第2章.GSM交换原理及结构

第第二二章章GSM交换原理及结构22..11AAXXEE1100系系统统结结构构CME20移动通信系统有一个重要特色，就是运用了爱立信公用网AXE10(可简称AXE)交换技术。爱立信的移动通信系统无论是模拟的还是数字的，都是AXE的一个应用系统，都是通过在AXE10交换机基础上增加和减少相应的子系统、功能块来实现的。这样做的好处是移动通信系统可共享AXE技术的成熟技术。实际上若掌握了公用网AXE交换系统，CME20移动通信系统就掌握了一半。因此首先认识了解一下爱立信的AXE交换系统，它是掌握CME20交换维护的基础。2.1.1AXE系统构成AXE10是爱立信公司的数字程控电话交换系统。至今它已发展成为一种多用途的开放式数字交换系统。AXE10交换系统除用作公用电话网中交换设备外，还广泛地用于公共陆地移动通信网(PLMN)，构成GMSC、MSC、HLR、BSC。还可以用于智能网(1N)中，作为SSP、SCP、SSCP，以及在七号信令网中用作STP。这是由其系统高度的模块化结构所决定的。在AXE系统中，模块化体现在以下几个方面：1．功能模块化。2．软件模块化。3．硬件模块化。4．技术模块化。AXE采用了模块化结构，因为只有这样，系统才能不断地发展并实现可扩展的、面向未来的实用化系统。这种模块化结构使条统更易操作，成本降低，同时为适应电信发展的需要，更增强了其灵活性。AXE的模块化结构同样能够保持其应用市场，AXE是一个适合多种应用的系统。除灵活性外，AXE控制系统的结构很有特点，具有集中和分布两个控制层。这就改善了可靠性和呼叫处理效率。功能的模块化体现在系统被设计成：不同功能的应用可源于同一源系统。软件的模块化体现在系统是由一组独立的功能块构成的，每个功能块完成特定任务。系统中的功能块可以被独立地增、删、改。功能块之间通过既定的信令和接口来连接。硬件的模块化体现在机械结构由电路板、机框、机柜组成。它们在结构上相互独立，不仅有利于生产、安装，而且可被独立地移动及增删。技术的模块化体现在AXE系统是一个面向未来的开放式交换平台，可允许新的技术、功能应用于系统中，以保证其能不断发展下去。目前的技术发展主要集中在研制更大容量的处理机、更宽频带的数字交换技术、应用软件新的结构以及编程技术等方面。2.1.2AXE基本结构AXE是一种数字程控交换系统，它由交换部分(APT)和控制部分(APZ)组成，其结构如图所示。图2-1AXE结构整个AXE系统是在功能块上实现的一组特殊功能。这些功能块组合成子系统，子系统组合成交换系统(APT)或控制系统(APZ)，一个AXE交换设备就是由APT子系统和APZ子系统组成的。每个子系统或功能块都是通过硬件加软件或完全由软件来实现的。每个功能是根据与其它功能的接口来定义的，这就意味着如何在软件和硬件上实现并不很重要，重要的是其软/硬件改变或修改后如何保持其功能不变。软件与硬件在某种程度上必定存在着不同，这就需要我们对AXE的核心结构即功能层做深入的了解。1、系统功能层次结构AXE包含五个不同层的功能模块。1)·AXE系统层这是最高层，AXE分为交换系统(APT)和控制系统(APZ)。2)·APT/APZ系统层交换系统(APT)负责业务处理、计费及相关的操作维护等。控制系统(APZ)负责对系统功能，I／O功能及业务功能等等的操作。APT和APZ能够各自独立地开发、改进，也就是说它们的发展是独立的。3)·子系统层APT及APZ又各自分成几个子系统。由于AXE可以对子系统做适当的选择，因此它能够在任何电信环境下工作，并通过增加新的可选子系统实现AXE的虚拟扩展。AXE将类似的功能(如计费功能)放在同一子系统内。4)·功能块层子系统所属的功能又进一步分成几个独立的功能块，每个功能块设立一个定义好的单元，有自己的数据并能进行标准信令互通。每个单元只对特定的信号即代表一定信息的一组数据做响应，信息就这样在不同的功能块间传送。功能块是AXE的基本组成块，每个功能块由不同功能单元组成。5)·功能单元层每个功能块是由若干个功能单元构成的。功能单元可以是软件，也可以是硬件。在一个功能块中可以没有硬件单元；但不能没有软件单元。一个功能块完成的功能是其各功能单元功能的总体效应。一个功能块的组成如下：a、硬件单元b、局域软件单元：处理日常工作，如对硬件设备的扫描等。C、中心软件单元，负责必要的复杂分析功能，例如呼叫建立等。可以看出，控制系统结构中的集中控制和分布控制在每个功能块中都有体现。控制系统APZ具有中央和分布两个逻辑层。中央处理层由一个双备份的中央处理器(CP)组成，以并行同步模式工作。分布层中是一组局域处理器(RP)，控制几个硬件单元的RP是双备份的。并可以负荷分担模式工作。每个硬件单元称为扩展模块(EM)，一对RP控制一组EM，依据所执行的任务的复杂性，确定连到一对RP上的EM数目，RP的容量越大，所能连接的EM就可以越少。I/O系统提供了与I/O设备的连接功能，I/O设备包括终端、打印机、告警显示、数据链路、软磁盘、硬盘及磁带等。I/O系统执行所有输入/输出功能并处理各种维护管理程序及与呼叫有关的数据。2、功能块的结构从系统功能角度来看，功能块是构成系统的实质所在。一个功能块可以由硬件加软件构成，也可以仅由软件构成，后者我们称之为纯软件功能块。用户线接口功能块(L1)由硬件加软件构成，而寄存器功能块(RE)仅由软件构成，功能块中的软件单元有以下两种类型：1)、区域软件单元：用以直接控制硬件，它仅存在于有硬件单元的功能块内。2)、中央软件单元：用以处理一些复杂的控制功能，如路由选择、故障诊断等等，它存在于所有的功能块中。3、处理机结构程控交换机的控制是由处理机(计算机)完成的。在AXE系统中，处理机是AXE的控制中心。处理机系统采用了分级控制的结构，由中央处理机(CP)，支援处理机(SP)、区域处理机RP构成。CP主要处理集中控制、分析、故障诊断等方面的复杂工作。为安全起见，采用双备份CP，工作于并行同步方式。按执行／备用方式运转；即正常情况下，只有一个CP处于执行工作状态(EX)，控制整个系统，另一个CP处于备用工作状态(SB／WO)，一旦执行侧有故障发生，备用侧将马上接替其工作。维护单元(MAU)用于监视CP的工作，当CP发生问题时，由MAU采取适当的维护措施。RP主要用以控制APT部分的交换硬件。这些硬件被划分成一个个扩充模块(EM)，一个RP可控制一组(通常为16个)EM。RP与EM之间由EMB总线连接，与CP之间以RPB相连接。RP的数量取决于交换系统的容量和EM的数量，RP可以双份配置，但工作于负荷分担方式，也就是说RP一般成对配置，但一个RP只控制其一半的负载，只有当其中一个RP发生故障时，另一个RP才接管所有的负载(所有EM)。支援处理机(SP)相当于RP，但其功能及处理能力远大于RP，它专门用于对输入输出系统的控制，可以认为SP的级别介于CP及RP之间。以上讨论了AXE系统的处理机结构。它由中央处理机CP及区域处理机RP(及SP)两级构成，但实际上RP下面还有设备处理机(DP)。此外，在用户级还设有专门的EMRP，用以控制一个EM的工作。2.1.3AXE交换部分(APT)APT部分处理所有AXE的交换功能，包括硬件和话务处理软件两部分。如前所述，APT被分成许多子系统，这些子系统还可以组合成不同的子系统组，以满足不同的应用。表2.1APT子系统子系统名称功能应用场合BGS商务组群子系统提供类似小交换机的商务通信LECCS公共信道信令子系统处理NO．7信令LE、TE、MSC、GMSC、BSC、SSP、SCP、STP、HLRCHS计费于系统提供计费和结算功能LE、TE、MSCDTS数据传输子系统提供ISDN上的分组业务LE、MSCESS扩展交换子系统提供多方通话及录音通知LE、TE、SSP、MSC、GMSCGSS选组级子系统提供选组级的连接及时钟同步功能LE、TE、MSC、GMSC、BSC、SSP、STP、SSCPHRS归属位置寄存器子系统存储移动用户的签约信息HLRLHS链路处理子系统处理机站的远端交换功能BSCMTS移动电话子系统处理与移动用户有关的话务MSC、GMSCNMS网络管理子系统网络管理，统计及话务流量控制LE、TE、MSC、GMSCOMS操作维护子系统对交换部分维护、监视LE、TE、MSC、GMSC、STP、SSP，BSC、HLROPS话务员子系统提供话务座席服务功能TERCS无线控制子系统无线网络管理，移动台连接BSCRMS远端测量子系统测量局间中继电路LE、TEROS无线操作子系统处理MSC与BSC间的传输BSCSCS用户控制子系统提供用户级的话务控制及补充业务功能LESES业务提供子系统提供智能网业务LE、TE，SSP，SCP、SSCPSSS用户交换子系统处理用户级话务LESTS统计和话务测量子系统提供各类话务数据LE，TE、MSC、GMSC、BSC、SSP、SCPSUS用户服务子系统提供用户新业务LETAS收发信管理子系统管理基站BSCTCS话务控制子系统负责话务处理的控制LE、TE、MSC、GMSC、SSPTRS收发信子系统包括基站的所有无线设备BSCTSS中继信令子系统提供局间的倍令及监视功能LE、TE、MSC、MGSC、SSP、STP2.1.4AXE控制部分(APZ)APZ具有很强的数据处理能力，它可以向AXE系统提供灵活有效的控制平台，APZ也由许多子系统构成。表2.2AXE系统中APZ子系统子系统名称功能应用CPS央处理机子系统完成高级的处理功能各种应用系统DBS数据库管理子系统提供能实时处理的准相关的数据库系统各种应用系统DCS数据通信子系统提供实际的接口和通信协议与AXE通信需lOG的各种应厝系统FMS文件管理子系统管理AXE的存储设备需lOG的各种应用系统MAS维护子系统APZ部分的监视和维护各种应用系统MCS人机通信子系统提供人机通信功能需IOG的各种应用系统OCS开放式通信子系统在AXE与外部计算机间，提供标准的数据通信各种应用系统RPSSPS区域处理机子系统支援处理机子系统作为CP与硬件间的接口，处理日常事件控制输入输出功能各种应用系统需IOG的各种应用系统2.1.5AXE的应用系统APT与APZ的子系统清单，这可以被看作是AXE的源系统，不同客户的不同要求，可以通过从源系统的子系统库内选择合适的子系统，组合成用户所需的应用系统来实现。值得注意的是，在上述的子系统中，有一些子系统是任何一种应用系统都必须具备的，它们是作为基础存在的。我们称之为“系统核”，或公用子系统。它们是；GSS、TSS、STS、ESS、OMS、CCS，TCS、NMS、CHS。此外，APZ部分的于系统MAS、MCS、CPSDCS、FMS、RPS、SPS作为公共控制平台也是不可缺少的．22..22AAXXEE的的主主要要子子系系统统2.2.1选组级子系统(GSS)GSS用以在时分复用PCM线间进行线路和时隙交换，建立主、被叫用户在选组级的连接通路，同时也向交换机及网络提供定时信号，它由硬件和软件组成。选组级接线器(GS)是GSS中的主要功能块，它由硬件和软件构成，硬件是空分接线器模块(SPM)和时分接线器模块(TSM)。时钟脉冲产生及定时模块(CLT)由硬件CLM(时钟模块)和软件构成。网络同步功能块由硬件RCM(参考时钟模块)和软件构成。NSC为网络同步命令功能块；GSM为选组级接线器维护功能块，它们均由软件构成。从硬件连接角度来看，GSS是整个APT的核心部分，APT的各个部分通过GSS连成了一个有机的整体。因此，从安全角度出发，GS采取双份配置，分作两个完全相同的交换平面：A平面和B平面。两个平面是并行工作的，但系统只选择经过某一个平面的连接为链路接通话路。选组级的工作是按T—S—T的交换接续原理进行的。系统只要知道主、被叫接到选组级子系统(GSS)上的两个点位置，就能自动地通过一内部空闲时隙在这两点之间建立起一条话路，直到话毕，自动释放。为了满足特定场合的需求，选组级子系统(