（通信与信息系统专业论文）bsp80超节点交换机cm模块的软件设计与开发.pdf

随着我国通信事业的迅速发展，大容量、高可靠的数字程控 交换机已成为通信网走向数字化、智能化和综合化的关键产品。 在这种情况下，华光公司自主研制了b s p 8 0 宽带节点交换机。 b s p 8 0 设计思想先进、功能完善、组网能力强，所以受到很多专 家和用户的好评。 b s p 8 0 交换机采用分层分布式模块结构，共有三级，包括中 心模块( c m ) 、交换模块( s m ) 以及多种接入模块( 如u a m 和v a m ) 。 f s m 和u a i d 组成的交换系统可以独立成局，但最多只能提供1 2 8 万的等效线。如果将3 2 个s m 接到8 平面的c m 上，构成超节 点交换机，则可提供2 0 0 多万的等效线。这样大容量的交换机不 仅可以节省维护管理费用，而且适应我国电话通信网等级结构演 进的趋势，同时也有利于n o 7 公共信道信令网的建设。可见， 开发c m 模块是十分必要的。 c m 采用与s m 相同的硬件，所以开发工作集中在软件部分。 北方交通大学信息工程教研室和华光公司合作，于1 9 9 8 年年底 成立了c m 软件项目开发小组，本人是项目开发小组成员之一， 不仅参与c m 软件的总体设计，而且还负责维护管理处理机 g a m u 软件的编程工作。y c m 软件基于v r t x s a7 实时多任务操作系统，按照分层模块化 思想设计，采用面向对象的c ”语言，具有开放性、继承性和可 扩展性的特点。所以从技术上讲，c m 软件是十分先进的。 本论文主要讨论c m 软件构成和功能，重点是v r t x s a 软件 开发技术、呼叫处理机技术以及g a m u 的各个功能模块和主要 任务的逻辑流程设计。在结束语部分，将指出c m 软件需要进一 步改进和完善的地方和后续开发的主要内容。 关键词：b 8 p 8 0 超节点交换机，c m 模块，软件嗖计毫衅升皎 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f o u rn a t i o n a lt e l e c o n u m m i c a t i o n ， d i g i t a ls p cs w i t c ho fl a r g ec a p a b i l i t ya n dh i g hr e l i a b i l i t yh a sb e c o m e ak e yp r o d u c td u r i n gt h ep r o c e s so fd i g i t a l i z a t i o n ，i n t e l l i g e n t i z a t i o n a n di n t e g r a t i o no ft e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k u n d e rt h i ss i t u a t i o n ， h u a g u a n gc o r p o r a t i o nd e v e l o p e db s p 8 0b r o a d b a n ds u p e rp o i n t s w i t c hs u c c e s s f u l l y b s p 8 0h a sal o to fa d v a n t a g e so ft h ea d v a n c e d d e s i g n i n gi d e a ，v e r s a t i l ef u n c t i o n , p o w e r f u ln e t w o r k i n ga b i l i t y , e t c a c c o r d i n gt oh i b e r a r c h y o fm o d u l a r i z a t i o n ，b s p 8 0s w i t c hi s c o m p o s e do fc e n t e rm o d u l e ( c m ) ，s w i t c hm o d u l e ( s m ) a n dv a r i o u s a c c e s sm o d u l es u c ha su a ma n dv a m as w i t c hs y s t e mf o r m e db y o i l es mc a np r o v i d e1 2 8t h o u s a n ds u b s c r i b e r sl i n e sa tm o s t as u p e r p o i n ts w i t c hf o r m e db yc o n n e c t i n g3 2s m st oo d _ ec mi sc a p a b l eo f m o r et h a n2 0 0m i l l i o ns u b s c r i b e r sl i n e s t h e r e f o r e ，i ti s v e r y n e c e s s a r yt od e v e l o pc ms oa st ok e e pu pw i t he v o l u t i o no ft h e h i b e r a r c h yo f o u rn a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k c mh a r d w a r ei sn e a r l ys i m i l a rt ot h a to fs m ，s oc m d e v e l o p i n g w o r ki sm a i n l yf o c u s e do ns o f t w a r e a tt h ee n do fl9 9 8 ，t h ec m s o f t w a r ep r o j e c tg r o u pw a sf o u n d e db yt h ei n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g l a bo f n o r t h e r nj i a o t o n gu n i v e r s i t y t h eg e n e r a ld e s i g ns c h e m ew a s w o r k e do u tb yt h ep r o j e c tg r o u pt o g e t h e r a sf o rm e ，1t o o kc h a r g eo f p r o g r a m m i n gw o r ko nt h em a i n t a i n a n c ea n dm a n a g e m e n tp r o c e s s o r ( o a m u ) c ms o f t w a r ei sa na r t i c l eo fe m b e d e da p p l i c a t i o nb a s e do n v r t x s a ，ak i n do fa d v a n c e dr e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e m ( r t o s ) m a d p r o g r a m m e dw i t hc “，ak i n do fe x e c l l e n to b j e c to r i e n t e dp r o g a m m e l a n g u a g e t h e r e f o r e ，c ms o f t w a r ei so p e n ，i n h e r i t e da n de x t e n d e d t h i sp a p e rw i l ld i s c u s st h es t r u c t u r ea n df u n c t i o nc o m p o n e n to f c ms o f t w a r e ，i tw i l lp l a c ee m p h a s i so nc a l lp r o c e s s i n g ，v r t x s a s y s t e mp r o g r a m m i n gt e c h n i q u e a sw e l la sf u n c t i o ns t r u c t u r ea n dt a s k s f l o wc h a r to f g a m us o f t w a r e k e yw o r d s ：b s p 8 0b r o a d b a n ds u p e r p o i n ts w i t c h ，c m ，s o f t w a r e 第一章绪论 1 1 开发背景 第一章绪论 从自动电话交换机发明至今，已有一百多年的历史，在这一 百余年的时间内，交换技术经历了几次化时代意义的转变。1 9 世纪末，人们发明了步进制交换机，2 0 世纪3 0 年代，又发明了 自动化程度更高的纵横制交换机。但是，随着社会的进步，传统 的步进制交换机和纵横制交换机不论在规模上还是在通话质量 上，已经不能满足社会日益增长的通信需求。1 9 6 5 年，美国贝 尔实验室研制成功了1 号e s s 交换机，引入了存储程序控制技 术，从而成为交换技术发展史上一个具有重大意义的转折点。1 9 7 0 年，数字程控电话交换机在法国成功开通，显示出巨大的优越性， 开始了数字程控交换的新时期。 到了9 0 年代，随着通信理论的日臻成熟，超大规模集成电 路的广泛应用以及计算机软件技术的迅猛发展，数字程控电话交 换系统的发展可谓一日千里，新的产品不断涌现，技术愈来愈先 进，功能越来越完善。程控交换机的体积和功耗进一步缩小，可 靠性也进一步提高。同时交换机的业务已不再限于普通的电话交 换和窄带i s d n ，而是开始向移动通信、个人通信、宽带i s d n 以及智能网方向发展。在这一时期，国产的大型数字交换机开始 发展壮大，并逐渐成为市场主流，如华为公司的c & c 0 8 、中兴 公司的z x j l 0 、大唐公司的s p 3 0 以及巨龙公司的h j d 0 4 等。这 些交换机不论在设计思想还是在软硬件技术上，都已达到国际先 进水平。 华光科技公司从1 9 9 5 年开始自主研制b s p 8 0 宽带超节点交 换机，虽然起步较晚，但由于设计独特，功能完善、组网能力强 和适应范围广，从而受到专家和用户的一致好评。b s p 8 0 交换系 统是国家经贸委确立的九五重点科研项目，是面向二十一世纪的 第一章绪论 宽带综合业务交换机，能提供语音、数据、图象等多媒体综合通 信业务，具有先进的信令系统和智能网管功能。该系统以 a t l v l s d h 为核心技术，广泛采用超大规模集成电路、光纤通信 和分布式网络技术，将交换与传输、宽带与窄带、有线与无线、 公网与专网等通信功能有机地集于一体，可实现电话、传真、 i s d n 、会议电视、视频点播、移动通信、个人通信、i n t e r n e t 和 智能网等各种业务，为宽带综合业务数字网的建设提供了统一的 解决方案。 b s p 8 0 宽带超节点交换机包括窄带交换部分( 即程控交换 机) ，还包括宽带交换部分( 即a t m 交换机) 。目前，宽带交换 部分只做了总体上的规划设计，具体软硬件还尚待进一步设计开 发。在论文的后续部分，如果不做特别声明，b s p 8 0 交换机就是 特指其窄带交换部分。 b s p 8 0 交换机采用分层分布式模块结构，共有三级，包括中 心模块( c m ) 、交换模块( s m ) 和多种接入模块( j a m 、v a m 、a a m ) 。 接入模块连接到s m 上，多个s m 再通过c m 连接起来。c m 和s m 具有控制和交换功能，可带着它们各自的下层模块构成不同规模 的交换系统。u a m 是用户接入模块，可提供各种电话接口、i s d n 接口和数字中继接口，并具有v 5 x 接口功能。v a m 是多功能接 入模块，一般用作数字中继、v 5 和p r a 的集中接入，也可提供 集中式的m f c d t m f 信令、语音提示、会议电话、会议电视和 语音信箱等，具有智能网的业务资源功能s r f 。a a m 是a t m 接入 模块，主要用作宽带业务的接入。 由一个s m 组成的交换局最多能提供1 2 8 万等效线的交换能 力，而8 个交换平面的c m 可以带3 2 个s m ，可以提供2 0 0 多 万等效线，甚至可以达到4 0 0 多万线。可见，通过c m 将s m 连 接起来，构成超节点交换机，会极大地扩展交换机的容量。这样 大容量的交换机不仅在国内，就是在国际上也是独一无二的。大 容量交换机有着十分明显的优点。 首先，大容量交换机便于集中维护管理，极大地节省了人力 物力，从而节省了维护管理的费用。同时由于b s p 8 0 交换机采 第一章绪论 用了分层的体系结构和分散控制的方式，所以系统的可靠性不会 因规模增大而降低。 大容量交换机的另外一个重要优点是符合我国电话通信网结 构演进的趋势。我国传统的电话网为5 级体系结构，包括四级长 途交换中心( c 1 c 4 ) 和以及本地电话网( c 5 ) 。由于采用固定 的路由选择，在这种等级结构的通信网中，接通一次呼叫往往需 要经过多次转接，既占用大量的线路设备，也不便于网络管理， 此外，可靠性也较差。可见，逐步减少网络等级，最终向无级动 态网过渡，是电话通信网发展的必然趋势。目前我国长途电话网 的c 3 和c 4 交换中心正在走向融合，一个扩大的c 3 本地在网逐 渐形成。在这种情况下，大容量的超节点交换机的需求必然增加。 从信令网角度考虑，现阶段我国七号信令网建设十分迅速， 信令点( s p ) 、信令转接点( s t p ) 的总数在不断增加，尽管我 国采用2 4 位的信令点地址编码结构，但是信令点的编号是十分 有限的资源，给每个长途交换局分配一个信令是不实际的，也是 不可能的。因此广泛采用大容量的交换局，将其设为信令点或信 令转接点或兼有二者功能的综合信令点，而不采用小交换机，对 于节省信令点编号，优化信令网结构是十分必要的。 可见，开发c m 模块，构成超节点交换机，是交换机向大容 量方向发展的要求，具有一定的社会意义和经济价值。 1 2 c m 软件概述 b s p 8 0 软件基于嵌入式的v r t x 实时多任务操作系统，采用有 限状态消息机机制、负荷分担技术和并行处理技术以及面向对象 的c ”语言，按分层的模块化设计思想，具有开放性、继承性和 可扩展性的特点。嵌入式系统的采用，减弱了软件对硬件的依赖 性，可以使硬件和软件的开发分开进行，所以现已成为通信产品 开发的主流技术。同时，面向对象和事件驱动的编程技术也在c m 软件开发过程中得到了广泛应用。所有这些都表明b s p s o 的软件 技术是十分先进的。 第一章绪论 b s p 8 0 的窄带部分的u a m 、v a m 及s m 已经开发完成，并 且通过了信息产业部的入网鉴定。c m 的硬件同s m 的硬件基本 相同，只是软件不同，因此开发工作主要集中在软件部分。1 9 9 8 年底，北方交通大学信息工程教研室开始承担c m 模块的软件开 发项目，经过一年时间的努力，开发工作已基本结束。 c m 包括主处理g m p u 、维护管理处理机g a m u 、消息通信处理 机g p c m 、公共信道信令处理机g c c s n 以及同步数字时分交换网 络s s u 、光电接口电路s s i 等。g m p u 负责高层呼叫接续控制，g a m u 负责全局数据的维护管理和通信管理，g p c m 负责不同模块之间 的消息传递，g c c s n 负责七号信令第三级的网络管理。限于篇幅， 本论文介绍g m p u 和g a m u 软件。由于本人承担的是g a m u 软件的 开发工作，所以对g a m u 软件将作深入细致的讨论。 整个开发过程可分为方案设计、程序编制、软件调试三个阶 段。在方案设计阶段，项目小组的所有成员共同研究各个软件模 块的功能、逻辑流程、消息结构等，并且定期和华光公司负责s m 软件的合作伙伴讨论方案的可行性。在程序编制阶段，项目小组 的成员各负其责，编写程序代码，本人负责g a m u 软件的编程 工作。软件调试又可分为单独调试和联合调试，在单独调试完成， 自身负责的软件部分没有问题的基础上，再进行c m 模块内的联 合调试以及和s m 进行的联合调试。在以上三个阶段中，方案设 计是一个十分重要的阶段，方案是否正确合理是影响软件质量和 软件开发进度的关键因素。 c m 软件开发过程严格遵照计算机软件工程规范国家标准汇 编要求的流程，各类文档详尽、规范。其中本人负责编制的文 档就有： 1 ( g a m u 软件需求说明书 2 ( g a m u 软件概要设计说明书 3 g a m u 软件详细设计说明书 4 g a m u 数据库设计说明书 5 g a m u 软件测试计划 其它诸如可行性研究报告、项目开发计划等文档由华光科技 第一章绪论 公司的c l l l 软件项目负责人编写。还有一些文档如用户手册、操 作手册等由相关方面的负责人编写。 1 3 论文内容 本论文是在作者参加c m 软件设计开发的基础上完成的，所 以论文实践性和工程性很强。为了使c m 设计方案合理与完善， 提高软件的效率和可靠性，作者查阅了大量有关程控交换机软 件、实时系统软件方面的资料。此外，作者还阅读了国内外许多 有关交换理论、信令系统方面的文献，从而使论文具备了一定的 理论水平。 本论文共分六章，第一章是绪论部分，向读者介绍论文的科 研背景、实践意义以及论文的主要内容。第二章简要回顾一下电 话交换、通信网的基本知识以及程控交换机的基本技术；第三章 从总体上介绍b s p 8 0 的体统结构和硬件软件的组成；第四章则 对c m 软件开发环境进行了详细的讨论，重点是v r t x s a 实时操 作系统。第五章简要介绍g m p u 软件的结构，重点在呼叫处理 部分。第六章是本论文的核心，也是作者一年开发工作的成果， 将详细分析g a m u 软件的构成，以及各个模块的功能和逻辑流 程。论文的最后是结束语部分，对论文进行小结，提出c m 软件 需要进步改进的地方，并对b s p 8 0 交换机的后续开发工作的 前景进行展望。 第二章电话交换基本技术 第二章电话交换基本技术 本章首先介绍电话交换的任务以及电话通信网和信令系统的 基本概念。在此基础上，讨论数字程控交换机的组成及其软件结 构。本章提到的一些概念是后续各章的基础。 2 1 电话交换的任务 一个自动电话交换机，不管是什么形式的，其基本任务都是 为用户之间的通话提供路由。因此交换机应能根据用户要求建立 接续通路，在通话期间保持和监视接续，在通话结束时，将接续 拆除。为此，用户和交换机之间或交换机之间，除了话音信号以 外，还必须传送为建立接续、监视和拆除所需的各种信号。 在一个电话网中，设有若干交换局，如图2 一l 所示，a 、b 、 c 是交换局，局内装有交换机。交换可能在一个交换局的两个用 户之间进行，也可能在不同交换局的两个用户之间进行，后者需 要经过第三个交换局进行转接。用户和交换机间的线路称为用户 线，两个交换机之间的线路称为中继线。呼叫可以分为四种类型， 包括本局呼叫、出局呼叫、入局呼叫以及汇接呼叫。 用户a出局入局用户b 图2 一l 呼叫类型 第二章电话交换基本技术 2 2 电话通信网 通信网最基本的结构是传输设备、交换设备和终端设备的组 合，本论文只讨论交换设备。当前通信网的主要业务是电话业务， 因此电话通信网( 简称电话网) 是通信网的基础。 2 2 1 我国电话网的网络结构 我国传统的电话网为五级网络结构，如图2 2 所示。 图2 - 2 我国电话网的等级结构 国际局 一级交换中心c 1 二级交换中心c 2 三级交换中心c 3 四级交换中心c 4 汇接局t m 端局c 5 从地理范围划分，我国电话网包括长途电话网和本地电话 网。长途电话网设四级长途交换中心( c 1 c 4 ) ，为分级汇接网。 c 1 为一级长途交换中心，全国有9 个，长途区号为两位。c 2 为 第二章电话交换基本技术 二级长途交换中心，设在各省会城市。c 3 为三级长途交换中心， 设在各省的地区城市。c 4 为四级长途交换中心，主要在县城。 本地电话网是指在同一个长途区号内由若干个端局和汇接局 问及局间中继，长、市中继，用户线，话机等组成的电话网，网 内所有用户实行等位拨号。 2 2 2 长途电话网路由计划 长途电话网路由的路由设置如图2 3 所示。由图可以看出， 长途电话网路由包括基干路由和直达路由。其中，基干路由是相 邻的交换中心相互之间的路由，属于低呼损的电路群；基干路由 话务量不允许溢出。当两个交换局之间的话务量足够大时，且地 理位置合适，可以适当加设直达路由，以减少通话中串接的电路 段数。直达路由有低呼损直达路由和高效直达路由两种，低呼损 直达路由在线路忙时不允许溢出话务量，而高效直达路由则允许 溢出话务量至其他路由，如低呼损直达路由或基干路由。 c 2 c 3 c 4 一 基干路由 低呼损直达路由 一 高效直达路由 图2 - 3 长途电话网的路由 笙三童皇适奎垫茎查垫查一 长途电话网通常采用固定路由选择的办法，按一定的规则选 路。基本的路由选择规则可以用一个例子来说明。如图2 - 4 所示， 从牡丹江打电话到衡阳的选路顺序应该是： 武汉 长沙 衡阳 图2 - 4 路由选择规则 沈阳 哈尔滨 牡丹江 首先选直达路由： ( 1 ) 牡丹江一衡阳 其次选迂回路由，本例中有三条迂回路由，选择顺序是： ( 2 ) 牡丹江一长沙一衡阳 ( 3 ) 牡丹江一武汉一长沙一衡阳 ( 4 ) 牡丹江一沈阳一武汉一长沙一衡阳 最后选最终路由( 本例中为基干路由，也可以是基干路由和 部分低呼损直达路由构成) ： ( 5 ) 牡丹江一沈阳一哈尔滨一武汉长沙一衡阳 2 2 3电话网结构的发展变化 随着通信事业的发展，交换机的数量和容量不断增加，同时 为了使不同地区的用户达长途电话时更加迅捷、方便，各长途交 换局之间不断增加直达路由。所有这些因素使得长途电话网的结 构更加复杂，传统的等级结构趋于消失。目前，很多地区的三、 四级长途交换中心正在相互融合，网络并级逐步扩大。 为了适应这种变化，各通信厂商纷纷推出高可靠、大容量的 数字程控交换机。华光公司自主研制b s p 8 0 超节点交换机，可 篁三皇皇适銮塑墨查垫查 以提供2 0 0 多万等效线，很好地适应了电话网结构演进的趋势。 电话网最终要向无级动态网演进。无级动态网采用无级动态 路由选择( d n h r ) 技术，可以在计算机控制下选择空闲的、费 用最省的电路，而且可以根据阻塞和忙时动态变化路由。可见， 无级动态网具有更大的灵活性，网络资源利用更充分。 2 3 信令系统 2 3 1 信令过程 主叫 发端局 终端局 被叫 拨号音 拨号信号 占用信号 占用信号 回铃音信号振铃信号 应答信号 应答信号 ( 通话) 后向挂机信号 挂机信号 忙音信号 挂机信号 前向拆线信号 拆线证实信号 图2 5 信令过程 第二章电话交换基本技术 信令是用户与交换机以及交换机相互之间为了建立、监视、 并最终拆除话路而传送的信号，是使电话网正常运行、完成任何 用户之间通信的重要因素。 电话网内传送的信令多种多样，按工作区域划分，信令可分 成用户线信令和局间信令，下面以两个用户两个交换机进行接续 为例，说明接续的信令过程，如图2 5 所示。 上图只是给出正常接续时主叫用户、发端交换局、终端交换 局以及被叫用户之间为完成呼叫而传送的各种信号，实际上，很 多接续的信令过程要复杂的多。 2 3 2 用户线信令 用户线信令是指用户话机和交换机之间沿用户线传送的信 令，包括用户摘机、挂机状态的监视信号以及用户拨号产生的数 字信号。 监视信号又称用户状态信号，是由用户话机叉簧产生的，接 通或切断用户线直流回路。数字信号即电话号码，是交换机进行 选路和计费的依据。数字信号的形式不同的随话机而异，号盘话 机发出的是直流脉冲信号，而多频按键话机产生的产生的是双音 频组合信号( d t m f ) 。 用户线信令比较简单，这里不再详述。 2 3 2 局间随路信令 在交换局中继线上传送的信令叫局间信令。若信令和话音在 同一信道上传送，称为随路信令( c a s ) ：若信令和话音信道分 开，一群中继电路的信令共享一条专用数据链路传送，则称为公 共信道信令( c c s ) 。本节介绍随路信令，公共信道信令在下一 节介绍。 局间信令可分为局间线路信令和局间记发器信令。在线路设 备上传送的信令叫线路信令，在记发器之间传送的信令叫记发器 信令。 局间线路信令贯穿于整个呼叫过程中，用于监视线路的状 第二章电话交换基本技术 态，如空闲、占用、拥塞等。由于使用的传输线路不同，线路信 号也不同，我国采用的局间线路信令有一下几种： ( 1 ) 局间直流信号 当交换局间采用实线传输时，用a 、b 线的直流极性表示中 继线的状态。受局问地电位的影响，局问直流信号很不可靠。 ( 2 ) 局间带内单频脉冲信号 此种线路信号采用话音频带内2 6 0 0 h z 的单频信号，适用于 频分复用的局间中继电路。 ( 3 ) 数字型线路信令 数字型线路信令由3 0 3 2 路p c m 系统的第1 6 时隙按复帧抽 样集中传输，即插入p c m 码流的t s l 6 传送。 记发器信令是指在收到中继线占用信号至用户通话前这段时 间内，各局记发器之间相互交换的那些信号，包括地址信号和接 续控制信号。 我国采用带内多频互控( m f c ) 信令方式，每个信号是连续 发送直到收到证实信号为止，也就是每一个前向信号都要有一个 后向信号加以证实。互控的前向信号和后向信号分四拍传送： 第一拍：去话记发器发送第一位前向信号： 第二拍：来话记发器接收和识别前向信号后，发后向信号； 第三拍：去话记发器接收和识别后向信号后，停发前向信号； 第三拍：来话记发器接收和识别前向信号后，停发后向信号。 当去话记发器识别后向信号停发后，根据收到的后向信号的 要求，发送下一位前向信号，开始下一个互控过程。 多频互控信令分为前向信号和后向信号。前向信号分为i 组 和i i 组，相应地后向信号分为a 组和b 组。i 组和a 组对应： i i 组和b 组对应。前向信号又有k a 、k c 、k d 、k e 和数字信 号之分。后向信号则分为a 信号和k b 信号。各类信号的基本 含义如表2 1 所示。 第二章电话交换基本技术 表2 - 1多频信号的含义 先前信号后向信号 组别名称基本含义容量组别名称基本含义容量 k a 主叫用户类别 1 0 1 5 + 收码状态 k c 长途接续类别 5 a 和接续状 6 ia 信态的回控 k e 长市( 市内) 5 号证实 接续类别 数字 数字1 0 1 0 i ik d 发端呼叫业务6bb 被叫用户 6 类别信号状态 + 步进制市话局为1 0 种，纵横制、程控市话局为1 5 种。 2 4 n o 7 公共信道信令系统 随着交换程控化和传输数字化的迅速发展以及用户新业务的 不断增加，多频记发器信令在信号速度和信号容量等方面已经不 能满足需要，在这种情况下，公共信道信令系统应运而生了。 n o 7 公共信道信令系统是c c i t t 以综合业务数字网为目标 设计的，具有传输速度快、可靠性高、信号容量大、节省费用等 优点。我国在1 9 9 0 年发布了中国国内电话网n o 7 信号方式 技术规范，并开始大规模地投入n o 7 信令网的建设。 2 4 1 功能结构 n o 7 信令系统的功能结构是按照o s l 分层模型设计的，但 在通常情况下把层叫做“级”。n o 7 信令系统分级功能结构如 图2 - 6 所示。由此可以看出，n o 7 信令系统主要由消息传递部 分( m t p ) 、信号连接控制部分( s c c p ) 和用户部分( u p ) 组 成，其中m t p 和s c c p 相当于o s i 模型的第一至三层，t c a p 向相当于o s i 模型的第七层，而u p ( t u p 、i s u p 和d u p ) m i 包括了四到七层的全部功能。 第二章电话交换基本技术 3 2 1 t c a p i 研究中l i s u pt u pd u p s c c p i m t p 图2 - 6n o 7 信令分级功能结构 ( 1 ) 消息传递部分( m t p ) m t p 由三个功能级组成，由下至上分别是信令数据链路、信 令链路功能和信令网功能。第级是信令数据链路，用于信号的 双向传递，数字链路采用6 4 k b i f f s 的p c m 通路，模拟链路由音 频通路和m o d e m 组成，通常采用4 8 k b i t s 的速率。第二级是 信令链路功能，提供信令的可靠传送，包括单元定界、差错校正、 差错率监视和流量控制等。第三级是信令网功能，规定在信令点 间传送消息的功能和程序，以保证信令点或信令链路发生故障时 维持信令业务和恢复正常信令传送功能。 ( 2 ) 信令连接控制部分( s c c p ) s c c p 用于加强m t p 功能。它与m t p 一起提供相当于o s i 第三层功能。m t p 只能提供无连接的消息传递功能，而s c c p 则可以提供定向连接和无连接网络业务。 ( 3 ) 用户部分( u p ) 用户部分包括t u p 、i s u p 、d u p 等。t u p 是电话用户部分， 支持p s t n 电话业务。i s u p 是i s d n 用户部分，在i s d n 环境中 提供话音和非话交换所需的功能；i s u p 可以提供t u p 的所有功 能。d u p 是数据用户部分，采用c c i t tx 6 1 建议。 ( 4 ) 事务处理能力应用部分( t c a p ) 第二章电话交换基本技术 事务处理能力( t c ) 指的是网络中一系列应用在互相通信时 所采用的一组协议和功能，它是电信网提供智能业务和信令网运 行、管理和维护等功能的基础。目前t c 部分只开发了第七层功 能，即t c a p 。t c a p 对各种应用业务提供支持，如a s e 、m a p 、 o m a p 和i n a p 等。 2 4 2 信号单元格式 m t p 第二级( m t p 2 ) 提供了三种基本的信号单元，即消息 信号单元( m s g ) 、链路状态信号单元( l s s u ) 和插入信号单 元( f i s u ) 。它们的格式如图2 7 所示。 81 68 n82 617178 ( a ) 消息信号单元 81 6261 7l78 ( b ) 插入信号单元 f 标志码( 0 1 1 1 1 1 1 0 ) l i 长度指示语c k校验位 f i b 前向指示位f s n 前向序号 b i b 后向指示位 b s n 后向序号 s i f 信号消息字段s i o 业务信息字节 s f 链路状态字段 图2 7 三种信号单元格式 填充信号单元和链路状态单元都是发自m t p 一2 本身，而消 息信号单元是由用户部分产生的，用于传递用户部分的信息。其 中，s i o 字段是业务指示字节，指示消息的来源或类别，说明消 第二章电话交换基本技术 息是t u p 、i s u p 、d u p 、s c c p 消息或是其他类型的消息。s i f 字段是消息的内容，不同用户部分消息内容不同。 2 4 3 信令网和信令方式 公共信道信令与随路信令不同之处是信令不在话音通路中传 送，而是在专用的数据链路中传送。于是在电话通信网之外，形 成了一个与业务无关信令网。n o 7 信令网不仅可以控制国际、 国内长途电话、本地网电话和移动电话的接续，而且可以实现数 据网、i s d n 业务以及网络管理和维护的各项要求。 信令网由信令点( s p ) 、信令转接点( s t p ) 和信令链路构 成，信令链路连接s p 和s t p 。信令转接点只提供一至三级功能， 即m t p 的功能：信令点除了提供m t p 功能，还提供用户功能， 即四级以上的功能。 信令消息所取的通路与消息所属的信令关系之间的对应关系 称为信令方式。n o 7 信令网中各信令点有不同的工作方式。 ( 1 ) 对应工作方式 两个相邻信令点之问的信令消息通过直接连接这些信令点的 链路组传送。 ( 2 ) 非对应工作方式 对应信令关系的消息经过两个或多个串接的链路传送，中间 要经过一个或多个信令转接点。 ( 3 ) 准对应工作方式 准对应工作方式是非对应工作方式的一种特例。不同于非对 应工作方式的是，在准对应工作方式下，通过信令网的消息所取 的通路在一定时间是预先确定的。 由于非对应工作方式需要动态编路，比较复杂，所以，目前 规定n o 7 信令网只使用对应工作方式和准对应工作方式。这两 种信令工作方式如图2 - 8 所示。 第二章电话交换基本技术 对应工作方式 c 二二。 准对应工作方式 。 对应工作方式 二乏 准对应工作方式 信令链路组 信令关系 广 有用户功能和 信令点l _ j s t p 功能的信令点 至少有一个用户d 、 有用户功能和 功能的倍令点k = 岁 s t p 功能的信令点 图2 - 8 信令工作方式 2 5 数字程控交换机组成 数字程控交换机是建立再数字通信技术和存储程序控制技术 基础上电话交换机，是通信技术、计算机技术和超大规模集成电 路技术相结合的产物。 数字程控交换机的典型结构如图2 - 9 所示。可以看出，数字 交换机包括话路部分和控制部分。话路部分以数字交换网络为核 心，还包括模拟数字用户电路、模拟数字中继器、信号发生器、 信号设备等，控制部分是个处理机系统。最简单的控制部分是 一台处理机。 下面分别对话路部分和控制部分的各个组成模块的功能和构 成加以简要介绍。 1 7 第二章电话交换基本技术 用户模块 图2 - 9 数字程控交换机系统结构 2 5 1 交换机接口电路 交换机通过接口电路与用户或别的交换机通信，接口可分为 模拟接口和数字接口，每一种接口又有用户侧接口和中继侧接口 两种。数字交换机的各种接口如图2 1 0 所示。 数字用 v 接 图2 1 0 数字交换机接口 第二章电话交换基本技术 ( 1 ) 模拟用户接口 模拟用户接口又叫z 接口，它是模拟用户话机和交换机模拟 用户电路之间的接口。模拟用户电路完成馈电( b ) 、过压保护 ( o ) 、振铃控制( v ) 、监视( s ) 、编译码( c ) 、混合电路( h ) 和测试( t ) 等7 项功能，简称b o r s c h t 。 ( 2 ) 模拟中继接口 模拟中继接口称为c 接口，c 接口又包括四线音频接口c 1 两线音频接口c 2 。c 接口的主要功能包括a d 变换、信令插入 提取以及多路复用等。 ( 3 ) 数字用户接口 数字用户接口称为v 接口，包括v l 、v 2 、v 3 、v 4 、v 5 五 种接口。v 1 接口通过数字用户线连至用户设备，一般速率是 6 4 k b i v s ，支持i s d n2 b + d 终端。v 2 接口是连接远端模块的接 口。v 3 接口是连接数字p a b x ，属于3 0 b + d 接口。v 4 接口用 来连接静态复用设备，以支持多个2 b + d 接入。v 5 接口是i t u 提出的标准化接口，支持n 2 0 4 8 k b i t s 的接入网配置。 ( 4 ) 数字中继接口 数字中继接口是数字交换网络与p c m 线路之间的接口设 备，包括a 接口和b 接口。a 接口连接的是p c m 基群线路，采 用h d b 3 码；b 接口连接的是p c m 二次群线路，也采用h d b 3 码。数字中继接口完成帧和复帧同步码的产生( g ) 、帧和复帧 定位( a ) 、连零抑制( z ) 、传输码型变换( p ) 、告警监视( a ) 、 时钟恢复( c ) 、帧同步( h ) 以及信令的插入提取( o ) 等八项 功能，简称g a z p a c h o 。 2 5 2 数字交换网络 电话交换机的任务是在各用户线之间，用户线和中继线之间 建立i 艋时的接续，以传送通话信息。这些任务是通过交换网络实 现的。 数字交换网络基本电路单元是数字接线器，接线器包括空分 接线器( s ) 和时分接线器( t ) 。空分接线器实现空分交换，时 第二章电话交换基本技术 分接线器实现时隙交换，每一个时隙代表一个用户通路。 大容量的数字交换网络需要将采用时分接线器( t ) 或空分 接线器( s ) 组合起来，从而构成t s t 、t t t 等形式的三级交 换网络。少数交换机采用四级交换网络，如t s s t 。 华光公司的b s p 8 0 采用t t t 形式的交换网络，连接方式是 s m c m s m 。u a m 内部也有时分交换网络，但只有在其上级的 s m 发生故障时才启用，用于u a m 内部交换。 2 5 3 控制系统 交换网络必须在控制设备的控制下才能进行呼叫接续。控制 设备必须具备监视、信号收发、分析判断以及选择和接续功能， 才能保证将主叫用户接通到正确的被叫用户。为此，控制设备本 身应有输入、输出、记忆以及判断和处理能力，除了要日忆输入 信息以外，还要记住接续进展到什么阶段。 程控交换机则采用存储程序控制方式，也就是用计算机软件 实现对交换机的控制。存储程序控制具有功能丰富完善、速度快、 灵活性大、成本低等优点，同时便于向i s d n 和公共信道信令系 统方向发展。 大型数字程控交换机的控制系统往往是由若干处理机组成的 处理机系统，其机构方式主要有两种，集中控制和分散控制。在 集中控制系统中，每台处理机均能达到全部资源，执行所有功能， 其缺点是软件规模大，系统管理困难，系统相当脆弱，所以新设 计的交换机已不再采用这种控制方式。而分散控制系统中，每台 处理机只能达到一部分资源，执行一部分功能。分散控制又可分 为分级分散控制和全分散控制。s 1 2 4 0 是全分散控制方式的交换 机，b s p 8 0 交换机则采用分级分散控制，c m 的g m p u 、s m 的 m p u 和u a m 和l p u 分别执行不同的控制功能。 2 5 4 程控交换系统的软件 程控交换机软件包括运行软件与支援软件两大类。运行软件 是指一个交换系统呼叫处理、管理和维护等全部程序和数据的总 第二章电话交换基本技术 和，而支援软件则是在编写和调试程序时为了提高效率而使用的 程序。本节只讨论运行软件。 程控交换机的特点是业务量大，实时性和可靠性要求高。因 此对运行软件也要求有较高的实时效率高、能处理大量i 呼叫，而 且必须保证通信业务的不间断性。 程控交换系统的运行软件由程序和数据两大部分组成，其中 程序部分分成系统软件和应用程序两类，而数据部分又包括系统 数据、用户数据和局数据。运行软件的组成如图2 1 2 所示。 鬈匣圜h 萎囡固因 nn 雾i 巢篡 故磊篡鉴襄器序il 故霪善断i1 淼l u i 交换机话路部分 输入输山设备 图2 一1 1运行软件的组成 不同性能的交换机软件系统结构是不同的。但从功能上说， 除了人机通信部分之外，和话路部分有关的有以下几部分： ( 1 ) 操作系统 程控交换机要求采用实时操作系统( r t o s ) ，用来管理系统 资源，控制程序的执行。r t o s 具有实时性、操作系统和应用一 体性、多任务和并发性以及高可靠性等特点。 ( 2 ) 呼叫处理程序 呼叫处理程序负责接续控制，是应用程序的核心部分，它主 要有以下功能： 呼叫状态管理 第二章电话交换基本技术 系统资源管理 交换业务管理 交换负荷控制 ( 3 ) 系统监视和故障处理程序 系统监视主要是监视整个系统的工作情况，遇到故障进行紧 急处理( 如主备切换等) ，并重新启动系统。 ( 4 ) 故障诊断程序 故障诊断程序要求对发生故障的设备进行诊断，确定故障位 置，打印诊断结果。此外还可以对系统进行例行测试。 ( 5 ) 维护和运行程序 维护和运行程序用于维护人员存取和修改有关用户和交换局 的各种数据，完成数据上下载、话务统计、打印计费清单等各种 任务。维护和运行程序一部分在交换机的维护管理处理机上，一 部分在后台维护终端上。 2 6 交换系统性能指标 话务量、忙时试呼次数( b h c a ) 与服务等级是说明一个交 换系统的重要指标。下面分别予以介绍。 话务量是交换机在忙时的一段时间内，所有用户通话时间的 总和。通常情况下是考察话务量的强度，也就是单位时间的话务 量a ，话务量强度简称话务量，根据定义有 小等 其中，n 是单位时间内的呼叫次数，t 是每次呼叫平均保持时 间，t 是忙时内的一段时间，单位是小时，a 。的单位便是爱尔兰， 写作e r l ，是一个无量纲的量。 忙使试呼次数( b h c a ) 用来衡量交换机控制部件对呼叫处 理能力，是评价交换系统设计水平和服务能力的一个重要指标。 b h c a 的指用下面的计算公式来测量： 第二章电话交换基本技术 b h c a = 蒜斋淼+ 焉罱鬻 交换机的服务等级是指打电话的畅通通读，通常用遇忙阻塞 概率p 来衡量。遇忙阻塞概率也称呼损。在已知话务量a 和中 继线数m 的情况下，呼损p ( m ，a ) 一般用用爱尔兰公式计算： 通常情况下，如果p 、a 、m 三个量中有两个量已知，可以 通过查表的方法，确定另一个量。 筹。 i i ) 4m (p 第三章b s p 8 0 交换机概述 第三章b s p 8 0 交换机概述 b s p 8 0 超节点交换机是一种大型的局用数字程控交换机。 b s p 8 0 广泛采用超大规模集成电路技术、光纤通信以及分布式网 络技术，具有设计思想先进、功能完善、组网能力强、稳定可靠、 适用范围广等特点。本章将概要地介绍b s p 8 0 交换机的体系结 构、硬件系统以及软件系统。 3 1 体系结构 b s p 8 0 采用