通信工程師考試控制技術(shù)和互連技術(shù)

  1.控制技術(shù)
  交換系統(tǒng)要自動完成大攮的交換接續(xù)，并保證良好的服務(wù)質(zhì)量，必須具有有效的合乎邏輯的控制功能?；ミB功能、接口功能及信令功能都與控制技術(shù)密切相關(guān)?？刂萍夹g(shù)主要由軟件實(shí)現(xiàn)，但有些也可用硬件實(shí)現(xiàn)。
  不同類型的交換系統(tǒng)各有其主要的控制技術(shù)?？刂萍夹g(shù)的實(shí)現(xiàn)與處理機(jī)控制結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。處理機(jī)控制結(jié)構(gòu)是各類交換系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問題，它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能和服務(wù)質(zhì)童。
  2.互連技術(shù)
  實(shí)現(xiàn)任意入線與任意出線之間的互連是交換系統(tǒng)最基本的功能。按照不同交換方式的要求，可以是物理的實(shí)體連接，也可以是邏輯的虛連接。交換系統(tǒng)是利用互連網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連功能的，該互連網(wǎng)絡(luò)又稱為交換網(wǎng)絡(luò)(交換機(jī)構(gòu)）。
  互連技術(shù)涉及的內(nèi)容較多，一般包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、選路策略、控制機(jī)理、多播方法、阻塞特性和可靠性保障等。
  （1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
  交換網(wǎng)絡(luò)具有一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。互連技術(shù)要解決的一個(gè)主要問題是，在滿足交換方式、服務(wù)質(zhì)量和基本參數(shù)(如端口數(shù)、容量、吞吐量等)要求的情況下，獲得高性能、低成本、便于擴(kuò)充與控制而又不太復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)說明的是網(wǎng)絡(luò)的幾何邏輯關(guān)系，如采用星形、三角形、四邊形還是環(huán)形等，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能是否符合服務(wù)質(zhì)量（如阻塞率、時(shí)延、信元丟失率等）的要求，往往要通過嚴(yán)密的理論計(jì)算或計(jì)箅機(jī)模擬。
  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致劃分為兩類:時(shí)分(Time Division)結(jié)構(gòu)和空分(Space Division)結(jié)構(gòu)。
  時(shí)分結(jié)構(gòu)和空分結(jié)構(gòu)具有不同的特點(diǎn)。
  時(shí)分結(jié)構(gòu)包括共享媒體(總線或環(huán)）和共享存儲器。分組交換和ATM交換都可以采用時(shí)分結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控電話交換通常采用由共享存儲器構(gòu)成的時(shí)分結(jié)構(gòu)，或?qū)r(shí)分結(jié)構(gòu)作為整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一部分，小容量的數(shù)字程控電話交換也采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
  空分結(jié)構(gòu)是由交換單元(Switching Dement)構(gòu)成的單級或多級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電路交換、快速分組交換、ATM交換都可以采用空分結(jié)構(gòu)。要說明的是，“空分”的含義是指在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)內(nèi)部存在著多條并行的通路?每條通路仍然可以采用時(shí)分復(fù)用的方式。
  （2）選路策略
  選路策略主要針對多級空分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這里所說的選路，不是指整個(gè)電信網(wǎng)中各個(gè)交換節(jié)點(diǎn)之間的選路，而是指交換節(jié)點(diǎn)中交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的選路，即在交換網(wǎng)絡(luò)指定的入端與出端之間選擇一條可用的通路。
  交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的選路方案，有以下三種。
  ①逐級選擇與條件選杼
  所謂逐級選杼.是指從交換網(wǎng)絡(luò)人端的第1級開始，先選擇第1級交換單元的出線，選中一條出線以后再選擇第2級交換爺元的出線，依此類推，直到最末一級到達(dá)出端為止。
  條件選擇是指在選路的時(shí)候，不論交換網(wǎng)絡(luò)有幾級，都要對網(wǎng)絡(luò)全局作出全盤觀察，在指定的入端與出端之間所有的通路中選用一條可用的通路。
  由于逐級選擇帶有某種盲目性，即選定前一級出線時(shí)沒有考慮后面兒級出線的情況，因此其阻塞率高于條件選擇。為了減小阻塞率，可以采用重新選試多次的方法，即當(dāng)選試不成功時(shí)可以重新從人端起再進(jìn)行逐級選擇，這就是可重試逐級選擇。
  實(shí)用中通常采用條件選擇.但如果采用逐級選擇也能滿足交換網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的指標(biāo)要求時(shí)，則應(yīng)選用逐級選擇，因?yàn)橹鸺夁x擇所需控制的復(fù)雜性比條件選擇要小?？傊瑢τ谕瑯拥耐?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選路策略不同，交換網(wǎng)絡(luò)的阻塞率就不同，控制復(fù)雜性也不同。
  ②自由選擇與指定選擇
  所謂自由選擇是指某一級出線可以任意選擇，不論從哪一條出線都可以到達(dá)所需的交換網(wǎng)絡(luò)出端。指定選擇只能選擇某一級出線中指定的一條或一小群，才能到達(dá)所需的交換網(wǎng)絡(luò)出端。包括級數(shù)、級間互連方式等在內(nèi)的多級空分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一旦確定以后，哪幾級可以自由選擇和哪兒級只能指定選擇也隨之而定。自由選擇級可起到擴(kuò)大通路數(shù)、均衡業(yè)務(wù)流S的作用。有些多級空分結(jié)構(gòu)不存在自由選擇級。
  ③面向連接選路和無連接選路
  需要說明的是，這里所說的面向連接和無連接的概念，不同于分組交換中針對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)選路而言的面向連接和無連接，也是指交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的選路。
  通常采用面向連接選路，即預(yù)先在交換網(wǎng)絡(luò)指定的入端和出端之間選定一條通路，凡屬于該呼叫連接的用戶信息都在這一通路上傳送。無連接選路則不預(yù)先選定通路，而是在人端收到用戶信息時(shí)才臨時(shí)選路。
  電路交換要建立固定的物理連接，肯定采用面向連接選路。ATM交換機(jī)構(gòu)既可采用面向連接選路，也可采用無連接選路，后者相當(dāng)于在收到載有用戶信息的信元時(shí)才進(jìn)行選路。當(dāng)采用無連接選路時(shí)，厲于同-呼叫連接的信元通過交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的不同通路傳送到出端，會引起信元失序，這是不允許的，因此在交換網(wǎng)絡(luò)出端必須恢復(fù)其原有順序。
  （3）控制機(jī)理
  選路策略也可以看成是控制機(jī)理的一部分，但由于它是帶有普遍性的重要技術(shù)，因此單獨(dú)列出。這里的控制機(jī)理泛指完成選路后還必須實(shí)現(xiàn)的一些控制，以使交換網(wǎng)絡(luò)能正常而有效地工作，并且符合服務(wù)質(zhì)量的要求。
  對于通常的程控電話交換系統(tǒng)的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)而言，完成選路后只要將所選通路的有關(guān)標(biāo)識寫入交換網(wǎng)絡(luò)的控制存儲器，即可實(shí)現(xiàn)正常的電路交換。ATM交換則比較復(fù)雜，虛連接建立后，在信息傳送階段仍要對隨機(jī)到來的信元完成選路控制。此外，控制機(jī)理可能還要包括諸如競爭消除、反壓控制、隊(duì)列管理、優(yōu)先級控制等。
  （4）多播方法
  多播（Multicast)或稱為組播，是將某一人端的信息同時(shí)傳送到所需的多個(gè)出端。顯然，多播與互連技術(shù)有關(guān)。多播這種點(diǎn)到多點(diǎn)（和多點(diǎn)到多點(diǎn)）的通信方式特別適用于網(wǎng)上視頻會議、網(wǎng)上視頻點(diǎn)播等場合。因?yàn)槿绻捎脝尾シ绞街饌€(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸，有多少個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)就會有多少次傳送過程，這種方式顯然效率極低，是不可取的；如果采用不區(qū)分目標(biāo)、全部發(fā)送廣播方式,雖然一次可以傳送完數(shù)據(jù)，但是顯然達(dá)不到區(qū)分特定數(shù)據(jù)接收對象的目的。采用多播方式，既可以實(shí)現(xiàn)一次傳送所有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也可以達(dá)到只對特定對象傳送數(shù)據(jù)的目的。因此，在現(xiàn)代通信中多播將會的更多的應(yīng)用。
  在IP網(wǎng)絡(luò)中，多播一般通過多播IP地址來實(shí)現(xiàn)。在ATM交換中，由于點(diǎn)到多點(diǎn)寬帶通信業(yè)務(wù)的需要，多播是一項(xiàng)重要而復(fù)雜的互連技術(shù)。不同的ATM交換機(jī)構(gòu)可采用不同的多播方法。
  （5）阻塞特性

  所謂阻塞，是指在呼叫建立或用戶信息傳送時(shí)，由于交換網(wǎng)絡(luò)擁塞而使呼叫不能建立或用戶信息不能傳送到而遭受損失的現(xiàn)象。
  ①連接阻塞與傳送阻塞
  對于電路交換，由于建立的是專用的物理連接，只有在呼叫建立階段會因選不到空閑通路而遇到阻塞，這就是連接阻塞。一旦連接建立，在信息傳送階段就不會再遇到阻塞。連接阻塞表示呼叫遭到拒絕，要重新發(fā)起呼叫，可稱為損失制（Loss System)。
  采用電路交換方式時(shí)，交換網(wǎng)絡(luò)的阻塞特性用阻塞率（BlockingProbability)表示，它等于因交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部阻塞而不能建立連接的呼叫次數(shù)與加入交換網(wǎng)絡(luò)的總呼叫次數(shù)之比。當(dāng)交換網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)較多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，阻塞率的嚴(yán)格計(jì)算十分復(fù)雜。阻塞率的計(jì)算是電話交換的話務(wù)理論所要解決的一個(gè)重要問題。
  對于分組交換，采用存儲一轉(zhuǎn)發(fā)方式，交換節(jié)點(diǎn)要處理的業(yè)務(wù)流量較高，將導(dǎo)致排隊(duì)時(shí)延增加。因此，排隊(duì)系統(tǒng)或延遲制(Delay System)不考慮阻塞率，但有時(shí)也可將等待時(shí)延超過一定時(shí)限值的呼叫視為被阻塞的呼叫。
  ATM交換在虛連接建立階段也會遇到阻塞。但判別是否阻塞的標(biāo)志與電路交換不一樣：電路交換是專用的物理連接，通路不是空閑就是占用；而ATM交換是復(fù)用的虛連接，是否阻塞要看通路上是否還存在能夠用的帶寬。
  對于ATM交換更重要的是傳送阻塞，即在信元傳送階段產(chǎn)生的阻塞。由于是異步時(shí)分復(fù)月J，厲于各個(gè)連接的信元會隨機(jī)到來而在某個(gè)時(shí)刻發(fā)生傳送沖突。也就是說，在信元傳送階段會不斷產(chǎn)生競爭現(xiàn)象。按照ATM交換機(jī)構(gòu)的不同設(shè)計(jì)，競爭中失敗的信元可以在緩沖器中排隊(duì)等待或予以丟棄。采用排隊(duì)策略也會由于緩沖器溢出而丟失信元。因此,ATM交換在信元傳送階段的阻塞特性主要用信元丟失率(CLRXell Loss Rate)來表示，CLR反映了由于各種原因在交換網(wǎng)絡(luò)中丟棄的信元數(shù)與總信元數(shù)之比。
  ②有阻塞與無阻塞
  從阻塞的特性來看，交換網(wǎng)絡(luò)可分為有阻塞網(wǎng)絡(luò)（Blocking Network)與無阻塞網(wǎng)絡(luò)(Non-blocking Network)。
  電路交換通常采用有阻塞網(wǎng)絡(luò)，但阻塞率較低，特別是采用時(shí)分方式的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)的阻塞率可以做到很低，例如，稱為微阻塞網(wǎng)絡(luò)。必要時(shí)也可采用無阻塞網(wǎng)絡(luò)。
  無阻塞網(wǎng)絡(luò)又可分為以下3類：
  嚴(yán)格無阻塞(Strict Non-blocking)0嚴(yán)格無阻塞網(wǎng)絡(luò)由ClosC提出，又稱為CLOS網(wǎng)絡(luò)。所謂嚴(yán)格無阻塞，是指不論交換網(wǎng)絡(luò)原先處于何種占用狀態(tài)，總可以建立任何出、人端之間的連接而無內(nèi)部阻塞。
  廣義無阻塞(Wide Sense Non-blocking)0對任何呼叫連接，只有遵循特定的選路規(guī)則才能做到無阻塞時(shí)，稱為廣義無阻塞。
  再配S無阻塞（Rearrangeable Non-blocking)0再配置無阻塞是指總可以通過對已建立連接所用的通路進(jìn)行調(diào)整，以建立任何新的無阻塞連接。
  ATM交換結(jié)構(gòu)也可采用無阻塞網(wǎng)絡(luò)，但要區(qū)分是連接建立的無阻塞，還是信元傳送的無阻塞。前者的原理與電路交換相似，也可采用CLOS結(jié)構(gòu)，但由于虛連接不同于物理連接，因此設(shè)計(jì)CLOS結(jié)構(gòu)所用的無阻塞條件稍有不同。信元傳送的無阻塞是指在信元傳送階段，交換結(jié)構(gòu)內(nèi)部不會產(chǎn)生任何競爭。通常所說的無阻塞ATM交換機(jī)構(gòu)往往是指信元傳送階段的無阻塞。
  （6）可靠性保障
  交換網(wǎng)絡(luò)是交換系統(tǒng)的重要部件，廣旦發(fā)生故障會影響眾多的呼叫連接，甚至導(dǎo)致全系統(tǒng)中斷。因此.交換網(wǎng)絡(luò)必須具備有效的可靠性保障性能。除了提高交換網(wǎng)絡(luò)硬件的可靠性以外，通常配置雙套冗余結(jié)構(gòu)，也可采用多平面結(jié)構(gòu)。
  冗余結(jié)構(gòu)通常有兩種工作方式：①熱備用方式。指一套主用、一套備用，備用的一套隨時(shí)接收和保存有關(guān)的信息，但不實(shí)現(xiàn)信息傳送，當(dāng)主用發(fā)生故障時(shí)可立即替換而不會影響已建立的呼叫連接。②雙工分擔(dān)方式。指兩套同時(shí)分擔(dān)工作，如一套發(fā)生故障，則全部可由另一套承擔(dān)。當(dāng)采用多平面冗余結(jié)構(gòu)時(shí)，即為負(fù)荷分擔(dān)方式。

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