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

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數(shù)字交換網(wǎng)絡中仿真實驗研究

盧智嘉1，張晶1，李曉亮2，楊潔1，康元元1，楊彥彬1
（1.石家莊學院物理與電氣信息工程學院，河北石家莊050035；2.中國聯(lián)合網(wǎng)絡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)絡中為了進一步提高對時隙交換過程的理解，分析了其中最常用的時間接線器、空間接線器的特點，并進行了仿真，在此基礎上，討論了TST網(wǎng)絡的主要結(jié)構(gòu)及工作流程，對理解交換技術(shù)的原理和概念有一定的指導作用.

數(shù)字交換；時隙；時間接線器；空間接線器

0引言

隨著通信網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸速度不斷提高，網(wǎng)絡升級改造的工程量也是有增無減，這使得針對掌握數(shù)字交換網(wǎng)絡技術(shù)的人才需求與日俱增［1］.現(xiàn)代交換原理是通信工程專業(yè)的核心課程之一，這是一門對理論和實踐要求都很強的課程［2］.然而，由于真實交換設備價格昂貴且更新頻繁，學生接觸到實際設備的機會少之又少，導致學生的相關(guān)理論建立在空中樓閣之上，理論與實際脫節(jié)，教學效果不容樂觀.為了加深學生對時隙交換過程的理解，利用Simulink生動地實現(xiàn)了TST網(wǎng)絡交換仿真過程，取得了良好的效果.

1交換原理

目前交換網(wǎng)絡已經(jīng)由原來的模擬交換網(wǎng)絡發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字交換網(wǎng)絡，它能夠?qū)臄?shù)字傳輸設備進來的數(shù)字信號直接進行交換.作為交換網(wǎng)絡的樞紐——交換機多采用計算機進行“存儲程序控制”，它是利用軟件實現(xiàn)對接續(xù)的自動控制，將各種控制功能、方法編成程序，存入存儲器，同時利用對外部狀態(tài)的掃描數(shù)據(jù)和存儲程序來控制、管理整個交換系統(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)絡的實質(zhì)實際上就是對包括語音信息、信令信息等數(shù)字信息的存儲與轉(zhuǎn)發(fā).網(wǎng)絡組成的基本元素為數(shù)字接線器.接線器分別有時間（T）接線器和空間（S）接線器兩種.時間接線器負責實現(xiàn)同一條復用線上不同時隙內(nèi)容的交換，空間接線器則負責實現(xiàn)不同復用線上相同時隙內(nèi)容的交換.兩種接線器組合使用就能構(gòu)成多種類型的交換網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息在空間和時間的交換.

2 TST交換網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及工作過程

數(shù)字交換網(wǎng)絡的接線器有T接線器、S接線器，交換網(wǎng)絡有T-S交換網(wǎng)絡、S-T交換網(wǎng)絡、TST交換網(wǎng)絡、STS交換網(wǎng)絡等，最為常用的是TST交換網(wǎng)絡，所以在此重點對TST交換網(wǎng)絡進行結(jié)構(gòu)分析和原理闡述.

假定用戶A（占用HW 0TS2）要與用戶B（占用HW 127TS30）通話，即把HW 0TS2時隙的內(nèi)容通過TST網(wǎng)絡交換到HW127的TS30中去；把HW127TS30的內(nèi)容通過TST網(wǎng)絡交換到HW0的TS2中去.為了說明方便，假定HW 0TS2的內(nèi)容為a，HW127TS30的內(nèi)容為b，實際上其內(nèi)容均為8位二進制編碼.

圖2為TST交換網(wǎng)絡的原理圖.HW0TS2在復用器后和分路器前按順序排列在第16位，即第16個外部時隙TS16；HW 127TS30在第247位（通過串并轉(zhuǎn)換原理得出：30×8+7=247），即第247個外部時隙TS247.如果處理機選定一內(nèi)部空閑時隙ITS5來連通用戶A至用戶B的通話，處理機就將相應的信息送給有關(guān)的控制存儲器，即將選用的內(nèi)部時隙號碼5寫入到前T級控制存儲器第16號存儲單元和用戶B所在組后T級控制存儲器第247號存儲單元；將交換通過的前T級與S級之間公共復用線HW 0的號碼0寫入S級控制存儲器CMS15地址為5（內(nèi)部時隙號碼）的存儲單元中.當這些信息寫入之后，只要沒有清除信號或新的信號寫入，則在時鐘的控制下，把外部時隙TS16的內(nèi)容a（HW0TS2）復用后變?yōu)門S32，經(jīng)前T級傳送到內(nèi)部時隙ITS5中，經(jīng)S級由復用線HW0轉(zhuǎn)移到復用線HW15上，再經(jīng)過后T級把ITS5中的內(nèi)容傳送到外部時隙TS247中，最后經(jīng)分路器分配到HW 127的TS30中去，從而將用戶A的信息交換到用戶B，實現(xiàn)一個方向的通話.用戶B至用戶A的通話，也根據(jù)同樣原理處理，通過半幀法確定一空閑內(nèi)部時隙ITS133，將兩用戶接通.

圖2　 TST數(shù)字交換網(wǎng)絡

用戶A和用戶B之間的通話，A至B方向要通過一個前T級和一個后T級，B至A方向也要通過一個前T級和一個后T級，對每一組TST都有內(nèi)部時隙256個.這些內(nèi)部時隙的忙閑，是由前T級和后T級的存儲器相應存儲空間是否空閑來表示的，如果這些存儲空間都被占用，則輸入某一時隙的內(nèi)容就沒有地方可以寫入，當然也就不能進行交換，就像空分模擬交換機無空閑鏈路一樣.存儲空間忙閑的信息是存放在處理機中的，選擇空閑存儲單元是由處理機通過查“忙閑表”操作完成的［3，4］.

3交換網(wǎng)絡的仿真

3.1時間（T）接線器的仿真

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

3.2空間（S）接線器的仿真

S接線器由空分矩陣和多個控制存儲器組成，它的功能是完成“空分交換”.S接線器是將某一條復用線上的某一時隙交換到另一復用線上去而不改變這個時隙的時間位置（即不改變該時隙所在復用線上的時隙號），所以說S接線器僅改變時隙在空間的位置.根據(jù)S接線器的工作原理，利用Simulink工具箱中的相應模塊就可構(gòu)建仿真圖.

3.3 TST交換網(wǎng)絡的仿真

TST交換網(wǎng)絡的基本功能是實現(xiàn)不同復用線上不同時隙之間內(nèi)容的交換.通過上述原理得知，先將被交換時隙的內(nèi)容交換到一個中間空閑時隙，再進行不同復用線之間的交換，然后從中間時隙交換到目標時隙，這構(gòu)成的是TST交換網(wǎng)絡.從中得到啟發(fā)，可以把兩個不同的T接線器封裝成子系統(tǒng)，作為S接線器的兩個輸入波形，來進行TST網(wǎng)絡的仿真.首先用脈沖發(fā)生器來模擬話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，通過不同脈寬及脈寬起止時間區(qū)分不同信源的輸出.為實現(xiàn)不同復用線之間的交換，必須對連續(xù)的話音信號進行采樣，采用兩個階躍信號和一個與門對數(shù)字化后的語音信號進行采樣；同時還必須將目標時隙清空，采用兩個階躍信號和一個或門來清空目標時隙，以供交換.如圖3所示.

圖3　 TST數(shù)字交換網(wǎng)絡仿真圖

子系統(tǒng)中兩個被封裝的T接線器的輸出波形，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（時間）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TST網(wǎng)絡是否完成了不同時隙不同復用線的交換.

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接線器將原波形第1時隙和第4時隙、第2時隙和第3時隙交換后的波形，子系統(tǒng)2（Out 2）輸出的是經(jīng)T2接線器將原波形第1時隙和第2時隙、第3時隙和第4時隙交換后的波形，然后將兩個經(jīng)過時間交換的波形再經(jīng)S接線器實現(xiàn)空間的交換，圖4右側(cè)波形演示的是兩條不同復用線第1時隙之間的交換.至此，通過TST交換網(wǎng)絡實現(xiàn)了時空交換，達到了所要研究的目的.

現(xiàn)在TST交換網(wǎng)絡模型基本仿真了常見網(wǎng)絡的時空交換原理，用仿真軟件很好地模擬了實際硬件的工作原理，準確反映了數(shù)字網(wǎng)絡時空交換的實現(xiàn)過程.同時本模型還具有很大的靈活性，如要實現(xiàn)其他不同時隙的交換只要修改控制器的參數(shù)即可，同時加入相應的定時脈沖，還可以在“輸入控制”與“輸出控制”之間進行轉(zhuǎn)換.

圖4　 TST網(wǎng)絡子系統(tǒng)輸出和交換后波形對比

圖5　 TST網(wǎng)絡交換前原始波形

4結(jié)束語

要實現(xiàn)為地方經(jīng)濟建設和社會發(fā)展服務、培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才的目標，務必需做到理論聯(lián)系實際.同時通信工程專業(yè)的課程尤其是高年級的專業(yè)課具有很強的工程性，所以更需要增加實驗教學環(huán)節(jié)，改變現(xiàn)有的考試模式，激發(fā)學生的實驗積極性.

潛心研究現(xiàn)代交換原理的課程考核方式，通過交換時隙號和學生學號相關(guān)聯(lián)，獨特設計試卷中同一個題目，每位學生的正確答案均不相同，直接反映學生的真實水平和教師的教學效果.現(xiàn)代交換原理課程除利用現(xiàn)有的實驗箱完成相關(guān)實驗，還可以利用多種軟件平臺開發(fā)時隙交換實驗.在講述數(shù)字交換網(wǎng)絡過程中，通過Simulink工具箱完成T接線器、S接線器和TST交換網(wǎng)絡等多種網(wǎng)絡結(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，使學生對時隙交換原理的理解和運用上升至更高的層次，達到理論教學與實驗教學的有機結(jié)合.

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

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

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

［4］王運成.混洗交換網(wǎng)絡沖突消除方法仿真分析［J］.計算機仿真，2014，31（7）：305-308.

［5］盧智嘉，楊彥彬，陳國智，等.Simulink應用于程控交換網(wǎng)絡的研究［J］.石家莊學院學報，2010，12（3）：5-8.

（責任編輯鹍鈕效）

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

河北省科技計劃項目（15220353，15270349）；河北省高等學?？茖W研究計劃（QN2016324，ZC2016107）；石家莊學院科研啟動基金（16YB006）

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