中国和世界在太平洋战争后的研究成果

1．1　交换概念的引入

所谓交换，就是为了实现用户之间信息的相互交互，在众多的信源和信宿之间引入公共的中转节点（交换设备），实现话音、数据、图像、视频等信息的转发，用以节约信息传送通道的投资。

“交换”对电信行业而言，是一个非常重要的概念。交换技术与通信网、终端业务、传输技术等是分不开的，因此本章从通信网的发展现状、各类终端业务的特点及传输技术引出相应的交换技术。

1．通信系统

（1）点对点通信系统

通信的目的是实现信息的传递。通信系统是实现信息传递的设备及设施的总称。一个通信系统应由发送终端、接收终端和传输信道三部分组成。仅涉及两个终端的单向或交互通信称为点对点（专线）通信，如图1．1所示。终端设备包括电话机、传真机、摄像机、电视机、计算机等。发送端设备是将含有信息的消息转换成适合信道传输的信号形式，送入传输信道；接收设备是将来自传输信道的信号还原成原始的消息。传输信道可分为有线信道（如明线、电缆、光缆等）和无线信道（如大气层、对流层、电离层等），主要功能是将携带信息的信号从一点传送到另一点。点对点通信系统示例如图1．2所示。

图1．1　点对点通信系统

（2）点对多点（广播）通信系统

在通信过程中，不仅有点对点的通信形式，还有一点发送多点接收的通信形式，称为广播通信。完成广播通信的系统称为广播通信系统。广播通信系统也是由发送终端、接收终端和传输信道三部分组成，如图1．3所示。广播通信的例子很多，例如语音广播、电视广播、手机群发短信、移动通信的“飞信”等。

图1．2　点对点通信系统示例

图1．3　广播通信系统

（3）多个终端全互联方式的通信系统

当存在多个终端，并要求任意两个都能相互之间进行点到点通信时，最直接的方法就是把所有终端都两两相连，这样的连接方式称为全互联方式。若终端数为N，连线的对数用L表示，则L＝N（N－1）/2。

例如：当终端用户N为5时，连线的对数为：L＝N（N－1）/2＝5×（5－1）/2＝10对，如图1．4所示。

当终端用户N为8时，连线的对数为：L＝8×（8－1）/2＝28对，如图1．5所示。

图1．4　5个终端全互联方式的通信系统

图1．5　8个终端全互联方式的通信系统

可见，全互联方式存在下列缺点：

①N个终端互联时，线对数量以终端数的平方规律增加，即需用N（N－1）/2条线对。

②当这些终端相距较远时，大量的长途线路费用将成为主要投资。

③每个终端都须配置N－1对线路接口。(www.xing528.com)

④当增加第N个终端时，必须增加N对线路。

⑤每个用户终端出线过多，使得出线选择非常复杂。

因此，全互联方式仅适合于终端数目较少、地理位置相对集中，且可靠性要求高的场合。

2．交换设备与通信网

（1）交换设备

为解决全互联方式存在的问题，可以设想，在用户分布密集的中心位置安装一个设备，用交叉接点＊示意，把每个用户的电话机或其他终端设备都用各自专用的线路连接在这个设备上，如图1．6所示。交叉接点相当于一个开关，在用户没有信息要交换时是打开的，当任意两个用户之间要交换信息时，该设备将相应的开关接点闭合，这两个用户的通信线路被接通，一直到两个用户通信完毕，相应的接点才断开，两个用户间的连线也被断开。可见，该设备能够完成任意两个用户之间交换信息的任务，所以称其为交换设备或交换机。

（2）通信网

有了交换设备，N个用户只需要N对线路就可以满足互联要求，线路投资费用大大降低，用户线路的维护也变得简单容易。虽然增加了交换设备的投资，但交换设备为更多的终端共享其服务，相比之下，总的投资费用大大下降了。

①最简单的通信网

仅由一台交换机组成的交换式通信网是最简单的通信网，如图1．7所示。每个通信终端通过一对专门的用户环线（简称用户线）连接到交换机的线路接口，交换机负责监测各个用户的状态，并在任意两条用户线之间建立和释放通信链路。换句话说，任意一台电话机均可请求交换机在本用户线和被叫用户线之间建立一条通信链路（线路），并能随时令交换机释放已建立的通信链路。

图1．6　用户通过交换设备连接

图1．7　最简单的通信网

②多台交换机组成的交换式通信网

交换式通信网的一个重要优点是较易于组成大型网络。当用户数量很多并且分布在较大的区域时，连接管理的复杂性将急剧上升，这就需要多台交换机组成通信网，如图1．8所示。网络中直接连接电话机或终端的交换机称为本地交换机或市话（端局）交换机，相应的交换局称为端局或市话局；仅与各交换机连接的交换机称为汇接交换机。当通信距离很远，通信网覆盖多个省市乃至全国范围时，汇接交换机常常被称为长途交换机。交换机之间的线路称为中继线。显然，长途交换机和汇接交换机仅涉及交换机之间的通信，端局交换机既负责交换机之间的通信，也完成交换设备与终端的通信。

图1．8中的用户交换机（Private Branch Exchange，PBX）常用于一个集团的内部。PBX与市话交换机之间的中继线数目通常远比PBX所连接的用户线数目少，因此当集团中的电话主要用于内部通信时，采用PBX要比将所有话机都连到市话交换机上更经济。

图1．8　由多台交换机组成的通信网

当PBX具有自动交换能力时，又称为PABX（Private Automatic Branch Exchange）。公共电话网只负责接续到PBX，进一步从PBX到电话机的接续常需要由话务员转接或采用特殊的直接接入设备。

从上面通信网的结构可以看出，构成通信网的基本要素是：终端设备、传输系统和转（汇）接交换设备。

终端设备是通信网的信源和信宿，包含消息信号的变换和反变换装置。不同的通信业务信源和信宿不同，也就有着不同的变换和反变换装置，因此，不同的通信业务终端设备是不同的，如电话业务的终端设备是电话机，传真业务的终端设备是传真机。终端设备的功能是完成消息和在信道上传送的信号之间的相互转换、产生和识别通信网中所需的信令信号或规约信号，以便相互联系和应答。

传输系统是交换设备（交换节点）之间或终端到交换设备的连接媒介，是信息的传送通路，以无线电波和有线（电缆、光缆等）方式实现信息的传送。在交换节点之间的传输系统完成单个终端与交换设备的信号传送和接入及多个终端通信信号的复用和解复用，不同网络节点（网内的网络设备，如路由器、交换机、集线器、PC等）之间传输系统不同，一般有频分载波传输系统、准同步数字系列（PDH）和同步数字系列（SDH）、数字微波传输系统、光纤传输系统等实现方式。

转接交换设备是通信网络的核心，它的基本功能是对连接到交换节点的传输链路上的信号进行汇集、转接和分配，实现多点到多点之间信息的转移交互。由于通信网上传送的业务不同，各种业务的信号和组织模式及要求也不同，因而交换设备也有所不同。