2.3 交換技術(shù)基礎(chǔ)

本節(jié)介紹交換在通信中的作用。交換使信息可以在兩個(gè)通信終端之間互換，而不需要在這些通信終端之間提供專用的、一直的連接。相反，每個(gè)通信終端都連接到交換網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)為通信終端傳輸信息。

在現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種交換方式，這就是電路交換和分組交換。電路交換提供了兩個(gè)通信終端之間的端到端連接，我們最為熟悉的電路交換網(wǎng)絡(luò)就是電話網(wǎng)。分組交換是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換，每個(gè)數(shù)據(jù)分組在每臺(tái)交換機(jī)上進(jìn)行處理時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生時(shí)延。Internet就是分組交換網(wǎng)絡(luò)。在本節(jié)也將對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的報(bào)文交換作一簡(jiǎn)單介紹。

復(fù)用技術(shù)無(wú)論對(duì)于電路交換網(wǎng)絡(luò)，還是分組交換網(wǎng)絡(luò)都是重要的。復(fù)用需要合并多個(gè)信道到一個(gè)公共傳輸介質(zhì)。也就是說，復(fù)用使若干單獨(dú)信號(hào)可以同時(shí)傳輸。這些信號(hào)在復(fù)用器設(shè)備上被合并。為了保持每個(gè)信號(hào)在信道上的完整性，信號(hào)可以通過時(shí)分復(fù)用（TDM）、頻分復(fù)用（FDM）以及空分復(fù)用（SDM）進(jìn)行傳輸。

2.3.1 電路交換技術(shù)

電路是語(yǔ)音、圖形或數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砺窂?。電路交換是在一個(gè)呼叫期間僅用于連接此呼叫的電路，即用戶在通話期間自始至終占用固定的一條電路。

當(dāng)-個(gè)人或一個(gè)調(diào)制解調(diào)器撥通一個(gè)呼叫時(shí)，網(wǎng)絡(luò)在呼叫和被呼叫之間建立一條通路。重要的是，在這個(gè)呼叫期間，這條路徑是被獨(dú)占的，不被共享，它不能用于其他的語(yǔ)音或數(shù)據(jù)呼叫，即使是在交談或數(shù)據(jù)交換的正常停頓期間也不能被其他呼叫占用。在整個(gè)傳輸過程中，數(shù)據(jù)被保存在網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)呼叫結(jié)束后，路徑被釋放，此時(shí)其他的電話呼叫可以占用此路徑。顯然，這種獨(dú)占性造成了網(wǎng)絡(luò)容量的大量浪費(fèi)。

電路交換主要用于傳輸語(yǔ)音信息的電話網(wǎng)。通過呼叫建立過程為通信各方分配固定的帶寬連接，在談話進(jìn)行過程中，這些連接一直被分配給它們，直到終止過程釋放該呼叫所使用的設(shè)施。因此，在談話進(jìn)行過程中，這些電路就像是端到端的專線連接。一旦連接建立后，電路交換網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)產(chǎn)生信息傳輸時(shí)延，而只有設(shè)施傳輸時(shí)延。

當(dāng)電路交換網(wǎng)絡(luò)中的所有可用的連接路徑都分配給用戶之后（出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)），網(wǎng)絡(luò)會(huì)阻止新的用戶，直到有路徑可以用來(lái)供其使用，電話網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)會(huì)給出“忙”信號(hào)。電路交換提供的專線連接對(duì)于很多通信應(yīng)用系統(tǒng)非常有用，而對(duì)時(shí)延很敏感的應(yīng)用系統(tǒng)則必須使用電路交換，如語(yǔ)音通信。

在圖2-2中，給出了兩個(gè)電路交換機(jī)，圍電路交換原理示意圍每個(gè)交換機(jī)都有一個(gè)本地環(huán)連接的兩部電話。每條本地連接都是專門分配給單個(gè)用戶的。當(dāng)用戶從電話A呼叫電話C的用戶時(shí)，交換機(jī)之間的中繼線就被這條連接占用，因此被A和C獨(dú)享，直到兩個(gè)用戶結(jié)束談話。即使B電話和D電話擁有自己的專用本地設(shè)施，兩個(gè)用戶在A和C通話期間也不能打電話，因?yàn)橹欣^線已經(jīng)被占用。當(dāng)A和C結(jié)束通話之后，中繼線又可以被使用。

事實(shí)上，大多數(shù)電話網(wǎng)并不以這種方式工作，這些網(wǎng)絡(luò)在交換機(jī)之間有許多中繼線，并非只有一條。電話運(yùn)營(yíng)公司使用許多對(duì)音頻銅線，每對(duì)銅線傳輸單個(gè)通話，音頻電纜中有許多對(duì)這樣的銅線。

前面已經(jīng)提到，在電路交換中主要采用兩種復(fù)用方法。頻分復(fù)用（FDM）用于通過載波調(diào)制技術(shù)通過單一帶寬設(shè)施傳輸多個(gè)窄帶信號(hào)。由于信號(hào)的頻譜通過濾波技術(shù)可以限制為指定的通帶內(nèi)，因此FDM-般用于傳輸這種信號(hào)。

今天，大多數(shù)電話網(wǎng)絡(luò)都是數(shù)字式的，并且使用時(shí)分復(fù)用（TDM）在單路帶寬設(shè)施上傳輸多路數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)的頻譜不能限制，因此這種信號(hào)只能在時(shí)域?qū)崿F(xiàn)復(fù)用。在TDM技術(shù)中，單路帶寬設(shè)施被劃分為多個(gè)時(shí)隙。在呼叫建立時(shí)，每對(duì)用戶都被分配一個(gè)時(shí)隙，這個(gè)時(shí)隙在整個(gè)通話期間都供這對(duì)用戶專用。

因此，無(wú)論是FDM還是TDM,都要向用戶提供專用路徑。在這一點(diǎn)上與電路交換的目標(biāo)是一樣的。此外，用戶之間的關(guān)系要在呼叫建立時(shí)確定（即分配一個(gè)頻率或一個(gè)時(shí)隙）。

第3章的“程控交換技術(shù)”中介治的內(nèi)容就是電路交換的基本原理。

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