关于校园电话交换网的规划设计说明书

1、. 现代交换原理 课程设计 题 目： 专业班级： 姓 名：学 号：指导教师：成 绩：摘要数字程控交换机是目前通信网中使用最普遍的交换机。数字程控交换机的基本结构可分为话路系统和控制系统两部分。电话交换网是利用数字程控交换机完成电话交换中信息的交换过程。本次课程设计是在掌握交换原理的基础上利用数字程控交换机完成校园电话交换网的设计。关键词：数字程控交换机 话路系统 控制系统 电话交换目录摘要2第一章 基本原理51.1 数字交换机的系统结构51.2 话路子系统51.2.1用户电路61.2.3 数字交换网络71.2 控制子系统8第二章 系统结构和系统原理分析9第三章 话务量的概念及计算103.1话务

2、量及其计算103.1.1、话务量的概念103.1.2、话务的统计及对用户的调查103.1.3、话务量的计算113.2、中继线的计算113.3用户交换机配置计划的技术要求和技术指标123.3.1呼损概率123.3.2交换网络的阻塞概率123.3.3交换系统的呼叫处理能力12第四章 号码编号144.1 电话号码编制的基本规则144.2电话号码编号15课设总结17参考文献：18致谢19前言现代交换原理课程设计作为现代交换原理课程的重要组成部分，目的使学生进一步理解课程内容，完成校园电话交换网络的设计，增强学生理论联系实际的能力，提高学生的分析和设计能力。通过实践教学引导学生理论指导下有所创新，为以后

3、工程实践奠定基础。现代交换原理课程是一门理论性、工程性和实践性都很强的课程。理论教学和实践教学相结合，才能提高学生的综合能力。本次课程设计通过以下几方面提高能力培养：1. 学生自己统计用户数量，根据实际需求设计校园电话交换网络。2. 注意与实践的结合，在理论中讲清基本原理，然后在实际中加以运用，为以后的工作实践奠定基础。. v.第一章 基本原理1.1 数字交换机的系统结构数字交换机的系统结构如图1.1所示。信令设备模拟中继 电路数字中继 电路 用户处理机 数 字 交 换 网 络用户级 用户电路 用户电路用户级 用户电路 用户电路数字中继线PCM控制子系统话路子系统数字中继 电路模拟中继线 存储

4、器远端接口 中央处理机OAM终端外设 用户处理机数字中继 电路远端用户模块用户模块图1.1 数字交换机系统结构1.2 话路子系统 话路子系统是由中央级交换网络和用户级交换网络以及各种接口设备组成的。交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器 (如纵横接线器，编码接线器，笛簧接线器等),在程控交换机中目前主要采用由电子开关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。1.2.1用户电路 用户电路是程控交换机通过用户线与用户终端相连的接口电路，由于用户线和用户终端有数字和模拟之分，所以用户电路

5、也有两种：模拟用户电路和数字用户电路。模拟用户电路是程控交换机通过数字用户线与模拟终端设备相连 用户电路用户电路的作用是实现各种用户线与交换之间的连接，通常又称为用户线接口电路(SLIC,Subscriber Line Interface Circuit)。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路 (ALC)及与数字话机，数据终端(或终端适配器)连接的数字用户线电路(DLC)。模拟用户线电路是适应模拟用户环境而配置的接口，其基本功能有:馈电(Battery feed): 交换机通过用户线向共电式话机直流馈电；过压保护

6、(Overvoltage Protection): 防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机。振铃(Ringing)：向被叫用户话机馈送铃流。监视(Supervision)： 借助扫描点监视用户线通断状态，以检测话机的摘机，挂机，拨号脉冲等用户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接续要求。编解码(CODEC)： 利用编码器和解码器(CODEC),滤波器，完成话音信号的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口 。混合(Hybrid)：进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线传输的要求。测试(Test)：提供测试端口，进行用户电路的测试。这7种功能常用第一个字母组成

7、的缩写词(BORSCHT)代表。对于模拟程控交换机，不需要编解码功能；而在数字程控交换机中，除某些特定应用的小型交换机利用增量调制方式外，其它大部分均采用PCM编解码方式。数字用户线电路是为适应数字用户环境而设置的接口，它主要用来通过线路适配器(LAM)或数字话机(SOPHO-SET)与各种数据终端设备(DTE)如计算机，打印机，VDU,电传相连。1.2.2中继电路中继器是交换机和中继线的接口设备，也叫中继器。中继器是中继线与交换网络间的接口电路，用于交换机中继线的连接。它的功能和电路与所用的交换系统的制式及局间中继线信号方式有密切的关系。交换机的中继电路有数字中继电路和模拟中继电路。模拟中继

8、电路是交换机与模拟中继线的接口，用于连接模拟交换局，模拟中继电路的功能与用户电路的功能基本相似，目前现数字中继线与数字交换网络之间的接口，它通过PCM有关时隙传送中继线信令，完成类似于模拟中继器所应承担的基本功能。但由于数字中继线传送的是PCM群路数字信号，因而它具有数字通信的一些特殊问题，如帧同步，时钟恢复，码型交换，信令插入与提取等，即要解决信号传送，同步与信令配合三方面的连接问题。 数字中继接口单位的基本功能包括帧与复帧同步码产生，帧调整，连零抑制，码型变换，告警处理，时钟恢复，帧同步搜索及局间信令插入与提取等，如同模拟用户电路的BORSCHT,也可将数字中继单元的上述8种功能概括为GA

9、ZPACHO。1.2.3 数字交换网络 程控数字交换机采用的数字交换网络主要有两种典型结构：一种是由数字交换单元（DSE）固定连接构成的数字交换网络；另一种是由时间接线器（T接线器）和空间接线器（S接线器）构成的数字交换网络。1）程控数字交换机的根本任务是要通过数字交换实现大量用户之间的通话连接，数字交换网络是完成这一任务的核心部件。2）数字交换网络实现所有终端电路相互之间的联系，以及处理机之间的通信，因此通过数字交换网络能传送话音、数据、内部信令、数字信号音、内部和外部消息等。3）数字交换网络分为用户级(入口级)和选组级，用于完成各条PCM链路各个时隙的数字信息交换，包括空分交换和时分交换。

10、4）数字交换以数字帧结构形式进行，每个呼叫建立都分配相应的时隙(TS)，即分配固定速率的信道(CH)，标准速率为64Kbit/s。1.2.4处理机1)程控数字交换机的控制系统程控数字交换机的控制方式主要是指控制系统中处理机的配置方式，可分为集中控制方式和分散控制方式。分散控制方式又分为分级功能控制和全分布控制两种。目前大、中容量的程控数字交换机均采用分散控制方式。如EWSD、AXE10采用2级的分级功能控制结构，其中EWSD的2级处理机称为群处理机（GP）和协调处理机（CP），AXE10的2级处理机称为区域处理机（RP）和中央处理机（CP）；NEAX61、F150采用3级的分级功能控制结构，N

11、EAX61、F1的3级处理机称为用户处理机（LPR）、呼叫处理机（CPR）和主处理机（MPR）；S1240采用分布控制结构，处理机分布在各个终端模块和辅助控制单元中。程控数字交换机对控制系统的要求：具有足够大的呼叫处理能力，如前所述用BHCA值来衡量；具有高度的可靠性，要求控制系统可靠地长期连续不间断地工作，系统中断累计时间在20年内不得超过一小时，平均在一年内不得超过三分钟；能适应新业务和新技术发展的要求；经济合理。2)处理机的冗余配置 程控数字交换机不论采用何种控制结构，为了保证系统的可靠性，一般情况下，处理机都采取冗余配置措施。处理机冗余配置方式有双机冗余配置和N + n冗余配置，其中双

12、机冗余配置方式又可分为主/备用和话务分担方式；N + n冗余配置方式的处理机可以采用N + 1备用方式。 负荷分担：也叫话务分担，基本结构如图9所示。两台处理机独立进行工作，正常情况各承担一半话务负荷。当一台处理机产生故障可用另一台处理机承担全部负荷。负荷分担的优点：过负荷能力强，能适应较大的话务波动；可以防止软件差错引起的系统中断；可联机扩容 主/备用工作方式是指一台处理机联机运行，另一台处理机话路设备完全分离作为备用。当主用处理机发生故障时，进行主备用转换。1.2 控制子系统 控制子系统是交换机的“指挥系统”，交换机的所有动作都是在控制系统的控制下完成的,数字交换系统实际上采用的是分级分散

13、控制的方式，其控制子系统是由中央级控制系统和用户级控制系统两级组成的。用户级控制系统即用户级CPU，一般负责对用户模块内的用户线路进行监视扫描，控制用户级交换网络，完成话务的集中，并对相关资源进行分配。中央级控制系统是由处理器、存储器、各种OAM终端和各种外设组成的，远端接口是控制子系统与集中操作维护中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。中央CPU一般负责系统资源的分配、中央交换网络的控制、呼叫处理、信令处理、控制用户级CPU以及完成系统的操作、维护、管理等功能。第二章 系统结构和系统原理分析本次课程设计为兰州理工大学西校区校园电话网规划，在我们做出调查的基础上，进行分析和计算，然后整体规

14、划布局。调查结果如下：北村：宿舍有A.B.C.D.E.F.G.H.共8座，每座有七层，每栋楼有180个宿舍，各分配一部电话，两栋宿舍之间有一个值班室，配一部电话，大约有1448部电话。 南村，宿舍有A.B.C.D.E.F.G.H和南苑9号楼，前五栋的分配和北村相同。南苑9号共有245个宿舍，每个宿舍配一部电话，总共有245部电话。因此南村总共有1693部电话。1号和2号教学楼，教学楼三层和四层各有6间办公室，每个办公室3张办公室，每张办公桌有一部电话，每栋楼有一个值班室和一个教研休息室，各配一部电话，共有38*2=76部电话。4号和6号教学楼只有两个信息点为值班室和教研休息室，各配一部电话，共

15、4部电话。实验馆AB;各有8个办公室，每个办公室有2张办公桌配一部电话，每馆一个值班室，配一部电话，共17*2=34部.其他，金工实习中心有两个办公室，每个办公室和一个值班室，3部电话，体育教研室11个办公室，每个办公室一部电话，共11部，校医院5个办公室和一个值班室6部电话，食堂楼有13个院办公室，每个办公室3个年纪办公各配3部电话，共59部电话。经过调查，西校区现有固话数约为3337部，可考虑到未来的扩建增加办公人数，初步设计用户电话容量为5000部，能够满足较长一段时间的需求忙时话务调查发现，学生的最忙时为晚上21：00到23：00，而其他办公人员为早上9：00到10:00,学生的最忙时

16、话务量交换很大部分发生在局外，而办公人员很大部分发生在局内，因为忙时话务量的抽样调查时按人为单位的，所以忙时话务量BHCA分学生和办公人员分别计算，考虑到网络的阻塞问题，因学生和办公人员的忙时不同，而且学生数远大于办公人员数，所以最忙时应为晚上21：00到23：00，如果在这个时段不发生阻塞，那么交换网络就为无阻塞网络。用户号码的编号在参考现有的号码的基础上，并根据号码编制的原则，虽然4位，5位（有1位局号），6位（有2位局号）都能满足本次设计的要求，但与实际不符合，因此对电话号码的编制为7位PQRABCD，前3位PQR为局号，后4 位ABCD为用户号编号。因为存在用户数增加的可能，在设计的时

17、用户数大于实际调查数，可以满足较长时间段内的需求第三章 话务量的概念及计算电话交换机的基本功能是交换信息。要经济有效地完成交换任务，就要研究电话交换的特点，即用户对电话的要求和使用电话的规律，这样在涉及交换系统时，根据所承受的电话业务量（话务量）及规定的服务质量指标（呼损），做到经济合理的提供用户满意的服务质量。3.1话务量及其计算3.1.1、话务量的概念 话务量又称为话务负荷和电话负荷，是反映交换系统话务负荷大小的量，它指从主叫用户出发，经交换网络到达被叫用户的话务流量。显然，呼叫次数越多，每次呼叫占用的时间越长，交换机的负荷就越重。所以影响话务量的基本因素是：呼叫次数和占用时长。话务量的计

18、算公式为 A=C×t式中 A话务量； C单位时间内发生的平均呼叫次数； t每次呼叫平均占用时长。话务量的单位叫“爱尔兰”,或叫“小时呼”，简写为Erl。3.1.2、话务的统计及对用户的调查据人数调查可知：西校区共有学生18750人、其他办公人员约为150人。在学生的调查中，一般打电话最忙的时间为晚上21：00到23：00之间，时长大概在5min到12min左右，在本次设计中我们取平均值8min为通话时长。其中包括局内和局外，经调查，局内一般很少通话，忙时大概为1.6min;因此我们算出局外呼叫时长一般为6.4min，其中还包括出局（及从学校往局外拨的电话）和入局（及从外边接收的电话）

19、两种情况，从家往学校打电话是长途，而学校往外打电话较为优惠，所以出局呼叫的次数比较多，时长也较为大，通过统计和计算，其中入局时长大概为2min，出局时长约为4.4min。对办公人员的调查，一般打电话最忙时间为上午工作时间9：00到10:00左右，办公通话次数较为频繁，一般为5次，每次通话时长大概为2min。即在1h内共通话10min，其中局内通话为2min，局外通话一般为8min，包括入局通话时长2.5min和出局通话时长5.5min。通过以上调查，我们可以算出忙时话务量，局外忙时话务量及入中继线话务量。3.1.3、话务量的计算（1）忙时话务量调查及计算： 忙时 平均时长/次 次数 平均局外呼

20、叫时长/次 学生 21：0023：00 8min 1次 6.4min 办公人员 9：0010：00 2min 5次 1.6min忙时话务量： 学生 A=0.067Erl 办公人员 A=0.167Erl局外忙时话务量： 学生 A=0.053Erl 办公人员 A=0.133Erl（2）一般情况下，局外呼叫分为入局和出局两部分，据统计计算可知：时长 次数 平均局外呼叫时长/次（入局呼叫时长/ 出局呼叫时长）学生 2h 1次 6.4min ( 2min / 4.4min )办公人员 1h 5次 1.6min ( 0.5min / 1.1min )入中继线话务量的计算： 学生 A= =0.017Erl

21、办公人员 A=0.042Erl3.2、中继线的计算1、在电话交换网络中，中继线一般是用来连接局外用户的呼叫，根据上边局外忙时话务量的计算，可求出中继线条数。学生 18750人×0.053Erl=994条办公 150人×0.133Erl=20条由于要考虑西校区的学生扩招情况，所以我们将总共的中继线数增加到1050条，即所需中继线容量为1050。2、入中继线数的计算学生 18750人×0.017Erl=319条办公 150人×0.042Erl=7条3.3用户交换机配置计划的技术要求和技术指标3.3.1呼损概率由于交换系统的话源数远远大于话路数M，发生“k个用

22、户同时呼叫”这一事件又是纯随机事件，因此可能出现用户呼叫时，交换系统的M条话路已全部被占用（k>M）,在网络中找不到一条空闲出线，致使接续不能建立，从而使这次呼叫损失掉的情况出现，这是不能避免的事件。这时，系统的流入话务量要大于系统的完成话务量。我们将流入话务量与完成话务量之差称为损失话务量。损失话务量与流入话务量之比，就是呼叫损失率，简称呼损。呼损应称为呼损概率，它是一种偶然事件。呼损数值的大小与出线占用的概率分布有关。在相同的出线数和相同的话务量时，占用的概率不同，呼损值也就不同。在一定概率分布下，呼损值与出线数和话务量有关，出线数相同时话务量越大，呼损越大；话务量相同时出线数越多，

23、呼损越小。3.3.2交换网络的阻塞概率 由于在本次设计中，要求交换网络的阻塞概率为0，即需要无阻塞网络。3.3.3交换系统的呼叫处理能力描述一台程控数字交换机的话务能力，通常有二个基本参数：第一是话务负荷能力，即话务量；第二是呼叫处理能力，即单位时间内控制设备能够处理的呼叫次数，用最大忙时试呼次数（BHCA）来表示。对于数字交换机来说，网络的内部阻塞率很低，能通过的话务量较大，因此交换机的话务能力往往受到呼叫处理能力的限制。所以BHCA是评价一个交换系统的设计水平和服务能力的一个重要指标。（1）BHCA的测量交换机所处理的话务量就是用户线上所发出的话务量加上入中继线上流入的话务量，因此可以得出

24、BHCA(试呼次数/时)值的计算公式 BHCA=学生 BHCA=18750次/时 BHCA=103次/时办公 BHCA=759次/时 BHCA=11次/时BHCA=18750次/时103次/时=18853次/时BHCA=759次/时11次/时=770次/时（2）呼叫处理能力的提高影响呼叫处理能力的因素很多，从系统容量、系统结构、处理机能力、软件结构到软件编程和编程语言等各方面都对其产生影响。从影响交换机呼叫处理能力的因素来看，我们不可能通过降低系统容量的方法来增加呼叫处理能力，因此只有尽可能的改善其它几方面的影响，使呼叫处理能力得到提高。第一，提高系统结构的合理性 使各处理机的分工合理，负荷分

25、配均匀；选用效率高的处理机间通信方式。第二，提高处理机本身的处理能力 这就要求对处理机要预计一个占用率，在设计上合理安排各类开销，使时间资源得以充分的利用。第三，设计高效率的操作系统 程控交换系统是一个实时系统，不适合采用一般的通用操作系统，而要有一个实时操作系统。第四，提高软件的设计水平 软件设计水平是影响系统处理能力的一个重要因素。要合理安排软件功能模块，以便尽量减少不必要的任务调度和通信的开销。第五，精心设计数据结构 设计一个合理的数据结构，尤其要注意时间上的效率。必要时可以以空间来换取时间，以减少系统开销。（3）过负荷控制过负荷控制是使程控数字交换机保持正常工作的一个重要措施。若没有过

26、负荷控制，当呼叫次数超处理机允许的最大完成能力时，处理机实际完成的处理能力将急剧下降，服务质量变坏，甚至引起不良后果，而采取了过负荷控制措施后，系统在过负荷状态下的呼叫处理能力得到了很大改善。正常情况下，交换机的呼叫处理能力应达到10万次/时，当负荷值超过设计能力，但未达到50% 时，交换机的呼叫处理能力应不低于9万次/时。第四章 号码编号4.1 电话号码编制的基本规则 电话号码编制的基本工作电话网络的正常运行离不开科学的号码体系。因此，电话网络对其号码的编制有严格的要求。而号码资源开发的科学、合理、有序进行，又保证运营商有一个正常的市场竞争环境。因此，电话网号码编制必须遵循一定的规则。这些原

27、则，可以归结为规范性、唯一性、稳定性、规律性、预见性和经济性。1规范性电话号码编制必须具有一定的规范。而这些规范一经制定，在一定时期内具有不可变更性。整个网络的实施规则都得在号码规范的框架内进行。号码编制的规范性主要体现在以下几个方面： 1）国家和地区代码、信令点代码等方案。 2）我国信息产业部制定的公众网的编号计划。 3）整个号码编制计划是一个统一的整体。她体现出的规范性，任何一家运营商都无法按照自己的局部网络进行改变。 2唯一性号码的唯一性，是指交换系统必须执行的号码编制规则。而对于交换系统本身而言完全可以根据需要编制出长短不同号码，也可以编制出与其他交换系统完全相同的号码。3稳定性号码编

28、制计划要有稳定性。稳定性是指号码一经确定，在较长的时间内不能轻易变更。为了编号计划的稳定，在制定编号计划之初就应提供足够号码容量，以适应长时间的发展需要。传统理论认为，号码编制计划要考虑30年到40年的网络发展需要，在这个期间号码不应有较大的变动，特别是在号码位数不应有较大的变动，以保持编号计划的相对稳定性。 4规律性号码编制计划具有规律性特点，不仅是用户使用的需要，也是网络运行的需要。号码编制的规律性的最主要作用是易于被人们记忆，而易于被人记住的号码也就方便人们的使用。 5预见性电话号码的编制计划应具有遇见性的特点。号码编制的预见性目的，是为例保证号码使用的相对稳定性。号码编制的预见性主要指

29、长途区号位数的确定、采用等位制还是不等位制的确定、本地网号码位数的确定等。6经济性号码编制的经济性，体现在号长确定、号码资源的有效利用、网间业务互联互通等方面。从经济性角度考虑，功能强大的7号信令足以支撑我国的各种电信业务。 4.2电话号码编号1单局制市话网编号计划单局制市话网只有一个电话网，而且其用户号码只有4位号长的电话网。4位号长的单局制市话网，其理论容量为一万线，它的一万个用户编号是从0000到9999，但它的实际容量为7000个号到8000个号。其原因是每个城市的电话用户号码首位号为“1”是作为特服号码;首位号为“0”作为长途电话的字冠号，这样在全部号码群中因为首位“1”“0”不用，

30、就少去2000号码。另外，我国的编号制度一度将首位号“9”作为他用，这样就又少1000个号，所以实际容量为7000到8000号的原因。单局制实话网的编号为4位编制,其首位号的第一位分配为：“1”特服号码与其他短号码的首位；“2”“9”市话号码的首位；“0”长途全自动的字冠。单局制网络的号码资源总容量通常认为8000个号，而本次设计的用户容量为5000部，虽然单局制网络的用户号码能够满足编号需要，但考虑到实际应用是不切实际的。因此，设计的时候放弃了单局制市话网。2多局制市话网由于单局制市话网不能满足需要，因此考虑升号来满足编号和实际需要。5位号长的市话网，第一位号码即是局号，最多可以有八个分局，

31、后面四位为用户号码。其最大号码容量为八万户。6位号长的市话网，前两位号码即是局号，最多可以有八十个分局，后面四位为用户号码，其最大号码容量为八十万户。7位号长的市话网，前三位号码即是局号，最多可以由八百个分局，后面四位为用户号码，其最大号码容量为八百万户。为了和市场实际需要接轨，决定编号为七位号码。编号为：“0”+“X1”“X2”“X3”+PQRABCD其中“0”为长途全自动的字冠；X1X2X3兰州市长途区号931，PQR为分局局号，ABCD为用户号码。编码理由为：兰州市现有人口约360万，按照四口一家安装一步电话大学需要九十万个用户号码，而且这个不考虑办公和公用电话，6位号码长度不能满足需求。七位号码有八百万个号码容量，远大于九十万，把办公和供用电话都考虑在内，也能满足长时间的电话号码需求，并且在很长一段时间内不会出线号码的升位和变更，满足号码编码的基本规则，所以本次设计采用七位号码的电话编码。课设总结课程设计是培养学生综合运用所学的理论知识，发现