程控交换北邮08年第4章控制部.ppt

第4章 程控交换系统控制部件的组成特点 4.1 对控制部件的要求 （1）呼叫处理能力：这是在保证规定的服务质量标准前提下，处理 机能够处理的呼叫要求。这项指标通常用一个专有名词“最大忙时试 呼次数”来表示，其英文原名为Maximum Number of Busy Hour Call Attempts，简称BHCA。这个参数和控制部件的结构有关，也和处理 机本身的能力有关，它和话务量（爱尔兰数）同样影响系统的能力。 （2）可靠性：控制设备的故障有可能使系统中断，因此要求交换机 控制设备的故障率尽可能的低，一旦出现故障，要求处理故障的时间 （维修时间）尽可能的短。 （3）灵活性和适用性：这指的是要求控制系统在整个工作寿命期间 能跟上技术发展的步伐，能适应新的服务要求和技术发展。 （4）经济性：随着通用微处理器和单片机的大量问世，这个问题已 变得不太重要了。控制设备在交换机成本上也只占较小的比重。但对 于小容量、采用集中控制方式的交换机来说，却有可能还要考虑。 4.2 交换机控制系统的结构方式 1、 集中控制 设某一台交换机的控制部分是由n台处理机组成，它实 现了f项功能，每一项功能由一个程序来提供，系统有r个 资源，如果在这个系统中，每一台处理机均能达到全部资 源，也能执行所有功能，则这个控制系统就叫做集中控制 系统，见图41示 根据处理机所控制的范围大体上可分为两类： v 集中控制 v 分散控制 系统：完成特定功能的集合 此处系统指：一台由若干处理机控制的程控交换机及其控制部件 一、集中控制 交换机只配备一对处理机，交换机 的全部控制工作都由该处理机承担。 话路设备 CPU 优点： 处理机对整个交换系统状态有全面了解， 处理机能达到所有资源。由于各功能间的接口 主要是软件间的接口，所以改变功能也主要是 改变软件，因此比较简单。 缺点： 软件包括所有功能，规模很大，因此系统 管理相当困难，同时系统也相当脆弱。 2、分散控制（每台处理机只能达到资源的一部分，只能执行部分功能 ） 处理机之间的功能分配分为：静态分配和动态分配。 静态分配-资源和功能分配一次完成。各处理机根据不同分工配备 一些专门的硬件。优点：稳定性提高，缺点：灵活性降低。静态分配不仅 是上述的“功能分担”，还可能是“话务分担”。即每台处理机处理一部 分话务量。这样做一方面软件没有集中控制复杂，另一方面可以做成模块 化系统。从而在经济上和可扩展性这两方面显出优越性。 动态分配-每一台处理机可以处理所有功能，也可以达到所有资源 ，但根据系统的不同状态，对资源和功能进行最佳分配。优点：当有一台 处理机发生故障时，可由其余处理机完成全部功能。缺点：降低了系统的 可靠性。 4.3 多处理结构 在多处理机系统中，各个处理机的分工方式有： 1、按功能分担 在这种方式下，不同处理机完成不同功能。例如： 控制用户级工作的用户处理机和控制交换网络的中央处理机 直接控制硬件工作的前台区域处理机和后台的中央处理机； 专门负责管理、调度或维护的处理机； 各个具体部件如各种中继器、信号设备、甚至用户等都可能 有专门处理机控制工作； 优点：每台处理机只承担一部分功能，可简化软件，当需要 增强功能时容易实现 缺点：容量小时，也必须配备全部处理机 2、话务/容量分担 3 备用工作 为提高控制部件的可靠性，有时对每台处理机配有备 用处理机（有时也采用n+1冗余）。这样就形成主/备用工 作方式。上述各类处理机每一种都可能双机工作。其中一 台处理机处于主用状态，另一台则处于备用状态。平时主 用机工作，一旦主用机发生故障，立即进行主、备机倒换 ，让备用机接替主用机工作。 4多机之间的工作划分 4多机之间的工作划分 44多机之间的工作划分多机之间的工作划分 4.4 备用方式 一般来说，备用方式有两种：冷备用和热备用。在这里所指的冷 、热备用和可靠性设计上所说的不一样。从可靠性角度来看，备用机 平时是否加电是一个重要问题，因为加电就意味着进入“使用状态” ，要考虑其使用寿命和设备的失效率问题。这种备用方式叫做热备用 方式。还有一种冷备用方式，平时备用机不加电，只有在主用机发生 故障，备用机倒为主用机时才加上电。因此在备用期间其失效率等于 零。 在程控交换机中，平时控制部件主、备机都加电，即上述的热备 用状态。但从呼叫处理的数据角度来看又分为热备用和冷备用。这里 的冷、热备用的特点是这样的： 热备用：平时主、备用机都保留呼叫处理数据，一旦主用机故障 而倒向备用机时，呼叫处理的暂时数据基本不丢失，原来处于通话或 振铃状态的用户不中断。损失的只是正在处理过程中的用户。 冷备用：平时备用机不保留呼叫处理数据，一旦因主用机故障而 倒向备用机时，数据全部丢失。新的主用机需要重新初始化、重新启 动。一切正在进行的通话全部中断。 从服务质量来看，当然热备用方式较好，但是冷备用方式的硬、 软件简单。根据不同的处理方法，热备用还可分为： 1 同步方式 两台处理机的同步方式结构如图42示，在这种 方式下，两台处理机同时接收信息，同时执行同一条 指令，并且比较其执行结果。如果相同，则转入下一 条指令，好象是一台处理机在工作。如果发现比较后 结果不同，则立即在几微秒内退出服务。 从图中可见，A，B处理机合用一个存储器，两台 处理机之间有一个比较器，以便进行比较。两台处理 机也可以各自备有存储器，但是这要求存储器内容保 持完全一致，并且能自动校对数据、修改数据。 对电话外设的联系是这样的，从外设输入的数据 由两台处理机同时接收，但只有一台处理机对外设发 布命令和输出数据。相当于主用机（图中处理机A）， 若主用机故障时，则可倒向另一台，有新主用机发布 命令和输出数据。 2 互助结构 两台或若干台处理机平时按话务量分担工作，即每一 台处理机各自负担一部分话务量，一旦有一台处理机发生 故障，则它的部分工作由其他处理机负担。 3 主/备机方式 在这种方式下，只有主用机参加运行处理，备用机只 通电、不运行。一旦主用机发生故障、倒向备用机时，新 的主用机仍可利用公用存储器中的数据。当然也可采用各 自都有存储器的办法，但要求两个存储器内数据保持一致 ，即主用机要同时写入两个存储器。 4.5 故障的处理方式和表现 1 同步方式 在同步方式下，备用机可能处于不同状态。 同步状态：这是备用机正常工作状态。它接收外来数据，和主 用机并行工作，比较处理结果，并准备在主用机发生故障时接替工 作； 脱机状态：备用机和主用机脱离，不接收外来数据，不运行和 不比较结果，这种状态叫做脱机状态。这时备用机可能在修改软件 或者对外设进行测试； 校验状态：当备用机要从脱机状态转向同步状态时，必须先进 入校验状态。这时对主用机存储器内容和备用机存储器内容仔细校 验。只有当确认全部内容无误时，才允许备用机进入同步状态。 在同步状态下两台处理机不断比较数据。当发现比较结果数据 不符时，这说明至少其中有一台处理机发生故障。这时要作如下紧 急处理。 首先要终止现在执行的程序，两台处理机立即脱离。然后各自 启动自己的检查程序进行检查。为了使故障处理对呼叫处理的影响 降到最小，终止正常处理时间必须很短，例如不超过200ms时间。 因而在这么短时间内不可能对处理机做彻底检查，而只能作一般测 试。测试可能有不同结果： v如果确认有一台处理机有故障，那末就令它退出服务，进一步做 故障诊断； v如果测试结果两台处理机都良好，这可能是偶然性故障或干扰。 这时可令原来的主用机继续工作，备用机退出服务。但这时必须标 志出处理机是在没有弄清楚故障情况下进行工作或退出服务的。以 后如果主用机在发生短暂故障，也必须立即换成备用机。但是这时 进入主用的备用机是没有进行过校验的。如果在前一次故障中已经 将程序或数据弄乱了，那末就会发生更坏后果，不能正常工作。于 是维护人员需要将全部呼叫复原，进行重新初始化。这就有可能使 服务中断几分钟。 v如果在主用机工作1020s以后没有发现异常，这时一方面可以证明主 用机是正常的，同时也可以在这段时间内对备用机进行彻底检查。如果 还是没有问题，说明前面的故障是偶然性故障或干扰，并且未影响程序 或数据。这时就要用主用机对备用机进行校验。然后进入正常同步工作 。 2 互助方式 在两台处理机工作情况下，实际上形成各负担一半话务量的状况。如 果有一台处理机产生故障，便立即退出服务，这时全部呼叫由另一台好 的处理机单独处理。在发现故障时，正在处理的呼叫就丢失了，但是对 在振铃、通话阶段的呼叫却不丢失，由完好的处理机接着进行处理。 冷备用：备用机只是加电备用，不保留呼叫处理数据。 热备用：主、备用机均保留有相同的呼叫处理数据。 4 、冷备用 在冷备用方式下，备用机是没有呼叫处理数据的。当它成为 新的主用机时没有数据，这时只好将全部呼叫中断。为防止或 减少由于主/备用倒换引起的呼叫中断，尽可能多的保留原来的 呼叫数据。有的交换机定期向外存复制现有的呼叫数据以备倒 换后使用。 3 、主/备机方式 在这种方式下，平时备用机 不参加呼叫处理，只在主用机发 生故障时才将备用机换上。这样 ，新的主用机是没有经过事先校 验的，如果出现问题，就可能使 全部呼叫复原，重新初始化。 主/备机方式由于采用了公用存储器，对软件复杂性要 求也降低了。但是由于存储器是公用的，因此在可靠性以 及双机倒换以后的正常工作效率上都相应要降低一些。 冷备用工作方式硬、软件都十分简单，但故障时对呼叫 丢失较多。它适用于容量较小的交换设备。 同步方式优点：对硬件故障提供理想的保护，软件比较简单。 缺点：对软件故障保护不好。 互助方式 优点：对瞬时性硬件故障和软件故障有很大的保护性， 几乎在所有情况下都不中断服务。 缺点：软件复杂 优缺点比较 4.6 处理机间通信方式 在多处理机系统中，处理机间通信形成一个“通信网”。因此 人们也很自然的和计算机通信网联系起来。处理机间的通信方式也 是采用类似计算机通信网的方法。当然从中也利用了程控数字交换 机的特殊条件。 由于数字交换机采用用户模块（或远端用户模块）的结构方式 ，因此，处理机间通信有时也要考虑较远距离的通信。 处理机间通信方式和交换机控制系统的结构有紧密联系。目前 所采用的通信方式很多，在这里仅介绍几种常见方式。 1、通过PCM信道进行通信 这种通信方式是利用PCM信道的条件，具体有两种不同方法。 （1）利用TS16进行通信 在数字通信网中，TS16用来传输数字交换局间的数字线路信号 之用。在到达交换局以后TS16的功能就告结束。因此有人就将它们 用作其他用途。其中，用作处理机间通信就是一个例子。 这种通信方式的优点是外加硬、软件的费用很小，也可以作为和 远端CPU（远端用户模块）之间的通信。但信息量小，速度慢。 （2）通过数字交换网络的PCM信道直接传送 处理机之间的通话信息和话音数据信息同等对待，可以通过PCM话 音信道传送（任意一个时隙），并且也通过数字交换网络进行交换， 只不过用不同的标志加以识别。能进行远距离通信。 缺点是占用通信信道、费用大，并且在数字交换网络相对固定情 况下，限制了通信信息量的提高，从而限制了通信业务的进一步发展 。 2 采用计算机网常用的通信结构方式 计算机通信网结构方式: （1）多总线结构 多总线结构是多处理机系统的一种总线结构。这个总线是作为一 种处理机之间共享资源和系统中各处理机之间通信的一种手段。在这 种结构中处理机组成一个总线型网络。有两种基本方式： 紧耦合系统：在这个系统中多个处理机之间是通过一个共享存储空间传 送信息的方式互相通信的。 松耦合系统：在这个系统中多个处理机之间是以通过输入/输出结构传 送信息的方式互相通信的。 不管哪一种方式都共享一组总线，因此必须有组多总线协议，以及一个 决定总线控制权判优电路。处理机要占用总线前必须判别总线是否可用。因 此使用这种系统必须十分小心，要注意通信的效率问题，否则处理机的处理 能力就会受到它的制约。 共享存储器方式 这是一种由若干处理机与若干存储器互连的方法。有下列几种基 本互连方法。 a、时分总线互连方法 最简单的方法是图43所示的分时 总线互连方法。在这种结构中所有处 理机和所有存储器都连在一条公共总线 上。处理机采用了信息写入存储器的办 法与另一台处理机进行通信。在接收端 处理机可以直接从存储器读取信息。在这里必须有一种方法来分配总线 的控制权。常用的是有一个集中式总线判别器，也有不同的判别总线方 法。 总线判别的第一种方法为每台处理机有一条专用请求线和一条专用 允许线接至判别器。这样判别器可以根据优先级别来对处理机的请求进 行选择，因此灵活性较大。但每台处理机需要有两根联络线，这会提高 成本，并且对增加处理机数的灵活性较小。 总线判别的第二种方法是所有处理机合接一条请求线和一条允许线 。判别器收到请求时查询地址（空分）或时间片（时分）来判别请求的 处理机。 总线判别的第三种方法为请求线对所有处理机复接，而允许线则与 所有处理机串联。一旦判别器发现请求，立即通过允许线发出允许信号 ，没有请求的处理机只将允许信号往下传。第一台发出请求的处理机就 被赋予总线控制权。 除上述三种方式之外，集中判别还可以不用集中判别器，而是 让总线时分复用。第一台处理机分给一个周期（“时隙”）。这种 方式适用于所有处理机同样忙碌（占用总线时间较为均匀）的场合 。否则总线的容量利用率就会降低。 前面已经说过，在有些系统中处理机数较多，尤其在大型系统 中，总线的通信可能会制约处理机的效率，形成一个“瓶颈”，因 此需要想办法提高总线的效率。人们很自然想到使用多组总线，例 如每一台处理机，每一存储器接一组独立总线。这样就产生了第二 种互连结构。 b）交换矩阵互连方法 第二种互连结构如图44所示。图中 处理机和存储器分别接在一个交换矩阵的 纵、横端，交换矩阵用一台处理机控制。 但当处理机和存储器数增加时，矩阵容量 就会以平方增长。 c、多通道互连方法 还有一种方法是存储器有多个通道，分别接不同处理机，最常见的 是双向存储器，或者是存储器双向端口控制器，供两台处理机从不同总 线输入或输出信息。当然这里也有一个判优问题，但总线分开以后问题 就会简单一些。 共享存储器的方法能提