通信交换原理

通信交换原理（共8篇）

通信交换原理 篇1

从现阶段我国经济体制的发展趋势来看, 通信网络的整体要求由先前承载单个业务项目的独立网络朝着能够承载多项业务项目的网络, 也就是我们所说的NGN网络的方向发展。不论是从功能上还是容量上看传统的电路信息交换法都不能满足现今通信的发展需求, 接口兼容的软交换、多信息共融、大储存空间方式才是符合时代需求的产物。

1 下一代网络的软交换技术

传统的电信网络交换技术是以程控交换机构成的网络为基础, 但下一代网络是以软交换构成的信息交换平台为基础。其中, 软交换技术是上下两代网络的承接枢纽, 以固定网络智能化技术为基础, 实现有机融合多用户的存储平台、呼叫控制平台、传送承载平台、业务供应平台和多样化的兼容形式, 符合运营商的经济操作需求, 有效满足商家的在业务发展方面的需求, 通过软交换技术的运用, 能够充分利用起网络资源, 保护并增加已有的投入价值, 成为PSTN网络向下一代网络过渡的中转站。因此, 人们越来越看好将软交换技术作为核心技术的网络发展前景, 它们也逐步成为通信网络的重点发展内容。

新研发出来的NDN技术充分发挥了网络通信的作用, 在改变传统呼叫控制和网络业务相连局面的基础上隔离了与承载方式的联系空间, 使得网络业务实现了从所未有的高独立性和散发性。这种的独立性业务能够依据客户需求制定相关业务内容, 在一定程度上降低了业务内容中承载网络类型的局限性, 推动了网络业务在灵活性方面的发展。以SOFT SWITCH为网络核心基础的软交换网络体系极大的拓展了网络业务的发展内容和发展方向, 充分体现出了静态网络和动态网络的有机融合, 同时也顺应了现今社会网络发展的趋势。现阶段社会发展对通信便捷化、个性化、稳定化、移动化的要求日益提高, 而下一代网络所提供的语言通话、数据交换、视频的播放与缓存等多媒体服务都能很好的满足此类发展要求, 同时也能充分体现出网络发展的时代化、多元化和全面化, 是促进网络可持续发展的重要途径。

2 软交换在通信网络运用中的优点

2.1 运营费用低

软交换技术在相对于以往的设备交换在功率的耗损和集成度方面都占有一定的优势, 在耗能方面省去了对供电的需求, 在节约能量的同时也省却了机房的占地面积。因软交换的控制与承载介质是以相分离的状态存在, 因此采用集中管理和集中放置的方式来作为软交换通信的核心, 从运营维护的成本方面达到减少网络成本的最终目的。

2.2 建设成本低

以往的网络交换在构架上有一定程度的封闭性, 与现今的软交换技术所拥有的开放性相比在交换结构上存在很大的差别, 新型的软交换技术在核心控制方面也作出了一些改变, 通过运用开放端口和通用协议, 说明了网络里的全部用户就是软交换得以进行的对象。其间, 网络构架也从以往的高成本演变为低成本投入, 从以往的封闭式走向现今的开放式, 很大程度上的提高了业务部署和发展的速度。软交换通过PSTN向NGN技术的转换, 推动了IMS与2G等网络间的兼容。软交换技术的传输介质一般是帧, 它能在有效的提高信息传输的速度并在一定程度上降低投入成本。软交换技术网络模式里的设置与管理模式都较为集中, 相对于传统的业务覆盖区域来说也更大, 减少网络侧位置更新的次数和局部切换是改善网络和服务质量的重要基础, 实施对软交换设置与模式的集中管理, 能够有效简化网络管理过程。

3 软交换技术的应用与发展

3.1 有效实现资源共享的目的

运营商通常会将智能网发展作为业务拓展的标准之一。CDMA和TDMA是自由空间传播的电磁波中运用的借口技术, 分别拥有码分多址和时分多址的基本特性。软交换虽处于迅速的发展时期, 但在使用过程中缺乏一定的成熟性和稳定性, 没有统一的技术标准和原则。因此, 不同厂家间的技术交流还不能有效实现。在实践过程中, 要在资源共享的有力基础上实现网络的有效共享才能搭建起不同软交换的桥梁, 减少网络交流里的技术阻碍。

3.2 运用分布式交换减少回程费用

使用传统的通信手段, 系统的运行和维护成本都较高, 其电路交换主要是运用MSC在PSTN和RAN之间集中以此完成语音交换的目的。在企业网络里, 集中的MSC作为大型设备, 要在PSTN与RAN之间构建不同的话音回程电路。在进行整体呼叫时, 很大一部分的本地呼叫会让电路加倍, 同时也增加了很大一部分的建设投入成本, 从RAN到MSC再到PSTN, 整个通信过程的电路都是围绕着本地运转。但在软交换的技术里, MSC是其结构体系中由服务器和媒体网关组成的一个中转站, 而控制各种呼叫控制就是最大发挥出呼叫控制网关和媒体网关设立在一起的价值。

摘要：本文从NGN技术与IP网络平台的技术原理上进行分析, 初步探讨它们的应用前景。

关键词：软交换通信技术,技术原理,应用前景

参考文献

[1]刘晓波.通信工程中软交换技术的应用[J].中国科技博览, 2012 (23) :619-619.[1]刘晓波.通信工程中软交换技术的应用[J].中国科技博览, 2012 (23) :619-619.

[2]陈玉喜.浅析通信工程中如何应用软交换技术[J].科技与企业, 2013 (1) :108.[2]陈玉喜.浅析通信工程中如何应用软交换技术[J].科技与企业, 2013 (1) :108.

通信交换原理 篇2

一、交换机的工作原理

1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。

2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。

3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood）。

4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。

二、交换机的三个主要功能

学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。

消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

三、交换机的工作特性

1.交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。

2.交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播（惟一的例外是在配有VLAN的环境中）。

3.交换机依据帧头的信息进行转发，因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备（此处所述交换机仅指传统的二层交换设备）。

四、交换机的分类

依照交换机处理帧时不同的操作模式，主要可分为两类：

存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行错误校检，如无错误再将这一帧发往目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。

直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部的被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。五、二、三、四层交换机？ 多种理解的说法： 1.二层交换（也称为桥接）是基于硬件的桥接。基于每个末端站点的唯一MAC地址转发数据包。二层交换的高性能可以产生增加各子网主机数量的网络设计。其仍然有桥接所具有的特性和限制。

三层交换是基于硬件的路由选择。路由器和第三层交换机对数据包交换操作的主要区别在于物理上的实施。

四层交换的简单定义是：不仅基于MAC（第二层桥接）或源/目的地IP地址（第三层路由选择），同时也基于TCP/UDP应用端口来做出转发决定的能力。其使网络在决定路由时能够区分应用。能够基于具体应用对数据流进行优先级划分。它为基于策略的服务质量技术提供了更加细化的解决方案。提供了一种可以区分应用类型的方法。2.二层交换机 基于MAC地址

三层交换机 具有VLAN功能 有交换和路由 ///基于IP，就是网络

四层交换机 基于端口，就是应用 3.二层交换技术从网桥发展到VLAN（虚拟局域网），在局域网建设和改造中得到了广泛的应用。第二层交换技术是工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，它不能处理不同IP子网之间的数据交换。传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是它的转发效率比二层低，因此要想利用二层转发效率高这一优点，又要处理三层IP数据包，三层交换技术就诞生了。三层交换技术的工作原理

第三层交换工作在OSI七层网络模型中的第三层即网络层，是利用第三层协议中的IP包的包头信息来对后续数据业务流进行标记，具有同一标记的业务流的后续报文被交换到第二层数据链路层，从而打通源IP地址和目的IP地址之间的一条通路。这条通路经过第二层链路层。有了这条通路，三层交换机就没有必要每次将接收到的数据包进行拆包来判断路由，而是直接将数据包进行转发，将数据流进行交换 4.二层交换技术

二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下：

（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；

（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；

（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；

（4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：

（1）由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这交换机就可以实现线速交换；

（2）学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFER RAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量；

（3）还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC（Application specific Integrated Circuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。

以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。

（二）路由技术

路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作，其工作模式与二层交换相似，但路由器工作在第三层，这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息，实现功能的方式就不同。工作原理是在路由器的内部也有一个表，这个表所标示的是如果要去某一个地方，下一步应该向那里走，如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走，把链路层信息加上转发出去；如果不能知道下一步走向那里，则将此包丢弃，然后返回一个信息交给源地址。

路由技术实质上来说不过两种功能：决定最优路由和转发数据包。路由表中写入各种信息，由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径，然后由相对简单直接的转发机制发送数据包。接受数据的下一台路由器依照相同的工作方式继续转发，依次类推，直到数据包到达目的路由器。

而路由表的维护，也有两种不同的方式。一种是路由信息的更新，将部分或者全部的路由信息公布出去，路由器通过互相学习路由信息，就掌握了全网的拓扑结构，这一类的路由协议称为距离矢量路由协议；另一种是路由器将自己的链路状态信息进行广播，通过互相学习掌握全网的路由信息，进而计算出最佳的转发路径，这类路由协议称为链路状态路由协议。

由于路由器需要做大量的路径计算工作，一般处理器的工作能力直接决定其性能的优劣。当然这一判断还是对中低端路由器而言，因为高端路由器往往采用分布式处理系统体系设计。

（三）三层交换技术

近年来的对三层技术的宣传，耳朵都能起茧子，到处都在喊三层技术，有人说这是个非常新的技术，也有人说，三层交换嘛，不就是路由器和二层交换机的堆叠，也没有什么新的玩意，事实果真如此吗？下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。组网比较简单

使用IP的设备A------------------------三层交换机------------------------使用IP的设备B 比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。

如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。以上就是三层交换机工作过程的简单概括，可以看出三层交换的特点： 由硬件结合实现数据的高速转发。

这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，突破了传统路由器的接口速率限制，速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽，这些是三层交换机性能的两个重要参数。简洁的路由软件使路由过程简化。

大部分的数据转发，除了必要的路由选择交由路由软件处理，都是又二层模块高速转发，路由软件大多都是经过处理的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。结论

二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。

路由器的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的网络间的路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。

三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发，加入路由功能也是为这个目的服务的。如果把大型网络按照部门，地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。

一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。5.第四层交换的一个简单定义是：它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址(第三层路由),而且依据TCP/UDP(第四层)应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP，指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。

在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），每组服务器支持某种应用。在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是VIP，而不是真实的服务器地址。

当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请求（例如一个TCP SYN包）发给服务器交换机。服务器交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输。

第四层交换的原理

OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信，即在网络源和目标系统之间协调通信。在IP协议栈中这是TCP（一种传输协议）和UDP（用户数据包协议）所在的协议层。

在第四层中，TCP和UDP标题包含端口号（portnumber），它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。端点系统利用这种信息来区分包中的数据，尤其是端口号使一个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型，并把它交给合适的高层软件。端口号和设备IP地址的组合通常称作“插口（socket）”。

1和255之间的端口号被保留，他们称为“熟知”端口，也就是说，在所有主机TCP/I

P协议栈实现中，这些端口号是相同的。除了“熟知”端口外，标准UNIX服务分配在256到1024端口范围，定制的应用一般在1024以上分配端口号.分配端口号的最近清单可以在RFc1700”Assigned Numbers”上找到。TCP／UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第4层交换的基础。

“熟知”端口号举例:

应用协议

端口号

FTP

20（数据）

21（控制）

TELNET

SMTP

HTTP

NNTP

119

NNMP

162（SNMP traps）

TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第四层交换的基础。

具有第四层功能的交换机能够起到与服务器相连接的“虚拟IP”(VIP)前端的作用。

每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。这个VIP地址被发送出去并在域名系统上注册。

在发出一个服务请求时，第四层交换机通过判定TCP开始，来识别一次会话的开始。然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。一旦做出这种决定，交换机就将会话与一个具体的IP地址联系在一起，并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。

每台第四层交换机都保存一个与被选择的服务器相配的源IP地址以及源TCP 端口相关联的连接表。然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发，直到交换机发现会话为止。

《程控交换原理》课程教学探究 篇3

1 教学内容的选取

我院“程控交换原理”课程采用的教材是《程控数字交换技术》[2]。全书共十一章, 主要可分为五个知识模块:交换基础 (概述和模拟信号的数字化处理与多路复用技术) ;电路交换的硬软件结构 (交换网络的结构和原理、程控数字交换机的接口与外设、控制系统的结构与程序管理、呼叫接续与程序控制) ;电信网络与信令系统 (电信网规程、电信网信令系统) ;宽带交换技术;典型交换机介绍。我院“程控交换原理”课程的理论教学为36学时。在有限的时间内对所有的知识点进行全面讲解并不现实, 因此我们从以下三个方面对课程的教学内容进行有效地筛选和精炼。

(1) 突出原理机制。教学中注重交换技术的基础知识、基本思想和原理。如时隙交换是程控数字交换技术中的核心内容, 也是未来新交换技术的基础, 因此借助各种教学手段和方法把时隙交换的原理讲透。

(2) 注重教学内容的时效性。在教学内容中将经典交换技术 (电路交换、A T M交换) 的传授与新交换技术 (IP交换、软交换、光交换的原理以及当前通信发展的新技术) 的介绍融合起来, 实现教学内容的传统性和时效性的结合。

(3) 注重教学内容的应用性。将各个知识点应用到实际案例中进行分析, 同时将企业应用与企业需求纳入教学环节, 从应用中理解和消化知识重点和难点, 明显提高了学生主动学习的兴趣和掌握教学内容的深度。

在实际教学中, 教学内容的选取获得了学生的积极回应。学生在教学评价中, 给予本课程授课教师以“熟悉教学内容, 知识面广”的评价。

2 课堂教学方法

建构主义理论认为:教师不能只给学生以知识, 而应引导学生用自己的头脑来建构知识[3]。因此教学中我们将传授知识和培养能力结合, 采取了问题主导教学内容的教学方法。其具体教学过程是“提出问题-引导学生思考-讨论解决方案-对比论证-得出结论-进一步阐述基本原理与方法”。例如在交换网络的原理与结构中, 讲完T接线器和S接线器后, 向学生提问:“二级交换网络有缺陷否?该如何改进?如何利用T接线器和S接线器来构建具有任意时隙/母线之间交换功能的交换网络?如何结合?”, 让学生思考、分析, 和学生共同讨论解决问题的方法。这样的问题可以串联起课程的相关知识点, 让学生更加清晰地了解了交换网络的本质。教学实践表明该方法不仅调动了学生学习的积极性和主动性, 同时也训练学生的逻辑思维能力与分析解决问题的能力, 将真正获取知识本身的思考过程还给学生, 而不是不经过思考直接从老师的口中获取现成的答案和知识;鼓励学生大胆发表不同的见解, 激发了学生的创新意识, 培养了学生的创新精神和创新能力。

在实际教学中, 我们充分利用现代化信息技术手段辅助教学。如利用PowerPoint、flash和画图工具来形象展示相关交换原理、概念及过程;利用MATLAB中的Simulink工具箱实现了时隙交换仿真、演示程控交换的原理;利用信息检索技术收集行业最新动态;利用Blog、MSN与其他同行和学生探讨问题;利用网上答疑、网络教学评价来不断提高教师的授课水平。利用M i n d m a p将课程中的各个知识点, 通过图形的方式进行归纳、串接, 形成一个有机的组织结构。学生反馈说, 这样学习知识点容易理解相互关系, 能起到顺藤摸瓜的效果, 且不容易忘记。

3 课程实验

在课程实验环节, 我们安排了9学时的课内实验。遵循夯实基础和强化实践的教学理念, 首先精选验证性实验 (如P C M编译码、人工交换、数字时分交换) 、综合设计性实验 (如时分/空分现场在线编程调试) 和研究性实验 (如基于C P L D的信令信号的产生) 的内容, 同时提高综合设计性和研究性实验比重。我们提出了在教师指导下学生为主体自主实验的实践能力培养模式, 即教学措施上强化学生参与实践、引导探索式学习;教学模式上实施以学生为中心、学生自我训练为主;实验教学方法上坚持预习、现场启发指导、个人独立训练、团队协作训练、探索式训练等。

充分发挥我院网络实验平台的作用, 网络平台提供的实验项目远远超过课程实验9学时。基于网络平台所具备的远程实验功能, 有兴趣和能力的学生可在课外或实验室外通过网络在线选做其他实验项目, 为优秀的学生提供了发展空间;且学生可以在本院在线论坛的相应技术板块就实验内容和实验问题进行讨论和交流。学生们普遍认为这种开放式的、以学生为主体的实验教学模式, 增强了自己的自主学习意识和分析问题、解决问题的能力, 能更加深入和全面地掌握本课程的相关知识点和在实际工作中所需要的专业知识和技能。

4 课程考核方式

课程教学应以激发学生的思考、增强学生的综合能力为首要目标, 而不是以传授知识为根本目的。因此在课程考核方面做了相应的改进, 将课程总成绩分为期末笔试卷面成绩、平时成绩和课程实验成绩三部分。同时加大平时成绩 (2 0%) 和课程实验成绩 (1 5%) 的比重, 平时成绩以作业完成质量和参与教学效果为主。布置的作业都具有开放性特点并且没有唯一标准答案, 需要学生上网查询和思考;鼓励学生积极参与教学过程, 主持讨论、积极参与讨论、积极提出问题等情况分别予以加分。期末考试的时候着重考查学生在掌握了一定知识和思维方式后解决问题的能力。这样的改革减轻了学生在期末的心理负担和身体负担, 而加强了平时对相关内容和相关能力的培养, 受到学生的广泛欢迎。

5 结语

通过我院教师对“程控交换原理”课程的教学内容、教学方法、课程实验与考核方式的探究实践, 教学过程中激发了学生的主动性、创造性, 并且很大程度提升了学生的综合实践能力, 受到了学生的欢迎。

参考文献

[1]张文冬.程控数字交换技术原理[M].北京:北京邮电大学出版社.2004

[2]刘振霞, 马志强, 钱渊.程控数字交换技术[M].西安:西安电子科技大学出版社.2009

[3]张积家.高等教育心理学[M].北京:高等教育出版社.2009

交换机电源的工作原理和维修 篇4

1.1 UC3842芯片简介

UC3842是由美国UNIRODE公司生产。此IC具有引脚少 (8脚) 、外接元件少、接线简单、可靠性高、成本极低等优点。UC3842是电流控制型脉宽调制器, 通常用于单端反激式变换器, 输出功率限制在100W以下。

1.2 UC3842内部工作原理

图1示出了UC3842内部框图和引脚图, UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式, 共有8个引脚, 各脚功能如下: (1) 脚是误差放大器的输出端, 外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性; (2) 脚是反馈电压输入端, 此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较, 产生误差电压, 从而控制脉冲宽度; (3) 脚为电流检测输入端, 当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态; (4) 脚为定时端, 内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定, f=1.8/ (RT×CT) ; (5) 脚为公共地端; (6) 脚为推挽输出端, 内部为图腾柱式, 上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A; (7) 脚是直流电源供电端, 具有欠、过压锁定功能, 芯片功耗为15mW; (8) 脚为5V基准电压输出端, 有50mA的负载能力。

电路上电时, 外接的启动电路通过引脚7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下, 芯片开始工作, 脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经6脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚, 维护系统的正常工作。电路正常工作后, 取样电路反馈的低压直流信号经2脚送到内部的误差比较放大器, 与内部的基准电压进行比较, 产生的误差信号送到脉宽调制电路, 完成脉冲宽度的调制, 从而达到稳定输出电压的目的。

2 TP-LINK交换机TL-SG1024T电源模块维修实例

交换机时间久了, 其中的电源模块就成了故障高发区。本学期就碰到了几台交换机型号TL-SG1024T的电源有关的故障。

2.1维修实例一, 电源指示灯不亮:该交换机拆开后检测, 故障是因天气过热长时间运行电源部分发生严重损坏, 目测保险管烧断已经发黑, C15、C16、C17等电容也已经鼓包失去功能, 根据维修经验直接用万用表的二极管档位测量电源开关管Q1也已经短路。故障分析:为便于分析故障点, 作者之前已经根据交换机电源模块的电路板走线, 测绘出整个模块的电路图, 并且用PROTEL绘制了工作电路图, 如图2所示。根据故障造成的现象来判断, 造成电源模块主板损坏是因为发生了比较严重的短路。第一步先将目测损坏的原件全部换下, 主要元件为:Q1、C15、C16、C17。用万用表测量交流输入端的内阻为570kΩ, 判断没有短路, 随后通电进行测试, 但是发现本应输出3.5V的竟然输出仍为0V, 电源模块没有正常工作, 为谨慎起见, 将整个电路板的易损元件进行测量, 并与标称值比较, 最后发现启动电阻R4阻值为无穷大, 其色环标称的阻值应为64kΩ。正常情况下, 220V市电通过桥式整流器, 整流为300V直流电压, 300V电压经过过启动电阻R4、R5将12V启动电压传送给UC3842的第七脚。现在, 由于R4阻值无穷大, UC3842无法得到启动电压, 导致UC384C的 (6) 脚高频振荡无输出, 开关管Q1不能导通, L4、L5就没有电磁感应, 所以电源模块没有输出电压。分析到这里, 处理的方法就很明确了, 更换R4在内的所有损坏变质元件, 再次上电有3.3V直流电压输出。将电源模块联机试验, 交换机电源指示灯常亮, 交换机的功能恢复正常。

2.2维修实例二, 交换机不正常工作。该交换机目测C15、C16、C17的电容也已经鼓包。用万用表测量电源开关管Q1短路。与实例1的故障现象基本相同, 先更换经测量损坏的元件, 用万用表测量交流输入端的内阻为570kΩ, 判断没有短路, 随后通电进行测试, 3.5V直流输出为0V。根据维修经验测量启动电阻R3、R4的阻值, 经测量未有损坏。维修陷入僵局, 带电测量发现C12的300V直流高压正常, 说明整流桥堆D1工作正常。再测量UC3842的 (7) 脚启动电压为12V, 说明PWM芯片的工作条件已经满足。随后测量UC3842的 (6) 脚无PWM电压输出, (8) 脚无5V参考电压, 判断UC3842已经损坏, 拆下此芯片发现底部的电路板已经发暗, 更加确定UC3842已经损坏, 更换新原件上电仍旧没有电压输出。

改变维修思路, 再次研究图1的电路原理图, 查找影响UC3842 (6) 脚输出电压的原件, 发现与 (6) 脚输出相关的原件有:R8、D3、R7、D4, Q1已经更换成新原件, 并且测量正常, 不会导致 (6) 脚无输出, 分别测量上述4个元件, D4已经反向击穿, 应该也是UC3842损坏瞬间高压所致, 找到性能相同的耐压二极管替换, 再次上电已经有了3.5V电压输出。

3结论

交换机电源模块是造成交换机故障的主要部件, 常见故障有脉宽调制集成电路损坏、场效应电源开关管烧毁、滤波电容失容、高压整流二极管击穿等。检修时除了替换目测损坏元件以外, 也要形成测量周边表面看来没有损坏元件的习惯, 他们往往才是导致故障的根源所在。在中低端交换机中, 采用UC3842系列脉宽调制块为核心的电源模块比较多, 它好坏的判断可以采取在芯片的 (7) 脚加上12V左右的直流供电, 然后测量 (8) 脚输出是不是5V的标准电压。上电检测一定要防止短路故障再次发生, 造成电源主板二次损坏, 扩大故障范围。为避免此现象发生, 作者在保险丝处串联了一个60W的灯泡做保障, 并且采用了隔离变压器防止触电, 保证了维修人员的生命安全。

在日常的交换机安装使用中, 也应考虑到布局的合理性, 交换机之间要保证足够的间距, 防止堆叠, 加强散热, 保持通风并减少灰尘的影响。以上举措会大大增加交换机设备的工作寿命, 为学院的节约一定的维护经费。

参考文献

[1]张金波, 李俊等.一种自激式开关稳压电源的设计[J].微计算机信息, 2003.

[2]詹艳军, 杨笔锋等.基于UC3842反激式开关电源的设计[J].微计算机信息, 2008.

[3]王全保.电子变压器手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 1998, 8.

[4]张占松, 蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社, 1998.

通信交换原理 篇5

巨磁阻(GMR)效应和隧道磁阻(TMR)效应的发现极大地促进了自旋电子学的发展。从GMR和TMR被发现起,科技人员一直坚持不懈地努力,将上述创新性发现转化为信息技术产业化。1994年IBM公司研制成巨磁阻效应的读出磁头,将磁盘记录密度一下子提高了17倍,从而在与光盘竞争中磁盘重新处于领先地位。1996年, GMR磁头商品化。GMR磁头的应用带动了计算机产业的迅速发展,打破了信息高速公路图像传递存储的瓶颈。

1999年以GMR多层膜为磁头的硬盘驱动器进入市场,其存储密度达到11Gbits/in2,而1990年仅为0.1Gbits/in2,10年中提高了100倍。2000年开始,几乎全部磁头都变成GMR磁头。

利用GMR特别是TMR效应的磁随机内存(MRAM)的研究目前正全面展开,这种存储器的优点是在无电源的情况下可继续保留信息。另外,利用自旋极化效应的自旋晶体管(spin transistor)的研制也在进行之中[1]。

在以上发明中,磁多层膜或者三明治结构显现了巨大作用。自旋阀结构(spin valve)是狄尼(B.Dieny)和帕金(P·Parkin)等人发明的一种特殊的三明治结构,这种结构中相邻铁磁层的磁矩不存在(或只存在很小的)交换耦合,则在较低的外磁场下相邻铁磁层的磁矩能够在平行与反平行排列之间变换,从而引起磁电阻的变化。自旋阀结构的出现, 大大提高磁场灵敏度,使得巨磁电阻效应的应用很快变为现实。

传统自旋阀的操纵依赖于外加磁场。由于磁场装置比较复杂,人们一直希望能将磁场改为电场,即实现可被电场读写的自旋阀。本文将综述这方面的进展。实际上,对自旋阀的控制就是对交换偏置的控制。

交换偏置(exchange bias )是指铁磁-反铁磁体系在外磁场中从高于反铁磁材料的奈尔温度冷却到低温后, 铁磁层材料的磁滞回线沿磁场轴偏离原点, 同时伴随矫顽力增加的现象[2,3,4]。交换偏置只有在临界温度(称为截止温度,blocking temperature)下才能被观察到。这个截止温度一般小于奈尔温度(Néel temperature )[5]。注意,磁滞回线的这种偏移(The shift of the hysteresis loop)沿场的负方向。如果磁滞回线沿场的正向偏离,叫正向交换偏置(positive exchange bias)[5]。研究表明:对不同的交换偏置系统,其交换偏置有正有负。对于同一系统其交换偏置会随冷却场的增大而改变,甚至会出现由负向正的转变现象[6]。目前,关于交换偏置的起源还众说纷纭,有许多理论问题没有很好地解释。比如,报道指出,对反铁磁材料进行掺杂可以增强交换偏置[7],但这一现象造成的根本原因是什么,还缺少理论的探究。

电场控制交换偏置有多种途径,其一是调制界面应变从而调制铁磁材料的应力各向异性场。应变调制可通过界面晶格失配、以及逆压电效应等手段。本文将重点介绍这方面的原理和进展情况。

2 多铁性材料代替传统AFM的研究

多铁性(multiferroism)研究近年来成为凝聚态领域的一个热点。多铁性材料体系是一种特殊的体系,在该体系里面同时拥有两种或者两种以上的诸如铁电、(反)铁磁、铁弹性等的性质。这类材料在记录元器件,探测传感等方面有着极大的潜在应用价值,铁酸铋(BiFeO3,缩写为BFO),在880K以下是铁电体,在650K以下是反铁磁体,为至今所能证实的唯一一个两个转变温度都在室温以上的多铁性材料,所以对应用而言有特别重要的意义,若用BFO取代传统自旋阀中的反铁磁层,由于共存于BFO中的电畴与磁畴是相互关联的,所以当施加电压改变电畴的方向时,由于磁铁耦合连带改变磁畴方向,进而通过磁交换作用可改变图2中被钉扎层(pinned layer)的磁畴方向,控制高低磁阻的两个状态。也就是说,传统自旋阀是用磁场通过改变图2中自由层(free layer)的磁畴方向,来控制磁阻的两个状态;而多铁性BFO自旋阀则是用电压,通过磁电耦合和磁交换作用,以改变被钉扎层的磁畴方向,来控制磁阻的两个状态,即为可被电场读写的自旋阀。

利用多铁/铁磁薄膜异质结中铁磁/反铁磁之间的交换偏置耦合和反铁磁/铁电之间的磁电耦合可以实现单一功能材料所不具备的多物理场之间的耦合,研制新型电子自旋器件和磁电器件,已引起了科学界极大的研究兴趣。目前,研究的重点首先是在硅晶片上制备出高质量的BiFeO3系多铁层,以及CoFe等铁磁性金属层,以形成多铁/铁磁异质多层膜自旋阀结构。之所以选择硅衬底是因为考虑到大规模生产工艺必须与当今流行的硅工艺兼容。一旦制备出含多铁层的高质量自旋阀结构,即可开展多铁层和铁磁层的界面微结构、结晶与畴尺寸和取向、厚度、组分等对自旋阀多层膜性能及其交换偏置效应和磁电耦效应的影响及其机理等方向的研究。进一步的研究还需解决铁磁/反铁磁交换耦合效应与反铁磁/铁电间的磁电耦合效应之间的关联及其机理问题,研究具有高的磁电耦合系数的满足自旋阀调控需要的优良多铁材料。最后,探索室温下使用电场调控磁性的方法,制备出具有优良交换偏置特性、磁电耦合特性的多铁/铁磁异质结构,并为制备新型“电写磁读”型存储器和磁电传感器等原型器件和应用开发提供前期技术支持[9]。

3 压电/铁磁/反铁磁异质结构

压电材料(piezoelectric material)是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。逆压电效应,即在外电场作用下压电体会产生形变。压电效应的机理是:具有压电性的晶体对称性较低,当受到外力作用发生形变时,晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合,导致晶体发生宏观极化,而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影,所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之,压电材料在电场中发生极化时,会因电荷中心的位移导致材料变形。利用压电材料的这些特性可实现机械振动(声波)和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于传感器元件中,例如地震传感器,力、速度和加速度的测量元件以及电声传感器等。常见的压电材料钛酸钡(BaTiO3,简称BTO)也是铁电材料和热释电材料。利用逆压电效应,通电产生应力,改变铁磁层的磁弹各向异性场,从而调制交换偏置[10,11]。

图4给出了不同电场强度下科尔磁滞回线[10]。当电场E=0时,交换偏置场μ0Heb=-19.5mT;E=2kV/cm时,μ0Heb=4.5mT;而当E=12kv/cm时,μ0Heb=-6.85mT,可见交换偏置场随电场并不单调变化。目前还没有一个理论能完美解释此现象。

4 晶格失配引起的应变

薄膜往往通过Stranski–Krastanov这样的模式一层层的异质外延生长得到。这种方式需要考虑的一个基本问题薄膜和基板之间的晶格失配引起的铁磁薄膜的结构和磁性的如何改变。目前已经发现,薄膜生长中应力造成的结构改变失配位错的形成可诱发矫顽力或易轴特性的改变[12]。如何调控磁弹能对外延结构的磁各向异性的贡献目前也有报道[13]。

近年来,超磁致伸缩材料一直是材料科学和技术领域的研究重点之一。巨磁致伸缩材料的磁致伸缩系数(材料在磁场力作用下产生的伸缩量与材料原长度之比)远高于常规材料,但是其磁晶各向异性系数一般也高。一个大的磁各向异性通常阻碍磁致伸缩的应用,因为这样需要加一个大的磁场才能实现一个大的磁致伸缩值。为了降低磁晶各向异性同时维持大磁致伸缩,人们通过合金化具有相同的磁致伸缩符号但相反的磁各向异性符号K1的二元化合物来合成膺二元RR'Fe2化合物(如著名的Terfenol-D Tb0.27Dy0.73Fe1.95)。此类材料主要是以稀土Tb-Dy-Fe合金及稀土Sm-Dy-Fe合金为代表的稀土-铁金属间化合物。超磁致伸缩材料还是一种“双向”效应的材料:磁致伸缩效应(外磁场导致的几何尺寸变化)以及逆磁致伸缩效应(应变致磁性能变化造成的几何尺寸变化)。因此,超磁致伸缩材料既可以作为驱动器材料使用,也可作为传感器材料使用。为了磁致伸缩应用的目的,寻找新型廉价的巨磁致伸缩化合物是十分重要的。高镨含量(比如Dy1-xPrxFe2)化合物是一个重要候选对象。

据报道,在所谓的超磁致伸缩交换耦合弹性多层膜(giant magnetostrictive spring-exchange multilayers)系统中也发现了交换偏置现象[14]。由于与衬底间存在较大的晶格失配,具有较大超磁致伸缩系数的薄膜材料通常具有较大的应变。这类应变可以用于调控FM/AFM双层膜系统的交换偏置。比如,交换偏置可以借助于界面应变,通过改变晶格垂直于薄膜方向的晶格常数得到增强[15]。

尖晶石铁氧体是一类重要的非金属磁性材料,又称为“磁性陶瓷”(磁性陶瓷按晶格类型可分为尖晶石型、磁铅石型和石榴石型三类)。铁酸钴(CoFe2O4,简写为CFO)具有尖晶石型结构,突出的优点是电阻率极高,磁谱特性好,极适宜在高频和超高频下应用。文献[16]中在SrTiO3衬底上生长CoFe2O4 薄膜,CoFe2O4和SrTiO3的晶格常数分别为8.392Å和3.905Å。利用参数λs=-590×10-6,Y=1.5×1012dyn/cm2,以及KF=3×106erg/cm3,可估算出CoFe2O4 中应力各向异性场Hσ0=2Kσ0/MF(Kσ0=3λsYε0/2)为Kσ0=3.2×106erg/cm3。显然这个应力各向异性场与磁晶各向异性场 在同一量级上。

为计算应力各向异性场,可记Hσ=Hσ0·(ε/ε0), 这里Hσ0=3λsσ0/MF=3λsYε0/MF(注意这里应用了应力-应变关系σ=Yε,Y是杨氏模量the Young's modulus)。应变可利用晶格失配计算出来,比如undefined,这里aF,lF以及as,ls分别是薄膜和衬底的晶格常数以及厚度[17]。

如果衬底是压电材料,则其晶格常数是电场E的函数,即as=as(E)[11],这样通过电场调节衬底的晶格常数,即可改变应变,从而改变铁磁层的应力各向异性场。

上面应变公式没有区分面内(in-plane,即双轴应变,1,2或x,y方向)应变和面外(out-plane,即垂直平面方向,3或z方向)应变,实际上对磁弹能有贡献的是面内应变。公式与膜厚无关也只能近似成立。文献[18]研究Ti/CoCrPt/Ti多层膜系统的磁各向异性,采用的公式为undefined,其中下标1为外延层材料(CoCrPt),2为衬底材料(Ti),Y为杨氏模量,a,l分别表示晶格常数和厚度。

5 外加应力对交换偏置的影响

电场控制交换偏置是通过应变进行的,所以交换偏置的应变效应非常重要。除了晶格失配造成界面应变之外,应变还可通过外加应力实现。如将多层膜系统弯曲,则根据弯曲方向不同,产生压应力和张应力(图5)。

应力对交换偏置的影响早有研究[19]。图6表明张应力和压应力对交换偏置的影响的效果明显不同。应力各向异性能可写为3/2λsσ,而应力为σ=6FL/(Wt2),这里F为施加的力的大小,L、W、t分别是样品的长度宽度和厚度。

6 逆压电效应引起的应变

电场引起材料的应变有两种途径:逆压电效应和电致伸缩。在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变, 称为电致伸缩。这种效应是由电场中电介质的极化所引起,并可以发生在所有的电介质中。其特征是应变的正负与外电场方向无关。在压电体中,外电场还可以引起另一种类型的应变;其大小与场强成比例,当外场反向时应变正负亦反号。后者是压电效应的逆效应,不是电致伸缩。外电场所引起的压电体的总应变为逆压电效应与电致伸缩效应之和。对于非压电体,外电场只引起电致伸缩应变。一般地,电致伸缩所引起的应变比压电体的逆压电效应小几个数量级。

应变与电场的关系可表示成逆压电效应方程:S|T=dt·E或undefined,比例系数叫逆压电系数。逆压电效应表示式中,压电常数矩阵是正压电常数矩阵d的转置矩阵,常用dt表示。

1942年发现钛酸钡陶瓷具有压电性后,1947年成功制备钛酸钡单晶。钛酸钡是具有压电效应的铁电体,是继α—石英晶体之后发现的另一类重要的具有广泛应用的压电材料。它的发现和发展,在理论上和应用上都起了促进作用。钛酸钡晶体的压电常数用矩阵表示如下。可见钛酸钡晶体的独立的压电常数为d15、d31和d33三个:d15=392×10-12库仑/牛顿 ,d31=-34.5×10-12库仑/牛顿,d33=85.6×10-12库仑/牛顿。逆压电常数在数值上与压电常数相等,但单位变成米/伏特。根据压电常数可估算面内双轴应变Δa=d31U[20],其中U是施加的电压。

7 小结

继利用自旋转移力矩对磁矩进行反转驱动的研究[21]之后,利用铁电、压电耦合原理的电场控制的新型自旋阀概念又已经问世。在此基础之上,许多新型的自旋电子器件被设计出来。巨磁致伸缩材料、多铁材料、压电材料与铁磁材料的复合,使BFO、BTO、CFO等原来闪耀在不同领域的材料明星如今汇聚在一起,为材料设计涂上了绚丽斑斓的色彩[22,23]。电场控制的交换偏置的研究对如何理解交换偏置的起源、如何对交换偏置进行有效操控具有重要意义。

探究通信交换技术及其发展趋势 篇6

一、通信交换技术的广泛应用

1、通信交换技术在电话上的应用。

通信交换技术可以使用在移动电话上, 实现相应的信息传输功能。通信交换技术也可以使用在固定电话上, 但是技术应用存在一定的困难。

2、通信交换技术在计算机上的应用。

我国已经进入信息化时代, 人们使用计算机网络平台进行信息传输和交换可以不受时间和空间的限制。通信交换技术在计算机平台的应用提高了信息传输的效率, 实现了信息的高度传输。

二、通信交换技术的使用优势

1、通信交换技术满足市场需求。

目前, 单纯的依靠通信交换技术来实现信息的高速传输, 还存在一定的难度。在信息传输的过程中, 必须把相关技术和通信交换技术结合起来, 发挥出通信交换技术的最大优势。通信交换技术逐渐取代了传统信息传输技术, 是因为现代通信交换技术满足了人们对信息传输技术的需求。在通信交换技术的发展过程中, 通信企业首先做了市场调查, 充分的了解市场需求, 然后对通信交换技术中存在的问题及时做出了调整。

2、用户对通信交换技术的需求。

随着社会的快速发展, 人们对通信交换技术的要求逐渐提高。通信企业只有充分了解通信用户的特点以及消费需求, 才能更好的对通信交换技术进行定位, 才能推动通信交换技术的快速发展。

三、通信交换技术的发展趋势

随着通信交换技术的快速发展, 交换信息的容量也在不断增大。通信交换技术从最初的两层交换发展到三层交换, 后来又发展到现在的七层交换, 通信交换技术一直在不断向前发展探索。通信交换技术在发展的过程中还要不断提高性能, 提高信息传输的安全性。使用三层通信交换技术可以方便信息的传输和信息的访问, 提高信息传输的效率。第三层通信交换技术是把和路由器相关的所有硬件都集成在原来的二层交换机上面, 这样就提高了信息交换的速度。如果两个用户使用三层通信交换技术进行信息交换, 一方用户在发送信息之前, 就已经知道对方的IP地址, 但是不确定局域网需要的MAC地址, 这个时候需要使用ARP来分析局域网所需要的地址, 完成信息的交换。一方用户把自己的IP地址和对方的地址相比较就可以看出双方是否是在同一个局域网之内, 如果是在同一个局域网内就可以快速进行信息交换。如果双方不在同一个局域网内, 就需要先搜索局域网的地址, 然后才能进行信息交换。而第七层通信交换技术相比之前的二层、三层交换技术, 优势就在于七层通信交换技术不仅可以搜索出局域网的相关地址, 还可以把用户的信息进行分类处理。七层通信交换技术可以针对不同的信息使用不同的传输技术, 七层通信交换技术具有比较高端的功能。七层通信交换技术是对二层、三层通信交换技术的补充, 并且可以和其他传输技术共存。事实上, 七层通信交换技术才能称得上是真正的信息交换, 无论是在传输速度, 还是传输功能上都远远超过其他传输技术。但是, 从目前通信交换技术的使用情况来看, 第七层通信交换技术使用中还存在很多问题, 七层通信交换技术的使用也没有明确的标准, 需要在使用的过程中不断的改进, 这样才能满足人们对通信交换技术的需求。

四、结语

如今, 通信交换技术已经从原有的二层传输发展到三层传输, 再发展到现在的七层传输, 大大提高了信息传输的效率。第七层通信交换技术具有更高层次的功能, 不仅可以实现局域网地址的搜索, 还可以对用户的信息进行分类, 并且可以针对不同的信息采取不同的信息传输方式。但是, 第七层通信交换技术还在使用的初级阶段, 七层通信交换技术的使用中还存在很多问题, 需要继续改良创新。

摘要：通信交换技术是通信技术中不可或缺的一部分, 通信交换技术推动了通信事业的发展, 而通信事业的快速发展也为通信交换技术提供了更为广阔的发展空间。通信交换是指人们使用特定的媒介进行信息的传输, 通常情况下通信交换技术是根据特定的地址进行信息的传输, 并把这些信息储存在设备内部。目前, 通信交换的质量和安全性受到了人们的广泛关注, 需要国家和相关部门积极采取对策, 保证通信信息交换的质量和安全性。文章主要阐述了通信交换技术的广泛应用、通信交换技术的使用优势以及通信交换技术的发展趋势。

关键词：通信交换技术,发展,趋势

参考文献

[1]陈涵.清远抽水蓄能电站语音通信系统设计[D].华南理工大学, 2014.

[2]王跃.软交换技术在乌拉特后旗电力公司调度通信中的应用[D].华北电力大学, 2014.

[3]张倩.基于软交换的某电力通信网优化[D].中国科学院大学 (工程管理与信息技术学院) , 2014.

[4]黄学劲.软交换在中山供电局行政交换网中的应用[D].华北电力大学, 2014.

通信交换原理 篇7

近年来，随着移动通信用户数量的不断增加和对各种移动通信业务质量要求的不断提高,我国各大移动通信运营商不断努力更新网络通信技术并扩容现有网络容量,而移动通信软交换核心网的技术更新和容量扩容是这一过程的重点之一。在移动通信核心网的技术更新和容量扩容的过程中经常需要更改核心网交换机MSCID,因此有必要对移动通信软交换核心网交换机更改MSCID的过程进行分析。

1 移动通信核心网组织结构现状

移动通信软交换核心网从逻辑上可划分为处理话务数据的话务网和处理信令数据的信令网，因此移动通信软交换核心网由多种网络实体组成。其中处理话务的网络实体包括：MSC(包括MSC SERVER和MGW)、长途软交换局、关口局GMSC;处理信令的网络实体包括：信令处理网元SG(实际网络中此项功能包含在交换机MSC或关口局GMSC中)、信令转发网元STP(包括LSTP、HSTP等);公共网络实体包括：智能网业务控制点SCP、归属位置寄存器HLR、短信处理中心SMS等。

话务网的整体网络结构如图一所示。各MSC(包括MSC Server和MGW)间互相有话务链路连接，各MSC与GMSC(包括GMSC Server和GMGW)间互相有话务链路连接，SCP、SMS、HLR与各MSC和GMSC间都有负责传递消息的信令链路连接，各MSC和GMSC与长途软交换局间分别有话务疏通链路连接，长途软交换局与其他省或区域移动核心网络连接，GMSC与其他运营商网络连通。因此只有话务网元之间有话务链路联系。

信令网的整体网络结构如图二所示。MSC作为SG，它们之间互相有信令链路连接，同样各MSC与GMSC间有信令链路连接,SCP、SMS、HLR与各MSC和GMSC间都有信令链路连接，各MSC和GMSC与LSTP间有信令链路连接，SCP、SMS、HLR与LSTP间有信令链路连接，LSTP负责省或独立区域内信令数据的转发，并且LSTP与HSTP有信令链路连接转发省际信令数据。因此话务网元、信令网元和公共网元之间都有信令链路联系。

2 相关概念介绍

2.1 GT寻呼

信令连接控制层(SCCP)是基于消息传递部分提供完善的网络层功能的信令协议层。

SCCP目前在移动通信核心网中的主要应用有：(1)在智能网中的业务交换点(SSP)和业务控制点(SCP)之间传送各种控制信息;(2)在数字移动通信网中的移动交换中心(MSC)及来访位置登记器(VLR)、归属位置登记器(HLR)之间传送与移动台漫游有关的各种控制信息;(3)综合数字业务网(IS-DN)中传送端到端信令[1]。

SCCP的地址是全局码GT(Global Title)、信令点编码(SPC)和子系统号码(SSN)的组合。GT可以是采用全世界统一编号的各种编号计划(如电话、ISDN编号计划、数据网编号计划等)来表示的地址，其中MSCID属于ISDN编号计划，在现网中一般把MSCID作为GT地址。使用GT可以唯一的标识移动通信核心网中的任何用户，甚至越界访问[1]。SCCP协议能将GT翻译为DPC+SSN、新的GT组合，以便MTP能利用这个地址来传递消息。这种地址翻译和寻址的过程就是GT寻呼技术,GT寻呼是有信令联系的网元之间需要用到的技术。

2.2 MSRN号码和HON号码

MSRN号码和HON号码是有话务联系的网元之间需要用到的技术。

2.2.1 MSRN号码

在语音呼叫过程中，在MSC收到MS上报的呼叫请求消息后，进行被叫分析。根据被叫号码，寻址到对应的HLR，向其发送路由信息请求消息。HLR收到该消息后，根据被叫IMSI查询得到被叫所在的VLR，向被叫所在的VLR请求漫游号码(MSRN)。被叫所在的VLR在收到请求漫游号码消息后，为对应的MS分配MSRN，然后在请求漫游号码响应消息中将MSRN号码回送给HLR。HLR得到该MSRN后，将该MSRN发送给主叫所在MSC,MSC在得到被叫的MSRN后，根据MSRN进行局间中继选路，并发起话务呼叫[2]。因此MSRN号码在语音呼叫过程中起到主叫对被叫所在交换机发起呼叫的地址标识的作用。

2.2.2 HON号码

移动用户在通话过程中从一个小区移动到另一个小区的过程称为切换过程。当两个小区分别属于两个不同MSC/VLR控制时，此过程为MSC间切换，在MSC间切换过程中会用到HON号码。

假设移动用户在通话过程中从MSC/VLR-A控制的区域进入了由MSC/VLR-B控制的区域，MSC/VLR-A向MSC/VLR-B发送进行切换消息(Prepare Handover)。MSC/VLR-B收到切换请求消息后，就为该呼叫分配并保留一个空闲的无线信道，同时为该次切换分配一个切换号码(HON)。该号码的作用类似漫游号码，用于建立MSC-A至MSC-B的中继话路。

MSC/VLR-B将分配的切换号码发送给MSC/VLR-A。MSC/VLR-A收到HON号码后，通过HON号码寻址到MSC/VLR-B并与其建立话路连接，当话路连接成功后，MSC-A、MSC-B分别向移动用户发出切换指示。在移动用户切换到MSC-B之后，移动用户的所有本次通话将通过MSC/VLR-A和MSC/VLR-B间的话路连接从MSC/VLR-A转接到MSC/VLR-B进行，直到本次通话结束后，MSC/VLR-A和MSC/VLR-B分别向HLR发送位置删除和位置更新消息，并拆除它们之间的电路[3]。这样，一次完整的MSC间切换完成。

因此，HON号码在MSC间切换过程中起到路由建立MSC间话路连接的作用。

3 更改核心网交换机MSCID的整体网络数据配置

3.1 MSCID在核心网中的作用

在移动通信核心网中MSCID的作用有三方面：(1)在通信网络中唯一的标识MSC/VLR;(2)作为网元的地址用于核心网中的GT寻址;(3)把MSCID作为交换机分配MSRN号码和HON号码的大号段。比如MSCID为8613441234，则可分配的MSRN号码和HON号码为1000个，范围是8613441234000～8613441234999(一般HON号码需要的较少，分配100或200个即可，MSRN号码需要的较多，分配800个或900个。)。

3.2 更改核心网交换机MSCID的相关数据修改

若某一交换机需要更改MSCID，例如某一交换机A的MSCID由8613712345更改为8613441234，那么A交换机需要修改的数据有：(1)把本局MSC号码和VLR号码更改为新MSCID号码;(2)更改MSRN数据和HON数据为新MSCID号;(3)修改GT数据配置;(4)修改关于MSRN号码和HON号码的出局号码分析。

在某一个交换机修改了MSCID后，全网需要修改的数据有两大方面：(1)与该MSC有信令联系的网元需要修改GT方面数据;(2)与该MSC有话务联系的网元需要修改MSRN号码和HON号码方面数据。在上例中修改GT数据的过程就是在GT数据中将新MSCID号码(8613441234)指向A交换机，并且将旧的MSCID(8613712345)在GT数据中改变指向。修改MSRN号码和HON号码数据就是修改出局号码分析，将新MSCID号段(包括MSRN号码和HON号码)指向A交换机，将旧的MSCID号段改变指向。

在核心网中需要修改GT数据的网元是与该MSC即A交换机之间用到GT技术，也就是与A交换机有信令联系的网元。在前面已经介绍过，它们包括：本地各MSC、本地各关口局GMSC、长途软交换局、LSTP、HLR、SCP和短消息中心SMS。

在核心网中需要修改MSRN号码和HON号码数据配置的网元是与该MSC即A交换机之间用到MSRN号码和HON号码技术，也就是与A交换机有话务联系的网元，它们包括：本地各MSC、本地各关口局GMSC和长途软交换局。

4 结束语

在核心网中修改某一网元ID的过程可从修改MSCID的过程推演出来，也就是分成两大部分：(1)网元本身需要修改GT数据或MSRN号码、HON号码数据;(2)与该网元有信令联系的网元修改GT数据，与该网元有话务联系的网元修改MSRN号码和HON号码数据。

在核心网现网当中很多情况下都需要修改网元的ID，如：软交换核心网IP化改造1344局址标识、软交换核心网元搬迁、软交换核心网元重新划分区域等。因此修改MSCID乃至修改核心网元ID的过程分析具有现实指导意义。

摘要：文章介绍了移动通信软交换核心网网络架构、GT寻呼技术、MSRN号码和HON号码,分析了移动通信核心网交换机更改MSCID的过程,并进一步推演出软交换核心网网元更改ID的过程。

关键词：软交换,核心网,GT,MSRN,HON,MSCID

参考文献

[1]桂海源,张碧玲.信令系统[M].北京:北京邮电大学出版社,2008.

[2]李蔷薇.移动通信技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.

探究信息通信中软交换技术的运用 篇8

关键词：信息通信,软交换技术,运用

信息通信行业技术的不断发展促使软交换技术的应用越来越广泛。实践证明, 软交换技术的应用提高了信息通信效率, 如何合理利用这一技术, 创造更多的经济效益, 是信息通信行业的主要问题。

一、软交换技术的相关概念

软交换是利用相关技术实现传输层呼叫功能的分离, 并实现信息交换的技术。作为NGN网络的核心, 软交换技术具有高效性和便捷性。软交换技术在应用过程中的限制因素较少, 设计成本相对较低, 因此其应用具有可行性。软交换技术除了实现呼叫处理功能外, 还实现了系统管理和控制功能。其在移动电话和固定电话中的应用表现在复式计次、计费和话单采集等多个方面。另外, 该技术还将移动通信的认证功能和授权功能发挥得淋漓尽致。

二、信息通信中软交换技术的应用

软交换技术应用于虚拟中继实现了PSTN功能, 而应用于分组中继则表现为满足了传输宽带的增加所需。实现了网络语言的统一, 融合了多种业务数据。基于多媒体技术的软交换技术为客户所需业务提供了必要的资源, 本地语音中是在软交换技术这一庞大而完善的系统下建立, 这体现了软交换技术在固定电话中的应用。基于此我们对信息通信中的软交换技术进行具体分析如下:

(一) 软交换技术点固定电话中的应用。

端局先行与汇接局先行是软技术应用于固定电话中的主要表现。端局先行对本地网络形态具有较小的要求, 并且降低了改造风险。但实际上, 由于端局先行对支撑体系具有较高的要求, 因此其实现具有困难。而汇接局先行改善了前者在使用中的差异性, 并且安全系数较高, 因此具有更高的可行性。固定电话电网智能化改造过程中, 要求对软交换设备的处理能力、IP侧宽带需求、中继网关电路数、信令链路数进行合理的范围预测, 从而优化信息通信的流程。软交换技术应用于固定电话的这一功能表现为实现了固定电话的彩铃功能。

(二) 软交换技术在移动电话中的应用。

在网络结构、功能业务和接口协议上, 软交换技术在移动电话与固定电话的应用上是一致的。但业务处理和设备功能以及接口协议上具有较大差别。具体表现为:移动电话网络中的软交换技术是将多个具有相同配置且互为备份的成对软交换设备进行部署, 通常将其部署在大区的中心城市, 并在省会城市设立中继媒体网关。在这一设备的作用下, 同GMSC、TMSC2和MSC所构成的省内交换机形成直达电路。从而将软交换系统与TMD进行连接, 实现了软交换技术的长途网连接功能, 实现了移动电话的长途通话。TMSC的双重功能体现在其既可以处理业务控制层的相关业务, 又可以处理MCW的控制问题, 进而汇聚媒体流, 并附加映射及其交换。移动电话的2G网络和3G网络是软交换技术应用成功的体现。通过这一技术的MGW与TMSC Server同时接入特点实现二者之间的融合。从而实现了单独设置关口局的本地IP通话功能以及疏通异网话务功能, 实现了移动电话的功能拓展。总之, 软交换技术应用于信息通信技术有助于固网智能化改造, 实现了移动电话和固定电话的长途通话功能。为网络功能的延伸提供了基础。目前, 软交换技术在移动电话的相关功能上进行了拓展。这一技术的应用具有诸多优点, 是电信业务发展的必然结果。首先, 体现在安全性能方面, 基于软交换技术的电网通信安全系数更高。在设计成本上, 软交换技术的成本较低。但在技术快速发展的今天, 如何实现信息通信技术的完善和进步是关键。就目前看, 较交换技术虽然为移动电话网络接入大客户提供了基础, 但在某些功能上还存在一定的缺陷。其中包括如何建立统一的软交换系统和标准的协议、如何提高系统的稳定性与兼容性、移动电话网络业务的安全性以及API产品开发, 这些问题都给技术研发带来了挑战。

三、总结

总之, 软交换技术在我国信息通信行业应用广泛。上文分析了其成本低、信号稳定等优势。但与此同时, 这一技术还处于发展阶段, 使得其在使用过程中存在一定的缺陷。因此, 对于相关行业来说, 应进行探索和研发, 以使其更好的为通信行业服务。

参考文献

[1]康景山.软交换技术在信息通信行业的合理应用[J].信息通信, 2013 (15) .