第3章 程控交换课件

第3章程控数字电话交换与电话通信网

（电路交换技术）

本章主要讲述内容:

介绍电话通信的产生和电话交换技术的发展

介绍数字程控电话交换系统的体系结构，并在此基础上重点阐述电话交换系统硬件系统各个组成部分的工作原理、控制系统的构成方式、软件系统的组成以及程控交换软件技术

介绍电话通信网的网络结构和工作原理等相关技术。

交换的基本技术包括：互连技术、信令技术、接口技术、控制技术（1）互连技术：交换网络(第2章介绍)（2）接口技术：

用户接口电路数字中继电路（４）控制技术（计算机控制）：◆处理机结构：集中控制、分级控制、全分散控制◆程控交换软件结构：操作系统软件用户软件：呼叫处理软件、维护管理软件（３）信令技术（第4章介绍）3.1.1电话通信与电话机1875年6月2日贝尔和沃森发明了电话（原始的电磁式电话）↓1877年爱迪生发明了碳精式送话器+手柄+呼叫设备（电铃）+手摇发电机+干电池（磁石式电话机）↓1882年出现了共电式电话机（没有手摇发电机和干电池，通话所用电源由交换机供给）↓3.1概述↓1896年美国人爱立克森发明了旋转式电话拨号盘1920年美国人坎贝尔发明了消侧音电路（自动电话机-拨号盘电话机）↓60年代电子学飞速发展、70年代大规模集成电路出现(电子电话机-按键式电话机)↓80年代随着N-ISDN的应用出现了数字电话机3.1.1电话通信与电话机送话器受话器原始话音还原话音二-四转换消侧音电路电话机原始话音还原话音电话机的构成及通话原理3.1.1电话通信与电话机受话器：将相应的电信号还原为声音的转换器。送话器：将声音变换为相应电信号的转换器。旋转式拨号盘（三个参数）：

脉冲速度：表示拨号盘每秒钟发生的脉冲个数。普通：10/s快速：20/s脉冲断续比：在一个脉冲周期里，断开电流的时间和接通电流的时间之比。

t断/t续=1.6:1或2:1位间隔：≥300ms电话机的构成及通话原理：按键式拨号盘：与拨号集成电路配合发出脉冲或双音频(DTMF)信令。振铃器：交铃流、音调振铃器开关、叉簧：接插件，二、四线绳话机的构成及通话原理697Hz770Hz852Hz941Hz1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz高频低频12457*80369ABCD#扬声电话机免提电话机无绳电话机录音电话机可视电话机投币电话机磁卡电话机电话机的分类第1阶段：人工交换阶段：

磁石式电话交换机共电式电话交换机

特点：设备简单,容量小,需占用大量人力,话务员工作烦重,速度又慢,3.1.2电话交换技术的发展：三个阶段第2阶段：机电式自动交换阶段：步进制交换机（StepbyStepSystem）：史端乔（Strowger）式自动电话交换机德国西门子式自动交换机

特点：直接控制方式机动制交换机：旋转制或升降制电话交换机

特点：间接控制方式

纵横制交换机（CrossbarSystem）：

特点：间接控制方式接线器接点采用压接触方式第3阶段：电子式自动交换阶段：半电子交换机（准电子交换机）：话路部分采用机械接点，控制部分采用电子器件。全电子交换机：话路部分和控制部分均采用电子器件。电话交换技术发展的三个阶段模拟程控交换机：1965年5月美国开通了第一个程控交换机（ESSNo.1）。数字程控交换机：

1970年法国开通了第一个数字程控交换机（E10）。几个概念：程控与布控、时分与空分、模拟与数字电话交换技术发展的三个阶段现代通信系统发展的是基于：传输方式的数字化和控制方式的计算机化。采用程序控制的最大优点：系统可只通过变动或增加软件，就能达到改变交换系统的组态和功能的目的，从而大大提高了系统硬件结构的模块化、标准化的水平，十分便于系统的升级和更新。具体表现在：大大增加了呼叫处理的能力，增添了许多方便用户的业务；显著地提高了网络运行、管理和维护（OAM）的自动化程度；大大提高了系统的灵活性、可操作性和可靠性。数字程控交换机的优越性在技术上的：能提供许多新的服务性能维护管理方便、可靠性高灵活性大、便于采用新技术和增加新业务在经济上的：在交换设备上在线路设备上在维护和生产方面数字程控交换机的优越性缩位拨号热线服务呼出限制免打扰服务查找恶意呼叫闹钟服务截接服务缺席用户服务数字程控交换机的补充业务遇忙回叫无条件呼叫前转遇忙呼叫前转无应答呼叫前转呼叫等待三方通话会议电视主叫号码显示等

引进交换机

AXE10，FETEX-150，E10B，5ESS、NEAX61、EWSD引进生产线上海：S1240，北京：EWSD，天津：NEAX61

自行研制巨龙HJD-04，大唐SP30，华为C&C08，中兴ZXJ10

我国程控交换技术的发展数字程控电话交换采用电路交换技术，具有如下特点：（l）电路交换是一种实时交换，适用于对实时性要求高的通信业务。（2）电路交换是面向连接的交换技术。在通信前要通过呼叫为主叫、被叫用户建立一条物理连接。（3）电路交换采用静态复用、预分配带宽并独享通信资源的方式。交换机根据用户的呼叫请求，为用户分配固定位置、恒定带宽（通常是64kb/s）的电路。话路接通后，即使无信息传送，也需要占用电路。因此电路利用率低，尤其是对突发业务来说。（4）在传送信息期间，没有任何差错控制措施，控制简单，但不利于可靠性要求高的数据业务传送。3.1概述3.1.3电路交换的特点3.2数字程控交换系统结构硬件功能结构硬件功能结构可划分为：话路子系统和控制子系统两部分。功能结构仅表示硬件的基本组成，各种数字交换系统可有不同的具体实现方式。硬件功能话路子系统控制子系统系统功能结构软件功能操作系统应用程序呼叫处理维护、管理数据库系统图3-3数字交换机的硬件基本结构OAM终端数字程控电话交换系统话路子系统控制子系统接口设备交换网络CPU与存储器远端接口外部设备模拟/数字用户电路数字/模拟中继器信令设备MFC接收和发送器DTMF接收器信号音发生器用户集中级1.控制子系统包括：处理机、存储器、外部设备和远端接口等部件。存储器可划分为程序存储器、数据存储器等区域。外部设备可有磁盘、磁带机、维护终端等部件。远端接口包括至集中维护操作中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。主要是处理机。处理机的数量和分工有各种配置方式，可以分为三种基本的配置方式（或控制结构）：集中控制、分散控制和分布式控制。现代数字程控交换系统基本上有采用后两种多处理机的配置方式，即：分散控制和分布式控制。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。1.控制子系统包括：处理机、存储器、外部设备和远端接口等部件。存储器可划分为程序存储器、数据存储器等区域。外部设备可有磁盘、磁带机、维护终端等部件。远端接口包括至集中维护操作中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。主要是处理机。处理机的数量和分工有各种配置方式，可以分为三种基本的配置方式（或控制结构）：集中控制、分散控制和分布式控制。现代数字程控交换系统基本上有采用后两种多处理机的配置方式，即：分散控制和分布式控制。2.话路子系统模拟用户电路、用户集中级、远端模块、数字用户电路；数字中继、模拟中继等接口设备；信令设备；交换网络（见第二章，主要是TS型同步时分交换网络）。接口设备：是实现数字交换系统和外围环境的接口。用户模块：用户集中级+用户电路远端模块：设置在远端的用户模块。远端接口I/O：是到集中维护操作中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。几个概念用户集中级：完成话务集中的功能，将一群话务量较低的用户经用户（话务量约为0.1~0.2Erlang

）集中级后以较少的链路接至交换网络，以提高链路和交换网络的利用率。用户集中级通常采用单T交换网络。集中比一般为2：l至8：l，一般取4：l，即480个用户公用120个信道。用户级和用户接口电路还可以设在远端，常称为远端模块。它是将若干个用户线集中后以数字中继线连接至母局。远端模块的设置带来了组网的灵活性，节省了用户线的投资。3.3.1数字交换系统接口类型交换网络控制系统模拟用户接口用户侧接口中继侧接口数字用户接口数字中继接口模拟中继接口数字用户接口操作维护OAMZVABCQ33.3接口电路数字交换机接口类型ETETETETETETETETETETETETETET数字交换网络模拟用户线Z1模拟远端集线器Z2模拟PABXZ3数字用户线V1LTLTLTLTZ1V2V3V4V5数字远端模块Z1V1NT数字PABXmX(2B+D)nXE12,048kbit/sABLTC11C12C21C22LT本地转换二线中继器通路转换设备四线FDM实线PCM8,448kbit/sLT34,368kbit/s8,448kbit/sLTV接口：

V1：64kb/s，可为2B+D或30B+D的终端V2：连接数字远端模块的接口V3：连接数字PABX的接口，属30B+D的接口V4：可接多个2B+D的终端，支持ISDN的接入V5：支持nXE1的接入网，包括V5.1和V5.2接口A接口：速率为2048kb/s的数字中继接口B接口：PCM二次群接口，其接口速率为8448kb/s程控交换系统接口类型——数字接口Z1接口：连接单个模拟用户的接口

Z2接口：连接模拟远端集线器的接口Z3接口：连接模拟PABX的接口程控交换系统接口类型——模拟接口3.3.1模拟用户电路（接口）：模拟用户电路是数字程控交换系统连接模拟用户线的接口电路，约占交换机硬件设备60％。模拟用户电路的功能可归纳为BORSCHT七个功能：B(Batteryfeeding)馈电O

(Overvoltageprotection)过压保护R

(Ringingcontrol)振铃控制S

(Supervision)监视C

(CODEC&filters)编译码和滤波H

(Hybirdcircuit)混合电路T

(Test)测试模拟用户电路（接口）：图3.5模拟用户电路的功能框图

馈电B电容的特性：

“隔直流，通交流”电感的特性：

“隔交流，通直流”过压保护O-48V振铃控制R振铃电压：~90+15v监视S可检测以下各种用户状态：1、用户话机的摘挂机状态2、用户话机（号盘）发出的拨号脉冲3、投币话机的输入信号4、话终挂机状态编译码和滤波（CODEC）编码器：完成模拟信号到数字信号的转换（Coder）。译码器：完成数字信号到模拟信号的转换（Decoder）。带通滤波：去话，模拟话音300~3400Hz滤波，再编码低通滤波：来话，解码脉冲调幅（PAM）信号，通过低通滤波回复原来的话音信号混合电路完成二线到四线的转换功能。混合电路的平衡网络用于平衡用户线阻抗。补充内容:抽样定理：满足Fs＞＝2Fm，则抽样后的信号才能恢复原信号波形。其中Fs为抽样频率，为Fm连续信号的最高频率。话音的频带：宽限制在300~3400Hz，可保证能听清讲话的内容及讲话者的语音特征。则Fm=3400HZ。抽样频率：选为Fs=8000Hz>2Fm=6800Hz抽样周期：T=1/8000=125μs，同步帧周期。即每隔125μs取样一次，取样时间几个μs。编码（A/D变换）：采用脉冲编码调制PCM（PulseCodeModulation），8bit字长。1路话音的速率：8×8000＝64kb/sPCM32/30链路系统的速率：64×32＝2048kb/s，时隙TS=125/32=3.9μs。测试T主叫号码显示极性倒换（反转）计费脉冲发送其它功能模拟用户电路功能框图中继电路是交换机和中继线的接口设备，也叫中继器。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，目前在电话网上已很少使用.

数字中继电路：是连接数字局间中继线的接口电路，用于与数字交换局或远端模块的连接。3.3.3数字中继电路码型变换码型变换时钟提取帧同步帧定位信号提取帧定位信号插入复帧定位信号插入收发PCM图3.11数字中继电路的基本框图交换网络数字中继电路的基本功能：6个码型变换：单极性不归零码HDB3（高密度双极性码）帧同步：从接收的数据流中搜索并识别到同步码，并以该时隙作为一帧的开始，以便接收端的帧结构排列和发送端的完全一致。复帧同步：如果数字中继线上使用的是随路信号（中国1号信令），则除了帧同步外，还要有复帧同步。复帧同步是为了解决各路标志信号的错路问题。时钟提取：从输入的数据流中提取时钟信号，作为输入数据流的基准时钟。同时该时钟信号还用来作为本端系统时钟的外部参考时钟源。提取和插入随路信号帧定位（再定时）数字中继电路的基本功能图3.1232/30基群PCM链路帧格式44信令设备主要功能是产生、接收和发送信令信号。主要信令设备有：信号音发生器：如忙音、拨号音、回铃音等。DTMF接收器：用于接收用户话机发出的DTMF（双音多频）信号。多音频信号发送器和接受器：用于发送和接受局间多音频信号。NO.7信令终端：用于完成No.7信令的第二级功能（见第4章）。信号音发生器：用来产生数字化的信号音，经交换网络而发送到所需的话路上去。3.3.4信令设备451.双音多频（DTMF）接收器用来接收用户使用按键话机拨号时发来的DTMF信号。高频群(Hz)低频群(Hz)H1H2H3H41209133614771633L1697123AL2770456BL3852789CL4941*0＃D2.音频信号的产生、发送和接收1）信号种类：

交换机到用户：各种信号音（单频，信号源450Hz或950Hz的正弦波）交换机到交换机：

局间信号（MFC）

前向信号频率：1380Hz,1500Hz,1620Hz,1740Hz,1860Hz,1980Hz（6中取2）后向信号频率：1140Hz,1020Hz,900Hz,780Hz,（4中取2）用户到交换机：拨号信息（直流脉冲、DTMF）2）单频信号的产生T=2ms500Hz音频信号产生原理将信号按125μs间隔进行抽样（也就是8kHz的PCM抽样频率），然后进行量化和编码，得到各抽样点的PCM信号，放到ROM中，使用时对ROM按一般PCM信号读出，就是这个音频信号（数字化的信号）。单音频信号产生原理信号发生器的硬件结构3）双音频信号的产生双音频信号产生原理：首先要找到一个重复周期。将两个双音频信号按125μs间隔进行抽样（也就是8kHz的PCM抽样频率），然后进行量化和编码，得到各抽样点的PCM信号，放到ROM中，使用时对ROM按一般PCM信号读出。

举例：产生1380HZ和1500HZ信号4）数字音频信号的发送

指定时隙或占用普通话路的时隙经交换网络送出。5）数字音频信号的接收F1数字滤波F2数字滤波Fn数字滤波数字逻辑识别输入输出多频的接收在通话用户间建立双向通路，每个用户占用一个固定的时隙。如甲用户占用：TS1；乙用户占用：TS30。3.4交换网络——话路建立交换网络采用同步时分数字交换网络，有多种不同类型（见地2章）。本节主要介绍复用器和分路器。3.4.1复用器与分路器PCM信号传输采用串行码，即一个时隙的8位码在一条线路上串行传输T接线器的话音存储器字长一般为8位，即8位码并行同时写入或读出。数字程控交换系统的交换网络一般由T接线器或T和S接线器组合构成的，因此：当话音信号进入交换网络交换时，先要将串行码转换为并行码，这个过程叫做串并变换；当话音信号完成交换从交换网络输出时，也要进行一个反变换，即将并行码转换为串行码，这个过程叫做并串变换。3.4.1复用器与分路器复用器主要完成两个功能：1、信号的串并变换2、将多路低速信号进行时分复用，形成高速的时分复用信号分路器完成的功能与复用器相反，也称为解复用，它有两个功能：1、信号的并串变换2、将高速的时分复用信号进行分路，形成多路低速信号复用器和分路器与TST网络连接复用器的串并变换与复用见图3.18（a）所示，分路器的并串变换和分路见图3.18（b）所示。若进入每个复用器的PCM线路数为4，即n=4，并且每条PCM线路速率为2048kbit/s，则①点速率为2048kbit/s，传输信号为串行码；②点速率为256kbit/s，传输信号为8位并行码；③点速率为1024kbit/s，传输信号为8位并行码。复用器：分路器：分路器完成相反过程的变换，若进入分路器的信号速率为1024kbit/s，分路器输出线数为4，则各点速率和串并码与复用器相同。如果复用器输入线数为n，依次编号为0、1、…、n-1，且i号输入线上的TSj信号经复用器串并变换和复用后，在输出线上第k个时隙输出，即在TSk出现，则有k=j×n+i。例：下图单T网络中，接在HW1TS18上的用户甲与接在HW7TS2上的用户乙通话HW0HW1HW7HW0’HW1’HW7’SMCM复用器分路器02550255用户甲内部时隙：用户乙内部时隙：采用输入控制方式ATS145BTS23ATS23BTS145ATS18BTS2BTS18ATS2231451452323A145B串—并电路中输入输出信息波形例：主叫用户A，母线0的TS8

被叫用户B，母线6的TS54:13.5控制子系统程控交换机的控制系统是交换机的“指挥系统”，所有的“命令”从这里发出，交换机执行的每一个操作，都是在控制系统的控制下执行的，控制系统是交换机的重要组成部分。包括：处理机、存储器、外部设备和远端接口等部件。存储器可划分为程序存储器、数据存储器等区域。外部设备可有磁盘、磁带机、维护终端等部件。远端接口包括至集中维护操作中心、网管中心、计费中心等的数据传送接口。主要是处理机。处理机的数量和分工有各种配置方式，可以分为三种基本的配置方式（或控制结构）：集中控制、分散控制。1、呼叫处理能力呼叫处理能力是指在满足服务质量的前提下，处理机处理呼叫的能力。通常用最大忙时试呼次数BHCA（MaximumNumberofBusyHourCallAttempts）来表示程控交换机的呼叫处理能力，即在单位时间内控制系统能够处理的呼叫次数。3.5.1程控交换机对控制系统的基本要求处理机的系统开销组成为：系统开销＝固有开销＋非固有开销系统开销：处理机时间资源的占用率，是统计时间内处理机运行系统软件和应用软件的时间与统计时长之比。固有开销：与呼叫处理次数无关的系统开销，如操作系统的任务调度程序和周期执行的各种扫描程序所占CPU的时间与统计时长之比。非固有开销：与呼叫处理次数有关的系统开销，如执行处理呼叫的程序所占CPU的时间与统计时长之比。程控交换机的BHCA值可采用下列公式进行粗略的计算：t＝a+bN其中：t

为该交换机控制系统的系统开销a为该交换机控制系统的固有开销b为该交换机控制系统处理一次呼叫的非固有开销（平均值）N为单位时间内所处理的呼叫总次数，即呼叫处理能力值（BHCA）bN为该交换机控制系统的非固有开销BHCA的算例：某处理机忙时用于呼叫处理的时间开销平均为0.80，其中固有开销a为0.30，处理一次呼叫平均所用时间为36ms，求其BHCA值为多少？这里t＝0.80，a＝0.30，b＝36X10-3/3600（小时），由t＝a+bN可知：N＝（t－a）/b＝（0.80－0.30）X3600/36X10-3＝50000次/小时如果在一个有效的时间间隔周期内（不包含峰值瞬间），出现在交换设备上的试呼次数，即话务负荷超过了交换机控制系统的设计处理能力时，则称该交换设备运行在过负荷状态。如加入到交换设备上试呼总次数超过它的设计负荷能力的10％时，此时称为10％过负荷。过负荷控制措施：分级限制呼出（一般方法）要求：当出现在交换设备上的试呼次数超过它的设计负荷能力的50％时，允许交换设备呼叫处理能力下降至设计负荷能力的90％。如图3.21（a）所示。（a）过负荷控制9万10万15万图3.21（b）是有过负荷控制和无过负荷控制的情况对比，从图中曲线可见，如果没有过负荷控制，则当交换机出现过负荷时，其控制系统的处理能力下降很快。（b）有过负荷控制和无过负荷控制对比图3.21呼叫处理能力的特性按照国内电话交换设备技术规范要求，程控交换机系统中断的指标是20年内系统中断时间不得超过1小时。系统中断是指由于硬件、软件、操作系统故障，以及局数据、程序差错而使系统不能处理任何呼叫且时间大于30s。为提高控制系统的可靠性，人们在控制系统的构成方式上多采用多机分散和冗余配置，注重处理机间通信的可靠性、运行软件的可靠性，并增强控制系统的故障防卫和自愈能力。当出现故障时，处理故障的时间要短。2、高可靠性(MTBF,MTTR)处理机的数量和分工有各种配置方式，可以分为l两种基本的配置方式（或控制结构）：(体现在功能、资源和设备的关系上)集中控制分散控制3.5.2控制系统的构成方式1．集中控制方式(多台处理机（冗余）组成)

集中控制是指处理机可以对交换系统内的所有功能及资源实施统一控制。资源1资源2资源m处理机1处理机2处理机n功能1功能2功能f早期的程控交换机都采用这种集中控制方式。交换机的控制系统由多台处理机（冗余）组成，每一台处理权均装载全部软件，可以完成所有控制功能，访问所有硬件资源。主要优点：处理机能掌握整个系统的状态，可以访问所有资源；控制功能的改变一般都在软件上进行，比较方便。最大缺点：软件要包括各种不同特性的功能，规模庞大，不便于管理；系统较脆弱，一旦出故会造成全局中断。2.分散控制全分散控制——单级多机系统分级分散控制——多级处理机系统在给定的系统状态下，每台处理机只能访问一部分资源和执行一部分功能。处理机之间的功能可以静态分配，也可以动态分配。分配方法有多种。单级多机系统各台处理机并行工作，每台处理机有专用的存储器，也可设置公用存储器，用作各处理机间的通信。单级多机系统2)多级处理机系统——分级分散控制结构基本特征：处理机的分级，即将处理机按功能分担划分为若干个级别。在交换处理中，有一些工作执行频繁而处理简单，如用户扫描等，用预处理机处理执行；另一些工作处理较复杂，但执行次数要少一些，也就是与硬件无直接关系的较高层的呼叫处理功能，如数字接收与数字分析，用中央处理机执行分析处理。故障诊断等维护管理工作，则执行次数更少而处理更复杂，用维护管理处理机专门执行维护管理的各种功能。这样，就形成了多级系统。多级处理机通常划分为2级或3级。低级别处理机之间的通信一般要通过高一级的处理机。图3.10三级多机系统中央处理机也可以采用容量分担，而维护管理处理机一般只用一台。预处理机又称为外围处理机或区域处理机，通常使用微机。中央处理机和维护管理处理机可使用小型机或功能强的高速微机。图示的三级系统实际上采用了功能分担与容量分担相结合的方式：三级之间体现了功能分担，而在预处理机这一级采用容量分担，即每个预处理机控制一定容量的用户线或中继线。

交换网络预处理机

中央处理机维护管理处理机预处理机预处理机全分散控制方式分级分散控制方式(1)功能分担：每台处理机只承担一部分功能，只需装入一部分程序，分工明确。缺点是容量较小时，也需配置全部处理机。

(2)容量分担(话务分担)：每台处理机只承担一部分容量的呼叫处理任务。容量分担实际上也相当于负荷分担，是面向固定的一群用户的方式。优点：是处理机数量可随着容量的增加而逐步增加；缺点：是每台处理机要具有所有的功能。大型程控交换机，通常是将容量分担与功能分担结合使用。不论是容量分担还是功能分担，为了保证系统安全可靠，每台处理机一般均有其备用机，按主/备用方式工作，也可采用N＋1备用方式。多处理机之间的工作方式：功能分担与容量（话务）分担。3．处理机冗余配置方式——提高可靠性控制系统是交换机的指挥中心，其可靠性要求很高。为了提高控制系统的可靠性，处理机一般采用冗余配置。冗余配置有：微同步、负荷分担、主备用、N＋M备用等4种工作方式。（1）同步方式它具有两台相同的处理机，其间有一个比较器。两台处理机各自具有相同软件程序。在正常工作时，两台处理机同时接收来自话路设备的各种输入信息，执行相同的程序，进行同样的分析处理，但是只有一台处理机输出控制信息，控制话路设备的工作。微同步：通过比较器不断地进行检查比较两台处理机的执行结果。如果结果完全一样，说明工作正常，程序可继续执行；如果结果不一致，表示其中有一台处理机发生故障，应立即告警并进行测试和必要的故障处理。优点：较易发现硬件故障，而一般不影响呼叫处理。缺点：对软件故障的防卫较差（在相同的软件环境下执行相同的程序，程序差错可能会在双机上同时出现）；此外，由于要不断地进行同步复核，效率也不高。话路设备处理机A处理机B比较器（2）负荷分担（互助方式）负荷分担也称为话务分担，两台处理机独立进行工作，在正常情况下各承担一半话务负荷。当一机产生故障，可由另一机承担全部话务负荷。为了能接替故障处理机的工作，必须互相了解呼叫处理的进展状况，因此双机应具有互通信息的通信链路。在呼叫处理过程中，为避免双机同抢资源，必须有互斥措施。话路设备处理机A处理机B负荷分担方式的主要优点：①过负荷能力强：由于每机都具有单独处理整个交换系统的正常话务负荷的能力，当在双机分担负荷时，显然可有较高的过负荷能力，能适应较大的话务波动。②软件故障的防卫能力较强：由于程控交换软件系统的复杂性，可能残留软件差错。这种程序差错往往要在特定的动态环境下才显示出来。话务分担中的双机是独立工作的，因此程序差错一般不会在双机上同时出现，对软件差错的防卫性。负荷分担方式的主要缺点：在程序设计中要避免双机同抢资源，双机互通信息也比较频繁，这都使得软件比较复杂，而对于处理机硬件故障则不如微同步方式那样较易发现，在实现上又不如下述的主备用方式那样简便。因此，尽管负荷分担方式具有一些优点，在实用上并不多见。（3）主/备用方式主备用（active－standby）方式的基本结构如图所示，一台主用处理机在线运行，另一台处理机与话路设备完全分离而作为备用。当主用机故障，进行主备用转换，由备用机接替工作。话路设备处理机A处理机B主备用可有冷备用与热备用两种方式。冷备用方式：备用机中没有呼叫数据的保存，在接替时要根据主用机来更新存储器内容，或者进行数据初始化，会丢失呼叫。热备用方式：备用机中保存有主用机送来的有关信息，可随时接替工作。通常采用热备用方式（4）N＋M备用方式N台处理机配备有M台备用机，当N台处理机中有一台发生故障时，可由M台备用机中的一台来接替其工作。3.5.3处理机间通信在多处理机系统中，不同处理机之间要相互沟通(通信)、共同配合，以控制呼叫接续。由于数字交换机设有远端用户模块，因此，处理机间通信有时也要考虑较远距离的通信。处理机间的通信方式和交换机控制系统的结构有紧密联系。目前所采用的通信方式很多，这里仅介绍几种常见方式。1．通过PCM信道进行通信利用交换机内的PCM信道进行通信，有两种不同的方法：(1)利用时隙16进行通信。在数字通信网中，TS16用来传输数字交换局间的信令，传输线上的信息在到达交换局以后，中继接口提取TS16的信令，进行处理。交换机内部的TS16是空闲的，可以用作处理机间的通信信道。这种通信方式不需要增加额外的硬件，软件的费用也小，但通信的信息量小，速度慢。(2)通过数字交换网络的PCM信道直接传送。在S-1240交换机中，处理机之间的通信信息和话音、数据信息一样，可以通过PCM信道传送(任一时隙)，并且也能由数字交换网络进行交换。为了区分信道中信息的类型，不同的信息需要加不同的标志，以便识别。这种方式能进行远距离通信，但缺点是占用了通信信道，并且费用较大。2．采用计算机网常用的通信结构计算机通信网有不同的结构方式，我们在这里只介绍部分在程控交换机中常见的方式。1)多总线结构多总线结构是多处理机系统的一种总线结构。多处理机之间通过共享资源实现各处理机之间的通信。在这种结构中，多处理机组成一个总线型网络。多总线结构有两种基本方式：紧耦合系统：在这个系统中，多个处理机之间是通过一个共享存储器传送信息进行通信的。松耦合系统：在这个系统中，多个处理机之间是通过输入/输出接口传送信息进行通信的。2)环形结构在大型系统中，尤其是在分散控制的系统中，处理机的数量很多，而它们之间往往是平级关系，这时常采用环形通信结构。环形结构和计算机的环形网相似，每台处理机相当于环内的一个节点，节点和环通过环接口连接。令牌环是用得较多的一种环形网。程控交换系统在线软件十分庞大复杂，软件的设计目标主要为：可靠性（reliability）、可维护性（maintainability）可复用性（reusability）和可移植性（portability）。程控交换软件通常采用分层的模块化结构，常用的软件设计技术有结构化分析与设计、模块化设计、结构化编程，现趋向于采用面向对象设计，以及软构件技术。从功能结构来划分，程控交换软件可以划分为：操作系统应用程序：可分为呼叫处理、维护管理

2部分。3.6程控交换软件技术1．程控交换软件的特点(1)实时性。交换系统需要同时，或者说，在一个很短的时间间隔内处理成千上万个并发任务，因此它对每个交换机都有一定的业务处理能力和服务质量要求。不能因为软件的处理能力不足而使用户等待时间过长。如摘机后至听到拨号音的等待时间，拨完号后至听到回铃音的等待时间，尤其是拨号号码的接收时间都不能过长。拨号是由用户控制的，处理机不能及时接收拨号号码意味着错号，即呼叫失败。因此程控交换机的控制软件设计要满足实时性。3.6.1程控交换软件概述(2)多任务并发执行一个大型交换系统中可以容纳几万门或更多的电话，程控交换机要及时处理各种呼叫必须以多道程序运行方式工作，也就是说要同时执行许多任务。例如一个1万门的交换机，忙时平均同时可能有1200～2000个用户正在通话，再加上通话前、后的呼叫建立和释放用户数，就可能有2000多项处理任务。软件系统必须能及时记录这些呼叫建立中和呼叫进行中的用户状态，并将有关的数据都保存起来，以便呼叫处理往下进行。除此之外，还要同时处理维护、测试和管理任务。(3)高可靠性：不间断性程控交换机一经开通，其运行就不能间断，即使在硬件或软件系统本身有故障的情况下，系统仍应能保证可靠运行，并能在不中断系统运行的前提下，从硬件或软件故障中恢复正常。对于程控交换机来说，出现万分之一或十万分之一的错误一般还是可以容许的，但整个系统中断则会带来灾难性的损失。因此，许多交换机的可靠性指标是99.98％的正确呼叫处理及20年内系统中断运行时间不超过1小时。2．交换软件的组成图3.32交换软件系统的结构交换软件运行软件支援软件操作系统数据库系统应用软件呼叫处理OAM软件开发支援系统软件加工系统应用工程支援系统交换局管理支援系统1)运行软件系统——联机软件是指存放在交换机处理系统中，对交换机的各种业务进行处理的软件，其中的大部分软件具有比较强的实时性。根据功能的不同，运行软件系统又可分为：操作系统、数据库系统和应用软件系统三个子系统。（1）操作系统——应配置实时操作系统操作系统的主要功能：任务调度、通信控制、存储器管理、时间管理、系统安全和恢复。此外，还有外设处理、文件管理、装入引导等功能。（2）数据库系统对软件系统中的大量数据进行集中管理，实现各部分软件对数据的共享访问功能，并提供数据保护等功能。（3）应用软件系统通常包括：呼叫处理程序、管理程序和维护程序三部分。呼叫处理程序：主要用来完成交换机的呼叫处理功能。普通的呼叫处理过程从一方用户摘机开始，然后接收用户拨号数字，经过对数字进行分析后接通通话双方，一直到双方用户全部挂机为止。管理程序：主要作用包括三个方面：一是协助实现交换机软、硬件系统的更新；二是进行计费管理；三是监督交换机的工作情况，确保交换机的服务质量。维护程序：实现交换机故障检测、诊断和恢复功能，以保证交换机可靠地工作。运行软件系统的结构呼叫处理程序管理程序应用软件系统维护程序调用返回系统调用操作系统硬件系统中断控制数据库管理系统数据数据:反映交换局和用户的情况，为程序的执行提供必要的环境和依据。操作系统:负责资源的管理和程序的执行控制。操作系统直接覆盖在裸机上，为其它软件提供一个虚拟机环境。呼叫处理程序:负责呼叫处理功能。管理程序:协助实现交换机的软、硬件系统的更新(如新用户建立，用户改号时用户数据的更新)；进行计费管理；监督交换机的工作情况，确保交换机的服务质量(如服务观察和话务量测量)。维护程序:负责交换机的故障检测，诊断和恢复，保证交换机可靠工作。管理25%呼叫处理15%操作系统20%维护40%图3.2运行软件的比例分配2)支援软件系统提供软件开发和生产的工具与环境提供先进的软件维护工具和环境（1）支援软件系统的一个重要功能：提供软件开发和生产的工具与环境。程控交换机的成本和质量在很大程度上取决于软件系统，因此，软件的开发和生产效率及质量是直接影响程控交换机成本和质量的关键。（2）支援软件系统的另一个重要功能：提供先进的软件维护工具和环境。程控交换软件系统的一大特点是具有相当大的维护工作量，一般软件总成本中有50％～60％是用在维护上的。：软件系统不完善而需要加以修改；随着技术的发展，需要不断引入新的功能和业务，对原有功能要加以改进和扩充；交换局的业务发展会引起用户组成、话务量等的变化，整个通信网的发展可能会对各交换局提出新的要求。

注：在交换机软件中，呼叫处理程序只占一小部分，一般不超过三分之一，而系统防御和维护管理程序大约占整个运行软件的三分之二左右。

3)程控交换机使用的数据在程控交换机中，所有有关交换机的信息都是通过数据来描述的，如交换机的硬件配置、使用环境、编号方案、用户当前状态、资源(如中继、路由等)的当前状态、接续路由地址等。根据信息存在的时间特性，数据可分为：半固定数据动态数据（暂时性数据）（1）半固定数据：用来描述静态信息，它基本上有两种类型：用户数据：与用户有关的数据称为用户数据。包括用户号码、设备号码、话机类型、用户呼叫权限、用户业务类型等；局数据：与整个交换局有关的数据称为局数据。包括局间中继设备码、中继类型、中继方式、信令方式、计费方案、编号方案等。用户数据和局数据一旦输入，一般较少改动，因此也叫做半固定数据。半固定数据可由操作人员输入一定格式的命令加以修改。

（2）动态数据：用来描述交换机的动态信息，这类数据随着每次呼叫的建立过程不断产生变化，需要暂存。为方便处理和使用，这类数据按照其性质被组织成紧凑的表格结构。总体上讲包括以下几种表格：忙闲信息表：描述了资源的当前状态，如用户的忙闲表、收号器的忙闲表、中继线的忙闲表、交换网络内部链路的忙闲表等。这类数据是交换机处理的主要依据之一。事件登记表：在呼叫处理过程中，各种事件，如用户呼出、应答、摘、挂机等均可能出现，交换机一旦识别出这些事件，立刻予以登记并按顺序排队，等待交换机的进一步处理。

各种监视表：主要用于暂存交换机采集到的有关信息。例如，收号器监视表用来暂存脉冲扫描和位间隔扫描的上次扫描结果以及脉冲计数等。

输出登记表：作为输出缓冲区，暂存主机准备向驱动器或其它外围设备发送的信息，如驱动输出登记表、话单打印表等。

新业务登记表：程控交换系统可开放多种新业务，为配合新业务的处理，可建立一定格式的新业务登记表，如缩位拨号登记表、转移呼叫登记表、热线服务登记表等。3.6.2呼叫处理的基本原理呼叫处理的特点用SDL图表示呼叫处理的过程输入处理分析处理任务执行和输出处理局内呼叫处理示意图1）主叫用户摘机呼叫（通过监测发现）2）送拨号音，准备收号3）收号4）号码分析5）接至被叫用户6）向被叫用户振铃7）被叫应答和通话8）主叫先挂机，通话结束9）被叫先挂机，通话结束一个呼叫的处理过程第一位号码到处理任务状态输入信号(事件)用户扫描去话分析，送拨号音停拨号音，数字分析来话分析，(路由选择)通路选择，振铃控制，送回铃音通路接续路由复原，送忙音主叫复原空闲等待收号收号振铃通话听忙音空闲主叫摘机送用户号码被叫摘机被叫挂机主叫挂机局内呼叫接续示意图（1）振铃局内呼叫接续示意图（2）局内呼叫接续示意图（3）扫描检测程序第一阶段：从主叫摘机到听到拨号音去话分析程序CPU用户接口电路主叫数据块信号音设备拨号音第二阶段：收号和号码分析收号器用户接口电路CPU号码识别程序号码分析程序主叫第三阶段：来话分析至被叫振铃来话分析程序CPU用户接口电路被叫数据块信号音设备回铃音查找空闲时隙交换网络用户接口电路被叫振铃信号主叫第四阶段：被叫应答双方通话CPU用户接口电路信号音设备停回铃音建立接续交换网络被叫停振铃信号主叫用户接口电路扫描检测程序启动计费设备第五阶段：话终释放CPU用户接口电路拆除链路交换网络被叫主叫用户接口电路停计费设备扫描检测程序扫描检测程序信号音设备送忙音基本的呼叫处理过程

主叫摘机到听拨号音收号和号码分析来话分析至向被叫振铃被叫应答双方通话话终释放空闲等待收号收号振铃通话听忙音稳定状态和状态转移空闲状态等待收号状态收号状态振铃状态通话状态听忙音状态状态迁移：由一个稳定状态转换到另外一个稳定状态输入信号激励处理机响应呼叫处理的特点结论1：相同输入，不同状态，处理不同。关于状态转移的说明（1）

主叫摘机送拨号音等待收号态被叫摘机断铃流通话态空闲状态振铃状态结论2：同一状态，不同输入，处理不同。关于状态转移的说明（2）

主叫挂机空闲态被叫摘机断铃流通话态振铃状态结论3：同一状态，同一输入，情况不同，处理不同。关于状态转移的说明（3）

空闲状态；主叫摘机有空闲收号器收号状态无空闲收号器听忙音状态130实际中的呼叫处理过程是一系列复杂过程，涉及到所有可能状态，关系到所有可能出现的变化因素。采用SDL语言来全面描述呼叫处理过程是十分合适的，这里用SDL直观绘制出状态转移图，对于理解软件的功能以及研究控制过程都很有用。首先给出SDL的一些基本图形符号如下图所示。用SDL描述呼叫处理过程输入处理对用户线、中继线、信令设备进行监视、检测并识别，生成相应事件放入队列，以便其他程序取用，大多数属于周期及的程序。包括：用户线状态扫描按钮拨号DTMF信号接收拨号脉冲中继线路信号扫描接收MFC信号和NO.7信号接收操作控制台的信息以及机间通信消息的接收用户线状态扫描用户线状态

挂机状态时用户线的直流通路断开，摘机状态时，用户线的直流通路打开。用“0”表示续，用“1”表示断扫描目的及时响应用户的动作摘机动作：线路状态1→0挂机动作：线路状态0→1扫描周期200ms群处理效率提高效率摘/挂机监视扫描用户线状态200ms扫描前次扫描结果LM这次扫描结果SCN1111111000011111111111110000111100000001000000000000000000010000摘机挂机11用户摘挂机识别流程群扫描处理脉冲拨号号码的接收脉冲识别位间隔识别DTMF音频信号的接收高频群(Hz)低频群(Hz)H1H2H3H41209133614771633L1697123AL2770456BL3852789CL4941*0＃DDTMF收号器低频组：697Hz770Hz852Hz941Hz高频组：1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz高频组低频组状态信息SP检波H4检波H3检波H2检波H1检波L4检波L3检波L2检波L1输入至数据总线

CPU从DTMF收号器读取号码信息时采用查询方式，即首先读状态信息SP。若SP=0，表明有信息送来，可以读取号码信息。若SP＝l，则不能读取。读SP后也要进行逻辑运算，识别SP脉冲的前沿，然后读出数据。这个方法和前面识别摘挂机的方法一样，这里不再重复。DTMF收号原理如图3.31所示。一般DTMF信号传送时间大于40ms，因此用16ms扫描周期就可以识别。按钮号码接收原理状态信息SP16ms扫描前次扫描结果这次扫描结果这前11100000110000011000100001010000100001000000100000001（这前）^这按钮号码11110000011000001输入处理对用户线、中继线、信令设备进行监视、检测并识别，生成相应事件放入队列，以便其他程序取用，大多数属于周期及的程序。包括：用户线状态扫描按钮拨号DTMF信号接收拨号脉冲中继线路信号扫描接收MFC信号和NO.7信号接收操作控制台的信息以及机间通信消息的接收分析处理分析处理就是对各种信息（当前状态、输入信息、用户数据、可用资源等）进行分析，以确定下一步要执行的任务和进行的输出处理。分析处理由分析处理程序来完成，它属于基本级程序，按照分析的信息，分析处理可分为：去话分析号码分析来话分析状态分析去话分析去话分析的一般流程（图）号码分析号码分析是在收到用户的拨号号码时所进行的分析处理，其分析的数据来源是用户所拨的号码，交换机可从用户线上直接收号码，也可以从中继线上接收他局传来的号码。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。收到的号码接续方向出局接续本局接续输入处理分析程序任务执行和输出处理

号码分析可分为两步：号首分析、号码翻译交换机接收到用户所拨的号码后，首先进行的分析就是号首分析。号码翻译是指接收到全部被叫号码后所进行的分析处理，它通过接收的被叫号码来找到对应的被叫用户，每个用户在交换机内部具有唯一的标识，通常称之为用户设备号，通过被叫号码找到对应的被叫用户，实际上就是确定被叫用户的设备号码，从而确定实际的物理出口。号码分析输入确定下一步任务号首允许本局市话他局长话特服用户业务国际YN向主叫送忙音来话分析来话分析输入输出被叫用户状态被叫忙闲状态来话类别计费类别用户业务闲忙优先遇忙暂停自动回叫其他准备叫出被叫用户主叫用户数据分析主叫信息分析其他一般来话分析的一般流程状态分析状态分析的信息源是状态和输入的事件呼叫状态主要有：空闲、等待收号、振铃、通话、听忙音，听空号音，听催挂音。可能接收的事件主要有：摘机、挂机、超时、拨号号码、空错号（分析结果产生的），这里要强调的是事件不仅包括从外部接收的事件，还包括交换机内部的接收的事件。状态分析当前状态下一个状态事件状态分析输入转收号状态稳定状态停拨号音挂机处理送忙音停振铃音挂机处理送忙音主叫先挂处理被叫先挂处理转空闲状态转听忙音状态转通话状态转空闲状态转听忙音状态主叫空闲状态被叫空闲状态收第一位号中途挂机超时错号被叫摘机主叫挂机超时主叫先挂被叫先挂输入信息输入信息输入信息等待收号态振铃态通话态输出处理交换机所要完成的主要任务：分配和释放各种资源启动和停止各种计时器形成信令、处理机间通信消息和驱动硬件的控制命令开始和停止计费计算操作存储各种号码对用户数据、局数据的读写操作输出处理送各种信号音、停各种信号音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信令发送处理机通信信息发送计费脉冲程控交换机对操作系统的要求实时处理对随时发生的事情做出及时处理多重处理解决多个任务并发执行高可靠性处理机连续工作的稳定性

1．程序的执行级别和原则

依照实时性要求的严格程度，交换处理程序划分为若干级别。时间要求愈严，级别愈高，执行时优先度就越高。一般可分为：中断级、时钟级和基本级。在时钟级和基本级中，还可以根据需要再分为若干级。3.6.3程序的执行管理——运行调度

中断级程序：实时性要求最高，一旦出现必须立即得到处理。这类程序包括硬件故障和电源报警等零散随机事件。时钟级程序（周期级）：其执行有一定的周期性。故时钟级各种扫描程序都具有一定的周期性，均属于时钟级程序。此外，时钟级程序还可包含时限处理等程序。

为了确保时钟级程序的周期性执行，中央控制设备具有时钟中断的性能。例如，每隔4ms或8ms就向CPU发出中断请求。CPU接受时钟中断后，就进入中断处理，执行时钟级程序。基本级程序：执行时间的要求没有时钟级严格。有些没有周期性，有任务就执行；有些虽有周期性，但一般来说周期较长。基本级程序内部处理程序一般属于基本级。图3.33程序的执行顺序（P.94）高中低故障级周期级基本级暂停时钟中断时钟中断时钟中断时钟中断10ms1）故障级（由故障中断启动执行）2）周期级（由时钟中断启动执行）3）基本级（由队列启动执行）程序的调度

优先级高的程序先处理。同一优先级：FIFO优先级低的程序在处理过程中可以被优先级高的程序中断。时间表调度周期级任务组成及功能时间计数器：时间中断控制调度表：每一个bit位对应一程序功能程序入口地址表：地址索引

屏蔽表：有效位时间表调度周期级任务

某任务调度的时间表共12个单元，字长为16，时间计数器基本周期为4ms，问：（1）可实现多少个任务的调度？（2）可实现多少种调度周期？周期各为多少？（3）用户拨号脉冲的识别程序周期为8ms，在此表内如何安排？

时间表调度举例1（1）∵字长为16bit

∴可实现16个任务的调度。（2）∵单元数＝12，因子有1，2，3，4，6，12，基本周期4ms，

∴可实现6种调度周期，分别是：4、8、12、16、24、48ms。（3）T＝8ms此任务相应的比特位隔一个单元写一个“1”。举例1解答过程设计一时间表进行任务调度，表中有四项任务的T=40ms，三项任务的T=60ms