《数字交换与交换机》课件

数字交换与交换机数字交换技术是现代通信网络中的核心技术之一它通过将模拟信号转换为数字信号并进行处理和交换,实现高效、可靠的数据传输交换机作为数字交换系统的关键设备,担负着整个网络通信的枢纽功能数字交换技术概述数字化转换灵活性提升数字交换技术将模拟语音信号转数字交换技术可以提供更多功能换为数字信号进行处理和传输和更灵活的服务可靠性增强成本效益数字交换系统具有更高的抗干扰数字交换设备的成本越来越低,能力和更强的抗故障性且具有更高的性能数字交换机的工作原理信号采集1数字交换机首先采集输入的模拟信号,并将其转换为数字信号时分复用2数字信号被切分成多个时间片,实现对多路信号的同时传输空间交换3交换机根据呼叫信息,把每个时间片切换到对应的输出端口信号输出4输出端口接收到交换后的数字信号,并将其转换回模拟信号数字交换机的工作原理是将输入的模拟信号数字化,利用时分复用技术对多路信号进行同时传输,并通过空间交换将每路信号切换到对应的输出端口最后交换机将数字信号转换回模拟信号,完成整个交换过程数字交换系统的体系结构基本元素功能模块信令机制数字交换系统由交换机、信令系统、数据网交换系统包含控制模块、交换模块、语音编系统采用专用信令网络来处理呼叫建立、维络和管理系统等基本元素组成，用于实现高解码模块和信令处理模块等功能模块，协同护和拆除等信令流程，确保数据交换的及时效的数据交换和传输工作实现可靠的数据交换性和准确性空间交换网络网络切换空间交换网络通过物理连接在不同端口之间切换信号传输路径交叉连接信号在不同端口之间进行物理交叉连接以实现高效切换网络拓扑空间交换网络通常采用星型或菊花链等拓扑结构以提高灵活性时分交换网络时间分割信号同步结构优势动态调度时分交换通过将时间信号分割时分交换网络需要精确的时间时分交换能够充分利用带宽资交换机可以根据实际需求动态为多个时间段来实现多个通道同步,确保每个用户只在分配源,实现多路复用,同时具有较分配时间槽,提高整体网络的的共享传输每个用户获得固的时间槽内传输数据,避免时高的安全性和可靠性利用率和效率定的时间槽来进行通信间冲突数字交换系统的功能模块交换模块信令模块负责实现呼叫的连接和切换,是数字交换系统的核心功能处理呼叫接入、呼叫控制和呼叫释放等信令协议,确保交换过程顺畅语音编码模块管理模块对语音信号进行数字编码和压缩,以提高传输效率和减少带宽占用负责系统的配置、监控和故障诊断,确保交换系统的可靠运行呼叫处理流程呼入请求用户通过电话、网络等方式发起呼叫请求路由寻址交换机根据呼叫信息查找目标用户地址并建立连接路径资源分配交换机动态分配所需的网络通道、处理器等资源信号传输建立连接通道后,双方用户开始语音通话或数据交换呼叫结束通话结束后,交换机释放占用的系统资源时分复用技术原理概述执行过程优势与应用技术发展时分复用技术通过将时间划分在发送端,将数据流划分成时时分复用技术可以显著提高信随着通信技术进步,时分复用为多个时间片,使多个信号在间片并分别调度到不同的时间道利用率,广泛应用于数字语技术也不断演化,为现代数字同一信道中传输,提高了信道槽;在接收端,则按顺序接收并音、视频等领域的信号传输交换系统提供有力支撑利用率还原数据流交换机内部总线交换机内部总线是连接各功能模块的高速传输通道它负责高速传输数据包和控制信号,确保交换机内部各功能单元之间的高效协作总线的宽度、时钟频率和拓扑结构是影响交换机性能的关键因素高性能交换机通常采用总线与网格相结合的混合架构,以实现高带宽、低时延的内部数据传输总线结构简单高效,网格结构则能提升扩展性和可靠性虚电路交换和分组交换虚电路交换分组交换对比在虚电路交换中,交换机在通信过程中分组交换将数据流拆分成多个小数据包虚电路交换适用于实时服务,如语音和为每个数据流分配一条专用的虚拟通信,独立路由和传输虽然无法保证质量视频分组交换适用于数据业务,如互通路,称为虚电路这种方式保证了通和顺序,但分组交换更灵活、效率更高联网应用两种技术各有优势,广泛应信质量和数据顺序性用于现代通信网络电路交换与分组交换的比较特点电路交换分组交换传输方式建立专用通信线路数据打包成分组传输传输效率传输效率较低传输效率较高资源利用率资源利用率较低资源利用率较高延迟延迟较低延迟较高应用场景实时通信、电话数据传输、互联网现代交换技术的发展趋势软交换技术和技术12SDN NFV软交换技术将交换功能从专用Software-Defined硬件分离,采用通用服务器和软Networking和Network件实现,提高了灵活性和可编程Functions Virtualization技性术使网络功能更加灵活和可编程全化网络技术3IP45G网络全面向IP化发展,基于IP协5G网络带来更高带宽、更低时议的交换成为主流,融合语音、延和海量连接的优势,为交换技视频和数据传输术提供新的发展机遇语音编码技术数字化编码压缩将模拟语音信号转换为数字形式以便利用语音信号的特性进行编码压缩,减存储和传输小数字语音的码率分析合成语音识别通过分析语音信号特征,采用合成方法将语音信号转换为文字,实现人机交互重建语音,实现高效编码和语音控制功能语音数字化模拟信号采样编码算法优化将连续的模拟语音信号转换为离散的数字信号,使其可以被数字设备处理采用不同的编码算法,如PCM、ADPCM等,进一步提高数字语音信号的编和传输码效率123量化和编码将采样后的数字信号量化为一系列有限的离散电平,并用二进制编码表示数字信号处理技术数字信号处理算法专用集成电路音频处理应用数字信号处理技术采用专门设计的算法,如针对数字信号处理的特殊需求,设计了专用数字信号处理技术广泛应用于音频信号的采傅里叶变换、滤波、编码等,来实现对数字的集成电路芯片,如数字信号处理器DSP及集、编码、传输和解码等,为高质量的数字信号的高效处理和分析ASIC芯片,实现高性能和低功耗的数字信号音频体验奠定基础处理交换系统信令技术信令网络信令协议信令网络通过独立的信令通道传常见的信令协议包括SS

7、ISDN输控制信息,确保了语音通道的独等,定义了信令消息格式和交互流立性和实时性程信令功能信令交换信令技术支持呼叫建立、维护、信令交换器负责信令消息的路由释放,以及用户身份认证、计费等和分发,协调各节点间的信令交互功能软交换技术软交换架构软交换设备软交换系统功能软交换架构将交换功能分离为控制面和传输软交换设备包括媒体网关、信令网关和呼叫软交换系统提供呼叫控制、资源管理、业务面,利用标准的计算机和通信技术实现更加代理服务器等,它们协同工作实现电路交换计费等功能,支持语音、视频和数据等多种灵活和可扩展的交换系统和分组交换的融合业务,具有高度灵活性下一代网络交换技术云计算软件定义网络下一代网络交换技术利用云计算提供通过分离控制平面和数据平面实现网按需计算、存储和网络资源，提高交络功能的软件化和虚拟化，提高网络换机灵活性和扩展性的可编程性物联网技术技术5G利用大规模的物联网设备产生的海量5G的高带宽、低时延和大连接能力为数据，支持更智能的交换机决策和网下一代交换技术提供基础网络支撑络优化交换系统的扩展性交换系统的扩展性是指系统在硬件和软件方面具有良好的可扩展性和升级性这意味着交换系统可以根据需求动态扩大或缩小网络覆盖范围、增加或减少用户数量、提升处理能力和吞吐量良好的扩展性让交换系统能够随时根据实际需求进行升级和改造,满足不断变化的业务需求,避免频繁更换设备导致的高成本和中断服务的风险这是现代交换系统设计的一个重要指标交换系统的可靠性

99.999%24/710^-9正常运行时长全天候服务错误率交换系统目标是每年只有5分钟的停机时间交换系统应能提供持续不间断的服务交换系统的信号处理错误概率应小于10亿分之一交换系统的可靠性是保证通信业务正常运行的核心指标系统应具有极高的正常运行时长、全天候服务能力和极低的信号处理错误概率这需要在设计、部署和维护各方面严格把控,确保交换系统的最佳性能交换系统的可维护性交换系统的可维护性是确保系统稳定运行并快速响应用户需求的关键这需要在系统设计、部署和运维等各个阶段采取措施,提升交换系统的可靠性和可服务性主要措施包括:模块化设计、热插拔配件、自动故障诊断、远程维护等此外,还需要制定完善的运维管理制度,培训专业的维护人员,建立健全的备件供应体系交换系统的性能指标响应时间从用户发起请求到系统响应的时间延迟快速响应时间是关键要求吞吐量系统在单位时间内能处理的数据量要能处理大量并发请求可靠性系统运行的稳定性和故障恢复能力确保用户体验不受干扰可扩展性系统在用户和流量增加时仍能保持良好性能支持线性扩展不同交换机的比较交换机性能交换机功能12不同型号的交换机在速度、端高端交换机通常具备更丰富的口数量、交换容量等方面有显功能,如虚拟局域网、端口聚合著差异高端交换机通常具有、流量监控等,满足更复杂的网更强的性能络需求成本与投资可扩展性34高性能高功能的交换机通常价模块化设计的交换机可以根据格较高,需要更多的初始投资需求动态扩展端口数量和交换中低端交换机性价比更好容量,灵活性更强交换网络PSTN传统电话网络架构与特点应用场景发展趋势PSTN（Public SwitchedPSTN网络采用分层的层次化PSTN网络主要应用于固定电随着VoIP、5G等新技术的兴Telephone Network）是传设计,由本地局域网、长途网话、传统语音通讯服务,为用起,PSTN网络正逐步向数字化统的公共电话交换网络,采用络和国际网络三个层次组成户提供呼叫建立、语音编码解和智能化演进,最终与新型网电路交换技术,为用户提供电其特点是延迟小、可靠性高,码等功能尽管逐渐被新兴网络融合,为用户提供更加丰富话通话服务它是基于模拟技但扩展性和灵活性较弱络技术所取代,但仍在一些地的通信服务术的老式电话系统,由电话机区发挥重要作用、传输线路、交换机等设备组成移动通信交换网络移动核心网蜂窝网络移动通信网络的核心部分,负责管理用由基站组成,为移动用户提供无缝覆盖户信息、呼叫路由和资源分配等关键和漫游服务功能终端设备信令网络移动通信网络的终端,包括手机、平板负责移动用户认证、呼叫设置、资源电脑等,实现语音、数据等服务分配等信令控制功能互联网交换网络网络互连灵活性核心功能发展趋势互联网交换网络是通过各种协互联网交换网络具有很强的灵它主要负责数据包的转发和路随着5G、物联网等新兴技术议和标准将不同网络互联的基活性和扩展性,可以适应不同由,以及网络管理和监控等核的发展,互联网交换网络正朝础设施它使电子设备能够相的网络环境和业务需求心功能着更加智能化、自动化的方向互通信和共享信息演进交换网络的发展趋势向协议转型云计算与1IP2SDN传统电路交换网络逐步向基于软件定义网络SDN技术与云IP协议的分组交换网络演化,提计算的融合,实现网络资源的动高网络灵活性和带宽利用率态调配和灵活管控融合与智能化光电融合34多业务融合和人工智能技术的光电子技术的深度融合,推动交应用,使交换网络具备智能调度换设备向高速、高密度和低功和自动优化功能耗发展交换技术在未来网络中的应用智能城市网络物联网应用5G交换技术将支持智能城市中的各种应用,如5G技术依赖高性能交换机支持海量设备连交换技术将连接日常生活中的各种物联网设交通管理、能源调度和远程医疗,提高城市接、低时延和高可靠性,实现移动通信向智备,支撑智能家居、可穿戴设备等应用,提升运行效率能化转型生活品质数字交换技术的挑战与展望网络智能化大数据分析未来交换技术需要更智能的网络,利用大数据技术分析网络流量,为能够自动化管理和调度,提高网络交换优化提供依据,提高用户体验效率软件定义网络云化转型通过软件控制交换网络架构,提高交换系统向云服务化转型,提供按网络灵活性和可编程性需、弹性的交换能力总结与思考数字交换技术在通信领域的发展历程中扮演了关键角色从传统电路交换到软交换、虚电路交换再到分组交换，技术不断革新我们需要深入思考数字交换技术的未来发展方向，并积极应对新的挑战。