1 現代交換原理 黃啟純qhuang 2 第2章電路交換技術 2 1概述2 2電路交換機的基本功能2 3電路交換系統的的硬件結構2 4數字交換網絡2 5電路交換機呼叫處理過程2 6電路交換機控制軟件體系結構2 7呼叫處理程序2 8電路交換系統的性能評價 3 電路交換的基本功能 電路交換的基本功能 4 數字交換機的系統結構 5 基本交換單元 共享存儲器型時分交換單元 T接線器 空分型交換單元 S接線器 共享總線型時分交換單元 數字交換單元DSE 6 交換網絡 CLOS網絡TST網絡DNS網絡 7 呼叫處理過程 8個階段 6個穩定狀態有限狀態機和有限消息機描述規范描述語言SDL 8 電路交換機控制軟件體系結構 控制軟件的基本特點實時性強并發性和多道進程運行可靠性要求高能方便地適應各種使用條件軟件的可維護性要求高數據驅動型程序結構 9 2 6 2系統運行軟件的一般結構 系統程序 采用實時操作系統 是應用程序與硬件間的接口 功能是任務調度 定時管理 進程間通信 處理機間通信 系統保障和恢復功能 系統資源參數 端口性能參數 運行狀態數據以及其他表格數據等 數據庫管理系統負責提供存取數據的操作機制 呼叫處理程序負責所有呼叫請求的接續電路建立 監視與釋放處理 支持常規業務和各種新業務 維護和管理系統運行中資源分配和釋放 參數存取 統計話務量 計費 發現和排除故障等 10 程序的級別劃分和調度 故障級 負責故障識別和緊急處理等功能 具有最高優先級 周期級 時鐘級 由時鐘中斷按周期性啟動的任務 基本級 由隊列啟動的 實時性要求較低的任務 11 呼叫處理程序 系統性能評價指標 12 2 7呼叫處理程序 負責所有呼叫請求的電路接續建立 監視與釋放 完成對各種電話新業務的支持 在操作系統和數據庫支持下工作 由呼叫控制 信令處理 資源管理和計費處理等組成 資源管理 較低層程序 管理軟硬件資源 控制活動對資源的共享和操作 提供底層接口支持 信令處理 將外部電路狀態變化和事件報告譯成標準消息送給呼叫控制 將呼叫控制的消息轉換成相關信令轉送給外部電路 呼叫控制 分析呼叫狀態和事件信息 調用相關處理程序事件進行處理 13 2 7 1資源管理程序 資源是一種獨立的 可按需配置的軟硬件實體 資源由操作系統統一管理 其使用對象稱作活動 活動由操作系統進行調度 資源是共享的 可為不同活動訪問使用 資源管理程序控制不同活動對資源的共享 集中控制 同一處理機管理所有資源和所有活動 利用隊列和活動等級解決爭用資源問題 分散控制 多處理機 通過資源分配權互斥結構 任何時刻只能一個處理機擁有資源分配權 14 1 資源的特性 資源的特性包括類型編號和狀況 類型編號用來區分不同類型和具體實例 資源狀況說明當前情況 包括占用者 請求者和當前狀態 1 資源的占用者 當前使用者 如果一個資源未被使用 也沒有被其他更高的活動請求 則申請該資源的活動可以使用該資源并成為占用者 2 資源的請求者 當一個活動想成為一個資源的占用者 而該資源正在被使用時 其可對該資源提出使用請求 資源請求被記錄在請求隊列之中 操作系統根據請求者等級來安排處理順序 15 1 資源的特性 3 資源的當前狀態 有四類 服務 退出服務 未安裝和自動封鎖狀態 服務狀態是可用資源 其他為不可用或暫不可用 自動封鎖狀態 資源出現故障或其他情況使該資源不可用的狀態 自動封鎖狀態還可細分 外部事件引起 如用戶未掛好話機等 當外部事件消除后該資源將自動解鎖 控制資源的部件未進入服務態 部件正常資源自動解鎖 資源本身故障 需故障消除后才能進入服務狀態 16 2 資源的使用對象 使用某資源時 提出請求 若沒有其他活動使用 請求則接受該請求 該活動成為資源占用者 如果同時有多個活動請求使用 則根據活動的優先級進行安排 1 呼叫處理1 級別最高 如進程轉移 2 系統處理 資源管理對資源做內部管理操作 3 系統防護1 重新運行系統防護程序 4 運行維護1 OM1 改變資源特性和類型 資源狀態轉移時 由OM1活動占用相應資源 5 系統防護2 故障定位 隔離 測試等 6 運行維護2 一般性活動 7 呼叫處理2 呼叫處理中的穩定態 由CP2占用資源 17 3 資源管理程序 資源管理程序 是應用程序和資源實體間的接口 它通過函數方式接受應用程序的占用請求 請求占用時 須給出類型編號 請求者及相關參數 根據請求者優先級按序安排占用 依據參數分配和組織資源運行 維護資源狀態 如交換網絡資源管理程序 管理所有路徑 依參數尋找 建立和拆除路徑 18 2 7 2信令處理程序 信令處理程序 控制信令的發送與接收 并完成各類信令消息與呼叫控制消息格式的相互轉換 信令消息有模擬用戶線信令 數字用戶線信令 中繼隨路信令和No 7共路信令等不同方式 信令表達各異 控制也不同 為了簡化系統處理 設置信令處理程序來實現格式轉換和信令過程管理 19 1 模擬用戶線信令處理程序 兩大部分組成 時鐘級掃描和用戶線處理進程程序 前者由時鐘調度程序按周期調度執行 后者是基本級程序 由隊列啟動執行 1 用戶摘 掛機掃描程序檢測用戶線狀態變化 用戶摘機時 用戶二線環路為閉合狀態 用戶掛機時為斷開狀態 系統每用戶線用1bit表示摘 掛機狀態 摘 掛機狀態表示用戶請求開始或結束一個服務 系統須盡快做出響應 通常摘 掛機掃描周期定為100ms左右 20 1 用戶摘掛機掃描程序 摘掛機掃描識別算法設本次掃描值為PR 上次掃描值為LR 0表示環路斷開 1表示環路閉合 摘機事件的邏輯運算為掛機事件的邏輯運算為 21 1 用戶摘掛機掃描程序 22 2 撥號數字接收程序 模擬用戶話機有直流脈沖撥號 DP 和雙音多頻 DTMF 撥號兩種方式 DP撥號 利用號盤觸點接通和斷開用戶二線環路 以脈沖計數方式表示地址號碼 DP撥號數字接收采用軟件處理 程序流程類似摘 掛機狀態掃描程序 但DP撥號的通斷變化在8 22個脈沖 秒范圍 其程序處理周期為8 10ms DTMF撥號 利用高低兩組不同的音頻組合代表不同的號碼 號碼接收通過硬件電路進行解碼 接收程序只需周期性讀入解碼數據即可 23 DTMF撥號數字接收程序 DTMF撥號 代表每位號碼的雙音信號最短持續時間為40ms 號位間隔100ms左右 DTMF硬件解碼電路 利用指示端SP高電平表示有效收到一位號 DTMF信號持續傳輸結束后變成低電平 DTMF撥號數字接收程序 可20ms執行一次 先檢查每個DTMF收號器的SP狀態 再利用算法確定解碼數據是否有效 SP代表本次掃描讀得的SP端狀態 SPL代表上一次掃描讀得的SP端狀態 邏輯操作值為1時 表示該位號已解碼 且雙頻傳輸已結束 可以讀出 24 DTMF撥號數字接收程序 25 3 模擬用戶線處理進程 任務是管理用戶狀態遷移 接收掃描程序送來的事件報告 譯成呼叫控制消息報告給呼叫控制進程 將呼叫控制進程的命令翻譯成相關信令 并請求資源管理完成信令傳輸和接口電路動作 每條用戶線都設置私有工作區 用戶線寄存器 存放用戶狀態 所用收號器 號碼存儲區 信令分配信息 呼叫控制塊號碼等 狀態信息 用戶當前狀態 收號器編號 DTMF收號時 記錄分配的收號器編號 收號結束則收號器資源 號碼存儲區 記錄收到的號碼 信令分配信息 記錄呼叫控制對該用戶線的操作信令 呼叫控制塊號碼 記錄該用戶線使用的呼叫處理塊編號 26 3 模擬用戶線處理進程 等呼叫控制進程的 收號 命令 T0為久不撥號等待時間 這里A B為其他處理進程具有和本進程相同的后續處理過程的轉入點 27 2 局間中繼電路信令處理程序 中繼線路是連接兩交換機的局間中繼鏈路 多用戶共享 由呼叫控制按需指配 當一呼叫的被叫不在本局時 需通過局間信令請求另一交換機協同建立到被叫的通信電路 為了方便局間信令處理 規定主叫方指向被叫方交換局的信令為出局信令或前向信令 相反則稱為入局信令 回答證實信令稱作后向信令 局間采用PCM中繼線 局間信令有中國1 隨路信令和No 7共路信令兩種 隨路信令利用TS16傳送信道狀態信令 地址和控制信令由各個話路信道傳送 No 7信令將要占用信道 被叫地址和控制信息等組裝成消息分組 通過任一指定的64kbit s信道傳送 No 7信令處理通常采用單獨的處理模塊 既處理信令消息 還處理信令網控制消息 較復雜 信令一章專講 28 PCM中繼話路及線路信令時隙復用結構 29 1 中繼電路線路狀態信令掃描程序 數字中繼接口中 信令提取電路將每幀TS16所傳送話路狀態信令分離后 按幀序存放在線路信令接收存儲器 LSR 中 供掃描軟件讀取 線路信令發送存儲器 LST 用來存放系統發出的線路狀態信令 無論出中繼 入中繼 都用3bit數據表示線路狀態 信令掃描程序周期地訪問LSR 以發現線路狀態改變事件 事件的具體含義則由信令處理進程負責 線路狀態信令掃描程序是時鐘級程序 常按20ms周期調度運行 30 1 中繼電路線路狀態信令掃描程序 LSR為中繼接口板上的線路狀態寄存器 LSRL為系統內部安排的上次掃描的線路狀態寄存區 線路信令掃描程序只是發現事件并進行登記 并不對事件進行實質性處理 31 2 記發器信令處理程序 傳遞地址和控制信息的信令習慣上稱作記發器信令 采用多頻互控 MFC 方式傳送 交換機中設置專用多頻發碼和收碼器 多頻信號采用話帶音頻方式經話路傳送 多采用DSP方式集中處理 DSP多頻收發處理裝置 由呼叫處理進程調度資源管理程序進行分配 通過DSN與中繼話路連接 利用數字信號處理方法對PCM信號識別和解碼 收到一位數字時 則緩存并將標志位SP置高 供數字掃描程序識別和讀取 發碼過程則根據發號數字對應的雙頻信號PCM碼以8kHz幀同步為參考 周期地通過相應信道送出即可 32 2 記發器信令處理程序 MFC信令由處理裝置自動完成發 前向 收到前向發后向 收到后向停前向 收到前向停則停后向 四個節拍互控過程 每個方向雙頻信號最短識別時間為40ms 傳送一位數字大約耗時100ms 記發器信令接收掃描程序和DTMF收號程序類似 由時鐘調度程序按20ms周期調度運行 根據SP標志確定編碼數字的接收 收到一位號碼即緩存并產生收到號碼事件 通常由呼叫控制進程決定發送下一位前向號碼或回答后向證實信令 33 3 中繼電路隨路信令處理進程 34 2 7 3呼叫控制程序 呼叫控制程序也叫呼叫狀態管理程序 是交換機呼叫處理的中樞 負責控制呼叫接續的整個過程 任務 接收信令處理程序轉發的請求消息 請求資源管理程序為呼叫分配資源 請求呼叫服務程序檢索局 用戶數據 控制處理過程的完成 對每個呼叫請求分配一個CCB 呼叫控制塊 記錄所用的資源 程序 狀態和相關數據 CCB是公共資源 按照隊鏈方式分配 當一個呼叫建立時就從CCB空閑隊鏈中取出一個CCB使用 在呼叫釋放時歸還 重新置入空閑隊鏈 35 呼叫控制程序流程 36 呼叫控制程序流程 37 2 8交換系統性能評價指標 2 8 1性能指標即評價電路交換系統呼叫處理能力和交換接續能力的指標 反映系統的技術水平 包括能承受的話務量 呼叫處理能力和能接入的用戶線和中繼線最大數量等 1 話務負荷能力指在一定呼損率下 系統在忙時可以承擔的話務量 常用 小時呼 或 分鐘呼 表示 利用呼叫次數和每次呼叫占用時間的乘積來計量 話務負荷能力由交換系統的交換網絡可同時連接的話路數決定 現代局用機系統話務量指標可達到數萬愛爾蘭以上 38 2 控制系統的呼叫處理能力 交換機話務承載能力與控制系統的呼叫處理能力直接相關 常用忙時試呼次數 BHCA 來衡量 是評價系統設計水平和服務能力的指標 影響BHCA值的因素 包括系統容量 控制系統結構 處理機能力 軟件結構以及處理算法和編程語言等 39 影響BHCA值的因素 1 系統容量影響 用戶數量越多 掃描程序的開銷與端口數量相關 時鐘級固定開銷也就越大 導致單位時間能處理的呼叫數目減少 2 控制結構影響 多處理機結構 存在額外通信開銷 3 處理機性能影響 包括指令功能 工作頻率 存儲器尋址范圍和I O端口數量 4 軟件設計水平 重要因素 包括程序結構 算法 數據結構和采用的編程語言等 40 3 BHCA值的估算 估算公式 t a b N t是處理機的時間開銷 a是與話務量無關的開銷 b是一次呼叫的平均處理時間 N為某一時段內各類呼叫的總次數 也稱作忙時試呼次數 a來自時鐘級程序和通信程序 當沒有呼叫發生時也要執行時鐘級程序 還有隊列管理程序等 b是平均處理開銷 包括本局 出局 入局比例 呼叫不全 阻塞 被叫忙 被叫不應答的比重 控制結構和程序結構等 須加權平均 41 3 BHCA值的估算 N 代表BHCA值 各類呼叫的總次數 按話務量和平均占用時間求得 計算時 處理機忙時利用率不能為100 系統軟 硬件管理維護也要處理 通常可用于呼叫處理的時間為0 75 0 85 42 3 BHCA值的估算 例如 某電路交換系統的處理機可用于呼叫處理的時間為0 85 固定開銷a 0 29 處理一個呼叫的平均時間為25ms 則忙時可處理的最大呼叫數可通過下列計算求得 43 4 用戶線和中繼線的最大數量 能提供的用戶線和中繼線最大數量也是一個重要指標 現代交換系統 其DSN可同時提供數萬條話路 連接用戶線和中繼線 用戶線話務量一般在0 1Erl左右 可連接更多的用戶線 通常局用交換系統能連接幾十萬用戶線 中繼線可達數萬線 44 2 8 2服務質量指標 l 呼損指標 呼損 交換設備未能完成的呼叫數和用戶發出的呼叫數之比 比率越小服務質量就越高 服務質量是個矛盾 呼損大用戶不滿意 呼損小設備利用率低 需權衡 通常本地電話網 總呼損在2 5 比較合適 2 接續時延 包括摘機后聽到撥號音的時延和用戶撥號完畢聽到回鈴音的時延 前者反映系統的反應速度和去話分析時間 小于400ms時 用戶不會有等待感覺 后者反映系統數字分析 通路選擇 信令配合 發送鈴流等處理時間