（通信与信息系统专业论文）程控交换原理实验系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 信息已成为现代社会重要的战略资源，网络是信息传输的平台，而交换就是 网络的核心。通信网络百余年的发展史已证明，并仍将证明：交换技术的突破将 极大地推动通信网络的演进。面对信息时代的到来，人们在领略信息社会的乐趣 的同时，也遇到了新的挑战，学习和掌握交换技术已成为有关工程技术人员和广 大青年学生迫切的需要。程控交换原理是一门实践性强、概念抽象的课程， 通过程控交换原理实验课程的学习，将会加深学生对程控交换技术的理解。为此， 本文针对程控交换原理实验系统展开研究，主要包括如下工作： ( 1 ) 介绍了自动交换机的发展过程、程控交换机的构成、程控交换机的各 个硬件模块、交换网络的工作过程、呼叫接续的步骤和基本原理。 ( 2 ) 开发了一套程控交换原理实验系统。本系统由硬件和软件两部分组成。 硬件包括：用户接口电路、交换网络、c p u 控制模块、信号音产生电路。软件 包括：基本级程序、周期级程序。在硬件电路中，交换网络是核心部分，它通过 对话音存储器顺序写入，控制读出，完成了数字话音信号的时隙交换。用户接口 电路实现了馈电、过压保护、振铃、混合、编解码等功能。在编写软件时，兼顾 了程控交换系统软件的实时性和并发性的特点，将程序分成了基本级和周期级， 以分别处理基本无实时性要求和有较高实时性要求的请求。最后介绍了程控交换 原理实验系统提供的几个实验，以及调试此实验系统的步骤。 论文的结论部分对本文的全部工作做了总结，在达到预期目标的基础上，指 出了今后升级工作的方向。 关键词：程控交换；用户线接口电路；交换网络；基本级程序；周期级程序 兰堡翌三查主堡主堂垡笙奎 a b s t r a c t n o w a d a y s ，i n f o r m a t i o n h a sb e c a m e v e r yi m p o r t a n ts t r a t a g e m r e s o u r c e t h e t r a n s m i t t i n gw a yo fi n f o r m a t i o ni sn e t w o r k t h ec o r eo fn e t w o r ki s e x c h a n g e t h e d e v e l o p m e n th i s t o r yo fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka f t e rm o r et h a no n eh u n d r e dy e a r s h a s p r o v e dt h a t ，a n d w i l ls t i l lp r o v et h a t , t h eg r e a t p r o g r e s so fe x c h a n g et e c h n o l o g y w i l l p r o m o t e t h ee v o l u t i o no fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i nt h ef a c e o f c o m i n g o f i n f o r m a t i o na g e ，p e o p l ee n j o yt h ei n f o r m a t i o ns o c i e t y , a tt h es a m et i m e ，p e o p l eh a s e n c o u n t e r e dm a n y c h a l l e n g e s i t i s v e r yn e c e s s a r yt o l e a r na n dm a s t e r e x c h a n g e t e c h n o l o g yf o re n g i n e e r i n gp e r s o na n dc o l l e g es t u d e n t s p r i n c 咖l e so f p r o g r a m - s t o r e d c o n t r o le x c h a n g ei sa na b s t r a c tc o u r s e ，i tn e e d sp r a c t i c i n g i no r d e rt om a k es t u d e n t s u n d e r s t a n d d e e p l y , i n t h i s t h e s i s , a n t h o r s t u d i e d e x p e r i m e n t s y s t e m o ft h e p r o g r a m s t o r e dc o n t r o lt e c h n o l o g y ( 1 ) t h i st h e s i si n t r o d u c e st h es t r u c t u r eo ft h ep r o g r a m s t o r e dc o n t r o le x c h a n g e m a c h i n e ，h a r d w a r eo fi t ，w o r k i n gp r o c e s so fe x c h a n g en e t w o r ka n dt h es t e p so fc a l l i n g c o n n e c t i n g ( 2 ) w e d e v e l o p a ne x p e r i m e n t s y s t e m o f p r o g r a m - s t o r e dc o n t r o le x c h a n g e t h i s s y s t e m i sm a d eu po ft w o p a r t s ，h a r d w a r e a n ds o f t w a r e t h eh a r d w a r ei n c l u d e s s u b s c r i b e rl i n ei n t e r f a c ec i r c u i t ，e x c h a n g en e t w o r k ，c p uc o n t r o lp a r t ，s i g n a lt o n ec i r c u i t t h es o f t w a r ei n c l u d e st w o p a r t s ，b a s i cp r o g r a m a n d c y c l e dp r o g r a m e x c h a n g e n e t w o r k i st h ec o r eo ft h i se x p e r i m e n ts y s t e m t h ew o r k i n gm o d eo fe x c h a n g en e t w o r ki s w r i t i n gi ns e q u e n c ea n dr e a d i n gb y c o n t r 0 1 s u b s c r i b e rl i n ei n t e r f a c ec i r c u i tc o m l e t e s t h ew o r k so fb a t t e r yf e e d i n g ，o v e r v o l t a g ep r o t e c t i o n ，r i n g i n g ，h y b r i d ，c o d e c ，e t c w h e nw e d e s i g nt h es o f t w a r e ，w ec o n s i d e rt h ec h a r a c t e r so fr e a l t i m ea n ds u b s e q u e n t i no r d e r t o d e a lw i t ha l lk i n d so fr e q u e s t s ，w ed i v i d et h es o f t w a r ei n t ob a s i cp r o g r a ma n dc y c l e d p r o g r a m i n t h ee n d ，w ei n t r o d u c es e v e r a le x p e r i m e n t st h a tc a nr e a l i z ew i t ht h i s e x p e r i m e n ts y s t e m t h ec o n c l u s i o no ft h i st h e s i ss u m m a r i z e sa l lw o r k ，a n dp o i n to u tw h a tn e e dt o u p d a t e k e y w o r d s ：p r o g r a m s t o r e dc o n t r o le x c h a n g e ；s u b s c r i b e r l i n ei n t e r f a c ec i r c u i t ； e x c h a n g en e t w o r k ；b a s i cp r o g r a m ；c y c l e dp r o g r a m i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文彳；包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 挚澎旁 日期：腓莎月侈日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囱。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 裴泣秀 导师签名：饬彩 日期：珈( f 年么月侈日 日期：o 切。湃6 月r 日 第一章绪论 1 1 自动交换机的发展 第一章绪论 1 8 7 6 年美国贝尔发明了电话以后，为了使许多电话中的任何一个用户能和 任何另一电话用户通话，就必须将所有用户接到交换机上”，。 最早的电话交换机是1 8 7 8 年美国设计制成的磁石式电话交换机。磁石式交 换机的容量不易扩大，话务员操作与用户使用均不方便。 1 8 9 1 年出现了人工共电交换机，共电交换机与人工磁石交换机的不同，主 要是取消了用户话机用的干电池，所有话机的通话电源都由局内的蓄电池供给， 又称共电式。共电交换仍由人工操作，接续速度慢，容易出错，劳动生产效率低。 1 8 9 1 年美国人史端乔发明了自动电话交换机，称史端乔交换机。用户通过 话机的拨号盘控制电话局交换机中电磁继电器的动作，完成电话的自动接续。 史端乔自动电话机在美国开通后，不久就传到了英、德等国，并改进而产生 了西门子式自动电话交换机。这两种电活交换机都是由拨号盘脉冲直接控制交换 机接线器的动作，一步步上升和旋转进行接线，因此称为步进制。属于直接控制 方式。 1 9 2 6 年和1 9 3 8 年分别在美国和瑞典开通了纵横制交换机。接着，法国、英 国和f i _ f 本等国也相继生产出了纵横交换机。 纵横制交换机有两个特点：第一个特点就是接线器接点采用压接触方式，减 少了磨损，并且采用了贵金属，使接点接触的可靠性提高了；另特点是公共控 制，即控制电路和话路分开。交换机的控制由“标志器”和“记发器”来完成。 公共控制对用户的拨号盘要求低，中继布局灵活性高。 随着电子技术、尤其是半导体技术的迅速发展，人们在交换机内引入了电子 技术，称电子交换机。 随着计算机的出现和迅速发展，出现了程控电子交换机。 程控交换就是设计者预先把电话交换功能编制成相应的程序，存储在存储器 中，当进行电话按续时，由程序的自动执行来控制交换机的操作，以完成电活接 续任务。 1 9 6 5 年，美国首先开通了世界上第一部程控交换机n o 1 e s s ，从此丌创了发 展程控交换机的新时代。n o 1 e s s 是程控空分交换机，它的话路还保留了机械接 点。 2 0 世纪6 0 年代以来。脉冲编码调制( p c m ) 技术成功地应用在传输系统中， 有利于提高通话质量和节约线路设备的成本。于是，产生了将p c m 信息直接交换 华南理工大学硕士学位论文 的设想，促使程摔交换向时分复用的数字程控交换机发展。1 9 7 0 年，法国首先 开通了第一台程控数字交换机e i o 开始了程控交换机的新时代。 数字程控交换机的交换网络采用大规模集成电路，交换网络有各种结构，趋 向于t s t 型，中间的s 级可由多级组成，如t s s t 型。 数字程控交换机的用户电路比较复杂，用户电路的集成化和价格是影响数字 交换机发展的重要因素。各国都在研制集成度高和价格低的用户电路。 控制方式上，多处理机的分散控制结构己作为主流而肯定。要求交换系统能 适应外部条件的变化，灵活性好，可扩充性强，以适应技术的不断更新。对于系 统的硬软件的分层结构和模块化是设计的主要目标之。软件应扩充开发支援系 统，提高生产率和可维护性，采用模块结构和高级语言。除了广泛采用c h l l ，i 高 级语言外，还同时使用c c i t t 建议的规范捕述语言( s o l ) 和规定的人机对话语 言( m m l ) 。 各国在研制数字交换机时，均考虑采用公共信道信令系统，即c c i t t ( 现为 i t u t ) 建议的7 号信令系统。 1 2 程控交换机的分类 程控交换机按其交换网络接续方式、控制方式的不同，可以分类如下。 1 2 1 按交换网络接续方式分 按交换网络接续方式可分为空分和时分两种方式。空分即空间分割，其交 换点可由金属接点和电子接点来组成。时分方式即时问分割方式。时分方式有脉 幅调制( p a m ) 、增量调制( d m ) 和脉码调制( p c m ) 三种信号，其中脉幅调制信 号属于模拟信号，增量调制和脉码调制信号为数字信号。 一般，空分制只能用于模拟交换。因为空分制交换机的机电元件速度比较慢， 2 换 擞 刘 凌 奶 字 鼬 数 、l厂j、l厂 点点 制制制 接接 调调澍 属子 幅量码 金电 脉增脉 空 时 制 r l o l l 洲洲瞧 也 控控散 咖 绅灏汾 期 噪分硷 葵厂 l 鲥 试 雕 崂 换 赫 刘 控 ，、l 谢交控 第一章绪论 不能适应数字交换的速度要求。时分制可以用于模拟交换，也可以用于数字交换。 1 ，2 2 按控制方式分 按控制方式不同可分为集中控制、分散控制和全分散控制三种方式m 。 1 集中控制方式 程控交换机中只配备一对处理机( 称中央处理机) ，交换机的全部控制工作 由中央处理机来承担，这种控制方式称集中控制方式。早期的空分程控交换机多 采用这种控制方式。 这种控制方式优点是，它的程序是一个整体，调试修改比较方便。但由于中 央处理机要处理大量的呼叫有关信息，又要负担各种测试故障诊断等维护管理工 作，因此一般要求配合大型处理机，成本高，交换机故障影响面广。 2 分级控制方式 在程控交换机中配备一些微处理机作为区域处理机来完成如监视用户摘机、 挂机及接收拨号脉冲等比较简单而又重复的工作，以减轻中央处理机的处理工 作，从而使程控交换机在处理机配置上构成二级和二级以上的结构，这就是分级 控制方式。 分级控制的优点是简单重复的处理工作由区域处理机承担，使中央处理机有 呵能采用小型处理机甚至微处理机，因而其成本可以降低；发生故障时的影响面 较小。 3 全分散控制方式 全分散控制取消了中央处理机，设立许多微处理机来完成各种控制任务。全 分散控制的主要优点是：当增加容量和增加新功能时，可以增加相应的微处理机， 而不影响原有处理机的能力；能充分利用微电子技术的进步，方便地引入新元件 和新技术；当故障发生时影响面小。缺点是微处理机数量多，它们之间互相传送 和交换的控制信息也频繁，且需通过交换网络来实现，这就降低了处理机的呼叫 处理能力和交换网络交换有效信息的能力。 1 3 本文的主要研究内容和意义 。一i 十世纪九十年代以来，数字程控交换技术得到了空前的发展，程控交换机 的价格也比较昂贵。为了配合程控交换技术的教学，加深学生对数字程控交换系 统的理解，我们研制了这套用于教学的实验系统。本项目来源于华南理工大学教 务处教研项目。 本系统是一台小型的数字程控交换机。它实现了从识别用户摘挂机到完成接 3 华南理工大学硕士学位论文 续的整个过程。总体上包括硬件和软件两大部分。交换网络是整个系统硬件的核 心，完成数字话音信号的时隙交换。用户接口电路将话膏转化为p c m 数字信号并 插到p c m 总线上去。程控交换机的软件有两个基本的特点：实时性和并发性。要 求程序能及时的收集各个用户的当前状态数据，并对这些数据加以处理。同时， 有可能多个用户一起发出呼叫请求。为了兼顾这两个特点，本系统的程序分为基 本级和周期级两部分。周期级程序实现对用户状态的周期扫描，基本级程序处理 由周期级程序扫描所得的结果，从而满足了实时性和并发性的要求。通过亲自动 手做我们精心准备的几个实验，同学们将会对数字程控交换机的整个工作过程有 一个比较深刻的认识。 本文先从第二章程控交换机的构成与原理入手，在第三章对程控交换原理实 验系统的硬件作了较详细的介绍，第四章的程控交换原理实验系统软件设计则对 实现交换机的全部操作的系统软件展开了较细致的说明。第五章扼要介绍了此实 验系统的几个实验。 1 4 本章小结 本章介绍了交换机的发展和分类，指出了交换机的发展趋势为数字程控交换 机。同时，介绍了本课题的研究内容，并对开展本课题研究的意义做了说明。 4 第二章程控交换机的构成与原理 第二章程控交换机的构成与原理 2 1 程控交换机的基本构成 通常的电话网是以交换机为主体而构成的电路交换型信息网络，目前它所承 载的业务虽以模拟电话与传真为主，但随着综合、i k 务程控交换技术的发展，现今 它已配置有各种接口，也可传送数字电话、计算机数据和图象等信息“1 。 图2 1 程控交换机的基本结构框图 f i g u r e 2 一l b a s i cs t r u c t u r eb l o c kd i a g r a mo f p r o g r a m - s t o r e dc o n t r o le x c h a n g e 程控交换机实质上是通过计算机的“存储程序控制”来实现各种接叫的电路 接续、信息交换及其它的控制、维护、管理功能，它的最基本结构如图2 1 所示， 主要包括下列几部分“”“1 。 2 1 1 外围接口单元 包括模拟用户线电路( a l 0 、数字用户线电路( d i 0 、模拟中继线单元( a t u ) 、 数字中继线单元( d t u ) 及各种其它接口单元。 用户线接口电路( s l i c ，s u b s c r i b e r l i n ei n t e r f a c ec i r c u i t ) 的作用是 实现各种用户线与交换网络之间的连接。根据交换机制式和应用环境的不同，用 5 华南理上大学硕十学位论文 户线接口电路也有多种类型，对于目前常用的程控交换机来说，主要有与模拟电 话机或传真机连接的模拟用户线电路、与数字话机或计算机数据终端设备连接的 数字用户线电路以及与无线或移动用户接口的无线接入单元等。 1 模拟用户线电路 模拟用户线电路( a l c ) 是为适应模拟用户环境而配置的接口，目前主要用 于连接脉冲或双音多频( d t m f ) 式模拟话机，因而在程控交换系统中它是用量最 多、对体积和成本影响也最大的部件。由于它连接的是外部用户线，馈电电压与 振铃信号幅度较高，电流较大，且易受雷电等冲击，因而它是影响系统可靠性的 重要部位。 对于程控数字交换机的a l c ，其基本功能通常以缩写词b o r s c h t 表示，他们 的含义和功能如下所述。 ( 1 ) 馈电( b ，b a t t e r yf e e d ) 交换机通过用户线向共电式话机直流馈电，我国规定馈电电压为- - 4 8 v ，容 差为( + 6 ，- - 4 ) v ，在摘机时，馈电电流为1 8 5 0 m a 。 ( 2 ) 过压保护( 0 ，o v e r v o l t a g ep r o t e c t i o n ) 提供保安措施，防止用户线上的电压冲击或过压、过流而损坏交换机。程控 交换机一般采用两级保护，第一级保护是在配线架卜安装保安器，主要用来防止 雷电。但由于保安器在雷电袭击时仍可能有e 百伏的电压输出，对交换机中的器 件还会产生致命的损伤，因此，在a l c 中一般还用二极管箝位电路、压敏电阻等 作为第二级保护。 ( 3 ) 振铃( r ，r i n g i n g ) 向被叫用户话机馈送铃流信号。我国采用9 0 v _ + 1 5 v ( 有效值) 、2 5 h z 交流电 压作为铃流。这么高的电压一般是通过继电器或高压集成电子开关单独向用户话 机馈送。 ( 4 ) 监视( s ，s u p e r v i s i o n ) 借助扫描点监视用户线通断状态，以检测话机的摘机、挂机与拨号脉冲等用 户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲情况，并利用脉冲收号器( 通常 为程序) 进行拨号号码识别，确定其接续要求。对于d t m f 话机，需要利用专门 集成电路作为收号器，进行拨号号码识别。 ( 5 ) 编解码( c ，c o d e c ) 利用编码器和解码器及相应的滤波器，完成模拟话音信号的a d ，d a 变换 及所需的防混叠失真、滤除5 0 h z 电源干扰和平滑滤波等功能，以与程控数字交 换机的数字交换网络接口。目前该功能几乎全部由p c m 编解码器滤波器专用集 成电路来实现。 ( 6 ) 混合( h ，h y b r i d ) 6 第二章程控交换机的构成与原理 进行模拟用户线的2 线与编解码所需的4 线之间的转换。该功能可由混合线 圈或专用集成电路实现。 ( 7 ) 测试( t ，t e s t ) 提供测试端口，通过测试继电器或电子开关、交换机测试程序，对用户电路 进行自动测试，其结果可在交换系统维护终端上加以显示。 对于模拟或空分式程控交换机，不需要( 5 ) ，( 6 ) 功能，而对于数字式程控 交换机，则需要具有编解码和混合功能。目前除某些特定应用的小型交换机利用 增量调制外，一般均采用p c m 编解码方法，其接口电路如图2 2 所示。 模拟用 户线( 1 ) f 3 0 1 m 目编骠滤层 fl 复数 字 交 埘攀口目编骠滤匡 j 1 | c = $换 f i 网 络 器 1 州喾几目编噤滤屋 电路j ：爿波器f 厂嚣羡 厂祟：线 图2 2 模拟用户线电路的连接框图 f i g u r e 2 2c o n n e c t i o nb l o c kd i a g r a mo fa n a l o g u s e ri n t e r f a c ec i f e n i t 2 数字用户线电路 数字用户线电路( d l c ) 是为适应数字、数据用户环境而配置的接口。它 般通过2 线或4 线数字用户环路连接数据终端设备( d t e ) 、计算机、终端适配器 或数字话机等。 目前程控数字交换系统主要应用i s d n 定义的2 b + d 基本速率接口，通过此 接口和数字用户线能够全双工传送两路6 4 k b i t s 的b 通路数字话音或数据信息 及一路1 6 k b i t s 的d 通路信令、控制信息。对4 线s 接口方式，信息率为 1 4 4 k b i t s ，传输率为1 9 2 k b i t s ，传输码型为伪三进制( 或a m i ) 码；对2 线u 接口方式，信息率仍为1 4 4 k b i t s ，传输率多为1 6 0 k b i t s 或1 5 2 k b i t s ，传输 码型分别是2 b i o 或a m i 码。s 接口的详细性能应符合i t u t 的i 4 3 0 等建议。 数字用户线接口技术较为复杂，涉及的内容多届i s d n 范围。 华南理工大学硕士学位论文 3 模拟中继线单元 模拟中继线单元( a t u ) 是用于交换机的交换网络与模拟中继线之间的连接。 由于公用电话交换网中所用的交换机制式很多，为建立连接，程控交换机的 模拟中继单元也相应有不同的类型，它们的功能和电路与所采用的中继线信令方 式有密切的关系。其基本功能包括： ( 1 ) 发送与接收表示中继线状态( 如示闲、占用、应答、释放等) 的线路 信令； ( 2 ) 转发与接收代表被叫号码的记发器信令； ( 3 ) 馈给信号音； ( 4 )向控制设备提供所接收的线路信令。 4 数字中继线单元 数字中继线单元( d t u ) 是数字交换网络与数字中继线的接口电路，通过它 可实现数字交换系统之问，或者数字交换系统与数字传输系统之间的连接。其主 要作用通常是根据p c m 时分复用原理，将3 0 路6 4 k b i t s 的话音与中继信令等信 号复接成2 0 4 8 m b i t s 基群信号输出，在实际应用中1 般再经过高次群复用设备 与光端机，在光纤信道中传输。 由于数字中继线上传送的是p c m 群路信号，因而它应具有数字通信的一些基 本功能，如帧同步、时钟恢复、位同步、码型变换、信令插入与提取等。 d t u 的基本功能与模拟用户线接口电路的b o r s c h t 功能相对应，可概括和缩 写为g a z p a c h o ，含义如下。 ( 1 ) 帧和复帧同步码的产生与插入( g ，g e n e r a t i o no fc o d e ) 。在输出数 字码流的有关时隙中插入同步码，以便在收端实现帧和复帧的同步。 ( 2 ) 帧定位( a ，a i g n m e n to ff r a m e ) 。借助弹性存储器或帧调整器，消 除输入码流的相位抖动，强制输入码流的速率调整到系统时钟速率，使其同步； 并使帧相位调整到交换机统一位置上，实现帧对齐，以满足时隙交换的要求。 ( 3 ) 连零抑制( z ，z e r os t r i n gs u p p r e s s i o n ) 。利于接收端时钟提取和改 善传输性能。 ( 4 ) 码型变换( p ，p o a rc o n v e r s i o n ) 。满足数字中继基带传输对信号频 谱与定时信息等的要求。 ( 5 ) 告警处理( a ，a l a r mp r o c e s s i n g ) 。插入、传送与检测告警信号。 ( 6 ) 时钟恢复( c ，c l o c kr e c o v e r y ) 。从输入的p c m 码流中提取收端用的 时钟信号，作为输入时间基准，实现收端与发端定时的同步。 ( 7 ) 帧同步( h ，h u n td u r i n gr e f r a m e ) 。从输入码流中识别发端捅入的帧 同步码组，经比较和调整，达到收端与发端的帧同步，以便能正确地接收各路信 码。 8 第二章程控交换机的构成与原理 ( 8 ) 信令插入与提取( o ，o f f i c es i g n a l l i n g ) 。从输入的p c m 码流中提 取信令信息，并在输出码流的规定时隙中插入所要传的信令信息。 2 1 2 交换网络 包括有空分接续网络、时分( 数字) 接续网络和时分空分组合接续网络等型 式。它们是程控交换机实现用户间或端口问信息交换的关键部件，目前除小容量 交换机一般采用空分或时分接续网络外，中、大容量交换机几乎全采用时空组合 网络或专用交换集成电路( 组件) 。在下一节中将讲述几种接续网络的原理。 2 1 3 控制系统 控制系统是程控交换机的核心，其主要任务是根据内、外线用户的呼叫要求 及组网与运行、维护、管理的要求，执行存储程序和各种命令，以控制相应的硬 件，实现信息的交换和系统的维护管理功能。 控制系统的主体是微处理机，包括c p u 、存储器、i o 设备及相应软件。由 于程控交换机的应用具有接口种类多、用户量大、呼叫并发性强、实时性一般要 求较高和可靠性要求严格等特点，因而其控制系统较为复杂，除小容量机型采用 单处理机外，普遍采用多处理机，构成分散式或分布式控制系统。 2 。1 4 信令系统 在程控交换系统的各个部分或用户与交换机、交换机与交换机间，需要传送 各种专用的控制信号或信令，来保证交换机协调动作，完成用户呼叫、处理、接 续、控制等功能。信令系统主要包括符合各种标准的模拟或数字式用户线信令、 局间信令发送与接收系统。 2 1 5 网络连接设备 网络连接设备用于交换机与其它通信网的连接，如用于与局域网( l a n ) 互 联的i a c ，与分组数据网( p d n ) 互联的p ss e r v e r ，连接m o d e m 进行数据通信的 m l u ，m o d e mp o o l ，以及用于连接无线移动通信系统、寻呼系统、i s d n 与接入网 等有关的单元或设备。 2 1 6 其它附属设备 9 华南理工大学硕士学位论文 包括话务台、维护终端、计费与话务统计装置、专用设备及配线架、电源设 备等。 2 2 交换网络的结构与接续原理 交换网络是交换机实现用户间或端口间接续的关键部件，根据交换机制式与 容量的不同，交换网络的结构形式也多种多样，本节着重介绍程控交换机所用交 换网络的基本结构与原理n ，。 基于交换网络结构与工作方式的不同，通常将其分为空分接续网络( 或称空 间接线器、s 接线器) 、时分接续网络( 或称时间接线器、t 接线器) 和时分一空 分组合接续网络等形式。考虑到交换网络对交换机总体性能与体积、成本诸方面 的影响，目前小容量的程控模拟交换机均采用空分接续网络，小容量的程控数字 交换机采用时分接续网络，而中、大容量的程控数字交换机几乎全部采用时分或 时分一空分组合的接续网络。 随着微电子技术的发展，目前的空分或时分接续网络均已集成为具有较强功 能的通用或专用电路组件。 2 2 。1 空分接续网络 在程控交换机中，目前广泛采用交叉点开关阵列集成电路作为空分接续网 r 1 r2 、 s ! s ，s ， 、 是s 2 s 2 、 o& ls | 2 c l c z c m 5 0 ( 散处理器) 图2 3 空分接续网络的结构示意图 f ig u r e 2 3s t r u c t u r es k e t c hm a po fs p a c ed iv i s i o nc o n n e c tn e t w o r k i 0 第二章程控交换机的构成与原理 络，以取代老式的纵横制机电接线器。这种开关阵列电路主要由交叉点电子开关 与控制存储器( 或锁存器) 、译码器组成，如图2 - - 3 所示。在控制信号作用下， 由译码输出s i 的状念选择与确定相应交叉开关导通，以实现与该接点相连的输 入、输出线的接续。由于这种接续网络主要用于模拟信息的交换，因此，通常又 称为模拟交换网络。 2 2 2 时分接续网络 时分接续网络是利用控制存储器存取的原理进行p c m 各种话路时隙问数字 信息的交换，因此，通常又将其称为数字交换网络或时隙交换器( t s i ，t i m es l o t in t e r c h a n g e r ) 。 时分接续网络主要由话音存储器与控制存储器两部分组成。它首先将输入的 p c m 复用码流以时隙( 8 b i t ) 为单位按顺序写入话音存储器，然后根据呼叫的要 求，将来自微处理器的接续命令存入控制存储器，这样，控制存储器按要求的顺 序从话音存储器中读出有关时隙信息，并构成输出复用码流。这种控制方式一般 称为“顺序写入、控制读出”或“顺序写入、随机读出”，简称为“输出控制” 方式。当然，若改为“控制写入、顺序读出”或“输入控制”方式，也可实现同 样的时隙交换功能。由于输入、输出复用码流与各实际用户有固定的时隙关系， 因而通过上述的时隙信息转移的过程，可以完成呼叫用户间话音信息的交换。 1 2 甩 p 9 3 2 la d dt f ll( 1 ) ( 2 ) 9 2l3 2 f 复 删_ l 一_ e a _ _ l j 分 用 用 要i 一 一、读 地； 3 2 地 a d d r ，_ 兰上_ 1 ( 话音存储器) i 址 囡“”6 ” ( 9 ) ( 2 i ( 控制存一 ( 1 ) ，定时信号 ( 檄处理嚣， 图2 4 时隙交换的过程 f i g u r e 2 4p r o c e s so ft i m e s l o te x c h a n g e 图2 4 表示时隙交换器的构成，并以话路时隙1 与9 交换为例说明时隙交 华南理丁大学硕士学位论文 换的过程。如前所述，输入各路时隙信息按顺序写入到话音存储器中，而微处理 器使控制存储器中的第1 单元写入内容“9 ”，第9 单元写入内容1 ，在定时脉 冲作用下，从控制存储器读出的内容作为话音存储器的读出地址，这样输出的复 用码流实现了第1 与第9 路时隙信息的交换。显然这种交换网络是无阻塞的。在 实际线路中还需要2 4 线转换、串并与并串转换等附加电路。 若输入不是一条而是n 条复用码流线，其时隙交换原理与前面相同，但此时 要求话音与控制存储器的容量均应增为原来的n 倍。 2 2 3 时分空分组合接续网络 为了满足中、大容量程控数字交换机的需要，通常将空分与时分接续网络组 合成不同性能的交换网络结构，如时空( t s ) 、空时( s t ) 、时空时( t s t ) 等形式， 如图2 5 所示。 12 n ( a ) 时空接续网络 12 “ ( b ) 空时接续网络 p c m l2 12 ” ( c ) 时空时接续嘲络 ( d ) 空时空接续阿络 图2 5 时分空分组合接续网络的结构 f i g u r e 25s t r u c t u r eo ft i m ed i v i s i o na n ds p a c e d i v i s i o nc o n n e c tn e t w o r k 在实际中一般采用t s “t m s “t s ”组合方式，其中s “表示聊级s 接线器级 联，通常脚= l 4 。由于t 接线器比s 接线器易于集成化和做到低阻塞率，因而 在目前的程控数字交换机中多用t s t 网络形式。下面以常用的t s t 组合接续网 络为例简介其工作原理。 为便于理解t s t 网络的工作过程，先介绍其中空间( s ) 接线器的构成与所承 担的职责。空问接线器与前相似，也是由交叉点开关阵列与控制存储器组成，但 1 2 第二章程控交换机的构成与原理 它在网络中的输入和输出均为p c m 复用线( 各含有若干个时隙) ，用以完成不同 复用线之间的连接。这种方式虽不能通过改变时隙的位置柬进行时隙交换，但可 实现同一时隙的空间交换。图2 6 表示4 4 空问接线器，它有4 条p c m 基群输 入复用线和4 条输出复用线，共有4 个控制存储器，分别对应于4 条输入复用线， 每个控制存储器的存储单元中的内容控制该输入复用线在相应时隙接通哪条输 出复用线。例如，第1 控制存储器第6 单元由微处理器写入“4 ”，则表示第6 时 隙到达时，读出所存内容“4 ”，将控制交叉点开关阵列的a 开关，使其导通，以 把第1 输入复用线与第4 输出复用线接通。这样在每帧期间，所有控制存储器各 单元的内容按微处理器预先的接续要求依次读出，控制交叉点阵列开关的通断， 以达到交换的目的。 p c m 图2 6s 接线器的工作原理 f i g u r e 26w o r k i n gp r i n c i p l eo fs p a c ec o n n e e l ：o r 对于图2 7 所示的t s t 组合网络，它能够利用t 、s 接线器的特点，实现任 何不同复用线各时隙间信息的交换。下面以p c 1 1 复用线第3 话路时隙与p c m 4 复 用线第1 2 话路时隙间信息交换过程为例，说明t s t 网络的基本原理。在第一t 级，输入p c m l 码流顺序写入话音存储器s m a l ，此时第3 话路信息必然存入第3 单元内，控制存储器c m a l 根据微处理器的接续命令，在某存储单元( 如“6 ”) 存入“3 ”，这样即选择了一个空闲的中间时隙t s 6 读出第3 话路信息，送往s 级。 s 级的控制存储器c m s 此时也按照微处理器的命令，在c m s l 的第6 单元写夕0 4 ”， 以实现在第6 时隙期间交叉阵列的a 开关接通，将s m a l 输出与第二t 级的话音 存储器s m b 4 输入相连，继而把第6 时隙信息顺序地写入s m b 4 的第6 单元内。相 应遗输出控制存储器c m b 4 亦根据接续命令，于第1 2 单元中写入“6 ”，这样，在 1 3 华南理工人学硕士学位论文 第1 2 时隙读出存储内容“6 ”，把它作为s m b 4 的地址，将第6 时隙信息于第1 2 时隙读出，并置于输出复用线p c m 4 上，从而实现了p c m i 复用线第3 话路于p c m 4 复用线第1 2 话路的时、空信息交换。 由于通话时话音信息要求进行双向传送与交换，因此在交换过程中需附加电 路，以建立来去两条通路。 t 复甩线话音存铬鼍控麓弃培嚣 目n lc m a j 图2 7t s t 接续网络的构成与工作原理 f i g u r e 27 s t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo ft s tc o n n e c tn e t w o r k 2 3 呼叫处理接续的基本原理 2 3 1 呼叫处理接续过程 完成一次通话要经过主叫摘机、拨号、路由建立、被叫应答、通话、话终拆 线等过程。交换机要对卜述各个过程进行处理，完成下列各阶段动作。3 。 1 主叫用户摘机识别 程控交换机通过对各用户进行周期扫描，将各用户情况送入处理机处理，从 而发现摘机用户。具体是：交换机以一定周期执行用户线监视扫描程序，对各扫 1 4 第二章程控交换机的构成与原理 描点监视扫描，将结果送到处理机运算识别。当主叫用户a 摘机后，交换机通过 周期扫描和运算识别，可以榆测到该用户，然后进行去话分析。去话分析是根据 摘机呼叫用户的数据( 如话机类别、用户类别等) 进行一系列分析，确定交换机 下一步应执行的任务。分析完成后，交换机要找出一个空闲的收号器以及主叫用 户通往该收号器的接续路由，寻找一个主叫用户和信号音源间路由，然后向主叫 用户送拨号音。 2 收号和数字分析 收号器接收主叫用户所拨号码，收到第一位号码后，停送拨号音。收号器对 所收号码按位存储。收号后要进行数字分析，其目的是确定是本局呼叫还是出局 呼叫，从而确定应接续的路由。 3 呼出被叫用户 交换机收到被叫号码后，进行来话分析。来话分析是根据被叫用户情况( 如： 用户状态、用户设备号等) 进行分析处理，确定卜i 一步的接续处理，然后测试被 叫用户是否空闲，如空闲则找一条空隙路由连接主叫用户a 和被叫用户b ，并找 一条空闲通路连接音信号源和被叫用户b 。向被叫用户送振铃音，向主叫用户送 回铃音。 4 被叫应答监视 当被叫听到电话铃响后摘机应答。交换机通过对用户线周期扫描发现被叫摘 机。交换机发现被叫摘机后切断振铃音和回铃音，拆除相应路由。通话路由在被 叫摘机前已找好，被叫摘机后直接占用路由，通话过程中，处理机对用户线状态 进行监视。 5 话终复原处理 当用户挂机后，交换机通过对周期扫描运算处理后便可发现、处理机发出指 令，释放通话路由，将用户示闲。 完成电话呼叫的交换接续工作叫做呼叫处理。直接控制呼叫处理的程序的总 称为呼叫处理程序。 为了把各种交换动作编制为程序，根据呼叫继续过程，可把交换动作分解为 较长时间内稳定不变的稳定状态。例如：在本局呼叫f 常接续时，可将用户空闲、 听拨号音、向被叫振铃和双方通话定为稳定状态。对每一状态作统一编号，这就 是“状态号码”。在大型交换机中的状态数可达几百个。 一次呼叫中，随着接续过程的进展，要从一个稳定状态向另一个稳定状态转 移，这叫做状态的转移，或简称转移。处理这种转移叫做任务。一部交换机的稳 定状态数定下来后，转移的数量，也就是任务数也就定下来了，一般来说，任务 数是大于状态数的。 状态转移的原因有：用户的原因；由于入局信号的到来：接续中发生了超时 1 5 华南理工人学硕十学位论文 规定等。监视扫描程序、识别程序以及登记排队都属于输入程序的范畴。 对输入处理所收集到的信息进行分析，以确定应执行哪一项任务、向哪一种 稳定状态转移，由分析程序来完成。因此，去话分析程序、数字分析程序、来话 分析程序和状态分析程序均属分析程序的范畴。 经分析程序已决定的要执行哪一项任务以控制交换机动作，使之能达到转移 至下一稳定状态，这就引起任务的执行。任务执行工作由任务执行程序来完成。 在任务的执行中要涉及到交换机硬件的动作，因硬件的动作是每隔一定周期执行 一次，并要求动作时同软件同步，因此，把控制硬件动作的工作从任务执行中分 离出来，作为独立的输出处理，其程序也就称为输出程序。这样的任务执行工作 分为三个部分，即任务执行( 始) 、输出处理、任务执行( 终) 。任务执行程序包 括空闲路由选择程序、输出处理程序以及在相关存储器中改“忙”、改“闲”、停 送拨号音等任务。 综上所述，交换动作的基本形式如下：首先输入程序，识别外来的信息，对 程序进行分析，决定执行哪个任务，然后执行已决定的任务( 始) ，输出程序控 制硬件动作，使它转移到另一种稳定状态，最后完成所执行任务的剩余部分( 终) 。 反复执行这一过程，这就是呼叫处理程序的基本组成。 2 3 2 扫描和呼叫识别 1 监视扫描 程控交换机通过对用户电路的监视扫描发现用户摘机、挂机、