交换机系统原理

1CORAL数字程控交换机系统原理昆明塔迪兰电信设备有限公司2第一章电信交换基础1.1电话交换的基本原理1.2电话交换机的类型及发展1.3主要的交换方式31.1电话交换的基本原理1.1.1电话通信网的基本组成及功能电话通信网的基本组成设备包括终端设备、传输设备和交换设备。1.1.2电话机的基本组成及工作原理⑴电话机的基本组成及功能电话机的基本组成部分有通话设备、信令设备和转换设备。4⑵电话机的基本工作原理①拨号脉冲电话机的工作原理图1-1拨号脉冲电话机的原理图②双音多频（DTMF）电话机的工作原理DTMF信号用高、低两个不同的频率代表一个拨号数字。51.1.3交换机的基本组成及其工作原理⑴交换机的基本组成及功能图1-2交换机的基本组成6⑵呼叫处理的基本过程①用户呼出阶段②数字接收及分析阶段③通话建立阶段④通话阶段⑤呼叫释放阶段71.2电话交换机的类型及发展1965年，美国开通了世界上第一台程控交换机，20世纪70年代开始出现了数字程控交换机。数字程控交换机的主要优点是：①能灵活地向用户提供多种新服务功能②便于采用共路信令系统③体积小、重量轻、功耗低、可靠性高④操作维护管理的自动化81.2.1电话交换机的发展过程及分类自1876年美国贝尔发明电话以来，随着社会需求的日益增长和科技水平的不断提高，电话交换机技术处于迅速的变革和发展之中。按照其发展历程可划分为三个阶段：1）人工交换电话交换机；2）机电交换电话交换机；3）电子交换电话交换机。9（1）人工交换电话交换机1878年就出现了人工交换机，它是借助话务员进行人工话务接续，显然其效率是很低的。10（2）机电交换电话交换机1893年发明了步进制交换机，标志着交换技术从人工时代迈入机电交换时代。这种交换机属于“直接控制”方式，即用户可以通过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作，从而自动完成用户间的接续。但是步进制交换机虽然实现了自动接续，却存在着速度慢、效率低、杂音大与机械磨损严重等缺点。直到1938年发明了纵横制(crossbar)交换机，这才部分解决了上述问题。跟步进制交换机相比，纵横制交换机有两个优点：11利用由继电器控制的压接触接线阵列代替大幅度动作的步进接线器，从而减少磨损和杂音，提高可靠性和接续速度。由直接控制过渡到间接控制方式。用户的拨号脉冲不再直接控制接线器动作,而是先由记发器接收、存储,然后通过标志器驱动接线器,以完成用户间接续。这种间接控制方式将控制部分与话路部分分开,提高了灵活性和控制效率,加快了速度。12（3）电子交换电话交换机随着半导体元器件和计算机科学技术的诞生及迅猛发展,传统的机电式交换机结构遭受着猛烈地冲击,使之逐步走向电子化。美国贝尔系统经过艰苦努力于1965年生产了世界上第一台商用存储程序控制的电子交换机。这一成果标志着电话交换机从机电时代正式步入了电子时代,使交换机技术发生巨大的变革。13（4）程控交换机分类按其用途可分为：市话电话交换机；长话电话交换机；用户电话交换机。按其接续方式可分为：空分电话交换机；时分电话交换机。按信息传送方式可分为：模拟电话交换机；数字电话交换机。141.3主要的交换方式1.3.1电路交换电路交换是以电路连接为目的的交换方式。它的特点是：①在通信开始时要首先建立连接；②一个连接在通信期间始终占用该电路③交换机对传输的信息不作处理④一旦连接建立以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。15电路交换的优点：由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小。通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。电路交换的交换的交换设备及控制均较简单。16电路交换的缺点：电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说稍长。电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用率低。电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。171.3.2分组交换分组交换（PacketSwitching）是数据通信的一种交换方式。它是以信息分发为目的，把从输入端进来的数据分组，根据其标志的地址域和控制域，把数据包分发到各个目的地。它利用存储—转发的方式进行交换。⑴虚电路方式所谓虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。⑵数据报方式数据报方式是独立地传送每一个数据分组。18分组交换的优点：加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行。这种流水线式传输方式减少了传输时间。简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据。因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。19分组交换的缺点：分组交换仍存在存储转发时延。分组交换每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等相关信息，使其传送的信息量大约增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。201.3.3ATM交换ATM（AsynchronousTransferMode）即异步传送模式，又叫异步转移模式。它是宽带ISDN中的一种基本交换方式。它适用于局域网和广域网，具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图象的通信。ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性。21ATM交换的优点：采用分组交换中统计复用、动态按需分配带宽的技术。由于采用短固定长度的信元，可用硬件逻辑完成对信元的接收、识别、分类和交换，保证155Mbps－622Mbps的高速通信。ATM网内不处理纠错重发、流量控制等一系列复杂的协议。减少网络开销，提高网络资源利用率。在ATM网中可承载不类同型的业务，如话音、数据、图象和视频等。ATM是目前唯一具有QOS（服务质量）特性的技术。22ATM交换的缺点：信元首部开销太大成本高，价格昂贵技术要求高23第二章信令系统2.1信令的基本概念和分类242.1信令的基本概念和分类2.1.1通信协议的基本内容包括：①是各交换机在完成呼叫接续中使用的一种通信语言；②是控制交换机产生动作的命令；③规定在收发双方之间相互交换信息的表现形式；④为正确无误地将信息传送到对方所规定的控制规程。25市话网中两分局用户电话接续时信令传送的示例:262.1.2信令的分类⑴按信令的传送区域划分按信令的传送区域划分，可将信令分为用户线信令和局间信令。①用户线信令是用户话机和交换机之间传送的信令。②局间信令是交换机之间，或交换机与网管中心、数据库之间传送的信令。27⑵按信令信道与话音信道的关系划分①随路信令指用传送话路的通路传送与该话路有关的各种信令，或指传送信令的通路与话路之间有固定的关系。②公共信道信令指传送信令的通道和传送话音的通道在逻辑上或物理上是完全分开的,有单独传送信令的通道，在一条双向信令通道上,可传送上千条电路信令消息。28⑶按信令的功能划分①线路信令又称为监视信令，用来检测或改变中继线的呼叫状态和条件，以控制接续的进行。②记发器信令又称为选择信令，主要用来传送被叫（或主叫）的电话号码，供交换机选择路由、选择被叫用户。29⑷按信令的传送方向划分①前向信令指信令沿着从主叫到被叫的方向传送。②后向信令指信令沿着从被叫到主叫的方向传送。30第三章程控数字交换机的硬件系统3.1程控数字交换机硬件的基本结构3.2数字程控交换机的终端与接口313.1程控数字交换机硬件的基本结构程控交换机是电话交换网的核心设备,其主要功能是完成用户之间的接续。3.1.1采用分级控制方式的交换机的硬件基本结构采用分级控制方式的交换机的硬件基本结构包括以下几个部分，如图3-1所示：①数字交换网络②用户模块③远端用户模块④中继模块⑤信令设备⑥控制系统32图3-1采用分级控制方式交换机的硬件的基本结构333.1.2基于容量分担的分散控制方式的交换机的基本结构基于容量分担的分散控制方式的交换机主要由交换模块（SM）、通信模块（CM）和管理模块（AM）三部分组成。如图3-2所示。⑴交换模块交换模块（SM）主要完成交换和控制功能，并提供用户线和局间中继线的接口电路。34图3-2基于容量分担的分散控制方式交换机的基本结构35⑵通信模块通信模块（CM）的主要功能是完成管理模块（AM）与交换模块（SM）之间、各交换模块之间的连接与通信。它还完成管理模块（AM）与交换模块（SM）之间的呼叫处理和管理信息的传送，同时完成各交换模块之间的功能话音时隙交换。⑶管理模块管理模块（AM）用来完成呼叫处理的支援功能（包括系统范围内的维护访问、诊断、控制和调度、软件恢复和初始化、故障检测和恢复等，这些都是集中控制的），同时完成管理功能，提供访问软件的外接数据链路和磁盘存储器。363.2数字程控交换机的终端与接口数字程控交换机的终端与接口主要包括用户模块、中继器和信令设备。3.2.1用户模块的基本结构⑴用户电路：与模拟用户线的接口。⑵用户级交换网络：由一级T接线器组成，完成话务量的集中和扩散。⑶用户处理机：完成对用户电路、用户级T接线器的控制及呼叫处理的低层控制。37383.2.2中继器中继器是数字程控交换机与其他交换机的接口。⑴模拟中继器⑵数字中继器数字中继器是程控交换机和局间数字中继线的接口电路，它的入／出端都是数字信号393.2.3信令设备信令设备的主要功能是接收和发送信令。程控数字交换机中主要信令设备有：⑴信号音发生器：用于产生各种类型的信号音，如忙音、拨号音、回铃音等。⑵DTMF接收器：用于接收用户话机发出的DTMF信号。⑶多频信号发生器和多频信号接收器：用于发送和接收局间的MFC信号。⑷No.7信令终端：用于完成No.7信令的第二级功能。40第四章程控数字交换系统的软件4.1程控交换软件的概述4.2运行软件的一般结构414.1程控交换软件的概述4.1.1程控交换软件的基本特点程控交换软件的基本特点是：实时性强，具有并发性，适应性强，可靠性和可维护性要求高。⑴实时性强程控交换机是一个实时系统。⑵并发性和多道程序运行在一部交换机上，往往不仅有多个用户同时发出呼叫请求，还同时有多个用户正在进行通话。42图4-1多个进程实例共用一个程序代码43⑶可靠性要求高程控交换机应具有很高的可靠性，即使在其硬件或软件系统本身发生故障的情况下，系统仍能保持可靠运行。⑷能方便地适应交换机的各种条件一个程控交换机要面对大量规模不同、对交换机功能要求不同、运行环境不同的交换局。⑸软件的可维护性要求高交换软件的另一个特点是具有相当大的维护工作量。444.2运行软件的一般结构4.2.1运行软件的基本结构程控交换机的运行软件指存放在交换机处理机系统中，对交换机的各种业务进行处理的程序和数据的集合。45图4-2运行软件结构464.2.2局数据和用户数据⑴局数据局数据用来描述交换机的配置及运行环境，主要包含以下内容：①配置数据②交换局的号码翻译规则③路由中继数据④No.7信令数据⑤计费数据⑥新业务提供情况47⑵用户数据用户数据用来说明用户的情况，每个用户都有其特有的用户数据。用户数据主要包括以下内容：①用户电话号码②用户线类别③话机类别④用户的服务等级⑤用户对新业务的使用权及用户已登记的新业务⑥用户计费数据484