电路交换PPT课件

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1、电话交换技术的发展 电话交换技术的发展经历了三个阶段： 人工交换阶段 机电式自动交换阶段 电子式自动交换阶段 第1页/共220页3.2 数字程控交换机系统结构 数字程控交换机的基本结构是由话路子系统和控制子系统构成的，话路子系统又是由交换网络和接口设备组成的。图3.2数字程控交换机的基本结构 第2页/共220页图3.3数字程控交换机的典型系统结构 第3页/共220页(1)控制子系统 控制子系统是交换机的“指挥系统”，交换机的所有动作都是在控制系统的控制下完成的。(2)话路子系统 话路子系统是由中央级（选组级）交换网络和用户级交换网络以及各种接口设备组成的。 交换网络主要完成交换的功能，即在某条

2、入线与某条出线之间建立连接，从而实现不同线路端口上的话音交换。 数字程控交换机的交换网络是数字交换网络，主要采用T接线器或T和S接线器，并按照一定的拓扑结构和控制方式构成的，用于完成时分复用信号的交换。 第4页/共220页 接口设备是数字程控交换机与外围环境的接口，其功能主要是完成外部信号与交换机内部信号的转换。程控数字交换机的接口设备主要有用户电路、中继电路和信令收发设备。 用户电路是用户终端设备与交换机的接口，用户终端通过用户线连接到交换机，因而每条用户线对应一套用户电路。 第5页/共220页3.3 3.3 接口设备 接口设备是数字程控交换机与外围环境的接口，其功能是完成外部信号与交换机内

3、部信号的转换。数字程控交换机的接口设备主要有用户电路、中继电路和信令收发设备。 数字程控交换机的接口类型图3.4表明了数字程控交换机的各种接口.V类和Z类接口是数字程控交换机用户侧接口A类、B类和C类接口是数字程控交换机与其它交换机的接口，是网络侧接口。其中数字接口有用户侧的V类接口和网络侧的A类、B类接口模拟接口有用户侧的Z类接口和网络侧的C类接口，另外还有网管接口Q3接口. 第6页/共220页图3.4数字程控交换机的接口类型 第7页/共220页（1）V接口： V1：连接数字用户线接口，速率一般为64kbit/s,它所连接的终端可为ISDN的2B+D或30B+D的终端或其它数字终端。 V2：

4、是连接数字远端模块的接口。 V3：连接数字PABX的接口，为ISDN的基群速率接口 （30B+D）。 V4：是支持多个2B+D终端接入的接口。 V5：是接入网第一个标准化的接口，支持n条E1的接入 （1n16），V5接口包括V5.1接口和V5.2接口。第8页/共220页（2）Z接口： Z1接口：连接单个模拟用户终端的接口。 Z2接口：连接模拟远端集线器的接口。 Z3接口：连接模拟PABX的接口。（3）A接口：PCM一次群接口，速率为2048kbit/s。（4）B接口：PCM二次群接口，速率为8448kbit/s。（5）C接口：二线或四线模拟中继接口（目前很少使用）（6）Q3接口：与电信管理网（

5、TMN）的接口，用于操作维 护管理和计费等。 第9页/共220页用户电路 用户电路是程控交换机通过用户线与用户终端相连的接口电路，由于用户线和用户终端有数字和模拟之分，因而用户电路也有两种：模拟用户电路和数字用户电路。 模拟用户电路是程控交换机通过模拟用户线与模拟终端设备相连的接口电路. 数字用户电路是程控交换机（ISDN交换机）通过数字用户线与数字终端设备相连的接口电路. 第10页/共220页模拟用户电路的功能框图如图3.5所示。 图3.5模拟用户电路的功能框图 第11页/共220页 模拟用户电路的功能可归纳为以下BORSCHT七个功能： l B（Battery feeding）馈电 l O

6、（Overvoltage protection）过压保护 l R（Ringing control）振铃控制 l S（Supervision）监视 l C（CODEC & filters）编译码和滤波 l H（Hybird circuit）混合电路 l T（Test）测试第12页/共220页1、馈电 在电话通信中，交换机通过用户线向用户终端提供通信的电源，这种馈电功能是由交换机的用户电路完成的。 图3.6馈电原理 第13页/共220页2、过压保护 交换机 一般采用 两级保护 措施 第一级保护：总配线架上安装避雷设施和保安器 第二级保护：用户电路的过压保护 用户电路的过压保护常采用钳位方法，如图3

7、.7所示。从图中可见，平时用户内线的a、b线上的电位将保持在48V伏或60V状态。若外线电压高于内线电压，则在电阻R上产生压降，用户内线电压被二极管钳住在0；若外线电压低于内线电压，用户内线电压被二极管钳住在48V伏或60V 。此外，两种情况下在电阻R上都会产生压降，R可以采用热敏电阻，平时R具有很小的电阻值，而当高压进入时，R的电阻值升高从而降低了内线电压和电流，而且必要时可自行烧毁，内外线断开，从而达到保护内线的目的。 第14页/共220页图3.7 过压保护原理 第15页/共220页3、振铃控制 由振铃继电器控制振铃的原理如图3.8所示。从图中可知，由CPU送出的振铃控制信号控制继电器的通

8、断，当继电器接通时就可将铃流送往用户，被叫用户摘机后，振铃开关送出截铃信号，CPU则控制停止振铃。图3.8 振铃原理 第16页/共220页4、监视 为完成电话呼叫，交换机必须能够正确判断出用户线上的以下几种情况：l 用户话机的摘挂机状态l 用户话机（号盘）发出的拨号脉冲l 投币、磁卡等话机的输入信号第17页/共220页用户线监视原理如图3.9所示。在图3.9（a）中，直流馈电电路串联了一个小电阻，通过检测电阻上的直流压降便可得知在a、b线上是否形成了直流通路；在图3.9（b）中，通过从过压保护电阻R的内外侧各引出信号进行比较而得知用户线状态，有压降则形成直流通路，无压降则没有直流通路。 (a)

9、 用户线监视方法一 (b) 用户线监视方法二 图3.9 用户线监视原理 第18页/共220页5 5、编译码和滤波 编译码器的任务是完成模拟信号和数字信号间的转换。数字交换机只能对数字信号进行交换处理，而话音信号是模拟信号，所以需要用编码器（Coder）把模拟话音信号转换成数字话音信号，然后送到交换网络中进行交换；并通过解码器（Decode）把从交换网络来的数字话音信号转换为模拟话音信号送给用户。 编译码器和滤波，一般采用集成电路来实现。第19页/共220页6 6、混合电路 混合电路用来完成二/四线的转换。 用户话机的模拟信号是二线双向的，数字交换网的PCM数字信号是四线单向的，因此，在编码以前

10、和译码以后一定要进行二/四线转换。 混合电路的平衡网络用于平衡用户线阻抗。第20页/共220页7、测试 用户电路可配合外部测试设备对用户线进行测试，用户线测试功能的实现如图3.10所示，它是通过测试开关将用户线接至外部测试设备来实现的。图3.10 配合外部测试原理 第21页/共220页中继电路 中继电路是交换机和中继线的接口设备，也叫中继器。 中继电路有数字中继电路和模拟中继电路。 模拟中继电路是交换机与模拟中继线的接口，用于连接模拟交换局，模拟中继电路的功能与用户电路的功能基本相似，目前在电话网上已很少使用. 第22页/共220页 数字中继电路是连接局间数字中继线的接口设备，用于与数字交换局

11、或远端用户模块相连。数字中继电路的功能框图如图3.11所示。 图3.11 数字中继电路的基本框图 第23页/共220页数字中继电路的基本功能主要有： l 码型变换 由于PCM线上使用的传输码型与交换网络内部的码型不一样，PCM线上使用的传输码型一般是HDB3型码（高密度双极 性 码 ） ， 交 换 机 内 部 的 码 型 一 般 采 用 单 极 性 不 归 零 码（NRZ码），码型变换的任务就是在接收和发送方向完成这两种码型的相互转换。 l 帧同步 数字中继线上的PCM信号是以帧方式传输的，其帧格式如图3.12所示。帧同步就是从接收的数据流中搜索并识别到帧同步码，以确定一帧的开始，使接收端的帧

12、结构排列和发送端的完全一致，从而保证数字信息的正确接收。帧同步码0011011在PCM偶帧的TS0中。 第24页/共220页图3.12 PCM的帧格式 第25页/共220页 l 复帧同步如果数字中继线上采用的是随路信令（中国No.1信令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。PCM的1个复帧由16个帧组成。复帧同步是使接收端与发送端的复帧结构排列完全一致。在随路信令方式中，各话路的线路信令在一个复帧的TS16中的固定位置传送，如果复帧不同步，线路信令就会错路。复帧同步就是为了保证各路线路信令不错路。 复帧同步码在F0（复帧的第1个帧）的TS16的高4个比特中传送，码字为0000。 第26页/共22

13、0页 l时钟提取时钟提取的任务就是从输入的数据流中提取时钟信号，以便与远端的交换机保持同步。被提取的时钟信号将作为输入数据流的基准时钟，用来读取输入数据，同时该时钟信号还可用作本端系统时钟的外部参考时钟源。 l提取和插入信号提取和插入的信号主要包括帧同步信号、复帧同步信号和告警信息的插入与提取，此外当数字中继线上采用的是随路信令（中国No.1信令）时，在TS16还要提取和插入中国No.1信令的线路信令。 第27页/共220页 l帧定位（再定时）从数字中继线上输入的码流有它自己的时钟信息（它局时钟），而接收端的交换机也有它自己的系统时钟（本局时钟），这两个时钟在频率和相位上不可能完全一致。帧定位

14、就是采用弹性缓存的方式，用提取的时钟控制输入码流写入弹性缓冲器，用本局时钟控制从弹性缓冲器中读出码流，从而把输入数据的时钟调整到本局系统时钟上来，实现系统时钟的同步。 第28页/共220页数字音频信号的产生、发送和接收 1、音频信号种类： l 交换机到用户 交换机到用户的信号主要是各种信号音，交换机需要产生的主要信号音及其时间结构如图3.13所示。它们均是单频信号音，信号源为450Hz或 950Hz的正弦波。 第29页/共220页图3.13 交换机需要产生的主要信号音及其时间结构 第30页/共220页l用户到交换机 用户向交换机发送的信号主要是被叫号码，它包括两种形式：直流脉冲和双音多频（DT

15、MF）。l 交换机到交换机 当局间采用中国No.1信令时，交换机到交换机之间发送和接收的是局间多频互控（MFC）信号。局间MFC信号是双音频信号，全部在音频的范围内，即在300Hz3400Hz之间。其高频段（前向）信号频率为：1380Hz、 1500Hz、1620Hz、1740Hz、1860Hz、1980Hz，它采用“六中取二”的频率组合；低频段（后向）信号频率为：1140Hz、1020Hz、900Hz、780H，它采用“四中取二”的频率组合。 第31页/共220页总结: : 交换机应具备音频信号接口，既能产生单音频和双音频的信号，也应能接收双音频的信号。不管是信号音还是DTMF信号和MFC信

16、号，它们都是音频模拟信号，由于交换机内部交换和中继线上传输的都是数字信号，所以这些音频信号的产生、发送和接收一般采用数字信号发生器和数字信号收发器来完成。 交换机应具有的音频信令接口种类具体有：l 音信号发生器（数字、单音频）l DTMF信号接收器（数字、双音频）l MFC信号接收器（数字、双音频）l MFC信号发生（送）器（数字、双音频）第32页/共220页2、单音频信号的产生 在数字交换机中，我们通常采用数字信号发生器来直 接产生数字化信号。数字信号发生器是利用只读存储器（PROM）来实现的。 单音频信号产生的基本原理是：按照PCM编码原理，将信号按125s间隔进行抽样（也就是8kHz的抽

17、样频率），然后进行量化和编码，得到各抽样点的PCM信号值，按照顺序将其放到ROM中，在需要的时候按序读出即可。图3.15是单音频信号的产生原理 第33页/共220页图3.14 单音频信号产生原理 第34页/共220页3 3、双音频信号的产生 交换机需要产生的双音频信号是中继线上的MFC信号。我们以多频互控信号为例，来说明双音频信号产生的基本原理产生双音频信号最主要的就是要确定一个“重复周期”，使得在这个周期内两个双音频信号和PCM的抽样信号都重复了完整的周期，即三个信号的重复次数均为整数。第35页/共220页 例如要产生1500Hz和1620Hz的双音频信号，首先我们在1500Hz、1620H

18、z和8000Hz的三个频率中取最大公约数20Hz，它是重复频率，重复周期为50ms，即在50ms内， 1500 Hz重复了75次，1620 Hz重复了81次，8000 Hz重复了400次。因此在50ms周期内，要取400个抽样值存放在ROM中。在需要时按序读出即形成了数字双音频信号。第36页/共220页4、数字音频信号的发送 图3.15是通过数字交换网络向用户送信号音的应用举例。 图3.15 通过交换网络向用户送信号音第37页/共220页 在图3.15中，交换网络有16条入线和16条出线，分别标识为015，每条入、出线上传送的是32路PCM信号，信号音发生器连在交换网络的入线15上，它通过入线

19、15的TS1、TS2固定时隙，通过交换网络分别向用户送忙音和拨号音。在某一时刻，出线2上的用户A需要送忙音，它所分配的话路时隙是TS8；出线3上的用户B需要送拨号音，它所分配的话路时隙是TS18。要实现向用户A送忙音和向用户B送拨号音，交换机只要将入线15的TS1与出线2的TS8相连，同时在入线15的TS2与出线3的TS18之间建立连接即可。由于同一时刻需要送音的用户会有多个，所以通过交换网络送音要建立的不仅是点到点的连接，还需要点到多点的连接。第38页/共220页5、数字音频信号的接收 为实现DTMF和MFC信号的接收，交换机设有DTMF收号器和MFC接收器，它们是交换机的公用资源。 通过交

20、换网络实现多频信号的接收是常用的一种方法，这与数字音频信号的发送相类似，所不同的是DTMF收号器和MFC接收器一般接于交换网络的出线上，即下行母线上。当接收DTMF信号时，交换网络只要将拨号用户的话路连至相应的DTMF收号器即可；当接收MFC信号时，交换网络只要将入中继线上的话路与相应的MFC接收器相连就行。第39页/共220页 数字多频信号接收器的工作原理如图3.16所示，一般采用数字滤波器滤波后进行识别的方法。图3.16 通过交换网络向用户送信号音第40页/共220页3.4 话路建立复用器与分路器 PCM信号传输采用串行码，即一个时隙的8位码在一条线路上串行传输，而T接线器的话音存储器字长

21、一般为8位，其写入和读出是以字长为单位进行的，即8位码并行同时写入或读出。数字程控交换系统的交换网络一般由T接线器或T和S接线器组合构成的，因此当话音信号进入交换网络交换时，先要将串行码转换为并行码，这个过程叫做串并变换；当话音信号完成交换从交换网络输出时，也要进行一个反变换，即将并行码转换为串行码，这个过程叫做并串变换。第41页/共220页 复用器主要完成两个功能：1、信号的串并变换2、将多路低速信号进行时分复用，形成高速的时分复用信号 分路器完成的功能与复用器相反，也称为解复用，它有两个功能：1、信号的并串变换2、将高速的时分复用信号进行分路，形成多路低速信号第42页/共220页 复用器、

22、分路器与TST网络的连接方式如图3.17所示。图3.17 复用器、分路器与TST网络第43页/共220页 复用器的串并变换与复用见图3.18（a）所示，分路器的并串变换和分路见图3.18（b）所示。 图3.18 复用器与分路器的工作原理第44页/共220页若进入每个复用器的PCM线路数为4，即n=4，并且每条PCM线路速率为2048kbit/s，则点速率为2048kbit/s，传输信号为串行码；点速率为256kbit/s，传输信号为8位并行码；点速率为1024kbit/s，传输信号为8位并行码。 第45页/共220页 各点的波形图如图3.19所示。 图3.19 串并、复用各点波形图第46页/共

23、220页 分路器完成相反过程的变换，若进入分路器的信号速率为1024kbit/s，分路器输出线数为4，则各点速率和串并码与复用器相同。 如果复用器输入线数为n，依次编号为0、1、n-1，且i号输入线上的TSj信号经复用器串并变换和复用后，在输出线上第k个时隙输出，即在TSk出现，则有k=jn+i。第47页/共220页话路建立 设有一数字程控交换机，如图3.20所示。 图3.20 话路建立过程举例第48页/共220页 其系统结构采用模块化分级控制方式，它由中央级（选组级）和用户级组成。选组级交换网络采用T-S-T三级交换网络，由中央处理机来控制。用户级有4个用户模块，每个用户模块有256个用户，

24、经过用户模块的用户集中器（按4:1），通过两条2Mbit/s的32路PCM线路与选组级交换网络相连，用户模块由用户处理机控制。话音进入选组级交换网络首先要经过复用器，进行串并变换和复用，然后才进入T接线器，此时信号速率变为4Mbit/s，每帧64个时隙； 第49页/共220页 话音从交换网络的第3级出来还要经过分路器，进行并串变换和解复用，信号速率由4Mbit/s变为2Mbit/s。选组级交换网络的第1级和第3级分别由4个T接线器组成，第2级S接线器的交换矩阵为4X4，它可完成4条母线之间的空间交换，我们通常将交换网络或交换单元的入、出线称为母线。整个交换网络有8条入线和8条出线，分别标识为0

25、7，每条入、出线的话路数为32，交换网络的容量为256X256。第50页/共220页 若用户模块1的用户A要与用户模块4的用户B进行通话，在这次通话中，A为主叫用户，B为被叫用户，这是一个本局呼叫。假设在此次通话中主叫用户A分配的时隙为母线0上的TS8，被叫用户B分配的时隙为母线6上的TS5。 A用户话音经过复用器M0后，话路时隙由TS8变为TS1 6。A话音经上行第一级T接线器交换到ITS2 0，ITS20是交换所选的内部时隙。A话音经S接线器完成了母线间的交换，即从S的入线0交换到了出线3上，时隙不变。交换接续到第2级的T接线器，它完成由内部时隙ITS20到TS10的交换。再经过分路器D3

26、后，这时接续到达被叫用户B的话路时隙母线6上的TS5。第51页/共220页 正常通话还应完成B到A的话路接续。B用户话音经过复用器M3后，话路时隙由TS5变为TS10。B话音经上行第一级T接线器交换到ITS52，ITS52是B到A交换所用的内部时隙，它是采用反向法计算得到的，即A到B方向选择的内部时隙为ITS20，T接线器输入信号每帧为64个时隙，半帧为32，故有20+32=52，B到A方向交换所用的内部时隙为ITS52。B话音经S接线器从入线3交换到了出线0上，时隙不变。交换接续进展到第2级的T接线器，它完成由内部时隙ITS52到TS16的交换。再经过分路器D0后，这时接续到达主叫用户A的话

27、路时隙母线0上的TS8。第52页/共220页3.5 控制子系统 程控交换机的控制系统是交换机的“指挥系统”，所有的“命令”从这里发出，交换机执行的每一个操作，都是在控制系统的控制下执行的，控制系统是交换机的重要组成部分。由于对通信网中的交换设备有高可靠性和能处理大量并发通信的要求，因此对交换机的控制系统在可靠性和处理能力上的要求要比其它控制系统高，这使得程控交换机的控制系统有别于一般的控制系统，在控制系统的构成方式和处理机之间的工作方式上具有其特殊性。第53页/共220页程控交换机对控制系统的基本要求1、呼叫处理能力 呼叫处理能力是指在满足服务质量的前提下，处理机处理呼叫的能力。我们通常用最大

28、忙时试呼次数BHCA（Maximum Number of Busy Hour Call Attempts）来表示程控交换机的呼叫处理能力，即在单位时间内控制系统能够处理的呼叫次数。 处理机的系统开销组成为：系统开销固有开销非固有开销第54页/共220页 系统开销，即处理机时间资源的占用率，是统计时间内处理机运行系统软件和应用软件的时间与统计时长之比。 固有开销是与呼叫处理次数无关的系统开销，如操作系统的任务调度程序和周期执行的各种扫描程序所占CPU的时间与统计时长之比。 非固有开销是与呼叫处理次数有关的系统开销，如执行处理呼叫的程序所占CPU的时间与统计时长之比。第55页/共220页 程控交换

29、机的BHCA值可采用下列公式进行粗略的计算：t a + bN其中：t 为该交换机控制系统的系统开销a为该交换机控制系统的固有开销b为该交换机控制系统处理一次呼叫的非固有开销（平均值）N为单位时间内所处理的呼叫总次数，即呼叫处理能力值（BHCA）bN 为该交换机控制系统的非固有开销第56页/共220页 下面是计算BHCA的一个例子。某处理机忙时用于呼叫处理的时间开销平均为0.80，其中固有开销a为0.30，处理一次呼叫平均所用时间为36ms，求其BHCA值为多少？这里t0.80，a0.30，b36X10-3/3600（小时），由ta + bN可知：N（ta）/ b （0.800.30）X 360

30、0 / 36X10-350000次/小时第57页/共220页 程控交换机的呼叫处理能力与交换机的系统结构、处理机的性能、处理机的负荷分担情况、操作系统的效率、呼叫处理相关软件的编程效率等因素有关，因此在程控交换机的软硬件设计中要充分考虑这些因素对呼叫处理能力的影响。 如果在一个有效的时间间隔周期内（不包含峰值瞬间），出现在交换设备上的试呼次数，即话务负荷超过了交换机控制系统的设计处理能力时，则称该交换设备运行在过负荷状态。加入到交换设备上的总负荷中，超过它的设计负荷能力部分称为过负荷部分，一般用负荷的百分数来表示。如加入到交换设备上试呼总次数超过它的设计负荷能力的10时，此时称为10过负荷。第

31、58页/共220页 当交换设备出现过负荷时，交换机要采取过负荷控制，以避免交换机的处理能力大幅下降。过负荷控制采取的方法一般为分级的限制某些用户的呼叫，并且至少应做到分4级进行限制，每级限制25的用户呼叫，限制用户的顺序从普通用户到优先级用户。当过负荷程度下降时，应逐步减少呼叫限制的用户数。第59页/共220页 对交换机过负荷控制的要求是：当出现在交换设备上的试呼次数超过它的设计负荷能力的50时，允许交换设备呼叫处理能力下降至设计负荷能力的90。如图3.21（a）所示。（a）过负荷控制第60页/共220页 图3.21（b）是有过负荷控制和无过负荷控制的情况对比，从图中曲线可见，如果没有过负荷控

32、制，则当交换机出现过负荷时，其控制系统的处理能力下降很快。（b）有过负荷控制和无过负荷控制对比图3.21 呼叫处理能力的特性第61页/共220页2、高可靠性 程控交换设备是通信网中的核心设备，由于通信业务的特性，因而对其可靠性的要求比较高。按照国内电话交换设备技术规范要求，程控交换机系统中断的指标是20年内系统中断时间不得超过1小时。系统中断是指由于硬件、软件、操作系统故障，以及局数据、程序差错而使系统不能处理任何呼叫且时间大于30s。 由于控制系统是程控交换机的“神经中枢”，因此要求控制系统的可靠性要高，故障率要低。当出现故障时，处理故障的时间要短。为提高控制系统的可靠性，人们在控制系统的构

33、成方式上多采用多机分散和冗余配置，注重处理机间通信的可靠性、运行软件的可靠性，并增强控制系统的故障防卫和自愈能力。第62页/共220页控制系统的构成方式1、集中控制 集中控制是指处理机可以对交换系统内的所有功能及资源实施统一控制。该控制系统可以由多个处理机构成，每一个处理机均可控制整个系统的正常运作。图3.22表明了集中控制方式的控制关系。图3.22 集中控制方式第63页/共220页 在图3.22中，该交换机系统具有f个需要完成的功能和r个可用资源，其控制系统由n个处理机构成，这n个处理机中的每一个都能完成交换机的全部f个功能，也能应用全部的r个资源，因此这种控制方式为集中控制方式。早期的程控

34、交换机由于功能简单、容量较小，其控制系统一般采用集中控制方式。第64页/共220页 集中控制方式具有以下特点：（1）处理机直接控制所有功能的完成和资源的使用，控制关系简单，处理机间通信接口简单。（2）每台处理机上运行的应用软件包含了对交换机所有功能的处理，因而单个处理机上的应用软件复杂、庞大。（3）处理机集中完成所有功能，一旦处理机系统出现故障，整个控制系统失效，因而系统可靠性较低。第65页/共220页2、分散控制 分散控制是指对交换机所有功能的完成和资源使用的控制是由多个处理机分担完成的的，即每个处理机只完成交换机的部分功能及控制部分资源。该控制系统由多个处理机构成，每个处理机分别完成不同的

35、功能和控制不同的资源。图3.23表明了分散控制方式的控制关系。图3.23 分散控制方式第66页/共220页 在图3.23中，该交换机系统具有f个需要完成的功能和r个可用资源，其控制系统由n个处理机构成，每个处理机只完成交换机f个功能中的一个或几个，只能应用全部r个资源中的一个或几个。现代程控交换机由于功能复杂、容量较大、可靠性要求高，其控制系统一般采用分散控制方式。第67页/共220页 分散控制又可分为以下两种方式：1）全分散控制采用全分散控制方式的控制系统，其多个处理机之间独立工作，分别完成不同的功能和对不同的资源实施控制，这些处理机之间不分等级，不存在控制与被控制关系，各处理机有自主能力。

36、第68页/共220页 全分散控制方式具有以下特点：1）各处理机处于同一级别。2）每台处理机只完成部分功能，这就要求各处理机要协调配合共同完成整个系统的功能，因而各处理机之间通信接口较复杂。3）每台处理机上运行的应用软件只完成该处理机所承担的功能，故单个处理机上的应用软件相对简单。4）功能分散在不同的处理机上完成，某个或某些处理机出现故障，一般不会导致整个控制系统失效，因而系统可靠性比较高。5）系统具有较好的扩充能力。 S1240程控数字交换机就是采用全分散控制方式，也叫分布式分散控制方式。第69页/共220页2）分级分散控制 分级分散控制，就是控制系统由多个处理机构成，各处理机分别完成不同的功

37、能和对不同的资源实施控制，处理机之间是分等级的，高级别的处理机控制低级别的，协同完成整个系统的功能。 分级分散控制方式具有以下特点：1、处理机之间是分等级的，高级别的处理机控制低级别的。2、处理机之间通信接口较集中控制方式复杂，但比全分散方式要简单。3、各处理机上应用软件的复杂度介于集中控制方式和全分散控制方式之间。4、控制系统的可靠性比集中控制方式高，但比全分散控制方式要低。第70页/共220页 瑞典爱立信AXE10程控交换机的控制系统采用2级的分散控制结构，图3.24是其结构示意图，它的控制系统是由中央处理机CP和区域处理机RP两级构成，高级别处理器CP可控制低级别处理器RP完成各种功能。

38、图3.24 AXE-10两级分散控制结构第71页/共220页 日本富士通FETEX-150程控交换机的控制系统采用3级的分散控制结构，图3.25是其结构示意图，处理器级别从低到高分别为：用户处理机（LPR）、呼叫处理机（CPR）和主处理机（MPR）。同级别的多个处理机话务分担完成相同的处理功能，不同级别的处理机功能分担分别完成不同的功能。图3.25 FETEX-150三级分散控制结构第72页/共220页多处理机的工作方式1、功能分担方式 如果多个处理机分别负责完成不同的功能，我们就说这多个处理机采用的是功能分担的工作方式。 图3.27是某个局用程控交换机的系统结构示意图。 数字交换网络用户模块

39、0#2#1#用户CPU2#1#中央CPU用户模块M#2#1#用户CPU中继模块0#2#1#中继CPU中继模块N#2#1#中继CPU信号音模块2#1#信号音CPUPCMPCMPCMPCM中继0中继n中继0中继n用户0用户m用户0用户m图3.26 某个局用程控交换机系统结构示意图第73页/共220页 由图可知，该交换机是由用户模块、中继模块、音信号模块和中央模块构成，各模块都有自己的处理机系统，整个控制系统采用的是2级分散控制方式，中央模块的中央CPU为高级别处理机，各模块CPU为低级别处理机。用户模块的用户CPU负责完成对用户线的监视（摘挂机扫描、脉冲拨号的接收）、时隙分配、对用户接口芯片的驱动

40、、对用户级交换网络的控制等功能；中继模块的中继CPU负责完成对中继线的监视、局间信令的收发等功能；第74页/共220页 信号音模块的信号音CPU负责控制产生各种信号音以及DTMF信号的接收；中央模块的中央CPU负责完成对交换网络的控制、呼叫处理、OAM等功能，并控制其它模块处理机的工作。用户CPU、中继CPU、信号音CPU、中央CPU分别完成不同的功能，因此这几种处理机之间是按功能分担方式工作的。 第75页/共220页 2、话务分担方式 如果多个处理机分别负责完成一部分话务功能，我们就说这多个处理机之间采用的是话务分担的工作方式。 在图3.26中，有M个用户模块，这M个模块的用户CPU分别负责

41、完成一组用户的话务处理，即各用户模块的用户CPU分别负责完成对一组用户的用户线的监视、时隙的分配、用户接口芯片的驱动以及各模块用户级交换网络的控制等功能。这些用户模块的用户CPU之间是按话务分担方式工作的。同理，各中继模块的中继CPU之间也是按话务分担方式工作的。第76页/共220页3、冗余方式 在现代程控交换机中，为提高控制系统的可靠性，处理机系统一般均采用冗余配置，即除了正常运行的处理机之外，还配置备用的处理机，当原来正常运行的处理机发生故障时，备用机将替代发生故障的处理机继续工作，以保证系统正常运行。我们通常把正常运行的处理机叫做主用机，把配置备用的处理机叫做备用机。那么这种主用机和备用

42、机之间的工作方式叫做冗余方式。第77页/共220页 冗余方式按照配置备用处理机数量和方法的不同，可分为以下两种：1）双机冗余配置 所谓双机冗余配置就是有两套处理机系统，一个为主用，一个为备用。双机冗余配置，又可根据具体工作方式的不同，分为以下三种：同步方式在同步方式下，主、备用机同步工作，如图3.27所示。 图3.27 同步方式工作模式第78页/共220页 每一条指令，主、备用机都同时执行，并对其处理结果进行比较，结果相同则继续执行下一条指令；结果不同，则表明至少有一台处理机出现故障，处理机立即退出服务，进入紧急处理状态。主备用机分别运行系统检测程序，排除偶然性故障或干扰，确定哪台处理机出现了

43、故障，替换发生故障的处理机。同步方式的两台处理机对系统来说，就如同一台处理机在工作一样。 同步方式可以及时发现故障，但每执行一条指令都要比较结果，降低了处理机的处理能力，程序执行的效率低，并且对软件故障不敏感。第79页/共220页互助方式 在这种情况下，主备用机之间负荷均分，即主用机和备用机在正常工作时，分别承担一半的话务负荷。当一台处理机出现故障时，另一台处理机要承担全部话务处理工作，直到发生故障的处理机恢复，重新回到负荷分担的模式。如图3.28所示。图3.28 互助方式工作模式第80页/共220页 采用互助方式，要求每台处理机的处理能力较高，当出现故障时，单台处理机应能够处理所有的话务负荷

44、。由于两台处理机独立工作，因而同时发生软件故障的概率较低，故这种方式对软件故障的防卫能力强。互助方式双机通信较频繁，还要考虑避免资源同抢，因而软件设计较复杂。第81页/共220页主/备方式 在主/备方式下，主用机在线运行，而备用机处于待机状态，也叫备用状态。备用状态有两种模式：冷备用和热备用。冷备用的处理机内不保存动态的呼叫数据，当发生故障进行切换时，正在进行的呼叫会损失掉；热备用的处理机内保存当前动态的呼叫数据，当发生故障进行切换时，不影响正在进行的呼叫。一般程控交换机都采用热备用模式，尤其是局用交换设备，以保证在发生故障进行切换时，正在通话、振铃、拨号的用户能够继续正常进行，满足国家电话交

45、换设备技术规范的要求。 第82页/共220页 其工作方式如图3.29所示。 图3.29 主/备方式工作模式第83页/共220页 主/备方式中的热备用模式，要求备用机时刻保存当前动态的呼叫数据，因而主备机之间通信频繁，这种通信机制的实现技术多种多样，一种常见的方式是采用公用存储器。相关这种通信机制的软件设计较复杂，可靠性要求高。一般程控交换机大多采用主/备方式。 在图3.26中，每个用户模块、中继模块、中央模块和信号音模块的处理机系统都是采用双机冗余配置，且所有模块的CPU1#和CPU2#工作在主/备方式下。第84页/共220页2）N+m冗余配置 N+m冗余配置方式，就是有N个处理机在线运行，m

46、个处理机处于备用状态，比较常用的是N+1冗余配置方式，即m=1。第85页/共220页多处理机间的通信 多处理机之间的通信可采用一般计算机网络处理机之间的通信方式，如采用总线方式、环形网等，图3.30是一种采用总线方式实现程控交换机多处理机之间通信的示意图。用户CPU中继CPU信令CPU中央CPUOAM CPU总线图3.30 多处理机之间通信采用总线方式第86页/共220页 由于程控交换机技术上的一些特殊性，如系统结构构成方式、采用同步时分复用的传输方式等，因此其多处理机之间可采用PCM通信方式，即占用PCM线路的一个或多个时隙作为处理机之间的通信信道。这种方式灵活方便、便于远距离通信。如图3.

47、31所示。CPUCPUPCMTSn通信信道图3.31 多处理机之间通信采用PCM方式第87页/共220页3.6 程控交换软件技术 采用存储程序控制的交换系统可提供许多新的用户服务性能，可灵活增加各种功能，使呼叫处理能力和可靠性大大提高，便于对系统进行更新换代，易于操作维护和管理。程控交换机的软件系统是一个庞大而复杂的实时控制软件系统，它是程控交换机设计、研发和维护的核心所在，它涉及计算机领域众多的技术，如操作系统、数据库、数据结构、编程技术等。 第88页/共220页程控交换软件系统概述1、程控交换软件的特点 实时性-话音业务最大的特点是具有实时性，因此交换机的软件系统在进行呼叫处理过程中必须满

48、足实时性的要求，这对软件编程效率、CPU的处理能力等方面提出了要求。 多任务并发执行-程控交换机应能处理并发的多个呼叫，因此交换机的软件系统在操作系统、数据管理、多任务程序设计、资源管理等方面应满足这种多任务并发执行的特点。 高可靠性-程控交换机必须具有高可靠性，因此交换机的软件系统应采取各种措施来保证其业务的不间断，如设置自检程序、测试程序、故障诊断和处理程序、备份CPU倒换程序等。第89页/共220页2、程控交换机软件系统的组成 程控交换机的软件系统主要是由系统软件和应用软件组成，系统软件主要指操作系统，应用软件又包括呼叫处理软件、OAM（操作维护管理）软件和数据库系统，其软件组成如图3.

49、32所示：图3.32 程控交换机软件系统的组成第90页/共220页（1）操作系统 程控交换机的操作系统是交换机硬件与应用软件之间的接口。是一个实时多任务的操作系统。 实时多任务操作系统能对随机发生的外部事件做出及时地响应，并进行处理。虽然事件的发生时间是无法预知的，但必须在事件发生时能够在严格的时限内做出响应，即使是在负荷较大的情况下。实时多任务操作系统支持多任务（Task）并发处理，由于多任务的并发性因而必然会引起任务的同步、互斥、通信以及资源共享等问题。这就是实时多任务操作系统最重要的两个特性：实时性和多任务性。第91页/共220页 程控交换机的操作系统对任务调度一般采用基于优先级的抢占式

50、调度算法，即系统中的每个任务都拥有一个优先级，任何时刻系统内核将CPU分配给处于等待队列中优先级最高的任务运行。所谓抢占式是指如果系统内核一旦发现有优先级比当前正在运行的任务的优先级高的任务，则使当前任务退出CPU进入等待队列，立即切换到高优先级的任务执行。在处理同优先级别的任务时采用先来先服务或轮转调度的算法。第92页/共220页 在程控交换系统中，可按照紧急性和实时性要求的不同将任务分为三种：故障级任务：完成故障紧急处理等功能的任务，具有最高优先级。周期级任务：由时钟中断周期性启动执行的任务，如每隔10ms周期性启动的拨号脉冲识别程序，启动周期为100ms的用户群扫描程序等。周期级任务的优

51、先级较故障级任务低、比基本级任务高。基本级任务：由事件启动的实时性要求不高、可以适当延迟执行的任务，其优先级最低。第93页/共220页 不同级别的任务调度与处理如图3.33所示：图3.33 不同级别的任务调度与处理第94页/共220页 在图3.33中，设每隔10ms产生一次中断，在第一个10ms中断周期内，处理机已执行完周期级和基本级任务，暂停并等待下一个中断的到来；在第二个10ms周期内，先执行周期级任务，然后执行基本级任务，但基本级任务没有执行完就被中断了，进入第三个10ms周期。在第三个10ms周期内，由于发生了故障，周期级任务被中断，转去处理故障级任务。故障级任务执行完后，才再执行周期

52、级任务。 此外，由于程控交换系统的控制系统多采用分布式多处理机结构，所以其操作系统也具有网络操作系统和分布式操作系统的特点。第95页/共220页（2）程控交换机的应用软件 程控交换机的应用软件包括呼叫处理软件、OAM（操作维护管理）软件和数据库系统。（a）呼叫处理软件 呼叫处理软件主要负责呼叫连接的建立与释放以及业务流程的控制，它是负责整个呼叫过程控制的软件。具体完成的功能如下：用户线和中继线上各种输入信号（呼叫信号、地址信号）的检测和识别，如对用户摘机、挂机信号以及被叫号码的检测和识别；第96页/共220页呼叫相关资源的管理，如控制对时隙、中继电路、DTMF收号器、MFC接收器和发送器等的分

53、配和释放；对用户数据、呼叫状态以及号码等进行分析；路由选择；控制呼叫状态迁移；控制计时、送音和交换网络的连接；信令协议的处理等。第97页/共220页（b）OAM（操作维护管理）软件：OAM软件是程控交换机用于操作、维护和管理的软件，用于保证系统高效、灵活、可靠地运行，其完成的具体功能有：1. 用户数据和局数据的操作和管理2. 测试3. 告警4. 故障诊断与处理5. 动态监视6. 话务统计7. 计费8. 过负荷控制等第98页/共220页（c）数据库系统 程控交换机在进行呼叫处理和操作维护管理过程中，会使用和生成大量的数据，这些数据包括系统数据、用户数据和局数据。系统数据与交换机的硬件体系结构和软

54、件程序有关，不随交换局的应用环境而变化，不同的电话局若采用同一类型的交换系统，它们的系统数据是相同的，所不同的是用户数据和局数据，用户数据和局数据随着交换机的应用环境和开局条件的不同而不同。第99页/共220页 用户数据是每个用户所特有的，它反映用户的具体情况，有静态用户数据和动态用户数据之分，用户数据主要包括以下几种： 用户类别：住宅用户、公用电话用户、PABX用户、传真用户等 话机类别：PULSE话机、DTMF话机 用户状态：空闲、忙、测试、阻塞等 限制情况：呼出限制、呼入限制等 呼叫权限：本局呼叫、本地呼叫、国内长途、国际长途等 计费类别：定期、立即、免费等第100页/共220页 优先级

55、：普通用户、优先用户 使用新业务权限：表示用户是否有权使用呼叫转移、会议电话、三方通话、呼叫等待、热线电话、闹钟服务等新业务 新业务登记的数据：闹钟时间、转移号码、热线号码等 用户号码：用户电话薄号码、用户设备号等 呼叫过程中的动态数据：呼叫状态、时隙、收号器号、所收号码、各种计数值等第101页/共220页 局数据是反映交换局设置和配置情况的数据，主要包括以下几种： 交换机硬件配置情况：用户端口数、出/入中继线数、DTMF收号器数、MFC收发器数、信令链路数等 各种号码：本地网编号及其号长、局号、应收号码、信令点编码等 路由设置情况：局向、路由数 计费数据：呼叫详细话单（CDR）等 统计数据：

56、话务量、呼损、呼叫情况等 交换机类别：C1C5，C5又分为市话端局、长市合一等 复原方式：主叫控制、被叫控制、互不控制第102页/共220页呼叫处理的基本原理1、呼叫处理过程及其特点 设用户A和用户B位于同一个交换机内，且两个用户均处于空闲状态。在某个时刻，用户A要发起与用户B的一个呼叫，即主叫为A、被叫为B，则交换机对这个本局呼叫的基本处理过程如表3.2所示。第103页/共220页第104页/共220页 通过上面对一个本局呼叫的基本呼叫过程的描述，我们不难发现整个呼叫处理过程就是处理机在某个状态，监视、识别外部来的各种输入信号（例如用户摘挂机、拨号等），然后进行分析，执行任务和输出信号（例如

57、振铃、送各种信号音等），进入另外一个状态，再进行监视、识别输入信号、再分析、执行、输出信号的过程，我们可以通过图3.35来进一步说明这种呼叫处理的特点。第105页/共220页第106页/共220页 从上图 可知，一个呼叫处理的过程可以分为几个阶段，每个阶段对应一个稳定的状态，在每个稳定状态下，只有当交换机检测到输入信号时，才进行分析处理和任务执行，任务执行的结果往往要产生一些输出信号，然后跃迁到另一个稳定的状态，如此反复。 第107页/共220页呼叫处理的过程具有以下的特点： 整个呼叫处理过程可分为若干个阶段，每个阶段可以用一个稳定的状态来表示； 整个呼叫处理的过程就是在一个稳定状态下，处理机

58、监视、识别输入信号，进行分析处理，执行任务和输出命令，然后跃迁到下一个稳定状态的循环过程； 两个稳定的状态之间要执行各种处理； 在一个稳定状态下，若没有输入信号，状态不会迁移； 相同的输入信号在不同的状态下会有不同的处理，并迁移到不同的状态； 在同一状态下，对不同输入信号的处理是不同的； 在同一状态下，输入同样信号，也可能因不同情况得出不同结果第108页/共220页 通过上述对呼叫处理过程特点的分析，我们可以将呼叫处理过程划分为以下三个部分：（1）输入处理 在呼叫处理的过程中，输入信号主要有摘机信号、挂机信号、所拨号码和超时信号，我们把这些输入信号也叫做事件，输入处理就是指识别和接收这些输入信

59、号的过程，在交换机中，它是由相关输入处理程序负责完成的。（2）分析处理 分析处理就是对输入处理的结果（接收到的输入信号）、当前状态以及各种数据进行分析，以决定下一步执行什么任务的过程，如号码分析、状态分析等。分析处理的功能是由分析处理程序来完成的。第109页/共220页（3）任务执行和输出处理 任务执行是指在迁移到下一个稳定状态之前，根据分析处理的结果，完成相关任务的过程。它是由任务执行程序来完成的。在任务执行的过程中，要输出一些信令、消息或动作命令，如No.7信令、处理机间通信消息以及送拨号音、停振铃和接通话路命令等，我们将完成这些消息的发送和相关动作的过程叫做输出处理，输出处理由输出处理程

60、序来完成。第110页/共220页2、用SDL图表示的呼叫处理过程 呼叫处理的过程实际上就是在事件（输入信号）的作用下，从一个稳定状态跃迁到另一个稳定状态的过程，它具有有限个状态和有限个输入事件，具有一个初始状态，且输入事件引起状态的迁移，因此，对于程控交换系统处理呼叫的行为，我们可以用扩展的有限状态机（EFSM）来描述。规范说明和描述语言（SDLSpecification and Description Language）不仅对系统的行为能用扩展的有限状态机来描述，而且能够清楚表达EFSM难于表达的通信系统中的两个主要概念功能部件之间的通信关系和定时器功能。因而采用SDL语言可以方便、直观、准

61、确的表达呼叫处理过程。第111页/共220页 SDL主要应用于电信领域，它是为描述复杂的实时系统而特别设计的，只要系统的行为能用扩展的有限状态机来描述，并且其重点在于交互方面，就能够用SDL来说明该系统所具有的行为，也可描述其实际具有的行为。SDL语言具有两种不同的形式，即文本表示法（PR）和图形表示法（GR）。PR基于类似程序的语句，比较适合计算机使用。GR基于一套标准化了的图形符号，直观易懂，能够清晰地表示系统结构和控制流程，适于设计开发人员使用。SDL是形式化定义的，可以对其进行分析、模拟和验证。第112页/共220页 SDL图形表示法中常用的图形符号如图3.35所示。图3.35 SDL

62、常用的图形符号第113页/共220页 图3.36是用SDL图来描述的一个本局呼叫的处理过程。需要说明的是描述过程省略了细节的分析判断，以及用户听忙音状态之后呼叫处理行为的描述。第114页/共220页图3.36 SDL图描述的本局呼叫的处理过程第115页/共220页3、输入处理 输入处理的主要功能就是要及时检测外界进入到交换机的各种信号，如用户摘/挂机信号、用户所拨号码（PULSE、DTMF）、中继线上的中国No.1信令的线路信号、No.7信令等，我们将这些从外部进入到交换机的各种信号称为事件。输入处理是由输入处理程序来完成的。在一次呼叫过程中，会产生许多这样的随机事件，当事件发生时，输入处理程

63、序要及时、准确地检测和识别这些事件，报告给分析处理程序。第116页/共220页输入处理程序需完成的功能主要有： 用户线扫描监视：监视用户线状态是否发生了变化； 中继线线路信号扫描：监视采用随路信令的中继线的状态是否发生了变化； 接收各种信号：包括拨号脉冲、DTMF信号和MFC信号等； 接收公共信道信令； 接收操作台的各种信号等。第117页/共220页（1）用户线扫描分析 用户线扫描监视程序负责检测和识别用户线的状态变化，其目的就是要检测和识别用户线上的摘机/挂机信号和用户拨号信号。 用户线有两种状态：“续”和“断”，“续”是指用户线上形成直流通路，有直流电流的状态；“断”是指用户线上直流通路断

64、开，没有直流电流的状态。用户摘机时，用户线状态为“续”；用户挂机时，用户线状态为“断”；用户拨号送脉冲时，用户线状态为“断”；脉冲间隔时，用户线状态为“续”。因此通过对用户线上有无电流，即对这种“续”和“断”的状态变化进行监视和分析，就可检测到用户线上的摘/挂机信号及脉冲拨号信号。第118页/共220页 此外，为了能够及时检测到用户线上的状态变化，处理机必须周期性的去扫描用户线。周期的长短视具体情况而定，用户摘挂机扫描周期一般为100200ms，拨号脉冲识别周期一般为810ms。因此用户线扫描监视程序是周期级程序。第119页/共220页（2）摘挂机识别原理 用户线的状态不外乎有两种：“续”和“

65、断”，如果我们用“0”来表示“续”状态，“1”来表示“断”状态，则用户摘机状态为“0”，用户挂机状态为“1”。设程控交换机摘挂机扫描程序的执行周期为200ms，那么摘机识别就是在200ms的周期性扫描中找到从“1”到“0”的变化点，挂机识别就是在200ms的周期性扫描中找到从“0”到“1”的变化点。摘挂机识别原理如图3.37所示。第120页/共220页图3.37 摘挂机识别原理第121页/共220页 在图3.37中，每隔200ms处理机调用摘挂机扫描监视程序对用户线状态进行扫描，图中每个箭头代表一次200ms扫描监视程序的执行。由于摘机时用户线状态从“1”变为“0”，挂机时用户线状态从“0”变

66、为“1”，因此我们只要将前一个200ms周期的扫描结果，即“前次扫描结果”，与当前200ms周期扫描的结果，即“这次扫描结果”进行比较，确定用户线状态从“1”到“0”的变化点和从“0”到“1”的变化点，就可识别出摘机信号和挂机信号。第122页/共220页 用户摘挂机识别的流程图如图3.38所示。第123页/共220页 一般在实际实现时通常采用“群处理”的方法，对一组用户进行检测，而不是逐个用户地检测，这样可大大提高扫描效率。“群处理”技术是程控交换软件设计中经常采用的技术之一，具体可参见下一节“程控交换软件技术”相关内容的介绍。 中国No.1信令的线路信令在交换机的输入端一般表现为电位的变化，因此可采用与用户线监视扫描相同的方法，来监视扫描线路信令的变化。第124页/共220页（3）脉冲拨号识别原理 脉冲拨号识别包括脉冲识别和位间隔识别。脉冲识别就是识别用户拨号脉冲，位间隔识别是识别出两位号码之间的间隔，即相邻两串脉冲之间的间隔。 A）脉冲识别 由于用户拨号送脉冲时为“断”，脉冲间隔时为“续”，所以脉冲识别的本质与摘挂机识别是一样的，都是要识别出用户线状态的变化点。若要能够及时检测到用