Ch4控制系统结构与程序管理课件

控制系统的结构

呼叫处理能力程控数字交换机软件程序的执行管理第4章控制系统的结构与程序管理1

概述一台交换机通常由交换网络、接口、控制系统三部分组成。交换网络的任务是实现各入线与出线上信号的传递或接续；接口的作用是将来自不同终端(如电话机、计算机等)或其它交换机的各种传输信号转换成统一的交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将信令传送给控制系统，将消息传送给交换网络；控制系统则负责控制完成包括主叫用户摘机；接收与分折被叫用户电话号码；选择接通与拆除主叫、被叫用户的通话路由；向用户发送各种信号等控制任务，协调整个交换机的工作。24.1控制系统的结构

交换机控制系统的结构方式：集中控制、分散控制多处理机结构：按功能分担、按话务分担、备用工作（冷备用、热备用）备用方式：同步方式、互助方式、主/备方式

处理机间的通信方式：通过PCM信道进行通信:TS16信道，无需额外硬件，开销小，容量较小34.1控制系统的结构控制部分是程控交换机的核心，基主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储和各种命令，以控制相应硬件实现交换及管理功能。

程控交换机控制设备的主体是微处理器，通常按基本配置与控制工作方式的不同，可分为集中控制和分散控制两类。为了更好的适应软硬件模块化的要求，提高处理能力及增强系统的灵活性与可靠性，目前程控交换系统的分散控制程度日趋提高，已广泛采用部分或完全分布式控制方式44.1控制系统的结构控制系统由硬件与软件两部分组成。

存储程序控制系统由中央处理器单元（CPU）、程序和数据存储器（RAM）、动态数据存储器（ROM）和连接到接口（用户接口、中继接口、维护接口）系统和话路系统交换网络的若干输入/输出（I/O）单元组成。

1.CPU是系统的控制核心，它按照预定的程序进行各种信息的输入、输出、分折、运算和处理；

2.RAM用于存储处理程序和永久性数据如：系统配置、电话号码及路由设置等；

3.ROM用于存储实时变化的数据,如：线路忙闲状态，呼叫进行情况等；

4.I/O单元作为控制系统接口有串口与并口之分；用于维护终端、计费终端和交换机之间的接口一般是串行的；而一般信令I/O及接续控制I/O是并行的。

见P64-Fig.5-15集中控制程控交换机中只配备一对处理机(称中央处理机)，该交换机的全部控制工作都由中央处理机来承担，这种控制方式称为集中控制方式，早期的空分交换机多采用这种控制方式。6集中控制优点：处理机掌握整个系统的状态，可访问所有资源；改变功能一般在软件进行，较方便。缺点：软件须包含不同特性的功能，庞大，不便管理；系统较脆弱，一旦故障会造成全局瘫痪。7双机集中控制双机系统:主备用方式冷备用热备用或同步工作方式负荷分担式8双机集中控制-主备用主处理机负责整个交换机呼叫处理和资源管理，故障时倒换到备用机。结构简单，但倒换时会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。处理机都处于工作态，都接收当前的资源状态和呼叫请求，但只一个有效发布控制命令。控制结构较复杂，但一般不会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。9双机集中控制-负荷分担10分散控制用于控制的每台处理机只能访问部分资源或控制部分功能。按照其在管理任务中的关系，又可分为单级多机系统和多级多机系统和分布式控制。11单级多机控制方式

12多级多机处理机系统

13分布式控制分布式控制每个功能板均配置单片机和处理程序，构成完整的基础模块，通过相互通信对消息加工，协调完成所承担的功能或作用。结构类似单级多机系统。优点标准组件化，设计和编程规整，易组成更大容量、更复杂功能系统；方便引入新技术、新元件，系统持续发展性好；可靠性高，故障只影响局部。144.2呼叫处理能力和可靠性评价一台程控交换机的性能一般有两个基本参数：单位时间控制设备能处理的呼叫数，用忙时呼叫次数（BHCA）来衡量;电话通信应具有不间断性，因此要求交换机控制设备具有一定的可靠性。 一般而言，交换网络的阻塞率很低，能通过的话务量较大，因此交换机的话务能力受控制设备呼叫处理能力的限制。154.2.1呼叫处理能力分析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）16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？解:0.85=0.29+（32X10-3/3600）XN

BHCA:N=63000次/小时BHCA（BusyHourCallAttempts）174.2.2处理机的可靠性

描述系统、设备、部件等在时间方面的稳定性程度或性质，理解为系统、设备、部件的可靠性(可用性)，它的反面是不可用性。 可用性(Availability)用A表示不可用性(Unavailability)用U表示：

A=MTBF/（MTBF+MTTR）

其中， MTTR是平均修复时间 MTBF是平均故障间隔时间。

U=1-A=MTTR/（MTBF+MTTR） ≈MTTR/MTBF

(因为通常MTBF>>MTTR)184.2.2处理机的可靠性

考虑单处理器和双处理器情况:单处理机：US≈MTTR/MTBF双处理器:UD≈2MTTR2/MTBF2【例】设某处理机的MTBF=1000小时，MTTR=2小时，试计算单处理机和双处理机配置时的不可用性。

解：Us≈MTTR/MTBF=2/1000=2×10-3

即20年中有350小时故障。

UD≈2MTTR^2/MTBF^2=2*2^2/1000^2=8×10-6

即20年中有1.4小时故障。

194.2.2处理机的可靠性

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λ。

平均故障间隔时间：MTBF=1/λ

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μ。

平均故障修复时间：MTTR=1/μ

可用度和不可用度：

可用度：A=μ/(μ+λ)

不可用度：U=1-A=λ/(μ+λ)

204.3程控数字交换机软件交换软件组成程序设计语言21

概述存储程序控制交换机(程控交换机)是指将交换机的控制功能先按一定的逻辑要求设计成软件形式，存放在计算机(存储器)中，然后由这台计算机来控制交换机的各项工作。即把各种控制功能、步骤、方法编成程序，放入存储器，利用存储器所存储的程序控制整个交换机的工作。整个交换机要在全部硬件设备(包括计算机)与交换软件的配合下才能工作。若要改变交换机功能，增加交换机的新业务，只需要修改程序就可实现。22程控交换机的优越性技术上的优越性能提供许多新的用户服务性能；如转移呼叫维护管理方便，可靠性高；具备故障诊断程序灵活性大；如需增加新业务，只需改变软件便于向综合业务数字网方向发展有可能采用公共信道信号系统便于利用电子器件的最新成果，使整机技术的先进性得到发挥23程控交换机的优越性经济上的优越性交换设备方面：体积、重量轻、耗电省、集成化线路设备方面：远端用户模块维护和生产方面：制造工艺简单、故障诊断自动化服务性能给一般用户的服务基本业务补充业务给各种用户交换机用户的服务：内部拨小号、外线加“0”在管理和维护上的新业务计费打印自动故障诊断自动设备检测244.3.1交换软件的组成程序运行程序支援程序系统软件应用软件呼叫处理维护管理设计子系统测试子系统OAM：Operations,AdministraionandMaintenance生成子系统维护子系统交换软件数据25程控交换机数据系统数据：各交换系统共有的数据，不随交换局及环境而变，为交换机设计人员使用。控制部件结构交换网络控制方式电源供电方式局数据：用于描述交换局的类型、容量、状态及配置等数据。如：局号码、中继电路数、路由方向等。用户数据：反映用户属性 如：电话号码、用户类别、话机类别、接口位置或物理地址及服务功能等。

局数据及用户数据由系统维护或管理人员定义或修改26支援程序软件设计子系统源文件的生成和程序的编译程序连接编辑程序调试程序测试子系统交换网规划程序话局工程设计程序装机工程设计程序安装测试程序生成子系统局数据生成程序用户数据生成程序交换机程序的组合维护子系统资料的搜集和分析交换局资料的更改资料的编辑和输出27呼叫处理程序负责所有呼叫请求的接续电路建立、监视与释放处理，支持常规业务和各种新业务。系统资源参数、端口性能参数、运行状态数据以及其他表格数据等。数据库管理系统负责提供存取数据的操作机制。系统程序，采用实时操作系统，是应用程序与硬件间的接口，功能是任务调度、定时管理、进程间通信、处理机间通信、系统保障和恢复功能。运行程序软件维护和管理系统运行中资源分配和释放、参数存取、统计话务量、计费、发现和排除故障等。284.3.2程序设计语言SDL语言:用于系统设计阶段，描述功能块的进程、动作过程、状态变化、过程转移等。MML语言:用于系统维护，多采用图形化的图形界面语言。处理过程的编程语言:采用汇编语言、CHILL、C/C++等语言。汇编语言，效率高，但可移植性差。CHILL语言，推荐的标准语言，困难是编译环境。C/C++语言，居中，编译环境容易，可移植，较普遍。294.3.2程序设计语言304.4程序的执行管理程控交换系统是一个实时控制系统，因此它的操作系统具有实时操作系统的特点。此外，由于在程控交换系统中常常采用多处理机系统，它的结构有计算机局域网的特点，因此其操作系统还具有网络操作系统的功能。对于全分散控制的交换系统来说，其操作系统也具有分布式操作系统的特点。314.4程序的执行管理交换软件的特点

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，能处理大量的呼叫，而且必须保证通信业务的不间断性。 程控交换软件的基本特点是：实时性强，具有并发性，适应性强，可靠性和可维护性要求高。32交换软件的基本特点实时性强

能及时收集外部状态变化，规定时间内须做出适当反应，否则会丢失信息甚至导致操作失败。并发性和多道程序运行系统为多用户服务，各用户状态存在差异，同一时间可能执行多道程序，处理多项任务；各种不同的状态及不同的状态转移，需多个不同的程序进行处理；程序可处于激活、等待、挂起状态，任何时刻只一道程序投入CPU运行。33

交换软件的基本特点可靠性要求高

可靠性是一重要指标：如99.98℅的正确呼叫处理及40年内系统中断运行时间不超过两小时。关键设备采用冗余配置；采用各种措施及时发现错误和纠正错误。

能方便地适应各种使用条件必须在规模、功能和运行环境方面适应不同需求；软件维护内容改正性维护：排除设计错误。适应性维护：软件升级；局数据修改等。完善性维护：扩充软件功能。

为此，操作系统需能将各程序进行级别划分和调度34程序的级别划分和调度交换机程序的特点是并发性和实时性强，存在多道被激活的作业，须在规定时间内作出响应。调度程序，根据实时性要求将各处理程序划分为不同的优先级，并按其高低顺序调度相关程序在处理机上执行。控制程序通常按任务紧急性和实时性的要求不同划分为故障级、时钟级和基本级三个等级。35任务的分级故障级：负责故障识别和紧急处理等功能，具有最高优先级。周期级（时钟级）：由时钟中断按周期性启动的任务。基本级：由队列启动的、实时性要求较低的任务。36故障级周期级基本级暂停时钟中断时钟中断时钟中断时钟中断8ms任务的分级不同任务级别程序执行情况示例37故障级任何故障都将严重影响系统的服务质量，且故障随时发生，必须能及时发现和处理故障，保证系统处于高可用状态。故障处理程序级别最高，常采用不可屏蔽中断方式激活处理程序，即其它不可打扰其执行。任何时刻发生故障时，都直接向处理机发出不可屏蔽中断请求，处理机完整处理一条指令后应马上响应该中断请求。38

时钟级时钟级程序特征处理实时性较高并按周期执行的任务。可有不同的执行周期。只发现事件，不直接处理事件。将事件及参数按优先级排队，由调度程序调度执行。时钟级调度程序工作方式由硬时钟中断方式启动，隔4ms/8ms激活中断服务程序一次。中断服务程序先保护断点，后按调度表调度执行程序。本时段任务执行完，自动返回先前断点执行。可被故障级打断，但不能中断故障级程序。调度程序功能，按时钟级进程周期要求，确定调度哪些程序运行。39时钟级调度的实现方式时钟级调度程序的任务：确定本次时钟中断时应调度哪些时钟级程序运行。

--它以一种时钟中断为时基，采用时间表为调度依据。实现方式：时间计数器（时基）屏蔽表时间表功能程序入口地址表

时钟级40为了灵活，利用屏蔽表可将不必执行的任务屏蔽掉。用来调度需执行的程序，每列对应一个程序，每行对应一个时钟中断周期。1表示该时钟周期要执行的列号对应的处理程序，0表示不执行。时钟级

—时间表调度方式每次时钟中断时，时间计数器加1，值用作时间表的行指针，计数器以时间表的行数为模进行循环计数。41周期级程序：

脉冲信号识别程序，周期为8ms；

测试用脉冲信号识别程序，周期为8ms；

DTMF信号识别程序，周期为16ms；

位间隔识别程序，周期为96ms；

用户群扫描程序，周期为96ms；

中继器扫描程序，周期为96ms；

时间计数器清零，周期为96ms。4243周期级程序的工作过程每8ms中断时，时间计数器加1

①首先读取时间计数器的值；

②以时间计数器的值为指针，读取时间表的一行内容；

③如果时间计数器的值已为最大值，应清零；若未达到最大值，则加1；

④将时间表中读出的内容与屏蔽表内容进行逻辑乘，逻辑乘结果中“1”的位置即指出了当前时钟周期应执行的程序；

⑤寻找逻辑乘结果中最右边的“1”，设0位等于1，转向脉冲信号识别程序，执行后返回时间表；

⑥检查时间表的1位、2位……，并转向执行其值为“1”的相应程序；

⑦把所有位均检查完，并执行完相应程序以后，表明这8ms周期中已执行完周期级程序，可以转向执行基本级程序；

⑧在最后一行(TB)的最后一位上，将时间计数器清零，以便在下一个8ms周期从新开始。

44例某时间表有24个单元，字长为10，基本周期为8ms，问：（1）该时间表可实现多少任务的调度；（2）可以实现多少种执行周期；（3）若按键号码的识别程序周期为16ms，该如何在时间表中设置？45在时间表中，某列两次为1的行间距数表示该时钟级程序的执行周期。一张时间表所能调度的最大程序数等于其列数，它由字宽决定，行数则由计数器的最大值确定。时间表调度，所有周期程序具有严格的周期性要求。

时钟级46

47基本级基本级程序主要对时钟程序发现的外部事件分析处理，大部分在运行时构成进程，也称作进程级。进程级程序可按其完成任务需求分成不同的优先级。呼叫处理程序优先级较高，维护和管理进程优先级较低。进程级程序由任务调度程序调度执行。48进程调度从就绪队列中挑选一个进程投到处理机上运行。可采用先来先服务、时间片轮换和分级调度等方法。先来先服务方法按照就绪进程顺序选择进程占用处理机，适合小而不太复杂的处理。时间片轮换法服从FIFO原则，但对每进程规定一个时间片，时间片内未执行完则必须腾出处理机给下一进程。分级调度方法将就绪进程按优先级分成多个等级，建立多个就绪队列。调度时，先从高优先级就绪队列中选取，当高优先级空时才从次优先级就绪队列选取进程投入运行。49基本级调度管理程序图

BQ:BasicQueue50进程的概念进程是操作系统中的概念，是指并发程序的执行过程，也称为“任务”或“活动”，是系统分配资源的基本单位。程序是静态的概念，指令的有序集合；进程是动态的概念，强调执行过程，可动态创建，调