现代交换原理与实践

柏静，汉族，1979年9月出生，湖南益阳人，党员，工学博士学位。主要从事智能计算、系统体系结构和云计算研究，曾在《弹道学报》、IJCA、Applied Intelligence、《计算机教育》等期刊上发表论文多篇。

第1章 概论

 1.1 交换的概念

 1.1.1 交换的引入

 1.1.2 交换与通信网

 1.2 交换方式

 1.2.1 电路交换

 1.2.2 分组交换

 1.2.3 ATM交换

 1.2.4 IP交换

 1.3 交换和路由

 1.4 下一代网络和软交换

 习题

 第2章 程控数字电话交换

 2.1 程控数字电话交换系统结构

 2.1.1 硬件功能结构

 2.1.2 软件功能结构

 2.2 程控交换数字化原理与接线器

 2.2.1 话音信号数字化与时分复用

 2.2.2 T接线器

 2.2.3 S接线器

 2.2.4 总线型时间/空间接线器

 2.3 程控数字交换机的控制系统

 2.3.1 控制系统的组成

 2.3.2 控制系统的工作方式

 2.4 程控数字交换机的接口与外设

 2.4.1 用户接口

 2.4.2 中继接口

 2.4.3 程控数字交换机的外设

 2.5 程控数字交换机的软件系统

 2.5.1 软件的结构

 2.5.2 呼叫接续与程序控制

 2.5.3 操作系统

 附录2A 武汉凌特LTE-CK-02E程控实验箱介绍

 附录2B 程控交换实验项目

 2B.1 话路PCM编/译码实验

 2B.2 T接线器与S接线器基本原理实验

 2B.3 用户线接口电路实验

 2B.4 中继接口实验

 2B.5 呼叫处理与线路信号的传输过程

 习题

 第3章 电信交换网络

 3.1 电信交换网络的基本技术

 3.1.1 互连技术

 3.1.2 接口技术

 3.1.3 信令技术

 3.1.4 控制技术

 3.2 基本交换单元的扩展

 3.2.1 共享存储器型时分交换单元

 3.2.2 空分数字型交换单元

 3.2.3 共享总线型时分交换单元

 3.3 多级交换网络结构

 3.3.1 TST交换网络

 3.3.2 STS交换网络

 3.3.3 DSN交换网络

 3.3.4 无阻塞CLOS网络

 3.4 电信网规程

 3.4.1 电信网路由规程

 3.4.2 电信网号码规程

 3.4.3 电信网同步规程

 附录3A 电信交换网络实验项目

 3A.1 同步时分交换网络实验

 3A.2 电话会议实验

 3A.3 人工模拟话务台实验

 习题

 第4章 信令系统

 4.1 信令系统的概念

 4.1.1 信令的定义和分类

 4.1.2 用户线信令

 4.1.3 局间信令

 4.2 随路信令和公共信道信令

 4.3 No.7公共信道信令

 4.3.1 No.7信令系统基本概念

 4.3.2 消息传递部分

 4.3.3 电话用户部分

 4.3.4 信令连接控制部分

 4.3.5 事务处理能力应用部分

 附录4A 信令系统实验项目

 4A.1 信令信号的产生与观测

 4A.2 双音多频接收与检测

 4A.3 呼叫处理与线路信号的传输过程

 习题

 第5章 宽带综合业务数字网与ATM交换

 5.1 ISDN技术

 5.2 B-ISDN的协议参考模型

 5.3 ATM交换技术

 5.3.1 ATM信元结构

 5.3.2 ATM交换的基本原理

 5.3.3 ATM交换机的基本结构

 5.3.4 ATM技术的发展及应用

 习题

 第6章 软交换技术

 6.1 软交换简介

 6.1.1 软交换的引入

 6.1.2 软交换的概念

 6.1.3 基于软交换的下一代网络

 6.1.4 软交换的主要功能

 6.2 软交换技术的主要协议

 6.2.1 媒体网关控制协议

 6.2.2 H.248协议

 6.2.3 H.323协议

 6.2.4 会话启动协议

 6.2.5 SIGTRAN协议

 6.3 SIP

 6.3.1 SDP和SAP

 6.3.2 SIP URL结构

 6.3.3 SIP消息

 6.3.4 SIP的呼叫流程

 附录6A 武汉凌特软交换LTE3000SW系统简介

 6A.1 系统概述

 6A.2 系统组成

 6A.3 设备功能介绍

 附录6B 软交换技术实验项目

 6B.1 IP电话用户添加及管理实验

 6B.2 拨号规则实验

 6B.3 SIP信令流程分析实验

 6B.4 计费管理实验

 6B.5 互通业务实验

 习题

 第7章 IP多媒体子系统技术

 7.1 概述

 7.1.1 IMS的发展历程

 7.1.2 IMS的特点

 7.1.3 IMS与软交换的比较

 7.2 IMS的体系结构和主要功能实体

 7.2.1 IMS体系结构

 7.2.2 IMS主要功能实体

 7.3 IMS的主要协议和接口

 7.3.1 IMS的主要协议

 7.3.2 IMS的主要接口

 7.4 IMS的通信流程

 7.4.1 IMS入口点的发现机制

 7.4.2 注册过程

 7.4.3 会话的基本建立流程

 7.5 IMS的发展现状与应用

 习题

 第8章 移动交换技术

 8.1 移动交换概述

 8.1.1 移动通信的特点和分类

 8.1.2 移动通信技术的发展历程

 8.2 移动通信的基本原理

 8.2.1 移动通信网络结构

 8.2.2 GSM的区域与编号计划

 8.2.3 移动呼叫的一般过程

 8.2.4 越区切换与漫游

 8.3 移动交换接口及协议

 8.3.1 主要接口

 8.3.2 空中接口

 8.4 VoLTE技术

 8.4.1 VoLTE网络架构

 8.4.2 VoLTE关键技术

 8.4.3 VoLTE业务流程

 习题

 参考文献

第1章概论

1.1交换的概念

1.1.1交换的引入

一般而言，通信是指按约定规则进行的信息传送。在此过程中，所用的设备及设施称为通信系统，最基本的通信系统是点到点通信系统，由终端（如电话、计算机、传真机等）和传输设备（如光纤、电缆等）组成。

当终端数很少时，可以采用两两相连的方法实现通信；但当终端数很多时，假如采用点到点的连接，如图1.1所示，若用户终端数为N，则复杂度为O（N），显然，这种方法是不现实的。于是引入了交换机，将每个终端都连到交换机上，由交换机完成任意终端间的通信连接，如图1.2所示，每个终端不再两两相连，而分别经由一条专用通信线路连接到交换机上。交换机的作用相当于一个开关节点，英文为Switch，平时是打开的，当任意两个用户要交换信息时，交换机就把连接这两个用户的有关开关节点闭合，即利用通信线路连通这两个用户：通信完毕，把对应的开关节点断开，从而使两个用户的通信线路断开。

当终端分布的区域较广时，就要在终端相对密集的子区域设置交换机，多台交换机之间通过中继线连接。为了进一步节省网络传输资源，交换机之间也不是点到点的连接，而是引入汇接交换机，形成多级交换网络，如图1.3所示。

在图1.3中，与电话相连的交换机称为市话交换机，又称为端局；而只与交换机相连，进行话务汇接的交换机称为汇接交换机，仅负责交换机之间的通信。在交换网中，终端用户只需接到一台交换机上，就能与世界上的任意终端用户进行通信。根据电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE） 的定义， 交换机的作用是监测各个用户的状态，以及在任意两个用户之间建立或释放通信线路。因此，交换机必须具备的基本功能包括：正确接收和分析从用户线或中继线发来的呼叫信号与地址信号；按目的地址正确地进行选路，并在中继线上转发信号；控制连接的建立与释放。

1.1.2交换与通信网

交换技术源于电话通信，是现代通信网络的核心技术之一。1876年，贝尔发明了电话，人类的声音第一次被转化为电信号。通过电话实现远距离传输以后，第一台自动电话交换机于1892年11月3日投入使用，实现了任意两个用户之间的自动电话接续。这些年以来，自动电话交换机经历了步进制交换机、纵横制交换机、空分式模拟程控交换机和时分式数字程控交换机几个发展阶段，采用的电路交换技术已经非常成熟和完善，是目前公共电话交换网（Public Switched Telephone Network,PSTN）中使用的一种主要交换技术。各种电话交换机出现的时间和特点如表1.1所示，其具有里程碑意义的发展和变化构成了现代通信网络的基础。

本书共8章，按照电话通信网中交换技术的演进和发展，由浅入深地介绍各种交换技术的原理及实践项目。~4章主要介绍传统的电路交换技术、电信网及信令系统，包括什么是程控数字交换机、电信网中的多种交换单元及交换网络、电信网规程、中国1号信令和靠前No。7信令系统等；第5章介绍宽带综合业务数字网与ATM交换；第6章介绍软交换技术；第7章介绍IP多媒体子系统技术；第8章介绍移动交换技术。根据内容安排，第2、3、4、6章后的附录部分为与教学内容密切相关的现代交换技术实验项目。本书内容翔实、通俗易懂，可作为高等院校通信工程和电子信息专业高年级本科生的教材或参考用书，也可作为通信工程技术人员的培训教材，还可供通信行业的研发人员或通信工程师阅读。