轉接網

轉接網指在始發網與終接網之間的網路，主要用於將從前一個網路收到的呼叫和信息轉發到下一個網路。

中文名稱	轉接網
英文名稱	transit network
定　　義	在始發網與終接網之間的網路。主要用於將從前一個網路收到的呼叫和信息轉發到下一個網路。
套用學科	通信科技（一級學科），通信網路（二級學科）

基本介紹

• 中文名：轉接網
• 外文名：Switching network
• 作用：轉發呼叫和信息
• 定義：在始發網與終接網之間的網路
• 相關名詞：直接網、轉接站
• 轉接分類：電路轉接、信息轉接

定義

通信要成網，通信技術應當從網路的高度來考慮，這是非常實際的要求。任何一個通信用戶，不可能是永遠只同一個其他用戶通信，而必然要同許多用戶發生傳遞和交換信息的聯繫。比如，某個用戶，在他的一生中，可能要同10000個其他用戶通信。那么，是不是需要為這個用戶安裝10000條通信線路（即10000個點對點通信系統）呢?如果是這樣，那就太浪費了。因為在這10000個用戶中，每個時刻只有一個用戶與他通信，其餘9999個系統都閒置不用。何況，這個用戶並非一天24小時都要進行這種通信，因而，這10000個系統的利用率是極低的。通信線路的費用很高，利用率又很低，這種方式就太不合理了。我們把這種通信網叫作直接網，因為用戶之間是直接接通著的。

解決這種問題的辦法，是採用轉接網，轉接網與直接網的區別可從右圖中一目了然。直接網中所有有信息聯繫的用戶之間都有線路直接連線著；轉接網中則設有一個轉接站，也叫轉接中心，如右圖中的1號點，其它的用戶只同轉接中心直接連通。在直接網的場合，任何一個用戶都可以直接與任何其他用戶通信；在轉接網的場合，除了轉接中心可以直接同其它用戶通信之外，其他用戶之間的通信都要通過轉接中心的轉接。對比右圖中兩種網路，就可以發現，轉接網路所需要的通信線路數目要比直接網路的線路數目少得多。

直接網和轉接網

正如上圖所示，在5個用戶的情況下，直接網需要10條雙向電路，而轉接網只要4條。當用戶數很大時，直接網的線路數將比轉接網的線路數多得多，比如用戶數為n=10，則直接網的線路數為n×（n一1）=90，轉接網的線路數為n一1=9，多了89條電路。由此可以看出。直接網是不現實的，轉接網可以具有很好的經濟性。

但是，如上圖所示的這種簡單的轉接網（只有一級轉接，稱為單級轉接網）也有缺點。那就是：當用戶數很多時，要求轉接能力很強，比如10000個用戶就要求有萬門轉接系統。此外，如果用戶在地理上很分散，數量又很多，那么在經濟上也不上算。

兩層轉接網

如右圖示出了這種情形，圖中的（a）是用單級轉接網的結構方式來處理所有分散用戶的通信連線，（b）則採用了兩級制的方式，即，在A區、B區和C區分別設立一個轉接中心，稱為A、B和C區的本地轉接中心；而在A、B和C區之間，又設立一個基層的轉接中心，即上圖中的A，由它來負責地區之間的轉接。這樣的謫級結構，顯然比單級結構更經濟，更合理；無論從傳輸線路的觀點來看，還是從轉接中心的觀點來看，更是如此。通常，把本地轉接中心到用戶之間的通信線路叫作用戶線，而把轉接中心之間的通信線路叫作中繼線。中繼線的容量和轉接中心的容量要根據所承擔的業務量來選定。在兩級制的轉接網結構中，本地用戶之間的通信，只要通過本地轉接中心就可以建立聯接。但是，如果一個地區（例如B區）的用戶要與另一個地區（例如C區）的用戶通信，就要通過本地轉接中心和其層轉接中心兩個轉接層次的合作，才能成功。 ．

轉換網的分級概念

兩級轉接網的概念，還可以推廣到多級轉接網的情形，一般來說，國土越大，居民越多，所需要的轉接層次（或級數）就可能越多。如右圖所示的是一個通信網的一般性分級模型。圖中不僅有本地轉接中心和基層轉接中心，還有二級、三級以至四級轉接中心。如果構想其中的四級中心是國家的國際長途局，那么，這就是一個國際通信網的模型，其中的三級、二級、基層和本地中心可以分別構想為大區局、省局、地區局和縣局。圖中的實線代表下級中心與上級中心之間的通信線路，虛線是同級中心之間或與其它省、區的高一級中心之間的通信線路。這是一種混合式的通信網路；既有從高級中心向低級中心輻射的星型結構，也包含各中心（同級的或不同級的）之間互連的網型結構。通過這樣一種縱橫交錯的、多層次、多中心的網路體系，來溝通所覆蓋地區的用戶之間的通信。

通信網的一般性分級模型

按照這樣的方式組織起來的通信網，每個用戶的用戶線數量與他擁有的通信能力有關。如果只有一部電話機，當然有一條用戶線就夠了。但是，一個交換中心的中繼線數目，卻不能簡單地按它所擁有的用戶數目來確定。一般來說，這個數目，既與用戶數目有關，用戶數目越多，中繼線的數目也應當越多，同時又與接通質量一接通率或呼損率有關，要求接通率越高或等效地呼損率越低，所要求的中繼線數目也越多；還與用戶的平均業務量的大小有關，平均業務量越大，所要求的中繼線數目越多。這個關係，具體的由厄爾朗公式表示出來：

其中，P是呼損率，即在總的呼叫次數中由於中繼線路全忙而被拒絕的次數比率； 是平均業務量；N是中繼線的數目。這是全利用度回絕制情況下的關係表達式。

信息轉接網的最佳化

信息轉接方式又稱存儲前發方式，不同予電路轉接方式；此時，在傳送信息之前不需要先建立電路；在傳送一組信息時，也不一定占用同一電路；而是先把一段信息送到一個端點，存儲下來。

若前向信道有空，繼續向前送到另一個節點；若前向信道被占用，就在該節點存儲下來，進行排隊，有空時再向前傳送，直到送到目的地。從排隊論可知，這種方式的網資源利用率可高予電路轉接；尤其是對於簡訊息，不需要把時間化在建立電路上，得益更是明顯。這樣一來，傳送信息時的呼損一般已不存在，所付的代價是信息延時。

當然，這是假定各節點的存儲量足夠大的情況，不然，當信息包來得太多時，存儲設備將溢出，而造成信息在網內丟失。通常不應使丟失過多，在各節點的存儲量應足夠大，這也說明這種方式對簡訊息是適當的；也可通過路由控制和流量控制來避免節點上存儲設備的溢出，儘量減小信息丟失。

由此可見，呼損已不是信息轉接網的主要質量指標；而信息的平均延時成為人們所關注的質量指標。延時過大對任何信息都是不利的；一般不超過某特定值時是允許的。這特定值對各類信息是不同的。對於實時信息如話音、電視，允許的延時很小，所以電路轉接常被採用；因為信息轉接往往不能保證做到這樣小的延時；對於計算機信息或電報、電傳等非實時信息，秒級甚至分級的時延常是允許的，信息轉接網就有很大的優點。所以信息轉接網中常以平均時延為最佳化的目標。即一定網資源下力求平均時延最小，或平均時延小於某臨界值的情況下，減小網資源投資。

轉接技術

近代通信網是由許多電路連線和轉接點組，事實上，轉接技術的發展影響了網的構成形式，而網的構成形式的多樣性又對轉接技術提出了不同的要求。轉接技術是近代電信系統中發展較快的技術之一。尤其是電子計算機的廣泛套用，使轉接技術有了深刻的變化。

轉接方式一般可分為兩大類。一類稱為電路轉接，如市內宿動電話就屬於電路轉接。在需要象電話對講那樣及時地雙向互送信息時，必須用電路轉接。另一類稱為存儲轉接，有時稱為信息轉接，可用於單向信息傳輸中，像電報轉接就屬於這一類。當然電報轉接也可用電路轉接，而在電路轉接過程中，往往也有控制信息的存儲問題，所以兩者實際上也難以完全分開。為了方便起見，下面將分別討論這兩種轉接方式。

電路轉接

電路轉接的主要任務是把要求通信的輸入線（稱為主叫線）與被叫的輸出線接通。除了輸出、輸入電路的設備外，主要是由連線單元和控制單元兩部分組成。在最初的人工轉接設備中，輸出、輸入線都分別接到交換台的許多塞孔上去，連線設備就是若干條塞繩，也就是若干條連線線。控制部分除了指示燈等監測設施外，由人工來完成，即用對講方式問明主叫線所要的被叫線號碼，就用塞繩的插頭接到相應的塞孔中把電路接通，或告訴主叫線被叫線是在占線狀態下，要等一下再接。

人工轉接主要缺點是轉接速度低，尤其是在大型通信網中，常須經過許多次轉接，才能把兩個終端用戶接通。同時，在接通過程中，也占有信道，致使信道實際用於通話的時間減少，也就是信道利用率低，占線的可能性就增大，進一步降低了接通速度。

在近代電信系統中，人工轉接已逐漸被自動轉接所代替。市內自動電話是最早投入套用的自動轉接的局部通信網。在大型網中的自動轉接也有很大進展。連線單元從步進式，旋轉式、縱橫式等用機械的連線觸點，發展到用半導體元件作為連線點，以至用時分等無觸點連線技術；從塞繩那樣的單級連線發展到多級連線，以適應輸出和輸入數量的增大；控制單元則從直接由主叫端的信號控制發展到存貯控制，以至到計算機控制。這些發展中的重要目標之一是加快接通速度。現在將近代電信系統中最新的自動轉接技術作一簡單介紹。

連線單元原理圖

先從連結單元浼起。在輸出及輸入電路較少時，從原理上說，連線方式可如右圖所示。若有m條輸入線，條輸出線就有mn個交叉點。在這些交叉點上各裝有一個接點或開關元件。要把任一輸入線和任一輸出線接通，就要把相應的交叉點上的接點接通。這種結構叫做n×m矩陣開關，是一種無阻塞現象的方式。因為只要被叫線未占線，不管以前已有多少條電路已經接通，總是可以把交叉點接上而把某一輸入線和它接通的。但是當輸入及輸出電路的數目很大時，這種方式就不甚適宜，一方面接點數目太大不經濟，另一方面控制這許多接點的機構也複雜化。

這時一般是用多級矩陣來實現轉接。右圖就是三級矩陣的例子。這時把輸入輸出線各分成若干組。每組緒到一個矩陣開關。這些矩陣開關的輸出又通過～個或幾個矩陣開關連結起來。在右圖（d）中，每組輸入或輸出線所接的矩陣開關（一個方塊相當於上圖的一組觸點）只有一個輸出或輸入，中間只要一個矩陣開關就可把所有輸入及輸出線接通。

三級矩陣結構

可見這種安排可大大減少觸點的數目，但是常會出現阻塞現象，因為同一組的輸入線中只要有一條是在通信，占用了一個20×1矩陣開關的輸出，其他就無法接出。為了減少阻塞，右圖（b）中改用10箇中間矩陣開關。這時也仍會出現阻塞。

還有一種假阻塞現象。仍以上右圖（b）為例來說明。設1要與1'接通。事前 的左側已經只有一條空線a'，此時a線並未被占用，本來是可以接通的，但若控制系統事前並不掌握全面接線情況，1要接出去，先用b線接到 去，由於這時b'線已被占用，就不能接到 再接到1'去。被認為已阻塞，就要求主叫線等侯，這就是假阻塞現象。要避免這種現象，就要求控制系統了解全面情況。

出現阻塞就使轉接速度下降，所以應儘量避免。但是為了節省設備，一定限度的轉接中的阻塞率是容許的，正像在設計信道數目時那樣，一定限度的信道阻塞率也是允許的。轉接設備的阻塞一般與矩陣開關的級數有關，級數愈多，阻塞率一定時，觸點數可以愈少，但是這時接通一對電路就要求有更多的串序觸點，觸點引入的電阻將增大。串序觸點增多也使設備的可靠性下降，因為只要一個觸點出故障就使電路中斷。因此，要根據實際情況，找到一個最佳方案。例如要根據輸出、輸入線總數，呼叫的頻繁程度等，來選擇連線單元的安排。

以上這些觸點的連線和斷開是由控制單元來控制的。這以前都是用電磁機械或繼電器來完成。近來的電子交換機中，多用電子電路來完成。控制方式也有較大的變化，以前由呼叫用戶直接控制，就是撥一些數目字號碼，形成一串脈衝，就利用這些脈衝去轉動開關電路。這種方式使轉接速度受撥號的限制，也易產生上面提到的假阻塞。尤其是輸入及輸出線是轉接中心之間的連線時，直接受撥號信號控制更不理想。例如在用迂迴路由時的路由選擇都要由終端用戶來掌握，事實上又不可能；這也使撥號的數目變得很大，因那時要經過不少轉接點，，每轉接點有它的號碼， 而所有這些轉接點的號碼都要用戶來撥。

信息轉接

電路轉接自動化後，可大大提高接通率，提高信道利用率。但是通常情況下，通信業務是不均勻的，有時很忙，有時卻很空。這對於安排信道容量和轉接設備的容量，提出了不易解決的問題。設定的容量若按最忙時的阻塞率不超過限度來決定，最空時的利用率就很低；反之，若照最空時來決定，最忙耐的阻塞率就很高，以致接通很慢，更使控制信號的反覆流通占去不少信道。最好能有一種方法把這種忙、空狀態平均一下，因此提出信息轉接方式。

信息轉接的主要原理是把待傳送的信息存貯起來，等到信道一有空就發出去。只要存貯的時間足夠長，例如24小時，那就可把一天之內信道的忙、空狀態均勻化，大大壓縮必需的信道容量和轉接設備容量。顯然，這種方式，對於要求實時性傳輸的對通電話信息是不容許的，對於傳電傳打字機等數據信號卻是可以採用的。當然，存貯時間太長如24小時，也不合適，有時可用優先等級來使要求快速傳輸的信息及時發出，並適當增加信道容量以減少等侯時間。

實際上，在人工轉接中，電報信息往往是用信息轉接，即在轉接中心先把收到的電報記下來，然後再按地址在相應的倍道中以一定的次序陸續發出去，這裡信息懸存腦在手，寫的、紙上。以後的半自動系統中，電報以自動打孔的形式存貯在紙條上，工作人員按地址分揀下來，用傳輸帶傳到相應的發信線路上，直接用這打孔紙條饋入電傳打字機發出去。若需要再轉接，就由下一轉接中心按這程式再進行一次，這裡信息是存貯在打孔紙條上。

近代的信息轉接系統，原理也是如此，只是自動化程式很高，常用小型電子計算機來操作，幾乎代替了所有通常由工作人員做的經常工作，只有在特殊情況下，計算機不能處理時，才告警而由人工來處理。

這種系統的簡化方塊圖如右圖所示。

簡化方塊圖

輸入設備與各輸入線路接上，與各輸入線路的另一端（其他轉接中心）聯繫，測試線路情況，以及把輸入數據轉換成適於存貯的形式。通常須能識別每一報頭和報文的起始和終了（有起始字元和終了字元在輸入信號中），以便把各種訊息分開，分別存在合適的存貯器中；還須能識別某一線路來的電報的流水號，以判斷它們是否連續，防止丟失。

輸出設備與各輸出線路接口，與各輸出線路的另一端聯繫和測試電路，它也應判斷報頭和報文的終了，以便向存貯器取下一個待發電報。有時信息處理機只送出統一的較簡短的龜報終了字元，而輸出線的對方往往要求較長的終了信號，例如在扯紙帶的半自動裝置中，那就要求輸出設備來補充。也可能灩有其他與特定輸出線有關的功能，要求這輸出設備來完成。

輸入端和輸出端都有存貯設備。一份電報除起始字元和終了字元外，尚可分報頭和報文；報頭中包含著起始發信站和最後收信站的地址、各種公務標誌如優先等級、流水號、轉接靖地址、日期、報文字數等。這種報頭在輸入信號和輸出信號中往往是不同的，後者至少應加入本站的流水號，經過本站轉接的標誌等。因此當信息處理機把輸入存貯轉到輸出存貯時，應作適當的變更。但是報文一般是不變的，可以直接從輸入存貯轉移到輸出存貯去。為了節省存貯設備，有時就省去輸出存貯，由信息處理機直接把輸入存貯的報文部分，直接接到相應的輸出設備去，也就是象進行電路轉接那樣。但輸出和輸入都有存貯，靈活性可以大一些，處理機也可簡單一些。

存貯設備不但能如前面提到的可使信息等候信道的空閒，也可使不同速率的信道進行轉接。例如50波特的輸入信號經過存貯就可接到75波特甚至更高速率的輸出電路中去。

信息處理機是信息轉接設備的核心，它的任務按要求而定，可能很複雜。在近代大型轉接中心，往往用電子計算機來完成信息處理的任務，而且在那些中心內，往往同時有電路轉接和信息轉接的設備，計算機就更為必要了。一般來說，信息處理機的主要任務是查閱諸輸入存貯，從報頭中識別它們的目的地址，進行編輯和記錄，根據路由程式，選擇合適的輸出線，把輸入存貯轉移到輸出存貯中去，並適當地更換報頭。有時還須識別來報的優先等等，按先後次宇排列在輸出線上。信息轉接，一般不象電路轉接那樣用迂迴路由，路由選擇是事先規定好的，但也有可能在某一段時間內，某段線路有故障或有其他原因而停用，那就須改變路由，這時就要改變路由程式，以使信息處理機按新的程式進行，這通常是有人工參加的。此外，輸出、輸入的定時信號也要由信息處理機來供給。

信息轉接是處理單向信息傳輸，這與一般電路轉接是處理雙向通話不同。發信者送出信息後，要等到收信者發回肯定信號後，才知道信息已按需要送到對方。若在傳送或轉接過程中丟失信息，當時是不知道的。為了糾正這一缺點，除了每一轉接中心的信息處理機要進行記錄，一般稱為流水日誌，記下所有曾處理過的電報報頭中的必要部分，以便以後查閱外，尚須有報流核計設備，以利及時發現，免得以後要求發信端重發。