传输与交换
1、传输和线路
1.1、概述
传输分为一级干线长途传输、二级干线长途传输、本地传输、接入网、微波和卫星通信等。在电信行业重组前，我国建成了八纵八横的一级干级长途传输网，基本上覆盖了全国。横是指东西向，比如京太西干线（北京—太原—陕西），纵是指南北向，比如呼北干线（呼和浩特—北海）。传输网以SDH光传输为主，以微波和卫星通信为辅。接入网目前以铜线接入和V5接入为主，无线接入为辅。微波通信和卫星通信因容量远远比不上光传输，目前处于备用状态，设备可是很先进的，12米直径的自动跟踪系统（也是追星一族啊）的卫星天线，很宏伟的。
最早的长途传输是用明线（就是铜线），一对明线只能传一路电话，后来的载波通信一对明线最多可传40路电话，后来是对称电缆，后来是对称电缆，然后是小同轴电缆，（那个年代载波室是邮电局技术最高的地方，基本上都会修收音机）；中同轴电缆是PCM数字传输方式，（长途通信被破坏是因为胆大的刁民把线割了卖铜）；再后来是光缆（正告各位，光缆里没铜，剪了也没用。在这里做做护线宣传），先是PDH传输，然后是SDH传输。
1.2、光纤和光缆
光纤一般是用石英材料制成的横截面很小的双层同心圆柱体，外层又叫包层的折射率为n2，内层又叫纤芯的折射率为n1，包层的折射率略低于纤芯。携带信息的光波由纤芯和包层的界面引导前进，称为导波。在纤芯界面上产生全反射并经过子午线（即光纤中心轴）的光波的导波才能做为光载波。[全反射原理请看高中物理]。
按折射率可分为，阶跃型光纤：n1和n2是个固定的数值。渐变型光纤：n1随着半径的加大而逐渐减少，n2不变。
按传输的模式（因电缆传送频率较低，所以必须用两根导体才能形成横电磁模（TEM模）来传信息；光纤传送频率高，只用一根光纤就可形成多种模式才传信息。）分，单模光纤：光纤中只传输一种模式。单模光纤纤芯直径较小，是阶跃型光纤，且只传输基模，避免了模式色散，适用于大容量、长距离通信。多模光纤：光纤中传输多种模式。纤芯直径较大，是渐变型光纤，存在模式色散所以带宽窄，但制造、耦合、连接比单模要容易。
光纤的主要传输参数有衰减（指能量损耗）和色散（形成码间干扰造成误码）。适合在光纤中做载波的低损耗波长窗口为850nm（多用于多模）、1310nm、1550nm。
载波：可以理解为把需要传送的信息装载到波上，通信上用的载波是电磁波，计算机红外接口用的是红外线做载波。
光缆可分为海底光缆、架空光缆、管道光缆、直埋光缆、军用光缆等，光缆由2芯以上的光纤组成（光缆中光纤数量的单位称为芯）。为保护光纤，大部分干线光缆都充了油。光缆的敷设方式有直埋（一般用于干线）、架空、管道（一般用于市内本地）等。直埋一般埋入地底1米处？其地面上方有光缆标记。架空电缆使用的电线杆一般称之为杆路（电线杆连起来的路）。长途传输杆路一般是只传光缆，市内传输杆路一般多是光缆、电力电缆等混在一个杆上传输。
1.3、SDH传输
SDH称为同步数字体系，统一了数字通信的速率等级、网络节点接口NNI、帧结构。SDH是以同步传输模块STM形式来传输的，按等级分为STM-1：155Mbit/s（简称155），可收容63个2M；STM-2：622Mbit/s（简称622），可收容4个155；STM-3：2.5Gbit/s（简称2.5G），可收容4个622；10Gbit/s（简称10G），可收容4个2.5G。SDH以155为基本模块。 普通的光通信在一根光纤上只传送一个光载波，而密集波分复用（DWDM）是在一根光纤上传送波长不同的光载波。10G就是DWDM实现的。
帧结构：
帧是以字节为基础，N是指STM-N，传输方向是从左上角第一个字节开始，从左到右，由上而下按序传送。任何等级的STM传输1帧用时均为125微秒。STM-1的码速率=270*9*8/（125*（10的-6次方））=155.520Mbit/s。SOH：段开销区域，用作网络的运行维护和管理。净负荷区域：传输业务信息。POH：通道开销区域，用于通道维护管理。管理单元指针AUPTR区域：由一组码构成。这组码对应的值与信息在信息净负荷区域中的位置（位置被编号）相对应。这样接收端就能从信息净负荷区域中准确地分离出信息。
1.4、SDH设备
配线架：用于终端用户线或中继线，并能对它们进行调配连接的设备。配线架最大的优点是接线灵活。光配线架ODF通过光跳线进行光纤之间的连接，数字配线架DDF用于2M电缆之间的连接，主配线架MDF通过跳线进行交换机用户电缆和出局电缆之间连接。
用于设备机架之间连接的光缆叫尾纤。尾纤直径约4毫米，两端都事先做好标准接头。
设备上连接光纤或光缆的接口叫光口，连接电缆的接口叫电口。
光端机：通常由光接收机、光发射机、电端机等组成。内部还有告警模块（设备故障时）、公务电话（不通过交换机直接在SDH网上通话，当电话交换机死机等故障时可以通过它进行联系）等。光端机通过尾纤连到ODF上连接光缆，通过2M电缆连到DDF上。它主要完成光电转换等功能。光发射机中的光源通常有两种：一种是半导体激光器LD，输出光功率高、光谱窄，一种是半导体发光二极管LED，输出光功率低、光谱宽、成本低、寿命长。光接收机中的光电检测器通常有两种：一种是PIN光电二极管，一种是APD雪崩光电二极管，APD有雪崩倍增效应，可提高光接收机的灵敏度。光端机具体原理及光缆线路码型就不详细介绍了，基本上有均衡、码型变换、扰码、编码、驱动发光、光电检测、前置放大和主放大、判决、解码、解扰等功能，有兴趣可找本光纤通信原理的书看。
2M电缆符合G703标准的同轴电缆，是局间传输的基本单位。
ADM（Add/Drop Multoplexing）分插复用器，可灵活地插入和分接电路，也就是上、下电路功能。
DXC：数字交叉连接器，相当于自动配线架，可以理解为把配线架中的跳线用计算机软件代替，也就是用软件跳线方式代替硬件跳线方式。可方便地实现电路调度、保护倒换等功能。
光中继机架：由光发射机、光接收机、告警电路、公务电话等组成。延长光传输距离。
监控网管终端：负责对传输设备和SDH网进行操作维护。
1.5、SDH网结构
SDH网一般由光缆和若干个站点组成。站又分为中继站和可以上下电路的站。中继站只是起一个中继器的作用，延长传输距离。可以上下电路的站根据全网的统一调度，通过ADM可将干线中的某个或某些2M分配给当地使用。SDH网一般可分为环形网、链形网和混合网（环形和链形的混合体）。环形网又称为自愈环。正常工作时，信息是沿顺时针和逆时针两个方向同时在环上传送的。在接收站，选择两个方向中的一个做为主信号，另一个做为备用信号。当光缆切断，则主信号和备用信号在光缆切断处自动沟通。比如站1、站2、站3、站4组成一个环，站1和站2间原来的信息传递方式是站1的发是1-2，站1的收是2-1，现在站1和站2间光缆被切断，则站1的发变为1-4-3-2，站1的收变为2-3-4-1。
一级干线、二级干线、本地网基本上都是以SDH传输方式为主。
SDH通信示意图：
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-光缆-光配线架-尾纤-光端机--2M电缆-数字配线架-2M电缆-交换机等
上下电路的端站示意图：
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-光缆-光配线架-尾纤-光端机--电缆-ADM-电缆-光端机
只是起中继作用的端站示意图：
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-光缆-光配线架-尾纤-（光端机：入和出的光端机在一个光中继机架内）
（通常ADM是块插板，与光端机、电端机、DXC等装在一个机架内）
2、程控电话交换机
交换机型主要有上海贝尔S1240、北京BISC的EWSD（和西门子合资的）、美国5ESS、日本富士通F150和NEC的NEAX61、巨龙HJD04、中兴ZXJ10、大唐SP30、华为CC08。
程控电话交换机是固定电话网的核心。电话交换机经过人工台交换、步进制交换、纵横制交换、程控交换（存储程序控制）等阶段。我们这个年龄的人应该对10年前甚至20年前有印象。记得那时过年总要报道国家领导人到北京电话电报大楼亲切慰问接线员，邮电局里打长途电话的人排长队的电视画面。由此可见我国电信发展多么迅猛。史端乔是堪萨斯城的一个殡仪馆老板，每当有死者的家属向话务员（人工台交换）说明要接通一家殡仪馆时，那个话务员总是把电话接到另一家（估计那个话务员被人收买了 :》）。老史很愤怒，发誓要实现不用人转接的自动交换。于1892年11月3日老史发明的步进制自动电话交换机正式投入使用，又称为史端乔交换机。
交换机按控制方式可分为集中控制和分散控制两种。集中控制是指整个交换系统的所有控制功能由处理机来承担，优点是体系结构简单，缺点是处理机发生故障会影响交换机工作。分散控制是交换系统的控制功能由各个功能模块分别承担，也就是分布式系统。优点是系统可靠性好，缺点是体系结构复杂。S1240是分散控制方式，EWSD是集中控制方式。
话音频带的带宽是4000Hz（300—3400Hz），抽样频率为8000Hz。所以话音需要每隔125微秒抽样一次，抽样后变为8位二进制码。这就是时隙。对PCM的一个2M里采用32路利用，即在125微秒内要有32个时隙，每个时隙占125/32=3.9微秒。这一个2M里32个时隙合起来称为一个“帧”。32个时隙TS中第一个时隙TS是做同步用的，固定为10011011。
对于程控电话交换机而言，所有与其它程控电话交换机相连的线路称为局间中继，局间中继由中继群组成，中继群含有1到多条中继线。中继线是个逻辑概念，并没有实线相连，而是把一个时隙称为一条中继线。与用户终端设备（如电话机）相连的线路称为用户线。
2.1、交换网络
交换网络由T接线器和S接线器组成。T接线器是时间接线器，由话音存储器和控制存储器组成。工作原理：要将入线的TS5（时隙为5）经过T交换到出线的TS20上，在控制存储器的第20号单元写入5，然后按控制存储器内单元的数值去到话音存储器的相应时隙位置去读语音信息，写到出线上。这叫控制存储器控制写入、顺序读出，话音存储器顺序写入、控制读出，还有另外一种与此相反的方式。T接线器是完成同一个母线上的时隙交换的。S接线器是空间接线器，由电子交叉矩阵和控制存储器组成。电子交叉矩阵有n个输入端和n个输出端，形成nXn矩阵。每条母线（HW）包含N个时隙，由N个控制存储器组成一组进行控制。比如说：第1组控制存储器3内的值为2，则入线HW1的TS3交换到出线HW2的TS3；第2组控制存储器7内的值为4，则入线HW2的TS7交换到出线HW4的TS7上。这叫输出控制，与些相反为输入控制。S接线器完成同1个时隙在不同母线上的交换。
多个T和S组成了交换网络，一般有TST和TTT等组合。TST来说，第一级T负责输入母线的时隙交换，第二级S负责母线之间的空间交换，第三级T负责输出母线的时隙交换。交换网络必须建立双向通路。这两个方向路由要有一定联系，比如差半帧，以降低处理机负荷。交换网络一般采用双机热备份冗余方式。还有另一种交换网络是S1240交换机的交换网络，Ｓ1240的网络由选面级和选组级组成。硬件由一种板子构成，即ＳＷＣＨ板。ＳＷＣＨ是一个具有时分与空分交换功能的矩阵开关（512×512）。现在的Ｊ型机一般都有4个平面，根据模块数的多少，交换网络有所变化。Ｓ1240是全分布控制，其核心是数字交换网络。
2.2、用户模块和中继模块
用户模块可归纳为BORSCHT七大功能。B：馈电，电话机需由交换机供电，馈电电压为-48V，电流为18-50mA；O：过压保护，除在总配线架有保安器外，用户模块也要有高压保护；R：振铃控制，控制向被叫用户振铃，当应答摘机后，控制停止振铃；S：监视，监视用户线的各种状态，如挂机状态、摘机状态、拨号脉冲发送和接收等；C：编译码和滤波，完成模数和数模转换；H：混合电路，因模拟信号采用二线传输，数字信号采用四线传输。混合电路进行2/4线转换；T：测试，完成对用户内外线的测试。用户模块一般分为局内和远端用户模块。远端用户模块比局内用户模块多一些外部告警功能。用户模块一般由普通用户板、提供极性反转信号（主要用于公话）用户板、ISDN用户板、铃流板、电源板、控制板等组成。用户电缆就接在用户模块上。
中继模块一般完成码型变换，同步和时钟提取，线路信号的发送和接收等功能。2M电缆就接在中继模块上，另一端连在DDF数字配线架上。现在有很多交换机支持155光口直接接到中继模块上。
2.3、其它模块
信令单元完成信令处理，具体看七号信令网。信令链路的误码率等指标要优于普通话路（话路是指传送话音信息的通路）。录音通知模块完成录音通知功能，比如忙音、117报时等。具体见时间同步网。时钟模块可以自己产生时钟，也可以与外部时钟同步。具体见时钟同步网。输入输出接口模块连接硬盘、操作终端、打印机等等。具体见网管监控系统和计费采集系统。
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用户终端-----用户模块---|||||
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局间中继-----中继模块---|||||
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信令链路-----信令模块---|||||
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+++++++++++++++++++++++++++++（处理机）
----||||输入输出接口--||||时钟模块
2.4、话务理论及关键参数
由于电话通信的产生和发展，急需解决业务流量与设备配置问题，A.K.爱尔兰最先提出了数学理论和应用公式，是电信业务流量理论之父。通信系统分为损失制系统、等待制系统、混合制系统（先等待一段时间如果还不能完成通信则放弃）。电话交换属于损失制，分组交换属于混合制。话务理论即适用于电话交换，也适用于分组交换。有志于流量控制等方面的同志应该好好学一下话务理论。
用户的呼叫模型一般符合泊松分布。话务量是指通信设备被占用的程度。话务量公式为：A=C x t。A是话务量，单位为erl（爱尔兰），C是呼叫次数，单位是个，t是每次呼叫平均占用时长，单位是小时。一般话务量又称小时呼，统计的时间范围是1个小时。即C为1小时内的呼叫次数，t为每次呼叫的平均占用时长。常用的关键性话务指标有：每线话务量（每条中继线的话务量）、平均占用时长、试呼次数（总的呼叫次数）、占用次数（占用中继的呼叫次数）、应答次数（用户应答次数）、溢出次数（因中继线占满溢出呼叫次数）、用户忙次数、久叫不应次数（一直振铃不应答）、占用话务量、有效话务量、每线话务量、平均占用时长、用户过失次数（包括摘机不拨号数、拨号不全、拨叫空号数等）、拥塞次数（因交换机设备不足造成呼叫拥塞，比如TST交换网络规模小）等。
网络运行的一个最重要指标就是接通率。接通率其实就是应答占用比（或应答试呼比），对运行维护部门而言接通率就相当于GDP对于一个国家，这个指标简直太重要了，每年都要搞接通率竞赛。原因是我国以前通信资源不丰富，所以要尽可能多的完成呼叫接续。近年来，集团公司在逐步淡化接通率竞赛的概念，因为现在通信资源比较丰富，现在的主要矛盾是解决话务流量的问题。
由于一天中不同时间网络的业务流量是不同的，所以话务量也不同。取一天最忙时间的话务量，称其为忙时话务量。我国话务分析取两个忙时，日忙时（9：00-10：00）和夜忙时（21：00-22：00）。
BHCA是忙时试呼次数，用于衡量交换机呼叫处理能力。N=（t-a）/b，N是单位时间内处理的呼叫总数，也就是BHCA，t是交换机忙时占用率（也就是处理机忙时用于呼叫处理的开销），a是与呼叫处理无关的开销，b是处理一次呼叫的平均开销。例如：t=0.7，a=0.29，b=32ms，则N=46000次/小时。
一般而言，我国每个用户的话务量为0.1Erl，每条中继线的话务量为0.7Erl，每次呼叫平均占用时长为用户60s、中继90s。通过话务量计算BHCA时，以成功呼叫（即从主叫摘机到被叫应答通话完毕挂机）为准，并算活源的发话呼叫。BHCA=（（用户话务量X用户数）/呼叫平均占用时长+（入中继线话务量X入中继线路）/呼叫平均占用时长）=6*用户数+28*入中继数。
系统可用度A=MTBF/（MTBF+MTTR），MTBF是系统平均故障间隔时间，MTTR是系统的平均维修时间。
对于交换机来说，一般称用户数为门，中继线数为路端，比如说某市话交换机最大能接入9万个电话用户，则称这个交换机有9万门，某长途交换机可提供6000条中继，则称有6000路端。
2.5、我国交换网络结构
我国长途交换网分两级，DC1和DC2，DC1是指一级干线是省会城市和直辖市各地市长途交换机，在DC1平面基本上形成了网状网，即省会城市到其它省会城市都有直达中继，DC2是指二级干线是省内各地市长途交换机，DC2平面也基本上形成了网状网，即同一个省内某地市到省内其它地市都有直达中继。
本地网内分为市话端局，直接提供用户接入；汇接局，汇接本地网内市话端局之间以及到其它（如特服）通话；关口局，和其它运营商网络相联；SSP局接到省智能网，提供智能业务；专网局，程控交换机属用户，接入到运营商网络，一般属于矿务局、发电厂、钢铁厂等大型国有企业；特服平台，提供特种服务的，比如114平台提供查号，112平台提供障碍申告，119是火警，110是匪警等等。TS：长途局，LS：市话端局，TM：汇接局，GW：关口局，SSP：智能网局。
交换机之间分为高效直达路由、基干路由等。基干路由就是最基本的路由，比如DC2到本省DC1，基干路由不允许溢出。高效直达路由是为话务量大的两个局间增开的路由，比如DC2到其它省的DC1或DC2，例如阳泉到石家庄，高效直达路由可以溢出到基干路由。
2.6、局数据
交换机的运行数据分两大类，局数据和用户数据。局数据是指路由、计费、信令等实现局间通信的数据，随着电信行业改革，又增加了互联互通局数据。用户数据是指用户的属性数据。比如说用户停机、新开用户、用户开通来电显示业务等功能就是对用户数据进行操作。例如，202局用户打电话到404局（一般用电话号码的前3位做为电话交换局的代称），202和404之间有直达中继共10个2M，202到汇接局的直达中继群名为B7TM。则在202局 、先创建中继群，比如说中继群名是B7404，、然后将直达中继中10个2M全部建为此中继群的中继。
电话号码第一个号码若为‘0’，则称其为国内长途字冠，第一个号码若为‘00’，则称其为国际长途字冠，一个电话号码最长不超过13位（不含长途字冠），市话号码用PQRABCD代表，（例如4121578，则4-P、1-Q、2-R、1-A、5-B、7-C、8-D）其中PQR称为局号，ABCD称为用户号码。
2.7、程控交换机呼叫处理流程
交换机检测到用户A变为摘机状态；在用户数据中查找A的类别（是脉冲话机还是双音频话机，是一般用户、小交换机、公用电话等）；交换机送拨号音，准备收号；收号器接收用户所拨号码，收到第一位号码时，停止送拨号音；一般是对号码的前半部分进行分析，以决定呼叫类别，并决定收几位号；在局数据中检查这个呼叫是否能接续；检查被叫用户是否空闲，如不闲则回送忙音；接到被叫用户，向被叫用户送铃流，向主叫用户送回铃音；被叫用户摘机应答，停止振铃和回铃音，启动计费；通话完毕，主叫或被叫用户挂机，路由复原，停止计费，向对端用户送忙音。