3.E10-B法國(guó)CIA-ALCATEL---阿爾卡特1981。4.DMS-100加拿大。北京、重慶、西安5.AXE-10瑞典愛(ài)立信。廣州、重慶、浙江、遼寧6.EWSD德國(guó)西門子。7.NEAX-61日本NEC。8.5ESS-2000美國(guó)AT&T1992。我國(guó)自行研制情況：1.DS30：西安十所仿F-150生產(chǎn)，長(zhǎng)途交換機(jī)2.PABX機(jī)：長(zhǎng)郵長(zhǎng)虹、桂林542、珠?！?.C5端局機(jī)：十所、重郵、萬(wàn)家樂(lè)、聯(lián)想…4.HJD-04：巨龍（537廠、515廠等）5.SP30：大唐6.ZXT10：中興7.C&C08：華為1.3幾種主要的交換方式現(xiàn)代通信網(wǎng)中采用的交換方式主要有電路交換、分組交換方式。電話網(wǎng)主要采用電路交換方式。ATM、幀中繼、IP網(wǎng)絡(luò)等采用分組交換方式一、電路交換

兩用戶在通信時(shí)使用一條實(shí)際物理鏈路，不許其它終端同時(shí)共享。屬電路資源預(yù)分配系統(tǒng)電路交換的特點(diǎn)：

1.

通信開(kāi)始時(shí)建立連接，通信結(jié)束時(shí)釋放連接；2.

通信期間無(wú)論是否傳送信息始終占用電路，電路利用率低。3.

交換機(jī)對(duì)傳輸?shù)男畔⒉蛔魈幚?，?duì)傳輸中出現(xiàn)的錯(cuò)誤不能糾正。4.

連接建立后，傳輸時(shí)延基本恒定。電路交換適合傳輸信息量較大且傳輸速率恒定的業(yè)務(wù)（如電話通信），不適合突發(fā)性要求高和對(duì)差錯(cuò)敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。二、分組交換

原為完成數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)發(fā)展起來(lái)的交換方式。利用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行交換。首先將需傳送信息劃分為一定長(zhǎng)度分組，并以分組為單位進(jìn)行傳輸和交換。每分組中有一個(gè)3-10個(gè)字節(jié)的分組頭，含有分組的地址和控制信息，以控制分組信息的傳輸和交換。

采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，電路利用率較高?？赡墚a(chǎn)生附加的隨機(jī)時(shí)延和丟失數(shù)據(jù)。采用逐段反饋重發(fā)措施，保證數(shù)據(jù)傳送無(wú)差錯(cuò)。有虛電路（面向連接）和數(shù)據(jù)報(bào)（無(wú)連接）兩種方式。

1.虛電路通信前要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上連接。傳輸數(shù)據(jù)一般包括三個(gè)階段：1）

建立連接2）

數(shù)據(jù)傳輸3）

釋放連接非物理連接，是邏輯連接。不獨(dú)占電路，一條物理線路上可同時(shí)建立多個(gè)虛電路，資源共享。有一定處理開(kāi)銷，但在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行復(fù)雜選路，對(duì)數(shù)據(jù)量較大的通信效率高對(duì)故障較敏感，當(dāng)鏈路或節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)可能引起虛電路中斷。ATM和幀中繼采用虛電路方式。2.數(shù)據(jù)報(bào)

獨(dú)立傳送包含終點(diǎn)地址信息的數(shù)據(jù)分組，節(jié)點(diǎn)為每個(gè)分組獨(dú)立選路，不同分組可能沿不同路徑到達(dá)終點(diǎn)。不需呼叫建立和釋放，對(duì)短報(bào)文傳輸效率較高對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障適應(yīng)能力較強(qiáng)，分組在接收端可能失去順序。IP網(wǎng)絡(luò)中交換采用的是數(shù)據(jù)報(bào)方式。1.4我國(guó)電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)和編號(hào)計(jì)劃一、長(zhǎng)途電話網(wǎng)我國(guó)長(zhǎng)途電話通信網(wǎng)過(guò)去采用四級(jí)輻射匯接制的等級(jí)結(jié)構(gòu)，近年已采用兩級(jí)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。（一）四級(jí)長(zhǎng)途電話網(wǎng)

長(zhǎng)途電話網(wǎng)中各C1間采用網(wǎng)狀網(wǎng)形式相連，以下各級(jí)主要是逐級(jí)匯接，并且輔以一定數(shù)量的直達(dá)路由。

（二）目前的兩級(jí)長(zhǎng)途網(wǎng)結(jié)構(gòu)

由省級(jí)交換中心DC1和本地網(wǎng)長(zhǎng)途交換中心DC2兩級(jí)組成。

（1）一級(jí)交換中心（DC1）

匯接省際長(zhǎng)途來(lái)去話務(wù)和所在本地網(wǎng)的長(zhǎng)途終端話務(wù)。DC1之間以基干路由網(wǎng)狀相連。設(shè)置在省會(huì)城市。

（2）二級(jí)交換中心（DC2）

匯接所在本地網(wǎng)的長(zhǎng)途終端話務(wù)。DC2與本省DC1之間設(shè)置直達(dá)電路。DC2一般設(shè)置在地（市）本地網(wǎng)中心城市。（三）路由選擇的一般原則

優(yōu)先選擇直達(dá)路由，后選迂回路由，最后選擇由基干路由構(gòu)成的最終路由。

二、本地電話網(wǎng)（一）本地電話網(wǎng)的定義在同一長(zhǎng)途編號(hào)區(qū)范圍內(nèi)所有交換設(shè)備，傳輸設(shè)備和用戶終端設(shè)備組成的電話網(wǎng)絡(luò)。（二）本地網(wǎng)網(wǎng)路等級(jí)結(jié)構(gòu)本地網(wǎng)結(jié)構(gòu)一般采用二級(jí)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。三、

編號(hào)計(jì)劃（一）

編號(hào)方式(1)

本地電話號(hào)碼同一本地網(wǎng)范圍內(nèi)用戶之間相互呼叫時(shí)撥統(tǒng)一的本地用戶號(hào)碼。如果呼叫固定電話用戶，以本地7位號(hào)碼為例，應(yīng)撥打PQRABCD，其中PQR為局號(hào)，ABCD為局內(nèi)用戶號(hào)。(2)

國(guó)內(nèi)