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1、1,现代交换原理,2,第2章 电路交换技术,2.1 概述2.2 电路交换机的基本功能2.3电路交换系统的的硬件结构2.4 数字交换网络2.5 电路交换机呼叫处理过程2.6 电路交换机控制软件体系结构2.7 呼叫处理程序2.8 电路交换系统的性能评价,3,电路交换的基本功能,电路交换的基本功能,4,数字交换机的系统结构,5,基本交换单元,共享存储器型时分交换单元(T接线器）空分型交换单元（S接线器）共享总线型时分交换单元（数字交换单元DSE）,6,交换网络,CLOS网络TST网络DNS网络,7,呼叫处理过程,8个阶段、6个稳定状态有限状态机和有限消息机描述规范描述语言SDL,8,电路交换机控制软
2、件体系结构,控制软件的基本特点 实时性强 并发性和多道进程运行 可靠性要求高 能方便地适应各种使用条件 软件的可维护性要求高 数据驱动型程序结构,9,2.6.2 系统运行软件的一般结构,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。,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。,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。,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。,10,程序
3、的级别划分和调度,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。,11,呼叫处理程序、系统性能评价指标,12,2.7 呼叫处理程序,负责所有呼叫请求的电路接续建立、监视与释放，完成对各种电话新业务的支持。在操作系统和数据库支持下工作，由呼叫控制、信令处理、资源管理和计费处理等组成。资源管理，较低层程序，管理软硬件资源，控制活动对资源的共享和操作，提供底层接口支持。信令处理，将外部电路状态变化和事件报告译成标准消息送给呼叫控制，将呼叫控制的消息转换成相关信令转送给外部电路。呼叫控制，分析呼叫状态和
4、事件信息，调用相关处理程序事件进行处理。,13,2.7.1 资源管理程序,资源是一种独立的、可按需配置的软硬件实体。资源由操作系统统一管理，其使用对象称作活动，活动由操作系统进行调度。资源是共享的，可为不同活动访问使用，资源管理程序控制不同活动对资源的共享。集中控制，同一处理机管理所有资源和所有活动，利用队列和活动等级解决争用资源问题。分散控制，多处理机，通过资源分配权互斥结构，任何时刻只能一个处理机拥有资源分配权。,14,1.资源的特性,资源的特性包括类型编号和状况。类型编号用来区分不同类型和具体实例。资源状况说明当前情况，包括占用者、请求者和当前状态。（1）资源的占用者，当前使用者。如果一
5、个资源未被使用，也没有被其他更高的活动请求，则申请该资源的活动可以使用该资源并成为占用者。（2）资源的请求者，当一个活动想成为一个资源的占用者，而该资源正在被使用时，其可对该资源提出使用请求。资源请求被记录在请求队列之中，操作系统根据请求者等级来安排处理顺序。,15,1.资源的特性,（3）资源的当前状态，有四类：服务、退出服务、未安装和自动封锁状态，服务状态是可用资源，其他为不可用或暂不可用。自动封锁状态，资源出现故障或其他情况使该资源不可用的状态。自动封锁状态还可细分：外部事件引起（如用户未挂好话机等），当外部事件消除后该资源将自动解锁。控制资源的部件未进入服务态，部件正常资源自动解锁。资源
6、本身故障，需故障消除后才能进入服务状态。,16,2.资源的使用对象,使用某资源时，提出请求，若没有其他活动使用/请求则接受该请求，该活动成为资源占用者。如果同时有多个活动请求使用，则根据活动的优先级进行安排：（1）呼叫处理1，级别最高，如进程转移。（2）系统处理，资源管理对资源做内部管理操作。（3）系统防护1，重新运行系统防护程序。（4）运行维护1（OM1），改变资源特性和类型、资源状态转移时，由OM1活动占用相应资源。（5）系统防护2，故障定位、隔离、测试等。（6）运行维护2，一般性活动。（7）呼叫处理2，呼叫处理中的稳定态，由CP2占用资源。,17,3.资源管理程序,资源管理程序，是应用程
7、序和资源实体间的接口，它通过函数方式接受应用程序的占用请求。请求占用时，须给出类型编号、请求者及相关参数。根据请求者优先级按序安排占用，依据参数分配和组织资源运行，维护资源状态。如交换网络资源管理程序，管理所有路径，依参数寻找、建立和拆除路径。,18,2.7.2 信令处理程序,信令处理程序，控制信令的发送与接收，并完成各类信令消息与呼叫控制消息格式的相互转换。信令消息有模拟用户线信令、数字用户线信令、中继随路信令和No.7共路信令等不同方式，信令表达各异，控制也不同，为了简化系统处理，设置信令处理程序来实现格式转换和信令过程管理。,19,1.模拟用户线信令处理程序,两大部分组成：时钟级扫描和用
8、户线处理进程程序。前者由时钟调度程序按周期调度执行，后者是基本级程序，由队列启动执行。（1）用户摘、挂机扫描程序检测用户线状态变化。用户摘机时，用户二线环路为闭合状态；用户挂机时为断开状态。系统每用户线用1bit表示摘、挂机状态。摘、挂机状态表示用户请求开始或结束一个服务，系统须尽快做出响应。通常摘、挂机扫描周期定为100ms左右,20,（1）用户摘挂机扫描程序,摘挂机扫描识别算法设本次扫描值为PR，上次扫描值为LR，0表示环路断开，1表示环路闭合，摘机事件的逻辑运算为挂机事件的逻辑运算为,21,（1）用户摘挂机扫描程序,22,（2）拨号数字接收程序,模拟用户话机有直流脉冲拨号（DP）和双音多
9、频（DTMF）拨号两种方式。DP拨号，利用号盘触点接通和断开用户二线环路，以脉冲计数方式表示地址号码。DP拨号数字接收采用软件处理，程序流程类似摘、挂机状态扫描程序，但DP拨号的通断变化在822个脉冲/秒范围，其程序处理周期为810ms。DTMF拨号，利用高低两组不同的音频组合代表不同的号码，号码接收通过硬件电路进行解码，接收程序只需周期性读入解码数据即可。,23,DTMF拨号数字接收程序,DTMF拨号，代表每位号码的双音信号最短持续时间为40ms，号位间隔100ms左右。DTMF硬件解码电路，利用指示端SP高电平表示有效收到一位号，DTMF信号持续传输结束后变成低电平。DTMF拨号数字接收程
10、序，可20ms执行一次，先检查每个DTMF收号器的SP状态，再利用算法确定解码数据是否有效。SP代表本次扫描读得的SP端状态，SPL代表上一次扫描读得的SP端状态。逻辑操作值为1时，表示该位号已解码，且双频传输已结束，可以读出。,24,DTMF拨号数字接收程序,25,（3）模拟用户线处理进程,任务是管理用户状态迁移，接收扫描程序送来的事件报告，译成呼叫控制消息报告给呼叫控制进程；将呼叫控制进程的命令翻译成相关信令，并请求资源管理完成信令传输和接口电路动作。每条用户线都设置私有工作区用户线寄存器，存放用户状态、所用收号器、号码存储区、信令分配信息、呼叫控制块号码等。状态信息。用户当前状态。收号器
11、编号。DTMF收号时，记录分配的收号器编号，收号结束则收号器资源。号码存储区。记录收到的号码。信令分配信息。记录呼叫控制对该用户线的操作信令。呼叫控制块号码。记录该用户线使用的呼叫处理块编号。,26,（3）模拟用户线处理进程,等呼叫控制进程的“收号”命令。,T0为久不拨号等待时间。,这里A、B为其他处理进程具有和本进程相同的后续处理过程的转入点。,27,2.局间中继电路信令处理程序,中继线路是连接两交换机的局间中继链路，多用户共享，由呼叫控制按需指配。当一呼叫的被叫不在本局时，需通过局间信令请求另一交换机协同建立到被叫的通信电路。为了方便局间信令处理，规定主叫方指向被叫方交换局的信令为出局信令
12、或前向信令，相反则称为入局信令，回答证实信令称作后向信令。局间采用PCM中继线，局间信令有中国1#随路信令和No.7共路信令两种。随路信令利用TS16传送信道状态信令，地址和控制信令由各个话路信道传送。No.7信令将要占用信道、被叫地址和控制信息等组装成消息分组，通过任一指定的64kbit/s信道传送。No.7信令处理通常采用单独的处理模块，既处理信令消息，还处理信令网控制消息，较复杂，信令一章专讲。,28,PCM中继话路及线路信令时隙复用结构,29,（1）中继电路线路状态信令扫描程序,数字中继接口中，信令提取电路将每帧TS16所传送话路状态信令分离后，按帧序存放在线路信令接收存储器（LSR）
13、中，供扫描软件读取；线路信令发送存储器（LST）用来存放系统发出的线路状态信令。无论出中继/入中继，都用3bit数据表示线路状态，信令扫描程序周期地访问LSR，以发现线路状态改变事件。事件的具体含义则由信令处理进程负责。线路状态信令扫描程序是时钟级程序，常按20ms周期调度运行。,30,（1）中继电路线路状态信令扫描程序,LSR为中继接口板上的线路状态寄存器,LSRL为系统内部安排的上次扫描的线路状态寄存区,线路信令扫描程序只是发现事件并进行登记，并不对事件进行实质性处理。,31,（2）记发器信令处理程序,传递地址和控制信息的信令习惯上称作记发器信令，采用多频互控(MFC)方式传送，交换机中设
14、置专用多频发码和收码器，多频信号采用话带音频方式经话路传送，多采用DSP方式集中处理。DSP多频收发处理装置，由呼叫处理进程调度资源管理程序进行分配，通过DSN与中继话路连接，利用数字信号处理方法对PCM信号识别和解码。收到一位数字时，则缓存并将标志位SP置高，供数字扫描程序识别和读取。发码过程则根据发号数字对应的双频信号PCM码以8kHz帧同步为参考，周期地通过相应信道送出即可。,32,（2）记发器信令处理程序,MFC信令由处理装置自动完成发“前向、收到前向发后向、收到后向停前向、收到前向停则停后向”四个节拍互控过程，每个方向双频信号最短识别时间为40ms，传送一位数字大约耗时100ms。记
15、发器信令接收扫描程序和DTMF收号程序类似，由时钟调度程序按20ms周期调度运行，根据SP标志确定编码数字的接收，收到一位号码即缓存并产生收到号码事件。通常由呼叫控制进程决定发送下一位前向号码或回答后向证实信令。,33,（3）中继电路随路信令处理进程,34,2.7.3 呼叫控制程序,呼叫控制程序也叫呼叫状态管理程序，是交换机呼叫处理的中枢，负责控制呼叫接续的整个过程。任务：接收信令处理程序转发的请求消息，请求资源管理程序为呼叫分配资源，请求呼叫服务程序检索局/用户数据，控制处理过程的完成。对每个呼叫请求分配一个CCB（呼叫控制块），记录所用的资源、程序、状态和相关数据。CCB是公共资源，按照队
16、链方式分配。当一个呼叫建立时就从CCB空闲队链中取出一个CCB使用，在呼叫释放时归还，重新置入空闲队链。,35,呼叫控制程序流程,36,呼叫控制程序流程,37,2.8 交换系统性能评价指标,2.8.1 性能指标即评价电路交换系统呼叫处理能力和交换接续能力的指标，反映系统的技术水平。包括能承受的话务量、呼叫处理能力和能接入的用户线和中继线最大数量等。1.话务负荷能力指在一定呼损率下，系统在忙时可以承担的话务量。常用“小时呼”或“分钟呼”表示，利用呼叫次数和每次呼叫占用时间的乘积来计量。话务负荷能力由交换系统的交换网络可同时连接的话路数决定。现代局用机系统话务量指标可达到数万爱尔兰以上。,38,2
17、.控制系统的呼叫处理能力,交换机话务承载能力与控制系统的呼叫处理能力直接相关，常用忙时试呼次数(BHCA)来衡量，是评价系统设计水平和服务能力的指标。影响BHCA值的因素，包括系统容量、控制系统结构、处理机能力、软件结构以及处理算法和编程语言等。,39,影响BHCA值的因素,（1）系统容量影响。用户数量越多，扫描程序的开销与端口数量相关，时钟级固定开销也就越大，导致单位时间能处理的呼叫数目减少。（2）控制结构影响。多处理机结构，存在额外通信开销。（3）处理机性能影响。包括指令功能、工作频率、存储器寻址范围和I/O端口数量。（4）软件设计水平。重要因素，包括程序结构、算法、数据结构和采用的编程语
18、言等。,40,3.BHCA值的估算,估算公式：t=a+bN，t是处理机的时间开销，a是与话务量无关的开销，b是一次呼叫的平均处理时间，N为某一时段内各类呼叫的总次数，也称作忙时试呼次数。a来自时钟级程序和通信程序，当没有呼叫发生时也要执行时钟级程序，还有队列管理程序等。b是平均处理开销，包括本局、出局、入局比例，呼叫不全、阻塞、被叫忙、被叫不应答的比重，控制结构和程序结构等，须加权平均。,41,3.BHCA值的估算,N，代表BHCA值，各类呼叫的总次数，按话务量和平均占用时间求得。计算时，处理机忙时利用率不能为100%，系统软、硬件管理维护也要处理，通常可用于呼叫处理的时间为0.750.85。
19、,42,3.BHCA值的估算,例如，某电路交换系统的处理机可用于呼叫处理的时间为0.85，固定开销a=0.29，处理一个呼叫的平均时间为25ms，则忙时可处理的最大呼叫数可通过下列计算求得。,43,4.用户线和中继线的最大数量,能提供的用户线和中继线最大数量也是一个重要指标。现代交换系统，其DSN可同时提供数万条话路，连接用户线和中继线。用户线话务量一般在0.1Erl左右，可连接更多的用户线。通常局用交换系统能连接几十万用户线，中继线可达数万线。,44,2.8.2 服务质量指标,l.呼损指标，呼损，交换设备未能完成的呼叫数和用户发出的呼叫数之比，比率越小服务质量就越高。服务质量是个矛盾，呼损大
20、用户不满意，呼损小设备利用率低。需权衡，通常本地电话网，总呼损在25比较合适。2.接续时延，包括摘机后听到拨号音的时延和用户拨号完毕听到回铃音的时延。前者反映系统的反应速度和去话分析时间。小于400ms时，用户不会有等待感觉。后者反映系统数字分析、通路选择、信令配合、发送铃流等处理时间，规定应小于650ms。,45,2.8.3 可靠性指标,是维持良好服务质量的持久能力指标，通常用可用度和不可用度来衡量。可用度A为不可用度U为,MTBF为平均故障间隔时间，MTTR为平均故障修复时间,46,2.8.3 可靠性指标,双机系统，平均故障间隔时间为：相应地，双机系统的可用度可近似表示为：一般要求局用交换
21、系统的系统中断时间在40年中不超过2小时，相当于可用度A不小于99.9994。,47,2.8.4 运行维护性指标,1.故障定位准确度故障诊断程序对于故障的定位越准确越越好，简单故障可准确定位到电路板甚至芯片级。2.再启动次数指系统运行异常时，程序和数据恢复到某个起始点重新开始运行的情形。一般要求每月再启动次数10次以下。,48,本章小结,电路交换系统是面向连接的交换技术。一条到达被叫用户的物理连接用户分配固定位置、恒定带宽的电路适合实时业务，资源利用率较低。,49,本章小结,体系结构包含终端接口、连接、信令和控制四个部分。使用SDL语言描述各个阶段的处理任务和相应处理状态转移情况。特点是实时性强，具有并发性，可靠性和可维护性要求高，常采用数据驱动型程序结构。性能评价体系包括性能指标、服务质量、可靠性、运行维护性等。,50,本章小结,体系结构包含终端接口、连接、信令和控制四个部分。使用SDL语言描述各个阶段的处理任务和相应处理状态转移情况。特点是实时性强，具有并发性，可靠性和可维护性要求高，常采用数据驱动型程序结构。性能评价体系包括性能指标、服务质量、可靠性、运行维护性等。,
