第三章_程控数字交换机的硬件系统要点课件.ppt

1,第三章 程控数字交换机的硬件系统,数字程控交换机硬件的基本结构数字交换的基本原理数字交换网络数字程控交换机的终端和接口控制系统的基本结构,2,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 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。程控交换机是现代数字通信技术、计算机技术和大规模集成电路相结合的产物。交换机硬件电路可分为话路部分和控制部分,3,话路部分：数字交换网络和各种外围电路模块，如：用户模块、中继模块和信令模块控制部分：完成对话路设备的控制功能，它是由各种计算机系统组成，采用存储程序控制方式，即将对交换机的控制和维护管理功能预先编写程序，存储在计算机的存储器中。交换机工作时，呼叫处理处理程序自动检测用户线和中继线的状态变化和维护人员输入的命令，根据要求执行程序，控制交换机完成呼叫接续、维护和管理功能。,4,数字程控交换机的硬件结构可以分为分级控制方式,全分散 控制方式和基于容量分担的分布控制方式,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如图3-1所示。数字交换网络 用户模块 远端用户模块 中继模块 信令设备 控制系统,5,整个话路部分的核心，连接外围的各种模块；并提供信令、信号音和处理机间通信信息的固定或半固定的连接。必须进行转换。,是终端设备和数字程控交换机的接口。通过用户线路直接连接终端设备。向用户终端提供接口电路，完成用户话务的集中和扩散，对用户侧的话路进行必要的控制。,是现代数字程控交换机普遍采用的一种外围模块。通常设置在远离交换局的用户密集区，完成与用户模块相同的功能。与母局之间通常采用数字线路传输，且具有话务集中的功能，能大大降低用户线的投资，提高了信号的传输质量。,图3-1 采用分级控制方式交换机的硬件的基本结构,6,图3-1 采用分级控制方式交换机的硬件的基本结构,是不同的数字程控交换机之间的接口，交换机通过中继器完成与其它交换设备的连接，组成整个电话通信网。,用来接收和发送呼叫接续时所需要的信令信息。信令设备的种类取决于交换机所采用的信令方式。通常有：DTMF收号器、MFC发送器和接收器、信号音发生器、NO.7信令终端和信令处理机。,7,是计算机系统，由中央处理器、存储器和输入、输出设备组成。通过执行预定的程序和查询数据，完成规定的话音通路接续、维护和管理功能。,中央处理器负责对数字交换网络和共用资源设备进行控制，如系统监视、故障处理、话务统计和计费处理等。外围处理机完成对交换网络外围模块的控制。用户处理机只完成用户线接口电路的控制、用户话务的集中和扩散，扫描用户线路上的各种信号并向呼叫处理程序报告，接收呼叫处理程序发来的指令、对用户电路进行控制。还对中继线路以及对信令设备进行控制。,8,一.交换机的硬件基本结构（分级控制方式）,9,3.1.2 全分散控制方式交换机的基本结构,S1240交换机有数字交换网络和链接到数字交换网络上的模块组成。模块分为两种类型：终端控制单元和辅助控制单元。所有的终端模块都具有相同的布局，有两部分组成：一部分是处理机部分也称控制单元；另一部分是终端电路。不同模块控制单元部分的硬件结构相同，但终端电路部分不同。交换机的全部控制功能都有分布在各个控制单元的处理机来完成。,10,3.1.2 全分散控制方式交换机的基本结构图,3-2 S1240交换机的基本结构,模拟用户模块,数字中继模块,ISDN用户模块,ISDN中继模块,服务电路模块,ISDN远端用户单元接口模块,高性能公共信道信令模块,外设与装载模块,时钟与信号音模块,辅助控制单元模块,数字交换网络,11,（1）模拟用户模块（ASM）（2）数字中继模块（DTM）（3）ISDN用户模块（ISM）（4）ISDN中继模块（ITM）（5）服务电路模块（SCM）（6）ISDN远端用户单元接口模块（IRIM）（7）高性能公共信道信令模块（HCCM）（8）外设与装载模块（P&L）（9）时钟与信号音模块（CTM）（10）辅助控制单元模块（ACE）,12,3.1.3 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。,13,图3-3 基于容量分担的分散控制方式交换机的基本结构,14,1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。根据SM所处的位置，可分为本地（端局）交换模块和远端交换模块。交换模块是交换机中最主要、最基本的组成部分，交换机中的大部分呼叫处理功能和电路维护功能由交换模块完成。交换模块包括交口单元、模块交换网络和模块控制单元。,15,交换模块的终端接口单元有多种：功能：完成交换机与各种类型的通信终端设备的互连。用户接口单元：构成与模拟用户线的接口数字中继接口单元：是与PCM中继线的接口模拟中继接口单元数字服务单元：发送和接收各种信号音ISDN接口单元：提供2B+D数字用户线、30B+D接口和分组处理接口，实现ISDN、分组交换网的互通V5.2接口单元：完成与接入网的接口,16,图3-3 基于容量分担的分散控制方式交换机的基本结构,相当于一个分级控制结构的交换机,17,2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。3管理模块 管理模块（AM）主要负责模块间呼叫接续管理，并提供 交换机主机系统与维护管理系统的开放式管理结构。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。,18,3.2 数字交换原理和数字交换网络3.2.1 语音信号数字化和时分多路通信1语音信号的数字化 语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。（1）抽样,图3-4 模拟信号的抽样,19,（2）量化,图3-5 压扩法基本原理图,（3）编码,20,2时分多路通信 时分多路通信常用的复用方式有频分复用和时分复用两种。它们分别按频率和时间划分信道。,图3-6 频分复用和时分复用方式,将信道的可用频带划分为若干互不交叠的频段，每路信号的频谱占用其中的一个频段实现多路传输,将一条物理信道按照不同的时刻分成若干条通信信道（话路），各信道按一定的周期和次序轮流使用物理信道。,21,PCM通信是典型的时分复用多路通信系统，基本原理图如图3-7所示。,图3-7 PCM通信的基本原理,22,图2-2 30/32路PCM的帧结构,23,PCM30/32系统的主要参数：每秒传送8000帧 每帧32个时隙 每时隙为8bit串行码 传送码率为8bit/时隙x32时隙/帧x8000帧/s=2048kbit/s 每路信号的速率为64kbit/s16帧构成一复帧，时长为125usx16=2ms,24,3.2.2 数字交换原理和数字交换网络,数字交换的基本概念 为了实现不同用户之间的通话，数字交换网络必须完成不同复用线之间不同时隙的交换。,数字交换就是将数字交换网络中的某条输入复用线上的某个时隙的内容交换到指定的输出复用线上的指定时隙。,在此过程中，也可将同一时隙内容进行不同复用线之间的交换（空间交换）,时间交换：完成在同一条复用线上的不同时隙之间的交换,25,时隙交换,26,图3-8 数字交换机中两用户通话经数字交换网络连接的简化示意图,主叫,被叫,下行,27,时间交换和空间交换可以通过时间接线器（）和空间接线器（）来实现。和是数字交换网络中两种最基本的接线器，将一定数量的和按照一定的结构组织起来，可以构成具有足够容量的数字交换网络。,28,二.时间(T)接线器,1.定义:它能够完成在同一条复用线上的不同时隙之间的交换，即将T接线器中输入复用线上某个时隙的内容交换到输出复用线的指定时隙。2.基本组成 T接线器主要有话音存储器SM、控制存储器CM以及必要的接口电路组成。SM、CM均包含若干存储单元，存储单元的数量等于复用线的复用度。SM：存储用户的话音信号，也可存储用户的数据信息以及信号设备提供的数字化的信号音。CM：存储处理机的控制命令字，用来指示写入或读出的话音存储器的地址。,话音信号是数字形式的并行码，在实际存储前须将PCM复用线上送来的串行码进行串并变换，变为并行码。每个单元的位元数至少为位。,29,3.两种工作方式及工作原理,.输出控制方式：顺序写入，控制读出“叫号方式”,例如：将第6时隙内容交换到第20时隙。,接线器的输入线的内容按顺序写入话音存储器的相应单元，即输入服用线上第时隙的内容就写入SM的第i个单元。输出复用线某个时隙应读出话音存储器的哪个单元内容由控制器的相映单元的内容来决定，即CM的第j个单元存放的内容就是输出复用线第j个时隙应读出的话音存储器的地址。控制存储器的内容是在呼叫建立时由计算机写入的，在呼叫接续期间内容保持不变。,30,例如：将输入线上第6时隙内容交换到输出线的第20时隙。,输入复用线上某时隙的内容应写入到话音存储器的哪个单元，有控制器相映单元的内容来决定。即控制存储器的i单元的内容j，就是输入复用线TS的内容应写入的话音存储器的地址。同样，控制存储器的内容是在呼叫建立时有计算机控制写入的。输出复用线的某个时隙依次读出话音存储器相映单元的内容。即在时隙k就读出话音存储器的k单元的内容，输出到输出线的TS上。,31,两种控制方式都是相对于话音存储器而言的。因为控制存储器只有一种控制方式，即控制写入，顺序读出方式。,32,四.空间接线器 S,1.功能：它完成在不同复用线之间同一时隙内容的交换，即将某条输入复用线上某个时隙的内容交换到指定的输出复用线的同一时隙。交换前后发生的变化是被交换内容所在的复用线，而其所在的时隙并没用发生变化。故称为“空间交换”,2.基本组成：它由一个连接n条输入复用线和n条输出复用线的nn电子接点矩阵、控制存储器组以及相关的接口电路组成。,S接线器交换的时隙信号通常是并行信号，在实际交换系统中，如果交换的话音信号是8位的数字信号，则交叉矩阵应该配备8个，每个完成1位的交换。矩阵的大小取决于S接线器的容量。控制存储器共有n组，每组控制存储器的存储单元数等于复用线复用度。第j组控制存储器的第i个单元，用来存放在时隙i时第j条输入（输出）复用线应接通的输出（输入）线的线号。,33,图3-11 S接线器的组成结构,34,输入控制方式输出控制方式,3.工作方式：,35,输入控制方式,输入控制方式下,控制存储器是为输入线配置的.CMi中第I个单元存放的是第i条输入复用线在时隙I时应接通的输出线的线号控制第i条输出线的连接.例如；在TS3将入线1接到出线4；在TS17将入线3接到出线1；,36,在输出控制方式下，控制存储器是为输出线配置的。有n条输出线的S接线器，配有n组控制存储器，设输出线的复用度为m，则每组控制存储器都有m个存储单元。在的第个存储单元中，存放的内容是时隙i时第1条输出线应该接通的输入线的线号。即第1条输出线的连接，等等。,37,输出控制方式,输出控制方式下,控制存储器是为输出线配置的.CMi控制第i条输出线应接通的输入线的线号.例如；在TS3将入线1接到出线4；在TS17将入线3接到出线1；,38,图3-12 输出控制方式下工作的S接线器的工作原理,输入线的线号,输出线的线号,第几个时隙,a,输入,39,总结：,在实际的数字交换网络中，为达到一定的容量要求，在交换器件允许的条件下，要尽量提高PCM复用线的复用度。,在T接线器和S接线器的工作过程中，进行存储和交换的都是并行的数字信号，因此PCM的串行码在交换前后要经过串并变换和并串变换，在数字程控交换机中，这样的过程通常和复用、分路的过程结合实现。,40,五.数字交换网络,在实际中，单一的S接线器不能单独构成数字交换网络，而T接线器可以单独构成数字交换网络，但T接线器容量受到限制，故为了扩大交换机的交换范围和交换容量。故通常采用S T组合的多级接线器构成数字交换网络。例如：STS、TSST、TSSST等,41,图3-16 典型的TST交换网络的结构,交换网络内部能够提供的公共时隙的数量决定了交换网络中能够形成的话音通路的数量。,42,43,（2）TST交换网络的工作原理,初级T采用输入控制方式：控制输入、顺序读出。S接线器采用输出控制方式。次级T接线器采用输出控制方式：顺序 写入、控制读出。复用线的复用度为32。,44,（2）TST交换网络的工作原理,45,六.交换网络的阻塞计算,1.话务的基本知识话务量：是指电话负荷的大小，与呼叫发生强度和平均占用时长有关。呼叫发生强度指单位时间内发生的呼叫次数，平均占用时长指每个呼叫的平均持续时间。电话负荷的大小在不断地发生变化，下面是一天内电话负荷的变化情况。,46,话务量：当使用相同的时间单位时，呼叫发生强度和平均占用时长的乘积，就是单位时间内的话务量，即话务量强度。话务量的计算：A=SA:话务量强度，单位是爱尔兰（Erl)用“E”表示：呼叫发生次数，S:每次呼叫平均占用时长。、S必须使用相同的时间单位。,47,呼损率：两种接续制度（遇忙时）1）即时制：（明显损失制）被叫忙时，交换机向主叫送忙音，主叫听到忙音后，必须放弃呼叫，称为一次呼损。2)等待制：被叫忙，向主叫送等待音，一旦空闲继续接续（无呼损）。,48,呼损率=,呼叫损失次数/呼叫总次数,通常计算话务量的方法为呼损率=损失话务量/流入话务量流入话务量：是指送入交换设备的话务量。反应设 备的负荷。完成话务量：完成接续的那部分话务量。损失话务量：流入话务量完成话务量。,49,3.3 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 信令设备。,50,图3-1 采用分级控制方式交换机的硬件的基本结构,是不同的数字程控交换机之间的接口，交换机通过中继器完成与其它交换设备的连接，组成整个电话通信网。,用来接收和发送呼叫接续时所需要的信令信息。信令设备的种类取决于交换机所采用的信令方式。通常有：DTMF收号器、MFC发送器和接收器、信号音发生器、NO.7信令终端和信令处理机。,是终端设备和数字程控交换机的接口。通过用户线路直接连接终端设备。向用户终端提供接口电路，完成用户话务的集中和扩散，对用户侧的话路进行必要的控制。,51,1用户模块的基本结构用户电路：与模拟用户线的接口。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。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。,用户模块用来连接用户回路，提供用户终端设备的接口电路，完成用户话务的集中与扩散，并完成呼叫处理的低层控制功能。,52,图3-27 用户模块的基本结构,53,2模拟用户电路模拟用户电路完成的七项功能B O R S C H T B(battery feeding):馈电 交换机-48V 用户话机 O(Overvoltage protection):过压保护 防止漏电，烧毁交换机内部元件。R(Ringing control)：振铃控制 交换机（7515V)铃流 用户。S(Supervision)：监视 监视用户回路状态。C(CODEC&filter)：编译码器和滤波 模/数转换 PCM。H(Hybrid circuit):混合电路 二线 双向 四线单向 T(Test)：测试控制 对用户线内外线进行测试。,54,模拟用户接口电路的总体框图,55,模拟用户电路除上述7项基本功能以外，现代交换机的用户接口电路还应完成衰减控制、极性转换、发送计费脉冲和投币电话硬币集中控制功能。,2.关于数字用户接口将在N-ISDN一章讲述,56,3用户话务的集中和扩散通过用户模块的交换网络来实现的,用户话音通过用户模块进入选组级进行集中，反方向就是扩散。,进行集中和扩散的原因：普通用户线上的话务量较低，一般不足0.2Erl，如果将每条用户线都连接到数字交换网络上，将会对系统资源产生很大的浪费。,话务集中的基本思想：将N条用户线话务集中到M条数据线连接到交换网络，NM，这样一定容量的数字交换网络就能够连接更多的用户线，也能提高交换机的容量。,如果呼损比较大，就调整选组级，将各种不同类型的用户线合理的搭配到一个用户模块,57,3.3.2 中继器,中继器是数字程控交换机与其他交换机的 接口。根据连接的中继线类型，中继器可分为：模拟中继器数字中继器。,58,1模拟中继器模拟中继器的功能框图如图3-35所示。模拟中继线同模拟用户线的特性基本相同，因此模拟中继器的功能和模拟用户线接口的功能基本相同，只是减少了振铃控制和馈电电路。增加了一个忙/闲指示功能，同时将用户显得状态监视改变为对中继线上的线路信号的监视。,59,根据CCITT规定应完成如下功能：G A Z P A C H O G:帧码产生 为PCM30/32帧结构的TS0时隙，提供帧同步码组和系统告警码组。A：帧定位 利用 弹性存储器做缓冲器，使外部输入的PCM 码流的相位与网络内部时钟相位同步。Z：过零抑制 PCM码连零过多时会影响位定时时钟的提取。采用NRZ码 HDB3码,2.数字中继器：是程控交换机和局间数字中继线的接口电路，它的出入端都是数字信号。,60,P:码型变换 为适应数字交换机内部NRZ的要求，而HDB3为双向码，故：输入时 双/单变换；输出时 单/双变换。A:告警处理 由误码检测电路检出故障后，产生故障告警信号，向对端发送告警信息。C:时钟提取、恢复（位同步提取）H:帧同步和复帧同步 O:信令插入和提取,61,数字中继接口框图,PCM输出,62,3.信令设备：接收和发送信令。,主要信令设备：信号音发生器：用来产生各种类型的信号音，如忙音、拨号音、回铃音等DTMF(双音多频）接收器：用于接收用户话机发出的DTMF信号多频信号发生器和接收器：用于发送和接收局间的多频信号,在数字程控交换机中，各种音频信号都是以数字信号的形式产生和发送的,No.7信令终端用于完成No.7信令的第二级功能其中，信令链路控制器（HDLC)完成信令单元的定界功能及循环冗余检错CRC生成和检测。信令处理机执行存储在EPROM 中的程序。用缓冲器来缓冲由信令数据链路接收或发送到信令数据链路的信令单元,63,3.4 控制系统的一般结构,控制系统是交换机的指挥中心，控制系 统的硬件计算机。其可靠性要求很高。,64,话路部分：数字交换网络和各种外围电路模块，如：用户模块、中继模块和信令模块控制部分：完成对话路设备的控制功能，它是由各种计算机系统组成，采用存储程序控制方式，即将对交换机的控制和维护管理功能预先编写程序，存储在计算机的存储器中。,65,66,3.4 控制系统的一般结构,3.4.1.处理机的冗余配置 控制系统是交换机的指挥中心，必须保持其高度的可靠性，为此，处理机通常采用冗余配置（备份）1.微同步方式 配备两台相同的处理器，它们之间接有一台比较器，两台处理机同时工作，但只有一台处理机控制交换设备，向电话设备发出控制命令。两台执行结果送比较器进行比较，若结果相同，说明工作正常，若结果不相同，说明其中一台出现了故障，启动故障检测程序，即若主处理机发生故障，则退出服务，启用备份，若备用机有故障，则退出双机同步状态，进行诊断和修复。,67,3.4 控制系统的一般结构,优点：能很快发现硬件故障，并进行相应处理，对正常运行的系统影响小。缺点：增加了系统的复杂度，每条指令都要进行比较，降低了处理机的工作效率，对软件故障的防御能力低。,68,3.4 控制系统的一般结构,2.互助方式若干个处理机平时各分担一定的话务（负荷分担），当一台处理机发生故障时，将由其他的处理机接管其工作。,优点：对软件故障的保护能力强，总处 理能力强，具有较强的抗过载能力。缺点：要求软件比较复杂。,S12程控交换机的用户模块中采用交叉互助的工作方式,69,3.主/备份方式 主机工作，一旦主机发生故障，备份机及时替换。主要有冷备份（备用）和热备份（备用）。冷备用：备用机不保存呼叫处理的数据，在接替主机工作时，要更新存储器中的数据或进行数据初始化，这样会丢失一部分呼叫，故通常采用热备用方式。热备用：备用机中保存有主用机中的有关数据，如：主用机在写数据时要同时写入到备用机的存储器中，可随时接替主机工作。,4.N+M备份 N处理机，M备份，当一台出故障时，由M台中的一台替换,70,3.4.2.处理机的控制结构,1.分级控制方式 将处理机按功能划分为若干个等级，（高、中、低）每个级别的处理机完成一定的功能，低级处理机受高级处理机指挥，各级之间存在比较密切的联系。2.全分散控制方式 将系统划分为若干个功能单一的模块，每个模块配有处理机对本模块进行控制，每个模块处理机处于同一级别，每个模块之间进行信息交换，并相互配合，已完成呼叫处理和维护管理任务。3.容量分担的分布控制方式 它介于以上两种结构之间，（又分级又分块）首先将交换机分成若干个独立的模块，每个模块具有完整的功能和部件，相当于一个 容量较小的交换局。每个模块内部又采用分级控制结构。这是一种综合性能较好的控制结构，得到了广泛的应用。,71,3.4.3 处理机之间的通信,程控交换机普遍采用多处理机系统的分散式控制方式，为了完成呼叫处理、维护和管理管理任务，往往需要多 台处理机协同工作，采用什么样的通信方式，将影响到 系统的性能。程控交换机中的多处理机既可以看做是一个通信网系统（采用数字交换网络进行通信），也可看做是一个计算机 网络系统（采用计算机网络的通信方式）。,72,1.通过数字交换网进行通信 利用TS16进行通信。在局间中继采用PCM30/32系统时，TS16通常作为局间信令时隙。在交换机内部该时隙传信令的功能已完成，可用其传送处理机之间的信息。通过数字交换网络的任一话音信道传送处理机之间的信息,73,2.采用计算机网络常用的通信结构方式 多总线结构 环形结构（令牌环）以太网结构 采用CSMA/CD带冲突检测的载波侦听技术,74,本章小结,数字程控交换机硬件的基本结构数字交换的基本原理数字交换网络数字程控交换机的终端和接口控制系统的基本结构,