第5章电话网

第5章电话通信网第5章电话通信网5.1电话网的基本概念5.2电话交换机5.3电话网的网络结构5.4路由选择5.5编号计划5.6电话网的业务及计费方式5.7电话网的服务质量5.8智能网思考题第5章电话通信网5.1电话网的基本概念5.1.1电话网的构成要素图5.1电话网的构成交换机交换机交换机交换机电话机；交换机；中继线；用户线第5章电话通信网1．用户终端设备电话网中的用户终端设备即电话机，是用户直接使用的工具，主要完成将用户的声音信号转换成电信号或将电信号还原成声音信号。同时，电话机还具有发送和接收电话呼叫的能力，用户通过电话机拨号来发起呼叫，通过振铃知道有电话呼入。用户终端可以是送出模拟信号的脉冲式或双音频电话机，也可以是数字电话机，还可能是各种传真机。第5章电话通信网2．交换设备电话网中的交换设备称为电话交换机，主要负责用户信息的交换。它要按用户的呼叫要求给两个用户之间建立交换信息的通道，即具有连接功能。此外，交换机还具有控制和监视的功能。比如，它要及时发现用户摘机、挂机，还要完成接收用户号码、计费等功能。第5章电话通信网3．传输系统传输系统负责在各交换点之间传递信息。在电话网中，传输系统包括用户线和中继线。用户线负责在电话机和交换机之间传递信息，而中继线则负责在交换机之间进行信息的传递。传输介质可以是有线的也可以是无线的，传送的信息可以是模拟的也可以是数字的，传送的形式可以是电信号也可以是光信号。第5章电话通信网5.1.2电话网的特点1．话音业务的特点电话网的主要业务是话音业务，下面我们先来分析话音业务具有的特点，具体如下：(1)速率恒定且单一。用户的话音经过抽样、量化、编码后，都形成了64kb/s的速率，网中只有这单一的速率。(2)话音对丢失不敏感。也就是说，话音通信中，可以允许一定的丢失存在，因为话音信息的相关性较强，可以通过通信的双方用户来恢复。(3)话音对实时性要求较高。话音通信中，双方用户希望像面对面一样进行交流，而不能忍受较大的时延。(4)话音具有连续性。通话双方一般是在较短时间内连续地表达自己的通信信息。第5章电话通信网2．电话网的特点从设计思路上看，电话网一开始的设计目标很简单，就是要支持话音通信，因此话音业务的特点也就决定了电话网的技术特征。归纳起来，电话网的特点有以下几点：(1)同步时分复用。在电话网中，广泛采用同步时分复用方式。它是将多个用户信息在一条物理传输媒介上以时分的方式进行复用，来提高线路利用率。在复用时，每个用户在一帧中只能占用一个时隙，且是固定的时隙，因此每个用户所占的带宽是固定的。这一点与话音通信的恒定速率是相适应的。第5章电话通信网(2)同步时分交换。在交换时，直接将一个用户所在时隙的信息同步地交换到对端用户所在时隙中，以完成两用户之间话音信息的交换。(3)面向连接。在用户开始呼叫时，要为两用户之间建立起一条端到端的连接，并进行资源的预留(预留时隙)。这样，在进行用户信息传输时，不需要再进行路由选择和排队过程，因此时延非常小。电路交换的基本过程包括呼叫建立、信息传输(通话)和连接释放三个阶段，如图5.2所示。第5章电话通信网图5.2电路交换的基本过程交换节点A交换节点B交换节点C建立传输释放第5章电话通信网(4)对用户数据透明传输。透明是指对用户数据不做任何处理，因为话音数据对丢失不敏感，因此网络中不必对用户数据进行复杂的控制(如差错控制、流量控制等)，可以进行透明传输。从以上几点可以看出，面向连接的电路交换方式是最适合于话音通信的。传统的电话网只提供话音业务，均采用电路交换技术。因此，电话网又叫做电路交换网，它是电路交换网的典型例子。第5章电话通信网5.2电话交换机5.2.1交换机的硬件基本结构数字程控交换机的硬件结构可划分为话路子系统和控制子系统两部分，如图5.3所示。1．话路子系统话路子系统包括用户模块、远端用户模块、数字中继、模拟中继、信令设备、交换网络等部件。1)用户模块用户模块通过用户线直接连接用户的终端设备，主要功能是向用户终端提供接口电路，完成用户话音的模/数、数/模转换和话务集中，以及对用户侧的话路进行必要的控制。第5章电话通信网图5.3数字程控交换机硬件功能结构信令设备模拟中继线模拟中继数字中继数字中继线数字中继数字交换网络PCM数字中继用户级用户处理机用户电路用户线用户级用户处理机用户电路用户线PCM话路部分控制部分中央处理器外围设备存储器远端接口第5章电话通信网用户模块包括两部分：用户电路和用户级。(1)用户电路(LC：LineCircuit)是数字程控交换机连接模拟用户线的接口电路。目前电话网中绝大多数用户都是模拟用户，采用模拟用户电路。数字交换系统模拟用户电路的功能可归纳为BORSCHT，如图5.4所示。BORSCHT的含义为B：馈电；O：过压保护；R：振铃；S：监视；C：编译码；H：混合电路(2／4线转换)；T：测试。(2)用户级完成话务集中的功能，一群用户经用户级后以较少的链路接至交换网络，来提高链路的利用率。第5章电话通信网图5.4实现BORSCHT功能的用户电路振铃带通滤波器H平衡网络低通滤波器编译码器B,SOT,R测试第5章电话通信网2)远端用户模块远端用户模块是现代程控数字交换机所普遍采用的一种外围模块，通常设置在远离交换局(母局)的用户密集的区域。它的功能与用户模块相同，但通常与母局间采用数字链路传输，因此能大大降低用户线的投资，同时也提高了信号的传输质量。远端模块和母局间需要有数字中继接口设备进行配合。第5章电话通信网3)中继模块中继模块是程控数字交换机与局间中继线的接口设备，完成与其他交换设备的连接，从而组成整个电话通信网。按照连接的中继线的类型，可分成模拟中继模块和数字中继模块。(1)数字中继模块是数字交换系统与数字中继线之间的接口电路，可适配一次群或高次群的数字中继线。数字中继模块具有码型变换、时钟提取、帧同步与复帧同步、帧定位、信令插入和提取、告警检测等功能。第5章电话通信网(2)模拟中继模块是数字交换系统为适应局间模拟环境而设置的终端接口，用来连接模拟中继线。模拟中继模块具有监视和信令配合、编译码等功能。目前，随着全网的数字化进程的推进，数字中继设备已经普及应用，而模拟中继设备正在逐步被淘汰。第5章电话通信网4)信令设备信令设备提供程控交换机在完成话路接续过程中所必需的各种数字化的信号音、接收双音多频话机发出的DTMF信号、接收和发送的各种信令信息等。根据功能可以分为DTMF收号器、随路记发器信令的发送器和接收器、信号音发生器、No.7信令系统的信令终端等设备。5)交换网络交换网络是话路系统的核心，各种模块均连接在交换网络上。交换网络可在处理机控制下，在任意两个需要通话的终端之间建立一条通路，即完成连接功能。第5章电话通信网2．控制子系统控制子系统包括处理机系统、存储器、外围设备和远端接口等部件，通过执行软件系统，来完成规定的呼叫处理、维护和管理等功能。(1)处理机是控制子系统的核心，是程控交换机的“大脑”。它要对交换机的各种信息进行处理，并对数字交换网络和公用资源设备进行控制，完成呼叫控制以及系统的监视、故障处理、话务统计、计费处理等。处理机还要完成对各种接口模块的控制，如用户电路的控制、中继模块的控制和信令设备的控制等。第5章电话通信网(2)存储器是保存程序和数据的设备，可细分为程序存储器、数据存储器等区域。一般指的是内部存储器，根据访问方式又可以分成只读存储器(ROM)和随机访问存储器(RAM)等，存储器容量的大小也会对系统的处理能力产生影响。(3)外围设备包括计算机系统中所有的外围部件：输入设备包括键盘、鼠标等；输出设备包括显示设备、打印机等；此外也包括各种外围存储设备，如磁盘、磁带和光盘等。(4)远端接口包括到集中维护操作中心(CMOC：CentralizedMaintenance＆OperationCenter)、网管中心、计费中心等的数据传送接口。第5章电话通信网5.2.2交换机的运行软件1．运行软件的组成运行软件又称联机软件，是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。根据功能不同，运行软件系统又可分为操作系统、数据库系统和应用软件系统三部分，如图5.5所示。第5章电话通信网图5.5运行软件的组成应用软件系统呼叫处理程序管理程序维护程序操作系统处理机系统数据库管理系统数据第5章电话通信网1)操作系统操作系统是处理机硬件与应用程序之间的接口，用来对系统中的所有软硬件资源进行管理。程控交换机应配置实时操作系统，以便有效地管理资源和支持应用软件的执行。操作系统主要具有任务调度、通信控制、存储器管理、时间管理、系统安全和恢复等功能。2)数据库系统数据库系统对软件系统中的大量数据进行集中管理，实现各部分软件对数据的共享访问，并提供数据保护等功能。第5章电话通信网3)应用软件系统应用软件系统通常包括呼叫处理程序、维护和管理程序。呼叫处理程序主要用来完成呼叫处理功能，包括呼叫的建立、监视、释放和各种新业务的处理。在这个过程中，要监视主叫用户摘机，接收用户拨号数字，进行号码分析，接通通话双方，监视双方状态，直到双方用户全部挂机为止。维护和管理程序的主要作用是对交换机的运行状况进行维护和管理，包括及时发现和排除交换机软硬件系统的故障，进行计费管理，管理交换机运行时所需的数据，统计话务数据等功能。第5章电话通信网4)数据在程控交换机中，所有有关交换机的信息都是通过数据来描述的，如交换机的硬件配置、使用环境、编号方案、用户当前状态、资源(如中继、路由等)的当前状态、接续路由地址等。根据信息存在的时间特性，数据可分为半固定数据和暂时性数据两类。半固定数据用来描述静态信息，它有两种类型：一种是与每个用户有关的数据，称为用户数据；另一种是与整个交换局有关的数据，称为局数据，这些数据在安装时一经确定，一般较少变动,因此也叫做半固定数据。半固定数据可由操作人员输入一定格式的命令加以修改。暂时性数据用来描述交换机的动态信息，这类数据随着每次呼叫的建立过程不断产生变化，呼叫接续完成后也就没有保存的必要了，如忙闲信息表、事件登记表等。第5章电话通信网2．呼叫处理程序呼叫处理程序用于控制呼叫的建立和释放。呼叫处理程序包括用户扫描、信令扫描、数字分析、路由选择、通路选择、输出驱动等功能块。1)用户扫描用户扫描用来检测用户回路的状态变化：从断开到闭合或从闭合到断开。从状态的变化和用户原有的呼叫状态可判断事件的性质。例如，回路接通可能是主叫呼出，也可能是被叫应答。用户扫描程序应按一定的扫描周期执行。第5章电话通信网2)信令扫描信令扫描泛指对用户线进行的收号扫描和对中继线或信令设备进行的扫描。前者包括脉冲收号或DTMF收号的扫描；后者主要是指在随路信令方式时，对各种类型的中继线和多频接收器所做的线路信令和记发器信令的扫描。3)数字分析数字分析的主要任务是根据所收到的地址信令或其前几位判定接续的性质，例如判别本局呼叫、出局呼叫、汇接呼叫、长途呼叫、特种业务呼叫等。对于非本局呼叫，从数字分析和翻译功能通常可以获得用于选路的有关数据。第5章电话通信网4)路由选择路由选择的任务是确定对应于呼叫去向的中继线群，从中选择一条空闲的出中继线，如果线群全忙，还可以依次确定各个迂回路由并选择空闲中继线。5)通路选择通路选择在数字分析和路由选择后执行，其任务是在交换网络指定的入端与出端之间选择一条空闲的通路。软件进行通路选择的依据是存储器中链路忙闲状态的映象表。6)输出驱动输出驱动程序是软件与话路子系统中各种硬件的接口，用来驱动硬件电路的动作，例如驱动数字交换网络的通路连接或释放，驱动用户电路中振铃继电器的动作等。第5章电话通信网5.2.3交换机的交换原理如前所述，交换机的作用包括接入、交换、信令和控制等功能。其中，交换功能是交换系统最重要的功能之一，也是最基本的功能。交换功能是由交换网络在控制系统的控制下完成的。数字交换系统的交换过程，如图5.6所示。在数字交换机中，每个用户都占用一个PCM系统的一个固定的时隙，用户的话音信息就装载