第1章 程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述課件

現(xiàn)代交換原理與技術(shù)授課教師：蔣霞信息工程學(xué)院通信工程教研室2011.10第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述第1章概述1.1電話通信的起源1.2交換與通信網(wǎng)1.3電話交換機(jī)的發(fā)展與分類(lèi)1.4程控?cái)?shù)字交換機(jī)簡(jiǎn)介1.5程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性與技術(shù)發(fā)展

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述1.1電話通信的起源

1.電話的問(wèn)世電話通信是我們生活中應(yīng)用最廣泛、使用最頻繁的一種通信方式。電話通信于1876年由美國(guó)科學(xué)家貝爾發(fā)明。最初的電話通信只能完成一部話機(jī)與一部話機(jī)的固定通信，如圖1-1所示。這種僅涉及兩個(gè)終端的通信稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述圖1-1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信存在如下缺點(diǎn)：

(1)任意兩個(gè)用戶(hù)之間的通話都需要一條專(zhuān)門(mén)的線路直接連接，當(dāng)存在N個(gè)終端時(shí)，需要的傳輸線數(shù)為N(N-1)/2條，傳輸線的數(shù)量隨終端數(shù)的增加而急劇增加，如圖1-2所示。

(2)每個(gè)終端都有N-1條線與其他終端相連接，因而每個(gè)終端需要N-1個(gè)線路接口。

(3)增加第N+1個(gè)終端時(shí)，必須增設(shè)N條線路。

(4)當(dāng)終端間相距較遠(yuǎn)時(shí)，線路信號(hào)衰耗大。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述圖1-2多個(gè)終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

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2.交換設(shè)備的誕生

1878年，美國(guó)人阿爾蒙·B·史端喬提出了交換的設(shè)想，其基本思想是將多個(gè)終端與一個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備相連，當(dāng)任何兩個(gè)終端要傳遞信息時(shí)，該轉(zhuǎn)接設(shè)備就把連接這兩個(gè)用戶(hù)的有關(guān)電路接通，通信完畢再把相應(yīng)的電路斷開(kāi)。我們稱(chēng)這個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備為交換機(jī)，如圖1-3所示。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述圖1-3有交換設(shè)備的通信

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述1.2交換與通信網(wǎng)

當(dāng)終端用戶(hù)分布的地域較廣時(shí)，可設(shè)置多個(gè)交換機(jī)(如市話分局交換機(jī))，每個(gè)交換機(jī)連接與之較近的終端，且交換機(jī)之間互相連接，如圖1-4所示。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述圖1-4交換機(jī)之間的通信

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述當(dāng)終端用戶(hù)分布的地域更廣，多個(gè)交換設(shè)備之間也不便做到個(gè)個(gè)相連時(shí)，就要引入?yún)R接交換設(shè)備，構(gòu)成典型的電信通信網(wǎng)，如圖1-5所示。終端設(shè)備一般置于用戶(hù)處，故將終端設(shè)備與交換設(shè)備之間的連接線叫做用戶(hù)線，而將交換設(shè)備與交換設(shè)備的連接線叫做中繼線。

用戶(hù)交換機(jī)是由機(jī)關(guān)、企業(yè)等集團(tuán)單位投資建設(shè)，供內(nèi)部通信使用的交換機(jī)。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述圖1-5典型的電信通信網(wǎng)

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1.電信網(wǎng)的構(gòu)成要素及主要功能基本的電信網(wǎng)由終端、傳輸和交換等三類(lèi)設(shè)備組成。

1)終端設(shè)備終端設(shè)備的主要功能是把待傳送的信息和在信道上傳送的信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。對(duì)應(yīng)不同的電信業(yè)務(wù)有不同的終端設(shè)備，如電話業(yè)務(wù)的終端設(shè)備就是電話機(jī)終端，數(shù)據(jù)通信的終端設(shè)備就是計(jì)算機(jī)等。

消息：通常把語(yǔ)言和聲音、音樂(lè)、文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、圖象等統(tǒng)稱(chēng)為消息。信息：消息中所給予收信者的新知識(shí)或消息中包含的有意義的內(nèi)容。信號(hào)：描寫(xiě)與消息相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)或光信號(hào)，是傳遞信息的載體。

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2)傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備是傳輸媒介的總稱(chēng)，它是電信網(wǎng)中的連接設(shè)備，是信息和信號(hào)的傳輸通路。傳輸鏈路的實(shí)現(xiàn)方式很多，如市內(nèi)電話網(wǎng)的用戶(hù)端電纜，局間中繼設(shè)備和長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)的數(shù)字微波系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)以及光纖系統(tǒng)等。

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3)交換設(shè)備如果說(shuō)傳輸設(shè)備是電信網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)系統(tǒng)，那么交換系統(tǒng)就是各個(gè)神經(jīng)的中樞，它為信源和信宿之間架設(shè)通信的橋梁。基本功能：根據(jù)地址信息進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)鏈路的連接，以使電信網(wǎng)中的所有終端能建立信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)任意通信雙方的信號(hào)交換。對(duì)不同的電信業(yè)務(wù)，交換系統(tǒng)的性能要求不同，例如對(duì)電話業(yè)務(wù)網(wǎng)，交換系統(tǒng)的要求是話音信號(hào)的傳輸時(shí)延應(yīng)盡量小，因此目前電話業(yè)務(wù)網(wǎng)的交換系統(tǒng)主要采用直接接續(xù)通話電路的電路交換設(shè)備。交換系統(tǒng)除電路交換設(shè)備外，還有適合于其他業(yè)務(wù)網(wǎng)用的報(bào)文交換設(shè)備和分組交換設(shè)備等。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述由于交換系統(tǒng)的設(shè)備承擔(dān)了所有終端設(shè)備的匯接及轉(zhuǎn)接任務(wù)，在通信網(wǎng)中成為了關(guān)鍵點(diǎn)，因此在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖中，常將含交換系統(tǒng)的點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。電信網(wǎng)僅有上述設(shè)備往往不能形成一個(gè)完善的通信網(wǎng)，還必須包括信令、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。從某種意義上說(shuō)，信令是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備相互聯(lián)絡(luò)的依據(jù)，協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則。因?yàn)樗鼈兛墒褂脩?hù)和網(wǎng)絡(luò)資源之間，以及各交換設(shè)備之間有共同的“語(yǔ)言”，通過(guò)這些“語(yǔ)言”可使網(wǎng)絡(luò)合理地運(yùn)轉(zhuǎn)和正確地控制，從而達(dá)到全網(wǎng)互通的目的。

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2.電話網(wǎng)的特點(diǎn)電話網(wǎng)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)很簡(jiǎn)單，就是要支持話音通信，因此話音業(yè)務(wù)的特點(diǎn)也就決定了電話網(wǎng)的技術(shù)特征。話音業(yè)務(wù)具有如下特點(diǎn)：

(1)速率恒定且單一。每個(gè)用戶(hù)的話音經(jīng)過(guò)抽樣、量化、編碼后都形成了64kb/s的速率。

(2)話音對(duì)丟失不敏感。電話通信中允許一定的信息丟失，因?yàn)樵捯粜畔⒌南嚓P(guān)性較強(qiáng)，可以通過(guò)通信的雙方用戶(hù)來(lái)恢復(fù)。

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(3)話音對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。話音通信中，時(shí)延應(yīng)盡量小，用戶(hù)雙方應(yīng)像面對(duì)面一樣進(jìn)行交流。

(4)話音具有連續(xù)性。通話雙方一般是在較短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)地表達(dá)自己的通信信息的。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信的業(yè)務(wù)將越來(lái)越豐富第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述1.3電話交換機(jī)的發(fā)展與分類(lèi)

1.電話交換機(jī)的發(fā)展早期的交換設(shè)備有人工交換機(jī)、步進(jìn)制交換機(jī)、縱橫制交換機(jī)、空分式模擬程控交換機(jī)等，目前先進(jìn)的交換機(jī)有時(shí)分式數(shù)字程控交換機(jī)、ATM交換機(jī)等。不同階段的電話交換機(jī)簡(jiǎn)介如表1.1所示。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述表1.1不同階段的電話交換機(jī)簡(jiǎn)介

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2.電話交換機(jī)的分類(lèi)

(1)按交換機(jī)的使用對(duì)象，電話交換機(jī)可分為局用交換機(jī)(用于電信部門(mén))和用戶(hù)交換機(jī)(用于企、事業(yè)集團(tuán))。

(2)按呼叫接續(xù)方式，電話交換機(jī)可分為人工接續(xù)交換機(jī)和自動(dòng)接續(xù)交換機(jī)。

(3)按所交換的信號(hào)特征，電話交換機(jī)可分為模擬信號(hào)交換機(jī)和數(shù)字信號(hào)交換機(jī)。

(4)按接線器的工作方式，電話交換機(jī)可分為空分交換機(jī)(接線器采用空間開(kāi)關(guān)方式)和時(shí)分交換機(jī)(接線器采用時(shí)間開(kāi)關(guān)方式)。

(5)按控制器電路的結(jié)構(gòu)，電話交換機(jī)可分為集中控制、分級(jí)控制和全分散控制。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述1.4程控?cái)?shù)字交換機(jī)簡(jiǎn)介

1.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的組成一臺(tái)程控?cái)?shù)字交換機(jī)主要由三部分組成：交換網(wǎng)絡(luò)、處理機(jī)控制系統(tǒng)和接口電路，如圖1-6所示。

第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述圖1-6程控?cái)?shù)字交換機(jī)的組成框圖

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1)交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)可看成是一個(gè)有M條入線和N條出線的網(wǎng)絡(luò)。基本功能：根據(jù)需要使某一入線與某一出線連通，提供用戶(hù)通信接口之間的連接。此連接可以是物理的，也可以是邏輯的。物理連接指通信過(guò)程中，不論用戶(hù)有無(wú)信息傳送，交換網(wǎng)絡(luò)始終按預(yù)先的分配方法，保持其專(zhuān)用的接續(xù)通路；邏輯連接即虛連接(VirtualConnection)，只有在用戶(hù)有信息傳送時(shí)，才按需分配提供接續(xù)通路。第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述

2)接口電路接口電路分為用戶(hù)接口電路和中繼接口電路，其作用是把來(lái)自用戶(hù)線或中繼線的信號(hào)轉(zhuǎn)換成交換設(shè)備可以處理的信號(hào)。

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3)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是程控?cái)?shù)字交換機(jī)工作的指揮中心，它由處理機(jī)、存儲(chǔ)器、I/O接口等部件組成。控制系統(tǒng)的功能通常分為三級(jí)。第一級(jí)為外圍設(shè)備控制級(jí)，主要對(duì)靠近交換網(wǎng)絡(luò)側(cè)的端口電路及交換機(jī)的其他外圍設(shè)備進(jìn)行控制，跟蹤監(jiān)視終端用戶(hù)、中繼線的呼叫占用情況，向外圍設(shè)備送出控制信息。第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述第二級(jí)為呼叫處理控制級(jí)，主要對(duì)由第一級(jí)控制級(jí)送來(lái)的輸入信息分析和處理，并控制交換機(jī)完成鏈路的建立或復(fù)原。第二級(jí)的控制部分有較強(qiáng)的智能性，所以這一級(jí)稱(chēng)為存儲(chǔ)程序控制。第三級(jí)為維護(hù)測(cè)試控制級(jí)，用于系統(tǒng)的操作維護(hù)和測(cè)試，定期自動(dòng)地對(duì)交換系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)或試驗(yàn)，診斷各種可能出現(xiàn)的故障，并及時(shí)報(bào)告(輸出)異常。第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述

2.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的外圍設(shè)備程控?cái)?shù)字交換機(jī)除上述三部分外，還有一些外圍設(shè)備。

1)信號(hào)設(shè)備信號(hào)設(shè)備負(fù)責(zé)產(chǎn)生和接收程控?cái)?shù)字交換機(jī)工作所需要的各種信令。

2)備份設(shè)備備份設(shè)備指磁帶機(jī)或磁盤(pán)機(jī)，用于存儲(chǔ)備份各類(lèi)數(shù)據(jù)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)以及計(jì)費(fèi)信息等。

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3)維護(hù)終端設(shè)備維護(hù)終端設(shè)備包括終端計(jì)算機(jī)及終端打印設(shè)備等，是對(duì)程控?cái)?shù)字交換機(jī)進(jìn)行日常維護(hù)管理的設(shè)備。

4)測(cè)試設(shè)備測(cè)試設(shè)備包括局內(nèi)測(cè)試設(shè)備、用戶(hù)線路測(cè)試設(shè)備和局間中繼線路測(cè)試設(shè)備等。

5)時(shí)鐘時(shí)鐘是保證程控?cái)?shù)字交換機(jī)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)、同步工作必須配置的設(shè)備。

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6)錄音通知設(shè)備錄音通知設(shè)備用于需要話音通知用戶(hù)的業(yè)務(wù)，如氣象預(yù)報(bào)、號(hào)碼查詢(xún)、空號(hào)或更改號(hào)碼提示等業(yè)務(wù)。

7)監(jiān)視告警設(shè)備監(jiān)視告警設(shè)備用于系統(tǒng)工作狀態(tài)的告警提示，一般為可視(燈光)信號(hào)和可聞(警鈴、蜂音)信號(hào)。

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3.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的任務(wù)程控?cái)?shù)字交換機(jī)必須具備能夠正確接收與分析從用戶(hù)線和中繼線發(fā)來(lái)的呼叫信號(hào)及地址信號(hào)，按目的地址正確地進(jìn)行選路，控制交換網(wǎng)絡(luò)連接的建立，按照所收到的釋放信號(hào)拆除連接等功能。通過(guò)本局接續(xù)、出局接續(xù)、入局接續(xù)、轉(zhuǎn)接接續(xù)可建立各種呼叫類(lèi)型。目前，程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本任務(wù)包括以下內(nèi)容：

(1)通過(guò)模擬用戶(hù)線接口完成模擬電話用戶(hù)間的撥號(hào)接續(xù)與信息交換。

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(2)通過(guò)數(shù)字用戶(hù)線接口完成數(shù)字話機(jī)或數(shù)據(jù)終端間的撥號(hào)接續(xù)及數(shù)據(jù)信息交換。

(3)經(jīng)模擬用戶(hù)線接口和Modem完成數(shù)據(jù)終端間的數(shù)據(jù)通信。

(4)經(jīng)所配置的硬件和應(yīng)用軟件，提供諸多專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用功能。

(5)借助話務(wù)臺(tái)等設(shè)備完成對(duì)用戶(hù)(分機(jī))的呼叫轉(zhuǎn)接、號(hào)碼查詢(xún)、故障受理等服務(wù)業(yè)務(wù)。

(6)借助維護(hù)終端等設(shè)備完成對(duì)程控交換系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的配置，以及對(duì)各類(lèi)參數(shù)數(shù)據(jù)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等的管理與維護(hù)。

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4.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的功能程控?cái)?shù)字交換機(jī)的功能分為交換機(jī)業(yè)務(wù)功能和用戶(hù)(分機(jī))功能兩類(lèi)。

1)交換機(jī)業(yè)務(wù)功能程控?cái)?shù)字交換機(jī)應(yīng)提供的業(yè)務(wù)功能有以下八類(lèi)：

(1)控制功能?？刂圃O(shè)備應(yīng)能檢測(cè)是否存在空閑通路以及被叫的忙閑情況，以控制各種電路的建立。

(2)交換功能。交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)中任何用戶(hù)之間的話音信號(hào)交換。

(3)接口功能。交換機(jī)應(yīng)有連接不同種類(lèi)和性質(zhì)的終端接口。

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(4)信令功能。信令設(shè)備應(yīng)能監(jiān)視并隨時(shí)發(fā)現(xiàn)呼叫的到來(lái)和呼叫的結(jié)束，應(yīng)能向主、被叫發(fā)送各種用于控制接續(xù)的可聞信號(hào)，還應(yīng)能接收并保存主叫發(fā)送的被叫號(hào)碼。

(5)公共服務(wù)功能。交換機(jī)應(yīng)能向用戶(hù)提供諸如銀行業(yè)務(wù)、股市業(yè)務(wù)、交通業(yè)務(wù)等各種公共信息服務(wù)。

(6)運(yùn)行管理功能。交換機(jī)應(yīng)具有對(duì)包括交換網(wǎng)絡(luò)、處理機(jī)以及各種接口等設(shè)備的管理功能。

(7)維護(hù)、診斷功能。交換機(jī)應(yīng)具有對(duì)交換機(jī)定期測(cè)試、故障報(bào)警、故障分析等功能。

(8)計(jì)費(fèi)功能。交換機(jī)應(yīng)具有計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)收集、話費(fèi)結(jié)算和話單輸出等計(jì)費(fèi)功能。

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2)用戶(hù)(分機(jī))功能程控交換機(jī)為用戶(hù)(分機(jī))提供了諸如縮位撥號(hào)、熱線服務(wù)、呼叫轉(zhuǎn)移、禁止呼叫、追查惡意呼叫等20多種服務(wù)功能。這些服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)為辦公室工作和日常生活提供了許多方便。

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5.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本原理程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本原理是一種電路交換原理，主要包括以下三個(gè)通信階段：

(1)電路的建立階段。通過(guò)呼叫信令完成逐個(gè)節(jié)點(diǎn)的接續(xù)，建立起一條端到端的通信電路。

(2)通信階段。在已建立的端到端的直通電路上，透明地傳送和交換數(shù)字化的話音信號(hào)信息。

(3)電路的拆除階段。結(jié)束一次通信時(shí)，拆除電路連接，釋放節(jié)點(diǎn)和信道資源。

透明傳輸就是在傳輸過(guò)程中，對(duì)外界透明，就是說(shuō)你看不見(jiàn)他是傳送網(wǎng)絡(luò),不管傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)如何，只負(fù)責(zé)將需要傳送的業(yè)務(wù)傳送到目的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)保證傳輸?shù)馁|(zhì)量即可，而不對(duì)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)進(jìn)行處理。不管傳的是什么，所采用的設(shè)備只是起一個(gè)通道作用，把要傳輸?shù)膬?nèi)容完好的傳到對(duì)方！第1章程控?cái)?shù)字交換技術(shù)概述1.5程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性與技術(shù)發(fā)展

1.程控?cái)?shù)字交換機(jī)的優(yōu)越性

(1)能提供許多新的用戶(hù)服務(wù)性