信息程控交換機的控制設(shè)備課件

§

5.1

對控制設(shè)備的要求第1頁第1頁/共33頁影響呼叫處理能力的因素主要有：控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)，處理機自身的能力，如處理機的速度、功能、程序結(jié)構(gòu)等。一般情況下，為了應付突發(fā)情況下突然增加的話務量，要求BHCA要有足夠的富余量。具有很高的可靠性控制設(shè)備的故障有可能使系統(tǒng)中斷，因此要求交換機控制設(shè)備的故障率盡可能的低，按照國內(nèi)電話交換設(shè)備技術(shù)規(guī)范要求，系統(tǒng)中斷累計時間在20年內(nèi)不得超過1小時，即平均在一年內(nèi)不得超過3分鐘。另外，一旦出現(xiàn)故障，要求故障的影響面盡可能的小，處理故障的時間（維修時間）盡可能的短。系統(tǒng)中斷是指由于硬件、軟件、操作系統(tǒng)故障，以及局數(shù)據(jù)、程序差錯而使系統(tǒng)不能處理任何呼叫且時間大于30s。具有較好的靈活性和適應性要求控制系統(tǒng)能適應新業(yè)務和新技術(shù)發(fā)展的要求，便于改進，便于引進新功能。經(jīng)濟合理§

5.2

程控交換機的控制功能和方式第2頁第2頁/共33頁1.控制功能程控交換機的控制功能主要分為：呼叫處理功能和運行維護功能兩大部分。這些功能大多數(shù)是通過軟件編程實現(xiàn)控制。呼叫處理功能主要包括對從建立呼叫到釋放呼叫的整個接續(xù)過程的控制處理，例如：①收集處理各外圍接口電路的狀態(tài)變換，②分析處理收到的各種信令，③控制交換網(wǎng)絡(luò)的選路與接續(xù)，④調(diào)度管理各種硬件和軟件資源等。運行維護功能主要包括對用戶數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定，以及對故障的診斷處理等。2.控制方式第3頁第3頁/共33頁2.控制方式控制方式一般可分為集中控制和分散控制兩種，它們是相對于系統(tǒng)資源和控制功能而言的。1）集中控制在交換機控制系統(tǒng)中，如果任何一臺處理機都可以執(zhí)行全部的控制功能，使用交換機的全部硬件和軟件資源，則這種控制方式就叫做集中控制。優(yōu)點：處理機能了解整個系統(tǒng)的狀態(tài)，控制系統(tǒng)的全部資源，不會出現(xiàn)資源的爭搶和沖突，而且任何功能的改變只需要在軟件上進行，較易實現(xiàn)。缺點：由于控制功能高度集中，系統(tǒng)比較脆弱，一旦控制部件發(fā)生故障，就可能導致整個系統(tǒng)癱瘓。而且由于軟件要包1）集中控制括所有功能，規(guī)模龐大，管理時分困難，易于受到破壞。為了解決這個問題，集中控制系統(tǒng)一般采用雙處理機或多處理機的冗余配置方式。但是這只能提高硬件控制設(shè)備的工作可靠性，仍然無法解決軟件的復雜性所帶來的問題。所以，目前除了小容量的交換機外很少使用這種控制方式。第4頁第4頁/共33頁2）分散控制2）分散控制若在一個交換機控制系統(tǒng)中，任何一臺處理機只能控制部分資源，執(zhí)行控制系統(tǒng)的部分功能，則這個控制系統(tǒng)就是分散控制系統(tǒng)。第5頁第5頁/共33頁①

分布控制第6頁第6頁/共33頁分散控制方式又可以分為分布控制和分級控制。①分布控制系統(tǒng)中的每一個處理機地位彼此平等獨立，具有完全的自主控制能力，不受其他處理機的控制。按各處理器任務分配方式的不同，可以分為容量分擔或功能分擔的工作方式。a.容量分擔又稱話務分擔或負荷分擔。它是把交換機的所有用戶分成若干群，每群設(shè)置一臺處理機負責本群用戶的全部呼叫處理任務，包括用戶信號的接口、交換接續(xù)和控制功能，每臺處理機所完成的任務都是一樣的，只是所面對的用戶群不同。這種方式的優(yōu)點是：靈活方便，系統(tǒng)擴容比較容易，每模①

分布控制第7頁第7頁/共33頁塊工作完全獨立，任一模塊的故障不會影響其他模塊的工作，因而系統(tǒng)可靠性較高。缺點是：各模塊過于獨立，系統(tǒng)公共資源（eg：中繼線）難以共享，每臺處理機需要具有呼叫處理的全部功能，軟件比較復雜。b.功能分擔將交換機的各種基本功能（信令功能、終端接口功能、交換接續(xù)功能、控制功能等）按功能的類別分配給不同的處理機去執(zhí)行，每臺處理機只承擔部分功能，但可以使用所有的公共資源。優(yōu)點是：每臺處理機的軟件都比較簡單，也相對比較可靠，添加新功能比較容易。缺點是：容量較小時也必須配備全部處理機，且系統(tǒng)對故障的適應性和系統(tǒng)的擴容性

能不如容量分擔方式。②分級控制第8頁第8頁/共33頁大型交換機中常將容量分擔和功能分擔方式結(jié)合使用，與用戶級打交道的多使用容量分擔，用來處理呼叫接續(xù)的部分則使用功能分擔方式，使交換機兼具容量分擔的擴容方便性及穩(wěn)定性，和功能分擔的軟件簡化、功能明確的優(yōu)點。②分級控制分級控制是按交換機控制功能的高低層次來配置處理機的，它兼具集中控制和分布控制的優(yōu)點。根據(jù)處理任務的復雜性和程序執(zhí)行的實時性，系統(tǒng)的控制功能可以從邏輯上分為3級：第一級：電話外設(shè)控制級。主要完成對各種外圍接口設(shè)備的掃描和驅(qū)動，及時發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備狀態(tài)的變換，識別各種脈沖或信號，完成接續(xù)需要的各種動作。它的特點是處理簡單，但是工作任務非常繁忙，實時性要求很強。對于這一級的控制任務通常采用外圍處理機（又稱用戶處理機）來完成。②分級控制第9頁第9頁/共33頁第二級：呼叫處理控制級。是整個控制系統(tǒng)的核心。主要任務是分析從第一級接收的各種信號，管理和調(diào)度整個系統(tǒng)的公共資源，如選擇交換網(wǎng)絡(luò)通路，選擇中繼線路由，分配信號收發(fā)器等，交換機操作系統(tǒng)的主要部分和所有的內(nèi)部分析和輸出處理任務都在這一級完成。它的處理工作很復雜，但是執(zhí)行的次數(shù)較少，實時性要求不太強。由呼叫處理機來完成本機任務。第三級：維護測試級。主要負責故障診斷和維護管理任務，并向工作人員提供維護管理的人機界面。執(zhí)行頻率很低，僅在系統(tǒng)故障或需要人機對話時才執(zhí)行，但處理功能最復雜，程序量很大，一般占整個程控軟件的2/3，實時性要求最低。由專門配置的主處理機執(zhí)行。這三級的控制系統(tǒng)是按功能分擔的方式分別配備外圍處理機、呼叫處理機和主處理機。而每一級內(nèi)又采用了容量分擔的②分級控制方式：在用戶級處理掃描與驅(qū)動任務時，采用幾百個用戶配備一臺處理機的容量分擔方式減小每臺處理機的工作量。在呼叫處理控制級，可以對若干臺外圍處理機配備一臺呼叫處理機。這樣有助于整個系統(tǒng)軟硬件的模塊化，同時提高了系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，開發(fā)和維護都非常方便。第10頁第10頁/共33頁§

5.3

處理機的冗余配置第11頁第11頁/共33頁為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，保證交換機能夠不間斷的連續(xù)工作，交換機采用了處理機的冗余配置的方法，來減少故障對交換機的影響。即除了正常運行的處理機之外，還配置備用的處理機，當原來正常運行的處理機發(fā)生故障時，備用機將替代發(fā)生故障的處理機繼續(xù)工作。我們通常把正常運行的處理機叫做主用機，把配置備用的處理機叫做備用機。那么這種主用機和備用機之間的工作方式叫做冗余方式。一般對于話路部分的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)都有雙套的備份，處理機也采取冗余配置的措施，使在一部處理機出現(xiàn)故障時，不至于造成系統(tǒng)中斷。處理機的冗余配置按照配置備用處理機數(shù)量和方法的不同，可分為以下兩種：雙機配置和多機配置。1.雙機配置最簡單的配置方式就是雙處理機備用結(jié)構(gòu)。當一臺處理機出現(xiàn)故障時，則由另一臺接替運行。雙機備用一般有三種工作方式：同步雙工方式，話務分擔方式和主/備用方式。1）主備用方式第12頁第12頁/共33頁1）主備用方式這種方式有兩臺處理機，一臺為主處理機，負責運行軟件程序，執(zhí)行呼叫控制功能，另一臺為備用處理機，當主處理機發(fā)生故障時，備用機接替主機進行工作。備用方式有兩種，即冷備用和熱備用。冷備用是指在系統(tǒng)正常運行時，主機承擔全部的呼叫處理工作，備用機只是接通電源，但不承擔呼叫處理工作，也不保留呼叫處理數(shù)據(jù)，一旦主機出現(xiàn)故障而倒向備用機時，由于沒有保留現(xiàn)場數(shù)據(jù)，因而可能會損失掉全部呼叫。備用機需要執(zhí)行呼叫處理的再起動，機器重新初始化，重新啟動，一切正在進行的通話全部中斷。這種方式的優(yōu)點是硬件和軟件比較簡單，但在產(chǎn)生故障時，呼叫損失較多，因此很少采用。1）主備用方式熱備用是指在系統(tǒng)正常運行時，備用機雖然

不直接控制呼叫處理工作的進行，但和主機一樣

都運行呼叫處理程序，同樣接收外部輸入的數(shù)據(jù)，并且保留呼叫處理的各種數(shù)據(jù)，主、備機存儲器

中的數(shù)據(jù)相同，這樣在主/備機進行相互轉(zhuǎn)換時，呼叫基本不丟失，原來處于通話或振鈴狀態(tài)的用

戶不中斷，損失的只是那些在切換時企圖建立的

呼叫。這種方式的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速度快，基本不丟失呼叫，缺點是需要兩套處理機只完成一臺處理機的工作，效率比較低。第13頁第13頁/共33頁2）同步雙工工作方式2）同步雙工工作方式又稱微同步方式或同步方式。系統(tǒng)有兩臺處理機，一個是主機一個是備用機，中間加一個比較器，每臺處理機都有自己的存儲器，或合用一個存儲器，總之兩臺處理器執(zhí)行的程序完全一樣，處理的數(shù)據(jù)也一樣。正常工作時，兩機同時執(zhí)行同一條指令，進行各自的分析，然后立即比較結(jié)果，若相同則繼續(xù)往下執(zhí)行，若不同，說明至少有一臺處理機出現(xiàn)了故障，應使兩機立即退出服務，進行必要的測試和故障處理，為了第14頁第14頁/共33頁2）同步雙工工作方式第15頁第15頁/共33頁減小故障處理對正常的呼叫處理的影響，要求故障處理的時間很短，例如不超過

200ms，這么短的時間只能做一些簡單測試，若測試確認有一臺處理機故障，就令它退出服務，做進一步的故障檢查，同時令無故障的處理機繼續(xù)工作；若測試確認兩臺處理機都良好，則可能是偶然性的故障或干擾，這時可讓原來的主機繼續(xù)工作，備用機退出服務。以后如果主機再次出現(xiàn)短暫故障，也必須立即換成備用機。如果主機工作一段時間（10~20s）后沒有發(fā)現(xiàn)異常，則可以證明主機是正常的，同時在這段時間內(nèi)對備用機進行徹底檢查，如果也沒有問題，那就說明前面的故障確實是偶然性的故障或干擾，于是用主機對備用機進行校正，然后進入正常的同步工作方式。同步雙工工作方式的主要優(yōu)點是對故障反應快，幾乎可以立即檢測到各種故障，而且由于備用機和主機并行工作，所以基本上可以不丟失呼叫，缺點是對偶然故障過于敏感，尤其對軟件故障保護不好，有可能導致整個服務中斷，另外效率較低。3）話務分擔工作方式3）話務分擔工作方式兩臺處理機各自獨立運行，正常情況下每臺處理機只負責一半的呼叫處理任務（或話務容量），當一臺處理機出現(xiàn)故障時，則由另一臺處理機承擔全部的話務容量。為了防止兩臺處理機同時處理一個呼叫，故設(shè)有互斥設(shè)備進行調(diào)度；另外為了協(xié)調(diào)運行，兩臺處理機之間還需要互通信息，隨時了解呼叫的處理進展，所以處理機間有相應的通信鏈路；第16頁第16頁/共33頁3）話務分擔工作方式第17頁第17頁/共33頁由于兩臺處理機是獨立運行，所以每臺都有自己專用的存儲器存放臨時數(shù)據(jù)；因為在故障情況下，需要用一臺處理機處理所有呼叫，故每臺處理機都能通到所有的電話外圍控制設(shè)備話務分擔方式主要的優(yōu)點是：（1）對瞬時性硬件故障和軟件故障有高度的容錯能力。這是由于兩臺處理機彼此獨立運行，同一時刻執(zhí)行不同的程序，處于不同的運行環(huán)境，所以兩臺處理機同時產(chǎn)生硬件和軟件故障的概率就非常低，由此加強了系統(tǒng)對軟硬件故障的防護性能。當一臺處理機發(fā)生故障退出服務時，由另一臺處理機處理全部呼叫請求，呼叫服務不會中斷。甚至包括第一臺處理機原來建立的已經(jīng)處于振鈴或通話階段的全部呼叫也不會中斷，僅僅會損失原處理機正在試圖建立的呼叫。3）話務分擔工作方式第18頁第18頁/共33頁抗過載能力強。由于每臺處理機都是按照能處理全部話務容量來設(shè)計的，因此在正常的雙機運行情況下，該系統(tǒng)具有較高的抗話務過載能力，能適應較大的話務波動。在擴充新設(shè)備或調(diào)試新程序時，可使一臺處理機進行脫機測試，另一臺處理機承擔全部話務，這樣既不中斷電話服務，又方便了機器的維護測試功能。話務分擔方式主要的缺點在于軟件比較復雜，在程序設(shè)計時，既要避免雙機同搶資源，還要實現(xiàn)雙機間頻繁交換有關(guān)信息。另外，對處理機的某些硬件故障不如同步方式那樣能及時發(fā)現(xiàn)。雙機配置的這幾種方式，都已經(jīng)運用到不同的交換機中了。如美國的No.5ESS系統(tǒng)采用了雙機主備用方式，法國的E10B系統(tǒng)使用話務分擔方式，而瑞典的AXE則使用雙機同步方式。2.多機配置2.多機配置多機配置常使用三模冗余的配置方案，在這種系統(tǒng)中，三臺處理機完全同步工作，并通過一個多數(shù)表決電路產(chǎn)生正確的信號

去控制外圍電路和交換網(wǎng)絡(luò)。三臺處理機

中如果只有一臺處理機出現(xiàn)故障，則對系

統(tǒng)沒有任何影響，系統(tǒng)仍然可以正常運行。三模冗余可以擴展成N模冗余，所允許出錯的處理機數(shù)為(N-1)/2。第19頁第19頁/共33頁§

5.4

處理機間的通信方式第20頁第20頁/共33頁在分散控制和分布控制方式中，系統(tǒng)中有多個處理機，這些處理機間必須協(xié)同工作才能完成系統(tǒng)的呼叫處理接續(xù)。所以各處理機之間如何通信就成為一個重要問題。所謂處理機間的通信，主要是指處理機之間控制和輔助信息或數(shù)據(jù)的傳輸和交換?？刂菩畔⑹侵笧榱送瓿稍捯艚粨Q所必須傳送和交換的信息，例如用戶掛機信息、號碼信息、控制鈴流、回鈴音、忙音、中繼線狀態(tài)信息、以及控制交換網(wǎng)絡(luò)動作的有關(guān)信息等。常見的通信方式有以下幾種：1.通過PCM信道進行通信（1）利用TS16進行通信在數(shù)字通信網(wǎng)中，PCM信道中的TS16用來傳輸數(shù)字交換局之間的數(shù)字線路信令，數(shù)字線路信令主要是用來監(jiān)視或向兩端的交換局反映數(shù)字中繼線中各話路（即時隙）的使用狀態(tài)的1.通過PCM信道進行通信第21頁第21頁/共33頁（空閑、忙、拆線等），當TS16到達對端的交換機后，其中的信令就會被處理機提取出來，這時TS16的傳輸信令的任務就暫時結(jié)束，便可以用作處理機間通信。為了使信息傳送與處理機的工作能力協(xié)調(diào)，在處理機與交換網(wǎng)絡(luò)之間要設(shè)置收發(fā)緩存器，當有需要傳送的信息時，就插入TS16通過交換網(wǎng)絡(luò)傳送到其他的處理機。這種通信方式的優(yōu)點是外加硬件及軟件的費用小，但是只能用作交換機內(nèi)部處理機之間的通信手段，而且信息量小速度慢。（2）通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的PCM信道直接傳送數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)并不是在任何時候都是滿負荷運轉(zhuǎn)的，所以里邊總有一些時隙是空閑的，如果將處理機之間的通信信息與話音數(shù)據(jù)同等看待，那么就可以通過PCM網(wǎng)絡(luò)中的空閑時隙來2.采用專用總線傳送控制信息第22頁第22頁/共33頁完成處理機之間的通信。這種方式可以用任意的時隙進行通信，所以可容納的信息量大，并且能進行遠距離的通信（比如交換機中的處理機和遠端模塊中的處理機之間的通信）。但是需要占用話音信道，費用比較大。2.采用專用總線傳送控制信息將各個處理機用專用總線相連，處理機之間通過總線共享系統(tǒng)資源并且實現(xiàn)處理機間的通信。由于總線被多處理機共享，所以必須有多總線協(xié)議來控制處理機對總線的使用權(quán)，以及一個決定總線控制權(quán)的判決電路。處理機要占用總線之前必須首先判別總線是否可用，當總線空閑時才能占用總線。為了便于控制和傳輸，一般用兩種方式來完成通信：專用總線通信方式示意圖第23頁第23頁/共33頁共享存儲器空間方式第24頁第24頁/共33頁一種方式是通過共享存儲器空間來傳輸信息。在這種結(jié)構(gòu)中所有的處理機和存儲器都連接在一條公共總線上，處理機采用將信息寫入存儲器的方法與另一臺處理機進行通信，接收處理機可以直接從存儲器讀取信息。這里必須有一種分配總線控制的辦法，常用集中式總線控制器來進行判決，有三種不同的總線判別方法。第一種方法是為每臺處理機設(shè)置一條專用的請求線和允許線，并且連接至總線控制器，總線控制器可以根據(jù)優(yōu)先級來對處理機使用總線的請求進行選擇，靈活性較大，但是連線較多，且增加處理機難度較大。第二種方法是所有處理機都接到一條請求線和一條允許線上，給每個處理機分配一個時間片（或時隙）用來發(fā)送請求和共享存儲器空間方式第25頁第25頁/共33頁接收允許信號，處理機只有在自己的時間片中才能發(fā)送總線使用請求，總線控制器在相應時間片接收到請求后，如果總線空閑就馬上在允許線上發(fā)送總線允許信號，處理機收到后才可以使用總線。第三種方法是所有處理機都與一條請求線并接，而允許線與所有處理機串聯(lián)，總線控制器一旦發(fā)現(xiàn)總線請求，如果總線空閑，則立即通過允許線發(fā)出允許信號，沒有請求的處理機只將允許信號往下傳，第一臺發(fā)出請求的處理機就被賦予總線控制權(quán)。共享存儲器空間這種方式能提供較高的速度和較多的通信信息量，但處理機間的物理距離不能很遠。共享存儲器方式示意圖第26頁第26頁/共33頁共享存儲器空間方式除了上述三種方式之外，還可以不用集中式總線控制器，而是讓總線時分復用，每臺處理機分配一個時間周期。這種方式適用于所有處理機同樣忙碌，占用總線的時間比較均勻的場合。否則，總線的利用率會大幅度下降。第27頁第27頁/共33頁共享輸入輸出接口方式另一種方式是通過共享輸入輸出接口來傳輸信息。是在處理機內(nèi)設(shè)置收/發(fā)緩存器，當處理機要發(fā)送信息時，可先把信息送到發(fā)送緩存器中，然后在適當時刻通過總線把信息送到接收處理機的接收緩存器中，當接收處理機空閑時，就從它的接收緩存器中取出信息。這種通信方式相當于把一個處理機作為另一個處理機的外設(shè)或?qū)Ψ娇醋饕话愕妮斎胼敵鼋涌谶M行通信，可根據(jù)連接需要連接在處理機的串行口或并行口上，使用于通信信息量和速率都要求較高，處理機間的距離相對較遠的場合。第28頁第28頁/共33頁3.計算機網(wǎng)絡(luò)的通信方式（令牌傳送）在分散控制的大型系統(tǒng)中，處理機數(shù)量眾多，而且它們之間的地位又多是平級關(guān)系，這時采用環(huán)形通信結(jié)構(gòu)，通信效率較高。第29頁