现代交换原理复习笔记 - 第三、四章

转载自 BakaNetwork/PrinciplesOfModernSwitchingCircuit - GitHub,有少量修改。

  • 电话交换
  • 分组交换

第三章 电话交换

程控数字交换机的结构

用户模块——远端用户模块/母局模块

例题

远端用户模块可以节省用户线路投资,改善传输质量。

远端用户模块的构成和功能与用户模块基本相同。但远端用户模块放置在离中央母局比较远,但用户集中的地方,通常采用中继方式传输。

用户模块的基本功能

用户模块:

  • 用户电路:每条用户线有一个用户电路,完成信号采集、动作驱动、话音传输等功能。
  • 交换电路:用户级交换和话务集中(集中比为 2:1 或 4:1)。
  • 收号器:接收用户的 DTMF 号码。
  • 扫描存储器:接收各个用户电路的扫描信息,送用户处理机。
  • 分配存储器:接收用户处理机对各个用户电路的指令,控制各用户电路继电器的动作。
  • 用户处理机:与中央处理机协调控制用户电路和交换电路的工作。
  • 通信电路(信号提取插入):负责收发用户处理机与中央处理机之间通信的信息。
  • 网络接口:负责把用户的话音和处理机来的消息合并在一起,送到中央级的数字交换网络。

用户电路功能:BORSCHT

  • 馈电(Battery feeding):向用户提供直流馈电电流,电压-48V。
  • 过压保护(Overvoltage protection):二极管用于钳制电压,无论外线电压高于或低于内线,都会由二极管钳制内线为-48V,R 为热敏电阻,可自行烧毁。
  • 振铃控制(Ring control):控制是否向用户线发送 25Hz 铃流信号。
  • 监视(Supervision):监视用户环路的通断状态,通过电阻的直流压降得知用户是否摘机。
  • 编译码和滤波(CODEC&filters):模拟话音信号与 64Kbps 数字话音信号转换。对模拟信号进行编码、对数字信号进行解码;为避免混叠失真、50Hz 干扰、3400Hz 以上频率分量,进行滤波。
  • 混合电路(Hybrid circuit):在用户话机的 2 线双向信号和 PCM 的 4 线单向信号之间进行 2/4 转换。(发生在编码之前和译码之后)
  • 测试(Test):控制是否进行内外线的故障检测。

数字中继电路(连接远端用户模块使用):

  • 内部 NRZ 码与外部 HDB3 码之间的转换
  • 时钟提取和同步(位同步、帧同步、复帧同步):从输入的数据流中提取时钟信号,作为输入数据流的基准时钟;从接收的数据流中搜索并识别到同步码,以确定一帧的开始,以便接收端的帧结构排列和发送端的完全一致。
  • 信令的插入提取。

数字交换网络

复用器与分路器:

1 点速率为 2048 kbit/s,传输信号为串行码;2 点速率为 256 kbit/s,传输信号为 8 位并行码;3 点速率为 1024 kbit/s,传输信号为 8 位并行码。

如果复用器输入线数为\(n\),依次编号为\(0,1,\ldots,n-1\),且\(i\)号输入线上\(j\)时隙信号\(TS_j\)经复用器串并变换和复用后,在输出线上第\(k\)个时隙输出,即在\(TS_k\)出现,则有:\(k=jn+i\)

话路建立:

  • 用户 A 呼叫用户 B:用户级出线\(HW_0TS_{8}\)经过复用器\(M_0\)交换为\(ITS_{16=2*8+0}\),选择交换时隙\(ITS_{20}\)
  • 用户 B 建立到用户 A 的连接:采用反向法(半帧法)计算,由\(ITS_{20}\),T 接线器输入信号每帧为 64 时隙(由两条 PCM32 线路复用而来),半帧为 32,故 20+32=52,所以 B 到 A 的连接选择\(ITS_{52}\)

完整版:

  • 每个用户模块连接 256 个用户,内部提供 8 条 HW,32TS/HW(即 256*256)的交换
  • 所有模块(包括用户模块/中继模块/信号音源)连接到 TST 的中央交换网络,支持 16K*16K 的交换(每个 T 支持 512*512 交换)。用户模块采用复接方式接入 TST(A 为复接点),实现话务集中
  • 用户 A 接至模块 0 的 HW0TS1,用户 B 接至模块 n 的 HW7TS31 (双向都使用该时隙)
  • 系统为用户 A 选择模块 0 的空闲时隙 HW0TS3(双向),模块 0 的 HW0 固定连接到 M0 的 HW0; 为用户 B 选择模块 n 的空闲时隙 HW3TS8(双向),模块 n 的 HW3 固定连接到 M31 的 HW8
  • A→B 连接时,TST 网络选择使用内部时隙 ITS4;B→A 连接时, 使用反相法选择内部时隙

控制部分(概念掌握)

控制方式:

  • 集中控制:处理机对交换系统内所有功能及资源统一控制。
    • 处理机直接控制所有功能的完成和资源的使用,因此控制关系简单,处理机间通信接口简单。
    • 单个处理机上的应用软件复杂、庞大。
    • 一旦处理机系统故障,整个控制系统失效。可靠性较低。
  • 分级分散控制:控制系统由多个处理机构成,分别完成不同功能并对不同资源实施控制。
    • 处理机之间分等级,高级别处理机控制低级别处理机。
    • 处理机之间通信接口较为集中,控制方式复杂,但比全分散简单。
    • 各处理机上应用软件复杂程度适中。
    • 控制系统的可靠性适中。
  • 全分散控制:各个处理机之间独立工作,分别完成不同功能并对不同资源实施控制。
    • 处理机之间不分等级,不存在控制与被控制关系。
    • 每台处理机只完成部分功能,要求各处理机协调配合完成整个系统功能,通信接口复杂。
    • 每台处理机应用软件只完成该处理机承担的功能,较为简单。
    • 可靠性较高。
    • 系统具有良好的扩充能力。

多处理机之间的工作分担方式:

  • 功能分担:多个处理机分别完成同一话务的不同功能(A 处理机和 B 处理机)。
  • 负荷(话务)分担:多个处理机各自完成一部分话务功能(A 处理机和 A 处理机)。

多处理机的可靠性(冗余方式):

  • 双机冗余配置:两套处理机系统,一个主用、一个备用。

    • 同步方式:主备用机同步工作,同时执行指令并比较结果。
    • 互助方式:主备用机负荷均分,分别承担一半话务负荷。一台机器故障,负荷全部转移到另一台机器上。
    • 主备用方式:主机在线运行,备用机处于待机状态。(冷备用:不保存动态呼叫数据,故障切换时直接呼损。热备用:保存动态呼叫数据,故障切换时不会呼损。一般采用热备用。)
  • N+m 备份:N 个处理机在线运行,m 个处理机处于备用状态。

程控数字交换机的软件(SDL)

SDL 图:

呼叫处理

呼叫处理:

  • 输入处理:在呼叫处理的过程中,输入信号主要有摘机信号、挂机信号、所拨号码和超时信号,这些输入信号也叫做事件,输入处理就是指识别和接收这些输入信号的过程,在交换机中,它是由相关输入处理程序完成的。
  • 分析处理:分析处理就是对输入处理的结果(接收到的输入信号)、当前状态以及各种数据进行分析,决定下一步执行什么任务的过程,如号码分析、状态分析等。分析处理的功能是由分析处理程序完成的。
  • 任务执行和输出处理:任务执行是指在迁移到下一个稳定状态之前,根据分析处理的结果,完成相关任务的过程。它是由任务执行程序完成的。在任务执行的过程中,要输出一些信令、消息或动作命令,如 No.7 信令、处理机间通信消息以及送拨号音、停振铃和接通话路命令等,将完成这些消息的发送和相关动作的过程叫做输出处理,输出处理由输出处理程序完成。

本局呼叫处理:

摘挂机检测

任务分级和调度

任务分级:

  • 级间转移:级别高的程序优先处理。
程序级别 程序功能 启动方式 响应速度
故障级 故障识别和紧急处理 硬件中断 立即响应
周期级 按一定周期进行的各种扫描和驱动 时钟中断 在严格时限内相应
基本级 分析处理和各种无时限任务 事件队列 在一定时限内相应

时间表调度算法

  • 每次时间中断到来时,对时间计数器加一,根据时间计数器的值形成时间表行地址。屏蔽表用于控制在该时刻程序是否被调用执行。

时间表的每一行代表时间,每一列为一个比特,代表一个程序。若在第 i 行第 j 列的比特位的值为“1”, 则表示在这个时刻该程序被调用;若为“0”则不被调用。每次时间中断到来时,都要对时间计数器做加“1”操作,时间计数器的值形成了时间表的行地址。程序地址表保存被调用程序的入口地址。屏蔽表用于控制在该时刻该程序是否被调用执行,屏蔽表的每一位对应一个程序,如果某一位为“1”则表示该程序可执行,否则不执行。屏蔽表提供了一种灵活控制程序调用的机制,不用频繁更改时间表了。若时间中断周期为 10ms,则由上述表格结构的设计可知:

  • 拨号脉冲识别程序每隔 10ms 被调用执行。
  • 按键号码识别程序每隔 20ms 被调用执行。
  • 位间隔识别程序每隔 100ms 被调用执行。
  • 用户线扫描程序每隔 100ms 被调用执行。
  • 中继线扫描程序每隔 100ms 被调用执行。

例题

BHCA 计算

BHCA(maximum number of Busy Hour Call Attempts,最大忙时试呼次数)

  • 处理机的系统开销=固有开销(与呼叫处理次数无关)+非固有开销(与呼叫处理次数有关)
  • BHCA 计算:\(t=a+bN\),t 为总开销时间,a 为固有开销,b 为处理一次呼叫的平均非固有开销,N 为单位时间内处理呼叫总次数。注意单位是小时。

例题

如果在一个有效的时间间隔周期内(不包含峰值瞬间),出现在交换设备上的试呼次数,即话务负荷超过了交换机控制系统的设计处理能力时,则称该交换设备运行在过负荷状态。如加入到交换设备上试呼总次数超过它的设计负荷能力的 10%时,此时称为 10%过负荷。

第四章 分组交换

路由器的交换结构

  • 高端路由器的 CLOS 结构(了解概念)

MPLS 概念

特点:面向连接(VPC/VCC)、多协议、标签交换

边缘路由、核心交换

LER、LSR、FEC、LIB、LSP 概念

  • MPLS 在多种第二层协议上进行标记交换,将第二层和第三层有机结合。

  • 核心思想:边缘路由,核心交换:边缘路由保持与现有协议兼容,增强核心网络交换速度。

概念:

  • LSP:Label Switched Path 标记交换路径,类似虚电路。
  • FEC:Forward Equivalence Class 前转等价类,灵活按照多种方式划分,相同 FEC 的包具有相同 Label,走相同 LSP。
  • LIB:Label Information Base 标记信息库,保存转发 Labeled 分组所需要的信息。
  • Ingress LER:Ingress Label Edge Router 入口边缘路由器,为每个 FEC 生成 Label,映射到 LSP 下一跳的标记。对入口 IP 分组进行分类,确定 FEC,根据 FEC 查询 LIB 得到下一跳 Label,将 Label 插入 IP 包头,从相应端口发送。
  • LSR:Label Switch Router,维护 LIB、完成标记置换。
  • Egress LER:去掉 Label 还原成普通 IP 包继续转发。

主要特点:

  • 标记置换:将 2 层的交换速度带到 3 层
  • 控制平面与转发平面分离:便于采用新的路由协议和交换技术
  • 通过标记堆栈实现多层次的转发:提高可扩展性

对比:

例题

简述传统 IP 交换与 MPLS 交换的主要区别

传统 IP 交换采用逐跳转发,路由选择与数据转发同时进行,其核心交换机制是无连接工 作模式。 MPLS 将路由选择与数据转发分开进行,在信息传输之前需要建立虚连接,其核心交换 机制是面向连接的工作模式。

MPLS 交换原理

LDP 标签分配过程:

标记分配方式:

标签操作:

  • Push:标签入栈,进入子路由域内传输。
  • Pop:标签出栈,回到父路由域传输。
  • Replace:置换标签,在同一路由域内传输。

例题

作者

xqmmcqs

发布于

2022-06-12

更新于

2022-06-21

许可协议

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