电路交换技术四PPT课件.ppt

1 现代交换原理 黄启纯qhuang 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8 22个脉冲 秒范围 其程序处理周期为8 10ms 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 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 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言等 40 3 BHCA值的估算 估算公式 t a b N 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 75 0 85 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2 5 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