信息程控交换机的控制设备课件

§

5.1

对控制设备的要求第1页第1页/共33页影响呼叫处理能力的因素主要有：控制设备的结构，处理机自身的能力，如处理机的速度、功能、程序结构等。一般情况下，为了应付突发情况下突然增加的话务量，要求BHCA要有足够的富余量。具有很高的可靠性控制设备的故障有可能使系统中断，因此要求交换机控制设备的故障率尽可能的低，按照国内电话交换设备技术规范要求，系统中断累计时间在20年内不得超过1小时，即平均在一年内不得超过3分钟。另外，一旦出现故障，要求故障的影响面尽可能的小，处理故障的时间（维修时间）尽可能的短。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。具有较好的灵活性和适应性要求控制系统能适应新业务和新技术发展的要求，便于改进，便于引进新功能。经济合理§

5.2

程控交换机的控制功能和方式第2页第2页/共33页1.控制功能程控交换机的控制功能主要分为：呼叫处理功能和运行维护功能两大部分。这些功能大多数是通过软件编程实现控制。呼叫处理功能主要包括对从建立呼叫到释放呼叫的整个接续过程的控制处理，例如：①收集处理各外围接口电路的状态变换，②分析处理收到的各种信令，③控制交换网络的选路与接续，④调度管理各种硬件和软件资源等。运行维护功能主要包括对用户数据、系统数据的设定，以及对故障的诊断处理等。2.控制方式第3页第3页/共33页2.控制方式控制方式一般可分为集中控制和分散控制两种，它们是相对于系统资源和控制功能而言的。1）集中控制在交换机控制系统中，如果任何一台处理机都可以执行全部的控制功能，使用交换机的全部硬件和软件资源，则这种控制方式就叫做集中控制。优点：处理机能了解整个系统的状态，控制系统的全部资源，不会出现资源的争抢和冲突，而且任何功能的改变只需要在软件上进行，较易实现。缺点：由于控制功能高度集中，系统比较脆弱，一旦控制部件发生故障，就可能导致整个系统瘫痪。而且由于软件要包1）集中控制括所有功能，规模庞大，管理时分困难，易于受到破坏。为了解决这个问题，集中控制系统一般采用双处理机或多处理机的冗余配置方式。但是这只能提高硬件控制设备的工作可靠性，仍然无法解决软件的复杂性所带来的问题。所以，目前除了小容量的交换机外很少使用这种控制方式。第4页第4页/共33页2）分散控制2）分散控制若在一个交换机控制系统中，任何一台处理机只能控制部分资源，执行控制系统的部分功能，则这个控制系统就是分散控制系统。第5页第5页/共33页①

分布控制第6页第6页/共33页分散控制方式又可以分为分布控制和分级控制。①分布控制系统中的每一个处理机地位彼此平等独立，具有完全的自主控制能力，不受其他处理机的控制。按各处理器任务分配方式的不同，可以分为容量分担或功能分担的工作方式。a.容量分担又称话务分担或负荷分担。它是把交换机的所有用户分成若干群，每群设置一台处理机负责本群用户的全部呼叫处理任务，包括用户信号的接口、交换接续和控制功能，每台处理机所完成的任务都是一样的，只是所面对的用户群不同。这种方式的优点是：灵活方便，系统扩容比较容易，每模①

分布控制第7页第7页/共33页块工作完全独立，任一模块的故障不会影响其他模块的工作，因而系统可靠性较高。缺点是：各模块过于独立，系统公共资源（eg：中继线）难以共享，每台处理机需要具有呼叫处理的全部功能，软件比较复杂。b.功能分担将交换机的各种基本功能（信令功能、终端接口功能、交换接续功能、控制功能等）按功能的类别分配给不同的处理机去执行，每台处理机只承担部分功能，但可以使用所有的公共资源。优点是：每台处理机的软件都比较简单，也相对比较可靠，添加新功能比较容易。缺点是：容量较小时也必须配备全部处理机，且系统对故障的适应性和系统的扩容性

能不如容量分担方式。②分级控制第8页第8页/共33页大型交换机中常将容量分担和功能分担方式结合使用，与用户级打交道的多使用容量分担，用来处理呼叫接续的部分则使用功能分担方式，使交换机兼具容量分担的扩容方便性及稳定性，和功能分担的软件简化、功能明确的优点。②分级控制分级控制是按交换机控制功能的高低层次来配置处理机的，它兼具集中控制和分布控制的优点。根据处理任务的复杂性和程序执行的实时性，系统的控制功能可以从逻辑上分为3级：第一级：电话外设控制级。主要完成对各种外围接口设备的扫描和驱动，及时发现外围设备状态的变换，识别各种脉冲或信号，完成接续需要的各种动作。它的特点是处理简单，但是工作任务非常繁忙，实时性要求很强。对于这一级的控制任务通常采用外围处理机（又称用户处理机）来完成。②分级控制第9页第9页/共33页第二级：呼叫处理控制级。是整个控制系统的核心。主要任务是分析从第一级接收的各种信号，管理和调度整个系统的公共资源，如选择交换网络通路，选择中继线路由，分配信号收发器等，交换机操作系统的主要部分和所有的内部分析和输出处理任务都在这一级完成。它的处理工作很复杂，但是执行的次数较少，实时性要求不太强。由呼叫处理机来完成本机任务。第三级：维护测试级。主要负责故障诊断和维护管理任务，并向工作人员提供维护管理的人机界面。执行频率很低，仅在系统故障或需要人机对话时才执行，但处理功能最复杂，程序量很大，一般占整个程控软件的2/3，实时性要求最低。由专门配置的主处理机执行。这三级的控制系统是按功能分担的方式分别配备外围处理机、呼叫处理机和主处理机。而每一级内又采用了容量分担的②分级控制方式：在用户级处理扫描与驱动任务时，采用几百个用户配备一台处理机的容量分担方式减小每台处理机的工作量。在呼叫处理控制级，可以对若干台外围处理机配备一台呼叫处理机。这样有助于整个系统软硬件的模块化，同时提高了系统的可靠性，使系统结构清晰，开发和维护都非常方便。第10页第10页/共33页§

5.3

处理机的冗余配置第11页第11页/共33页为了提高控制系统的可靠性，保证交换机能够不间断的连续工作，交换机采用了处理机的冗余配置的方法，来减少故障对交换机的影响。即除了正常运行的处理机之外，还配置备用的处理机，当原来正常运行的处理机发生故障时，备用机将替代发生故障的处理机继续工作。我们通常把正常运行的处理机叫做主用机，把配置备用的处理机叫做备用机。那么这种主用机和备用机之间的工作方式叫做冗余方式。一般对于话路部分的数字交换网络都有双套的备份，处理机也采取冗余配置的措施，使在一部处理机出现故障时，不至于造成系统中断。处理机的冗余配置按照配置备用处理机数量和方法的不同，可分为以下两种：双机配置和多机配置。1.双机配置最简单的配置方式就是双处理机备用结构。当一台处理机出现故障时，则由另一台接替运行。双机备用一般有三种工作方式：同步双工方式，话务分担方式和主/备用方式。1）主备用方式第12页第12页/共33页1）主备用方式这种方式有两台处理机，一台为主处理机，负责运行软件程序，执行呼叫控制功能，另一台为备用处理机，当主处理机发生故障时，备用机接替主机进行工作。备用方式有两种，即冷备用和热备用。冷备用是指在系统正常运行时，主机承担全部的呼叫处理工作，备用机只是接通电源，但不承担呼叫处理工作，也不保留呼叫处理数据，一旦主机出现故障而倒向备用机时，由于没有保留现场数据，因而可能会损失掉全部呼叫。备用机需要执行呼叫处理的再起动，机器重新初始化，重新启动，一切正在进行的通话全部中断。这种方式的优点是硬件和软件比较简单，但在产生故障时，呼叫损失较多，因此很少采用。1）主备用方式热备用是指在系统正常运行时，备用机虽然

不直接控制呼叫处理工作的进行，但和主机一样

都运行呼叫处理程序，同样接收外部输入的数据，并且保留呼叫处理的各种数据，主、备机存储器

中的数据相同，这样在主/备机进行相互转换时，呼叫基本不丢失，原来处于通话或振铃状态的用

户不中断，损失的只是那些在切换时企图建立的

呼叫。这种方式的优点是转换速度快，基本不丢失呼叫，缺点是需要两套处理机只完成一台处理机的工作，效率比较低。第13页第13页/共33页2）同步双工工作方式2）同步双工工作方式又称微同步方式或同步方式。系统有两台处理机，一个是主机一个是备用机，中间加一个比较器，每台处理机都有自己的存储器，或合用一个存储器，总之两台处理器执行的程序完全一样，处理的数据也一样。正常工作时，两机同时执行同一条指令，进行各自的分析，然后立即比较结果，若相同则继续往下执行，若不同，说明至少有一台处理机出现了故障，应使两机立即退出服务，进行必要的测试和故障处理，为了第14页第14页/共33页2）同步双工工作方式第15页第15页/共33页减小故障处理对正常的呼叫处理的影响，要求故障处理的时间很短，例如不超过

200ms，这么短的时间只能做一些简单测试，若测试确认有一台处理机故障，就令它退出服务，做进一步的故障检查，同时令无故障的处理机继续工作；若测试确认两台处理机都良好，则可能是偶然性的故障或干扰，这时可让原来的主机继续工作，备用机退出服务。以后如果主机再次出现短暂故障，也必须立即换成备用机。如果主机工作一段时间（10~20s）后没有发现异常，则可以证明主机是正常的，同时在这段时间内对备用机进行彻底检查，如果也没有问题，那就说明前面的故障确实是偶然性的故障或干扰，于是用主机对备用机进行校正，然后进入正常的同步工作方式。同步双工工作方式的主要优点是对故障反应快，几乎可以立即检测到各种故障，而且由于备用机和主机并行工作，所以基本上可以不丢失呼叫，缺点是对偶然故障过于敏感，尤其对软件故障保护不好，有可能导致整个服务中断，另外效率较低。3）话务分担工作方式3）话务分担工作方式两台处理机各自独立运行，正常情况下每台处理机只负责一半的呼叫处理任务（或话务容量），当一台处理机出现故障时，则由另一台处理机承担全部的话务容量。为了防止两台处理机同时处理一个呼叫，故设有互斥设备进行调度；另外为了协调运行，两台处理机之间还需要互通信息，随时了解呼叫的处理进展，所以处理机间有相应的通信链路；第16页第16页/共33页3）话务分担工作方式第17页第17页/共33页由于两台处理机是独立运行，所以每台都有自己专用的存储器存放临时数据；因为在故障情况下，需要用一台处理机处理所有呼叫，故每台处理机都能通到所有的电话外围控制设备话务分担方式主要的优点是：（1）对瞬时性硬件故障和软件故障有高度的容错能力。这是由于两台处理机彼此独立运行，同一时刻执行不同的程序，处于不同的运行环境，所以两台处理机同时产生硬件和软件故障的概率就非常低，由此加强了系统对软硬件故障的防护性能。当一台处理机发生故障退出服务时，由另一台处理机处理全部呼叫请求，呼叫服务不会中断。甚至包括第一台处理机原来建立的已经处于振铃或通话阶段的全部呼叫也不会中断，仅仅会损失原处理机正在试图建立的呼叫。3）话务分担工作方式第18页第18页/共33页抗过载能力强。由于每台处理机都是按照能处理全部话务容量来设计的，因此在正常的双机运行情况下，该系统具有较高的抗话务过载能力，能适应较大的话务波动。在扩充新设备或调试新程序时，可使一台处理机进行脱机测试，另一台处理机承担全部话务，这样既不中断电话服务，又方便了机器的维护测试功能。话务分担方式主要的缺点在于软件比较复杂，在程序设计时，既要避免双机同抢资源，还要实现双机间频繁交换有关信息。另外，对处理机的某些硬件故障不如同步方式那样能及时发现。双机配置的这几种方式，都已经运用到不同的交换机中了。如美国的No.5ESS系统采用了双机主备用方式，法国的E10B系统使用话务分担方式，而瑞典的AXE则使用双机同步方式。2.多机配置2.多机配置多机配置常使用三模冗余的配置方案，在这种系统中，三台处理机完全同步工作，并通过一个多数表决电路产生正确的信号

去控制外围电路和交换网络。三台处理机

中如果只有一台处理机出现故障，则对系

统没有任何影响，系统仍然可以正常运行。三模冗余可以扩展成N模冗余，所允许出错的处理机数为(N-1)/2。第19页第19页/共33页§

5.4

处理机间的通信方式第20页第20页/共33页在分散控制和分布控制方式中，系统中有多个处理机，这些处理机间必须协同工作才能完成系统的呼叫处理接续。所以各处理机之间如何通信就成为一个重要问题。所谓处理机间的通信，主要是指处理机之间控制和辅助信息或数据的传输和交换。控制信息是指为了完成话音交换所必须传送和交换的信息，例如用户挂机信息、号码信息、控制铃流、回铃音、忙音、中继线状态信息、以及控制交换网络动作的有关信息等。常见的通信方式有以下几种：1.通过PCM信道进行通信（1）利用TS16进行通信在数字通信网中，PCM信道中的TS16用来传输数字交换局之间的数字线路信令，数字线路信令主要是用来监视或向两端的交换局反映数字中继线中各话路（即时隙）的使用状态的1.通过PCM信道进行通信第21页第21页/共33页（空闲、忙、拆线等），当TS16到达对端的交换机后，其中的信令就会被处理机提取出来，这时TS16的传输信令的任务就暂时结束，便可以用作处理机间通信。为了使信息传送与处理机的工作能力协调，在处理机与交换网络之间要设置收发缓存器，当有需要传送的信息时，就插入TS16通过交换网络传送到其他的处理机。这种通信方式的优点是外加硬件及软件的费用小，但是只能用作交换机内部处理机之间的通信手段，而且信息量小速度慢。（2）通过数字交换网络内部的PCM信道直接传送数字交换网络并不是在任何时候都是满负荷运转的，所以里边总有一些时隙是空闲的，如果将处理机之间的通信信息与话音数据同等看待，那么就可以通过PCM网络中的空闲时隙来2.采用专用总线传送控制信息第22页第22页/共33页完成处理机之间的通信。这种方式可以用任意的时隙进行通信，所以可容纳的信息量大，并且能进行远距离的通信（比如交换机中的处理机和远端模块中的处理机之间的通信）。但是需要占用话音信道，费用比较大。2.采用专用总线传送控制信息将各个处理机用专用总线相连，处理机之间通过总线共享系统资源并且实现处理机间的通信。由于总线被多处理机共享，所以必须有多总线协议来控制处理机对总线的使用权，以及一个决定总线控制权的判决电路。处理机要占用总线之前必须首先判别总线是否可用，当总线空闲时才能占用总线。为了便于控制和传输，一般用两种方式来完成通信：专用总线通信方式示意图第23页第23页/共33页共享存储器空间方式第24页第24页/共33页一种方式是通过共享存储器空间来传输信息。在这种结构中所有的处理机和存储器都连接在一条公共总线上，处理机采用将信息写入存储器的方法与另一台处理机进行通信，接收处理机可以直接从存储器读取信息。这里必须有一种分配总线控制的办法，常用集中式总线控制器来进行判决，有三种不同的总线判别方法。第一种方法是为每台处理机设置一条专用的请求线和允许线，并且连接至总线控制器，总线控制器可以根据优先级来对处理机使用总线的请求进行选择，灵活性较大，但是连线较多，且增加处理机难度较大。第二种方法是所有处理机都接到一条请求线和一条允许线上，给每个处理机分配一个时间片（或时隙）用来发送请求和共享存储器空间方式第25页第25页/共33页接收允许信号，处理机只有在自己的时间片中才能发送总线使用请求，总线控制器在相应时间片接收到请求后，如果总线空闲就马上在允许线上发送总线允许信号，处理机收到后才可以使用总线。第三种方法是所有处理机都与一条请求线并接，而允许线与所有处理机串联，总线控制器一旦发现总线请求，如果总线空闲，则立即通过允许线发出允许信号，没有请求的处理机只将允许信号往下传，第一台发出请求的处理机就被赋予总线控制权。共享存储器空间这种方式能提供较高的速度和较多的通信信息量，但处理机间的物理距离不能很远。共享存储器方式示意图第26页第26页/共33页共享存储器空间方式除了上述三种方式之外，还可以不用集中式总线控制器，而是让总线时分复用，每台处理机分配一个时间周期。这种方式适用于所有处理机同样忙碌，占用总线的时间比较均匀的场合。否则，总线的利用率会大幅度下降。第27页第27页/共33页共享输入输出接口方式另一种方式是通过共享输入输出接口来传输信息。是在处理机内设置收/发缓存器，当处理机要发送信息时，可先把信息送到发送缓存器中，然后在适当时刻通过总线把信息送到接收处理机的接收缓存器中，当接收处理机空闲时，就从它的接收缓存器中取出信息。这种通信方式相当于把一个处理机作为另一个处理机的外设或将对方看作一般的输入输出接口进行通信，可根据连接需要连接在处理机的串行口或并行口上，使用于通信信息量和速率都要求较高，处理机间的距离相对较远的场合。第28页第28页/共33页3.计算机网络的通信方式（令牌传送）在分散控制的大型系统中，处理机数量众多，而且它们之间的地位又多是平级关系，这时采用环形通信结构，通信效率较高。第29页