第3章程控数字电话交换系统

现代通信技术概论2第3章程控数字电话交换系统3.1程控数字电话概述3.2程控数字电话交换系统3.3软交换及软交换系统33.1电话交换系统概述电话交换系统从早期人工式、机械式、电子式交换阶段，发展成为如今以计算机程序控制为主的程控数字交换阶段，不仅实现了数字语音通信，还能实现传真、数据、图像通信，构成了综合业务数字通信网。本章将首先给出电话交换的概念模型、功能模型以及程控数字交换机的基本组成，然后就程控数字电话交换系统的基本工作原理从硬件和软件两个方面进行说明。43.1.1电话交换的概念模型交换机能够实现多用户之间“两两连线构通回路”的设想，同时也节省了连接线路。（a）两部话机之间的连接交换机交换机交换机中继线中继线中继线用户线话机话机话机（b）单个交换机（c）多个交换机交换机53.1.2电话交换技术发展史交换机类型接续方式控制方式接线器供电方式交换信息年代磁石式人工铃流*塞绳自备模拟话音1878共电式人工环路电流**塞绳交换机提供模拟话音1891步进制自动拨号脉冲步进接线器交换机提供模拟话音1891纵横制自动布线逻辑纵横接线器交换机提供模拟话音1919模拟程控自动存储程序干簧接线器交换机提供模拟话音1965程控数字自动存储程序电子接线器交换机提供数字话音等1970*铃流：接线员听到主叫振铃后，人工完成接线**用户摘机后接线员看到灯闪，人工完成接线表3-1各类交换机及其主要特点63.1.3电话交换的功能模型终端接口模块：与外部设备（本地用户设备和中继线）连接。接续模块：任意两用户之间连接矩阵网络。控制模块：控制建立或拆除接续。终端接口控制终端接口接续信令信令信令用户线中继线73.1.4电话交换机的基本组成信令设备产生各种标准的信令信号，如振铃信号、拨号音、忙音等，其他与功能模型等效。信令设备用户接口交换网络中继接口控制系统中继线用户线83.2程控数字电话交换系统程控数字电话交换系统实际上完全是由计算机控制的电话交换系统，由硬件和软件两大部分组成。本节将重点说明其中数字交换的基本工作原理。93.2.1硬件的基本组成分话路和控制两大部分：用户电路用户电路数字交换网络中继电路信令设备网络驱动器扫描器中央处理器维护终端数据存储器程序存储器远端接口话路部分控制部分至中继线用户线用户线101.话路部分话路部分的主要任务是根据用户拨号状况，实现用户之间数字通路的接续：数字交换网络：为参与交换的数字信号提供接续通路。用户电路：与用户线之间的接口电路，用于完成A/D和D/A变换，同时为用户提供馈电、过压保护、振铃、监视、二/四线转换等辅助功能。中继电路：与中继线的接口电路，具有码型变换、时钟提取、帧同步等功能。111.话路部分扫描器：收集用户的状态信息，如摘机、挂机等动作。交换网驱动器：在控制部分控制下具体执行数字交换网络中通路的建立和释放。信令设备产生控制信号，主要包括信号音发生器（产生拨号音、忙音、回铃音等）、话机双音频(DTMF)号码接收器、局间多频互控信号发生器和接收器（用于交换机之间的“对话”）以及完成CCITTNo.7号共路信令的部件。122.控制部分控制部分的主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行控制程序，以控制相应硬件实现交换及管理功能：中央处理器：普通计算机或交换专用计算机，用于控制、管理、监测和维护交换系统的运行。程序和数据存储器：分别存储交换系统的控制程序和执行过程中用到的数据。维护终端：包括键盘、显示器、打印机等设备。远端接口：分散控制方式下实现远程控制连接。133.2.2软件的基本功能与组成基本功能：程控数字交换机将各种控制功能预先编写成功能模块存入存储器，并根据对交换机外部状态作周期扫描所取得的数据，通过中断方式调用相应的功能模块对交换机实施控制，协调运行交换系统的工作。14软件的组成软件数据程序模块系统软件：与普通计算机操作系统功能相近。主要用于系统管理、故障诊断、文件管理和输入输出设备管理等。联机：交换机正常开通运行后的日常程序脱机：开通交换机时系统硬件测试、软件调试以及生成系统支持程序用户数据：包括每个用户线（话机）类别、电话号码、设备码、话机类型、计费类型、用户新业务、话务负荷、优先级别等。局用数据：反映本交换局运行状态数据，是半固定数据，开局调试好后，设备运行中保持相对稳定，必要时可用人机命令修改，例如中继数据、计费数据、信令数据等。交换系统数据：类似产品出厂说明书，主要指各类软件模块所固有的数据和各类硬件配置数据，一般是固定不变的，由设备制造商编写提供，属于交换程序的一部分。应用软件：直接面向用户，负责交换机所有呼叫的建立与释放，具有较强的实时性和并发性。153.2.3时隙交换与复用线交换为了说明数字交换网的交换原理，先要了解时隙交换和复用线交换两个重要的数字交换概念。而时分接线器和空分接线器则分别用来实现这两种交换。161.时隙交换时隙交换实现同一条复用线上两个用户之间话音信息的交换。TSi←→TSj（i≠j）TS31TS20...TS17...TS0...TS4...TS6...TS23...TS11...TS28...TS2时隙交换输入复用线32时隙输出复用线32时隙ABAB17T型时分接线器TS0SM11......23...TS11TSMTS2TS1...TS23.........R......TS23...TS11...W按照时钟把TS0-TSM顺序写入SMCM控制存储器话音存储器按照CM内容选择读出SM0011M1112323MTS0SM......1...8TS1TSMTS1...TS8......R......TS1...TS8...W按照CM内容把TS0-TSM选择写入SMCM控制存储器话音存储器按照时钟把SM内容顺序读出001M818M(a)时钟写入控制读出(b)控制写入时钟读出18读出控制方式又称为时钟（顺序）写入，控制（地址）读出。首先在定时脉冲控制下按照TS0~TSM的顺序把输入复用线上的M个时隙的话音数据写入到SM单元，与此同时，把每一个时隙要交换去的单元地址写入到CM单元。当从SM读出话音时隙时，按照CM中地址顺序读出。19写入控制方式与读出控制方式不同，向SM写入话音时隙时，按照CM单元指定的顺序写，SM读出则在定时脉冲的控制下从上到下顺序完成。以上两种方式的时隙交换路由是由联机程序根据用户拨号号码通过用户忙闲表，查出被叫空闲链路而得到的。202.复用线交换复用线交换完成两条复用线之间话音信息的交换，可以实现扩大交换容量的目的。TS31TS20...TS11...TS0...TS4...TS6...TS23...TS16...TS28...TS232个时隙32个时隙TS31TS0...TS4...TS6...TS23...TS31TS0...TS4...TS6...TS23...TS31TS0...TS4...TS6...TS23...TS23...TS19...TS22...TS18...TS7TS7...TS15...TS19...TS8...TS23TS25...TS17...TS11...TS2...TS21复用线交换复用线1复用线4复用线3复用线221S型空分接线器S型接线器能够把任一复用线上的任一时隙信息交换至另一复用线上任一时隙。交叉矩阵是由复用线交叉点阵组成的，交叉点阵中的每一个交叉点就是一个高速电子开关。这些高速电子开关受CM中存储数据的控制，用于实现交叉点的接通和断开。22S型空分接线器（输出控制方式）12输入复用线TS1TS2交叉矩阵PCM2PCMnPCM1TSMTS1TS2PCM2PCMnPCM1...21TS3TSM1n...n1............nn...11CM1CM2CMn.........(a)输出控制方式输入PCM复用线......TSiTS1TS5......输出PCM复用线控制存储器CM...23输出控制方式说明按照输出复用线来配置CM，每一条输出复用线都要设置一个固定的CM，图中共有n条输出复用线需要n个CM。每个话路时隙对应一个CM存储单元。CM存储单元中存储的内容是需要接通的输入复用线的编号，因此，用二进制表示输入复用线编号时CM要保持足够的位数。24S型空分接线器（输入控制方式）12输出复用线TS1TS2交叉矩阵PCM2PCM1PCM2PCMnPCM1...21TS3TSM1n...n1............nn...11CM1CM2CMn.........控制存储器CM(b)输入控制方式输入PCM复用线......TSjTS9TS8......输出PCM复用线PCMnTSMTS2...TS125输入控制方式说明每一条入线都设置一个固定的CM，图中共有n条入线，也就需要n个CMCM存储单元数量与复用线话路时隙数相同。CM存储单元中存储的内容是需要接通的输出复用线编号。26两种接线器的不足T型接线器只能完成同一条复用线交换；S型接线器只能完成或者入线指定时隙或者出线指定时隙情况下复用线之间的交换，而不能完成入线和出线同时指定时隙的交换；对于大规模的交换网络，必须既能实现同一复用线不同时隙之间的交换又能实现不同复用线之间的时隙交换。因此，两种接线器结合组成复合型交换网络，才能实现这一要求。273.2.4TST型数字交换网络ab186b58150b58aaabbabbaaSMA0SMB0CMA0CMB0S16×16CSM0CSM15035255CMB15CMA150352550186255058255PCM0PCM15TS205TS205TS205TS35TS350582550205255SMA150186255TS35ITS58ITS58ITS186ITS1860#入15#入15#出0#出01862550205255058255SMB15T-S-T数字交换网交换过程示意图28举例说明一次AB的交换过程把PCM0TS205时隙的话音信号交换到PCM15TS35时隙中去：假设选中了TS58，则处理机分别在输入侧T级的CMA0的第205号单元写入“58”，在S级CMS15的第58号单元写入“0”（0号复用线），在输出侧T级的CMB15的第35号单元写入“58”，于是各CM分别控制各级动作。首先，当PCM0的TS205时隙信息来到时，由CMA0控制写入SMA0的第58号单元；当TS58时隙到来时，该信息被顺序读出到S级的输入端的0号入线，并由CMS15控制交叉开关点0入/15出闭合接通至输出侧T级的第15个T接线器的入线端，同时写入到SMB15的第58号单元；最后当TS35到来时，再由CMB15控制从SMB15的第58号单元读出至接收端B的解码接收电路中去。293.2.5程控交换机主要性能指标系统容量：用户线数和中继线数呼损率：呼叫未通量与呼叫总量之比接续时延：400ms~1000ms之间话务负荷能力：爱尔兰（Erl）呼叫处理能力：最大忙时试呼叫次数可靠性和可用性：不中断，故障少主要业务：基本业务（通话）和补充业务（呼叫转移、呼叫等待、免打扰等）303.3软交换及软交换系统软交换是互联网进化过程中因特网与电话交换网络充分融合的一种新兴技术，将成为下一代网络（NGN）一种最基本的技术。313.3.1软交换的概念软交换可以理解为利用因特网实现ISDN的功能。软交换系统媒体网关分组网（IP/ATM）时隙信号媒体网关时隙信号PSTNPSTN323.3.2软交换系统组成框图软交换系统应用服务器接入媒体网管IP媒体服务器中继媒体网关信令网关网管中心33软交换系统各部分的功能信令网关：IP网与交换机之间信令中继转换处理媒体网关：两种网络之间媒体数据格式的转换（包括中继媒体网关和接入媒体网关）IP媒体服务器：媒体资源的生成、控制和管理应用服务器：提供业务执行环境网管中心：网络的整体控制管理。343.3.3软交换系统的应用目前软交换的应用主要集中在如下几个方面：分组中继：在分组中继网中，通过媒体网关直接提供高速的分组数据接口分组本地接入：实现话音的本地分