西電張繼榮 《現(xiàn)代交換技術》第3章

1、第3章 電路交換技術第3章 電路交換技術3.1 概述概述 3.2 電路交換機的硬件結構電路交換機的硬件結構 3.3 數字交換網絡的結構數字交換網絡的結構 3.4 電路交換機的控制軟件電路交換機的控制軟件 3.5 電路交換機的指標體系電路交換機的指標體系 3.6 電路交換典型機電路交換典型機 思考題思考題 第3章 電路交換技術3.1 概概 述述3.1.1 電路交換的特點電路交換的特點 通過第1章的學習，我們初步了解了電路交換的過程，它具有的特點總結如下: (1) 電路交換是一種實時交換，適用于對實時性要求高的通信業(yè)務。 (2) 電路交換是面向連接的交換技術。在通信前要通過呼叫為主叫、被叫用戶建立

2、一條物理連接。如果呼叫數超過交換機的連接能力，交換機向用戶送忙音，拒絕接受呼叫請求。從另一個角度看，交換機的功能是在入口側根據內部資源情況，決定接受或放棄新到達的呼叫，并對已處在通信中的每一個呼叫保證通信完整性。第3章 電路交換技術 (3) 電路交換采用靜態(tài)復用、預分配帶寬并獨享通信資源的方式。交換機根據用戶的呼叫請求，為用戶分配固定位置、恒定帶寬(通常是64 kb/s)的電路。話路接通后，即使無信息傳送，也需要占用電路。因此電路利用率低，尤其是對突發(fā)業(yè)務來說。 (4) 在傳送信息期間，沒有任何差錯控制措施，控制簡單，但不利于可靠性要求高的數據業(yè)務傳送。 根據上述特點，電路交換機使用了如下控制

3、技術：利用呼叫處理完成交換網絡入端口到出端口之間內部通道的預占；使用局間信令完成中繼線上帶寬資源的預占。由于呼叫建立階段已獲得了全部的通信資源，通信階段無需緩存和差錯控制機制，因此采用同步時分交換就可以滿足要求。第3章 電路交換技術3.1.2 電路交換機的分類電路交換機的分類 從不同的角度可以對電路交換機進行分類。 1模擬交換機和數字交換機模擬交換機和數字交換機 送入交換機的信號可以是模擬信號，也可以是編碼后的數字信號。按交換網絡傳送的信號形式，可以將電路交換機分為模擬交換機和數字交換機。第3章 電路交換技術 2空分交換機和時分交換機空分交換機和時分交換機 交換機的交換網絡可以用空分陣列組成，

4、也可以用共享存儲器或共享總線的時分交換單元組成。按交換網絡的接續(xù)方式，可以將電路交換機分為空分交換機和時分交換機。第3章 電路交換技術 3布線邏輯控制和存儲程序控制交換機布線邏輯控制和存儲程序控制交換機 對交換機的控制可以用邏輯電路控制，也可以用存儲器中的程序控制。按控制方式可以將電路交換機分為布線邏輯控制交換機和存儲程序控制SPC(Stored Program Controlled)交換機，簡稱程控交換機。第3章 電路交換技術3.2 電路交換機的硬件結構電路交換機的硬件結構 典型的電路交換系統(tǒng)是電話交換系統(tǒng)。本節(jié)以數字程控電話交換機為例，說明電路交換機的組成。 電路交換機的總體結構包括硬件和

5、軟件兩部分。本節(jié)主要介紹電路交換機的硬件結構。其硬件結構分為話路子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，如圖3.1所示。話路子系統(tǒng)主要由接口電路和交換網絡組成。第3章 電路交換技術 接口的作用是將來自不同終端(電話機、計算機等)或其它交換機的各種信號轉換成統(tǒng)一的交換機內部工作信號，并按信號的性質分別將信令送給控制系統(tǒng)，將業(yè)務消息送給交換網絡。交換網絡的任務是實現(xiàn)各入、出線上信號的傳遞或接續(xù)。控制子系統(tǒng)對話路子系統(tǒng)進行控制，如監(jiān)視用戶線和中繼線的狀態(tài)，處理用戶或其它交換局發(fā)送的信令，按信令要求控制交換網絡接續(xù)，通過接口發(fā)送信令，協(xié)調交換機工作等。它由處理機、存儲器、外部設備和遠端接口等部件組成。外部設備有外存、打印

6、機、維護終端等，是交換局維護人員使用的設備。遠端接口包括至集中維護操作中心CMOC(Centralized Maintenance Operation Center)、網管中心、計費中心等的數據傳送接口。存儲器用來存儲程序和數據，可進一步分為程序存儲器和數據存儲器。第3章 電路交換技術圖3.1 數字交換系統(tǒng)的硬件功能結構數字交換網絡模擬用戶線模擬用戶接 口模擬用戶 線用戶級模擬用戶接 口遠端模塊數字用戶線數字用戶接 口數字中繼線數字中繼接 口模擬中繼線模擬中繼接 口信令設備話路子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)處理機遠端接口存儲器打印機外存維護終端用戶級數字中繼接口數字中繼接口第3章 電路交換技術3.2.1 話

7、路子系統(tǒng)話路子系統(tǒng) 話路子系統(tǒng)包括模擬用戶接口、用戶級、遠端模塊、數字用戶接口、數字中繼接口、模擬中繼接口、信令設備、交換網絡等部件。 1模擬用戶接口模擬用戶接口 模擬用戶接口是數字程控交換機連接模擬用戶線的接口電路。模擬用戶的傳輸線路為二線模擬線，終端和交換機之間采用直流環(huán)路信令方式。終端向數字交換網絡傳送話音信號、音頻數據和雙音多頻信號，交換機向模擬話機提供直流饋電和振鈴信號，并完成測量等功能。每一個模擬用戶均要經模擬用戶接口電路連接交換網絡，因此這種接口電路占的比例最大，對它的組成和功能有一個基本要求，歸納起來為BORSCHT，如圖3.2所示。第3章 電路交換技術圖3.2 實現(xiàn)BORSC

8、HT功能的用戶電路帶通濾波器平衡網絡低通濾波器編/譯碼器CHB，S掃描OT，R測試振鈴第3章 電路交換技術 BORSCHT的含義如下： B(Battery feed)：饋電。所有連接在交換機上的終端，均由交換機饋電。程控交換機的饋電電壓一般為-48 V。通話時饋電電流在20100 mA之間。饋電方式有恒壓饋電和恒流饋電兩種。 O(Over-voltage)：過壓保護。程控交換機內有大量的集成電路，為保護這些元器件免受從用戶線進來的高電壓、過電流的襲擊，一般采用二級保護措施。第一級保護是在用戶線入局的配線架上安裝保安器，主要用來防止雷電。但由于保安器在雷電襲擊時仍可能有上百伏的電壓輸出，對交換機

9、內的集成元器件仍會產生致命的損傷，因此，在模擬用戶接口電路中一般還要完成第二級過壓保護和過流保護。第3章 電路交換技術 R(Ring)：振鈴。振鈴信號送向被叫用戶，用于通知被叫有呼叫進入。向用戶振鈴的鈴流電壓一般較高。我國規(guī)定的標準是用7515 V、25 Hz交流電壓作為鈴流電壓，向用戶提供的振鈴節(jié)奏規(guī)定為l s通，4 s斷。高電壓是不允許從交換網絡中通過的，因此，鈴流電壓一般通過繼電器或高壓集成電子開關單獨向用戶話機提供，并由微處理機控制鈴流開關的通斷。此外，當被叫用戶一摘機，交換機就能立刻檢測到用戶直流環(huán)路電流的變化，繼而進行截鈴和通話接續(xù)處理。第3章 電路交換技術 S(Supervisi

10、on)：監(jiān)視。用戶話機的摘/掛機狀態(tài)和撥號脈沖數字的檢測，是通過微處理機監(jiān)視用戶線上直流環(huán)路電流的有、無狀態(tài)來實現(xiàn)的。用戶掛機空閑時，直流環(huán)路斷開，饋電電流為零；反之，用戶摘機后，直流環(huán)路接通，饋電電流在20 mA以上。 對于脈沖話機，撥號時所發(fā)出的脈沖通斷次數及通斷間隔，也以用戶直流環(huán)路的通斷來表示。微處理機通過檢測直流環(huán)路的這種狀態(tài)變化，就可以識別用戶所發(fā)出的脈沖撥號數字。這種收號方式主要由軟件程序實現(xiàn)，稱為軟收號器。第3章 電路交換技術 對于雙音多頻DTMF(Dual-tone Multi Frequency)話機，用戶所撥號碼以雙音多頻信號形式出現(xiàn)在線路上，交換機內要有專用收號器對號碼

11、進行接收和識別。專用收號器也叫“硬收號器”。 C(Codec)：編譯碼。數字交換機只能對數字信號進行交換處理，而話音信號是模擬信號，因此，在模擬用戶電路中需要用編碼器把模擬話音信號轉換成數字話音信號，然后送到交換網絡進行交換。反之，通過解碼器把從交換網絡輸出的數字話音轉換成模擬話音送給用戶。第3章 電路交換技術 H(Hybrid)：混合電路。數字交換網絡完成4線交換(接收和發(fā)送各1對線)，而用戶傳輸線路上用2線雙向傳送信號。因此，在用戶話機和編/解碼器之間應進行2/4線轉換，以把2線雙向信號轉換成收、發(fā)分開的4線單向信號，而相反方向需進行4/2線轉換；同時可根據每一用戶線路阻抗的大小調節(jié)平衡網

12、絡，達到最佳平衡效果。這就是混合電路的功能。 第3章 電路交換技術 T(Test)：測試。交換機運行過程中，用戶線路、用戶終端和用戶接口電路可能發(fā)生混線、斷線、接地、與電力線相碰、元器件損壞等各種故障，因此需要對內部電路和外部線路進行周期巡回自動測試或指定測試。測試工作可由外接的測試設備來完成，也可利用交換機的軟件測試程序進行自動測試。測試是通過測試繼電器或電子開關為用戶接口電路或外部用戶線提供的測試接入口而實現(xiàn)的。第3章 電路交換技術 2用戶級用戶級 用戶級是用戶集線器LC(line Concentration)的簡稱，它完成話務集中的功能。一群用戶經用戶級集中后以較少的鏈路接至交換網絡，以

13、提高交換網絡的利用率。集中比一般為2 l8 l。 用戶級和用戶接口電路還可以設置在遠端，常稱為遠端模塊，見圖3.1中的虛線框。遠端用戶級與母局之間用數字鏈路連接，鏈路數與遠端用戶級的容量及業(yè)務量大小有關。遠端模塊的設置帶來了組網的靈活性，節(jié)省了用戶線的投資。第3章 電路交換技術 3數字用戶接口數字用戶接口 連接用戶終端且環(huán)線采用數字傳輸的交換機接口稱為數字用戶接口。已標準化的數字用戶接口有基本速率接口BRI(Basic Rate Interface)和基群速率接口PRI(Primary Rate Interface)。這兩個接口的傳輸幀結構分別為2BD和30BD，線路速率分別為192 kb/s

14、和2.048 Mb/s。其中，“B”是64 kb/s的業(yè)務信道，“D”是信令信道，在BRI中D是16 kb/s，在PRI中D是64 kb/s。 數字用戶接口應具有圖3.3所示的功能結構。過壓保護、饋電和測試功能的作用及實現(xiàn)與模擬用戶接口類似。當用戶終端本身具有工作電源時，接口還可以免去饋電功能。第3章 電路交換技術圖3.3 數字用戶接口的基本功能信令插入和提取(S)復用器/分路器收發(fā)器測試控制系統(tǒng)交換網絡(T)饋電(B)過壓保護(O)用戶線(R)第3章 電路交換技術 數字用戶線采用專用信令鏈路傳送信令(DSS1信令)。發(fā)送方將信令插入專用邏輯信道，以時分復用方式和信息一起傳送，接收方從專用邏輯

15、信道提取信令。 交換網絡接續(xù)的信道是64 kb/s的數字信道，而環(huán)線的傳輸速率可能高于或低于64 kb/s。因此，在接口和交換網絡之間，需要插入一個多路復用器與分路器，以便將環(huán)線信號分離或合并為若干條64 kb/s的信道。第3章 電路交換技術 收發(fā)器的主要作用是實現(xiàn)數字信號的雙向傳輸。曾經提出的方案有空分、頻分、時分和回波抵消法四種。空分法即在兩個方向各使用一對獨立的雙絞線，由于不經濟，因此很少使用。頻分法即在兩個方向使用一對傳輸線，各使用不同的頻段，由于占用頻帶寬，傳輸距離近，現(xiàn)在也很少使用。時分法是將收發(fā)脈沖壓縮，在兩個方向使用不同時間段送出信號，所需頻帶至少是收發(fā)信號帶寬的2倍，電路易集

16、成。但傳輸距離近，不適合長距離通信?；夭ǖ窒ú捎没旌暇€圈實現(xiàn)2/4線變換，在同一對線上可以同時傳送兩個方向的信號，它所需的頻帶窄，傳輸距離長，是目前數字用戶線采用的主要技術。此外，收發(fā)器中還要有均衡器和擾碼器。均衡器用來補償數字信號傳輸時產生的非線性衰減和時延，消除碼間干擾；擾碼器的作用是在發(fā)送數據中加入一個偽隨機序列，破壞傳送數據中可能出現(xiàn)的全1、全0或某種信號周期重復的規(guī)律性，可以減少相鄰信號的串擾和定時信號的誤判。收發(fā)器的原理框圖見圖3.4。第3章 電路交換技術圖3.4 收發(fā)器的原理框圖數據 緩存器解擾器線路解碼均衡器抽樣接收濾波 器定時恢復鎖 相回 波抵消器脈沖整形線路編碼擾碼器數據

17、時鐘用戶側交換局側第3章 電路交換技術 4模擬中繼接口模擬中繼接口 模擬中繼AT(Analog Trunk)接口是數字交換機為適應局間模擬環(huán)境而設置的接口電路，用來連接模擬中繼線。模擬中繼接口具有測試、過壓保護、線路信令監(jiān)視和配合、編/譯碼等功能。第3章 電路交換技術 5數字中繼接口數字中繼接口 數字中繼DT(Digital Trunk)接口是數字交換系統(tǒng)與數字中繼線之間的接口電路，可適配PCM一次群或高次群的數字中繼線。 數字中繼具有碼型變換、時鐘提取、幀同步和復幀同步、幀定位、信令插入和提取、告警檢測等功能，見圖3.5。 如果交換局間的傳輸采用同步數字序列SDH(Synchronous D

18、igital Hierarchy)，則可以將交換機多個中繼輸出信號裝入到SDH端機的不同容器中，再復接成STM-1(155 Mb/s)或STM-4(622 Mb/s)的SDH幀信號傳送。第3章 電路交換技術圖3.5 數字中繼的原理圖時鐘提取碼型變換幀同步插入復幀同步插入信令插入告警檢測幀同步復幀同步信令發(fā)送信令接收指示幀定位碼型變換信令提取線路側交換網絡側內部時鐘第3章 電路交換技術6信令設備信令設備圖3.6 本局呼叫的信令過程主叫話機交換機摘機被叫話機撥號音號碼回鈴音振鈴摘機通話掛機催掛音掛機釋放消息轉輸呼叫時間第3章 電路交換技術 對于隨路信令CAS(Channel Associated

19、Signaling)系統(tǒng)，信令有監(jiān)視信令、地址信令、各種音信令和鈴流。監(jiān)視信令完成呼叫監(jiān)視、應答等功能，它分散在用戶接口和中繼接口電路中。其它兩種信令體現(xiàn)在圖3.1的信令設備中，包括各種音信號 (撥號音、忙音、回鈴音等) 發(fā)生器、雙音多頻信號接收器、多頻信號發(fā)送和接收器。鈴流發(fā)生器單獨設置，通常放在用戶模塊中。第3章 電路交換技術 除鈴流信令外，其它音信令和多頻信令都是以數字形式直接進入數字交換網絡，并像數字話音信號一樣交換到所需端口。音信令的數字化原理和話音完全一樣。 如果交換局間使用公共信道信令CCS(Common Channel Signaling)，那么圖3.1中的信令設備主要完成7號

20、信令第二功能級的功能，第一功能級的功能由數字中繼完成，第三和第四功能級的功能由控制系統(tǒng)完成。 第3章 電路交換技術 7交換網絡交換網絡 對電路交換而言，呼叫處理的目的是在需要通話的用戶之間建立一條通路，這就是交換功能。交換功能由交換機中的交換網絡實現(xiàn)。交換網絡可在處理機的控制下建立任意兩個終端之間的連接。數字交換系統(tǒng)的交換過程如圖3.7所示。第3章 電路交換技術圖3.7 數字交換系統(tǒng)的交換過程11甲aTS1bTS1aTS1PCM13030乙bTS30abTS30PCM2TS30數字交換網絡bTS1PCM1aTS30PCM2第3章 電路交換技術 在數字交換機中，每個用戶都占用一個固定的時隙，用戶

21、的話音信息就裝載在各個時隙之中。例如，有甲、乙兩個用戶，甲用戶的發(fā)話信息a或受話信息都固定使用時隙1(TS1)，而乙用戶的發(fā)話信息b或受話信息都固定使用TS30。如果這兩個用戶要互相通話，則甲用戶的話音信息a要在TS1時隙送至數字交換網絡，而在TS30時隙將其取出送至乙用戶。反過來，乙用戶的話音信息b也必須在TS30時隙送至數字交換網絡，而在TS1時隙從數字交換網絡中取出送至甲用戶。這就是話音交換，它實質上是一種時隙交換。第3章 電路交換技術3.2.2 控制子系統(tǒng)控制子系統(tǒng) 控制子系統(tǒng)的主要設備是處理機。處理機的數量和分工有各種配置方式，但歸結起來可以分為三種基本的配置方式：集中控制、分散控制

22、和分布式控制。 1集中控制集中控制 早期的程控交換機都采用這種控制方式。假設某一交換機的控制系統(tǒng)由多臺處理機組成，每一臺處理機均裝載全部軟件，可以完成所有控制功能，訪問所有硬件資源，這種控制方式就叫集中控制方式，見圖3.8。第3章 電路交換技術圖3.8 集中控制方式資源1資源2資源r程序1程序2程序p處理機1處理機2處理機m第3章 電路交換技術 集中控制的主要優(yōu)點是：處理機能掌握整個系統(tǒng)的狀態(tài)，可以訪問所有資源；控制功能的改變一般都在軟件上進行，比較方便。但是，這種集中控制的最大缺點是：軟件要包括各種不同特性的功能，規(guī)模龐大，不便于管理；系統(tǒng)較脆弱，一旦出故障會造成全局中斷。 第3章 電路交換

23、技術 2分散控制分散控制 所謂分散控制，就是在給定的系統(tǒng)狀態(tài)下，每臺處理機只能訪問一部分資源和執(zhí)行一部分功能。處理機之間的功能可以靜態(tài)分配，也可以動態(tài)分配。分配方法有多種。 1) 單級多機系統(tǒng) 圖3.9為單級多機系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)中各臺處理機并行工作，每臺處理機有專用的存儲器，也可設置公用存儲器，用作各處理機間的通信。多處理機之間的工作劃分有容量分擔與功能分擔兩種方式。第3章 電路交換技術圖3.9 單級多機系統(tǒng)處理機0存儲器0公 共存儲器處理機1存儲器1處理機n存儲器n交換網絡第3章 電路交換技術 (1) 容量分擔：每臺處理機只承擔一部分容量的呼叫處理任務。例如，800門的用戶交換機中，每臺處

24、理機控制200門。容量分擔實際上也相當于負荷分擔，是面向固定的一群用戶的方式。 容量分擔的優(yōu)點是處理機數量可隨著容量的增加而逐步增加，缺點是每臺處理機要具有所有的功能。第3章 電路交換技術 (2) 功能分擔：每臺處理機只承擔一部分功能，只需裝入一部分程序，分工明確。缺點是容量較小時，也需配置全部處理機。 在大型程控交換機中，通常是將容量分擔與功能分擔結合使用。還應注意的是：不論是容量分擔還是功能分擔，為了保證系統(tǒng)安全可靠，每臺處理機一般均有其備用機，按主/備用方式工作，也可采用N1備用方式。對于控制容量很小的處理機，也可以不設備用機。第3章 電路交換技術 2) 多級處理機系統(tǒng) 在交換處理中，有

25、一些工作執(zhí)行頻繁而處理簡單，如用戶掃描等；另一些工作處理較復雜，但執(zhí)行次數要少一些，如數字接收與數字分析。至于故障診斷等維護管理工作則執(zhí)行次數更少而處理更復雜?？梢?，在交換處理中處理復雜性與執(zhí)行次數成反比。 多級系統(tǒng)可以很好地適應以上特點。用預處理機處理執(zhí)行頻繁而簡單的功能，可以減少中央處理機的負荷；用中央處理機執(zhí)行分析處理等較復雜的功能，也就是與硬件無直接關系的較高層的呼叫處理功能；用維護管理處理機專門執(zhí)行維護管理的各種功能。這樣，就形成了多級系統(tǒng)。第3章 電路交換技術圖3.10 三級多機系統(tǒng)交換網絡預處理機預處理機預處理機中央處理機維護管理處理機第3章 電路交換技術 在圖3.10所示的三級

26、系統(tǒng)中，實際上采用了功能分擔與容量分擔相結合的方式：三級之間體現(xiàn)了功能分擔，而在預處理機這一級采用容量分擔，即每個預處理機控制一定容量的用戶線或中繼線。中央處理機也可以采用容量分擔，而維護管理處理機一般只用一臺。 預處理機又稱為外圍處理機或區(qū)域處理機，通常使用微機。中央處理機和維護管理處理機可使用小型機或功能強的高速微機。第3章 電路交換技術 3分布式控制分布式控制 隨著微處理機技術的迅速發(fā)展，分散控制的程度越來越高，產生了全微機控制的分布式控制方式。例如每個電路板上均配有單片機的系統(tǒng)，就是一種分布式控制系統(tǒng)。 這種分布式控制結構有以下優(yōu)點： (1) 在集中控制和分級控制的程控交換機中，當增加

27、待定的新性能(如增開數據通信)時，其軟件的改動較大。并且由于新業(yè)務的處理，將產生對控制部分的爭奪，影響交換機的處理能力。而在分布式控制方式中，增加新性能或新業(yè)務時可引入新的組件(如增加數據通信業(yè)務時可增加數據業(yè)務組件)，新組件中帶有相應的控制設備，從而對原設備影響不大，甚至沒有影響。第3章 電路交換技術 (2) 能方便地引入新技術和新元件，且不必重新設計交換機的整體結構，也不用修改原來的硬件。 (3) 可靠性高，發(fā)生故障時影響面較小，如只影響某一群用戶(或中繼)或只影響某種性能。第3章 電路交換技術 但是，分布式控制方式目前也存在一些問題。例如： (1) 采用分布式控制時微處理機的數量相對增多

28、，微處理機之間的通信也增加，如果設計不完善，會影響交換機的處理能力，使各處理機真正用于呼叫處理的效率降低，同時也增加了軟件編程的復雜性。 (2) 隨著微處理機數量的增加，存儲器的總容量也會增加。第3章 電路交換技術 4雙機冗余配置雙機冗余配置 為了確保控制系統(tǒng)安全可靠，程控交換機的控制系統(tǒng)通常采用雙機冗余配置，配置方式有微同步、負荷分擔和主備用方式。 1) 微同步 微同步(micro-synchronization)方式的基本結構如圖3.11所示。它具有兩臺相同的處理機，其間有一個比較器。兩臺處理機各自具有專用的存儲器，其內容完全相同。第3章 電路交換技術圖3.11 微同步方式的基本結構話路設

29、備處理機A比較器處理機B第3章 電路交換技術 在正常工作時，兩臺處理機同時接收來自話路設備的各種輸入信息，執(zhí)行相同的程序，進行同樣的分析處理，但是只有一臺處理機輸出控制信息，控制話路設備的工作。所謂微同步，就是要將兩臺處理機的執(zhí)行結果通過比較器不斷地進行檢查比較。如果結果完全一樣，說明工作正常，程序可繼續(xù)執(zhí)行；如果結果不一致，表示其中有一臺處理機發(fā)生故障，應立即告警并進行測試和必要的故障處理。 微同步方式的優(yōu)點是較易發(fā)現(xiàn)硬件故障，且一般不影響呼叫處理。微同步方式的缺點是對軟件故障的防衛(wèi)較差，此外，由于要不斷地進行同步復核，因此效率也不高。第3章 電路交換技術 2) 負荷分擔 負荷分擔(Load

30、 sharing)方式的基本結構如圖3.12所示。 負荷分擔也叫話務分擔。其特點是兩臺處理機獨立進行工作，在正常情況下各承擔一半話務負荷。當一臺處理機產生故障時，可由另一臺承擔全部負荷。為了能接替故障處理機的工作，兩臺處理機必須互相了解呼叫處理的情況，故雙機應具有互通信息的鏈路。第3章 電路交換技術圖3.12 負荷分擔方式話路設備處理機A處理機B第3章 電路交換技術 負荷分擔的主要優(yōu)點如下： (1) 過負荷能力強。由于每臺處理機都能單獨處理整個交換系統(tǒng)的正常話務負荷，故在雙機負荷分擔時，可具有較高的過負荷能力，能適應較大的話務波動。 (2) 可以防止由軟件差錯引起的系統(tǒng)阻斷。由于程控交換軟件系

31、統(tǒng)的復雜性，不可能沒有殘留差錯。這種程序差錯往往要在特定的動態(tài)環(huán)境中才顯示出來。由于雙機獨立工作，故程序差錯不會在雙機上同時出現(xiàn)，加強了軟件故障的防護性。第3章 電路交換技術 (3) 在擴充新設備、調試新程序時，可使一臺處理機承擔全部話務，另一臺進行脫機測試，從而提供了有力的測試工具。 負荷分擔方式由于是雙機獨立工作方式，因此在程序設計中要避免雙機同搶資源的現(xiàn)象，雙機互通信息也較頻繁，這都使得軟件比較復雜，且負荷分擔方式不如微同步方式那樣較易發(fā)現(xiàn)處理機硬件故障。第3章 電路交換技術 3) 主/備用 主/備用(Active-standby)方式如圖3.13所示，一臺處理機聯(lián)機運行，另一臺處理機與

32、話路設備完全分離或為備用。當主用機發(fā)生故障時，進行主/備用機倒換。 主/備用方式分為冷備用與熱備用兩種方式。冷備用時，備用機不保存呼叫數據，接替主用機時從頭開始工作。熱備用時，備用機根據原主用機故障前保存在存儲器中的數據進行工作，也可以進行數據初始化，重新啟動系統(tǒng)。第3章 電路交換技術圖3.13 主備用方式話路設備處理機A處理機B第3章 電路交換技術3.2.3 處理機間通信處理機間通信 在多處理機系統(tǒng)中，不同處理機之間要相互溝通(通信)、共同配合，以控制呼叫接續(xù)。由于數字交換機設有遠端用戶模塊，因此，處理機間通信有時也要考慮較遠距離的通信。 處理機間的通信方式和交換機控制系統(tǒng)的結構有緊密聯(lián)系。

33、目前所采用的通信方式很多，這里僅介紹幾種常見方式。第3章 電路交換技術 1通過通過PCM信道進行通信信道進行通信 利用交換機內的PCM信道進行通信，有兩種不同的方法： (1) 利用時隙16進行通信。在數字通信網中，時隙16用來傳輸數字交換局間的信令，傳輸線上的信息在到達交換局以后，中繼接口提取時隙16的信令，進行處理。交換機內部的16時隙是空閑的，可以用作處理機間的通信信道。在本章后面要介紹的F-150 型數字交換機就是采用這種方法通信的。具體方法我們在后面介紹。 這種通信方式不需要增加額外的硬件，軟件的費用也小，但通信的信息量小，速度慢。 第3章 電路交換技術 (2) 通過數字交換網絡的PC

34、M信道直接傳送。在S-1240交換機中，處理機之間的通信信息和話音、數據信息一樣，可以通過PCM信道傳送(任一時隙)，并且也能由數字交換網絡進行交換。為了區(qū)分信道中信息的類型，不同的信息需要加不同的標志，以便識別。用這種方式能進行遠距離通信，但缺點是占用了通信信道，并且費用較大。關于這種通信方式的詳細情況也放在后面介紹。 第3章 電路交換技術 2采用計算機網常用的通信結構采用計算機網常用的通信結構 計算機通信網有不同的結構方式，我們在這里只介紹部分在程控交換機中常見的方式。 1) 多總線結構 多總線結構是多處理機系統(tǒng)的一種總線結構。多處理機之間通過共享資源實現(xiàn)各處理機之間的通信。在這種結構中，

35、多處理機組成一個總線型網絡。多總線結構有兩種基本方式： 緊耦合系統(tǒng)：在這個系統(tǒng)中，多個處理機之間是通過一個共享存儲器傳送信息進行通信的。第3章 電路交換技術 松耦合系統(tǒng)：在這個系統(tǒng)中，多個處理機之間是通過輸入/輸出接口傳送信息進行通信的。 這兩種方式都要共享一組總線，因此必須有決定總線控制權的判優(yōu)電路，處理機在占用總線前必須判別總線是否可用。使用這種系統(tǒng)要注意通信的效率問題，否則處理機的處理能力就會受到制約。第3章 電路交換技術 (1) 共享存儲器方式。這是一種由若干處理機與若干存儲器互連的方式。最簡單的結構是圖3.14所示的分時總線互連結構。在這種結構中，所有處理機和所有存儲器都連在一條公共

36、總線上，處理機將通信信息寫入存儲器，在接收端可以直接從存儲器讀取信息。第3章 電路交換技術圖3.14 分時總線互連結構PMPMPMP處理機存儲器第3章 電路交換技術 在大型系統(tǒng)中，如果處理機數量較多，那么總線的通信效率可能會制約處理機的效率，形成一個“瓶頸”，因此需要想辦法提高總線的效率。多組總線互連結構可以解決該瓶頸問題，如圖3.15所示。圖中，每一臺處理機、每一個存儲器均連接一條獨立總線。只要不沖突，連接在多條總線上的處理機和存儲器可同時通信。但當處理機和存儲器數量增加時，矩陣容量就會以平方數增長。第3章 電路交換技術圖3.15 多組總線互連結構PM處理機存儲器MMPPP第3章 電路交換技

37、術 還有一種方法是將存儲器的多個通道分別接不同的處理機。最常見的是利用雙向存儲器或者存儲器雙向端口控制器供兩臺處理機從不同總線輸入或輸出信息。當然這里也有一個判優(yōu)問題，但總線分開以后問題就會簡單一些。 共享存儲器的方法能提供較高的速度和通信信息量，但處理機間的物理距離不能很遠。第3章 電路交換技術 (2) 通過共享輸入/輸出接口進行通信。在這種方式下，一臺處理機把對方處理機看作一般的輸入/輸出端口。這些端口可以是并行口，也可以是串行口，它適用于通信信息量和速率都不十分高的場合。第3章 電路交換技術 2) 環(huán)形結構 在大型系統(tǒng)中，尤其是在分散控制的系統(tǒng)中，處理機的數量很多，而它們之間往往是平級關

38、系，這時常采用環(huán)形通信結構。環(huán)形結構和計算機的環(huán)形網相似，每臺處理機相當于環(huán)內的一個節(jié)點，節(jié)點和環(huán)通過環(huán)接口連接。令牌環(huán)是用得較多的一種環(huán)形網。第3章 電路交換技術3.3 數字交換網絡的結構數字交換網絡的結構 上一節(jié)我們已經介紹了數字交換網絡的作用是完成數字話音信號的時隙交換。在介紹數字交換網絡之前，我們先來學習復用器和分路器的有關知識，它們是連接交換網絡的接口。 信息以串行格式送入交換網絡的入線并從出線送出。入線和出線上一幀的時隙數定義為復用度。在交換網絡中，為了提高交換速度，信息以并行方式交換，因此在交換網絡接口處，要進行串/并和并/串變換。復用器和分路器的作用就是完成這種變換。第3章 電

39、路交換技術圖3.16 復用器的組成S/Pb1b8PCM0S/Pb1b8PCM15161116b1161116b8第3章 電路交換技術 復用器包括串/并變換和合路復用功能。假設圖3.16中有16條PCM分別經串/并變換后進入“16選l”的多路選擇器進行合路。8個16選1的選擇器中的每一個選擇器接16個串/并變換器輸出的同名比特位。 圖3.17說明16套PCM系統(tǒng)進行串/并變換后在8條并行線上的時隙進行合路的過程。在3.9 s中，原來每一時隙的8位串行碼，現(xiàn)在變?yōu)椴⑿写a排列在b1b8 8條線的同一碼位，成為變換后的一個時隙。16套并行PCM合路后，原來一個串行時隙的時間間隔內排有16個不同時隙的1

40、6位碼。變換前后時隙的對應關系為：變換后的并行時隙號 = 變換前的時隙號復用器串行輸入線數量 + 變換前串行輸入線號 例如，變換前位于輸入線5、時隙10的語音，變換后的并行時隙是165(1016+5=165)。第3章 電路交換技術圖3.17 復用器的復用過程123456784.88 ns3.9 sTS31 TS0TS0 TS1第1套PCM串行碼，2 Mb/sTS0 TS1b1b2b8串/并變換后, 復用前, PCM并行碼, 256 Mb/sb116套PCM的TS016套PCM的TS116套PCM的TS31b2b8復用后4 Mb/s第16套PCM TS0第16套PCM TS313.9 s2.44

41、ns第3章 電路交換技術 每套PCM系統(tǒng)串行碼的傳輸速率為2 Mb/s，復用度為32，串/并變換后速率只有原來的1/8，變成256 kb/s，復用度不變。16套PCM合路復用后，速率增加15倍，變成4 Mb/s，復用度增加15倍，變成1632512。這樣交換網絡以4 Mb/s的速度工作就可以滿足512時隙的交換要求。 如果不進行上述變換，每個時隙的8位編碼仍按串行碼傳送和交換，那么速率將提高16倍，達到32 Mb/s以上，這樣高的速率在早期是難以實現(xiàn)的。 分路器的功能和復用器的相反，它完成分路和并/串變換功能。第3章 電路交換技術3.3.1 基本交換單元基本交換單元 電路交換是同步交換，因此構

42、成電路交換網絡的基本交換單元也必須是同步交換的。 1. 時分接線器時分接線器 時分接線器屬于共享存儲器型交換單元。 1) 時分接線器的組成 時分接線器(Time Switch)簡稱T接線器，用來完成時隙交換功能。時分接線器采用緩沖存儲、控制讀出或寫入的方式來進行時隙交換，主要由話音存儲器SM(Speech Memory)和控制存儲器CM(Control Memory)組成，如圖3.18所示。第3章 電路交換技術 SM用來暫存編碼的話音信息。每個時隙有8位編碼，考慮到要進行奇偶校驗等，所以SM的每個單元(即每個字)應具有8位以上字長。SM的容量，即所包含的字數應等于輸入復用線(母線)上的復用度。

43、例如，有512個時隙，SM就要有512個單元。 時分接線器的工作方式有兩種。第一種是順序寫入，控制讀出，簡稱輸出控制，如圖3.18(a)所示。第二種是控制寫入，順序讀出，簡稱輸入控制，如圖3.18(b)所示。用這兩種方式進行時隙交換的原理是相同的。順序寫入或讀出是由時鐘控制的，控制讀出或寫入則由CM完成。第3章 電路交換技術圖3.18 T接線器的工作原理(a) 輸出控制；(b) 輸入控制ASMAiAjiWR時鐘iCMjWR時鐘(a)ASMAiAjWR時鐘jCMiWR時鐘(b)j第3章 電路交換技術 CM的作用是控制同步交換，其容量一般等于話音存儲器的容量，它的每個單元所存的內容是由處理機控制寫

44、入的，用來控制SM讀出或寫入的地址。因此，CM中每個字的位數決定于SM的地址碼的位數。如果SM有512個單元，需要用9位地址碼選擇，則CM的每個單元應有9位。第3章 電路交換技術 2) 時分接線器的交換原理 現(xiàn)在來看看以順序寫入、控制讀出方式進行時隙交換的原理。輸入時隙的信息在時鐘控制下，依次寫入SM。顯然，寫時鐘必須與輸入時隙同步。如果讀出也是順序方式，則僅起緩沖作用，不能進行時隙交換。故在讀出時，必須依照控制存儲器中所存入的讀出地址進行。 圖3.18(a)中表示了話音A按順序存入SM的第i單元，當第j時隙到來時，以CM第j單元的內容i為地址，讀出SM第i單元的內容A。這樣，第i時隙輸入的話

45、音編碼信息A就在第j時隙送出去，實現(xiàn)了時隙交換的功能。第3章 電路交換技術 在整個交換過程中，CM就是控制信息交換的轉發(fā)表。轉發(fā)表由處理機構造。處理機為輸入時隙選定一個輸出時隙后，控制信息就寫入控制存儲器。只要沒有新的信息寫入，控制存儲器的內容就不變。于是，每一幀都重復以上的讀寫過程，輸入第i時隙的話音信息，在每一幀中都被交換到第j輸出時隙中去。 控制寫入、順序讀出的原理是相似的，不同的是：控制存儲器內寫入的是話音存儲器的寫入地址，以此來控制話音存儲器的寫入，即話音存儲器第j單元寫入的是第i輸入時隙的話音信息，如圖 3.18(b)所示。由于是順序讀出，故在第j時隙讀出話音存儲器第j單元的內容，

46、同樣完成了第i 個輸入時隙與第j個輸出時隙的交換。第3章 電路交換技術 不論是順序寫入還是控制寫入，每個輸入時隙都對應著話音存儲器的一個存儲單元，所以，時分接線器實際上具有空分的性質，是按空分的原理工作的。 時分接線器中的話音存儲器和控制存儲器可以是高速的隨機存取存儲器(RAM)。第3章 電路交換技術 2空分接線器空分接線器 空分接線器屬于空分陣列交換單元。 1) 空分接線器組成 空分接線器(Space Switch)簡稱S接線器，它由交叉點矩陣和控制存儲器CM組成，如圖3.19所示。NN的電子交叉點矩陣有N條輸入復用線和N條輸出復用線，每條復用線上有若干個時隙。每條輸入復用線可以選擇到N條輸

47、出復用線中的任一條，但這種選擇是建立在一定的時隙基礎上的。第3章 電路交換技術以第1條輸入復用線為例，其第1個時隙可能選通第2條輸出復用線的第1個時隙，其第2個時隙可能選通第3條輸出復用線的第2個時隙，其第3個時隙可能選通第1條輸出復用線的第3個時隙，等等。因此，對應于一定出入線的交叉點是按一定時隙做高速啟閉的。從這個角度看，空分接線器是以時分方式工作的。各個交叉點在哪些時隙應閉合，在哪些時隙應斷開，是由CM控制的，CM起同步作用。第3章 電路交換技術 顯然，對于點到點的通信，同一條輸入(輸出)復用線上的某一時隙，不能同時選通幾條輸出(輸入)復用線。對于圖3.19來說，就是位于同一輸入線或同一

48、輸出線上的任何兩個交叉點，不能在同一時隙閉合。當然，任一輸入復用線的不同時隙，是可以選通到同一條輸出復用線的。 交叉矩陣可由選擇器組成。例如，16選 1選擇器可用來使 16條入線選通1條出線，1616的交叉矩陣可由16個161的選擇器以一定的復接方式組成。第3章 電路交換技術圖3.19 控制存儲器按入線配置的空分接線器2AA71 2 NCMN21TS7N21TS7第3章 電路交換技術 2) 空分接線器的工作原理 如圖3.19所示，對應于每條入線都配有一個控制存儲器。由于它要控制入線上每個時隙接通到哪一條出線上，所以控制存儲器的容量等于每條復用線上的時隙數，而每個單元的位數則決定于選擇輸出線的地

49、址碼位數。例如，每條復用線上有512個時隙，交叉點矩陣是3232，則要配有32個控制存儲器，每個控制存儲器有512個單元，每個單元有5位，可選擇32條出線。第3章 電路交換技術 圖3.19中，第1個控制存儲器的第7個單元中由處理機控制寫入了2，表示第1條輸入復用線與第2條輸出復用線的交叉點在第7時隙接通。在每一幀期間，處理機依次讀出控制存儲器各單元的內容，控制矩陣中對應交叉點的啟閉。這里的控制存儲器就是控制接續(xù)的轉發(fā)表。 控制存儲器也可以按輸出線設置，即每一條輸出復用線用一個控制存儲器控制該輸出復用線上各個時隙依次與哪些輸入復用線接通，如圖3.20所示。顯然，在第2套控制存儲器中，寫入的內容是

50、輸入復用線的號碼。第3章 電路交換技術圖3.20 控制存儲器按出線配置的空分接線器13NAAN 21TS13TS1312N12N第3章 電路交換技術 3時空一體的數字交換單元時空一體的數字交換單元 還有一種交換部件，可以實現(xiàn)時空交換功能，如S-1240交換機中使用的數字交換單元DSE(Digital Switching Element)，它屬于總線型交換單元。 每個DSE是具有8片“雙交換端口”的超大規(guī)模集成電路，每片“雙交換端口”上有兩個交換端口，即每個DSE由16個雙向交換端口組成，分別連接到16條4 Mb/s雙向PCM串行鏈路上，見圖3.21。第3章 電路交換技術圖3.21 DSE的結構

51、框圖交換端口0RXTXPCM鏈路交換端口8RXTXPCM鏈路39條并行TDM-BUS交換端口7RXTXPCM鏈路交換端口15RXTXPCM鏈路時鐘選擇器和本地時基RX接收端TX發(fā)送端時鐘8 MHz4 MHz8 MHzA時鐘B時鐘雙交換端口0雙交換端口7第3章 電路交換技術 圖3.21中，每個端口連接一條32信道(時隙)、每信道16比特的雙向PCM鏈路，雙向PCM鏈路分別連接交換端口的發(fā)送(TX)和接收(RX)部分。16個端口通過內部的一組并行時分復用總線(TDM-BUS)相連。通過控制可以完成接收端口的512(1632)個信道和發(fā)送端口的512個信道之間的交換，其中既有空間端口間的交換，又有時

52、間信道間的交換，所以說，DSE具有實現(xiàn)時空交換的能力。 DSE內部完成用戶信息交換的過程包括兩個階段：首先是按照外圍模塊送來的通路選擇命令字，在DSE內部建立起一條通路；然后在已經建立起來的通路上傳送用戶的話音、數據信息。第3章 電路交換技術 1) DSE中通路的選擇和建立 DSE中通路的選擇和建立是在DSE收到規(guī)定格式的選擇命令字后進行的。根據命令字的要求，通過DSE中的TDM-BUS完成收、發(fā)端口上的任意信道之間的連接。為簡單起見，我們來舉例分析一條指定選擇命令字對應的通路選擇和建立過程。 如圖3.22所示，設在接收端口RX5上的信道CH12收到了指定選擇命令字，要求選擇通路到發(fā)送端口TX

53、8的信道CH18上。RX5將所選發(fā)送端口號8送到端口總線P上，將所選發(fā)送信道號18送到信道總線C上。 第3章 電路交換技術各發(fā)送端口將自動比較自身端口號和P總線上的內容。若相同，則收下其它相關總線上的內容，占用相應信道。如果成功，則向證實A總線回送證實信息ACK。接收端口RX5收到ACK信息后登記相關信息，將發(fā)送端口號8寫入到RX5內部的端口存儲器PRAM的第12號單元上，將發(fā)送信道號寫入到RX5內部的信道存儲器CRAM的第12號單元中，將RX5內部的狀態(tài)RAM的12號單元狀態(tài)由空閑修改為占用。至此，已作好傳送信息的通路準備。上述過程就是轉發(fā)表的建立過程。第3章 電路交換技術圖3.22 DSE

54、的工作原理8PRAM18CRAM01231RX58PCDA18SDRAM18031SACKACKTDM-BUSTX8SCH12SCH18第3章 電路交換技術 2) 在已建立的通路上傳送信息 當接收端口 RX5在信道CH12收到“話音/數據”信道字S時，首先進行必要的串/并變換，然后以當前信道號12作為各RAM的尋址地址，取出PRAM和CRAM的12號單元中的內容(發(fā)送端口號8和發(fā)送信道號18)分別送到內部的端口總線P和信道總線C上，并將“話音/數據”信息送到數據總線D上。各發(fā)送端口將端口總線P上內容與自身端口號比較，相同者接收總線上的有關信息，將數據寫入到發(fā)送端口內部的數據存儲器DRAM的第1

55、8號單元內，TX8回送一證實信號ACK至證實總線A上，并在信道18對應的時隙到來時將DRAM中的內容取出，經并/串變換后發(fā)送出去。至此，就完成了在已建立的通路上傳送信息的過程。第3章 電路交換技術3.3.2 交換網絡交換網絡 1由由T接線器與復用器結合構成的交換網絡接線器與復用器結合構成的交換網絡 對容量不大的數字交換機，在交換網絡接收側加入復用器，在發(fā)送側加入分路器，就可以只用時分接線器構成單T級的數字交換網絡，來完成多套32路PCM之間的時隙交換。 圖3.23中有8條輸入/輸出時分復用線，每條線的復用度為32。假定輸入HW1 TS3的語音A要交換到輸出HW7 TS17去，交換過程是：按照前

56、面講的復用原理，輸入HW1 TS3的語音A復用后的時隙是TS25，經T接線器交換到TS143，分路后就送到輸出HW7 TS17上。第3章 電路交換技術圖3.23 T接線器與復用器結合構成的交換網絡SMA2525時鐘2550255143CMA0TS25ATS143復用器HW0HW2HW1ATS3HW7分路器HW0HW2HW1ATS17HW7第3章 電路交換技術 2由由TS組合構成的交換網絡組合構成的交換網絡 小容量的數字交換網絡可以用上述方法構成。但當容量很大時，不能無限地增加在一條復用線上的時隙數，這時可采用空分接線器來完成時隙的空間交換功能。 TS組合在一起可以構成各種形式的多級網絡。下面以

57、TST交換網絡為例進行介紹。 TST是三級交換網絡，它的兩側為時分接線器，中間一級為空分接線器，如圖3.24所示。第3章 電路交換技術圖3.24 TST網絡的工作原理SMA0初級T接線器(輸入控制)A01031ATS5HW0AITS10CMA0100531輸入SMA5B02631BTS20HW5BITS26CMA52602031SMB0次級T接線器(輸出控制)B2631BTS5BITS26CMB0260531輸出SMB5A1031ATS20HW5AITS10CMB5100203100S接線器(按出線配置)HW0CMC0502631CMC5001031第3章 電路交換技術 T接線器每側有6個，每

58、個T接線器可容納1套PCM系統(tǒng)，可完成32個輸入時隙與32個輸出時隙間的交換。初級話音存儲器用SMA0SMA5表示，次級話音存儲器用SMB0SMB5表示。初級控制存儲器用CMA0CMA5表示，次級控制存儲器用CMB1CMB5表示?？辗纸泳€器為66的矩陣，控制存儲器有6個，對應于6條輸出復用線，用CMC0CMC5表示。初級T接線器與S級間的鏈路稱為網絡的第一級內部鏈路，S級與次級T接線器間的鏈路稱為網絡的第二級內部鏈路。每條內部鏈路都是時分復用的，復用度是32。第3章 電路交換技術 TST交換網絡中的T接線器有4種安排方式。常用的組合方式有兩種。一種是初級T接線器采用控制寫入、順序讀出方式，次級

59、T接線器采用順序寫入、控制讀出方式。另一種是初級T接線器采用順序寫入、控制讀出方式，次級T接線器采用控制寫入、順序讀出方式。如果采用前一種，假設要完成HW0 TS5輸入時隙與HW5 TS20輸出時隙的交換，那么如何構造轉發(fā)表呢？ 首先由處理機在32個內部時隙中尋找一個空閑時隙，這必須是在SMA0側和SMB5側都空閑的同一個時隙。設找到第10時隙，就在CMA0的第5單元(對應于第5個內部時隙)中寫10，在CMB5的第20單元中寫10，在CMC5的第10單元中寫入1，這樣轉發(fā)表就構造完成了。 第3章 電路交換技術 以后每一幀的第5輸入時隙的話音信息都寫入SMA1的第10單元中，在CMA0的控制下，

60、于第10內部時隙讀出。在CMC5的第10單元中寫入1，表示在第10內部時隙到來時，第6條輸出線與第1條輸入線的交叉點閉合，上述話音信息就通過S級寫入SMB5的第10個單元。在CMB5的控制下，當輸出時隙 20到達時，就被讀出到輸出線上，完成了交換。第3章 電路交換技術 上述過程只實現(xiàn)了一個方向的話音信息傳送。結合圖3.24 看，建立另一方向的通信通路，就是要完成HW5 TS20輸入時隙與HW0 TS5輸出時隙的交換。為此，必須再選用一個內部時隙。為簡化控制，可使兩個方向的內部時隙具有一定的對應關系，一般相差半幀。設一個方向選用第10個時隙，當內部鏈路復用度為32時，另一方向應選用的時隙為10+