電路交換技術(shù)四PPT課件.ppt

1 現(xiàn)代交換原理 黃啟純qhuang 2 第2章電路交換技術(shù) 2 1概述2 2電路交換機的基本功能2 3電路交換系統(tǒng)的的硬件結(jié)構(gòu)2 4數(shù)字交換網(wǎng)絡2 5電路交換機呼叫處理過程2 6電路交換機控制軟件體系結(jié)構(gòu)2 7呼叫處理程序2 8電路交換系統(tǒng)的性能評價 3 電路交換的基本功能 電路交換的基本功能 4 數(shù)字交換機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5 基本交換單元 共享存儲器型時分交換單元 T接線器 空分型交換單元 S接線器 共享總線型時分交換單元 數(shù)字交換單元DSE 6 交換網(wǎng)絡 CLOS網(wǎng)絡TST網(wǎng)絡DNS網(wǎng)絡 7 呼叫處理過程 8個階段 6個穩(wěn)定狀態(tài)有限狀態(tài)機和有限消息機描述規(guī)范描述語言SDL 8 電路交換機控制軟件體系結(jié)構(gòu) 控制軟件的基本特點實時性強并發(fā)性和多道進程運行可靠性要求高能方便地適應各種使用條件軟件的可維護性要求高數(shù)據(jù)驅(qū)動型程序結(jié)構(gòu) 9 2 6 2系統(tǒng)運行軟件的一般結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)程序 采用實時操作系統(tǒng) 是應用程序與硬件間的接口 功能是任務調(diào)度 定時管理 進程間通信 處理機間通信 系統(tǒng)保障和恢復功能 系統(tǒng)資源參數(shù) 端口性能參數(shù) 運行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及其他表格數(shù)據(jù)等 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責提供存取數(shù)據(jù)的操作機制 呼叫處理程序負責所有呼叫請求的接續(xù)電路建立 監(jiān)視與釋放處理 支持常規(guī)業(yè)務和各種新業(yè)務 維護和管理系統(tǒng)運行中資源分配和釋放 參數(shù)存取 統(tǒng)計話務量 計費 發(fā)現(xiàn)和排除故障等 10 程序的級別劃分和調(diào)度 故障級 負責故障識別和緊急處理等功能 具有最高優(yōu)先級 周期級 時鐘級 由時鐘中斷按周期性啟動的任務 基本級 由隊列啟動的 實時性要求較低的任務 11 呼叫處理程序 系統(tǒng)性能評價指標 12 2 7呼叫處理程序 負責所有呼叫請求的電路接續(xù)建立 監(jiān)視與釋放 完成對各種電話新業(yè)務的支持 在操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫支持下工作 由呼叫控制 信令處理 資源管理和計費處理等組成 資源管理 較低層程序 管理軟硬件資源 控制活動對資源的共享和操作 提供底層接口支持 信令處理 將外部電路狀態(tài)變化和事件報告譯成標準消息送給呼叫控制 將呼叫控制的消息轉(zhuǎn)換成相關信令轉(zhuǎn)送給外部電路 呼叫控制 分析呼叫狀態(tài)和事件信息 調(diào)用相關處理程序事件進行處理 13 2 7 1資源管理程序 資源是一種獨立的 可按需配置的軟硬件實體 資源由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理 其使用對象稱作活動 活動由操作系統(tǒng)進行調(diào)度 資源是共享的 可為不同活動訪問使用 資源管理程序控制不同活動對資源的共享 集中控制 同一處理機管理所有資源和所有活動 利用隊列和活動等級解決爭用資源問題 分散控制 多處理機 通過資源分配權(quán)互斥結(jié)構(gòu) 任何時刻只能一個處理機擁有資源分配權(quán) 14 1 資源的特性 資源的特性包括類型編號和狀況 類型編號用來區(qū)分不同類型和具體實例 資源狀況說明當前情況 包括占用者 請求者和當前狀態(tài) 1 資源的占用者 當前使用者 如果一個資源未被使用 也沒有被其他更高的活動請求 則申請該資源的活動可以使用該資源并成為占用者 2 資源的請求者 當一個活動想成為一個資源的占用者 而該資源正在被使用時 其可對該資源提出使用請求 資源請求被記錄在請求隊列之中 操作系統(tǒng)根據(jù)請求者等級來安排處理順序 15 1 資源的特性 3 資源的當前狀態(tài) 有四類 服務 退出服務 未安裝和自動封鎖狀態(tài) 服務狀態(tài)是可用資源 其他為不可用或暫不可用 自動封鎖狀態(tài) 資源出現(xiàn)故障或其他情況使該資源不可用的狀態(tài) 自動封鎖狀態(tài)還可細分 外部事件引起 如用戶未掛好話機等 當外部事件消除后該資源將自動解鎖 控制資源的部件未進入服務態(tài) 部件正常資源自動解鎖 資源本身故障 需故障消除后才能進入服務狀態(tài) 16 2 資源的使用對象 使用某資源時 提出請求 若沒有其他活動使用 請求則接受該請求 該活動成為資源占用者 如果同時有多個活動請求使用 則根據(jù)活動的優(yōu)先級進行安排 1 呼叫處理1 級別最高 如進程轉(zhuǎn)移 2 系統(tǒng)處理 資源管理對資源做內(nèi)部管理操作 3 系統(tǒng)防護1 重新運行系統(tǒng)防護程序 4 運行維護1 OM1 改變資源特性和類型 資源狀態(tài)轉(zhuǎn)移時 由OM1活動占用相應資源 5 系統(tǒng)防護2 故障定位 隔離 測試等 6 運行維護2 一般性活動 7 呼叫處理2 呼叫處理中的穩(wěn)定態(tài) 由CP2占用資源 17 3 資源管理程序 資源管理程序 是應用程序和資源實體間的接口 它通過函數(shù)方式接受應用程序的占用請求 請求占用時 須給出類型編號 請求者及相關參數(shù) 根據(jù)請求者優(yōu)先級按序安排占用 依據(jù)參數(shù)分配和組織資源運行 維護資源狀態(tài) 如交換網(wǎng)絡資源管理程序 管理所有路徑 依參數(shù)尋找 建立和拆除路徑 18 2 7 2信令處理程序 信令處理程序 控制信令的發(fā)送與接收 并完成各類信令消息與呼叫控制消息格式的相互轉(zhuǎn)換 信令消息有模擬用戶線信令 數(shù)字用戶線信令 中繼隨路信令和No 7共路信令等不同方式 信令表達各異 控制也不同 為了簡化系統(tǒng)處理 設置信令處理程序來實現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換和信令過程管理 19 1 模擬用戶線信令處理程序 兩大部分組成 時鐘級掃描和用戶線處理進程程序 前者由時鐘調(diào)度程序按周期調(diào)度執(zhí)行 后者是基本級程序 由隊列啟動執(zhí)行 1 用戶摘 掛機掃描程序檢測用戶線狀態(tài)變化 用戶摘機時 用戶二線環(huán)路為閉合狀態(tài) 用戶掛機時為斷開狀態(tài) 系統(tǒng)每用戶線用1bit表示摘 掛機狀態(tài) 摘 掛機狀態(tài)表示用戶請求開始或結(jié)束一個服務 系統(tǒng)須盡快做出響應 通常摘 掛機掃描周期定為100ms左右 20 1 用戶摘掛機掃描程序 摘掛機掃描識別算法設本次掃描值為PR 上次掃描值為LR 0表示環(huán)路斷開 1表示環(huán)路閉合 摘機事件的邏輯運算為掛機事件的邏輯運算為 21 1 用戶摘掛機掃描程序 22 2 撥號數(shù)字接收程序 模擬用戶話機有直流脈沖撥號 DP 和雙音多頻 DTMF 撥號兩種方式 DP撥號 利用號盤觸點接通和斷開用戶二線環(huán)路 以脈沖計數(shù)方式表示地址號碼 DP撥號數(shù)字接收采用軟件處理 程序流程類似摘 掛機狀態(tài)掃描程序 但DP撥號的通斷變化在8 22個脈沖 秒范圍 其程序處理周期為8 10ms DTMF撥號 利用高低兩組不同的音頻組合代表不同的號碼 號碼接收通過硬件電路進行解碼 接收程序只需周期性讀入解碼數(shù)據(jù)即可 23 DTMF撥號數(shù)字接收程序 DTMF撥號 代表每位號碼的雙音信號最短持續(xù)時間為40ms 號位間隔100ms左右 DTMF硬件解碼電路 利用指示端SP高電平表示有效收到一位號 DTMF信號持續(xù)傳輸結(jié)束后變成低電平 DTMF撥號數(shù)字接收程序 可20ms執(zhí)行一次 先檢查每個DTMF收號器的SP狀態(tài) 再利用算法確定解碼數(shù)據(jù)是否有效 SP代表本次掃描讀得的SP端狀態(tài) SPL代表上一次掃描讀得的SP端狀態(tài) 邏輯操作值為1時 表示該位號已解碼 且雙頻傳輸已結(jié)束 可以讀出 24 DTMF撥號數(shù)字接收程序 25 3 模擬用戶線處理進程 任務是管理用戶狀態(tài)遷移 接收掃描程序送來的事件報告 譯成呼叫控制消息報告給呼叫控制進程 將呼叫控制進程的命令翻譯成相關信令 并請求資源管理完成信令傳輸和接口電路動作 每條用戶線都設置私有工作區(qū) 用戶線寄存器 存放用戶狀態(tài) 所用收號器 號碼存儲區(qū) 信令分配信息 呼叫控制塊號碼等 狀態(tài)信息 用戶當前狀態(tài) 收號器編號 DTMF收號時 記錄分配的收號器編號 收號結(jié)束則收號器資源 號碼存儲區(qū) 記錄收到的號碼 信令分配信息 記錄呼叫控制對該用戶線的操作信令 呼叫控制塊號碼 記錄該用戶線使用的呼叫處理塊編號 26 3 模擬用戶線處理進程 等呼叫控制進程的 收號 命令 T0為久不撥號等待時間 這里A B為其他處理進程具有和本進程相同的后續(xù)處理過程的轉(zhuǎn)入點 27 2 局間中繼電路信令處理程序 中繼線路是連接兩交換機的局間中繼鏈路 多用戶共享 由呼叫控制按需指配 當一呼叫的被叫不在本局時 需通過局間信令請求另一交換機協(xié)同建立到被叫的通信電路 為了方便局間信令處理 規(guī)定主叫方指向被叫方交換局的信令為出局信令或前向信令 相反則稱為入局信令 回答證實信令稱作后向信令 局間采用PCM中繼線 局間信令有中國1 隨路信令和No 7共路信令兩種 隨路信令利用TS16傳送信道狀態(tài)信令 地址和控制信令由各個話路信道傳送 No 7信令將要占用信道 被叫地址和控制信息等組裝成消息分組 通過任一指定的64kbit s信道傳送 No 7信令處理通常采用單獨的處理模塊 既處理信令消息 還處理信令網(wǎng)控制消息 較復雜 信令一章專講 28 PCM中繼話路及線路信令時隙復用結(jié)構(gòu) 29 1 中繼電路線路狀態(tài)信令掃描程序 數(shù)字中繼接口中 信令提取電路將每幀TS16所傳送話路狀態(tài)信令分離后 按幀序存放在線路信令接收存儲器 LSR 中 供掃描軟件讀取 線路信令發(fā)送存儲器 LST 用來存放系統(tǒng)發(fā)出的線路狀態(tài)信令 無論出中繼 入中繼 都用3bit數(shù)據(jù)表示線路狀態(tài) 信令掃描程序周期地訪問LSR 以發(fā)現(xiàn)線路狀態(tài)改變事件 事件的具體含義則由信令處理進程負責 線路狀態(tài)信令掃描程序是時鐘級程序 常按20ms周期調(diào)度運行 30 1 中繼電路線路狀態(tài)信令掃描程序 LSR為中繼接口板上的線路狀態(tài)寄存器 LSRL為系統(tǒng)內(nèi)部安排的上次掃描的線路狀態(tài)寄存區(qū) 線路信令掃描程序只是發(fā)現(xiàn)事件并進行登記 并不對事件進行實質(zhì)性處理 31 2 記發(fā)器信令處理程序 傳遞地址和控制信息的信令習慣上稱作記發(fā)器信令 采用多頻互控 MFC 方式傳送 交換機中設置專用多頻發(fā)碼和收碼器 多頻信號采用話帶音頻方式經(jīng)話路傳送 多采用DSP方式集中處理 DSP多頻收發(fā)處理裝置 由呼叫處理進程調(diào)度資源管理程序進行分配 通過DSN與中繼話路連接 利用數(shù)字信號處理方法對PCM信號識別和解碼 收到一位數(shù)字時 則緩存并將標志位SP置高 供數(shù)字掃描程序識別和讀取 發(fā)碼過程則根據(jù)發(fā)號數(shù)字對應的雙頻信號PCM碼以8kHz幀同步為參考 周期地通過相應信道送出即可 32 2 記發(fā)器信令處理程序 MFC信令由處理裝置自動完成發(fā) 前向 收到前向發(fā)后向 收到后向停前向 收到前向停則停后向 四個節(jié)拍互控過程 每個方向雙頻信號最短識別時間為40ms 傳送一位數(shù)字大約耗時100ms 記發(fā)器信令接收掃描程序和DTMF收號程序類似 由時鐘調(diào)度程序按20ms周期調(diào)度運行 根據(jù)SP標志確定編碼數(shù)字的接收 收到一位號碼即緩存并產(chǎn)生收到號碼事件 通常由呼叫控制進程決定發(fā)送下一位前向號碼或回答后向證實信令 33 3 中繼電路隨路信令處理進程 34 2 7 3呼叫控制程序 呼叫控制程序也叫呼叫狀態(tài)管理程序 是交換機呼叫處理的中樞 負責控制呼叫接續(xù)的整個過程 任務 接收信令處理程序轉(zhuǎn)發(fā)的請求消息 請求資源管理程序為呼叫分配資源 請求呼叫服務程序檢索局 用戶數(shù)據(jù) 控制處理過程的完成 對每個呼叫請求分配一個CCB 呼叫控制塊 記錄所用的資源 程序 狀態(tài)和相關數(shù)據(jù) CCB是公共資源 按照隊鏈方式分配 當一個呼叫建立時就從CCB空閑隊鏈中取出一個CCB使用 在呼叫釋放時歸還 重新置入空閑隊鏈 35 呼叫控制程序流程 36 呼叫控制程序流程 37 2 8交換系統(tǒng)性能評價指標 2 8 1性能指標即評價電路交換系統(tǒng)呼叫處理能力和交換接續(xù)能力的指標 反映系統(tǒng)的技術(shù)水平 包括能承受的話務量 呼叫處理能力和能接入的用戶線和中繼線最大數(shù)量等 1 話務負荷能力指在一定呼損率下 系統(tǒng)在忙時可以承擔的話務量 常用 小時呼 或 分鐘呼 表示 利用呼叫次數(shù)和每次呼叫占用時間的乘積來計量 話務負荷能力由交換系統(tǒng)的交換網(wǎng)絡可同時連接的話路數(shù)決定 現(xiàn)代局用機系統(tǒng)話務量指標可達到數(shù)萬愛爾蘭以上 38 2 控制系統(tǒng)的呼叫處理能力 交換機話務承載能力與控制系統(tǒng)的呼叫處理能力直接相關 常用忙時試呼次數(shù) BHCA 來衡量 是評價系統(tǒng)設計水平和服務能力的指標 影響B(tài)HCA值的因素 包括系統(tǒng)容量 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 處理機能力 軟件結(jié)構(gòu)以及處理算法和編程語言等 39 影響B(tài)HCA值的因素 1 系統(tǒng)容量影響 用戶數(shù)量越多 掃描程序的開銷與端口數(shù)量相關 時鐘級固定開銷也就越大 導致單位時間能處理的呼叫數(shù)目減少 2 控制結(jié)構(gòu)影響 多處理機結(jié)構(gòu) 存在額外通信開銷 3 處理機性能影響 包括指令功能 工作頻率 存儲器尋址范圍和I O端口數(shù)量 4 軟件設計水平 重要因素 包括程序結(jié)構(gòu) 算法 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和采用的編程語言等 40 3 BHCA值的估算 估算公式 t a b N t是處理機的時間開銷 a是與話務量無關的開銷 b是一次呼叫的平均處理時間 N為某一時段內(nèi)各類呼叫的總次數(shù) 也稱作忙時試呼次數(shù) a來自時鐘級程序和通信程序 當沒有呼叫發(fā)生時也要執(zhí)行時鐘級程序 還有隊列管理程序等 b是平均處理開銷 包括本局 出局 入局比例 呼叫不全 阻塞 被叫忙 被叫不應答的比重 控制結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)等 須加權(quán)平均 41 3 BHCA值的估算 N 代表BHCA值 各類呼叫的總次數(shù) 按話務量和平均占用時間求得 計算時 處理機忙時利用率不能為100 系統(tǒng)軟 硬件管理維護也要處理 通常可用于呼叫處理的時間為0 75 0 85 42 3 BHCA值的估算 例如 某電路交換系統(tǒng)的處理機可用于呼叫處理的時間為0 85 固定開銷a 0 29 處理一個呼叫的平均時間為25ms 則忙時可處理的最大呼叫數(shù)可通過下列計算求得 43 4 用戶線和中繼線的最大數(shù)量 能提供的用戶線和中繼線最大數(shù)量也是一個重要指標 現(xiàn)代交換系統(tǒng) 其DSN可同時提供數(shù)萬條話路 連接用戶線和中繼線 用戶線話務量一般在0 1Erl左右 可連接更多的用戶線 通常局用交換系統(tǒng)能連接幾十萬用戶線 中繼線可達數(shù)萬線 44 2 8 2服務質(zhì)量指標 l 呼損指標 呼損 交換設備未能完成的呼叫數(shù)和用戶發(fā)出的呼叫數(shù)之比 比率越小服務質(zhì)量就越高 服務質(zhì)量是個矛盾 呼損大用戶不滿意 呼損小設備利用率低 需權(quán)衡 通常本地電話網(wǎng) 總呼損在2 5 比較合適 2 接續(xù)時延 包括摘機后聽到撥號音的時延和用戶撥號完畢聽到回鈴音的時延 前者反映系統(tǒng)的反應速度和去話分析時間 小于400ms時 用戶不會有等待感覺 后者反映系統(tǒng)數(shù)字分析 通路選擇 信令配合 發(fā)送鈴流等處理時間