程控交换系统控制部件的组成.ppt

复习：3.5 数字交换和数字交换网络数字交换数字交换网络的基本结构和工作原理数字交换网络,第四章 程控交换系统控制部件的组成特点,对控制部件的要求交换机控制系统的结构方式多处理机结构备用方式故障的处理方式和表现处理机间通信方式,(1)呼叫处理能力：指在保证规定的服务质量标准前提下，对处理机能够处理的呼叫量的要求。指标：“最大忙时试呼次数”(Maximum Number of Busy Hour Call Attempt,简称BHCA),4.1对控制部件的要求,忙时：指一昼夜之内话务量最大的一个小时（上午910时）为最忙时或简称忙时。控制系统都是按忙时设计的，以便保证电话最繁忙的时候也能满足服务质量要求。忙时的服务令人满意，则其他时间就不成问题。BHCA值：处理机在忙时能处理的最大用户呼叫次数。这个参数和控制部件的结构有关，也和处理机本身的能力有关。,(2)可靠性：控制设备的故障有可能使系统中断，因此要求交换机控制设备的故障率尽可能的低;一旦出现故障，要求处理故障的时间(维修时间)尽可能短。,(3)灵活性和适用性：这指的是要求控制系统在整个工作寿命期间能跟上技术发展的步伐，能适应新的服务要求和技术发展。(4)经济性：对于小容量、采用集中控制方式的交换机来说，却有可能还要考虑。,4.2 交换机控制系统的结构方式,系统：完成特定功能的集合。这里指的是由若干个处理机及其它部件组成程控交换机控制部分的集合。集中控制 控制部分由n台处理机组成，它实现f项功能，每一项功能由一个程序提供，系统有r个资源。如果在这个系统中，每一台处理机均能达到全部资源，也能执行所有功能，则这个控制系统就叫做集中控制系统，如图41所示。,优点：处理机对整个交换系统状态有全面了解，处理机能达到所有资源，功能的改变只需在软件上进行，因此比较简单。缺点：软件包括所有功能，规模很大，因此系统脆弱，管理也相当困难。,分散控制,如果每台处理机只能达到资源的一部分，只能执行一部分功能，那么就称为分散控制。处理机间的功能分配可能是静态的，也可能是动态的。,1）静态分配 资源和功能分配一次完成。各处理机根据不同分工配备一些专门的硬件，不仅可以是“功能分担”，还可以是“话务分担”,每台处理机处理一部分话务量。优点：一方面软件没有集中控制复杂，另一方面可以做成模块化系统，而在经济上和可扩展性这两方面显出优越性。缺点：在提高了稳定性的同时，也降低了灵活性。,2）动态分配 每一台处理机可以处理所有功能，也可以达到所有资源，但根据系统的不同状态，对资源和功能进行最佳分配。（注意与集中控制方式的区别。）优点：当有一台处理机发生故障时，可由其余处理机完成全部功能。缺点：动态分配非常复杂，因而也降低了系统的可靠性。,4.3 多处理机结构 多处理机结构指的是在一个系统中有多于一台处理机配合来完成控制交换机的功能。现在绝大多数交换机都已采用了多处理机结构。在多处理机系统中，各个处理机的分工方式也可能是各种各样的，大体上可以有三种：按功能分担方式、按话务分组方式、备用工作方式。,按功能分担 在这种方式下，不同处理机完成不同功能。例如：控制用户模块(用户级)工作的用户处理机和控制交换网络(选组级)的中央处理机；直接控制硬件工作的前台区域处理机和后台的中央处理机；专门负责管理、调度或维护的处理机；各个具体部件如各种中继器、信号设备、甚至用户等都可能有专门处理机控制工作。,2按话务分组 在这种方式下，每一台处理机完成一部分话务处理功能。例如上述各种处理机可能每一种不止一台，它们之中的每一台完成一部分话务处理功能。,3备用工作 为提高控制部件的可靠性，有时对每台处理机配有备用处理机(有时也采用n+1冗余)。这样就形成主/备用工作方式。上述各类处理机每一种都可能双机工作，其中一台处理机处于主用状态，另一台则处于备用状态。平时主用机工作，一旦主用机发生故障，立即进行主、备机倒换，让备用机接替主用机工作。,44 备用方式1.备用方式有两种：冷备用和热备用。从可靠性角度来看:热备用方式-备用机平时加电，在备用期就进入“使用状态”，因此在备用期间要考虑其使用寿命和设备的失效率问题。冷备用方式-平时备用机不加电，只有在主用机发生故障，备用机倒为主用机时才加上电。因此在备用期间其失效率等于零。,在程控交换机中，平时控制部件主、备机都加电，即上述的热备用状态。从呼叫处理的数据角度来看分为热备用和冷备用。特点如下：热备用-平时主、备用机都保留呼叫处理数据，一旦主用机故障而倒向备用机时，呼叫处理的暂时数据基本不丢失，原来处于通话或振铃状态的用户不中断，损失的只是正在处理过程中的用户。,冷备用-平时备用机不保留呼叫处理数据，一旦因主用机故障而倒向备用机时，数据全部丢失。新的主用机需要重新初始化、重新启动。一切正在进行的通话全部中断。两者比较：热备用方式较好，但是冷备用方式的硬、软件简单。,2.热备用的分类：1）同步方式 在这种方式下，两台处理机同时接收信息，同时执行同一条指令，并且比较执行结果：相同，则转入下一条指令，好像是一台处理机在工作；如果发现比较后结果不同，则立即在几微秒内退出服务，进行测试和必要的故障处理。,如图4.2所示，A、B处理机合用一个存储器，两台处理机之间有一个比较器，以便进行比较。两台处理机也可以各自备用存储器，但要求这两个存储器内容保持完全一致，并且能自动校对数据、修改数据。,注意：两台处理机虽然同时从外部接收输入的数据，但只有其中的一台作主用机（图中处理机A），负责对外部发出命令和输出数据，若主机出现故障时，则可倒向另一台，由新的主用机发布命令和输出数据。,2)互助方式 两台或者若干台处理机平时按话务分担工作，即每一台处理机各自负担一部分话务量，一旦有一台处理机发生故障，则它的部分工作由其他处理机负担。,3）主/备机方式 只有主用机参加运行处理，备用机只通电，不运行。一旦主用机发生故障、倒向备用机时，新的主用机仍可利用公用存储器中的数据。当然也可采用各自都有存储器的办法，但要求两个存储器内数据保持一致，即主用机要同时写入两个存储器。,4.5 故障的处理方式和表现1.同步方式：在同步方式下，备用机可能处于以下三种状态之一：同步状态：备用机正常工作状态。它接收外来数据，和主用机并行工作，比较处理机结果，并准备在主用机发生故障时接替工作；,脱机状态:备用机和主用机脱离，不接收外来数据，不运行和不比较结果，此时备用机可能在修改软件或者对外设进行测试；校验状态：当备用机要从脱机状态转向同步状态时，必须先进人校验状态。这时对主用机存储器内容仔细校验；只有当确认全部内容无误时，才允许备用机进入同步状态。,在同步状态下，两台处理机不断比较数据。当发现比较结果数据不符时，这说明至少其中有一台发生故障。这时要作如下紧急处理：1）要终止现在执行的程序两台处理机立即脱离 2）各自启动自己的检查程序进行检查 为了使故障处理对呼叫处理的影响降到最小，终止正常处理时间必须很短，如不超过200ms时间。因而在这么短时间内不可能对处理机作彻底检查，而只能作一般测试。,故障的处理,3）测试：如果确认有一台处理机有故障，那末就令它退出服务，进一步作故障诊断 如果测试结果两台处理机都良好偶然性故障或干扰令原来的主用机继续工作，备用机退出服务。（标志没有弄清故障情况下进行工作或退出服务的）若主用机再次发生短暂故障立即换成备用机。但是这时进入主用的备用机是没有进行过校验的。,若在主用机工作1020s以后没有发现异常，这时一方面可以证明主用机是正常的，同时也可以在这段时间内对备用机进行彻底检查（脱机状态）。如果还是没有问题，说明前面的故障是偶然性故障或干扰，并且未影响程序或数据。这时就要用主用机对备用机进行校验（校验状态）。然后进入正常同步工作。,2互助方式 在两台处理机工作情况下，实际上形成各负担一半话务量的状况。如果有一台处理机产生故障，便立即退出服务，这时全部呼叫由另一台好的处理机单独处理。在发现故障时，正在处理的呼叫就丢失了，但是对在振铃、通话阶段的呼叫却不丢失，由完好的处理机接着进行处理。,3主/备机方式 在这种方式下，平时备用机不参加呼叫处理，只在主用机发生故障时才将备用机换上。这样，新的主用机是没有经过事先校验的，如果出现问题，就可能使全部呼叫复原，重新初始化。,4冷备用 在冷备用方式下，备用机是没有呼叫处理数据的。当它成为新的主用机时没有数据，这时只好将全部呼叫中断。为防止或减少由于主/备机倒换引起的呼叫中断，尽可能多的保留原来的呼叫数据。有的交换机定期向外存复制现有的呼叫数据以备倒换后使用。,5优缺点比较 1)同步工作：优点：对故障反应快，而且不易丢失呼叫，它的软件品种也少(两台处理机有同样的软件)。缺点：增加了校对时间，使得处理机处理能力降低，并且对偶然性故障，特别对软件故障处理不十分理想。有时甚至可以导致整个服务中断。,2)双机互助方式：优点：对偶然性故障和软件故障的处理效果就较好一些，尤其对软件故障的保护能力较强。由于两台处理机不同时执行一条指令，因此也不可能在两台处理机中同时产生软件故障，由于平时它们处于话务分担工作状态，因此总的处理能力就比同步方式来得高，对话务过载的适应能力也强。缺点：软件复杂。,3）主/备机方式：由于采用了公用存储器，对软件复杂性要求也降低了。由于存储器是公用的，因此在可靠性以及双机倒换以后的正常工作效率上都相应要降低一些。4）冷备用工作方式硬、软件都十分简单，但故障时对呼叫丢失较多。它适用于容量较小的交换设备。,4.6 处理机间通信方式 在多处理机系统中，处理机间通信形成一个“通信网”。因此人们也很自然的计算机通信网联系起来。处理机间的通信方式也是采用类似计算机通信网的方法。当然从中也利用了程控数字交换机的特殊条件。由于数字交换机采用用户模块(或远端用户模块)的结构方式，因此，处理机间通信有时也要考虑较远距离的通信。处理机间通信方式和交换机控制系统的结构有紧密联系。目前所采用的通信方式很多，在这里仅介绍几种常见方式。,1通过PCM信道进行通信 这种通信方式是利用PCM信道的条件，具体有两种不同方法。(1)利用TSl6进行通信 在数字通信网中，TSl6用来传输数字交换局间的数字线路信号之用。在到达交换局以后TSl6的功能就告结束。因此有人就将它用作其他用途。其中，用作处理机间通信就是一个例子。这种通信方式的优点是外加硬、软件的费用小，也可以作为和远端CPU(远端用户模块)之间的通信。但信息量小，速度慢。(2)通过数字交换网络的PCM信道直接传送 在有的交换机中，处理机之间的通信信息和话音数据信息同等对待，可以通过PCM话音信道传送(任意一个时隙)，并且也通过数字交换网络进行交换，只不过用不同的标志加以识别。用这种方式也能进行远距离通信。缺点是占用通信信道、费用大，并且在数字交换网络相对固定情况下，限制了通信信息量的提高，从而限制了通信业务的进一步发展。,2采用计算机网常用的通信结构方式 计算机通信网有不同结构方式，在这里只介绍在程控交换机中常见的部分方式。(1)多总线结构 多总线结构是多处理机系统的一种总线结构。这个总线是作为一种多处理机之间共享资源和系统中各处理机之间通信的一种手段。在这种结构中处理机组成一个总线型网络。有两种基本方式：紧耦合系统：在这个系统中多个处理机之间是通过一个共享存储空间传送信息的方式互相通信的。松耦合系统：在这个系统中多个处理机之间是以通过输入椭出结构传送信息的方式互相通信的。,不管哪一种方式都共享一组总线，因此必须有组多总线协议，以及一个决定总线控制权的判优电路。处理机要占用总线前必须判别总线是否可用。因此使用这种系统必须十分小心，要注意通信的效率问题，否则处理机的处理能力就会受到它的制约。共享存储器方式 能提供较高的速度和通信信息量。但处理机间的物理距限远。由若干处理机与若干存储器互连 有下列几种基本互连方法：(a)时分总线互连方法 最简单的方法是图43所示的分时总互连方法。在这种结构中所有处理机和所存储器都连在一条公共总线上。处理机采了信息写入存储器的办法与另一台处理机行通信，在接收端处理机可以直接从存储读取信息。在这里必须有一种方法来分配线的控制权。常用的是有一个集中式总线判别器，但有不同的判别总线方法。,总线判别的方法：1）每台处理机有一条专用请求线和一条专用允许线接至判别器。这样判别器可以根据优先级别来对处理机的请求进行选择；因此灵活性较大。但每台处理机需要有两根联络线，这会提高成本，并且对增加处理机数的灵活性较小。2）所有处理机合接一条请求线和一条允许线。判别器收到请求时查询地址(空分)或时间片(时分)来判别请求的处理机。3）请求线对所有处理机复接，而允许线则与所有处理机串联。一旦判别器发现请求，立即通过允许线发出允许信号，没有请求的处理机只将允许信号往下传。第一台发出请求的处理机就被赋予总线控制权。除上述三种方式之外，集中判别还可以不用集中判别器，而是让总线时分复用。第一台处理机分给一个周期(“时隙”)。这种方式适用于所有处理机同样忙碌(占用总线时间较为均匀)的场合。否则总线的容量利用率就会降低。,(b)交换矩阵互连方法 在有些系统中处理机数较多，尤其在大型系统中，总线的通信可能制约处理机的效率，形成一个“瓶颈”，因此需要想办法提高总线的效率。人们很自然就会想到使用多组总线，例如每一台处理机，每一存储器接一组独立总线。这样就产生了交换矩阵互连结构。这种互连结构如图44所示。图中处理机和存储器分别接在一个交换矩阵的纵、横端，交换矩阵用一台处理机控制。但当处理机和存储器数增加时，矩阵容量就会以平方增长。(c)多通道互连方法 存储器有多个通道，分别接不同处理机，最常见的是双向存储器，或者是存储器双向端口控制器，供两台处理机从不同总线输入或输出信息。,通过共享输入输出接口进行通信 这种方式下，一台处理机把对方处理机看作一般的输入输出端口。这些端口可以是并行口，也可以是串行口，它适用于通信信息量和速率都不十分高的场合。它们的物理距离比串行口较远一些。,（2）环形结构 大型系统中，尤其是在分散控制的系统处理机数量多，而它们之间往往是平级关系。这时采用环形通信结构就有优越性。环形结构和计算机的环形网相似，其结构如图45所示。它使各处理机连成环状，每台处理机相当于环内一个节点。节点和环通过环接口连接。,环形通信和计算机环形网相似，这里只介绍令牌环网。,令牌环网 用得较多的一种环形网。网中有一种叫做“令牌”的码组绕环前进(例如码为01111100)。平时各处理机检测通过本节点的信息，当一台处理机(图中为A处理机）需要发送信息，它就将信息准备好，等待令牌到来。当检测到令牌以后，就将令牌码组改变成标志码组(例如01111101)，并将信息送上环路，信息沿环传送；信息传到节点B，由于后者不是接收节点，只将信息稍作延迟后继续向前发送；当信息传到C节点后，处理机C检测出信息的目标地址是它自己，它就将信息接收下来，经检查无误后在源信息上打上确认（ACK）记号(若检查有错，则打上否定(NAK)记号)，让其继续向前传送；信息经D节点又回到A节点，后者测得该信息是它本身，且已绕行环路一圈，则把信息从环路中取出，检查ACK或NAK记号。若是ACK，这次通信结束；若是NAK，则要下次令牌到来时再传送一次。,