现代通信交换技术ppt课件

第四章交换机的存储程序控制原理,刘润杰,现代通信交换技术,计算机中采用的存储程序控制（SPC）方式广泛应用于程控交换技术。采用SPC的最大优点就是可以通过改变软件的方法使交换机达到增加和改善功能的目的。这样，对增加用户新业务、提高系统呼叫处理能力、开通智能网业务以及交换系统升级换代等都带来了极大的方便，也有利于推动硬件的模块化和标准化的进展。本章将主要讨论交换机呼叫接续以及输入/输出的过程。第一节交换机呼叫处理的基本原理第二节交换机的基本功能和控制结构第三节网络选路和周期级程序的调度第四节字冠分析第五节中继电路和局向分析第六节ISDN呼叫补充业务,第一节交换机呼叫处理的基本原理一、基本呼叫过程用户由空闲状态到各个呼叫处理过程，都是在交换机的控制之下进行的。交换机通过不断对用户线进行周期性的扫描，提取并分析用户状态，及时对用户的各个呼叫过程进行处理，以达到对用户的完全控制。,图4.1呼叫接续过程示意图,基本呼叫过程1-A摘机,交换机检测到A摘机交换机检查A的用户类别交换机检测A的话机类别交换机寻找空闲信号音路由交换机寻找空闲的收号器路由交换机给A用户送拨号音监视A的状态，准备收号,基本呼叫过程2-收号,交换机收号器接收A用户所拨的号码收到第一位号码时停止发送拨号音把收到的号码放入收号器将“已收位”和“应收位”进行比较交换机准备对字冠和已收号码进行分析,基本呼叫过程3-分析号码,分析字冠，以决定呼叫类别（本局、出局、长途、特服等）决定收几位号码检查为个呼叫是否被允许接通检查被叫用户是否空闲,基本呼叫过程4-接续,交换机将路由连接到B交换机向B送铃流交换机向A送回铃音主、被叫路由被建立交换机监视主被叫用户状态,基本呼叫过程5-通话,交换机检测到B摘机交换机对A停送回铃音交换机对B停送振铃音A、B通话交换机启动计费交换机监视A、B的挂机状态,基本呼叫过程6-挂机,A先挂机，恢复路由，停止计费，向B送催挂音B先挂机，恢复路由，停止计费，向A送催挂音,呼叫接续5项基本要求,能随时发现呼叫的到来能接收并保存主叫发送的被叫号码能检测被叫的忙闲状态以及是否存在空闲通路能向空闲的被叫用户振铃，并在被叫应答时与主叫建立通话电路能随时发现任何一方用户挂机,二、状态迁移图1状态迁移图介绍一个接续处理过程要分为几个阶段，每个阶段交换设备的状态基本不变，它们都处于稳定状态，这时处理机就可以去处理别的事情。由一个稳定状态转换到另外一个稳定状态称为状态迁移。只有状态迁移的时候才需要处理机进行处理。当然，在稳定状态下，对接口设备仍然需要进行周期性的扫描和处理，一般由子处理机来做这些工作。,SDL语言,CCITT建议的SDL语言（SpecificationandDescriptionLanguage功能规格和描述语言）主要用于规定电信交换系统的行为，已成为国际上通用的标准。,SDL特点：SDL是为描述复杂的实时系统而特别设计的，只要系统的行为能用扩展的有限状态机来描述，并且其重点在于交互方面，SDL就能够适用。SDL语言具有两种不同的形式，即正文短语表示法（PR）和图形表示法（GR）。PR基于类似程序的语句，比较适合计算机使用。GR基于一套标准化了的图形符号，能够清晰地表示系统结构和控制流程。SDL是形式化定义的，可以对其进行分析、模拟和确认。,图4.2SDL常用的图形符号,SDL描述的一个局内呼叫进程如图4.3所示，它共描述了6种状态：0号为空闲状态。用户A开始摘机时就进入1号状态等待收号，在此状态下可能会出现拨号超时、只摘机不拨号等情况。如呼叫正常，则进入2号状态收号，该状态下可能会出现A突然挂机或拨号间隔超时。如拨号间隔超时，则进入3号状态听忙音，对A送忙音；如呼叫正常，则进入4号状态振铃。对B用户进行振铃摘机后，就可进入5号状态通话。,图4.3SDL描述的局内呼叫进程图,2、呼叫处理过程,事件：外部的变化，如摘机、拨号等事件是引起状态变化的原因完成状态的迁移的工作称为任务局内呼叫接续包括：输入处理分析处理内部任务执行和输出处理,图4.4状态与程序的关系,三、输入处理输入处理也称为输入处理程序。输入处理程序对用户线、中继线等进行扫描监视、检测或状态识别，并将结果存入队列或相应的存储区内，以供其他程序取用。输入处理程序主要包括用户线扫描、监视状态变化、中继线线路信号扫描、接收数字信号（拨号脉冲、按钮拨号信号、多频信号等）、接收公共信道信号方式的电话信号及接收操作台的各种信号等部分。,图4.5判断用户摘、挂机原理图,根据图4.5所示，只有当上次读取的用户回路为断开状态，而这次读取的状态为闭合时，才能判断是用户摘机。这两个条件同时满足，要通过逻辑“与”运算。因为在判断时要用到上次读取的状态，所以必须对其进行存储。存储器中存储上次读取的状态，用LR表示。在存储器中存储当前读取用户线的状态，用PR表示，即：(PRLR)LR=SRLR=1，表示摘机。同样可以得出挂机识别信号为：(PRLR)=SRLR=1。,-,图4.6所示是采用用户群扫描的一个例子，D0D7八个比特位表示以8个用户为一组进行处理，其结果为：SRLR=10001011，表示第0、1、3和7路用户摘机；SRLR=01000000，表示第6路用户挂机。从图4.6可以看出，根据一次性扫描得到的结果，就可以进行摘、挂机等判断。处理机按图4.7所示的周期对各用户进行扫描。,-,图4.6用户群扫描原理图,图4.9位间隔识别原理,位间隔识别原理如图4.9所示。在（APAP前）=1的时候，还要检查存储器中前次扫描的结果，查看8ms前用户是摘机还是挂机，如果是摘机，就说明是位间隔。(AP前次AP)=1前次8ms扫描取反(=1)=1位间隔(AP前次AP)=1前次8ms扫描取反(=0)=0中途挂机,-,-,-,第二节交换机的基本功能和控制结构一、交换机的基本功能连接信令终端接口控制图4.13交换机功能示意图,1、连接功能,连接功能就是完成呼叫处理任务连接功能由交换机中的交换网络实现交换网络除提供话路外，还为传送信令提供必要的通路,2、信令功能,信令传送状态监视,3、接口功能,用户线和中继线通过终端接口接至交换网络分为中继侧接口和用户侧接口,4、控制功能,低层控制：对连接功能和信令功能的控制扫描：发现外部事件的发生和信令的到来驱动：控制通路的连接、信令的发送或终端接口状态的变化高层控制：与硬件设备隔离的高一层呼叫控制布控：布线控制程控：存储程序控制（SPC）,集中控制分散控制分级控制混合控制,二、控制系统的结构,典型的集中控制方式如图4.14（a）所示。在这种控制方式中，交换机只配备一台处理机，交换机的全部控制工作都由这一台处理机来承担。为了提高系统的可靠性，程控交换机通常采用双机集中控制方式，双机集中控制方式又分为负荷分担方式和主备用方式，分别如图4.14（b）、（c）所示。,1、集中控制方式,图4.14集中控制方式示意图,每台处理机只能占用一部分资源和执行一部分功能。（S1240）容量分散功能分散等级分散空间分散,2、分散控制方式,一级采用容量分散方式二级采用中央处理机方式三级采用预处理机,3、分级控制方式,集中控制与分级控制相结合集中控制与分散控制相结合分级控制与分散控制相结合集中控制、分级控制与分散控制相结合,4、混合控制方式,第三节网络选路和周期级程序的调度一、网络选路当呼叫输入的时候，通过对号码的分析，要选通被叫并对被叫振铃，这时控制器必须选择一条空闲的网络链路，提供给主被叫用以通话。如果要选择这条空闲的网络链路，首先就要查询内部时隙的状态忙闲表。TST交换网络及其忙闲表如图4.18所示。,图4.18TST交换网络及其忙闲表,在图4.18所示的TST交换网络中:T型接线器:1024时隙64个TS型接线器:6464。这些内部时隙的忙闲状态由对应的忙闲表表示，每个时隙在忙闲表中占1位“0”表示忙“1”表示闲忙闲表如图4.19所示.,图4.19忙闲表,每个表有32个单元单元地址码由T5T9（高5位）共5比特位表示，即可寻址031个单元。每个单元有32位（一个字长）由T0T4（低5位）共5个比特位表示可寻址位号：即一个单元的031个比特位T9T8T7T0共10位地址编码就将每个内部时隙所对应的那一行那一位表示的非常清楚。,网络选路方法,确定该网络的出/入T接线器主叫为i组PTSW被叫为k组PTSW来话i组PTSW（A）k组STSW（B）回话k组PTSW（B）i组STSW（A）,网络选路方法,通过忙闲表寻找通路A与B相与，相与结果为1时就找到了通路每次32路逐次寻找A与B相与，相与结果为1时就找到了通路ITS+512逐次寻找,图4.16忙闲表及选路框图,二、周期级程序的启动在交换机中，不同级别的程序启动方法各不相同：基本级程序队列启动周期级程序“时间表”控制启动在这里介绍一下时间表启动方法,时间表启动方法周期级程序中各个程序的执行周期不同，而对众多的周期级程序，需要用时间表来调度控制。时间计数器是周期级中断计数器，它是根据时间表单元数设置的，如果时间表有12个单元，则计数器即由“0”开始累加到“11”后再回到“0”。,时间表的基本结构有下列五部分组成。时间计数器屏蔽表（也称有效位）时间表（也称调度表）指示位转移表如图4.21所示。,时间表启动方法,图4.21时间表的基本结构,时间计数器,每8ms计数器加100001011循环循环时间为128=96ms,调度表,规定了执行任务的时间和周期12行16列表中一列对应一个程序1表示要调用相应的程序T2的内容为100111，表示要执行第0、1、2、6列相对应的程序,调度表,调度表每8ms换一行调度填法：拨号脉冲识别程序周期为8ms每位填1测试拨号脉冲识别程序周期为8ms每位填1按键号码识别程序周期为16ms隔位填1位间隔识别程序周期为96ms单元填1中继电路扫描程序周期为96ms单元填1用户电路扫描程序周期为96ms单元填1,屏蔽表,可实现对所调度程序的屏蔽当循环周期过长时，用于调整时间调度的循环周期,屏蔽表又称有效位。时间表实际上是一个执行任务的调度表。转移表是存放周期级程序和任务的起始地址，它标明了要执行的程序逻辑的存放地址。由时间表控制启动的程序，其扫描周期并不都是8ms。,图4.18时间表调度周期及程序的流程图,8ms周期级中断到，读取时间计数器的值，根据其值读取时间表相应单元的内容。将屏蔽表的内容与该单元对应位的内容相与，并将其结果放入指示位。指示位为“1”，即根据该位的号码，找到转移表中的相应行，而得到要执行的首地址；指示位为“0”，即不执行。,等所有位均进行了上述处理，并执行完相应的程序以后，表明这一8ms周期中已执行完周期级程序，可以转向执行基本级程序。当计数器计到11时，即对最后一个单元进行处理。当处理至最后一位时，将计数器清零，以便在下一个8ms周期中断到来时重新开始。,图4.18时间表调度周期级的逻辑关系示意图,第四节字冠分析一、字冠特性交换机在呼叫处理过程中完成收号（也许只收前几位）任务后，下一步工作就是对字冠进行分析，分析它是属于本局字冠还是外局过网字冠等。,字冠特性的数据大致由四类组成本局呼叫字冠表双编路字冠第二选路表外局字冠权限表过网字冠表。,1、本局呼叫字冠表用以描述本局呼叫的各类字冠的呼叫属性、号码特征、编路方案、路由选择方式、号码收发规则及号码转译等信息。市话/农话/网话字冠长途字冠特服字冠语音接入码IN接入码过网号码新业务接入码,2、双编路字冠第二选路表是本局呼叫字冠的附表，该表描述了双编路字冠的第二呼叫属性第二编路方案第二路由选择方式,3、外局字冠权限表描述外局主叫用户通过本局进行呼叫时的呼叫特性和呼叫权限。呼叫路由选择特性本网呼叫权限过网呼叫权限,4、过网字冠表通过本局与其他非本网的通信网络进行互联的网间接入码。,二、本局呼叫字冠分析本局呼叫字冠表在呼叫处理中的应用如图4.24所示。图4.24本局呼叫字冠表在呼叫处理中的应用,三、局向/路由的相关选择局向：本地局间或本地局与长途局间的中继电路群，即本地中继电路群。路由：长途局间的中继电路群，即长途中继电路群。负荷分担方式：负荷分担比例数据：010,四、启动中继位数启动中继位数：启动占用出中继信号时所需要的最少的被叫号码位数。中国1号/R2信令：启动中继位数=字冠长度7号信令启动中继位数：成组发码方式：消息传递的数量少，信令链路的利用率高重叠发码方式：相反,图4.20成组发码方式码方式,图4.21重叠发码方式,第五节中继电路和局向分析一、出局中继分析二、入局中继分析三、中继汇接特征,一、出中继分析如图4.27所示，本局（E）作为端汇局，出局中继有：长途局（A）汇接局（I）端局（C）支局/PABX（H）特服中心（B）智能网业务交换点（F）ISDN/PABX（A）远端模块、用户单元、主交换站及子交换站之间可采用交换机内部信令方式。,图4.27本局作为端汇局示意图,中继电路选择流程号码分析局向选择模块选择：均衡式选择电路选择：FIFO,二、入局中继分析舍弃被叫号码个数索取主叫号码及类别定义,图4.26网络环境示意图,三、中继汇接特征延伸是在收到前方局发来的若干被叫号码后，占用至被叫端(局)的出中继并建立汇接通路，退出多频互控过程，由终端局继续收剩余被叫号码。该方式为端到端汇接方式，仅适用于MFC至MFC的汇接。重发是在收到前方局发来的若干被叫号码后，占用至后方局的出中继，向前方局发送“从首位发起”(重发)后向信号并建立汇接通路，退出多频互控过程，由后方局继续收全部被叫号码。该方式为端到端汇接方式，仅适用于MFC至MFC的汇接。转发是在本局将前方局发来的被叫号码逐段转发至后方局。,第六节ISDN呼叫补充业务一、补充业务预约二、呼叫转移预约,补充：话务理论,一、话务理论1、话务量2、爱尔兰公式3、BHCA4、交换机的可靠性指标计算二、排队论1、M/M/12、M/M/1/N3、M/M/1/m/,参考资料：糜正琨交换技术清华大学出版社2006郑少仁现代交换原理与技术电子工业出版社2006尤克等现代交换技术与通信网电子工业出版社2006张中荃程控交换与宽带交换人民邮电出版社2003敖发良现代通信网络中的交换技术重庆大学出版社2003茅正冲现代交换技术北京大学出版社2006,影响程控交换机呼叫处理能力的因素,系统容量的影响容量越大，呼叫处理能力越低。如扫描开销比较大。系统结构的影响多处理机通信的影响负荷分担的影响备用方式的影响（校对、话务分担）处理机能力的影响指令系统的强弱时钟频率的高低访问存储空间I/O口的类别和数量软件设计水平的影响操作系统程序效率,程控交换机话务设计,保证最好的服务质量需要的成本特别高电话的实际使用率比较低处理机能力是根据统计数据进行设计的设计要在服务质量和成本之间折衷话务理论的奠基人是爱尔兰(A.K.Erlang),N(t),t,1,2,3,4,5,6,7,alltrunksbusy,trunk#,Figure4.44,电话业务量统计,一天之内不均匀，打电话多的时间段称为忙时BusyHour，交换机的容量必须按照忙时的最大量来设计，否则会出现拥塞。,定义:T时间内发生平均呼叫次数和平均占用时长的乘积,A=CTt,A为T时间里的话务量,t为平均占用时长,CT为T时间内一群话源所产生的平均呼叫次数,话务量单位：小时呼、分钟呼、百秒呼,1、话务量的概念,一、话务理论,话务量,平均时长内发生的平均呼叫次数，通常取时长为一小时，所得的话务量称为小时呼，单位为爱尔兰Erlang，简写为e或E，或Erl。百秒呼单位写作CCS如一小时内打了两次电话，每次半小时，或打了六次电话，每次10分钟，则话务量为1个爱尔兰，这是一条电话线的最大话务量。通常按话务量将线路分为低负荷（每线0.100.16爱尔兰），中负荷（每线0.160.18爱尔兰），高负荷（每线0.180.20爱尔兰）。这就是为什么通常按照1：10取中继线的数量来设计电话端局的原因。,话务量反映了电话负荷的大小，与呼叫强度和呼叫保持时间有关。呼叫强度是单位时间内发生的呼叫次数，呼叫保持时间也就是占用时间。单位时间内的话务量等于使用相同时间单位的呼叫强度与呼叫保持时间之乘积，其单位为爱尔兰（Erlang）。例：呼叫强度=1800次/小时呼叫保持时间=（1/60）小时/次话务量=1800次/小时X（1/60）小时/次=30Erl,全天内话务量变化图（100用户）,实际计算时应注意以下问题：话务量总是针对一段时间而言，如：一天或一小时。呼叫强度和呼叫保持时间都是平均值。要区分流入话务量与完成话务量。流入话务量=完成话务量+损失话务量损失话务量=流入话务量X呼叫损失率（呼损率）,话务量,2、爱尔兰公式,当线束容量为m、流入话务量为Y时，线束中任意k条线路同时占用的概率P(k)为：,当k=m时，表示线束全忙，即交换系统的m条话路全部被占用，此时p(k)为系统全忙的概率。当m条话路全部被占用时，到来的呼叫将被系统拒绝而损失掉，因此系统全忙的概率即为呼叫损失的概率(简称为呼损)，记为E(m,Y)，则爱尔兰呼损公式为：,爱尔兰公式,3、BHCA（BusyHourCallAttempts）,BHCA（忙时试呼次数）计算公式系统开销：处理机时间资源的占用率。固有开销：与呼叫处理次数（话务量）无关的系统开销。非固有开销：与呼叫处理次数有关的系统开销。单位时间内处理机用于呼叫处理的时间开销为：t=a+bNt：系统开销a：固有开销b：处理一次呼叫的平均开销（非固有开销）N：单位时间内所处理的呼叫总数，即处理能力值（BHCA）,例：某处理机忙时用于呼叫处理的时间开销平均为0.85，固有开销a=0.29，处理一个呼叫平均需时32ms，求其BHCA为多少？0.85=0.29+（32X10-3/3600）XNN=63000次/小时,过负荷控制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超过它的设计能力时，则称该交换设备运行在过负荷状态。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，允许交换设备处理呼叫能力下降至设计负荷能力的90%。,如果不对网络中的流量进行控制，则会发生过载现象。特殊情况下，如节日、自然灾害，突发事件（911事件）、线路或设备故障(中美海缆事件)等，会导致网络发生严重的堵塞，最后引起全网瘫痪。见图。通常采取的措施有：监视、自动切换、增加备用容量。比方：交通中的交通堵塞，可以控制道路的入口，即时广播交通状况等。,CarriedLoad,OfferedLoad,NetworkCapacity,Figure4.50,网络容量与负荷的关系,4、交换机的可靠性指标计算,失效率和平均故障间隔时间：失效率：单位时间内出现的失效次数，记作。MTBF=1/修复率和平均故障修复时间：修复率：单位时间内修复的故障数，记作。MTTR=1/可用度和不可用度：A=/(+)U=1-A不同结构的交换系统的可靠性指标计算,二、排队论(QueuingTheory)简介,前面介绍的“话务量”理论只能适用于传统的电话网络，不能应用在分组交换网络中排队论是一门古老的学科，但是我们只讨论应用在分组交换网络中的排队论排队论在网络的业务量分析、性能计算、数学建模、通信系统软件仿真等方面有着极其重要的作用。,一、基本概念一些排队系统的例子。排队系统顾客服务台服务电话系统电话呼叫电话总机接通呼叫或取消呼叫售票系统购票旅客售票窗口收款、售票设备维修出故障的设备修理工排除设备故障防空系统进入阵地的敌机高射炮瞄准、射击直至敌机被击落或离开排队的过程可表示为：排队系统顾客到达排队服务机构服务顾客离去,排队论的基本概念,出现排队的条件：资源的有限性、需求的随机性排队的例子：商场交款、交换节点对信息的处理都是顾客与服务员之间的关系排队系统就是要求服务的顾客与提供服务的服务员双方构成的系统,排队系统的基本参数,排队系统的三个过程：顾客输入过程排队过程顾客接受服务之后离去的过程三个参数窗口数目m：表征系统的资源顾客到达率：单位时间内平均到达的顾客数量。其倒数是平均到达时间间隔系统服务率：单位时间内离开一个窗口的平均顾客数量。其倒数是一个顾客平均服务时间。,排队系统的性能指标,排队长度r等待时间Tw服务时间Ts利用率,排队系统的工作方式,按排队规则来分拒绝方式：所有窗口全部被占用，则拒绝为新的顾客提供服务。例子：电话通信不拒绝方式：所有的顾客都进入排队队列等候。例子：数据通信按服务规则划分先到先服务(First-in-first-out,FIFO)后到先服务(Last-in-first-out,LIFO)先到随机服务(First-in-random-out,FIRO)优先制服务(Priorityqueuing),对顾客输入过程的假设,平稳性顾客到达的概率只与时间间隔有关，与时间位置无关无后效性顾客到达的时刻相互独立稀疏性在足够小的时间间隔内，两个或两个以上顾客到达的概率为零，即只有一个或没有顾客到达。,常见的分布类型,定长分布D负指数分布M爱尔兰分布Ek任意分布G,t,1、定长分布流水线的加工时间,2、负指数分布一类最常用的分布，如上述通话时长，可靠性,3、爱尔兰分布一种代表性更广的分布,k为整数，称为k阶爱尔兰分布；当k=1时，退化为负指数分布；k时趋向定长分布爱尔兰分布实际上是k个独立同分布的负指数分布随机变量的和的分布，即k个服务台的串联，每个服务台的平均服务时长为1/k,排队系统的表示方法(Kendall),X/Y/m/N/nX/Y/m（N，n）X表示顾客到达时间间隔的分布Y表示服务时间的分布m是窗口的数目N表示潜在的顾客总数n是表示队列长度。n=表示不拒绝系统,常见的排队系统,M/M/1是顾客到达时间间隔和服务时间均为负指数分布，单窗口，非拒绝方式的排队系统M/M/m/n是顾客到达时间间隔和服务时间均为负指数分布，m个窗口，采用拒绝方式且队列长度为n的排队系统M/M/1/N/是顾客到达时间间隔和服务时间均为负指数分布，1个窗口，非拒绝方式，有N个潜在客源的排队系统,1标准M/M/1模型(M/M/1/),排队系统的状态n随时间变化的过程称为生灭过程，设平均到达率为,平均服务率为,负指数分