目录 第1章 交换概论 第2章 交换网络 第3章 数字程控电话交换与电话交换网 第4章 信令系统 第5章 分组交换与分组交换网 现代交换原理与通信网技术 第1章 交换概论 第2章 交换网络 第3章 数字程控电话交换与电话交换网 第4章 信令系统 第5章 分组交换与分组交换网 第6章 ISDN交换与综合业务数字网 第7章 ATM交换与宽带综合业务数字网 第8章 IP交换技术 第9章 软交换与下一代网络 第10章 光交换

第2章 交换网络 内容: 交换单元的基本概念及工作原理 交换网络的基本概念 交换网络的构成及分类 各种交换网络的结构及工作原理

交换单元（Switch Element -- SE） 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 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连接起来就可以构成各种各样的交换网络。 交换单元是完成交换功能的最基本的部件。

控制端：用来控制交换单元的动作，可以通过控制端的控制把交换单元的特定入线与特定出线连接起来，让信息从入线交换到出线而完成交换的功能； 第2章 交换网络 2.1 交换单元 图2.1 M×N的交换单元 从外部看主要由四个部分组成： 一组输入端口：又称为入线 一组输出端口：也称为出线 控制端：用来控制交换单元的动作，可以通过控制端的控制把交换单元的特定入线与特定出线连接起来，让信息从入线交换到出线而完成交换的功能； 状态端：用来描述交换单元的内部状态，不同的交换单元有不同的内部状态集，通过状态端口让外部及时了解到其工作情况；

无论其内部构成如何，交换单元都应能够完成最基本的交换功能：把交换单元任意入线的信息交换到任意出线上去。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 从内部看交换单元： 其构成是多种多样的，可以是一个时分总线或是一个空分的开关阵列； 无论其内部构成如何，交换单元都应能够完成最基本的交换功能：把交换单元任意入线的信息交换到任意出线上去。 图2.1 M×N的交换单元

按照入线与出线上信息传送的方向是单向还是双向：有向、无向； 1.有向交换单元: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 4种分类方法： 按照入线与出线上信息传送的方向是单向还是双向：有向、无向； 1.有向交换单元: 有向交换单元：指任何入线或出线上信息的传输是单方向的，即信息只能从入线进入交换单元，从出线上交换出来； 图2.2 交换单元分类1：有向与无向

2.无向交换单元: N无向交换单元、K×L无向交换单元。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.无向交换单元: N无向交换单元、K×L无向交换单元。 N无向交换单元：并没有入线与出线的区别，它相当于把一个N×N的有向交换单元的相同编号的入线与出线合并在一起，看作同时具有发送和接收信息能力的一个信息端，那么这个N×N有向交换单元就变成一个具有N个双向通信信息端的N无向交换单元； 图2.2 交换单元分类1：有向与无向

第2章 交换网络 2.1 交换单元 K×L无向交换单元： 设N=K+L，K×L无向交换单元是指在N无向交换单元的基础上把N个信息端分为一组输入端与一组输出端，输入端假设有K个信息端，输出端有L个信息端，并且只有输入的K个信息端与输出的L个信息端之间才能有信息交换，在输入的K个信息端之间不能进行信息交换，同样L个输出端之间也不能进行信息交换，满足这种条件的N无向交换单元称为K×L无向交换单元。 图2.2 交换单元分类1：有向与无向

按照交换单元入线与出线的数量关系把M×N的交换单元分为：集中型、连接型、扩散型； 第2章 交换网络 2.1 交换单元 按照交换单元入线与出线的数量关系把M×N的交换单元分为：集中型、连接型、扩散型； 1.集中型:是指入线数大于出线数（M>N）的交换单元，也叫集中器（concentrator）； 2.连接型:是指入线数等于出线数（M=N）的交换单元，也称为置换器或连接器（connector）； 3.扩散型:是指入线数小于出线数（M<N）的交换单元，扩散型交换单元也可称为扩展器（expander）。 图2.3 交换单元分类2：按照入线与出线数目

按照交换单元的所有入线与所有出线之间是否共享单一的通路，可以分为： 1．时分交换单元 2．空分交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 按照交换单元的所有入线与所有出线之间是否共享单一的通路，可以分为： 1．时分交换单元 2．空分交换单元 图2.4 交换单元分类3：时分与空分

基本特征是所有的输入端口与输出端口之间共享唯一的一条通路：可以是一个共享总线，也可以是一个共享存储器。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 1．时分交换单元： 基本特征是所有的输入端口与输出端口之间共享唯一的一条通路：可以是一个共享总线，也可以是一个共享存储器。 2．空分交换单元（空间交换单元）： 所有入线与出线之间存在多条通路，从不同入线来的信息可以并行的在这些通路上传送，典型的空间交换单元就是开关阵列。 图2.4 交换单元分类3：时分与空分

按照交换单元所接受的信号是模拟信号还是数字信号，可以分为： 1．数字交换单元 2．模拟交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 按照交换单元所接受的信号是模拟信号还是数字信号，可以分为： 1．数字交换单元 2．模拟交换单元

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 交换单元的连接特性（connectivity）：反映出交换单元从入线到出线的连接能力，是交换单元的基本特性； 交换单元的连接特性有两种描述方式：集合、函数；

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 可以把一个连接定义为一个集合，用c表示： c = {t，Rt} 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 集合描述方式: M×N交换单元 把该交换单元的所有入线组成一个集合，用T来表示,t∈T ： T = {0，1，2，……M-1} 把该交换单元的所有出线组成一个集合，用R表示,r∈R,Rt为出线集合R的一个子集： R = {0，1，2，……N-1} 可以把一个连接定义为一个集合，用c表示： c = {t，Rt}

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 1.表示了M×N交换单元: 2.1 交换单元 集合描述方式: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 集合描述方式: 1.表示了M×N交换单元: t称为连接的起点，把r∈Rt称为连接的终点。 点到点连接:如果Rt中只含有唯一的一个元素； 点到多点连接:如果Rt中包含多个元素; 对于点到多点连接:如果Rt≠R，称此连接具有同发功能，如果Rt=R，称此连接具有广播功能。

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2. C = {c1，c2，c3，……}: 2.1 交换单元 集合描述方式: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 集合描述方式: 2. C = {c1，c2，c3，……}: 集合c的下标不代表任何实际意义，只是区分不同的连接; 要说明的是一个交换单元的连接方式总是对应于某个具体时刻的； 一个交换单元的连接方式可以通过该交换单元的控制端口改变，同时也可以通过该交换单元的状态端口反映出来。

Rc = {r：r∈Rt，Rt∈ci，ci∈C } 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 集合描述方式: 3. 可以定义起点集与终点集: 连接方式中所有连接的起点组成的集合: Tc = {t：t∈ci，ci∈C}; 连接方式中所有连接的终点组成的集合: Rc = {r：r∈Rt，Rt∈ci，ci∈C } 可以判定，当交换单元处于连接方式C下，若某条入线t∈Tc，称该入线处于占用状态，否则处于空闲状态；同样若某条出线r∈Rc，称该出线处于占用状态，否则处于空闲状态;

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 函数描述方式: M×N交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: M×N交换单元 f(t) = Rt（Rt包含于R）:自变量t,定义域为交换单元的入线集合T;值域为交换单元的出线集合R的各个子集组成的集合; 连接函数表示相互连接的入线编号和出线编号之间的一一对应关系; 如果某入线空闲，那么与它连接的出线的集合为一个空集。对于一个点到点连接，连接函数还可以表示为：f(t) = r (r∈R),它的值域变成了出线集合R

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 1.排列表达示: t1，t2，……tn 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 排列表示、图形表示 1.排列表达示: t1，t2，……tn r1，r2，……rn : ti为入线编号，ri为出线编号（注意入线t1并不表示入线1，出线rn也不表示为出线n） 存在出线竞争:指在排列表达式中r1，r2，……rn之间存在着重复的元素，表明在同一时刻，有多条入线共同连接到同一条出线，造成出线的冲突；

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 函数描述方式: 排列表示、图形表示 1.排列表达示: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 排列表示、图形表示 1.排列表达示: 在点到点的连接情况下，并且不存在出线竞争的情况下： 1）入线排列表达式： t0，t1，……tN-1 0，1， ……N-1

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 函数描述方式: 排列表示、图形表示 1.排列表达示: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 排列表示、图形表示 1.排列表达示: 在点到点的连接情况下，并且不存在出线竞争的情况下： 2）出线排列表达式： 0，1，……N-1 r1，r2，……rN-1 一个N×N的交换单元可以最多有N！种不同的点到点连接方式。

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 函数描述方式: 排列表示、图形表示 2.图形表示: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 排列表示、图形表示 2.图形表示: 图2.5 连接函数的图形表示

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 假设入线编号可以用一个n位2进制数字xn-1，xn-2，……x1，x0表示，用该2进制数字作为连接函数的变量，连接函数的值也用一个2进制数字表示，表示与该入线连接的出线的编号。 对于图2.5所示的连接方式，用2进制函数表示则为： E(xn-1xn-2……x1x0) = xn-1xn-2……x1

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 五种常用连接： 直线连接 交叉连接 蝶式连接 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 五种常用连接： 直线连接 交叉连接 蝶式连接 均匀洗牌连接 间隔交叉连接

恒等置换（常用I表示）的2进制函数表示为： I(x2x1x0) = x2x1x0 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 1）直线连接： 对于连接型交换单元，把相同编号的入线与出线直接连接起来而形成的点到点连接方式；也称为恒等置换； 入线排列表达式为：(0，1，2，……7) 恒等置换（常用I表示）的2进制函数表示为： I(x2x1x0) = x2x1x0

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 2）交叉连接： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 2）交叉连接： 在交换单元入线数M等于出线数N，并且入/出线数为偶数的情况下，把相邻编号的2条入线与2条出线交叉连接起来；也称为交换置换； 入线排列表示式为：(1，0，3，2，……N-1，N-2) 交换置换（常用E表示）的2进制函数表示为： E(xn-1xn-2……x1x0) = xn-1xn-2……x1

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 3）蝶式连接： 也称为蝶式置换，表示为： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 3）蝶式连接： 也称为蝶式置换，表示为： β(xn-1xn-2……x1x0) = x0xn-2……x1xn-1； 子蝶式置换： β (k) (xn-1xn-2…xk+1xkxk-1…x1x0) =xn-1xn-2…xk+1 x0xk-1…x1xk 超蝶式置换： β (k) (xn-1 xn-2……xn-k xn-k-1xn-k-2……x1x0) = xn-k-1 xn-2……xn-k xn-1xn-k-2……x1x0

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 3）蝶式连接： 函数描述方式: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 3）蝶式连接： 图2.8 N=8的蝶式置换

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 也称为均匀洗牌置换；将入线分为两个部分，每个部分入线数目相等，同时前一部分和后一部分按顺序一个接一个交叉的与出线连接，理想的状态是这两个部分入线数目相等，然后一个隔一个按顺序与出线对应连接，达到洗牌的最好效果，故称为均匀洗牌置换。 均匀洗牌置换一般表示为： δ(xn-1xn-2…x1x0) = xn-2xn-3…x1x0xn-1

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 子洗牌连接 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 子洗牌连接 δ(k)(xn-1xn-2…xk+1xkxk-1…x1x0) = xn-1xn-2…xk+1 xk-1…x1 x0xk 超洗牌连接δ(k)： δ(k)(xn-1xn-2…xn-kxn-k-1xn-k-2…x1x0)=xn-2…xn-kxn-k-1xn-1xn-k-2……x1x0

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 函数描述方式: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 图2.9 N=8的洗牌置换

δ（x）=δ(n-1) （x） = δ(n-1)（x） 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 均匀洗牌置换在有些时候也称为混洗连接，使用非常广。注意有以下的恒等关系： δ（x）=δ(n-1) （x） = δ(n-1)（x） δ(0) （x） = δ(0)（x） = x

δ-1(xn-1xn-2……x1x0) = x0xn-1xn-2xn-3……x1 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 4）均匀洗牌连接： 逆均匀洗牌置换，其定义为： δ-1(xn-1xn-2……x1x0) = x0xn-1xn-2xn-3……x1 图2.10 N=8的逆均匀洗牌置换

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 5）间隔交叉连接： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 5）间隔交叉连接： 间隔交叉连接也称为方体置换，实现了2进制地址编号中第k位位值不同的输入端和输出端之间的连接，定义为： Ck(xn-1 xn-2…xk+1 xkxk-1…x1x0) = xn-1xn-2…xk+1xkxk-1…x1x0

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 2.1 交换单元 2进制函数表示: 5）间隔交叉连接： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的连接特性 函数描述方式: 2进制函数表示: 5）间隔交叉连接： Ck(xn-1 xn-2…xk+1 xkxk-1…x1x0) = xn-1xn-2…xk+1xk-1…x1x0 以N = 8为例，共有三种方体置换： C0(x2x1x0) = x2x1 C1(x2x1x0) = x2 x0 C2(x2x1x0) = x1x0

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的性能 2.1 交换单元 对于交换单元，我们通过以下几个指标来描述其特性： 容量： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 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： 容量： 就是交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。 接口：速率大小，信号单、双向等。

2.1.1 交换单元的基本概念 交换单元的性能 2.1 交换单元 对于交换单元，我们通过以下几个指标来描述其特性： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 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： 功能：能在入线与出线之间建立连接并传送信息。 从外部看交换单元，主要有3个功能： 点到点连接功能 同发功能 广播功能

对于交换单元，我们通过以下几个指标来描述其特性： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.1 交换单元的基本概念 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： 质量： 体现在两个方面： 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； 信息是否存在损伤，如信息经过交换单元的时延。 时延（时延越短越好） 出线竞争

2.1.2 空间交换单元 2.1 交换单元 交换单元可以分为空分交换单元与时分交换单元。 空分交换单元也称为空间交换单元; 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.2 空间交换单元 交换单元可以分为空分交换单元与时分交换单元。 空分交换单元也称为空间交换单元; 由空间上分离的多个小的交换部件或开关部件按照一定的规律连接构成的。 从空间交换单元的内部来看，其入线到出线之间存在着多条通路;从不同入线上来的信息可以并行的交换到不同的出线上去。 全连通交换单元:每条入线都能够与每条出线相连接， 非全连通交换单元:每条入线只能与部分出线相连接，

2.1.2 空间交换单元 开关阵列 交换单元完成的最基本的功能就是交换。 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.2 空间交换单元 开关阵列 交换单元完成的最基本的功能就是交换。 在交换单元内部，通过开关将在需要的时候直接将入线和出线连接起来进行信息交换. 如此构成的交换单元的内部就是一个由大量开关组成的阵列，这样的交换单元称为开关阵列。

开关阵列的开关一般位于入线与出线的交叉点上，它有两种状态：接通与断开。 开关阵列的开关分为两种：单向开关与双向开关. 第2章 交换网络 2.1 交换单元 开关阵列的开关一般位于入线与出线的交叉点上，它有两种状态：接通与断开。 开关阵列的开关分为两种：单向开关与双向开关. 单向开关主要用于有向交换单元，它只允许信息从入线传送到出线； 双向开关一般用于无向交换单元中，它允许信息双向传送。 图2.13 开关阵列中的开关及其两种状态

M×N的有向交换单元:在入线与出线上的每个交叉点都有一个开关，且开关为单向开关，那么它总共需要M×N个开关。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 M×N的有向交换单元:在入线与出线上的每个交叉点都有一个开关，且开关为单向开关，那么它总共需要M×N个开关。 一般把入线i与出线j交叉点的开关记为Kij。 图2.14 M×N有向交换单元的开关阵列实现 xx

N无向交换单元的开关阵列实现如图2.15（a）所示。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 N无向交换单元的开关阵列实现如图2.15（a）所示。 N无向交换单元没有入线与出线之分;无论是横向还是纵向的信息端，只要编号相同就是同一个信息端，该信息端可以双向传送信息。 使用的开关也是双向开关。 图2.15 （a）采用双向开关

N无向交换单元的开关阵列与现N×N有向交换单元的开关阵列相比较: 它们的功能基本相同; 区别主要是：对于N无向交换单元的开关阵列， 第2章 交换网络 2.1 交换单元 N无向交换单元的开关阵列与现N×N有向交换单元的开关阵列相比较: 它们的功能基本相同; 区别主要是：对于N无向交换单元的开关阵列， 1）若入线i与出线j相连，那么入线j与出线i一定相连； 2）编号相同的入线与出线之间没有连接关系。N无向交换单元的开关阵列，若采用双向开关实现时，共需要N(N-1)/2个开关(交叉点);

N无向交换单元的开关阵列若采用单向开关: 相同编号的入线和出线的复合构成了N无向交换单元的信息端。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 N无向交换单元的开关阵列若采用单向开关: 相同编号的入线和出线的复合构成了N无向交换单元的信息端。 与N×N有向交换单元的开关阵列结构相似，只是相同编号的入线和出线不需要连接，故没有开关。 采用单向开关实现时，共需要N（N-1）个开关; 图2.15 （b）采用单向开关

M×N无向交换单元的开关阵列与M×N有向交换单元的开关阵列的实现结构完全相同，所不同的只是其信息端是双向传送信息的并且所使用的开关为双向的。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 M×N无向交换单元的开关阵列 M×N无向交换单元的开关阵列与M×N有向交换单元的开关阵列的实现结构完全相同，所不同的只是其信息端是双向传送信息的并且所使用的开关为双向的。 图2.16 M×N无向交换单元的开关阵列实现

图2.17 M×N无向交换单元的另一种开关阵列实现 第2章 交换网络 2.1 交换单元 M×N无向交换单元的开关阵列的另一种实现: M×N无向交换单元的信息端是由一对单向传送信息的入线和出线复合而成; 有M+N条单向传送信息的入线和M+N条单向传送信息的出线，且其开关阵列的构成需采用单向开关; 假设L=M+N，可看作是L×L有向交换单元的一种部分连通情况。 图2.17 M×N无向交换单元的另一种开关阵列实现

图2.17 M×N无向交换单元的另一种开关阵列实现 第2章 交换网络 2.1 交换单元 M×N无向交换单元的开关阵列的另一种实现: M×N无向交换单元的信息端是由一对单向传送信息的入线和出线复合而成; 有M+N条单向传送信息的入线和M+N条单向传送信息的出线，且其开关阵列的构成需采用单向开关; 假设L=M+N，可看作是L×L有向交换单元的一种部分连通情况。 图2.17 M×N无向交换单元的另一种开关阵列实现

开关阵列的特点: 2.1 交换单元 容易实现同发与广播功能。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 开关阵列的特点: 容易实现同发与广播功能。 信息从入线到出线具有均匀的单位延迟时间。信息从任一入线到任一出线经过的开关数是相等的，开关阵列的控制简单。 开关阵列适合于构成较小规模的交换单元。 开关阵列的性能依赖于所使用的开关。

继电器:一般构成小型的交换单元，所构成的交换单元是无向的，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）。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 开关阵列的种类: 继电器:一般构成小型的交换单元，所构成的交换单元是无向的，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，只能单向传送信息，且衰耗和时延较大。动作比继电器快得多，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:简单的逻辑门构成，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。

注意: 2.1 交换单元 开关阵列的物理实现不一定是由一个一个的开关构成，它可以由多路选择器构成。 M个一选N N个M选一 第2章 交换网络 2.1 交换单元 注意: 开关阵列的物理实现不一定是由一个一个的开关构成，它可以由多路选择器构成。 图2.18 开关阵列的的多路选择器等效实现 N个M选一 M个一选N lgtx

空间接线器 基本结构: 2.1 交换单元 空间接线器主要由交叉点矩阵与一组控制存储器构成， 图2.19 空间接线器的输入控制方式 第2章 交换网络 2.1 交换单元 空间接线器 空间接线器主要由交叉点矩阵与一组控制存储器构成， 基本结构: 图2.19 空间接线器的输入控制方式 图2.20 空间接线器的输出控制方式

第2章 交换网络 2.1 交换单元 空间接线器 基本结构： 交叉点矩阵： 控制存储器：

每个交叉点有接通与断开两种状态，交叉点的状态由该输入复用线或输出复用线所对应的控制存储器来控制。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 空间接线器 基本结构： 交叉点矩阵： 可由高速门电路构成的数据选择器组成，能控制话音的通过或不通过；在图中将以开关来表示； 矩阵的大小决定于交换网络的容量，通常其出现数等于入线数； 每个交叉点有接通与断开两种状态，交叉点的状态由该输入复用线或输出复用线所对应的控制存储器来控制。

空间接线器 基本结构： 2.1 交换单元 交叉点矩阵： 控制存储器： 有多个，其数量等于入（出）线数； 第2章 交换网络 2.1 交换单元 空间接线器 基本结构： 交叉点矩阵： 控制存储器： 有多个，其数量等于入（出）线数； 每个控制存储器所含有的单元数等于入(出)线的复用时隙数，每个单元所含有的比特数决定于入(出)线数；

空间接线器 基本结构： 2.1 交换单元 交叉点矩阵： 控制存储器： 每条复用线上一帧有n个时隙:每个控制存储器就应该具有n个单元。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 空间接线器 基本结构： 交叉点矩阵： 控制存储器： 每条复用线上一帧有n个时隙:每个控制存储器就应该具有n个单元。 每个控制存储器单元的比特数为m，则m应该满足2m=N。 一个4×4的空间接线器:每条入线与出线复用了32个时隙，则需要4个控制存储器，且每个控制存储器有32个单元，每个单元的大小为2bit。

空间接线器 基本结构： 2.1 交换单元 交叉点矩阵： 控制存储器： 有多个，其数量等于入（出）线数； 第2章 交换网络 2.1 交换单元 空间接线器 基本结构： 交叉点矩阵： 控制存储器： 有多个，其数量等于入（出）线数； 每个控制存储器所含有的单元数等于入(出)线的复用时隙数，每个单元所含有的比特数决定于入(出)线数；

第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 空间接线器 控制方式： 输入控制： 输出控制： Xx,3.10

空间接线器 控制方式： 2.1 基本交换单元 输入控制： 设：入线1和入线2在时隙I实现交换 控制写入 顺序读出 1 2 3 4 1 2 3 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 空间接线器 控制方式： 设：入线1和入线2在时隙I实现交换 输入控制： 1 2 3 4 1 2 3 4 控制写入 顺序读出 tx i 2 控制存储器 1 2 3 4

空间接线器 控制方式： 2.1 基本交换单元 输入控制： 输出控制： 优点：可以实现多播 设：入线1和入线2在时隙I实现交换 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 空间接线器 控制方式： 设：入线1和入线2在时隙I实现交换 输入控制： 输出控制： 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 控制写入 顺序读出 1 i 控制存储器 优点：可以实现多播

注 空间接线器 空间交换不进行时隙变换 空间接线器按时分方式工作，因此也称为时分复用接线器 时分方式 2.1 基本交换单元 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 空间接线器 注 空间交换不进行时隙变换 空间接线器按时分方式工作，因此也称为时分复用接线器 时分方式 时间接线器是按照空分方式工作

入线2和出线5在TS6实现交换，问：分别采用输出控制和输入控制，控制存储器应如何填写？ 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 例题 入线2和出线5在TS6实现交换，问：分别采用输出控制和输入控制，控制存储器应如何填写？

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 相对于空间交换单元而言，时分交换单元的内部只存在一条唯一的通路:由输入复用线上的各个子信道分时共享，从入线上来的各个子信道的信息都必须通过这个唯一的通路才能完成交换。 按照时分交换单元内这个唯一的公共通路是存储器还是总线，将时分交换单元划分为两种类型： 共享存储器型交换单元 共享总线型交换单元 Tx,3.14

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享存储器型交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享存储器型交换单元 该交换单元具有N路输入信号与N路输出信号，作为交换单元核心部分的存储器被划分为N个区域，N路输入信号被放在存储器的N个区域中，然后不同区域的N路信号被读出，形成N路输出信号。 图2.21 共享存储器型交换单元的一般结构

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享存储器型交换单元 2.1 交换单元 两种工作方式：输入缓冲方式与输出缓冲方式。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享存储器型交换单元 两种工作方式：输入缓冲方式与输出缓冲方式。 输入缓冲方式:是指存储器中N个区域是与N路输入信号一一对应的;并在适当的时候输出到目的输出信道上去。 输出缓冲方式:是指存储器中N个区域是与N路输出信号一一对应的;从不同输入信道来的信息如果要交换到输出信道中，那么就把信息放在这个输出信道所对应的存储器的相应区域中，当输出时刻到来时输出信息。

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 有N条入线与N条出线，每条入线都经过各自的输入部件连接到总线上去，同时每条出线也都经过各自的输出部件连接到总线上去。 图2.22 共享总线型交换单元一般结构

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 输入部件的功能是接收入线信号，进行信号的格式变换，在相应时隙到来时将输入信号发送到总线上去. 具有缓冲存储器(容量至少应为Vτ比特)。(τ:获得一个时隙的间隔时间;V(比特/秒):输入端输入的信号速率) 图2.22 共享总线型交换单元一般结构

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 输出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，进行格式变换，在出线上输出(连续的比特流)。应设置缓冲存储器(容量至少应为Vτ比特)。(τ:获得一组信息量(常数)的时间间隔， V比特/秒:输出端输出的信号速率) 图2.22 共享总线型交换单元一般结构

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 2.1 交换单元 总线主要包括数据总线和控制总线; 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 总线主要包括数据总线和控制总线; 总线的宽度是指所包含的信号线数; 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， 图2.22 共享总线型交换单元一般结构

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 2.1 交换单元 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 kNV = B/T(入/出线控制电路的工作速率是有极限) 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， k为总线时隙分配规则因子: 1/k反映了总线的利用程度; k=1:当采用简单的固定分配时隙规则时; k<1:当采用复杂的按需分配时隙规则时; 图2.22 共享总线型交换单元一般结构

可以通过增加B、减少T以及减少k来增加交换单元的容量。 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 kNV = B/T 可以通过增加B、减少T以及减少k来增加交换单元的容量。 增加B:最直接的方法就是增加总线的宽度(数据线的数量),但这会使交换单元变得复杂。 减少T:最直接的方法就是使用快速的器件尤其是较高存储速率的存储器。

2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 2.1 交换单元 工作原理: 第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时分交换单元的一般构成 共享总线型交换单元 工作原理: 是把总线的工作时间划分为N个时间片（时隙），在每一个时隙内把总线分给相应入线所对应的输入部件，同时当一个输入部件获得总线上的输入时隙后，就把入线上的信息送到总线上去，与此同时，信息的目的出线相对应的输出部件将总线上的信息读入，然后从出线上输出信息。

第2章 交换网络 2.1 交换单元 2.1.3 时分交换单元 时间接线器 也称为T接线器(典型的共享存储器型)，输入\输出都是一条同步时分复用线（简称为入\出复用线）; 主要应用在数字电话交换系统中，用于完成一条同步时分复用线上的话音信息时隙交换。 时隙交换：是指入线上的各个时隙的内容要按照交换连接的需要，分别在出线上的不同时隙位置输出

第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 基本结构: 话音存储器（SM） 控制存储器（CM） 图2.23 时间接线器

时间接线器 基本结构： 2.1 交换单元 话音存储器： 第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 基本结构： 话音存储器： 暂存话音的数字编码信息，每个单元至少具有8个比特，存储单元数应等于输入复用线上的每帧的时隙数; 图2.23 时间接线器

时间接线器 基本结构： 2.1 交换单元 话音存储器： 控制存储器： 每个单元的比特数决定于话音存储器的单元数，其容量等于话音存储器的容量; 第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 基本结构： 话音存储器： 控制存储器： 每个单元的比特数决定于话音存储器的单元数，其容量等于话音存储器的容量; 图2.23 时间接线器

时间接线器 控制方式： 2.1 交换单元 输出控制： 输入控制： 话音存储器:单元编号i和时隙i相对应,单元内容是数 字化的语音信息(a); 第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 W R 话音存储器 控制存储器 i j a 控制方式： 输出控制： 输入控制： 话音存储器:单元编号i和时隙i相对应,单元内容是数 字化的语音信息(a); 控制存储器:单元编号j和时隙j相对应,单元内容是将 读出或写入的语音信息(a)在话音存储器相 对应的单元编号;

时间接线器 控制方式： 2.1 交换单元 实现时隙i和时隙j的交换 输出控制： 话音存储器的单元编号对应输入时隙; 第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 实现时隙i和时隙j的交换 控制方式： W R 话音存储器 a TSi a TSj 输出控制： a i 话音存储器 顺序写入、 控制读出 时钟 W R 控制存储器 i j 处理机控制 时钟 话音存储器的单元编号对应输入时隙; 控制存储器单元编号对应输出时隙;

时间接线器 控制方式： 2.1 交换单元 实现时隙i和时隙j的交换 输出控制： 输入控制： 话音存储器的单元编号对应输出时隙; 第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 实现时隙i和时隙j的交换 控制方式： R W 话音存储器 a TSi a TSj 输出控制： a j 输入控制： 时钟 W R 控制存储器 话音存储器 控制写入、顺序读出 j i Xx,3,17 处理机控制 时钟 话音存储器的单元编号对应输出时隙; 控制存储器单元编号对应输入时隙;

第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 控制方式： 输出控制： 控制存储器都是控制写入、顺序读出 输入控制：

第2章 交换网络 2.1 交换单元 时间接线器 注意 话音存储器需要在一个时隙内完成一次读操作与一次写操作，控制存储器也要在一个时隙内至少完成一次读操作.所以构成时间接线器的话音存储器与控制存储器的访问速度必须能满足在一个时隙内各完成一次读写操作。 经过时间接线器交换的信息存在着时延: 最好的情况是:第i个时隙-第i+1个时隙; 最坏的情况是:第i个时隙-第i-1个时隙

输入时隙为TS2和输出时隙TS5实现交换，问：分别采用输出控制和输入控制，话音存储器和控制存储器应如何填写？ 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 例题 输入时隙为TS2和输出时隙TS5实现交换，问：分别采用输出控制和输入控制，话音存储器和控制存储器应如何填写？

可简称为T/S单元，常做成超大规模集成的专用芯片；兼具时隙交换和空间交换的功能； 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 时/空结合交换单元 可简称为T/S单元，常做成超大规模集成的专用芯片；兼具时隙交换和空间交换的功能； 对于T/S单元来说，不论入（出）线的数量和每线时隙多少，其基本功能总是实现任一入线的任一时隙与任一出线的任一时隙之间的交换连接；

第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 时/空结合交换单元 时/空结合交换的专用芯片 容量 [32] [128] 31 7 1K 时隙数

时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 2.1 基本交换单元 DSE的容量 (16*32）*（16*32） 以S1240为例 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） DSE的容量 以S1240为例 (16*32）*（16*32） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数 字 交换单元 （DSE）

时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 2.1 基本交换单元 DSE的结构 16个双向端口 时分复用总线 以S1240为例 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 以S1240为例 DSE的结构 16个双向端口 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数 字 交换单元 （DSE） 时分复用总线

时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 2.1 基本交换单元 DSE的结构 16个双向端口： 接收部分和发送部分 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） DSE的结构 以S1240为例 16个双向端口： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数 字 交换单元 （DSE） 接收部分和发送部分

时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 2.1 基本交换单元 DSE的结构 16个双向端口 时分复用总线： 数据总线 端口总线 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 以S1240为例 DSE的结构 16个双向端口 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数 字 交换单元 （DSE） 时分复用总线： 数据总线 端口总线 话路总线 控制总线

时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 2.1 基本交换单元 DSE的工作原理 以S1240为例 交换单元 （DSE） 第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 时/空结合交换单元 时/空结合数字交换单元（DSE） 以S1240为例 DSE的工作原理 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数 字 交换单元 （DSE）

第2章 交换网络 2.1 基本交换单元 例题 将进入第5端口的第5时隙中的信息传送到 第8端口的第19时隙 Tx,lgtx DSE的工作原理

2.2.1 交换网络的基本概念 2.2 交换网络 交换网络是由交换单元按照一定的拓扑结构扩展而成的，这样构成的交换网络也称为互连网络。 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络是由交换单元按照一定的拓扑结构扩展而成的，这样构成的交换网络也称为互连网络。 交换网络从外部看，也是有一组输入端与一组输出端，分别称为交换网络的入线与出线;如果交换网络有M条入线与N条出线，把这个交换网络称为M×N的交换网络。 图2.28 交换网络的一般结构

2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 2.2 交换网络 单级交换网络与多级交换网络 单级交换网络: 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 单级交换网络与多级交换网络 单级交换网络: 需要交换的信息从交换网络入线到交换网络出线只经过一个交换单元，并且当同一级有多个交换单元构成时，不同交换单元的入线与出线之间可建立连接。 图2.29基于均匀洗牌交换单级交换网络

CLOS网络、banyan网络、TST网络、benes网络 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 单级交换网络与多级交换网络 K级交换网络: 一个多级互连网络的交换单元可以分为k级,条件: 1)所有输入端都只连接到第1级交换单元的入线； 2) 所有第k-1级交换单元的出线只连接到第k级交换单元的入线； 3)所有交换网络的输出端只连接到第k级交换单元的出线上。 CLOS网络、banyan网络、TST网络、benes网络

2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 2.2 交换网络 有阻塞交换网络与无阻塞交换网络 交换网络的阻塞: 图2.31 交换网络的阻塞 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 有阻塞交换网络与无阻塞交换网络 交换网络的阻塞: 图2.31 交换网络的阻塞

2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 2.2 交换网络 有阻塞交换网络与无阻塞交换网络 交换网络的阻塞: 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 有阻塞交换网络与无阻塞交换网络 交换网络的阻塞: 对同一公共资源的竞争一般有两种情况： 1)内部竞争:要交换的两路信息同抢交换单元内部的通路资源; 2)出线竞争:不同入端来的信息同时争抢交换网络同一个输出端口;

2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 存在内部阻塞的交换网络; 因内部竞争而发生的阻塞称为内部阻塞 2.2 交换网络 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 有阻塞交换网络与无阻塞交换网络 有阻塞交换网络: 存在内部阻塞的交换网络; 无阻塞交换网络: 不存在内部阻塞的交换网络; 1）严格无阻塞交换网络 2）广义无阻塞交换网络 3）再配置无阻塞交换网络 因内部竞争而发生的阻塞称为内部阻塞

2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 2.2 交换网络 单通路交换网络与多通路交换网络 单通路交换网络: 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 单通路交换网络与多通路交换网络 单通路交换网络: 任一条入线与出线之间只存在唯一的一条通路； 多通路交换网络: 任一条入线与出线之间存在着多条通路； 图2.32 多通路交换网络

2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 2.2 交换网络 时分交换网络与空分交换网络 时分交换网络: 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.1 交换网络的基本概念 交换网络分类 时分交换网络与空分交换网络 时分交换网络: 所有的输入与输出端口分时共享单一的通信通路，具有时隙交换功能； 空分交换网络:(CLOS网络与banyan网络) 可以在多对输入端口与输出端口间同时并行地传送信息，具有空间交换的功能； 在电话交换系统中广泛应用的是时空结合的交换网络:TST网络和DSN网络。

第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 研究构成交换网络的交叉点数目随入线、出线数目增长较慢的方法，一直是交换领域研究的重点课题:基本思想都是采用多个较小规模的交换单元按照某种连接方式连接起来从而构成多级交换网络。 图2.33 三级CLOS网络

第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络 一般说CLOS网络也指3级CLOS网络，更多级的CLOS网络可以由3级CLOS网络递归构造而成。 图2.33 三级CLOS网络

2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络 2.2 交换网络 入线N被划分为r组，每组有n条入线，即N = r×n。 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络 入线N被划分为r组，每组有n条入线，即N = r×n。 第一级共有r个n×m的交换单元，r组入线正好分别接入交换网络中第一级r个交换单元； 第二级有m个r×r的交换单元; 第三级交换单元是m×n规模的，共有r个; 图2.33 三级CLOS网络

CLOS网络的第K级交换单元的个数为nk，K级每个交换单元的输入线数和输出线数分别为ik、ok; 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络 CLOS网络的第K级交换单元的个数为nk，K级每个交换单元的输入线数和输出线数分别为ik、ok; 一个N×N的3级CLOS网络，有下列关系存在： n1= N/i1，o1= n2，i2= n1， o2= n3，i3= n2，n3= N/o3； 一个N×N的K级CLOS网络，有下列关系存在： n1= N/i1，ok= nk+1，ik= nk-1，nk= N/ok。

2.2.2 CLOS网络 2.2 交换网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 CLOS网络的第1级交换单元的入线数与第3级交换单元的出线数均为n，即i1= o3= n，第二级的交换单元的个数n2= m。 图2.34 CLOS网络的无阻塞条件

2.2.2 CLOS网络 2.2 交换网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 假如:要确立一条从a到b的信息交换通路，那么最不利的情况是： 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 假如:要确立一条从a到b的信息交换通路，那么最不利的情况是： 则：总共需要(n-1)+(n-1)= 2(n-1)个可供选择的第2级交换单元；为了确保链路无阻塞，完成a到b的信息交换，至少还应该存在一条空闲链路，即中间级交换单元要有（n-1）+（n-1）+1 = 2n-1个，得出3级CLOS交换网络严格无阻塞的条件是： m ≥ 2n-1 图2.34 CLOS网络的无阻塞条件

2.2.2 CLOS网络 2.2 交换网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 则：共需要(n-1)+(n-1)=2(n-1)个可供选择的第2级交换单元；为了确保链路无阻塞，完成a到b的信息交换，至少还应该存在一条空闲链路，即中间级交换单元要有（n-1）+（n-1）+1 = 2n-1个，得出3级CLOS交换网络严格无阻塞的条件是： m ≥ 2n-1 图2.34 CLOS网络的无阻塞条件

2.2.2 CLOS网络 2.2 交换网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 输入级的入线数n等于输出级的出线数n： 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络严格无阻塞条件 输入级的入线数n等于输出级的出线数n： 中间级交换单元数：m≧2n - 1 输入级的入线数n不等于输出级的出线数n： 中间级交换单元数：m≧n入+n出-1

2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络可重排无阻塞条件 2.2 交换网络 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 3级CLOS网络可重排无阻塞条件 设n2=m，i1=o3=n，Slepian-Duguid定理给出了对称3级CLOS网络可重排无阻塞的条件是： m≥n 图2.35 n2=i1=o3=2的3级可重排CLOS网络

2.2.2 CLOS网络 2.2 交换网络 对于3级CLOS交换网络，有两种方法可以减少内部竞争： 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.2 CLOS网络 对于3级CLOS交换网络，有两种方法可以减少内部竞争： 增加中间级交换单元的数量来增加内部通路数， 采用随机选路方法，在中间级交换单元内部设置缓冲，但这种方法要求在输出端口采用一定的机制来保证信息的顺序性。

第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.3 TST网络 TST网络结构 在大型程控交换机中,数字交换网络的容量要求较大,只靠T接线器或S接线器是不能实现的,必须将它们组合起来,才能达到要求;

2.2.3 TST网络 2.2 交换网络 TST网络结构 编号相同的入线与出线组成一条双向时分复用线。 图2.36 TST交换网络 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.3 TST网络 TST网络结构 图2.36 TST交换网络 编号相同的入线与出线组成一条双向时分复用线。

2.2.3 TST网络 2.2 多级交换网络结构 TST网络工作原理： T S 各级的分工如下: TA接线器负责输入复用线的时隙交换; 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.3 TST网络 TST网络工作原理： T S 各级的分工如下: TA接线器负责输入复用线的时隙交换; S接线器负责复用线之间的空间交换; TB接线器负责输出复用线的时隙交换

设入线1的时隙2和出线3的时隙31实现交换，空闲内部时隙7 第2章 交换网络 2.2 交换网络 设入线1的时隙2和出线3的时隙31实现交换，空闲内部时隙7 Tx,3-21 各接线器的工作方式为 TA接线器为顺序写入、控制输出 S接线器为输入控制 TB接线器为控制写入顺序读出

2.2.3 TST网络 2.2 多级交换网络结构 TST网络工作原理： 注意 双向通路的建立： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.3 TST网络 TST网络工作原理： 注意 双向通路的建立： 通话时话音信息要双向传送，在数字网络中应建立来去两条通路；必须选择两个时隙，使有一定的对应关系；

2.2.3 TST网络 2.2 多级交换网络结构 TST网络工作原理： 注意 双向通路的建立： 反相法： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.3 TST网络 TST网络工作原理： 注意 双向通路的建立： 反相法： 一个方向选用TSi，另一个则选用TS(i+n/2），n表示一条内部链路上的复用时隙数 奇偶法： 一个方向选用偶数时隙2j，另一个则总是选用奇数时隙2j+1，j=0，1，2…n-2/2;

2.2.3 TST网络 2.2 多级交换网络结构 TST网络工作原理： 注意 双向通路的建立： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.3 TST网络 TST网络工作原理： 注意 双向通路的建立： 构成TST网络的第1级T接线器与第3级T接线器一般采用不同的控制方式；

入线1上的TSi（A方）要与另一复用线n上TSj（B方）完成通话 第2章 交换网络 2.2 交换网络 入线1上的TSi（A方）要与另一复用线n上TSj（B方）完成通话 i j 1 n A发 B发 A收 B收 S T a 1 n b b a b TSj a TSi a TSj b TSi i a j b i j j i

2.2.4 DSN网络 2.2.5 banyan网络 2.2 交换网络 是具有多级结构的交换网络； 第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.4 DSN网络 2.2.5 banyan网络 是具有多级结构的交换网络； 如果任何一条入线到任何一条出线之间的通路都经过了L级，即只有相邻级之间才有链路相连，则我们称这种banyan网络为L级banyan网络。 在L级banyan网络中，如果构成网络的所有交换单元都相同，则为规则banyan网络，否则为不规则banyan网络。 如果规则banyan网络的每个交换单元的入线数与出线数相等，那么称此规则banyan网络为矩形banyan网络。

第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.5 banyan网络 如果规则banyan网络的每个交换单元的入线数与出线数相等，那么称此规则banyan网络为矩形banyan网络。 更多使用的是由2×2的交换单元构成的矩形banyan网络，它是多级、空分、单通路的交换网络，人们一般将其简称为banyan网络。

第2章 交换网络 2.2 交换网络 2.2.5 banyan网络 交叉连接单元 交叉连接单元是具有2条入线和2条出线的电子开关元件，它在不同的控制信号的作用下，工作在不同的状态，来实现2条入线和2条出线之间的不同互连。 图2.39 交叉连接单元的工作状态 常用：直连和交换

2.2.5 banyan网络 交叉连接单元 2.2 交换网络 交叉连接单元的两种状态连接 交叉连接单元的实现 8×8多级互联网络 第9章 ATM交换 2.2 交换网络 2.2.5 banyan网络 交叉连接单元 入 端 出 1 （a） 平行连接 （b） 交叉连接 交叉连接单元的两种状态连接 交叉连接单元的实现 信头判断 送出控制 缓冲存储 6 7 入 端 出 1 2 3 4 5 8×8多级互联网络 入 端 出 1 2 3 4×4多级互联网络

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 从图中可以看出，banyan网络的第1级交换单元与第2级交换单元采用蝶式连接，第2级交换单元与第3级交换单元为子洗牌连接。 图2.40 8×8的3级banyan网络

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 banyan网络结构具有以下特点： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 banyan网络结构具有以下特点： banyan是基于树型结构(2叉树结构)的。 每个输入端通过3级交换单元均可以到达任何输出端，这样就构成了以某一输入端为根节点，以所有输出端为叶子节点的树型结构。 banyan网络的级数k = lbN，每级有N/2个交换单元。

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 banyan网络结构具有以下特点： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 banyan网络结构具有以下特点： banyan网络的构成具有一定的规律。 扩展banyan一般的方法是： 设已有N×N的banyan网络，要构成2N×2N的banyan网络，则需要2组N×N的banyan网络，以及N个2×2的交换单元，并且使第1组N×N的N条出线分别与N个2×2交换单元的某一入线相连，使第2组N×N的N条出线分别与N个2×2交换单元的另一入线相连。

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 banyan网络结构具有以下特点： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 banyan网络结构具有以下特点： banyan网络具有唯一路径特性。 网络的任何一条入线与任何一条出线之间都有一条路径并且仅有一条路径，则称该网络具有唯一路径特性。 最小的banyan网络是4×4的banyan，则根据前述的构造方法可知banyan 网络具有唯一路径特性；

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 banyan网络结构具有以下特点： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 banyan网络结构具有以下特点： banyan网络具有自选路由的特性。 banyan网络的级数k = log2N，即若用2进制来表示输出线编号0~N-1，则所需的二进制位数与网络的级数相等，则每一位二进制可与网络的每一级相对应。

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 banyan网络结构具有以下特点： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 banyan网络结构具有以下特点： banyan网络具有自选路由的特性。 　方法： 　　　是给进入交换网络要进行交换的信息加上选路标签，该标签就是信息要交换到的目的输出线号的二进制值，每一级交换单元根据选路标签中的二进制值的相应位来选路，该位二进制的值为0则选0号出线，为1则选1号出线，网络的第1、2、……、k级分别与二进制值的由高到低位相对应。

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 banyan网络结构具有以下特点： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 banyan网络结构具有以下特点： banyan网络具有自选路由的特性。

若在任两个输入端口同时送入“011”和 “011”，则在输出端口上会产生冲突。 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 banyan网络结构具有以下特点： banyan网络具有内部阻塞和输出冲突。 　若在任两个输入端口同时送入“011”和　“011”，则在输出端口上会产生冲突。

图2.47 batcher排序器（路由标签大的信息往箭头方向送） 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 Batcher-Banyan网络： 为了满足banyan网络的无阻塞条件，在banyan网络前加入排序网络—batcher网络，构成Batcher-Banyan网络（B-B网络）。 Batcher网络是由被称为batcher排序器的2×2排序器构成。 图2.47 batcher排序器（路由标签大的信息往箭头方向送）

2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 2.2 多级交换网络结构 Batcher-Banyan网络： 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.5 banyan网络 banyan网络及其特性 图2.49 banyan网络出现内部竞争 Batcher-Banyan网络： 图2.48 Batcher-Banyan网络 Xx,3-24

(1)在每级，如果两个VCI标识符到达同一个交换单元，则较大号的按图中箭头指示的输出端输出。 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 Batcher-Banyan网络： (1)在每级，如果两个VCI标识符到达同一个交换单元，则较大号的按图中箭头指示的输出端输出。 (2)如果仅有一个标记到达，则必须按箭头指示反向的输出端输出。选择3个VCI(001、100和101)，将其在任意输入端以任意次序输入，如图所示，分类网络将其以降序排列在右侧上部的3个输出端。

2.2 多级交换网络结构 多通路banyan网络： 增长型banyan网络 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 多通路banyan网络： 增长型banyan网络 　　在常规banyan网络前面加上分配级交换单元，使得信息要交换到目的端口有了更多的通路选择，使单通路网络成为多通路网络，减少了内部阻塞情况的发生。每增加一级分配级，则每个输入端口与每个输出端口之间的通路数就增加了一倍。 图2.50 增长型banyan多通路交换网络

banyan网络的每个输出地址只对应1条链路（输出线路）； 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 多通路banyan网络： 扩展型banyan网络 　　banyan网络的每个输出地址只对应1条链路（输出线路）； 　　扩充了banyan网络各交换单元中每个输出地址对应的链路数目，使每个输出地址有d条链路，也就是可以任意选择d条链路中的一条。 图2.51 d=2的扩展型banyan网络

2.2 多级交换网络结构 多通路banyan网络： 膨胀型banyan网络 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 多通路banyan网络： 图2.52 一个8×8的膨胀型banyan网络 膨胀型banyan网络 　　是d在各级可以变化的扩展型banyan。图2.52是一个8×8的膨胀型banyan网络，它的第1级交换单元的d=2，第2级交换单元的d=3，第3级交换单元的d=4。

是将若干个相同的banyan网络并接在一起，形成多平面的网络结构。 第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 多通路banyan网络： 图2.53 多平面banyan网络（平面数=r） 多平面banyan网络 　　是将若干个相同的banyan网络并接在一起，形成多平面的网络结构。 　　每个输入端的信息，可以随机地选择某个平面，也可以按负荷均分原则分配到各个平面，还可以广播到所有的平面。一个交换平面出错后，并不会影响到整个交换网络的连接

第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.6 benes网络 benes网络实际上相当于两个banyan类网络背对背相连接，然后将中间两级合并为1级。由于每个banyan类网络有log2N级，因此benes网络共有2log2N-1级。 图2.54 benes网络

第2章 交换网络 2.2 多级交换网络结构 2.2.6 benes网络 　一个N×N的benes网络的构成方法：中间为两个N/2×N/2的子网络，两侧各有N/2个2×2的交换单元，这些交换单元都分别以1条链路连接到中间每个子网络，输入侧与子网络之间、子网络与输出侧之间的连接关系分别为反转混洗和混洗；然后将中间子网络按上述方法继续分解，直到中间子网络就是2×2的交换单元为止。 图2.55 benes网络的构成方法

小结 交换单元的外部特性描述的描述指标 三种典型的交换单元的结构、特性及工作原理 无阻塞网络的概念，构成无阻塞网络的方法 第2章 交换网络 描述交换单元连接特性的方法 交换单元的外部特性描述的描述指标 三种典型的交换单元的结构、特性及工作原理 无阻塞网络的概念，构成无阻塞网络的方法 TST、CLOS、BANYAN网络的结构及特性