数字交换网络中仿真实验研究

卢智嘉，张晶，李晓亮，杨洁，康元元，杨彦彬（.石家庄学院物理与电气信息工程学院，河北石家庄050035；.中国联合网络通信有限公司石家庄市分公司，河北石家庄050060）



数字交换网络中仿真实验研究

卢智嘉1，张晶1，李晓亮2，杨洁1，康元元1，杨彦彬1
（1.石家庄学院物理与电气信息工程学院，河北石家庄050035；2.中国联合网络通信有限公司石家庄市分公司，河北石家庄050060）

在数字交换网络中为了进一步提高对时隙交换过程的理解，分析了其中最常用的时间接线器、空间接线器的特点，并进行了仿真，在此基础上，讨论了TST网络的主要结构及工作流程，对理解交换技术的原理和概念有一定的指导作用.

数字交换；时隙；时间接线器；空间接线器

0引言

随着通信网络的迅猛发展，数据传输速度不断提高，网络升级改造的工程量也是有增无减，这使得针对掌握数字交换网络技术的人才需求与日俱增［1］.现代交换原理是通信工程专业的核心课程之一，这是一门对理论和实践要求都很强的课程［2］.然而，由于真实交换设备价格昂贵且更新频繁，学生接触到实际设备的机会少之又少，导致学生的相关理论建立在空中楼阁之上，理论与实际脱节，教学效果不容乐观.为了加深学生对时隙交换过程的理解，利用Simulink生动地实现了TST网络交换仿真过程，取得了良好的效果.

1交换原理

目前交换网络已经由原来的模拟交换网络发展到现在的数字交换网络，它能够将从数字传输设备进来的数字信号直接进行交换.作为交换网络的枢纽——交换机多采用计算机进行“存储程序控制”，它是利用软件实现对接续的自动控制，将各种控制功能、方法编成程序，存入存储器，同时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.其基本构成如图1所示.

图1　交换系统的基本结构框图

数字交换网络的实质实际上就是对包括语音信息、信令信息等数字信息的存储与转发.网络组成的基本元素为数字接线器.接线器分别有时间（T）接线器和空间（S）接线器两种.时间接线器负责实现同一条复用线上不同时隙内容的交换，空间接线器则负责实现不同复用线上相同时隙内容的交换.两种接线器组合使用就能构成多种类型的交换网络，实现信息在空间和时间的交换.

2 TST交换网络结构及工作过程

数字交换网络的接线器有T接线器、S接线器，交换网络有T-S交换网络、S-T交换网络、TST交换网络、STS交换网络等，最为常用的是TST交换网络，所以在此重点对TST交换网络进行结构分析和原理阐述.

假定用户A（占用HW 0TS2）要与用户B（占用HW 127TS30）通话，即把HW 0TS2时隙的内容通过TST网络交换到HW127的TS30中去；把HW127TS30的内容通过TST网络交换到HW0的TS2中去.为了说明方便，假定HW 0TS2的内容为a，HW127TS30的内容为b，实际上其内容均为8位二进制编码.

图2为TST交换网络的原理图.HW0TS2在复用器后和分路器前按顺序排列在第16位，即第16个外部时隙TS16；HW 127TS30在第247位（通过串并转换原理得出：30×8+7=247），即第247个外部时隙TS247.如果处理机选定一内部空闲时隙ITS5来连通用户A至用户B的通话，处理机就将相应的信息送给有关的控制存储器，即将选用的内部时隙号码5写入到前T级控制存储器第16号存储单元和用户B所在组后T级控制存储器第247号存储单元；将交换通过的前T级与S级之间公共复用线HW 0的号码0写入S级控制存储器CMS15地址为5（内部时隙号码）的存储单元中.当这些信息写入之后，只要没有清除信号或新的信号写入，则在时钟的控制下，把外部时隙TS16的内容a（HW0TS2）复用后变为TS32，经前T级传送到内部时隙ITS5中，经S级由复用线HW0转移到复用线HW15上，再经过后T级把ITS5中的内容传送到外部时隙TS247中，最后经分路器分配到HW 127的TS30中去，从而将用户A的信息交换到用户B，实现一个方向的通话.用户B至用户A的通话，也根据同样原理处理，通过半帧法确定一空闲内部时隙ITS133，将两用户接通.

图2　 TST数字交换网络

用户A和用户B之间的通话，A至B方向要通过一个前T级和一个后T级，B至A方向也要通过一个前T级和一个后T级，对每一组TST都有内部时隙256个.这些内部时隙的忙闲，是由前T级和后T级的存储器相应存储空间是否空闲来表示的，如果这些存储空间都被占用，则输入某一时隙的内容就没有地方可以写入，当然也就不能进行交换，就像空分模拟交换机无空闲链路一样.存储空间忙闲的信息是存放在处理机中的，选择空闲存储单元是由处理机通过查“忙闲表”操作完成的［3，4］.

3交换网络的仿真

3.1时间（T）接线器的仿真

有关T接线器的原理及仿真过程已在文献［5］中有过详细研究分析，在此就不再赘述.

3.2空间（S）接线器的仿真

S接线器由空分矩阵和多个控制存储器组成，它的功能是完成“空分交换”.S接线器是将某一条复用线上的某一时隙交换到另一复用线上去而不改变这个时隙的时间位置（即不改变该时隙所在复用线上的时隙号），所以说S接线器仅改变时隙在空间的位置.根据S接线器的工作原理，利用Simulink工具箱中的相应模块就可构建仿真图.

3.3 TST交换网络的仿真

TST交换网络的基本功能是实现不同复用线上不同时隙之间内容的交换.通过上述原理得知，先将被交换时隙的内容交换到一个中间空闲时隙，再进行不同复用线之间的交换，然后从中间时隙交换到目标时隙，这构成的是TST交换网络.从中得到启发，可以把两个不同的T接线器封装成子系统，作为S接线器的两个输入波形，来进行TST网络的仿真.首先用脉冲发生器来模拟话音作为信源的输出数据，脉冲发生器的幅度为0或1，周期均为2 s，通过不同脉宽及脉宽起止时间区分不同信源的输出.为实现不同复用线之间的交换，必须对连续的话音信号进行采样，采用两个阶跃信号和一个与门对数字化后的语音信号进行采样；同时还必须将目标时隙清空，采用两个阶跃信号和一个或门来清空目标时隙，以供交换.如图3所示.

图3　 TST数字交换网络仿真图

子系统中两个被封装的T接线器的输出波形，即Out 1和Out 2的输出波形，如图4左侧所示，这是已完成前T级（时间）交换未完成S（空间）交换的原始波形，可以把它同图5中交换前原始波形做比较，检验TST网络是否完成了不同时隙不同复用线的交换.

经交换前原始波形与子系统输出波形比较发现，子系统1（Out 1）输出的是经T1接线器将原波形第1时隙和第4时隙、第2时隙和第3时隙交换后的波形，子系统2（Out 2）输出的是经T2接线器将原波形第1时隙和第2时隙、第3时隙和第4时隙交换后的波形，然后将两个经过时间交换的波形再经S接线器实现空间的交换，图4右侧波形演示的是两条不同复用线第1时隙之间的交换.至此，通过TST交换网络实现了时空交换，达到了所要研究的目的.

现在TST交换网络模型基本仿真了常见网络的时空交换原理，用仿真软件很好地模拟了实际硬件的工作原理，准确反映了数字网络时空交换的实现过程.同时本模型还具有很大的灵活性，如要实现其他不同时隙的交换只要修改控制器的参数即可，同时加入相应的定时脉冲，还可以在“输入控制”与“输出控制”之间进行转换.

图4　 TST网络子系统输出和交换后波形对比

图5　 TST网络交换前原始波形

4结束语

要实现为地方经济建设和社会发展服务、培养高素质应用型人才的目标，务必需做到理论联系实际.同时通信工程专业的课程尤其是高年级的专业课具有很强的工程性，所以更需要增加实验教学环节，改变现有的考试模式，激发学生的实验积极性.

潜心研究现代交换原理的课程考核方式，通过交换时隙号和学生学号相关联，独特设计试卷中同一个题目，每位学生的正确答案均不相同，直接反映学生的真实水平和教师的教学效果.现代交换原理课程除利用现有的实验箱完成相关实验，还可以利用多种软件平台开发时隙交换实验.在讲述数字交换网络过程中，通过Simulink工具箱完成T接线器、S接线器和TST交换网络等多种网络结构的仿真，虽然交换原理是不变的，但是仿真模型的具体组成形式多种多样，使学生对时隙交换原理的理解和运用上升至更高的层次，达到理论教学与实验教学的有机结合.

［1］WAYNET.Electronic CommunicationsSystems：FoundametnalsThroughAdvanced［M］.北京：电子工业出版社，2002.

［2］燕慧英，时永鹏，王松德.基于MATLAB数字交换网络的仿真［J］.大众科技，2009，（1）：55-67.

［3］冯会栓.现代交换原理与通信网络技术探析［J］.硅谷，2013，（14）：34-35.

［4］王运成.混洗交换网络冲突消除方法仿真分析［J］.计算机仿真，2014，31（7）：305-308.

［5］卢智嘉，杨彦彬，陈国智，等.Simulink应用于程控交换网络的研究［J］.石家庄学院学报，2010，12（3）：5-8.

（责任编辑鹍钮效）

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

河北省科技计划项目（15220353，15270349）；河北省高等学校科学研究计划（QN2016324，ZC2016107）；石家庄学院科研启动基金（16YB006）

卢智嘉（1982-），男，河北石家庄人，副教授，主要从事网络通信和数据传输研究.