交换原理课程设计dsn网络设计大学论文.docx

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交换原理课程设计dsn网络设计大学论文

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2010年春季学期

交换原理课程设计

题目:

DSN网络设计

专业班级:

07级通信工程（3）班

姓名:

陈晓莉

学号:

07250312

指导教师:

薛建彬

成绩：

中文摘要

数字交换机的话路系统有数字交换网络和各种终端设备组成。

它的主要作用是提供各个终端设备之间的连接通路和实现交换机与外部环境的相互配合。

数字交换机采用程控时分交换技术，传输和交换的是PCM化的数字信息。

数字交换网络是数字交换的核心，交换机的容量主要取决于交换网络的大小和处理机系统的呼叫处理能力。

数字交换网络处于系统结构的中心，它为各种终端模块提供接续通路，也为终端处理单元和辅助处理单元中的微处理机之间传递控制信息提供通路。

本课程设计掌握DSE的工作原理和DSN的组网规则，熟练运用基本设计方法进行系统设计，实现5万用户（话务量：

0.02爱尔兰/用户）的电信级DSN网络图纸设计。

关键字：

DSN;DSE;话务量

前言-1-

第1章设计任务及要求-2-

1.1目的及意义-2-

1.2设计任务及主要技术指标和要求-2-

1.3内容和要求-2-

第2章数字交换单元（DSE）-3-

2.1DSE的结构-3-

2.2交换机内帧格式、信道字和选择命令-5-

2.3DSE的工作原理-7-

第3章数字交换网络（DSN）-9-

3.1DSN的结构-9-

3.2DSN的工作原理-11-

第4章DSN网络设计-13-

4.1总体硬件系统-13-

4.2数字交换机的接口-15-

4.3DSN的扩充-17-

参考文献-19-

总结-20-

前言

人类的社会活动离不开信息交流。

信息交流的手段及工具总是在不断地发展，特别是电报、电话和无线电发明以后，电通信这种信息交流的手段就以一日千里之势向前发展。

电信通信就是利用电信系统来进行信息传递的过程。

电信系统则是各种协调工作的电信装备集合的整体。

最简单的电信系统是在两个用户之间建立的专线系统，而较复杂的系统则是由多级交换的电信网提供信道，完成一次呼叫所需要的全部设施构成的系统。

如果说传输系统是电信网络的神经系统，那么交换系统就是各个神经的中枢，它是电信网中终端之间进行信息传递的桥梁。

其基本功能是根据地址信息进行网内链路的连接，以使电信网中的所有终端能建立信号通路，实现任意通信双方的信号转换。

根据根据终端之间通信信息种类的不同，交换系统主要分为电路交换、报文交换和分组交换系统。

对不同的电信业务，交换系统的的性能要求不同，例如对电话业务网，交换系统的要求是话音信号的传输时延应尽量小，因此目前电话业务网的交换系统主要采用直接接续通话电路的电路交换设备。

电路交换系统目前使用的设备主要是程控数字交换机。

与传统的交换机相比，程控数字交换机由于采用了存储程序控制（SPC）技术，不仅大大增强了呼叫处理的能力，增添了许多方便用户的业务，而且显著地提高了网络运行、管理和维护（OAM）的自动化程度。

百余年来，科学家们和工程技术人员围绕着如何更好地、迅速地、准确地、可靠地完成这一基本功能做出了不懈的努力，不断地从组成方式上，控制机构上进行了许多改进和革新。

第1章设计任务及要求

1.1目的及意义

现代交换技术是通信网络中的关键技术，它决定了网络的性能以及向用户提供何种。

对于用户来说，在减低成本的前提下，保证网络的高可靠性、高性能、易维护、易扩展，与采用何种组网技术密切相关；对于设备厂商来说，在保证用户网络功能实现的基础上，如何能够取得更为可观的利润，采用组网技术的优劣，成为提高利润的一个手段。

本次设计要求学生在掌握交换原理的基础上，完成数字交换网络硬件图纸设计，以期达到培养学生综合应用基础知识和提高动手设计的能力和实际操作水平，为今后的工作积累经验。

1.2设计任务及主要技术指标和要求

1．设计任务：

掌握DSE的工作原理和DSN的组网规则，熟练运用基本设计方法进行系统设计，实现DSN网络硬件设计。

2．工作要求：

（1）分析DSE的工作原理；

（2）研究DSN的组网规则；

（3）实现5万用户（话务量：

0.02爱尔兰/用户）的电信级DSN网络图纸设计；

（4）提交设计图纸、设计说明。

1.3内容和要求

1、查阅文献资料，一般在5篇以上；

2、分析任务书题目要求，严格按照任务书的要求，完成训练任务；

3、完成课设报告书，不少于8000字。

内容包括：

中文摘要150字；关键词3—5个；正文内容应包括：

前言、基本原理、训练内容、训练步骤及主要内容的记录、训练结果以及对训练成果作出评价，说明本训练的特点和存在的问题，提出改进意见、心得体会、参考文献、致谢等；

4、认真、详细填写综合训练任务书中的各项内容。

第2章数字交换单元（DSE）

DSE是组成数字交换网络（DSN）的基本单元。

2.1DSE的结构

DSE的结构如图2-1所示。

图2-1DSE的结构

（1）每个DSE由8个双交换端口构成，共有16个交换端口。

每一交换端口是双向端口。

分为发送侧（TX）和接收侧（RX）两部分。

每一交换端口接一条32路双向PCM链路，输入/输出串行码率为4096Kb/s，每帧32路，称为32个信道，每路16b。

（2）16个交换端口之间用39条并行复用总线连接，包括:

数据总线16线；

端口地址总线4线；

信道地址总线5线；

控制总线5线；

证实线1线；

返回信道总线5线；

时钟线3线。

（3）端口的接收侧（RX）包括有（如图2-2所示）：

端口8

端口0数据

端口

PCM入输入

···

同步

端口15

接收端

发送端

端口

RAM

信道

接收端RAM

数据

RAM

缓冲器

数据

RAM

PCM出

···

发送

控制

端口

比较器

发送端

端口7

···

TDM总线

图2-2端口结构简图

输入同步电路：

由于输入PCM链路的速率虽然相同，但其相位可能有差异，即其帧和位可能不同步，本电路就是为使帧和位同步。

端口RAM：

它有32个存储单元，每个单元对应1条信道，其存入内容是该信道应接续的发送端口的号码。

信道RAM：

它有32个存储单元，分别对应于32个信道，存入的内容是该信道应接续的发送话路号码。

（4）端口的发送侧（TX）包括有（如图2-2所示）：

数据RAM：

交换用的话音存储器，它有32个存储单元，分别对应32个信道（时隙）它采用控制写入，顺序读出的方式。

端口比较器：

将时分复用总线上的端口号码与本端口号码相比较，如果相同，就说明数据总线上的数据是送至本端口的。

发送控制：

用来协调发送侧的内部操作，如对RAM的读写，空闲话路选择等。

DSE的16个交换端口中，任一端口接收侧32个信道中的任一信道可通过时分复用总线连接到16个交换端口中任一端口发送侧32个信道中的任一信道。

所以，这实际上是一个512*512的无向分配型交换单元。

2.2交换机内帧格式、信道字和选择命令

（1）帧格式。

交换机内的PCM链路每帧有32个信道，每信道有16比特。

32个信道中，信道0用于维护（如维护命令、响应及告警等）,信道1～15和17～31用来传送话音或数据，也可用于处理机之间进行通信，信道16则稍有不同。

对话路1～15、17～31而言，16比特中的最高2位（F和E位）有四种不同的编码格式，分别对应四种命令格式。

（2）信道字格式。

PCM链路中，每帧有32个时隙，每个时隙中中有16比特，也就是说每个信道有16位信息，这16位信息称为信道字。

DSE就是根据所收到的信道字来完成其任务。

信道字格式如表1所示。

S～1240中的PCM帧结构为每时隙16位，串行码速率为4.096Mb/s，TS1～TS15、TS17～TS31用于传送话路选择命令、话音/数据或处理机间通信；TS0用于传出同步码和维护信息，有一组特殊格式的命令；TS16作为接续失败报告故障时，向发送端微机发送不证实信号（NACK）。

对于TS1～TS15、TS17～TS31，信道字（表1）中的16位编号为0123456789ABCDEF，最高两位（E和F）是规程位（Protocabits），它标志这个信道字是什么字，应该如何处理。

它有四种不同格式：

1置闲（IDLE）FE=00

在信道空闲时传送。

对于已被占用的信道，若置闲时，需连续两次传送置闲信号。

当连续两次收到置闲信道字后，就将该信道置闲成空闲状态。

置闲信道字的0-D的低14位可以为任意值，无任何意义。

表2-1信道字格式码

置闲

选择：

任意端口，任意信道

选择：

高号端口，任意信道

选择：

低号端口，任意信道

选择：

端口P，任意信道

选择：

端口P，信道Q

选择：

端口P或P+4，任意信道

维护选择：

端口P，信道Q（例测）

换码

话音或数据：

话音

数据

高号端口：

端口12-15低号端口:

端口8-11

2选择（SELECT）FE=01

当FE=01时，信道字为选择命令。

选择命令的信道字0-4为信道号码，5-8为功能码，在这里表示的是选择命令的类型，9-D为端口号吗。

空闲的接收信道接收到选择命令时，就根据选择命令的具体内容，在DSE内选择发送端口和信道，并通过时分复用总线把接收信道与所选择的发送端口中的发送信道接通。

选择命令的格式如表1所示。

③话音或数据（SPATA）FE=11

在FE=11时，表示本信道字中的内容是话音或数据信息。

当传送的信息是话音信息时，则C-5的8位是经过编码的话音信息，D位可为任意值，4-1位全为0，第0位为奇偶校验（PR）。

如果传送的信息是数据，则低14位均为需要传送的数据信息。

④换码（ESCAPE）FE=10

换码是处理机之间互相传送的控制信息。

将数据从一个处理机传送至另一个处理机。

此时D=0，各控制单元处理机间的通信是通过DSN的。

当D=1时，为查询格式，FE=10，用来询问某级各个端口中某个话路的状态。

信道16主要用于传输以下信息：

当选择和建立信道时，若所选信道成功，会沿一条证实线回送一个证实信号（ACK）；若选择失败，就会回送一个“不证实”信号（NACK）。

NACK信息是通过信道16向与之相连的前一级端口回送的，并逐级反向回送给发送信道字的TCE。

信道16的信道字也有与话音/数据信道字相同的格式，但含义不同。

第D位表示本信道字是否包含NACK信息：

为0时无NACK信息；为1时有NACK信息，最低五位就是发送NACK信息的信道号码。

（3）选择命令。

从一个控制单元CE（TCE或ACE）到另一个CE的通路建立是由选择命令来控制的，每一条命令可完成一级DSE接续。

选择命令有两大类型：

自由选择：

选择某一级、某一DSE的任意输出端口，任意路由。

指定选择：

选择指定端口上的任意空闲路由。

2.3DSE的工作原理

当选择和建立通路时，若所选信道成功，会沿一条证实线回送一个“证实”信号（ACK），若选择遭到失败，就会回送一个“不证实”信号（NACK）。

NACK信息是通过PCM链中的第16信道向与之相连的前一级端口回送的，并逐级反向回送给发送信道字的部件。

在DSE中，任一接收端口RX的一个信道CH，通过时分复用总线连接到任一发送端口TX的任意一个信道CH，就形成了DSE内部的一条通路。

这是由RX的控制逻辑电路根据外部送来的选择信道字，进行通路选择而建立的。

DSE具有建立、保持、拆除其内部通路的功能，并通过已建立的通路进行信息交换。

对选择信道字来说，可以选择指定发送端口上的任一空闲路由，这称为制定选择；也可以选择任意空闲发送端口任意空闲路由，这称为自由选择。

下面举例说明在DSE中进行信息交换的过程，如图2-3所示。

假如进入第3端口的信道10内的信息，要交换到第9端口的信道20上去。

则：

①当RX3CH10处于空闲状态时（FE=00），在第10时隙收到外部送来的选择信道字，（FE=01），设该信道字为制定选择TX9CH20。

②将选择信道字中的所选端口号9送到端口总线P上，所选信道号20送到信道总线C上。

此时，各发送端口就用各自的端口号比较器，把自己的端口号与端口总线P上的端口号进行比较，结果TX9与端口总线P上的端口9相符，TX9就接收信道总线C上的信道号码“20”。

③选择完毕后，RX3将所选的发送端口9写入端口RAM的第10单元中，将所选的发送信道号20写入话路RAM的第10单元中，CH10的状态由空闲改为占用，以便以后每帧的第10时隙传递信息。

此时DSE内部通路建立。

④当RX3CH10在TS10输入“话音/数据”信道字S时，RX3控制在端口RAM的第10单元中读出端口号9，在话路RAM的第10单元中读出信道号20。

⑤将读出的端口号9送到端口总线P上，信道号20送到信道总线C上，同时，将CH10的16位串行输入信息，经同步电路将话音/数据信息S置于数据总线D。

再经过端口比较，由端口9接收时分复用总线上的信道号“20”和信息S。

⑥将信息S写入数据RAM第20单元（控制写入），TX9回送一证实信号（ACK），经证实线送给RX3。

然后，TX9在TS20时，从数据RAM第20单元读出信息S（顺序读出）。

这样，在TS10从RX3CH10输入的信息就在TS20由TX9CH20输出，从而完成了所需的信息交换。

图2-3DES内的通路

第3章数字交换网络（DSN）

DSN网络是由多个总线型交换单元——DSE按照一定的连接方式连接而成的。

3.1DSN的结构

DSN采用单侧折叠式网络结构，这种网络结构的所有出、入线处于同一侧，并使任何一个网络终端具有唯一的地址。

通路选择时根据出、入线端子的地址号进行比较，来决定连接路由的反射点，而且反射点可处于DSN的任一级，即接续路由不一定要经过DSN中的所有各级。

DSN扩充方便，可平滑地进行扩充。

在交换网络需要扩充使，对原网络的结构不需改动。

1．DSN的组成

DSN是多级交换网络，它由入口级和选组级两大部分组成，如图3-1所示。

图3-1DSN网络结构

入口级是DSN的第1级，它由很多成对的入口接线器组成，每个入口接线器就是一个DSE，可接16条PCM链路，其中编号0~7和12~15的端口可接各种外围接口，即终端模块。

编号8~11的端口可接选组级。

选组级最多可有4个平面，入口级DSE的4条编号为8~11端口的PCM链路，就是分别接在这4个平面上。

选组级配置的平面数取决于DSN所连中端的话务量，每个平面的结构是相同的，由1~3级组成（它们分别称为DSN的2、3、4级）。

级数的多少由终端模块数的多少来决定。

DSN的第2级和第3级各有16组，每组各有8个DSE，它们都是以编号0~7的端口接前一级PCM链路，8~15端口接后一级PCM链路。

第4级只有8个组，每组有8个DSE，其16个端口都在左侧，与第3级相连，这就构成了单侧折叠式的结构。

（1）DSN的连线规则

DSN的连线规则指构成DSN的DSE的级间连接方式。

1）第1级（入口级）——第2级

端口号-8——平面号

DSE号或DSE+4——端口号

2）第2级第3级

组号——组号

DSE号——入端口号

出端口号-8——DSE号

即在同一组号内连接，DSE的连线相互交叉。

3）第3级第4级

组号——出端口号

DSE号——DSE号

出端口号-8——组号

即在不同组号之间的连线进行交叉连接。

（2）网络地址

接在DSN中入口级上的每一个终端模块都有唯一的地址码，地址码用ABCD四个数来表示。

①A为终端模块接在第1级DSE入端口上的号码，共有12种，占4比特。

②B为第1级接在第2级DSE入端口上的号码，由于第1级DSE是成对出现

的，两个成对的DSE在第2级DSE入端口的位置相连4，故第2级DSE的入端口虽有8个，而其编址只需要四种情况，只占4比特。

③C为第3级编址，代表第2级接在第3级DSE的入端口号，有8个入端口，需占3比特。

④D为第3级接在第4级DSE的入端口号，占4比特。

结合DSN的连线规律可知，地址码ABCD的含义同时还有：

①D为第2级和第3级的组号。

②C为第2级的DSE号。

③B为第1级的DSE号。

④A为终端模块的编号。

3.2DSN的工作原理

当两个终端模块通过DSN建立连接时，应从主叫所在的终端模块经过DSN中各级DSE到反射点，再从反射点返回到被叫所在的终端模块。

每经过一个DSE，都要建立DSE内部的一条通路，从主叫到反射点经过的DSE，其内部通路为任选一个出端口形成，而从反射点到被叫经过的DSE，其内部通路为指定选择出端口。

级间连接由连线规律和玩过地址决定。

反射点是通过地址比较决定的，即将一个终端模块的网络地址ABCD与地方地址A′B′C′D′进行比较，从比较的结果来决定反射点在DSN的第几级。

地址比较的结果可有以下几种：

1D≠D′。

因为D为第2级和第3级的组号，所以两个终端模块在DSN中建立的

通路必定不在同一组，不同组之间的交换必须通过第4级，反射点在第4级。

②D=D′，C≠C′。

同理，这时两个终端模块在DSN中建立的通路必定位于2、

3级的同一组，同组之间的交换不需要通过第4级，反射点在第3级。

③D=D′，C=C′，B≠B′。

因为C为第2级的DSE号，所以，这时两个终端模块在DSN中建立的通路必定通过第2级的同一个DSE，反射点在第2级。

④D=D′，C=C′，B=B′，A≠A′。

因为B为第1级的DSE号，所以这时通路只经过第1级，反射点在第1级。

另外，由被叫所在的终端模块到主叫所在的终端模块的反射通路的建立方法与正向通路的建立完全相同。

例如，要求在DSN中建立双向通路。

主叫地址A1B1C1D1为5231，被叫地址A2B2C2D2为103c。

由于主叫和被叫的D≠D′，要在两者间建立双向通路，反射点在第4。

如图3-2所示。

图3-2DSN中建立双向通路示例

第4章DSN网络设计

4.1总体硬件系统

数字交换机的总体结构如图4-1所示。

图4-1数字交换机总体结构图

1、话路系统

话路系统一般由用户级、选组级（数字交换网络）、中继线的终端接口，信号部件等组成。

（1）用户级

用户级由用户电路和用户集线器组成。

用户电路是用户线与交换机的接口电路。

若用户线的终端是模拟话机，则用户线就称为模拟用户线，其用户电路即是模拟用户电路，应有A/D和D/A的变换功能。

若用户线的终端是数字话机，则用户线就称为数字用户线，其用户电路即是数字用户电路，它不需经过A/D、D/A变换，但需有码型变换，速率转换等功能。

用户集线器具有话务集中地功能。

由于每个用户忙时双向话务量约为0.12~0.20爱尔兰（Erl：

Erlang），相当于忙时约有12%~20%的时间在占用。

如果每个用户电路直接与数字交换网络相连，将使数字交换网络的每条通路的利用率降低，使交换网络上的端子数增加很多，采用用户集线器后，就可以将用户线集中后接出较少的链路送往数字交换网络，这样不仅提高了链路的利用率，而且使接线端子数减少。

用户集线器多采用时分接线器，但其出端信道数小于入端信道数。

入端信道数和出端信道数之比称集线比，在我国很多地区采用的集线比多为4:

1，即480个用户公用120个信道。

（2）远端用户级

远端用户级是指装在距离话局较远的用户分布点上的话路设备。

它的基本功能与模拟用户级相似，只是供电电压增加了一些。

它是将若干个用户集中后以数字中继线联结至母局。

远端用户级也可称为远端模块。

（3）选组级

选组级一般称为数字交换网络它是话路系统的核心设备，交换机的交换功能主要是通过它来实现的。

在数字交换机中交换的数字信号通过时隙交换的形式进行，所以数字交换网络必须具有时隙交换的功能。

完成这一功能的设备是时间接线器（T接线器）。

由于T接线器的容量不可能很大，因此还需要具有空间交换功能的设备，完成这一功能的设备就是空间型时分接线器（S接线器）。

所以，一个大、中型的数字交换机则往往使用这两种接线器的组合。

有的采用T-T，T-T-T，T-S-T，T-S-S-T，T-S-S-S-T等型式，有的则采用TS混合在一起的型式。

（4）数字终端

数字终端也就是数字中继接口，它是数字交换机与数字中继线之间的接口电路。

它能适应PCM30/32路，又能适应PCM24路。

既能适应一次群，又能适应高次群。

它具有码型变换、时钟提取、帧同步、信令提取等功能。

基群接口通常使用双绞线或同轴电缆传输信号，而高次群接口则逐步采用光缆传输方式。

（5）模拟终端

模拟终端是数字交换机与模拟中继线之间的接口电路，所以也称为模拟中继接口。

模拟中继线是传送音频信号的实线中继线，或传送频分复用的模拟载波信号的中继线。

对于传送音频信号的模拟中继线，在模拟终端要进行A/D、D/A变换。

对于传送频分复用载波信号的模拟中继线，要进行FDM-TDM转换，直接变换成PCM数字编码。

（6）信号部件

①信号音发生器：

是将拨号音、忙音等音频信号进行抽样和编码后存放在只读存储器中，在计数器的控制下发出的数字化信号音的编码，经数字交换网络而发送到所需的话路上去。

②多频接收器和发送器：

是专门用来接收和发送多频（MF）信号，它包括按钮话机的双音多频

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