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核心网core
第一部分：
序言（chenjoy）
转眼从业CT已经6年多了，从07年硕士刚毕业进入某500强公司，到现在人老珠黄。
经历过大悲，体验过大喜，内心有时静如止水，有时波浪澎湃。
回顾过去的30多年，最幸福的时刻莫过于为人夫，为人父。
背负着肩上的责任，自然不敢松懈，每日在职场体验着并不友善的工作环境，回家看到嗷嗷待补的孩子，心中的压力立刻烟消云散。
每日拖着疲惫的身躯，终于躺着床上，心里不免回顾从业6年，竟然没有给这个世界留下一丝痕迹，公司的研究报告，代码，专利自然是资产，但是它不属于我，我也不会带走一丝一毫，每每想起这些，心中不免有些悲凉。
回想学生生涯，尽管是个理工科院校，但是自己的文笔还算过得去，只是在职场多年身不由己的唯唯诺诺中，文笔每况愈下，使得我心中颇为担忧。
之所以开这个贴，是因为我想给过去的职业生涯留个总结，之所以叫做夜话，是因为上班时间不能做与工作无关的事情。
本人恪守职业道德和保密协议。
尽管6年前，CT设备商就在喊管道化，喊ICT融合，CT打败IT.......但是真正让所有的CT人感受到恐慌的，恰是最近几年android，IOS设备广泛应用用带来的诸如微博，微信，陌陌，whatsapp等OTT应用的崛起，进而引起运营商短信，彩信，语音收入的大幅下滑，更为严重的是这种趋势不可扭转。
CT设备商纷纷转型，华为向企业网，终端设备转型；爱立信向电信服务转型；诺西不断收缩，聚焦无线接入网络；阿郎和中兴依然像无头的苍蝇，找不到未来转型的方向......CT运营商亦不肯将利益拱手让给OTT运营商，纷纷想出奇招应对，诸如法国电信，ATT，意大利电信，德国电信的等早在5,6年前已经启动向OTT转型，推出基于IMS的增值业务，IPTV系统，自有的OTT业务等，但是纵观世界范围内的运营商，尚未有CT向IT转型的成功例子。
再次将目光回到设备商，在传统设备商一片哀嚎的时候，三星通信（网络设备）借助LTE确异军突出，大有三年超华为，五年压爱立信的势头，借助LTE，三星可能补齐其在2G,3G设备的短板，可以预见，未来三星不仅会在移动通信领域，而且会在固网，传输，交换领域大放异彩。
这是一个最好的时代，也是一个最坏的时代；这是明智的时代，这是愚昧的时代；这是信任的纪元，这是怀疑的纪元；这是光明的季节，这是黑暗的季节；这是希望的春日，这是失望的冬日；我们面前应有尽有，我们面前一无所有；我们都将直上天堂，我们都将直下地狱。
。
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3#第一篇：
从程控交换说起：
市面上程控交换的书很多，大多重点讲的是七号信令（NO.7），记得我当时读本科的时候，学完程控交换后，我和它依然在两个平行世界。
只是不巧的是，读研究生那会，迫于生活的压力，给一个老师当助教，偏偏她的课程就是程控交换，我于是花了一整个学期重听了这门课程。
9#1.1为什么需要交换：
人可以一天不吃饭，但不能一天不说话。
说话是什么，说话是交流。
还记得某司的口号是“丰富人们的沟通和交流”，好吧，交流从打电话开始。
远古时代的人们，怎么打电话，让我们看看这些土鳖的电话系统。
15#晨思七号信令：
如果你懂七号信令，你就是古董。
懂七号信令还有用吗？
你懂的。
在我读研的时候，有个老师从上交大博士后归来，给我们学院开了一门课叫“NO.7信令系统”，当时我初入行，对信令一词颇为害怕。
67#2.1什么是程控交换：
程控交换顾名思义是程序控制的交换，我们所接触的程控交换系统一般就指数字程控交换系统（模拟程控交换机由于太久远这里就不谈了）。
谈到系统，又是一个让人望而生畏的词语，摸不完，看不清，理不顺
72#时分交换：
讲完了空分交换，下面谈谈时分交换。
时分顾名思义就是从时间上分片来完成一个交换，也就是通过分时间的方式，完成信息的交流。
换一个说法：
时分交换要完成的事情，就是在发射端通过不同的时间传输不同的信息流，而在接收端，在不同的时间接受不同的信息流，时间的调度通过控制系统来完成。
搞无线的同事看看，是否这样就像TDD的味道？
102#模拟通信系统：
在这个数字化的时代，每天我们都离不开音乐，音乐就是声音，音乐就是哪些.wav,.mp3,.wma,.ogg,.acc,.ape........我常在思考一件事情，人是一个什么样的系统，是个模拟系统，还是个数字系统？
思考很久后，我觉得人是一个模拟信号接收器和模拟信号发生器
124#PCM续1---抽样:
之前谈到PCM三部曲：
抽样，量化，编码。
PCM过程实际上就是A/D转换的过程，而模拟信号可以转换成数字信号的理论基础就是抽样定理。
抽样定理又包含两个内容：
低通抽样定理和带通抽样定理。
125#PCM续2---量化：
关于量化，有四个概念需要了解：
量化值（量化电平），量化级（量化值的个数），量化间隔（量化台阶）。
量化误差（量化值和信号值之间的差值）。
其实看到这四个概念，基本看过了也忘记了，我妈妈说过，“文不如表，表不如图”。
杰伦说过“听妈妈的话”，是的没错。
142#PCM续3---非均匀量化：
缩电路的原理，压缩电路特点是对弱小的信号有比较大的增益（放大系数），而对大信号的增益比较小。
抽样后的信号经过压缩器以后发生了畸变，即小信号部分得到放大，而大信号相比小信号被压缩了。
对这个畸变信号进行均匀量化，就相当于对原始抽样信号做了非均匀量化。
143#时分复用：
前面已经谈到PCM三部曲完成了将模拟信号转换成数字信号的过程，也谈到了采用脉冲信号对信号进行抽样，也谈到了采样定理和抽样间隔。
假设每个脉冲信号的持续时间是25us，相当于采样点的持续时间也是25us，采样频率是8kHZ，则抽样间隔将是1/8000=125us，则相邻的采样点有100us的空闲时间被浪费了，这样如果一个信道只传输一路PCM信号，其信道利用率就太低了（20%）。
为了充分利用传输信道，出现了信道复用技术
153#时分交换网络（续）：
前面已经讲过空分接线器，这里继续讲另外一种接线器，它是数字时分接线器（T接线器）。
前面已经讲过，通过PCM完成了模拟信号的数字化，并将信号变成了时隙信号。
那么如何完成时隙信号的交换，就要用到T接线器。
T接线器的基本操作就是将数据写入存储器及从该存储器读出数据。
在读写过程中，通过选用的时隙进行信息交换。
因为每日工作时间，我不发帖，下班后，时间实在太少，本贴计划于2013年12月30日完工。
计划把现今通信网中的所有核心网内容都有所涉及，包括固定网络核心网（程控交换网，软交换网，IMS等），移动核心网（2G，3G，LTE，我眼中的5G核心网）等，如果有精力，我也会把SDN和核心网做一个专题阐述。
期待个各位c114的网友指正，如果有幸内容得到出版，让更多的人一起分享，将是我的第二大幸福
第一篇：
从程控交换说起。
市面上程控交换的书很多，大多重点讲的是七号信令（NO.7），记得我当时读本科的时候，学完程控交换后，我和它依然在两个平行世界。
只是不巧的是，读研究生那会，迫于生活的压力，给一个老师当助教，偏偏她的课程就是程控交换，我于是花了一整个学期重听了这门课程。
可以说，程控交换网功能上就相当于如今的核心网，而七号信令就是核心网的控制面信令，七号信令之于程控交换网，好比SIP信令+MGCP/H.248之于IMS系统一样。
1.1为什么需要交换
今天下班回来，在家乐福看到哇哈哈格瓦斯在展销，想起我是歌手，想起黄绮珊，想起Iwillalwaysloveyou,想起我的老婆孩子，心里斗争了很久，终于做了这个决定，别人说我我也不理，只要你也一样的好喝......幻想着销魂的味道，这不是飞一般的感觉，其实这本来就是啤酒。
这世界上有几种人，大致可分为：
Normalbility，Niubility，Zhuangbility，SBility。
我是普通人，就说说普通事吧。
人可以一天不吃饭，但不能一天不说话。
说话是什么，说话是交流。
还记得某司的口号是“丰富人们的沟通和交流”，好吧，交流从打电话开始。
远古时代的人们，怎么打电话，让我们看看这些土鳖的电话系统。
土鳖为什么不好？
如果好，为什么又有那么多的zhuangbility和SBility呢？
好吧，我来批判下为什么不能做土鳖。
众所周知，土鳖是历史的产物，具有时代的局限性，好比70年代和80年代初那会，你抗个大哥大，骑个拖拉机，披着毛毯子，腰间打个红腰带，头上顶个大锅盖，这叫时髦，但是现在你这样打扮，我发明不了词汇来形容你。
回到这幅土鳖的电话系统图，有人说它有如下几个缺点：
1.不经济，线路投资很大，线路利用率低；2.使用不方便，电话机要与很多对线连接，使用很困难；3.安装维护困难。
这些话至于你信不信？
反正我不全信。
在我的职场里，有50%的normality（B），40%的zhuangbility（Bplus），9%的sbility（C）,1%的niubility（A）。
听说某些500强也有了类似的评价方法，只是听说这种方法的发明者属于9%的精英，再强调一些我是normality，故而我的标准是不一样的。
为什么我不信，因为心在寻找，眼睛才能看到。
如果按照上图的通信组网，可以预见，这样的网络是不可能扩展的，这样的电话机实现复杂度将大大超越我们现有的固定电话，而且几乎是不可实现。
关于不可扩展性，显而易见，每增加一台电话机，则该网络拓扑将复杂度超越线性增长；再看看电话终端，为什么通信网络可以获得巨大的发展，很多的一个原因，就是通信网采用的瘦客户端模式，之所以采用这种模式，还是成本原因。
如果采用上图土鳖的组网模式，我们姑且抛开这些傻逼的连线，从通信的角度来讲，为实现一个良好的通信体验，至少我们电话机要感知大量的业务场景，诸如呼叫忙，呼叫闲，链路不可达等等都要采用复杂的机制实现，可以预见这样的电话机普通屌丝是永远无缘了，纵观IT几十年历史，所有中心控制vs分布式自治的斗争中，成本是背后的魔手。
正是由于土鳖的电话系统无法应用，所以出现了交换，让系统应用的成本降到可接受的程度。
交换为什么可以降成本，可以看下面这幅图。
采用交换系统后，每用户的连接线直接降到1/N（N为网络中电话机的数量），在固网通信系统中，成本最大的往往是我们不注意的屌丝设备，诸如电缆，接入终端等。
降低电缆成本，直接使得电话网建设成本大降。
采用中心化的交换系统后，诸如电话系统的控制功能集中化，集中化的好处有一个就是便于整网调度协调，无论对固网还是移动网，都是如此。
集中控制后，中心控制系统可以感知各个终端的状态，于是诸如xx电话网中，“你不知道我，我不知道你”的情形一去不复返了。
其实无论在CT还是IT的系统中，很难做到完全的分布式，完全无为而治的结果往往带来一团糟，分布式和集中式就好比一对基友，表面水火不容，其实水乳交融。
正是因为中心电话交换设备的出现，做到了能够及时发现用户的呼叫请求，记录被叫用户号码，判决用户的忙闲状态等最终使得链路可以按需建立和释放，从而能够使得任意两个交换机所服务的用户可以自由通话，而不互相干扰。
晨思七号信令：
如果你懂七号信令，你就是古董。
懂七号信令还有用吗？
你懂的。
在我读研的时候，有个老师从上交大博士后归来，给我们学院开了一门课叫“NO.7信令系统”，当时我初入行，对信令一词颇为害怕。
回想起来，Tooyoungtoonaive。
何为信令，通俗一点说，就是信息传输的命令（我自己理解的，可能没有教科书权威，但是我一直颇为鄙视背教科书的人，他们都是9%的精英）。
信息传输为什么需要命令呢，好比高速公路需要交通灯，好比国家需要宪法（此处希望大家不要做深入展开）一样，套用一句古话，不以规矩不能成方圆，信令就是通信的规矩，没有规矩则不通。
七号信令是电话网的最重要的信令之一，尽管随着新技术的出现，其重要性已经大不如从前，但是历史是不能遗忘的，忘记历史的人，创造不了未来。
笔者刚进某公司的时候，答辩就考到了七号信令的流程，可见6年前，其还算一个技术。
2.1什么是程控交换
程控交换顾名思义是程序控制的交换，我们所接触的程控交换系统一般就指数字程控交换系统（模拟程控交换机由于太久远这里就不谈了）。
谈到系统，又是一个让人望而生畏的词语，摸不完，看不清，理不顺。
同样的还有诸如网络，下一代，超级，资源池（Pool），弹性，健壮性，扩展性，云（cloud），服务，agent，broker，中间件，架构等等都是此类.....它们的共同点就是要解释不是三言两语，千言万语，七嘴八舌，众里寻他千XX，默认回首，依然云深不知处。
不谈系统，不谈网络，先谈设备，摸得着的，看的见才是我等normality可以能够理解的。
程控交换系统（或者是交换网）最核心的设备是程控交换机。
典型的程控交换机，包括两个部分，控制功能部分和交换功能部分。
尽管这种结构图旧的不能再旧，我们把他记下来，烂熟于心其实带不来一点提升，历史是前进的，社会是进步的，技术是发展的，设备是演进。
射雕英雄传告诉我们一个简单的事实，为什么郭靖记性不好，却可以练就十八般武艺。
有人说，他是“笨鸟先飞，勤能补拙....”,还有人说是因为他嫁的好......其实在我看来，我觉得是靖哥哥是个自知之人，他学武记忆力不好，但是他理解力不错。
俗话说，好记性不如烂笔头，其实烂笔头不如把它理解掉。
回到这幅过时架构图，我们可以思考下，最近10年CT技术变化莫测，无论核心网接入网都几乎面目全非，但是不变的是什么？
还记得当初研究生的时候，学NGN系统的时候，有几句话，天天听的耳朵起茧，“控制与承载分离，业务与控制分离”。
其实总结核心网架构变化的线路图，无非就是这句废话，“控制，承载，业务分分合合”，如此过家家而已。
程控交换机是一个盒子，依然包括控制，承载两个部分。
图中的描述有点问题，但是我暂未找到更精确的图形说明了，这里以文字更正图形，
程控交换机由话路子系统和控制子系统组成。
其中控制子系统可以理解成我们所编写的程控交换机软件，话路子系统就是交换网络和接口设备。
话路系统主要完成连接的建立，而控制子系统则要完成接受信号，并发出各种控制命令去控制交换网络。
下面谈谈交换机中的交换单元。
交换机中的交换单元式交换机最重要的部分。
从实现上分，可以分为空分交换和时分交换，其实空分，时分的概念同样应用到了后来的数字移动通信中。
何为空分交换，顾名思义就是从空间上完成交换，想象一下，把两个空间的人（或者说是电话终端设备）连接起来，然后断开似乎就很好理解了。
空间上要完成连接和去连接，故而需要一种能完成闭合（导通）和断开（阻塞）的元件（或者叫交叉节点）去完成这件事情。
通过将大量的这种元件，组成一个矩阵，通过在矩阵中节点的闭合和断开，实现一条完成的链路连接或者关闭。
空分交换矩阵又叫空分交换网络，典型的M*N的交换矩阵如下图所示：
为完成M条入线中的任意一条连接到N条出线中的任意一条，需要M*N个交叉点。
交叉点自身不算很贵的元件，一般采用双极性集体管和场效应管，学过电子技术的人都知道，利用这些元器件可以做出电子开关。
由于交叉点数量巨大，切频繁进行导通和截止，其带来的成本，体积，使用寿命的问题是首要考虑的问题。
实际使用中都是采用大规模集成电路来构成交换矩阵。
交换矩阵通过被控制系统控制，可以实现节点的导通和阻塞，从而完成了线路的接续。
起来接触无线技术的人都知道，在无线的物理层中都涉及大量的矩阵处理，诸如预编码矩阵等，实际上有点类似空分交换的味道。
讲完了空分交换，下面谈谈时分交换。
时分顾名思义就是从时间上分片来完成一个交换，也就是通过分时间的方式，完成信息的交流。
换一个说法：
时分交换要完成的事情，就是在发射端通过不同的时间传输不同的信息流，而在接收端，在不同的时间接受不同的信息流，时间的调度通过控制系统来完成。
搞无线的同事看看，是否这样就像TDD的味道？
其实我一直觉得，有线无线本质上有多少差异呢，换一个说法，简化下模型，最终的结果却是殊途同归。
谈到时分交换的话，有必要先谈谈PCM。
常听到的一句问候“你是28，还是26？
”，其实都不对，我没有那么年轻，我82，今年31岁。
今天回来的太晚，还没有吃饭，精力有点不济，刚准备煮点稀饭，将就点煎蛋度过这漫长的一夜吧。
夜深人静的时候，一个人，特别喜欢思考，唯独不喜欢思考技术，妻还在老家，带着女儿特别辛苦，我甚为想念你们。
有人问我，你现在爽呆了吧？
一个人想干嘛就能干嘛。
可是30而立，我能干嘛，偶已经告别了每天陪伴宅男三大利器的时代，需要看五年，想三年，认真做好一两年。
在这个数字化的时代，每天我们都离不开音乐，音乐就是声音，音乐就是哪些.wav,.mp3,.wma,.ogg,.acc,.ape........我常在思考一件事情，人是一个什么样的系统，是个模拟系统，还是个数字系统？
思考很久后，我觉得人是一个模拟信号接收器和模拟信号发生器。
以前看过一个生物的短片，说神经元之间是通过电信号来通信的，而人体似乎又米有所谓的AD/DA转换的装置，所以我猜想人是个模拟系统。
我们听到的声音，从扬声器发出来，通过空气传播，进入人体，引起耳膜震动，刺激人体细胞（感觉就是声电转换，最后电信号刺激了某些神经元），最后我们感觉到声音。
尽管人类是最好的模拟通信系统，但是人类似乎米有理解模拟通信系统，于是人类发明了计算机，因为对人类来说数字通信比模拟通信简单的多。
由于人摸不透模拟信号的规律，人就想着把这些模拟的东西变成数字，外包给计算器，让机器去干这些最苦逼的体力活。
回到交换机系统，交换机最基础的功能是传输声音，而原始的声音是模拟信号，于是人类发明了一种让声音变成数字的方法，即通过PCM三部曲：
抽样，量化和编码，可以让声音变成数字信号，并且可以通过解码，滤波等再还原得到模拟信号。
抽样很简单，学过通信原理的人都知道采样定理，即：
抽样频率要大于等于两倍的原始信号的带宽。
量化，官方一点的说法是：
使用有限个幅度值表示原来连续变化的幅度值。
用通俗的语言讲就是有限个值近似地去表示抽样取得的值。
由于这样近似的值和原值是有误差的，所以量化这一步也是有误差的。
由于信号的变化不一定是等幅度的，所以量化的方法也分为两种，一种叫做均匀（直观点就是等间隔）量化，一种叫做非均匀量化（直观点就是量化的间隔不是固定的，一般就是信号变化快的，量化间隔就大一些，信号变化小的部分，量化间隔就小一些）。
编码的过程稍微复杂一些，一般通信原理的书都会有详细介绍，编码要干的事情就是把量化得到的信号电平值转换成二进制数。
PCM中采用的编码是折叠二进制码（FBC），如图所示：
从图中可以看出，折叠码除掉第一位后，从中间开始码字是镜像对称的。
PCM续1----抽样
本来不打算就PCM再费笔墨，但是看到大家的留言，深感有必要在此补充一些内容。
由于初来C114匝道，论坛权限不够，朋友们的很多加好友的消息，我还处理不了，非常抱歉，等来日升级后，我再来处理，非常感谢。
之前谈到PCM三部曲：
抽样，量化，编码。
PCM示意图
简单来看，抽样可以如图所示：
抽样示意图
PCM过程实际上就是A/D转换的过程，而模拟信号可以转换成数字信号的理论基础就是抽样定理。
抽样定理又包含两个内容：
低通抽样定理和带通抽样定理。
如下图所示：
低通采样定理描述如下：
带通采样定理描述如下：
详细证明过程，可以参考樊昌信的通信原理吧。
PCM续2----量化
关于量化，有四个概念需要了解：
量化值（量化电平），量化级（量化值的个数），量化间隔（量化台阶）。
量化误差（量化值和信号值之间的差值）。
其实看到这四个概念，基本看过了也忘记了，我妈妈说过，“文不如表，表不如图”。
杰伦说过“听妈妈的话”，是的没错。
横轴的间隔就是量化间隔，其它量化电平，量化级，量化误差见图描述。
量化又分为均匀量化和非均匀量化。
均匀量化其量化间隔是均匀的，而非均匀量化，就是对信号的不同部分采用不同的量化间隔，更具体一点就是对小信号部分采用较小的量化间隔，而对大信号采用较大的量化间隔。
这样就可以保证小信号的相对量化误差和大信号的相对量化误差差不多。
依然以图形进行描述，均匀量化可以参见本节第一个图。
非均匀量化如下图：
关于非均匀量化的实现，采用了压缩和扩展的过程实现。
如上； 原理就是在抽样电路后，加了一个压缩器的电路，通过这个电路对信号做一个对数运算得到一个新的信号，在译码过程中，再进行一个对数的逆运算，将信号恢复出来。
其中关于压缩方法（对数运算器的不同）又分为A律（美国）和u律（欧洲，中国）。
关于A律和u律的内容，远一点的有樊昌信，近一点的有“大话xxx”，“xxx之大白话”，“深入浅出xxx”，本人就不在这里班门弄斧了。
PCM续3----非均匀量化（补充）
压缩电路的原理，压缩电路特点是对弱小的信号有比较大的增益（放大系数），而对大信号的增益比较小。
抽样后的信号经过压缩器以后发生了畸变，即小信号部分得到放大，而大信号相比小信号被压缩了。
对这个畸变信号进行均匀量化，就相当于对原始抽样信号做了非均匀量化。
接收过程与发送过程相反，使用了信号扩张器，它的作用和压缩器相反，对小信号压缩，对大信号提升。
一个比较理想的发送和接收，应该是可以保证信号无失真，具体到非均匀量化的过程，就相当于信号经过压缩器和扩张器后，从结果来看好像是信号通过线性电路一样。
PCM小总结:
PCM作用是将做模拟信号变成数字信号，PCM三部曲是“抽样”，“量化”，“编码”，其中量化过程会引入量化误差。
时分复用
前面已经谈到PCM三部曲完成了将模拟信号转换成数字信号的过程，也谈到了采用脉冲信号对信号进行抽样，也谈到了采样定理和抽样间隔。
假设每个脉冲信号的持续时间是25us，相当于采样点的持续时间也是25us，采样频率是8kHZ，则抽样间隔将是1/8000=125us，则相邻的采样点有100us的空闲时间被浪费了，这样如果一个信道只传输一路PCM信号，其信道利用率就太低了（20%）。
为了充分利用传输信道，出现了信道复用技术。
（TDM）
1.什么是TDM
TDM简单示意图如下，通过控制开关（K1，K2）在不同的时间连通不同的触点，实现了信道在时间上的复用。
一个时分多路复用系统如下
采用TDM后，话音信号的交换就变成一种时隙的交换，即对于程控交换机而言，交换的对象变成了时隙。
时分交换网络（续）
今天下了一场雨，雨停了，我坐在窗台边，微微的细风吹来，有一种清凉剔透的感觉。
似乎很多年不曾静下来思考或回味，我总是在一路奔跑，却忘了当初为什么出发。
晚上九点的时候，给父母打了一个长长的电话，谈了很多事情，大部分时间都是我在说，他们在倾听。
放下电话，自己心中有种重重的感觉，也许只有而立之年，为人夫，为人父后，我方才体会到我作为儿子的角色。
这是一篇技术漫谈，却无意总是跑题，笔风转成了一种杂记。
记不清楚，这几年下了多少决心去做一些事情，英语口语，Hadoop，NoSql.....很多很多，最后却没有坚持。
改变自己是一个很难的事情，因为自我的惰性实在是太过于强大；改变自己也是件很简单的事情，因为不逼自己一下，远不知道自己的潜能在哪。
前面已经讲过空分接线器，这里继续讲另外一种接线器，它是数字时分接线器（T接线器）。
前面已经讲过，通过PCM完成了模拟信号的数字化，并将信号变成了时隙信号。
那么如何完成时隙信号的交换，就要用到T接线器。
T接线器的基本操作就是将数据写入存储器及从该存储器读出数据。
在读写过程中，通过选用的时隙进行信息交换。
如图所示：
其实第一次看这个原理图，基本是看不懂的。
但是化繁为简，万变还是不离其宗。
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