盧智嘉，張晶，李曉亮，楊潔，康元元，楊彥彬（.石家莊學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院，河北石家莊050035；.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司石家莊市分公司，河北石家莊050060）

?

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中仿真實(shí)驗(yàn)研究

盧智嘉1，張晶1，李曉亮2，楊潔1，康元元1，楊彥彬1
（1.石家莊學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院，河北石家莊050035；2.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司石家莊市分公司，河北石家莊050060）

在數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中為了進(jìn)一步提高對(duì)時(shí)隙交換過(guò)程的理解，分析了其中最常用的時(shí)間接線(xiàn)器、空間接線(xiàn)器的特點(diǎn)，并進(jìn)行了仿真，在此基礎(chǔ)上，討論了TST網(wǎng)絡(luò)的主要結(jié)構(gòu)及工作流程，對(duì)理解交換技術(shù)的原理和概念有一定的指導(dǎo)作用.

數(shù)字交換；時(shí)隙；時(shí)間接線(xiàn)器；空間接線(xiàn)器

0引言

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸速度不斷提高，網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造的工程量也是有增無(wú)減，這使得針對(duì)掌握數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的人才需求與日俱增［1］.現(xiàn)代交換原理是通信工程專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，這是一門(mén)對(duì)理論和實(shí)踐要求都很強(qiáng)的課程［2］.然而，由于真實(shí)交換設(shè)備價(jià)格昂貴且更新頻繁，學(xué)生接觸到實(shí)際設(shè)備的機(jī)會(huì)少之又少，導(dǎo)致學(xué)生的相關(guān)理論建立在空中樓閣之上，理論與實(shí)際脫節(jié)，教學(xué)效果不容樂(lè)觀(guān).為了加深學(xué)生對(duì)時(shí)隙交換過(guò)程的理解，利用Simulink生動(dòng)地實(shí)現(xiàn)了TST網(wǎng)絡(luò)交換仿真過(guò)程，取得了良好的效果.

1交換原理

目前交換網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由原來(lái)的模擬交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，它能夠?qū)臄?shù)字傳輸設(shè)備進(jìn)來(lái)的數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行交換.作為交換網(wǎng)絡(luò)的樞紐——交換機(jī)多采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行“存儲(chǔ)程序控制”，它是利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)接續(xù)的自動(dòng)控制，將各種控制功能、方法編成程序，存入存儲(chǔ)器，同時(shí)利用對(duì)外部狀態(tài)的掃描數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)程序來(lái)控制、管理整個(gè)交換系統(tǒng)的工作.其基本構(gòu)成如圖1所示.

圖1　交換系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)實(shí)際上就是對(duì)包括語(yǔ)音信息、信令信息等數(shù)字信息的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā).網(wǎng)絡(luò)組成的基本元素為數(shù)字接線(xiàn)器.接線(xiàn)器分別有時(shí)間（T）接線(xiàn)器和空間（S）接線(xiàn)器兩種.時(shí)間接線(xiàn)器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)同一條復(fù)用線(xiàn)上不同時(shí)隙內(nèi)容的交換，空間接線(xiàn)器則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同復(fù)用線(xiàn)上相同時(shí)隙內(nèi)容的交換.兩種接線(xiàn)器組合使用就能構(gòu)成多種類(lèi)型的交換網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息在空間和時(shí)間的交換.

2 TST交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的接線(xiàn)器有T接線(xiàn)器、S接線(xiàn)器，交換網(wǎng)絡(luò)有T-S交換網(wǎng)絡(luò)、S-T交換網(wǎng)絡(luò)、TST交換網(wǎng)絡(luò)、STS交換網(wǎng)絡(luò)等，最為常用的是TST交換網(wǎng)絡(luò)，所以在此重點(diǎn)對(duì)TST交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和原理闡述.

假定用戶(hù)A（占用HW 0TS2）要與用戶(hù)B（占用HW 127TS30）通話(huà)，即把HW 0TS2時(shí)隙的內(nèi)容通過(guò)TST網(wǎng)絡(luò)交換到HW127的TS30中去；把HW127TS30的內(nèi)容通過(guò)TST網(wǎng)絡(luò)交換到HW0的TS2中去.為了說(shuō)明方便，假定HW 0TS2的內(nèi)容為a，HW127TS30的內(nèi)容為b，實(shí)際上其內(nèi)容均為8位二進(jìn)制編碼.

圖2為T(mén)ST交換網(wǎng)絡(luò)的原理圖.HW0TS2在復(fù)用器后和分路器前按順序排列在第16位，即第16個(gè)外部時(shí)隙TS16；HW 127TS30在第247位（通過(guò)串并轉(zhuǎn)換原理得出：30×8+7=247），即第247個(gè)外部時(shí)隙TS247.如果處理機(jī)選定一內(nèi)部空閑時(shí)隙ITS5來(lái)連通用戶(hù)A至用戶(hù)B的通話(huà)，處理機(jī)就將相應(yīng)的信息送給有關(guān)的控制存儲(chǔ)器，即將選用的內(nèi)部時(shí)隙號(hào)碼5寫(xiě)入到前T級(jí)控制存儲(chǔ)器第16號(hào)存儲(chǔ)單元和用戶(hù)B所在組后T級(jí)控制存儲(chǔ)器第247號(hào)存儲(chǔ)單元；將交換通過(guò)的前T級(jí)與S級(jí)之間公共復(fù)用線(xiàn)HW 0的號(hào)碼0寫(xiě)入S級(jí)控制存儲(chǔ)器CMS15地址為5（內(nèi)部時(shí)隙號(hào)碼）的存儲(chǔ)單元中.當(dāng)這些信息寫(xiě)入之后，只要沒(méi)有清除信號(hào)或新的信號(hào)寫(xiě)入，則在時(shí)鐘的控制下，把外部時(shí)隙TS16的內(nèi)容a（HW0TS2）復(fù)用后變?yōu)門(mén)S32，經(jīng)前T級(jí)傳送到內(nèi)部時(shí)隙ITS5中，經(jīng)S級(jí)由復(fù)用線(xiàn)HW0轉(zhuǎn)移到復(fù)用線(xiàn)HW15上，再經(jīng)過(guò)后T級(jí)把ITS5中的內(nèi)容傳送到外部時(shí)隙TS247中，最后經(jīng)分路器分配到HW 127的TS30中去，從而將用戶(hù)A的信息交換到用戶(hù)B，實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的通話(huà).用戶(hù)B至用戶(hù)A的通話(huà)，也根據(jù)同樣原理處理，通過(guò)半幀法確定一空閑內(nèi)部時(shí)隙ITS133，將兩用戶(hù)接通.

圖2　 TST數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

用戶(hù)A和用戶(hù)B之間的通話(huà)，A至B方向要通過(guò)一個(gè)前T級(jí)和一個(gè)后T級(jí)，B至A方向也要通過(guò)一個(gè)前T級(jí)和一個(gè)后T級(jí)，對(duì)每一組TST都有內(nèi)部時(shí)隙256個(gè).這些內(nèi)部時(shí)隙的忙閑，是由前T級(jí)和后T級(jí)的存儲(chǔ)器相應(yīng)存儲(chǔ)空間是否空閑來(lái)表示的，如果這些存儲(chǔ)空間都被占用，則輸入某一時(shí)隙的內(nèi)容就沒(méi)有地方可以寫(xiě)入，當(dāng)然也就不能進(jìn)行交換，就像空分模擬交換機(jī)無(wú)空閑鏈路一樣.存儲(chǔ)空間忙閑的信息是存放在處理機(jī)中的，選擇空閑存儲(chǔ)單元是由處理機(jī)通過(guò)查“忙閑表”操作完成的［3，4］.

3交換網(wǎng)絡(luò)的仿真

3.1時(shí)間（T）接線(xiàn)器的仿真

有關(guān)T接線(xiàn)器的原理及仿真過(guò)程已在文獻(xiàn)［5］中有過(guò)詳細(xì)研究分析，在此就不再贅述.

3.2空間（S）接線(xiàn)器的仿真

S接線(xiàn)器由空分矩陣和多個(gè)控制存儲(chǔ)器組成，它的功能是完成“空分交換”.S接線(xiàn)器是將某一條復(fù)用線(xiàn)上的某一時(shí)隙交換到另一復(fù)用線(xiàn)上去而不改變這個(gè)時(shí)隙的時(shí)間位置（即不改變?cè)摃r(shí)隙所在復(fù)用線(xiàn)上的時(shí)隙號(hào)），所以說(shuō)S接線(xiàn)器僅改變時(shí)隙在空間的位置.根據(jù)S接線(xiàn)器的工作原理，利用Simulink工具箱中的相應(yīng)模塊就可構(gòu)建仿真圖.

3.3 TST交換網(wǎng)絡(luò)的仿真

TST交換網(wǎng)絡(luò)的基本功能是實(shí)現(xiàn)不同復(fù)用線(xiàn)上不同時(shí)隙之間內(nèi)容的交換.通過(guò)上述原理得知，先將被交換時(shí)隙的內(nèi)容交換到一個(gè)中間空閑時(shí)隙，再進(jìn)行不同復(fù)用線(xiàn)之間的交換，然后從中間時(shí)隙交換到目標(biāo)時(shí)隙，這構(gòu)成的是TST交換網(wǎng)絡(luò).從中得到啟發(fā)，可以把兩個(gè)不同的T接線(xiàn)器封裝成子系統(tǒng)，作為S接線(xiàn)器的兩個(gè)輸入波形，來(lái)進(jìn)行TST網(wǎng)絡(luò)的仿真.首先用脈沖發(fā)生器來(lái)模擬話(huà)音作為信源的輸出數(shù)據(jù)，脈沖發(fā)生器的幅度為0或1，周期均為2 s，通過(guò)不同脈寬及脈寬起止時(shí)間區(qū)分不同信源的輸出.為實(shí)現(xiàn)不同復(fù)用線(xiàn)之間的交換，必須對(duì)連續(xù)的話(huà)音信號(hào)進(jìn)行采樣，采用兩個(gè)階躍信號(hào)和一個(gè)與門(mén)對(duì)數(shù)字化后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣；同時(shí)還必須將目標(biāo)時(shí)隙清空，采用兩個(gè)階躍信號(hào)和一個(gè)或門(mén)來(lái)清空目標(biāo)時(shí)隙，以供交換.如圖3所示.

圖3　 TST數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)仿真圖

子系統(tǒng)中兩個(gè)被封裝的T接線(xiàn)器的輸出波形，即Out 1和Out 2的輸出波形，如圖4左側(cè)所示，這是已完成前T級(jí)（時(shí)間）交換未完成S（空間）交換的原始波形，可以把它同圖5中交換前原始波形做比較，檢驗(yàn)TST網(wǎng)絡(luò)是否完成了不同時(shí)隙不同復(fù)用線(xiàn)的交換.

經(jīng)交換前原始波形與子系統(tǒng)輸出波形比較發(fā)現(xiàn)，子系統(tǒng)1（Out 1）輸出的是經(jīng)T1接線(xiàn)器將原波形第1時(shí)隙和第4時(shí)隙、第2時(shí)隙和第3時(shí)隙交換后的波形，子系統(tǒng)2（Out 2）輸出的是經(jīng)T2接線(xiàn)器將原波形第1時(shí)隙和第2時(shí)隙、第3時(shí)隙和第4時(shí)隙交換后的波形，然后將兩個(gè)經(jīng)過(guò)時(shí)間交換的波形再經(jīng)S接線(xiàn)器實(shí)現(xiàn)空間的交換，圖4右側(cè)波形演示的是兩條不同復(fù)用線(xiàn)第1時(shí)隙之間的交換.至此，通過(guò)TST交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了時(shí)空交換，達(dá)到了所要研究的目的.

現(xiàn)在TST交換網(wǎng)絡(luò)模型基本仿真了常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空交換原理，用仿真軟件很好地模擬了實(shí)際硬件的工作原理，準(zhǔn)確反映了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)時(shí)空交換的實(shí)現(xiàn)過(guò)程.同時(shí)本模型還具有很大的靈活性，如要實(shí)現(xiàn)其他不同時(shí)隙的交換只要修改控制器的參數(shù)即可，同時(shí)加入相應(yīng)的定時(shí)脈沖，還可以在“輸入控制”與“輸出控制”之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換.

圖4　 TST網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)輸出和交換后波形對(duì)比

圖5　 TST網(wǎng)絡(luò)交換前原始波形

4結(jié)束語(yǔ)

要實(shí)現(xiàn)為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)、培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，務(wù)必需做到理論聯(lián)系實(shí)際.同時(shí)通信工程專(zhuān)業(yè)的課程尤其是高年級(jí)的專(zhuān)業(yè)課具有很強(qiáng)的工程性，所以更需要增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，改變現(xiàn)有的考試模式，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性.

潛心研究現(xiàn)代交換原理的課程考核方式，通過(guò)交換時(shí)隙號(hào)和學(xué)生學(xué)號(hào)相關(guān)聯(lián)，獨(dú)特設(shè)計(jì)試卷中同一個(gè)題目，每位學(xué)生的正確答案均不相同，直接反映學(xué)生的真實(shí)水平和教師的教學(xué)效果.現(xiàn)代交換原理課程除利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，還可以利用多種軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)時(shí)隙交換實(shí)驗(yàn).在講述數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，通過(guò)Simulink工具箱完成T接線(xiàn)器、S接線(xiàn)器和TST交換網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的仿真，雖然交換原理是不變的，但是仿真模型的具體組成形式多種多樣，使學(xué)生對(duì)時(shí)隙交換原理的理解和運(yùn)用上升至更高的層次，達(dá)到理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合.

［1］WAYNET.Electronic CommunicationsSystems：FoundametnalsThroughAdvanced［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

［2］燕慧英，時(shí)永鵬，王松德.基于MATLAB數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的仿真［J］.大眾科技，2009，（1）：55-67.

［3］馮會(huì)栓.現(xiàn)代交換原理與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探析［J］.硅谷，2013，（14）：34-35.

［4］王運(yùn)成.混洗交換網(wǎng)絡(luò)沖突消除方法仿真分析［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2014，31（7）：305-308.

［5］盧智嘉，楊彥彬，陳國(guó)智，等.Simulink應(yīng)用于程控交換網(wǎng)絡(luò)的研究［J］.石家莊學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12（3）：5-8.

（責(zé)任編輯鹍鈕效）

A Study on Simulation in Digital Sw itching Network

LU Zhi-jia1，ZHANG Jing1，LI Xiao-liang2，YANG Jie1，KANG Yuan-yuan1，YANG Yan-bin1
（1.School of Physics&Electrical Information Engineering，Shijiazhuang University，Shijiazhuang，Hebei 050035，China；2.China United Network Communications Co.，Ltd.Shijiazhuang Branch，Shijiazhuang，Hebei 050060，China）

To improve the understanding of the time slot switching process in digital switching network，this paper analyzes the characteristic of time switch and space switch by virtue of simulation.On this basis，the main structure and working process of TST network are discussed，which is of guiding significance for enhancing the understanding of the principle and concept of switching technology.

digital switching；time slot；time switch；space switch

TP391.9

A

1673-1972（2016）03-0009-04

2015-05-25

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（15220353，15270349）；河北省高等學(xué)?？茖W(xué)研究計(jì)劃（QN2016324，ZC2016107）；石家莊學(xué)院科研啟動(dòng)基金（16YB006）

盧智嘉（1982-），男，河北石家莊人，副教授，主要從事網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)傳輸研究.