程控交换机ppt课件

27.04.2020,.,1,第5章程控交换机硬件结构数字程控交换机的硬件结构主要由话路部分和控制部分构成。其中，话路部分包括交换网络及接口；控制部分主要包含主处理机、子处理机、信令系统设备及其他辅助控制设备。本章主要介绍主处理机、子处理机和用户接口的硬件结构。为了便于读者理解，本章引入的主要单元电路板的硬件结构是以HJD04交换机为例的，不同类型、不同用途的交换机具体结构各不相同，但其基本组成原理是相似的。,27.04.2020,.,2,1、电话通信的发展（100多年的历史）1876年，贝尔发明了电话（电磁式电话机）1877年，爱迪生发明了碳精式送话器（磁石式电话机）1882年，出现了共电式电话机（交换机集中供电）1896年，爱立克森发明了旋转式电话拨号盘（产生了自动电话机拨号盘电话机）1920年，坎贝尔发明了消侧音电路，改善了通话质量20世纪60年代电子学的发展、70年代大规模集成电路产生，出现了电子电话机按键式电话机20世纪80年代N-ISDN的应用，产生了数字电话机20世纪90年代，B-ISDN网络和IP骨干网络的发展与应用，多媒体用户终端和IP电话机相继出现。,5.1概述,5.1.1电话通信与电话机,27.04.2020,.,3,2、电话机的结构电话机的基本构成及通话原理如图5.1所示，其中送话器是将声音变换为相应电信号的转换装置，受话器是将相应的电信号还原为声音的转换装置，二-四转换是指完成二线和四线转换的混合电路，消侧音电路则用于消除回声改善话音质量。此外还要有拨号盘和振铃器，用于发送通信地址（被叫号码）和呼叫被叫。拨号盘有旋转式拨号盘和按键式拨号盘两种，旋转式拨号盘有三个关键参数：,27.04.2020,.,4,l脉冲速度：表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数，按照我国电话交换设备用户信令的相关规定，入网电话机的脉冲速度应为8-14个/s。l脉冲断续比：表示在一个脉冲周期里，断开电流的时间和接通电流的时间之比，按照我国电话交换设备用户信令的相关规定，入网电话机的脉冲断续比t断/t续=（1.3-2.5）:1。l位间隔：用户每拨一个数字，拨号盘就发出一串脉冲，脉冲个数与拨号数字相同（0为10个脉冲）。在拨两个数字之间，也就是在发两个脉冲串之间应有一个时间间隔，以使交换机能正确区分所拨数字，这个间隔就叫做位间隔。按照我国电话交换设备用户信令的相关规定位间隔应350ms。,27.04.2020,.,5,图5.1电话机的基本构成及通话原理,27.04.2020,.,6,电话机按照功能划分：扬声电话机、免提电话机、无绳电话机、录音电话机、可视电话机、投币电话机、磁卡电话机等。,27.04.2020,.,7,27.04.2020,.,8,27.04.2020,.,9,27.04.2020,.,10,27.04.2020,.,11,27.04.2020,.,12,27.04.2020,.,13,27.04.2020,.,14,27.04.2020,.,15,27.04.2020,.,16,27.04.2020,.,17,27.04.2020,.,18,27.04.2020,.,19,27.04.2020,.,20,5.1.2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1、人工磁石式电话交换机2、人工共电式电话交换机特点：人工接续，速度慢，使用不方便机电式自动交换阶段1、史端乔自动电话交换机、德国西门子式自动电话交换机（直接控制）2、旋转式、升降式自动电话交换机（间接控制）3、纵横制交换机（采用公共控制方式）特点：步进制机械动作接续，噪声大，易磨损，维护工作量大，接续速度慢，故障率高，技术简单，人员培训容易纵横制采用压接触方式，噪声小，可靠性高，采用公共控制方式，控制与话路部分分离，控制部分可独立设计，灵活方便，功能强，接续速度快。电子式自动交换阶段（程控交换机）,步进制,27.04.2020,.,21,5.2数字程控交换机系统结构,从交换系统的功能结构来分析，交换机应具有连接、信令、终端接口和控制4个基本功能，如图5.1所示。,图5.1交换机功能示意图,27.04.2020,.,22,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5.2数字程控交换机的基本结构,27.04.2020,.,23,图5.3数字程控交换机的典型系统结构,27.04.2020,.,24,(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。,27.04.2020,.,25,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。,27.04.2020,.,26,（一）选组级（数字交换网络）,由多个基本交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式构成，可以实现任意一条入线上的任意时隙到任意一条出线上任意时隙的信息交换，是话路系统的核心。功能：完成时隙交换，提供话音通道。组成：T接线器、S接线器或T和S的组合。,27.04.2020,.,27,用户级分为：用户模块：集中用户话务量，直接接至选组级。位于交换局端（交换机内部），连接若干用户。（短距离）常见的集中比多为4:1。例如：120个用户公用30个信道，只需一条PCM传输线远端模块：将用户级设备放到远端用户集中点而形成，通过数字中继线接至选组级。位于用户端（交换机外部）。（远距离）优点：大大提高线路利用率。用户模块和远端模块的区别：远端模块要通过数字中继器和选组级相连，而用户模块没有。,（二）用户级,27.04.2020,.,28,27.04.2020,.,29,交换网络：集中（或分散）话务量。信号提取和插入电路：把处理机通信信息从信息流中提取出来（或插入）。网络接口：实现和选组级数字交换网络的接口。扫描存储器：暂存从用户电路读取的信息。分配存储器：暂存向用户电路发出的命令信息。用户电路：实现与用户间的接口。用户处理机：控制用户模块完成通信功能。收号器：暂时接收用户拨的电话号码。串并电路：将串行PCM信码变成并行PCM信码,各部分功能,27.04.2020,.,30,节约线路投资。提高网络灵活性。可将用户模块改为新局，原线路作为中继线扩展。改善用户线传输质量。缩短模拟线路。简化用户进入高速数据通路的实现过程。（在用户端就进入高速通路）提高控制可靠性（分级控制）。模块与选组级间可采用公共信道信令，使话音与控制分开。,采用用户模块和远端模块的好处：,27.04.2020,.,31,5.3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。5.3.1数字程控交换机的接口类型图5.4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.,27.04.2020,.,32,图5.4数字程控交换机的接口类型,27.04.2020,.,33,（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：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。,27.04.2020,.,34,（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（TMN）的接口，用于操作维护管理和计费等。,27.04.2020,.,35,5.3.2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.数量多，投资大。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.,27.04.2020,.,36,模拟用户电路的功能框图如图5.5所示。,图5.5模拟用户电路的功能框图,27.04.2020,.,37,模拟用户电路的功能可归纳为以下BORSCHT七个功能：lB（Batteryfeeding）馈电lO（Overvoltageprotection）过压保护lR（Ringingcontrol）振铃控制lS（Supervision）监视lC（CODEC&filters）编译码和滤波lH（Hybirdcircuit）混合电路lT（Test）测试,27.04.2020,.,38,1、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。电感线圈对音频信号呈高阻抗，对直流馈电电流呈低阻抗。馈电电流在20-50mA之间。,图5.6馈电原理,27.04.2020,.,39,2过压保护,防止从用户线进来的高压损坏交换机。二次保护：一次保护是在用户线入局的总配线架上安装保安器（放电管）；二次保护即过压保护。要求：保证用户内线电压为负压。,-48v,-48v,用户外线,R,R,钳位法：当输入低于-48V，二极管导通，钳位在-48V内。R可采用热敏电阻，电流大时，阻值高，自行烧毁。,用户内线,D1,D2,A,27.04.2020,.,40,3振铃控制,由于振铃电压较高，不允许从用户电路中通过，可能会损坏交换机。故单独向用户话机提供。振铃电压要求：90V+/-15V，25Hz的正弦波振铃信号由铃流发生器产生，振铃节奏为1S通，4S断，由微处理机发出振铃控制信息，启动继电器动作。当被叫摘机，交换系统立刻测出用户直流环路电流变化，振铃开关送出截铃信号，停止铃振。,27.04.2020,.,41,4监视,作用：检测用户话机摘挂机状态和拨号脉冲数字原理：通过监视用户线直流电流来监视用户线回路的通/断状态，从而检测各种用户状态。用户挂机：直流环路断开，馈电电流为零；用户摘机：直流环路接通，直流电流20MA以上。用户状态：用户话机摘、挂机状态号盘话机发生的拨号脉冲（现大多采用音频话机，则需用专门收号器。）投币话机的输入信号，一般为脉冲拨号用户通话时的话路状态（挂机监视）,27.04.2020,.,42,用户线监视原理如图5.9所示。在图5.9（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5.9（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)用户线监视方法一,(b)用户线监视方法二,图5.9用户线监视原理,27.04.2020,.,43,5编译码和滤波,作用：完成模拟信号和数字信号间的转换，目前常用单路编译码器。即CODER&DECODER(CODEC)编码器：输出为PCM信号。滤波：为减小抽样时的混叠失真、及50Hz电源的干扰影响，模拟话音在抽样前先滤波，将50Hz电源干扰和3400Hz以上的频率成份信号滤掉。目前编码器，解码器，滤波器三种功能集成在一个芯片上。如INTEL29C14芯片,27.04.2020,.,44,6混合电路,作用：实现二线到四线的转换。用户话机的模拟信号：二线双向传送。PCM数字信号：四线单向传送。现一般采用集成电路实现。要求：不能产生回音。,发,收,用户线,27.04.2020,.,45,7、测试用户电路可配合外部测试设备对用户线进行测试，用于故障检测，如混线、断线、接地、元器件损坏等。用户线测试功能的实现如图5.10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。一般测试设备有专门软件完成测试工作（自动）。,图5.10配合外部测试原理,27.04.2020,.,46,5.3.3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。交换机的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.,27.04.2020,.,47,数字中继电路是连接局间数字中继线的接口设备，用于与数字交换局或远端用户模块相连。数字中继电路的功能框图如图5.11所示。,图5.11数字中继电路的基本框图,27.04.2020,.,48,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5.12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。,27.04.2020,.,49,图5.12PCM的帧格式,27.04.2020,.,50,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。,27.04.2020,.,51,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。,27.04.2020,.,52,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。,27.04.2020,.,53,5.3.4数字音频信号的产生、发送和接收,音频模拟信号必须经过“数字化”即PCM调制后才能在数字网上传输。,交换机需要的音频信号：向用户发送各种信号音，如拨号音、忙音、回铃音；与其它交换机之间发送和接收局间信令，如多频信号。,27.04.2020,.,54,1、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5.13所示。它们均是单频信号音，信号源为450Hz或950Hz的正弦波。,27.04.2020,.,55,图5.13交换机需要产生的主要信号音及其时间结构,27.04.2020,.,56,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（DTMF）。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。,27.04.2020,.,57,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）lDTMF信号接收器（数字、双音频）lMFC信号接收器（数字、双音频）lMFC信号发生（送）器（数字、双音频）,27.04.2020,.,58,2、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5.15是单音频信号的产生原理,27.04.2020,.,59,图5.14单音频信号产生原理,27.04.2020,.,60,ROM存储,信号周期2ms，抽样16个点，占用16个存储单元。将PCM信号存入ROM中,1-16循环计数器,译码器,.,.,读出数据,帧脉冲,27.04.2020,.,61,节省ROM容量的方法,只存储1/4周期的编码信号（前5个抽样点）读取方法：15帧时读ROM中15存储单元69帧时倒过来读，即读41单元1013帧时又正序读，即读15单元，并且极性置反1416帧时再反序读，即读41单元，极性置反,27.04.2020,.,62,3、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。,27.04.2020,.,63,例如要产生1500Hz和1620Hz的双音频信号，首先我们在1500Hz、1620Hz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，1500Hz重复了75次，1620Hz重复了81次，8000Hz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。,27.04.2020,.,64,4数字音频信号的发送和接收,发送通过数字交换网络送出，和话音信号一样处理（话路时隙）；通过指定时隙TS16发送从ROM中送到数字交换网络，需经并-串变换成串行码接收信号音的接收：用户电路译码-模拟信号，用户话机接收多频信号的接收：接收器接收，采用数字滤波-识别,27.04.2020,.,65,(1)数字音频信号的发送图5.15是通过数字交换网络向用户送信号音的应用举例。,图5.15通过交换网络向用户送信号音,27.04.2020,.,66,在图5.15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。,27.04.2020,.,67,(2)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。,27.04.2020,.,68,数字多频信号接收器的工作原理如图5.16所示，一般采用数字滤波器滤波后进行识别的方法。,图5.16通过交换网络向用户送信号音,27.04.2020,.,69,设有一数字程控交换机，如图5.20所示。,图5.20话路建立过程举例,5.4话路接续（交换）,27.04.2020,.,70,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，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；,27.04.2020,.,71,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07，每条入、出线的话路数为32，交换网络的容量为256X256。,27.04.2020,.,72,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TS16。A话音经上行第一级T接线器交换到ITS20，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后，这时接续到达被叫用户B的话路时隙母线6上的TS5。,27.04.2020,.,73,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的话路时隙母线0上的TS8。,27.04.2020,.,74,5.5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。,27.04.2020,.,75,5.5.1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。我们通常用最大忙时试呼次数BHCA（MaximumNumberofBusyHourCallAttempts）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,27.04.2020,.,76,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。,27.04.2020,.,77,程控交换机的BHCA值可采用下列公式进行粗略的计算：ta+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,27.04.2020,.,78,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）X3600/36X10-350000次/小时,27.04.2020,.,79,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。,27.04.2020,.,80,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。,27.04.2020,.,81,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5.21（a）所示。,（a）过负荷控制,27.04.2020,.,82,图5.21（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5.21呼叫处理能力的特性,27.04.2020,.,83,2、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。,27.04.2020,.,84,5.5.2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5.22表明了集中控制方式的控制关系。,图5.22集中控制方式,27.04.2020,.,85,在图5.22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。,27.04.2020,.,86,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。,27.04.2020,.,87,2、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功能和控制不同的资源。图5.23表明了分散控制方式的控制关系。,图5.23分散控制方式,27.04.2020,.,88,在图5.23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。,27.04.2020,.,89,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。,27.04.2020,.,90,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。,27.04.2020,.,91,2）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。,27.04.2020,.,92,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5.24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。,图5.24AXE-10两级分散控制结构,27.04.2020,.,93,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5.25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5.25FETEX-150三级分散控制结构,27.04.2020,.,94,3.5.3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5.26是某个局用程控交换机的系统结构示意图。,图5.26某个局用程控交换机系统结构示意图,27.04.2020,.,95,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、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；,27.04.2020,.,96,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。,27.04.2020,.,97,2、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5.26中，有M个用户模块，这M个模块的用户CPU分别负责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。,27.04.2020,.,98,3、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机之间的工作方式叫做冗余方式。,27.04.2020,.,99,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5.27所示。,图5.27同步方式工作模式,27.04.2020,.,100,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。,27.04.2020,.,101,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5.28所示。,图5.28互助方式工作模式,27.04.2020,.,102,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。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。,27.04.2020,.,103,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，满足国家电话交换设备技术规范的要求。,27.04.2020,.,104,其工作方式如图5.29所示。,图5.29主/备方式工作模式,27.04.2020,.,105,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5.26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。,27.04.2020,.,106,2）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。,27.04.2020,.,107,5.5.4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5.30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5.30多处理机之间通信采用总线方式,27.04.2020,.,108,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5.31所示。,图5.31多处理机之间通信采用PCM方式,27.04.2020,.,109,3.6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。,27.04.2020,.,110,在电路交换系统中，硬件设备比较多，如在一个大型程控交换机中，电路板的类型都在三十几种。特别是随着大规模集成电路的不断推出、CPU芯片速度的不断提高以及存储器容量的不断增大，生产厂家也在不断升级交换机的硬件版本。但在升级的同时，要考虑以前设备的兼容问题等。交换机基本硬件的总体结构如图5.2所示。从图中可以看出，一个交换系统主要由主处理机、子处理机、交换网络及接口部分组成。,27.04.2020,.,111,图5.2交换机的硬件总体结构,27.04.2020,.,112,图5.3交换机的用户和中继接口连接图,27.04.2020,.,113,中继接口A接口：PCM一次群B接口：PCM二次群C接口：模拟中继接口（二线、四线）EM接口：模拟中继接口（1E1M为二线方式，2E2M为四线方式）环路中继接口：完成A/D、D/A和二/四线转换以及PCM和语音转换,27.04.2020,.,114,用户接口Z接口：二线模拟接口U接口：数字接口S接口：四线方式传输ISDN接口：30B+D维护接口2B+D接口：用于交换机数据/程序加载的接口，也可用于监视、传达命令、告警等RS-232接口：用于电路板的监视、测试、维修等,27.04.2020,.,115,5.2主处理机系统一、系统主处理机1主处理机的主要参数和指标主处理机的功能原理框图如图5.4所示。系统中，MP到子处理机的寻址空间为1MB；MP到辅助存储器的寻址空间为4MB；MP用于存放程序和数据的内存为8MB的DRAM；地址总线的宽度为23bit（A1A23），对外访问地址的宽度为20bit（A0A19）；数据总线的宽度为16bit（D0D15）。,27.04.2020,.,116,图5.4主处理机功能原理框图,27.04.2020,.,117,二、辅助存储器辅助存储器电路框图如图5.5所示，AXM共有8片1MB9的DRAM，组成两套4MB的存储器组。为了提高系统的可靠性，采用DRAM双备份工作方式。这两套DRAM是并行工作的，对主处理机的访问空间来讲处于相同的位置。当主处理机写入时，两套DRAM（DRAM1、DRAM2）都要并行写入。当要从DRAM中读出数据到主处理机时，两套DRAM也同时读出，但要对输出的数据进行奇偶校验（分别对应图5.9中的校验1、校验2），选择一套输出，这由并行输入/选择输出电路来完成。,27.04.2020,.,118,图5.5辅助存储器电路框图,27.04.2020,.,119,三、时序关系主处理机访问辅助存储器DRAM时输入信号的时序如图5.6所示。从图中可以看出主机使能信号到来后各选通信号和读/写信号的时序关系，只有满足这个时序关系，主处理机才能将数据从DRAM中取走。,图5.6主处理机访问辅助存储器DRAM时输入信号的时序,27.04.2020,.,120,MPA访问AXM的信号时序关系如图5.7所示。在MPA的MEN*有效期间，可以非常清楚地看出各种总线裁决、行选/列选、片选、读/写及应答等信号的有效对应关系。而这时备用主处理机MPB的使能信号BEN为高电平，所以不能对DRAM进行读/写操作。,27.04.2020,.,121,图5.7MPA访问AXM的信号时序关系,27.04.2020,.,1