第4章存储程序控制原理

1、.第4章 存储程序控制原理2009-10-27.硬件系统的基本组成承上启下：承上启下：交换复用开关（开关阵列组成的连接器）连接（连接函数）网络(单级与多级交换网络区别)电路交换接口电路设想一下，接下来内容是什么？ .概况现代通信发展的基点：传输方式数字化和控制方式计算机化。存储程序控制（SPC）：通过软件变动就可达到改变交换系统的组态和功能的目的。程控交换：泛指存储程序控制信息交换，如程控电话交换，数据分组交换等。课堂思路：课堂思路：呼叫处理过程 实现基本功能 硬件配置 软件结构.目录4.1 呼叫处理过程4.2 程控交换控制系统的电路结构4.3 呼叫处理软件4.4 程控交换机的软件系统.4.1

2、 呼叫处理过程4.1.1 一个呼叫处理过程4.1.2 稳定状态和状态转移4.1.3 用SDL图来描述呼叫处理过程.4.1.1 一个呼叫处理过程1主叫用户A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，测试并预占空闲路由：6向被叫用户振铃7被叫应答通话8话终、主叫先挂机9被叫先挂机.4.1.2 稳定状态和状态转移.（1）图中共有6种状态，在每个状态下任一输入信号可以引起状态转移。在转移过程中同时进行一系列动作，并输出相应命令。（2）一个局内呼叫（也包括其它呼叫）过程包括以下三部分处理：输入处理、内部处理、输出处理。.激励响应过程. 对于处理机来讲，在一个状态下，如果没有输入，则

3、处理机不去理会，反过来说就是，输入引起状态转移。但是， 1 ）同样的输入，在不同的状态，会有不同的处理。如：同样是摘机，在空闲状态下，则认为是主叫摘机，要找空闲收号器、送拨号音等，转入“等待收号状态”；若在振铃状态下摘机，则认为是被叫应答，要进行通话接续，转入“通话”状态。 2 ）同样的状态，不同的输入，会有不同的处理。如同样在振铃状态，若主叫挂机，则中途挂机处理，转入空闲；若被叫摘机，则通话接续，转入通话状态。 3 ）同样的状态，相同的输入，情形不同，会有不同的处理。如空闲状态下主叫摘机，若有空闲收号器，空闲路由，则转入等待收号状态；若没有空闲收号器或路由，则送忙音，转入“听忙音状态”。 .

4、4.1.3 用SDL图来描述呼叫处理过程n呼叫处理过程在不同情况下，出现的请求以及处理的方法各不相同。n例如：识别到挂机信号？这挂机是在用户听拨号音时中途挂机？收号阶段中途挂机？振铃阶段中途挂机？通话完毕挂机？处理方法也各不相同！n这些复杂功能，采用规范描述语言SDL图来表示。.SDL进程图常用符号.用户摘挂机识别用户摘挂机识别原理及流程 .号码分析数字双频号码.4.2 程控交换控制系统的电路结构程控交换的控制系统的工作过程常具有下述模式模式：（1）接收外界信息，如外部设备的状态变化， 请求服务的命令等；（2）分析并处理信息；（3）输出处理结果，例如指导外设运行的状态 信息或控制信号。.程控系

5、统的主程控系统的主要特点要特点：外部设备输入的信号并不直接送入处理器，而是暂时存在存储器中，由处理器在某一适当的时刻读出和处理。同理可解释输出过程。.接口 n接口的作用：将外来信息（通常表现为电信号形式）转变成适合于处理器处理的数据形式，或反之。 n接口数据写入存储器的过程：借助于处理器，由接口中独立的处理器完成，或由控制系统的主处理器完成（由接口驱动程序引导）。n接口驱动程序启动：由操作系统周期地调用（查询方式），或在接口的请求下强迫启动（中断方式）。 .n计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成：接口（I/O），存储器（MEM）和中央处理器（CPU）。n控制系统的处理器组成控制系统的处理器

6、组成：由CPU、程序和工作数据。n控制过程的执行细节及复杂性细节及复杂性：反映在程序和数据（软件）的设计中。 n控制执行的过程控制执行的过程：n1.CPU在程序的引导下从指定的输入存储器读出外界输入的数据;n2.结合当前的过程状态、变量值等工作数据对之进行处理;n3.将结果写入输出存储器或改变当前的工作数据。.n1.在任何时刻总线上只可能有一个信号传输，即系统中各器件间的信号传递是分时独立地进行的。 n2.实际控制系统的种种差别主要来自它们所使用的CPU不同。 n3.接口电路应能将各种外设输入的信号转变成适合CPU总线传输的信号，从而使CPU能如同读写存储器那样读写接口电路。 n4.总线是CP

7、U设计的一部分，不同的CPU常要求使用不同的外设接口电路。为了增强适用性，许多接口电路也常设计成可连接多种总线，在具体应用中使用哪种总线连接方式可通过编程选择。 n5.实际程控交换机的控制系统可由多个CPU组成，它们使用着不同的总线。各CPU总线之间、外设与各CPU总线之间存在着大量的接口。 控制系统电路结构特点控制系统电路结构特点.4.3 呼叫处理软件4.3.1 状态转移的处理过程4.3.2 呼叫处理软件概述4.3.3 扫描与输入原理及SDL图举例 4.3.4 扫描周期的确定4.3.5 数字分析4.3.6 路由选择4.3.7 通路选择4.3.8 输出驱动.4.3.1 状态转移的处理过程呼叫处

8、理过程呼叫处理过程：不断的状态转移过程，输入处理、内部处理和输出处理的不断循环。.设计方法设计方法：根据系统结构和性能，区分出各种不同状态和状态转移条件。.4.3.2 呼叫处理软件概述n输入处理：例如用户状态扫描，拨号脉冲扫描 发现事件 级别：执行级别较高，仅次于故障中断。 周期：硬件写入4ms，软件读取100msn内部处理：如数字分析、路由选择、通路选择 分析处理事件 级别：低于输入处理，可以允许执行稍有延迟。 结果：启动另一个内部处理程序或启动输出处理。n输出处理：执行振铃、发码等功能 执行处理结 完成话路设备的驱动 如接通或释放交换网中的通路，启动或释放某话路 设备中的继电器或改变控制电

9、位.4.3.3 扫描与输入原理n目的目的：为了有效地读取硬件状态信息。n定位定位：扫描程序是接近硬件的低层软件。n方式方式：由硬件以一定周期不断地送往特定的扫描存储区，再由软件周期地读取(有待处理机读取的外部信息) 。n并行并行：每路接口的输入与输出仅需要1位存储器，控制系统的数据总线常是8位、16位甚至32位，接口监测信号的读入通常需要并行进行。.用户摘挂机识别用户摘挂机识别原理及流程 这次扫描结果：PR； 前次扫描结果：LR.状态变化寄存器 SR=PR与LR 异或操作SR LR=1 挂机识别.4.3.4 扫描周期的确定扫描周期的确定 （号盘话机拨号号码的接收（号盘话机拨号号码的接收 ）n1

10、 ）脉冲识别 用户拨一位号码，形成一串脉冲，即一串脉冲代表一位号码。首先应把这一串脉冲识别出来，并由程序判断出是什么号码。 n2 ）位间隔识别 两位号码之间形成位间隔，也就是两串脉冲之间的间隔，用来区分两位号码。 .1 ）脉冲识别 扫描周期确定原则：任何一个脉冲断续时间内至少进入一次脉冲扫描。号盘脉冲的参数：脉冲速度和脉冲断、续比。（1）脉冲速度：820个/秒（我国规定）（2）脉冲断续比1：13：1这样要求最长的扫描间隔不能大于多少？.1 、脉冲识别.2 、位间隔识别、位间隔识别 1 ）要求在 一个间隔时间内一个间隔时间内 有脉冲发生，也就是说该间隔必须跨越至少一必须跨越至少一次次 1 、 0

11、 之间的变化之间的变化，也可以是多次 先看识别的思想 .现实规定拨号盘的位间隔不小于 250ms ，即最短位间隔时间为 250ms 。所以，位间隔扫描周期应该大于 93.75ms ，而小于 250ms ，事实上取的是 96ms 。 扫描间隔时间的确定扫描间隔时间的确定. 位间隔识别原理位间隔识别原理.96ms 识别出的 0 其实可能是位间隔，也有可能是挂机。这时要看一下前次扫描结果（ 8ms ），如果为 0 说明用户处于摘机状态，则为位间隔。如果前次扫描结果为 1 ，表示用户处于挂机状态，表示用户中途挂机了，而不是位间隔。 .（4）DTMF号码接收原理号码接收原理.nDTMF有两组频率：高频组

12、和低频组，每个号码分别用一个高频和一个低频来表示，因此DTMF号码识别实际上就是要识别出是哪两个频率的组合。程控交换机使用DTMF收号器（硬件收号器）来接收DTMF信号，DTMF收号器的示意图如图3.42所示。图3.42 DTMF收号器示意图.n在图3.42中，输出端用于输出某个号码的高频信号和低频信号，信号标志用于表示DTMF收号器是否在收号。当信号标志SP=0时，表示DTMF收号器正在收号，可以从收号器读取号码信息；当信号标志SP=1时，表示DTMF收号器没有收号，无信息可读。为了及时读出号码，我们对信号标志SP要进行检测监视，一般DTMF信号传送时间大于40ms，我们通常取该扫描监视周期

13、为20ms，以确保不漏读DTMF号码。 .图3.43 DTMF收号原理.4.3.5 数字分析n对各种输入信息，可以来自用户线、中继线、其他局、操作台等的各种信息进行分析并处理，决定下一步该做什么，分析处理由分析程序负责执行。 .（1）去话分析：）去话分析：n输入处理的摘挂机扫描程序检测到用户摘机信号后，交换机要根据用户数据进行一系列的分析，然后决定下一步的接续动作。我们将这种在主叫用户摘机发起呼叫时所进行的分析叫做去话分析，去话分析基于主叫用户数据，去话分析的结果决定下一步任务的执行和输出处理操作。.n去话分析的一般流程，它给出了主要的去话分析内容。 .（2）号码分析：）号码分析：n号码分析是

14、在收到用户的拨号号码时所进行的分析处理，其分析的数据来源就是用户所拨的号码。交换机可从用户线上直接接收号码，也可从中继线上接收它局传送来的号码。号码分析的目的是确定接续方向和应收号码的长度，以及下一步要执行的任务。.n号码分析可分二个步骤进行：号首分析和号码翻译。 接收到用户所拨的号码后，首先进行的分析就是号首分析。号首分析是对用户所收到的前几位号码的分析，一般为13位，以判定呼叫的接续类型，获取应收号长和路由等信息。 号码翻译是接收到全部被叫号码后所进行的分析处理，它通过接收到的被叫号码来找到对应的被叫用户。每个用户在交换机内都具有唯一的标识，我们通常称之为用户设备号，通过被叫号码找到对应的

15、被叫用户，实际上就是要确定被叫用户的用户设备号，从而确定其实际所处的物理端口。.n号码分析及相应任务执行的流程。 图3.47 号码分析及相应任务的执行.n比如按照我国电话网编号计划，若号首为“0”，则为国内长途呼叫；号首为“00”，则为国际长途呼叫；号首为“800”，则为智能网业务呼叫；号首为“119”，则为特服呼叫。通过号码分析确定了呼叫类型并获取了相关信息，进而转去执行相应的呼叫处理程序。.（3）来话分析）来话分析n来话分析是当有入呼叫到来时在叫出被叫之前所进行的分析，分析的目的是要确定能否叫出被叫和如何继续控制入局呼叫的接续。来话分析是基于被叫用户数据进行的。.n来话分析的一般流程。特别

16、注意的是当被叫忙时，应判断用户是否登记了呼叫等待、遇忙无条件转移和遇忙回叫业务。.（4）状态分析）状态分析n从对呼叫处理过程特点的分析可知，整个呼叫处理过程分为若干个阶段，每个阶段可以用一个稳定状态来表示，整个呼叫处理的过程就是在一个稳定状态下，处理机监视、识别输入信号，进行分析处理，执行任务和输出命令，然后跃迁到下一个稳定状态的循环过程。在一个稳定状态下，若没有输入信号，状态不会迁移。在同一状态下，对不同输入信号的处理是不同的。因此在某个稳定状态下，接收到各种输入信号，首先要进行的分析就是状态分析，状态分析的目的是要确定下一步的动作，即执行的任务或进一步的分析。状态分析基于当前的呼叫状态和接

17、收的事件。.5 5、任务执行和输出处理、任务执行和输出处理n在呼叫处理状态迁移的过程中，交换机所要完成的任务主要有： 分配和释放各种资源，如对DTMF收号器、时隙的分配和释放。启动和停止各种计时器，如启动40s忙音计时器，停止60s振铃计时器等。形成信令、处理机间通信消息和驱动硬件的控制命令，如接通话路命令、送各种信号音和停各种信号音命令。开始和停止计费，如记录计费相关数据等。计算操作，如计算已收号长，重发消息次数等。存储各种号码，如被叫号码、新业务登记的各种号码等。对用户数据、局数据的读写操作。.n在任务执行的过程中，要输出一些信令、消息或动作命令，输出处理就是完成这些信令、消息的发送和相关

18、动作的过程。具体来说，输出处理主要包括：送各种信号音、停各种信号音，向用户振铃和停振铃；驱动交换网络建立或拆除通话话路；连接DTMF收号器；发送公共信道信令；发送线路信令和MFC信令；发送处理机间通信信息；发送计费脉冲等。.分析方法一、程序判断分析法 （1）预译处理（如号首位0、1处理） （2）号码分析处理（译码表转任务表）二、查表分析法 优点：可克服程序分析的缺点，可适应编号制度的变化而具有灵活性。 （1）塔式结构 （2）线性结构 .二、查表分析法塔式结构线性表格.（1）塔形结构塔形结构由多级表组成，用所收到的逐位号码依次检索各级表格。(“金字塔”式的结构。)1个比特指示位：“0”表示继续查

19、表，此时所得为下级表的首地址；“1”表示查表结束，得到对应于一定的接续任务的代码。.（2）线性结构前提：要收到足够的位数后才开始查表，例如收到前3位后查表； 多数情况：首次查表即可得到分析结果-接续任务代码；未用号码：用特殊代码，例如用“0”表示未分配来； 少数情况：要继续查表，为此可加一个扩展表。两种搜索方法：一种是线性方法；另一种是两分搜索法；两分法的前提：表中的号码组合应按其数值依次排列。 .4.3.6 路由选择（1）路由选择的任务n根据数字分析的结果，在相应路由中选择一条空闲的中继线。如该路由全忙而有迂回路由，就转向迂回路由，可能迂回多次。 .（2）迂回路由的选择n查表法 由路由索引（

20、RTX） 查路由索引表得中继群号（TGN）和下一（迂回）路由索引（NRTX） 每个RTX对应一个TGN-在该中继群中选择空闲中继线。如果全忙，就用NRTX再检索路由索引表-得到与NRTX对应的TGN及下一个路由索引。 .迂回路由的选择举例迂回路由的选择举例.4.3.7 通路选择（1）通路选择的任务n通路选择的任务是根据已定的入端和出端在交换网络上的位置（地址码），选择一条空闲的通路。一条通路常常由多级链路串接而成，串接的各级链路都空闲时才是空闲通路。 n为进行通路选择，在内存中必须有各级链路的忙闲表，也就是所谓的“网络映像”。n通常采用条件选试，即要全盘考虑所有的通路，从中选择所涉及的各级链路

21、都空闲的通路。 .（1）TST网络的通路选择n以FETEX-150为例研究对应的PTSW、STSW和S级组成一个网络模块，每个网络模块有64个字的网络映象，表示内部时隙（ITS）的忙闲状态.网络通路选择时，出入端位置已定，设：入线在第i个网络模块，出线在第K个网络模块。 .通路选择的步骤通路选择的步骤(1)根据出入线确定忙闲表：应使用NWi和NWK的忙闲表。(2)TST网络为二级链路，需要对应的两级链路都空闲，才是空 闲通路nAB （NWi忙闲表第WC行）（NWK忙闲表第WC+32行）=1 BA （NWK第WC+16行）（NWi第WC+48行）=1 (3)如果逻辑乘结果为0，表示这一行全忙，可

22、换一行测试，最多可换32行。 .4.3.8 输出驱动n输出驱动的主要任务是编制好要输出的控制信息并在适当时刻输出。n分类：交换网络驱动话路设备电路驱动.1）呼叫处理机（CPR）与TST网络间有接口电路信号接收分配器（SRD）； 2）PTC、SWC、STC分别为初级T控制存储器、空分级控制存储器、次级T控制存储器。 3）设CPR最多可控制8个数字交换模块，则还应区分哪个模块（即区分哪个SRD）。4）CPR输出的驱动信息中，除了要写入到控制存储器的信息外，还应包含驱动何种设备的信息 .4.4 程控交换机的软件系统4.4.1 交换软件的特点和组成4.4.2 程控交换机的操作系统4.4.3 呼叫处理能

23、力分析4.4.4 数据结构4.4.5 程序设计语言.4.4.1 交换软件的特点和组成n随着微电子技术的发展，硬件成本越来越低；随着新业务的不断引入和功能的不断完善，软件工作量还有不断增加的趋势。软件成本和质量决定程控交换系统的价格。n软件系统的特点：规模大、实时性、多道程序并行处理、可靠性要求高。n软件系统的组成：运行软件系统和支援软件系统。.交换软件由运行软件系统和支援软件系统两大部分组成,包括: .4.4.2 程控交换机的操作系统 交换机的操作系统直接覆盖在裸机上，为其它软件模块提供一个虚拟机环境，所以操作系统有两个界面：n操作系统与硬件（处理机系统和交换机外设）之间的界面；n操作系统与其

24、它软件模块之间界面。.操作系统主要功能：内存管理、程序调度、程序间的通信、处理机间的通信（在多处理机交换系统中）、时间服务、出错处理等。除这些模块外，还包括操作系统接口和初始化程序。.1、进程概念定义：程序在某一数据集上的动态执行。描述：进程的等待状态与进程的有限状态机 （FSM）描述。进程的FSM描述.2、程序调度程序调度就是调用合适的程序占用处理机。应用程序（进程）必须经操作系统调度才能占用处理机。所有程序的调度都由操作系统中的调用程序来完成。调用是实现系统并发处理的关键之一。（1）调度策略 静态调度和动态调度。（2）程序级别 故障级、时钟级（或周期级）和基本级。. 其中故障级级别最高。

25、其次是时钟级，时钟级中执行实时性要求严格的进程或其它要求定时执行的进程，如各种扫描程序均属时钟级。 基本级执行定时性要求不太严格的进程，稍有延迟也没有什么影响，级别最低。.（3）时钟级调度 时间表是启动时钟级程序、作为时钟级调度的依据。 时间表的构成 ： （）计数器 （）时间表 （）屏蔽表 （）转移表 .时间表.时间表中时钟级程序的启动周期：（）拨号脉冲识别程序，启动周期为8ms；（）测试用拨号脉冲识别程序，启动周期为8ms；（）按钮号码识别程序，启动周期为16ms；（）位间隔识别程序，启动周期为96ms；（）中继器扫描程序，启动周期为96ms；（）用户群扫描程序，启动周期为96ms；（）时间

26、计数器清零，启动周期为96ms； 从所要执行的程序看，最大周期为96ms，故时间表有12个单元，即12行即可。时间计数器是每8ms加1，也就是说，时钟级中断的周期为8ms。字长16，即每一行有16位。. 时间表控制流程图：（）时间计数器最初置“0”，每8ms中断一次，时间计数器加1。（）8ms中断到，读时间计数器的值，以其值为指针，读取时间表中该行的内容。例如，在计数器数值为1时，读时间表第一行的内容。（）将时间表该行的内容与屏蔽表相应的内容进行逻辑乘。（）将逻辑乘的结果右移一位。（）判断是否是最高位。（）若不是最高位，则判断该逻辑乘的结果是否为“1”，不是“1”，则转入（）。若是“1”，则转

27、至转移表，找出相应的程序入口地址，执行该时钟级程序，执行完毕，即可转（）。（）若在（）处判断是最高位，则判断该位是否为“1”，如果是1，则转至计数器清零，返回初始位置，等待下一个8ms周期中断到来。若最高位不是“1”时，则启动下一级控制程序，本时间表若是L级时间表，则此时就启动基本级的控制程序。同时，时间计数器加1，返回至初始位置。.（4）基本级调度n基本级中的程序也可以有周期性（周期较长），但大部分程序没有周期性，而是按需执行，有任务就激活。n执行控制程序先询问有无BQ1级处理要求，如有则按BQ1队列依次处理，处理完毕再询问有无BQ2级处理要求，如此下去，直到BQ3级的队列处理完毕为止。基本

28、级调度管理程序框图.先进先出链队基本级中的队列就是处理登记表的队列。处理登记表也叫处理细目，是在发现处理要求的进程中登记的。例如用户扫描发现用户呼出，就登记呼出事件处理登记表，包括应激活的进程地址、要求处理的内容和处理中必须的一些数据等。.4.4.3 呼叫处理能力分析两个参数：通过交换网络可同时占用的路由数，即一般称为话务量，用爱尔兰数表示；单位时间控制设备能处理的呼叫数。数字交换机，交换网络阻塞率很低，能通过的话务量较大，因此交换机的话务能力往往受控制设备的呼叫处理能力的限制。控制设备的呼叫处理能力以忙时试呼次数（BHCA）来衡量。是评价一台交换系统的设计水平和服务能力的一个重要指标。.影响

29、BHCA的因素 (1)处理机速度(2)指令功能(3)无呼叫发生时的开销（涉及一次呼叫处理要执行多少条指令以及各种指令的执行速度）(4)呼叫处理的开销（主要开销）(5)其它开销（调度管理、机间通信和简单的故障处理）(6)程序结构和编制(7)安全系数（余裕处理能力）(8)话务参数 .BHCA的估算程控交换机所给出的BHCA值必须有足够的精确度，否则会导致使用中服务质量的严重下降。因此，分析和测算所能承担的BHCA值是一个重要问题。估算的线性模型通常用一个线性模型来估算处理机的时间开销t：t=A+B*NA是与话务量无关的开销，而与系统容量等固定参数有关；B是处理一次呼叫的平均时间开销；N为一定时间内

30、各种呼叫接续的总数，即处理能力值（BHCA）。.简要分析说明 （1）A的产生主要来自时钟级程序。（2）B是处理一次呼叫的平均开销，必须考虑到本局、出局、入局的呼叫比例以及拨号不全、阻塞、被叫忙、被叫不应答所占的比重。（3）N是各类呼叫的总次数，按照一定的话务量和平均占用时间可以求得N。示例 例如某处理机忙时呼叫处理的时间开销平均为0.85（即占用率），固有开销A=0.29，处理一个呼叫平均需时32ms，即可得： 0.85=0.29+(0.032/3600)*N N=(0.85-0.29)*3600/0.032=63000次/小时 .4.4.4 数据结构1、数据类型 存储程序控制的实现离不开存储

31、器中的大量数据。软件包括程序与数据。数据是程序执行的环境和依据。 数据基本上可分为两大类，即动态数据和半固定数据。 1）动态数据 呼叫处理过程中有许多数据需要暂存，而且不断地变化。这些数据称为动态数据：呼叫控制块、时限控制块中存放的、各种忙闲表。 2）半固定数据.相对于动态数据而言，半固定数据是基本上固定的数据，但在需要时也可以改变。半固定数据分为用户数据和局数据，也可统称为局数据。 (1)用户数据 用户线类型、话机、服务类别和用户设备码。 (2)局数据是与整机有关的数据 出局路由数、各路由的中继线数、迂回路由方案、编号方法、与控制接续有关的参数。2、数据表格结构 以动态数据的表格结构为例：各种动态数据要按照其性质组织成紧凑的表格结构。 各种交换系统的表格结构，因容量、性能、内存容量、存取方法等因素而异。.1）小容量交换机的表格类型 (1)忙闲表； (2)事件登记表； (3)呼叫记