南邮《交换技术基础》CH3

第三章数字程控电话交换南京邮电大学通信与信息工程学院网络工程与技术系2024/2/121NUPT-PYF数字程控交换机数字程控交换机是存储程序控制交换机（StoredProgramControl，SPC）的简称。它是利用电子计算机进行控制的，它把电话交换机各种控制功能按步骤编成程序存入存储器，利用存储器内所存的程序来控制整个交换机工作2024/2/122NUPT-PYFEWSD交换机的物理设备下图为EWSD交换机的具体设备，实际上是一排排机架，内部采用模块划设计2024/2/123NUPT-PYF交换机在通信中的作用下面通过三个实例来介绍交换机在语音通信中的作用2024/2/124NUPT-PYF接续过程举例（1）每8ms检测一次用户发现用户A摘机查用户数据（呼出权限，话机类型等）DTMF话机分配一个空闲的DTMF收码器向用户A送拨号音用户A拨号查数字分析表（落地呼叫，费率）查用户数据（用户B的设备位置，是否允许呼入）允许呼入检测用户B是否空闲空闲建立电路连接向B振铃，向A送回铃音用户B摘机应答开始计费东湖局用户A用户B2024/2/125NUPT-PYF接续过程举例（2）每8ms检测一次用户发现用户摘机查用户数据（呼出权限，话机类型等）DTMF话机分配一个空闲的DTMF收码器向用户A送拨号音用户A拨号查数字分析表（出局呼叫，路由，费率）查路由数据（选定一条空闲中继）东湖局田贝局用户A用户B2024/2/126NUPT-PYF接续过程举例（3）从中继上收到一个呼叫查数字分析表（落地呼叫）查用户数据（用户B的设备位置，是否允许呼入）允许呼入检测用户B是否空闲空闲建立电路连接向B振铃，向A送回铃音用户B摘机应答开始计费东湖局田贝局用户B用户A2024/2/127NUPT-PYF数字程控交换系统的硬件结构从理论上研究交换系统，从功能来分析见图3.1.1，主要由两大系统组成话路子系统控制子系统2024/2/128NUPT-PYF数字交换机的系统结构2024/2/129NUPT-PYF数字程控电话交换系统话路子系统控制子系统接口设备交换网络CPU与存储器远端接口外部设备模拟/数字用户电路数字/模拟中继器信令设备MFC接收和发送器DTMF接收器信号音发生器用户集中级2024/2/1210NUPT-PYF接口设备：是实现数字交换系统和外围环境的接口。远端接口：是到集中维护操作中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。用户集中级：完成话务集中功能，集中比一般为2:1到8:1一般为单T交换网络。用户模块：用户集中级+用户电路远端模块：设置在远端的用户模块。几个概念2024/2/1211NUPT-PYF1话路子系统用户电路用户集中级数字终端模拟终端信令设备数字交换网络2024/2/1212NUPT-PYF（1）用户电路归纳为BORSCHT功能如图3.1.2B：馈电，向用户终端提供－48V或－60V直流电源O：过压保护，防止市电或高压从用户串入交换机而损坏设备R：振铃，向用户终端提供叠加在直流电源上的90V/25Hz交流信号S：监视，检测用户线回路的闭合和断开C：编译码，将模拟信号转换成数字用户信息（PCM比特流），或相反H：混合电路，完成2/4线转换（模拟用户线为2线，PCM用4线完成双向传输）；T；测试，针对可能有故障的用户线进行2024/2/1213NUPT-PYF图3.1.22024/2/1214NUPT-PYF举例——用户电路板2024/2/1215NUPT-PYF（2）用户集中级一般用户不可能同时进行呼叫，所以为了节省成本，设置集中级。完成话务集中，将一群用户经用户集中级后以较少的链路接至交换网络，提高链路的利用率集中比一遍为2：1至8：1用户集中级和用户电路设置在远端，常称为远端模块集中级链路集中比为：3：12024/2/1216NUPT-PYF（3）数字终端常称为数字中继，是数字交换系统与数字中继线之间的接口电路，可适配一次群或高次群的数字中继线具有码型变换、时钟提取、帧同步、帧定位、信令插入和提取、告警检测等功能2024/2/1217NUPT-PYF数字中继电路的基本功能时钟提取：就是从输入的数据流中提取时钟信号，作为输入数据流的基准时钟。同时该时钟信号还用来作为本端系统时钟的外部参考时钟源。码型变换：单极性不归零码HDB3（高密度双极性码）帧同步：就是从接收的数据流中搜索并识别到同步码，并以该时隙作为一帧的开始，以便接收端的帧结构排列和发送端的完全一致。2024/2/1218NUPT-PYF复帧同步：如果数字中继线上使用的是随路信号（中国1号信令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。复帧同步是为了解决各路标志信号的错路问题。提取和插入随路信号帧定位（再定时）数字中继电路的基本功能2024/2/1219NUPT-PYF码型变换码型变换时钟提取帧同步帧定位信号提取帧定位信号插入复帧定位信号插入收发PCM数字中继电路的基本功能2024/2/1220NUPT-PYF（4）模拟终端是用来连接模拟中继线的终端接口模拟终端具有监视和信令配合、编译码等功能2024/2/1221NUPT-PYF模拟中继器：是程控数字交换机与模拟中继线的接口，用于与模拟交换机的连接。模拟中继电路2024/2/1222NUPT-PYF（5）信令设备信号音发生器产生数字化的信号音，经交换网络而发送到所需的话路上去采用CAS，具有多频接收和发送器，用来接收或发送数字化的多频（MF）信号使用双音多频（DTMF）接收器，接收用户使用按键话机拨号时发来的DTMF信号采用CCS，具有共路信令终端设备，完成MTP的第2级功能2024/2/1223NUPT-PYF音频信号的产生、发送和接收1、信号种类：

交换机到用户：各种信号音（单频，信号源450Hz或950Hz的正弦波）交换机到交换机：

局间信号（MFC）前向信号频率：1380Hz,1500Hz,1620Hz,1740Hz,1860Hz,1980Hz（6中取2）后向信号频率：1140Hz,1020Hz,900Hz,780Hz,（4中取2）用户到交换机：拨号信息（直流脉冲、DTMF）2024/2/1224NUPT-PYF2024/2/1225NUPT-PYF（6）数字交换网络在第2章中详细介绍2024/2/1226NUPT-PYF2控制子系统处理机存储器外部设备远端接口2024/2/1227NUPT-PYF3.1.2软件功能结构程控交换系统在线软件十分庞大复杂，软件的设计目标主要为可靠性、可维护性、可再用性和可移植性2024/2/1228NUPT-PYF1.软件功能结构采用分层的模块化结构程控交换软件可划分为操作系统、呼叫处理、维护管理3部分分层结构见图3.1.4（a），各部分所占的比例见图3.1.4(b)2024/2/1229NUPT-PYF图3.1.4图3.1.4程控交换软件组成2024/2/1230NUPT-PYF2.呼叫处理程序呼叫处理程序用于控制呼叫的建立和释放，可包含用户扫描、拨号收集、中继扫描、数字分析、路由选择、通路选择、输出驱动等3种类型输入处理、输出处理和内部处理2024/2/1231NUPT-PYF一个呼叫的处理过程1）主叫用户摘机呼叫2）送拨号音，准备收号3）收号4）号码分析5）接至被叫用户6）向被叫用户振铃7）被叫应答和通话8）主叫先挂机，通话结束9）被叫先挂机，通话结束2024/2/1232NUPT-PYF（1）输入处理收集话路设备的状态变化和有关的信令信息各种扫描程序属于输入处理输入处理通常是在时钟中断控制下按一定周期执行，主要任务是发现事件而不是处理事件。是靠近硬件的低层软件，实时性要求高2024/2/1233NUPT-PYF输入处理输入处理程序的主要任务是对用户线、中继线等进行监视、检测和识别，及时报告事件的产生。输入处理主要可分为：用户线扫描监视中继线线路信号扫描接收Pulse、DTMF和MFC信号接收公共信道信号2024/2/1234NUPT-PYF（2）内部处理

内部处理是呼叫处理的高级软件，与硬件无直接关系数字分析、路由选择、通路选择等属于内部处理呼叫建立过程的主要处理入任务都在内部处理中完成通过查表进行一系列的分析、译码和判断内部处理程序的结果可以是启动另一个内部处理程序或者输出处理2024/2/1235NUPT-PYF内部处理1分析处理就是对各种信息（当前状态、输入信息、用户数据、可用资源等）进行分析，以决定下一步要做什么，它属于基本级程序。具体可分为：去话分析、号码分析、来话分析、状态分析

去话分析：主叫用户数据收号前的准备工作去话分析主叫摘机去话接续硬件变化输入信息分析程序输出2024/2/1236NUPT-PYF去话分析的主要信息来源是：主叫用户数据呼叫合法性用户类别话机类别优先级别热线号码计费类别呼叫权限分析用户数据的顺序

内部处理22024/2/1237NUPT-PYF

号码分析：是在收到用户拨号号码以后开始进行的，信息源是用户所拨号码，其分析的目的是确定接续方向、还应收几位、要调用什么程序。号码分析可分为二个步骤：号首预译、地址翻译收到的号码接续方向号码分析用户拨号出局接续硬件变化输入信息分析程序输出来话接续出局本局内部处理32024/2/1238NUPT-PYF国际长途国内长途市话出局出局特服本局新业务登记/撤销分析号码

来话分析来话分析的数据来源是被叫用户数据、被叫状态和被叫补充业务登记情况等。内部处理42024/2/1239NUPT-PYF被叫用户数据被叫用户分析来话分析来话硬件变化输入信息分析程序输出叫出被叫

内部处理52024/2/1240NUPT-PYF被叫状态是闲呼叫等待忙无有遇忙回叫无有被叫计费否有遇忙前转无来话类别

内部处理62024/2/1241NUPT-PYF事件一个接续状态如何变状态分析产生事件硬件变化输入信息分析程序输出下一个状态

内部处理7

状态分析

分析信息源是状态和输入的事件。2024/2/1242NUPT-PYF输出处理是与硬件直接相关的低层软件针对一定的硬件设备，与输入处理，合称为设备处理2024/2/1243NUPT-PYF总结呼叫处理过程可以看成是输入处理、内部处理和输出处理的不断循环呼叫处理过程也反映了不断的状态转移的过程，如图3.1.52024/2/1244NUPT-PYF图3.1.5三种处理的循环与状态转移2024/2/1245NUPT-PYF3.操作系统任务调度按照一定的调度策略或算法，将处理机资源分配给并发多任务中的某一个通信控制采用松耦合的消息传送机理，有利于可靠性和灵活性的提高暂存动态数据的存储区的统一管理时间管理相对时限和绝对时限的监视以及提供日历和时钟计时的服务系统安全和恢复2024/2/1246NUPT-PYF3.2处理机控制结构

处理机冗余配置方式数字程控交换系统有两种处理机的控制结构，分级分散控制和分布式分散控制处理机的冗余配置有双机冗余配置和N+m冗余配置2024/2/1247NUPT-PYF1双机冗余（1）微同步特点：具有两台相同的处理机，其间有一个比较器。如图3.2.1同时接收输入信息，执行相同的程序，进行同样的分析处理，比较器不断地进行进行检查比较，结果完全一样，工作正常，如果结果不一致，表示其中有一台处理机发生故障，应立即告警并进行测试和必要的故障处理，只有一台处理机输出控制信息。优点：较易发现硬件故障。缺点：对软件故障的防卫较差（2）负荷分担特点：具有两台处理机，话务分担，两台处理机独立进行工作，如图3.2.2正常情况下，各承担一半话务负荷。当一机产生故障，可由另一机承担全部话务负荷。优点：过负荷能力强，软件故障的防卫能力较强缺点：软件比较复杂。2024/2/1248NUPT-PYF1双机冗余（3）主备用方式：特点：一台主处理机在线运行，另一台处理机与话路设备完全分离而作为备用。当主机故障，进行主备用转换，由备用机接替工作。如图3.2.32024/2/1249NUPT-PYF图3.2.1微同步方式2024/2/1250NUPT-PYF图3.2.2负荷分担方式2024/2/1251NUPT-PYF图3.2.3主备用方式2024/2/1252NUPT-PYF2N＋m冗余配置N个处理机，m个备用，S1240系统的辅助控制单元ACE可采用这种冗余配置2024/2/1253NUPT-PYF3.2.2分级分散控制结构处理机按功能分担划分为若干级别一级处理机承担呼叫处理的主要任务分级结构的处理机通常划分为2级或3级低级别的处理机之间的通信一般要通过高一级的处理机2024/2/1254NUPT-PYF3级分级控制2024/2/1255NUPT-PYF分布式分散控制系统划分为多个模块，每个模块的自主处理能力显著增强，中央处理功能在很大程度上弱化。各个模块中的模块处理机是同一级处理机任何模块处理机之间可独立进行通信以下的S-1240交换机和5ESS交换机的处理机的配置是分布式分散控制2024/2/1256NUPT-PYF5ESS基本结构2024/2/1257NUPT-PYFS-1240的硬件结构2024/2/1258NUPT-PYF3.3数据管理程控交换机的数据有两种动态数据半固定数据2024/2/1259NUPT-PYF1.动态数据定义：在呼叫过程中不断产生、消失或变化的数据例：忙闲信息、事件、呼叫记录等2024/2/1260NUPT-PYF2.半固定数据定义：基本上固定的数据例：用户数据和局数据采用数据库的结构来存放2024/2/1261NUPT-PYF3.3.2查表方法检索法通过源数据与表格首址的简单运算而查找表格，以得到目的数据的方法，源数据即输入数据，目的数据即输出数据，如图3.3.1，3.3.2分为单级检索和多级检索搜索法源数据并非检索地址，而是存放在表格中，在搜索时，以源数据为依据，从表首开始自上而下地依次寻找，与表中的源数据逐一比较，当在表中找到一致的源数据时，搜索停止，而得到相应的目的数据。表中的源数据也可形象的称为“键孔”，而输入的源数据叫做“键”，其含义是在搜索时，将键依次插入键孔中试试看，如发现相互一致，就停止搜索而取出目的数据，如图3.3.3搜索表与检索表的结合，如图3.3.42024/2/1262NUPT-PYF图3.3.1DN/EN的单级检索表2024/2/1263NUPT-PYF图3.3.2DN/EN的两级检索表2024/2/1264NUPT-PYF图3.3.3DN/EN的单级搜索表2024/2/1265NUPT-PYF图3.3.4搜索与检索的结合2024/2/1266NUPT-PYFDN/EN的检索1.DN/ENDN是电话号码用户知道

EN设备电话号码交换机知道一般地，电话号码与设备号一一对应，一部话机总要分配相应的用户电路（属于交换机）相对应，电话号码可任意改变，而设备号相应固定不变。2.检索法单级检索表适用于电话号码数据连续分步或者密度很高的情况多级检索表例题分析:设用户号码为ABCD4位号码,首位A目前只有3和5两种数值,每个目的数据占2行,采用1级检索表要有20000个存储单元,10000X2=20000,实际使用2X2X1000=4000个单元,造成了存储单元的浪费.采用2级检索表,检索A时,需用10个单元,检索BCD使用了2X2X1000=4000.则共使用了4000+10=4010个存储器.

2024/2/1267NUPT-PYF检索法与搜索法的比较检索法：适用于源数据连续分布或是密度很高搜索法：适用于源数据非连续分布或较稀疏的情况2024/2/1268NUPT-PYF3.4.1用户扫描程序1.功能：检测用户回路的状态变化，按一定的扫描周期执行。2.基本算法：(若回路通用0表示，回路断用1表示）摘机：本次回路通and前次回路断＝真（CLLL＝1）挂机：本次回路断and前次回路通＝真（CL∧LL＝1）

3.群处理对一群对象同时进行逻辑运算和处理（并行处理）

∧设处理机字长16位，考虑到群处理，每次扫描可输入16个用户的状态信息，运算示例如下：

CL1110111110111111CL0001000001000000LL1011111011011111CL∧LL0001000001000000CL∧LL≠0,表示至少有1个用户摘机呼出，可通过寻1操作，找出摘机用户。所谓寻1，就是对16比特信息按一定次序依次搜查其值为1的比特，并记录为1的比特所在的位数。2024/2/1269NUPT-PYF用户扫描程序实例2024/2/1270NUPT-PYF图3.4.2扫描存储器和用户存储器2024/2/1271NUPT-PYF3.4.2拨号收集拨号收集是指对用户线进行的收号扫描如果为DTMF形式，指用两个频率的组合表示一位数字，接收时，必须先翻译。2024/2/1272NUPT-PYF3.4.3中继扫描是指随路信令时，对各种类型的中继线和多频接收器所作的线路信令和记发器信令的扫描2024/2/1273NUPT-PYF3.4.4数字分析数字分析的任务我国电话网编号计划数字分析表的结构形式2024/2/1274NUPT-PYF1.数字分析的任务1.判别呼叫接续选择2.作为路由选择的依据2024/2/1275NUPT-PYF2.我国电话网编号计划1.本地用户编号计划2.长话网编号计划3.非电信企业客户服务中心96XXX，95XXXX4.智能网服务300、800等2024/2/1276NUPT-PYF3.数字分析表的结构形式（1）塔形结构由多级检索表构成如图3.4.3（2）线性结构要收到足够的位数才开始查表，如图3.4.4

2024/2/1277NUPT-PYF图3.4.4线性数字分析表2024/2/1278NUPT-PYF3.4.5路由选择1.路由选择的任务确定对应于呼叫去向中继线群并从中选择一条空闲中继线2.我国电话网结构3.路由选择的原则：先选直达路由，次选迂回路由，最后选择基干路由2024/2/1279NUPT-PYF我国电话网的结构我国电话网采用等级结构，分为5级（C1、C2、C3、C4、C5），它是由本地网和长途网构成的。交换功能主要分：终端话务功能、转接话务功能C4：长途终端局，是连接本地端局的长途交换中心。C3、C2、C1：长途转接局，疏通所辖区域内的转接话务。2024/2/1280NUPT-PYF本地电话网

是指在同一个长途编号区范围内，由若干端局和汇接局、局间中继线、长市中继线、用户线以及话机组成的电话网络。本地电话网的类别：特大城市本地电话网（千万）大城市本地电话网（100万以上）中等城市本地电话网（30万~100万以下）小城市本地电话网（30万以下）县本地电话网（县城及所辖农村范围）2024/2/1281NUPT-PYF国内长途电话网路由的含义路由：是在两个交换局之间建立一个呼叫连接或传送消息的途径。它可以由一个电路群组成，也可以由多个电路群经交换局串接而成。路由的特点：一条路由是由一个全利用度的电路群组成的。2024/2/1282NUPT-PYF

路由的种类：按呼损分：高效路由：该路由上的呼损会超过规定的呼损指标，其话务量必然会溢出到其它路由上。低呼损路由：组成该路由的电路群的呼损不大于规定的标准。按路由选择分：直达路由、迂回路由、多级迂回路由、终端路由国内长途电话网2024/2/1283NUPT-PYFC1C2C3C4C5长途网本地网我国电话网的结构2024/2/1284NUPT-PYF实例分析路由选择的具体实现可有不同的表格组织形式和方法，图3.4.5所示为一种简便的方法。2024/2/1285NUPT-PYF图3.4.5路由选择表2024/2/1286NUPT-PYF3.4.6通路选择通路选择在数字分析和路由选择后执行，其任务是在交换网络指定的入端与出端之间选择一条空闲的通路。进行通路选择时，交换网络的入端和出端已定，按照不同的呼叫类型，可以是主叫用户与被叫用户、主叫用户与出中继、入中继与出中继、入中继与被叫用户。软件进行通路选择的依据是存储器中继路忙闲状态的映像。2024/2/1287NUPT-PYF通路选择目的：选择空闲的内部时隙如本题中每个T单元的出入时隙数为1024，最多有64个输入T单元和64个输出T单元。则共有64个网络模块NW，同样编号的输入输出的T接线器的时隙放在同一个网络模块中，如计算机的字长为32，共有32X64个单元空闲时隙的确定：AB（NWi忙闲表第WC行）∧（NWk忙闲表第WC＋32行）如果说得的结果为“1”，则此时隙是空闲的。BA（NWi忙闲表第WC行＋16）∧（NWk忙闲表第WC＋48行）

2024/2/1288NUPT-PYF图3.4.6FETEX-150的T-S-T网络2024/2/1289NUPT-PYF图3.4.7内部时隙忙闲状态表2024/2/1290NUPT-PYF图3.4.8忙闲状态表的运算2024/2/1291NUPT-PYF实例分析目的：找出网络内部的空闲的时隙已知：空闲时隙状态表，指定网络的入端和出端计算步骤了解忙闲状态表的分布规则找出两块具体的网络模块正确使用计算公式算出具体的时隙号2024/2/1292NUPT-PYF3.4.7输出驱动

输出驱动程序是软件与话路子系统中各种硬件的接口，用来驱动硬件电路的动作，例如：驱动数字交换网络的通路连接或释放，驱动用户电路中振铃继电器的动作等2024/2/1293NUPT-PYF3.5.1任务调度简介并发进程与任务调度的概念：由于众多的呼叫同时存在，呼叫处理程序呈现很强的并发性，而且包括呼叫处理、维护、管理等许多不同的功能也可能同时进行。但处理机在同一时间只能处理一个进程，其它进程处于待执行状态，这就要对这些进程进行管理，这是任务调度的主要工作之一。调度策略（1）任务的级别，程序的执行有不同的优先级别，中断服务程序在中断发生时优先执行。（2）时钟级程序在时钟中断中执行（3）基本级呼叫处理呼叫处理的级别次于时钟中断级，基本级本身的调度可根据优先级别处理也可以采用时间片的方式轮流进行2024/2/1294NUPT-PYF3.5.2时钟级调度时钟级程序通常以时钟中断周期为时基，采用时间表作为调度的依据，以正确地控制各种时钟级程序的执行周期时间表有比特型和时区型两种。2024/2/1295NUPT-PYF1.比特型时间表每次时钟中断到来时，依次读取时间表的某1行，不同行的同一比特控制1种时钟级程序的执行：比特值为1就执行，比特值为0就不执行。因此，在时间表的某1列中填入1或0就可控制对应的时钟级程序的执行周期。设时间中断周期为8ms，时间表有16行，则最短的执行周期为8ms,最长的执行周期为128ms。列数由字长决定，行数由最大执行周期决定以及时钟中断周期的确定2024/2/1296NUPT-PYF图3.5.1比特型时间表2024/2/1297NUPT-PYF图3.5.2时间表和转移表2024/2/1298NUPT-PYF2.时区型时间表的结构见图3.5.42024/2/1299NUPT-PYF3.5.3基本级调度基本级调度一般采用队列管理的方法进行链队有单向、双向、循环和非循环链队图3.5.6为双向循环链队2024/2/12100NUPT-PYF图3.5.6双向循环链队2024/2/12101NUPT-PYF时限处理TCB插入链队操作规则从头开始搜索,TCB中相对时限值逐个累加,并要与插入的TCB时限值比较当累加值大于要插入的TCB时限值时,将该TCB插入到搜索到的最后一个TCB的前面,将此TCB中的时限值减去排在前面的所有TCB的时限值的累加值调整排在新插入的TCB的后面一个TCBc时限值相对时限和绝对时限2024/2/12102NUPT-PYFTCB链队（a）原有链队2024/2/12103NUPT-PYFTCB链队（b）插入新元素2024/2/12104NUPT-PYF3.6性能分析基本性能和指标话务负荷能力接续时延BHCA2024/2/12105NUPT-PYF3.6.1基本性能1.基本性能（1）类型和容量（2）话务处理能力（3）网络环境（4）处理机和存储器的配置（