程控数字交换与电话通信网.ppt

第三章 数字程控电话交换 与电话通信网 1 电话通信的基本原理 电话交换技术的发展 程控数字交换机的系统结构 接口电路 交换网络-话路建立 控制系统 程控交换软件系统 呼叫处理的基本原理 交换技术基础 电话通信网 本章主要内容 3.1.1 电话通信与电话机 3 一、 电话机的发明 1875年6月2日贝尔和沃森发明了电话 （原始的电磁式电话） 1877年爱迪生发明了碳精式送话器 +手柄+呼叫设备（电铃）+手摇发电机+干电池 （磁石式电话机） 1882年出现了共电式电话机 （没有手摇发电机和干电池，通话所用电源由交换机供给 ） 1896年美国人爱立克森发明了旋转式电话拨号盘 1920年美国人坎贝尔发明了消侧音电路 （自动电话机-拨号盘电话机） 60年代电子学飞速发展、70年代大规模集成电路出现 (电子电话机-按键式电话机) 80年代随着N-ISDN的应用出现了数字电话机 一、电话机的发明 送话器 受话器 原始 话音 还原 话音 二-四 转换 消侧音电路 电话机 原始 话音 还原 话音 二、电话机的构成及通话原理 受话器：将相应的电信号还原为声音的转换器。 送话器：将声音变换为相应电信号的转换器。 旋转式拨号盘（三个参数）： 脉冲速度：表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数。 普通：10/s 快速：20/s 脉冲断续比：在一个脉冲周期里，断开电流的时间 和接通电流的时间之比。 t断/t续=1.6:1 或 2:1 位间隔：300ms 二、电话机的构成及通话原理 按键式拨号盘：与拨号集成电路配合发出脉冲或双音多频 (DTMF：Dual Tone Multi Frequency )信 令。 振铃器：交铃流、音调振铃器 开关、叉簧：接插件，二、四线绳 二、电话机的构成及通话原理 q扬声电话机 q免提电话机 q无绳电话机 q录音电话机 q可视电话机 q投币电话机 q磁卡电话机 三、 电话机的分类 3.1.2 电话交换技术的发展 10 人工交换阶段： 磁石式电话交换机 共电式电话交换机 机电式自动交换阶段： 步进制交换机（Step by Step System）： 史端乔（Strowger）式自动电话交换机 德国西门子式自动交换机 特点：直接控制方式 电话交换技术发展的三个阶段 机动制交换机： 旋转制或升降制电话交换机 特点：间接控制方式 共同特点： q噪声大 q易磨损 q维护工作量大 q接线速度慢 q故障率高 q电路技术简单 q人员培训容易 电话交换技术发展的三个阶段 纵横制交换机（Crossbar System）： 特点：间接控制方式 接线器接点采用压接触方式 电子式自动交换阶段： 半电子交换机（准电子交换机）： 话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。 全电子交换机： 话路部分和控制部分均采用电子器件。 电话交换技术发展的三个阶段 模拟程控交换机：1965年5月美国开通了第一个程控交换机（ESS No.1） 。 数字程控交换机：1970年法国开通了第一个数字程控交换机（E10）。 几个概念：程控与布控、时分与空分、模拟与数字 1.布控与程控 布控（布线逻辑控制）：所有控制逻辑用机电或电子元件做在 一定的印制板上，通过机架的布线做成。 硬件控制 程控（存储程序控制）： 把对交换机的各种控制、方法、步骤 都编成程序，存放在存储器中，用程序来控 制交换机的各项工作。 程控交换是利用计算机软件进行控制的一种 交换方式。 软件控制 电话交换技术发展的三个阶段 几个概念 n2.空分与时分 空分：通过交换网络的每个连接通路各自具有不同的空间位置 。 在两个用户通话时，必须在交换网络中占有一条专用的通 路，一直用到通话结束。 n时分：通过交换网络的每个连接通路各自具有不同的时间位 置。 n3.模拟和数字 模拟信号：信号幅度的取值是连续的。（幅值可有无限个数值 表示） 数字信号：信号幅度的取值是不连续的，（幅值表示被限制在 有限个数值之内），或说是离散的。 模拟方式：通过交换网络的是模拟信号。 双向二线：发、收两个方向的模拟信号在同一通路中传输 。 数字方式：通过交换网络的是数字信号。 单向四线：发、收两个方向的数字信号分别通过不同的两 条途径传输。 q 在技术上的：能提供许多新的服务性能 维护管理方便、可靠性高 灵活性大、便于采用新技术和增加新业务 q 在经济上的：在交换设备上 在线路设备上 在维护和生产方面 程控交换机的优越性 q缩位拨号 q热线服务 q呼出限制 q免打扰服务 q查找恶意呼叫 q闹钟服务 q截接服务 q缺席用户服务 补充业务 q遇忙回叫 q无条件呼叫前转 q遇忙呼叫前转 q无应答呼叫前转 q呼叫等待 q三方通话 q会议电视 q主叫号码显示等 q 引进交换机 AXE10，FETEX-150，E10B，5ESS、 NEAX61 、 EWSD q 引进生产线 上海：S1240，北京：EWSD，天津：NEAX61 q 自行研制 巨龙HJD-04，大唐SP30，华为C&C08，中兴ZXJ10 我国程控交换技术的发展 3.2 程控数字交换机的系统结构 19 数字交换机的系统结构 数字程控电话交换系统 话路子系统控制子系统 接口设备交换网络 CPU与存储器 远端接口 外部设备 模拟/数字用户电路 数字/模拟中继器 信令设备 MFC（多频互控 Multiple Frequency Control ）接收和发送器 DTMF接收器 信号音发生器 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。 3.3.1 数字交换系统接口类型 交换网络 控制系统 模拟用户接口 用 户 侧 接 口 中继侧接口 数字用户接口 数字中继接口 模拟中继接口 数字用户接口 操作维护OAM Z V A B C Q3 nV类和Z类接口： 数字程控交换机用户侧接口； nA类、B类和C类接口： 数字程控交换机与其它交换机的接口，是网络侧接口。 n其中数字接口： 用户侧的V类接口和网络侧的A类、B类接口； n模拟接口： 用户侧的Z类接口和网络侧的C类接口。 n网管接口Q3接口. 数字交换机接口类型 ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET ET 数 字 交 换 网 络 模拟用户线 Z1 模拟远端集线器Z2 模拟PABX Z3 数字用户线 V1 LT LT LT LT Z1 V2 V3 V4 V5 数字远端模块 Z1 V1 NT 数字PABX m X (2B+D) n X E1 2,048kbit/s A B LT C11 C12 C21 C22 LT 本地 转换 二线 中继器 通路转 换设备 四线 FDM 实线 PCM 8,448kbit/s LT 34,368kbit/s 8,448kbit/s LT V接口： V1：64kb/s，可为2B+D或30B+D的终端 V2：连接数字远端模块的接口 V3：连接数字PABX的接口，属30B+D的接口 V4：可接多个2B+D的终端，支持ISDN的接入 V5：支持n X E1的接入网，包括V5.1和V5.2接口 程控交换系统接口类型 Z1接口：连接单个模拟用户的接口 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 程控交换系统接口类型 A接口：速率为2048kb/s的数字中继接口 B接口：PCM二次群接口，其接口速率为8448kb/s C接口：二线或四线模拟中继接口（目前很少使用） Q3接口：与电信管理网（TMN）的接口，用于操作维 护管理和计费等。 n 模拟用户接口电路是交换机与模拟用户线相连 的接口，简称模拟用户电路。一般电话用户使用的 电话机（终端设备）都是模拟电话机，即电话机发 送和接收的话音电流都是模拟信号，所以用户线上 传递的是模拟信号。故常将模拟用户电路简称为用 户电路。 3.3.2 模拟用户电路 3.3.2 模拟用户电路 模拟用户电路的功能可归纳为BORSCHT七个功能： B(Battery feeding)馈电 O(Overvoltage protection)过压保护 R(Ringing control)振铃控制 S(Supervision)监视 C(CODEC & filters)编译码和滤波 H(Hybird circuit)混合电路 T(Test)测试 此处主要介绍功能，而不具体介绍电路。 1.馈电: 为用户话机提供通话所需的直流电源 电容的特性：“隔直流，通交流” 电感的特性：“隔交流，通直流” 电压馈电式 为了防止用户间经电源而发生串话，在馈电电路中串联着为了防止用户间经电源而发生串话，在馈电电路中串联着电电 感线圈感线圈，它对话音信号呈现它对话音信号呈现高阻抗高阻抗，对直流呈现对直流呈现低阻抗低阻抗。 -48V 2.过压保护：避免高压进入交换机内部而损坏交 换机，设置了两极保护。 第一级在总配线架上安放保安器 第二级在用户电路中设置二极管箝位电路 n保安器可为热线圈或放电管,有高压时，保安器动作，会 引高压入地，但保安器的输出电压仍可达上百伏，故需第 二级保护。 n箝位电路将用户线(a或b)的电压箝位在-48V0V之间 。 n 热敏电阻R起限流作用，R的阻值随电流增大而增大。 n仅有第一级或第二级保护是不够的，需两级配合使用。 E(-48V) 内线 外线 a b R R 3.振铃:提供振铃所需25 50HZ,90V15V的交流电压, 发送铃流. 过程:控制系统发“振铃控制” 开关动作铃流经用户 线送达用户话机振铃用户摘机振铃电路产生“截铃”信 号控制系统停止“振铃控制”信号开关释放 停止振铃 控制系统 S 振铃 控制 振铃电路 用户线 截铃 4. 监视:通过用户线回路状态来监视用户状态 摘、挂机状态 用户状态 号盘话机的拨号脉冲 投币话机的输入信号 用户线 监视信号 -V 监视电路通常是与馈电电路合在一起的。只要在馈电回路中串 入一个小电阻或继电器，在两端接放大器，引出监视信号。当回路 状态改变时，电阻上的压降或继电器工作状态（吸动或释放）会发 生改变，据此变化可检出用户回路的状态变化。 5.编译码和滤波：实现用户线上的模拟信号与交换机 内部的PCM信号之间的转换及滤波。 平滑 模拟 模拟 3003400HZ 编码器 译码器 PCM PCM 交换机侧用户侧 把模拟信号转换为数字信号的过程称为编码，把数字信号转 换为模拟信号的过程称为译码，编译码合称为CODEC。 信号编码前要用带通滤波器，译码后要用低通滤波器。 6. 混合电路(二/四线转换) 用户话机的模拟信号是二线双向的，而PCM数字信号 是四线单向的，因此在用户电路中，信号编码前和译码后要 进行二线/四线的转换。 二/四线转换电路也称为混合电路，以前由混合线 圈实现，现在由集成电路（运算放大器和平衡网络组成的电 路）实现。 7.测试: 当故障发生时,测试开关将用户内线与用户外线分开, 以测定故障是局内设备故障,还是局外设备故障. 模拟用户电路功能框图 举例用户电路板 模拟中继器：是程控数字交换机与模拟中继线的接口，用 于与模拟交换机的连接。 3.3.3 中继电路 3.3.3数字中继电路(Digital trunk) 是数字中继线和交换机的接口，主要实 现码型变换、同步和信令控制三方面的功能。 具体功能如下: 1. 码型变换 完成中继线上适于远距离传输的双极性的 HDB3或AMI码与交换机内部单极性的NRZ码之 间的相互转换。 单极性 双极性 NRZ HDB3(或AMI) 远距离传输码型的特点: 便于时钟提取，具有内在的检错能力，具有 良好的谱结构，便于线路均衡和回波抵消等。 2.时钟提取： 时钟提取电路是用来从时钟提取电路是用来从PCMPCM传输线上送来的码传输线上送来的码 流中提取发端送来的时钟信息，以便流中提取发端送来的时钟信息，以便控制帧同步控制帧同步 电路，使收端和发端同步。电路，使收端和发端同步。 3.帧同步： 在 PCM30/32路帧结构中，每一帧有32 个时隙组成，其中TS0时隙用来传输帧同步码字 。同步码字规定为0011011，它在偶数帧的TS0 时隙中发送。 帧同步就是要从接收的数据流中搜索并识别 这 个同步码字，使接收端的帧结构排列与发送端 完全一致。 4.复帧同步： 复帧同步:使收、发两端一复帧中的帧与帧对齐， 以便正确接收各路标志信号。复帧同步是要在输入的复帧同步是要在输入的 码流中，检测出码流中，检测出F0F0帧帧TS16TS16的前的前4 4位码位码 “ “0000”0000”。 复帧同步是为了解决各路标志信号的错路问题。 5.提取和插入帧、复帧同步信号、告警信息 6.帧定位（再定时） 将输入的PCM码流同步到本局时钟上来（频率相 位一致），以便进入本局交换机流通。 码型变换 码型变换 时钟提取帧同步 帧定位 信号提取 帧定位信号 插入 复帧定位 信号插入 收 发 PCM 数字中继电路的基本功能 3.3.4 音频信号的产生、发送和接收 程控交换机工作时需要很多种音频信号，如向 用户发送的拨号音、忙音、回铃音和各种通知音，两 个局之间中继线上传输的地址（选择）信号等。 因此，要求程控交换机具有音频信号的产生、发 送与接收能力。 3.3.4 音频信号的产生、发送和接收 1、信号种类： q 交换机到用户： 各种信号音（单频，信号源450Hz或 950Hz的正弦波 ） q 交换机到交换机： 局间信号（MFC） 前向信号频率：1380Hz, 1500Hz, 1620Hz, 1740Hz, 1860Hz, 1980Hz（6中取2） 后向信号频率：1140Hz, 1020Hz, 900Hz, 780Hz, （4中取2） q 用户到交换机： 拨号信息（直流脉冲、DTMF） 将信号按125s间隔进行抽样（也就是 8kHz的PCM抽样频率），然后进行量化和编 码，得到各抽样点的PCM信号，放到ROM中 ，使用时对ROM按一般PCM信号读出，就是 这个音频信号（数字化的信号）。 2.单音频信号的产生 帧脉冲 1-16 环形 计数 器 地 址 译 码 器 ROM 500HZ单音频信令的产生原理图 8kH Z 数据读出 n对fm=500Hz： fs=8000Hz，m=1，s=16， T=2ms，即在2ms内抽取16个样值。 n对fm=450Hz： fs=8000Hz，m=9，s=160， T=20ms，即在20ms内抽取160个样值。 n为简便起见，以产生500Hz的音频信号为例 ROM中存储信息的容量计算： 设要产生的信号频率fm和8000Hz的取样频率fs都 是从零开始，当前者经过m周，后者经过s周，两 者又到达开始位置，这段时间为T： T=2ms 500Hz音频信号产生原理 3、双音频信号的产生 双音频信号产生原理： 首先要找到一个重复周期。 双频信号与单信号的产生原理和过程基本相同，但唯双频信号与单信号的产生原理和过程基本相同，但唯 一的区别是同时产生两个单频信号的混合信号。设要产生一的区别是同时产生两个单频信号的混合信号。设要产生 的双频信号频率分别为的双频信号频率分别为f1f1和和f2 f2 ，取样频率为，取样频率为fsfs，则代入下，则代入下 列计算公式：列计算公式： f1=700Hz f2=900Hz fs=8000Hz m=7 n=9 s=80 T=10msROM存储单元为80个 4、数字音频信号的发送 n在程控数字交换机中，各种数字音频信号大多是通 过数字交换网络送出，和普通话音信号一样处理。 n数字音频信号发生器是一种公用服务电路，通常连 接到交换网络的输入端。数字音频信号经交换网络传输 再发送到有关终端。 n单频信号一般作为与用户“对话”的信号送给用户电 路，而双频信号送给中继电路，用来和它局联络。 5. 数字音频信号的接收 数字音频信号接收器接收的是经过抽样、量化和编码 的音频信号。 这些信号通常是由用户电路送来的按键话机双音多频 （DTMF）信号或由中继电路送来的多频编码（MFC） 信号。 它们经数字交换网络进入相应的DTMF信号接收器或 MFC信号接收器，在接收器内进行滤波和判断识别，然 后将结果译成二进制码送到控制系统（处理机）进行处 理。 各种信号音是由用户话机接收的。 F1数字滤波 F2数字滤波 Fn数字滤波 数字逻辑识别 输入输出 多频的接收 3.4 交换网络（话路建立 ） 53 复用和分路 n（1）8端脉码的排列 n 8端脉码共有256个时隙(tS0tS255 )，即：HW0的TS0为 总时隙的tS0，HW1的TS0为总时隙的tS1， ，HW7的TS0为总 时隙的tS7， HW0的TS1为总时隙的tS8， ，HW7的TS31为总 时隙的tS255。则总的时隙号tSj与各端的时隙号TSk之间的关系 为： n j=端数k+端号 n 例：对于8端脉码输入，HW1TS20 tS161 n (j=820+1=161) n（2）降低速率 n对于8端脉码输入，由于每端的传输率为2Mbit/s，则其传输 率将达到16Mbit/s。这样高的传输率将带来辐射和干扰等。 n采用串/并技术将降低8倍速率，则在话音存储器进行交换的 信号速率也是2Mbit/s 。 3.4.2 话路建立 若用户户模块块1的用户户A要与用户户模块块4的用户户B进进行通话话。假设设在此次通话话 中主叫用户户A分配的时时隙为为母线线0上的TS8，被叫用户户B分配的时时隙为为母线线6上的 TS5。 图3.20 话路建立过程举例 3.5 程控交换机的控制子系统 59 3.5.1 程控交换换机对对控制系统统的基本要求 1、呼叫处处理能力 n在满满足服务质务质 量的前提下，处处理机处处理呼叫 的能力。 n通常用最大忙时试时试 呼次数BHCA（Maximum Number of Busy Hour Call Attempts）来表示 程控交换换机的呼叫处处理能力，即在单单位时间时间 内 控制系统统能够处够处 理的呼叫次数。 2 2、高、高可靠性 n交换机采用微处理机控制方式，根据处理机所控制的 范围可分为集中控制和分散控制两大类。 n1、集中控制 u所谓集中控制系统，是指交换机控制系统中的任一台 处理机都可以使用系统中的所有资源（包括硬件资源 和软件资源），执行系统中的所有功能。 3.5.2 交换机控制系统的构成方式 n 集中控制方式 u优点：处理机能了解整个系统状态，控制系统的全 部资源，功能的改变只须在软件上进行，较易实现。 u缺点：软件规模较大，系统管理相当困难，且系统 比较脆弱，一旦控制部件发生故障，就有可能导致整 个系统瘫痪。 u除小容量程控交换机外，目前很少使用这种方式。 n2、分散控制 u所谓分散控制系统，是指交换机控制系统中的每台 处理机只能使用系统中的部分资源，执行系统中的部 分功能。 n 分散控制方式 n分散控制又可分为以下两种方式： 1）全分散控制（分布式控制） 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。 n 分布式控制系统 n全分散控制方式具有以下特点： a. 各处理机处于同一级别。 b. 每台处理机只完成部分功能，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。 c. 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。 d. 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。 e. 系统具有较好的扩充能力。 2）分级分散控制 n 控制系统由多个处理机构成，各处理机分别 完成不同的功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。 n分级分散控制方式具有以下特点： a. 处理机之间是分等级的，高级别的处理机控制低 级别的。 b. 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。 c. 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。 d. 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。 n 三级控制系统 n所谓多处理机结构是指在一个系统中有多于一台 处理机配合来完成控制交换机的功能。在多处理 机系统中，各处理机的分工方式不同。 n1、功能分担方式 u功能分担方式是将交换机的功能按功能类别分 配给不同的处理机去执行。 u优点：可简化软件，需增强功能时也易实现。 u缺点：在容量小时，也必须配备全部处理机。 u当着眼点放在简化软件时，可采用此方式。 3.5.3 多处理机的工作方式 n2、话务分担方式 u话务分担方式是每台处理机只分担一部分用户的全 部呼叫处理任务，即承担了这部分用户的所有功能。 u优点：处理机的数量随容量的增加而增加。 u缺点：每台处理机都要具有呼叫处理的全部功能。 u当着眼点放在提高处理能力时，可采用此方式。 3、冗余方式 n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机之间的工作方式叫做冗余 方式。 n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 n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 互助方式 n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 主/备方式 n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。 n备用状态有两种模式：冷备用和热备用。 n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； n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。 n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，满足国家电话交换设备技术 规范的要求。 n其工作方式如图3.29所示。 图3.29 主/备方式工作模式 2）N+m冗余配置 nN+m冗余配置方式，就是有N个处理机在线运行，m 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。 3.5.4 多处理机间的通信 n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。 图3.30 多处理机之间通信采用总线方式 n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3.31所示。 图3.31 多处理机之间通信采用PCM方式 3.6 程控交换软件技术 n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。 3.6.1 程控交换软件系统概述 1、程控交换软件的特点 n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。 n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。 n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。 2、程控交换机软件系统的组成 n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3.32所示： 图3.32 程控交换机软件系统的组成 （1）操作系统统 n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。是一个实时实时 多任务务的操作系统统 。 n实时实时 多任务务操作系统统支持多任务（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 时性和多任务务性。 n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。 任务的分级 程控交换系统中任务按紧急性和实时性的要求不同可 分为： 故障级： 负责故障识别和紧急处理等功能，具有最高优先级。 周期级： 由时钟中断按周期性启动的任务。 基本级： 由队列启动的、实时性要求较低的任务。 故障级 周期级 基本级 暂停 时钟中断时钟中断时钟中断时钟中断 10ms n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 （2）程控交换机的应用软件 n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 n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； 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。 （b）OAM（操作维护管理）软件： nOAM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： w用户数据和局数据的操作和管理 w测试 w告警 w故障诊断与处理 w动态监视 w话务统计 w计费 w过负荷控制等 （c）数据库系统 n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。 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： n用户类别：住宅用户、公用电话用户、PABX用户、传真 用户等 n话机类别：PULSE话机、DTMF话机 n用户状态：空闲、忙、测试、阻塞等 n限制情况：呼出限制、呼入限制等 n呼叫权限：本局呼叫、本地呼叫、国内长途、国际长途 等 n计费类别：定期、立即、免费等 n优先级：普通用户、优先用户 n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 n新业务登记的数据：闹钟时间、转移号码、热线号码 等 n用户号码：用户电话薄号码、用户设备号等 n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 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： n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 n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 n路由设置情况：局向、路由数 n计费数据：呼叫详细话单（CDR）等 n统计数据：话务量、呼损、呼叫情况等 n交换机类别：C1C5，C5又分为市话端局、长市合一 等 n复原方式：主叫控制、被叫控制、互不控制 主叫用户A摘机呼叫 送拨号音，准备收号 收号 号码分析 接至被叫用户 向被叫用户振铃 被叫应答和通话 主叫先挂机被叫先挂机 检测摘机状态 识别用户类别 识别话机类别 分配空闲收号器 送拨号音 监视收号器输入 收号器接收用户所拨号码 收到第一位号，停拨号音 按位存储号码并记数预译处理（分析号首） 检查是否为合法用户 检查被叫是否空闲 向主叫送回铃音路由 向被叫送铃流路由 预占主、被叫用户通话路由 向被叫送铃流 向主叫送回铃音 监视主、被叫状态 停振铃和回铃音 交换话音数据，开始计费 监视主、被叫状态 路由复原 停止计费 向被叫送忙音 路由复原、停止计费 向主叫送忙音 3.6.2 呼叫处理的基本原理 1.呼叫处理过程： 呼叫处理过程的特点： 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 n呼叫处理过程，是处理机监视、识别输入信 号，进行分析，确定执行任务和输出命令的循 环过程。 n状态转移是由呼叫处理程序控制的： 首先，呼叫处理程序要对产生状态转移的原 因加以识别和处理。识别启动原因的处理称为 输入处理（数据采集部分）。控制输入处理的 程序称为输入处理程序。 其次，呼叫处理程序要对输入程序所识别的 信息加以分析、判断，确定应该执行的任务和 向哪个状态转移，这是分析程序的任务。即分 析处理是内部数据处理部分。 经过分析判断后，应启动任务执行程序来执 行此项任务。任务执行程序要准备好硬件动作 所需的必要资源，并在软件上加以占用、编制 好数据，交输出处理程序，启动硬件动作，完 成状态转移。 n分析程序和任务执行程序合称内部处理程序。 n呼叫处理程序可分为三大步骤：输入处理、内 部处理和输出处理。每一稳定状态的转移都要经 过这三大步骤。 n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，输入 处理就是指识别和接收这些输入信号的过程，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。 （3）任务执行和输出处理 n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序来完 成。 n1） 稳定状态和状态转换 n一个呼叫接续过程可分为若干个阶段，每个 阶段都是一个稳定状态。 n状态由一种稳定状态转移到另一种稳定状态 称为状态转换。状态转换是由输入信号引起的 。两个稳定状态之间由要执行的各种处理来连 接。 2、 用SDL图来描述呼叫处理过程 n状态转移方向与输入信号、原有状态以及当 时的资源条件有关。即： 同一输入信号，若原有状态不同，则处理机 会进行不同的处理，并转移至不同的新状态。 在同一状态下，对不同输入信号的处理也不 同。 在同一状态下，输入同样信号，也可能因不 同的资源条件处理也不同。 2) SDL语言简介 n规范说明和描述语言，是一种图形语言 n动态特征是一个激励响应过程 n用来说明程控交换机的各种功能要求和技术规范 n以有限状态机为基础 n可以描述多个进程的执行过程 n常用符号： 状态面 状 态号 状态： 输入： 输出： 判别： 任务： n局内呼叫的SDL进程图 n n 用户A摘机后， 又中途挂机。 n局内呼叫的SDL进程图 n 用户A摘机后， 没有在规定时 间内拨号。 n局内呼叫的SDL进程图 3、输入处理 输入处理的任务是输入处理的任务是及时发现新的处理要求及时发现新的处理要求。 输入处理是由输入处理程序来完成。 涉及的部分： n用户线扫描监视：监视用户线状态是否发生了变化； n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； n接收各种信号：包括拨号脉冲、DTMF信号和MFC信号等 ； n接收公共信道信令； n接收操作台的各种信号等。 n任务： u检测用户线状态 u识别用户线状态的变化 n用户线状态： u用户话机的摘/挂机状态 u号盘话机的拨号信号 u用户通话时的环路状态 u投币话机输入信号 n用户线状态的特点： u本质上用户线只有两种状态：“续”和“断” u状态表示：“0”表示“续”状态，“1”表示“断 ”状态 n对用户线扫描是周期性的： u摘/挂机识别扫描周期：100-200ms u拨号脉冲识别扫描周期：8-10ms （1）用户线扫描监视程序 （2）用户摘挂机识别原理 设：用户在挂机状态时扫描输出为“1”， 用户在摘机状态时扫描输出为“0”， 摘挂机扫描程序的执行周期为200ms。 摘机识别：就是找到从“1”到“0”的变化点。 （本次的 0 和前次的 1 进行逻辑运算，使其结果为 1 ） 挂机识别：就是找到从“0”到“1”的变化点。 （本次的 1 和前次的 0 进行逻辑运算，使其结果为 1 ） 111100000111 111110000011 用户线状态 200ms扫描 本次扫描结果 前次扫描结果 本次 前次 本次 前次 000010000000 000000000100 挂机1 摘机0 挂机1 摘机识别挂机识别 Q：为什么不直接根据采样值0和1判断摘/挂机？ A：避免重复处理，只在避免重复处理，只在状态变化状态变化时才处理。时才处理。 （2）用户摘挂机识别原理 n用户摘挂机识别的流程图如下图所示 。 n目的：提高效率，每次扫描一组用户 n原理： 群处理 11011110 01111111 00100001 10000000 00100001 10000000 D7D6D5D4D3D2D1D0 本次扫描 前次扫描 本次 前次 本次 本次 前次 前次 0、5号用户摘机 7号用户挂机 n号盘话机拨号时的状态：用户线的断、续状态 n号盘话机拨号号码的接收包括两部分： n脉冲识别 n位间隔识别 n号盘脉冲的参数： n脉冲速度：每秒8-16个脉冲。 n脉冲断、续比：脉冲宽度（断）和间隔宽度（续） 之 比，规定为1:1-3:1。 脉冲间隔 位间隔 T (断) (续) （3）脉冲拨号识别原理 n保证最快的脉冲速度能检测出来。 n扫描间隔应小于脉冲的断和续的最小值，才不会 丢失脉冲。 n选取最小值： 16脉冲/秒时，脉冲周期最短 T=1000/16=62.5 ms 断续比为3:1时，续的时间最短 t=1/4 * T=15.625 ms 。 取扫描时间 t=t。通常取为8ms 。 脉冲扫描间隔的确定 000111011100 000011101110 000100110010 111100010001 000100010000 拨号脉冲 8ms扫描 本次扫描 前次扫描 变化识别=本次 前次 前次 脉冲前沿识别= （本次 前次） 前 脉冲1脉冲2 （A B） B = （AB+ AB） B = AB 在位间隔识别时要用到变化识别 = 本次 前次 拨号脉冲识别原理 n目的：正确识别两位号之间的间隔 n位间隔周期规定：不小于250ms n位间隔扫描周期的确定： 必须小于250ms 大于最大脉冲宽度（断的时间） 取8个脉冲/秒，断续比3:1时，脉冲宽度 最大：1000/8 *3/4 = 93.75 ms 扫描周期t的范围： 93.75 t 250 ms 取扫描周期 t96ms 位间隔识别原理 位间隔识别原理 有变化， 96ms 扫描出 1 ，没有变化则扫描出 0 。 01100为多个 96ms 扫描的结果（其实是首次变化 值，只是 96ms 读一次），前边的 1 表示其前最近 的那个 96ms 内有脉冲发生， 0 表示其前最近的那 个 96ms 内无脉冲发生，则预示着位间隔的开始。 这时，只要识别 10 的变化，则表示位间隔开始 了。使其逻辑运算值为 1 ，而其他三种变化为 0 即 可。满足此条件的逻辑运算为 首次变化的非与 前次 首次变化进行 交集 运算。 关于位间隔识别 n首次变化：执行周期为8ms，其值在每个位间隔识别 周期（96ms）的开始时清零（先读值，再清零） 。 1，表明在96ms周期内至少发生过一次回路状 态变化，该变化可能是脉冲，也可能是位间隔 0，表明在96ms周期内回路状态没有发生变化， 可能处于位间隔状态，也可能处于挂机状态。 n与中途挂机的区分：应加上用户线状态。 n若处于摘机状态，则是位间隔； n若处于挂机状态，则是中途挂机。 n完整的位间隔逻辑判别式： (首次变化前次首次变化)前次扫描结果 1，位间隔 0，中途挂机 n（4）按钮话机（DTMF）拨号号码的接收 n1、按钮话机拨号特点 n按钮话机号盘： n每个按钮由两个音频组成，其中一个是高频组的 ，另一个是低频组的。 n2、收号方法 n按钮收号器（ DTMF收号器）： 收号方法及原理 n收号方法：采用“查询”法。 若SP=0，应读取号码；若SP=1，则不读取。 n按钮号码的接收原理： 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 SP 按钮号码 本次扫描 前次扫描 变化识别本次 变化识别=本次 前次 16ms扫描 其它输入处理 n多频信号的接收： n多频信号用于局间信号（六中取二） n其接收：和按钮号码的接收原理一样 n中继器监视扫描： n功能：检测线路信号（即接在各种中继器 上的用户回路的状态变化，以识别用户所发生 的各种事件。） n其识别和用户线扫描监视原理一样 n处理机间通信信息的接收： n通过TS16时隙或计算机网络的方法实现 4.分析处理 分析处理就是对各种信息（当前状态、输入信 息、用户数据、可用资源等）进行分析，以决定下 一步要做什么，它属于基本级程序。具体可分为： 去话分析、号码分析、来话分析、状态分析 去话分析： 主叫用户 数据 收号前的 准备工作 去话分析 主叫摘机去话接续 硬件变化输入信息分析程序输出 去话分析的主要信息来源是：主叫用户数据 呼叫合法性 用户类别 话机类别 优先级别 热线号码 计费类别 呼叫权限 分析用户数据的顺序 分析处理 号码分析： 是在收到用户拨号号码以后开始进行的，信息源是 用户所拨号码，其分析的目的是确定接续方向、还应收 几位、要调用什么程序。 号码分析可分为二个步骤：号首预译、地址翻译 收到的号码接续方向 号码分析 用户拨号 出局接续 硬件变化输入信息分析程序输出 来话接续 出局 本局 分析处理 国际长途 国内长途 市话出局 出局特服 本局 新业务登 记/撤销 分析号码 来话分析 来话分析的数据来源是被叫用户数据、被叫状 态和被叫补充业务登记情况等。 被叫用户 数据 来话分析 硬件变化输入信息分析程序输出 叫出被叫 被叫用户 分析 来话 被叫状态 是 闲 呼叫等待 忙 无 有 遇忙回叫 无 有 被叫计费 否 有 遇忙前转 无 来话类别 分析处理 事件 一个接续状 态如何变 状态分析 产生事件 硬件变化输入信息分析程序输出 下一个状态 分析处理 状态分析 分析信息源是状态和输入的事件。 5、任务执行和输出处理 n在呼叫处理状态迁移的过程中，交换机所要完成的任务 主要有： 分配和释放各种资源，如对DTMF收号器、时隙的分配和 释放。 启动和停止各种计时器，如启动40s忙音计时器，停止 60s振铃计时器等。 形成信令、处理机间通信消息和驱动硬件的控制命令，如 接通话路命令、送各种信号音和停各种信号音命令。 开始和停止计费，如记录计费相关数据等。 计算操作，如计算已收号长，重发消息次数等。 存储各种号码，如被叫号码、新业务登记的各种号码等。 对用户数据、局数据的读写操作。 n在任务执行的过程中，要输出一些信令、消息或动作 命令，输出处理就是完成这些信令、消息的发送和相关 动作的过程。具体来说，输出处理主要包括： 送各种信号音、停各种信号音，向用户振铃和停振铃 ； 驱动交换网络建立或拆除通话话路； 连接DTMF收号器； 发送公共信道信令； 发送线路信令和MFC信令； 发送处理机间通信信息； 发送计费脉冲等。 主要内容 电话通信网概述 我国电话网的结构 国内长途电话网 本地电话网 国际电话网 3.7 电话通信网 3.7.1电话通信网概述 通信网的分类： 1）根据对信息的不同处理方法进行分类： 电路交换方式：PSTN、ISDN 存储转发方式：分组交换网、帧中继网 信元交换方式：ATM 2）根据不同的业务进行分类： 电话网、电报网、数据网、ISDN 3）根据不同的传输媒介进行分类： 有线网：传输媒介为电缆、光缆、明线 无线网：GSM、无线寻呼、卫星通信 4）根据不同的使用场合