现代交换原理课程设计

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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

2012年春季学期

交换原理课程设计

题 目： 校区用户交换机配置计划 专业班级： 09级通信(2)班 姓 名： 学 号： 09250237 指导教师： 张玺君 成 绩：

摘要

电话通信是人们使用的最普遍的一种通信方式,电话通信网是覆盖范围最广，用户数量最多，应用最广泛的一种通信网络，数字程控交换机是目前通信网中使用最普遍的交换机。数字程控交换机的基本结构可分为话路系统和控制系统两部分。电话交换网是利用数字程控交换机完成电话交换中信息的交换过程。

本次课程设计系统地介绍了数字程控交换机的结构及原理，通过对兰州理工大学西校区校园电话门数，用户话务量进行系统的调查，并计算了主要设计数据及设计指标，最后根据相关数据设计出了校园电话交换网组方案，并绘制出了校园电话交换网的平面图。

关键词：数字程控交换机 话路系统 电话交换网

目录

摘要????????????????????????????????2 前言????????????????????????????????4 第一章 数字程控交换机的系统结构及基本原理?????????????5 1.1 数字交换机的系统结构????????????????????5 1.2 程控交换机的基本构成????????????????????5

1.2.1 话路子系统??????????????????????5 1.2.2 用户线接口电话????????????????????6 1.2.3 中继电路???????????????????????9 1.2.4 数字交换网络..................................................................................... 9 1.2.5 处理机.............................................................................................. 11 1.3 控制子系统?????????????????????????12 第二章 调查结果分析 ............................................................................................. 13

3.1 话务量及其计算......................................................................................... 14

3.1.1 话务量的概念.................................................................................... 14 3.1.2 话务的统计及对用户的调查............................................................ 14 3.1.3 话务量的计算.................................................................................... 14 3.2 中继线的计算............................................................................................. 15 3.3 用户交换机配置计划的技术要求和技术指标......................................... 15

3.3.1 呼损概率............................................................................................ 15 3.3.2 交换网络的阻塞概率........................................................................ 16 3.3.3 交换系统的呼叫处理能力................................................................ 16

第四章 号码编号 ..................................................................................................... 19

4.1 电话号码编制的基本规则......................................................................... 19 4.2 电话号码编号............................................................................................. 20 第五章 心得体会 ....................................................................................................... 22 参考文献 ?????????????????????????????23 致谢 ???????????????????????????????24

前言

在这个全新的信息化时代，通信网作为国家信息基础设施的主体和骨干，发挥着越来越重要的作用，成为社会发展、人类活动必不可少的重要组成部分，并成为信息时代各个国家战略意义上的竞争点，而交换技术是通信网的核心技术。 交换设备是通信网的重要组成部分，随着通信网现代化进程的加快，新技术、新设备和新的标准的不断出现。交换系统也从单一的链种接续变为集信息交换、信息处理和信息数据库为一体的大型复杂设备。

通信网是由用户终端设备、传输设备和交换设备组成。它由交换设备完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。程控交换机是数字电话网、移动电话网及综合业务数字网中的关键设备，在通信网中起着非常重要的作用。而交换机的基本功能是实现任意入线与任意出线之间的互连，即实现任意两个用户之间的信息交换。为此，交换机的基本组成应包括接口、交换网络和控制系统玩个部分。接口的作用是将来自不同终端或其他交换机的各种传输信号转换成统一的交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将信令传送给控制系统，将消息传送给交换网络。交换网络的任务是实现各入、出线上信号的传递或接续。控制系统负责处理信令，按信令的要求控制交换网络完成接续，通过接口发送必要的信令，并协调整个交换机的工作。程控就是存储程序控制，程控交换是利用计算机软件进行控制的一种交换方式，故程控交换机是电子计算机控制的交换机。

本次课程设计具体的介绍了数字程控交换机的系统结构及原理，在掌握交换原理的基础上利用数字程控交换机完成校园电话交换网的设计。

第1章 数字程控交换机的系统结构及基本原理

控交换机是是利用电子计算机技术，用预先编好的程序来控制电话的接续工作的电话交换机。程控电话交换机的主要任务是实现用户间通话的接续。程控交换机实质上是采用计算机进行“存储程序控制”的交换机，它将各种控制功能与方法编成程序，存入存储器，利用对外部状态的扫 描数据和存储程序来控制，管理整个交换系统的工作。

程控交换机的优点有：灵活性大，提供新的服务项目，便于维护管理，可靠性高，通话质量高，体积小、耗电省，便于保密，支持综合业务数字网（IDSN）

1.1 数字交换机的系统结构

数字交换机的系统结构如下图：

图1 数字交换机的系统结构

1.2 程控交换机的基本构成

数字交换机的基本划为两大部分：话路设备和控制设备。话路设备主要包括各种接口电路(如用户线接口和中继线接口电路等)和交换(或接续)网络；控制设备在纵横制交换机中主要包括标志器与记发器，而在程控交换机中，控制设备则为电子计算机，包括中央处理器(CPU), 存储器和输入/输出设备。 1.2.1 话路子系统

话路子系统是由中央级交换网络和用户级交换网络以及各种接口设备组成的。

交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器 (如纵横接线器，编码接线器，笛簧接线器等),在程控交换机中目前主要采用由电子开关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。 1.2.2 用户线接口电话(SLIC) (1).基本概念

用户电路的作用是实现各种用户线与交换之间的连接，通常又称为用户线接口电路(SLIC,Subscriber Line Interface Circuit)。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路 (ALC)及与数字话机，数据终端(或终端适配器)连接的数字用户线电路(DLC)。

图2 用户电路功能框图

(2).基本功能

模拟用户线电路是适应模拟用户环境而配置的接口，其基本功能有: 馈电(Battery feed): 交换机通过用户线向共电式话机直流馈电；

图3 用户馈电原理图

过压保护(Overvoltage Protection): 防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机。

图4 过压保护电路

振铃(Ringing)：向被叫用户话机馈送铃流。

图5 振铃控制电路

监视(Supervision)： 借助扫描点监视用户线通断状态，以检测话机的摘机，挂机，拨号脉冲等用户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接续要求。

图6 用户线监视

编解码(CODEC)：利用编码器和解码器(CODEC)，滤波器，完成话音信号的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口 。

混合(Hybrid)：进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线传输的要求。

图7 混合、编译码和滤波功能示意图

测试(Test)：提供测试端口，进行用户电路的测试。

图8 用户电路的测试

这7种功能常用第一个字母组成的缩写词(BORSCHT)代表。对于模拟程控交换机，不需要编解码功能；而在数字程控交换机中，除某些特定应用的小型交换机利用增量调制方式外，其它大部分均采用PCM编解码方式。

数字用户线电路是为适应数字用户环境而设置的接口，它主要用来通过线路适配器(LAM)或数字话机(SOPHO-SET)与各种数据终端设备(DTE)如计算机，打印机，VDU,电传相连。 1.2.3 中继电路

出入中继器是中继线与交换网络间的接口电路，用于交换机中继线的连接，也叫中继器。它的功能和电路与所用的交换系统的制式及局间中继线信号方式有密切的关系。对模拟中继接口单元(ATU),其作用是实现模拟中继线与交换网络的接口，基本功能一般有：

发送与接收表示中继线状态(如示闲，占用，应答，释放等)的线路信号。 转发与接收代表被叫号码的记发器信号。 供给通话电源和信号音。

向控制设备提供所接收的线路信号。

对于最简单的情况，某一交换机的中继器通过实线中继线与另一交换机连接，并采用用户环路信令，则该模拟中继器的功能与作用等效为一部“话机”。 若采用其它更为复杂的信号方式，则中继器应实现相应的话音，信令的传输与控制功能。

数字中继线接口单元(DTU)的作用是实现数字中继线与数字交换网络之间的接口，它通过PCM有关时隙传送中继线信令，完成类似于模拟中继器所应承担的基本功能。但由于数字中继线传送的是PCM群路数字信号，因而它具有数字通信的一些特殊问题，如帧同步，时钟恢复，码型交换，信令插入与提取等，即要解决信号传送，同步与信令配合三方面的连接问题。

数字中继接口单位的基本功能包括帧与复帧同步码产生，帧调整，连零抑制，码型变换，告警处理，时钟恢复，帧同步搜索及局间信令插入与提取等，如同模拟用户电路的BORSCHT,也可将数字中继单元的上述8种功能概括为GAZPACHO。 1.2.4 数字交换网络

交换网络是交换系统的核心。将若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式，可以构成交换网络。交换网络的三要素就是交换单元、不同交换单元之间的拓扑连接和控制方式，其结构图如下所示：

图9 交换网络的一般结构

程控数字交换机采用的数字交换网络主要有两种典型结构：一种是由数字交换单元（DSE）固定连接构成的数字交换网络；另一种是由时间接线器（T接线器）和空间接线器（S接线器）构成的数字交换网络。

1）程控数字交换机的根本任务是要通过数字交换实现大量用户之间的通话连接，数字交换网络是完成这一任务的核心部件。

2）数字交换网络实现所有终端电路相互之间的联系，以及处理机之间的通信，因此通过数字交换网络能传送话音、数据、内部信令、数字信号音、内部和外部消息等。

3）数字交换网络分为用户级(入口级)和选组级， 用于完成各条PCM链路各个时隙的数字信息交换，包括空分交换和时分交换。

4）数字交换以数字帧结构形式进行，每个呼叫建立都分配相应的时隙(TS)，即分配固定速率的信道(CH)，标准速率为64Kbit/s。

数字交换的基本接线器：

图10数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接示意图

此次任务要求为无阻塞网络网络，则我们采用TST交换网络，一般这种网络的阻塞率是很小的，大概是10-6数量级，即可近似为无阻塞网络。 TST数字交换网络的结构：

图11 TST数字交换网络的结构

1.2.5 处理机

（1).程控数字交换机的控制系统

程控数字交换机的控制方式主要是指控制系统中处理机的配置方式，可分为集中控制方式和分散控制方式。分散控制方式又分为分级功能控制和全分布控制两种。目前大、中容量的程控数字交换机均采用分散控制方式。如EWSD、AXE10采用2级的分级功能控制结构，其中EWSD的2级处理机称为群处理机（GP）和协调处理机（CP），AXE10的2级处理机称为区域处理机（RP）和中央处理机（CP）；NEAX61、F150采用3级的分级功能控制结构，NEAX61、F1的3级处理机称为用户处理机（LPR）、呼叫处理机（CPR）和主处理机（MPR）；S1240采用分布控制结构，处理机分布在各个终端模块和辅助控制单元中。

程控数字交换机对控制系统的要求：①具有足够大的呼叫处理能力，如前所述用BHCA值来衡量；②具有高度的可靠性，要求控制系统可靠地长期连续不间断地工作，系统中断累计时间在20年内不得超过一小时，平均在一年内不得超过三分钟；③能适应新业务和新技术发展的要求；④经济合理。 （2).处理机的冗余配置

程控数字交换机不论采用何种控制结构，为了保证系统的可靠性，一般情况下，处理机都采取冗余配置措施。处理机冗余配置方式有双机冗余配置和N + n冗余配置，其中双机冗余配置方式又可分为主/备用和话务分担方式；N + n冗余配置方式的处理机可以采用N + 1备用方式。

负荷分担：也叫话务分担，基本结构如图9所示。两台处理机独立进行工作，正常情况各承担一半话务负荷。当一台处理机产生故障可用另一台处理机承担全部负荷。负荷分担的优点：①过负荷能力强，能适应较大的话务波动；②可以防止软件差错引起的系统中断；③可联机扩容

主/备用工作方式是指一台处理机联机运行，另一台处理机话路设备完全分离作为备用。当主用处理机发生故障时，进行主备用转换。

1.3 控制子系统

控制子系统是交换机的“指挥系统”，交换机的所有动作都是在控制系统的控制下完成的,数字交换系统实际上采用的是分级分散控制的方式，其控制子系统是由中央级控制系统和用户级控制系统两级组成的。用户级控制系统即用户级CPU，一般负责对用户模块内的用户线路进行监视扫描，控制用户级交换网络，完成话务的集中，并对相关资源进行分配。中央级控制系统是由处理器、存储器、各种OAM终端和各种外设组成的，远端接口是控制子系统与集中操作维护中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。中央CPU一般负责系统资源的分配、中央交换网络的控制、呼叫处理、信令处理、控制用户级CPU以及完成系统的操作、维护、管理等功能。

第二章 调查结果分析

本次课程设计为兰州理工大学西校区校园电话网规划，在我们做出调查的基础上，进行分析和计算，然后整体规划布局。调查结果如下：

北村：宿舍有A.B.C.D.E.F.G.H.共8座，每座有七层，每栋楼有182个宿舍，各分配一部电话，两栋宿舍之间有一个值班室，配一部电话，大约有1456部电话。 南村，宿舍有A.B.C.D.E.F.G.H和南苑9号楼，前五栋的分配和北村相同。南苑9号共有245个宿舍，每个宿舍配一部电话，有一个值班室,总共有246部电话。因此南村总共有1702部电话。

1号和2号教学楼，教学楼三层有4间办公室和四层有6间办公室和1个选课中心，每个办公室3张办公室，每张办公桌有一部电话，每栋楼有一个值班室和一个教研休息室，各配一部电话，共有29*2=58部电话。

4号和6号教学楼只有两个信息点为值班室和教研休息室，各配一部电话，共4部电话。

实验馆AB各有5个办公室，每个办公室有2张办公桌配一部电话，每馆一个值班室，配一部电话，共11*2=22部.

其他，金工实习中心有两个办公室，每个办公室和一个值班室，3部电话，体育教研室14个办公室，总共有4部电话，食堂楼有8个院办公室，3个办公室3个年级办公共配9部电话，其余5个办公室各2个办公桌共10部.

经过调查，西校区现有固话数约为3279部，可考虑到未来的扩建增加办公人数，初步设计用户电话容量为5000部，能够满足较长一段时间的需求

忙时话务调查发现，学生的最忙时为晚上21：00到23：00，而其他办公人员为早上9：00到10:00,学生的最忙时话务量交换很大部分发生在局外，而办公人员很大部分发生在局内，因为忙时话务量的抽样调查时按人为单位的，所以忙时话务量BHCA分学生和办公人员分别计算，考虑到网络的阻塞问题，因学生和办公人员的忙时不同，而且学生数远大于办公人员数，所以最忙时应为晚上21：00到23：00，如果在这个时段不发生阻塞，那么交换网络就为无阻塞网络。

用户号码的编号在参考现有的号码的基础上，并根据号码编制的原则，虽然4位，5位（有1位局号），6位（有2位局号）都能满足本次设计的要求，但与实际不符合，因此对电话号码的编制为7位PQRABCD，前3位PQR为局号，后4 位ABCD为用户号编号。因为存在用户数增加的可能，在设计的时用户数大于实际调查数，可以满足较长时间段内的需求.

第三章 话务量的概念及计算

电话交换机的基本功能是交换信息。要经济有效地完成交换任务，就要研究电话交换的特点，即用户对电话的要求和使用电话的规律，这样在涉及交换系统时，根据所承受的电话业务量（话务量）及规定的服务质量指标（呼损），做到经济合理的提供用户满意的服务质量。

3.1 话务量及其计算

3.1.1 话务量的概念

话务量又称为话务负荷和电话负荷，是反映交换系统话务负荷大小的量，它指从主叫用户出发，经交换网络到达被叫用户的话务流量。显然，呼叫次数越多，每次呼叫占用的时间越长，交换机的负荷就越重。所以影响话务量的基本因素是：呼叫次数和占用时长。话务量的计算公式为 A=G×t 式中 A—t时间内的话务量；

G—t时间内发生的平均呼叫次数； t—每次呼叫平均占用时长。

话务量的单位叫“爱尔兰”,或叫“小时呼”，简写为Erl。 3.1.2 话务的统计及对用户的调查

据人数调查可知：西校区共有学生18700人、其他办公人员约为150人。 在学生的调查中，一般打电话最忙的时间为晚上21：00到23：00之间，时长大概在5min到1h左右，在本次设计中我们取平均值10min为通话时长。其中包括局内和局外，经调查，局内一般很少通话，忙时大概为1.8min;因此我们算出局外呼叫时长一般为8.2min，其中还包括出局（及从学校往局外拨的电话）和入局（及从外边接收的电话）两种情况，从家往学校打电话是长途，而学校往外打电话较为优惠，所以出局呼叫的次数比较多，时长也较为大，通过统计和计算，，其中入局时长大概为4.2min，出局时长约为8min。

对办公人员的调查，一般打电话最忙时间为上午工作时间9：00到10:00左右，办公通话次数较为频繁，一般为5次，每次通话时长大概为2min。即在1h内共通话10min，其中局外通话为2min，局内通话一般为8min。通过以上调查，我们可以算出忙时总话务量，局外忙时话务量及入中继线话务量。 3.1.3 话务量的计算

（1）忙时话务量调查及计算：

忙时 平均时长/次 次数 平均局外呼叫时长/次

学生 21：00—23：00 14min 1次 8.2min 办公人员 9：00—10：00 2min 5次 0.4min 忙时总话务量： 学生 A1= 办公人员 A2=局外忙时话务量： 学生 A3=

14

2×602×5

=0.1167Erl

1×608.2

=0.1667Erl 办公人员 A4=

2×600.4×51×60

=0.06837Erl =0.0333Erl

（2）一般情况下，局外呼叫分为入局和出局两部分，据统计计算可知：

时长 次数 平均局外呼叫时长/次（入局呼叫时长/ 出局呼叫时长）

学生 2h 1次 8.2min ( 3.2min / 5min ) 办公人员 1h 5次 0.4min ( 0.16min / 0.24min )

入中继线话务量的计算： 学生 A5= 办公人员 A6=

3.2

2×60

0.16×51×60

=0.0267Erl =0.0133Erl

3.2 中继线的计算

1.在电话交换网络中，中继线一般是用来连接局外用户的呼叫，根据上边局外忙时话务量的计算，可求出中继线条数。

学生 18700人×0.0683Erl=1278条 办公 150人×0.3333Erl=5条

由于要考虑西校区的学生扩招情况，所以我们将总共的中继线数增加到1300条，

即所需中继线容量为1300。 2.入中继线数的计算

学生 18700人×0.0267Erl=500条 办公 150人×0.0133Erl=2条

3.3 用户交换机配置计划的技术要求和技术指标

3.3.1 呼损概率

为了和市场实际需要接轨，决定编号为七位号码。编号为： “0”+“X1”“X2”“X3”+PQRABCD

其中“0”为长途全自动的字冠；X1X2X3兰州市长途区号931，PQR为分局局号，ABCD为用户号码。编码理由为：兰州市现有人口约360万，按照四口一家安装一步电话大学需要九十万个用户号码，而且这个不考虑办公和公用电话，6位号码长度不能满足需求。七位号码有八百万个号码容量，远大于九十万，把办公和供用电话都考虑在内，也能满足长时间的电话号码需求，并且在很长一段时间内不会出线号码的升位和变更，满足号码编码的基本规则，所以本次设计采用七位号码的电话编码。

第五章 心得体会

三周的现代交换原理课程设计已告一段落，回顾这三两周的心历进程，学海中的点点滴滴无不记忆犹新！

在本次课程设计主要是针对西校区的电话网络规划设计中需要我们自己实际考察用户情况，调查用户忙时话务量，并设计系统容量和用户容量。由于所学知识的能力优先，第一次用户忙时话务量计算方法出错。在老师的指导下又重新进行了调查，得到正确的调查结果和分析数据。刚开始设计电话号码及位数时，只是死板地套用现有电话号码编号码位数，在查阅相关参考文献后，才真正的理解了电话号码的编号过程及实际过程。中继线条数和中继线容量的计算，从开始就遇到问题，在老师的悉心指导下，才得以解决。

由于只要求我对交换网络进行详细的设计，所以整个课程设计不是特别复杂。最后，设计报告完成后，我对程控交换机的组成和工作原理有了较全面的理解，基本上达到了预期效果。

此次课程设计查阅了大量的书籍，巩固了课本中所学的知识，同时学到了很多书本上没有的知识，并且从老师那里学会了很多调查的方法和以后工作能遇到的工作经验，也深刻地理解了团队合作的重要性。理论应用到实际是需要一个过程，遇到自己解决不了的问题，通过查阅资料，请教同学和请教老师等方法来解决。而且可以发现自己的不足之处，对以前所学知识进一步掌握，也可以通过课程设计过程提高实际工作能力和独立思考的能力。

参考文献

[1]覃团发、姚海涛、覃远年、陈海强. 移动通信. 重庆大学出版社 [2]Gordon.Stuber .移动通信原理. 电子工业出版社 [3]金慧文著 现代交换原理 电子工业出版社 2000.4 [4]王擎天著 数字程控交换技术 国防工业出版社 2001.1 [5]李茂长著 号码资源与现代电信网络 国防工业出版社 2001.10 [6]郑少仁著[7]覃春林著[8]卞佳丽著

现代交换原理与技术 电子工业出版社 2006.8 程控用户交换机工程设计 人民邮电出版社 1993.1 现代交换原理与通信网技术 北京邮电大学出版社 2005.1

致谢

通过三个星期的课程设计，我学到了很多东西，也认识了很多道理，我觉得你我们平时学到的东西实在太少了。本次课程设计的内容很有可能是我们毕业后所面临的工作，通过对实际用户数量的调查来建立一个区域的电话交换网络，并设计电话号码，在设计的过程中同时要考虑未来可能存在的变更和扩容问题，具有很好的实践应用作用。

课程设计是培养学生综合运用所学的理论知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

这次课程设计查阅了大量的书籍，巩固了课本中所学的知识，同时学到了很多书本上没有的知识，并且从老师那里学会了很多调查的方法和以后工作能遇到的工作经验，也深刻地理解了团队合作的重要性。理论应用到实际是需要一个过程，遇到自己解决不了的问题，通过查阅资料，请教同学和请教老师等方法来解决。而且可以发现自己的不足之处，对以前所学知识进一步掌握，也可以通过课程设计过程提高实际工作能力和独立思考的能力。

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