程控数字交换技术(第二版)图文 (5)

第5章 控制系统的结构与程序管理
2. 分级控制方式 随着微处理机的发展，程控数字交换机里可配备若干 个微处理机分别完成不同的工作，这样使程控数字交换机 在处理机配置上构成了二级或二级以上的结构。图5-5所示 为三级处理机控制系统。
在图5-5所示的三级处理机控制系统中，外围处理机用 于控制电话外设，完成诸如监视用户摘、挂机状态等简单 而重复的工作，以减轻呼叫处理机的负担；呼叫处理机完 成呼叫的建立；运行维护处理机完成系统维护测试工作。
(3) 对控制设备灵活性及适用性的要求。要求控制系统能 适应新的服务要求和技术发展。
第5章 控制系统的结构与程序管理 5.4.1 控制系统的呼叫处理能力(BHCA)
1. BHCA值的计算
实际中考查控制部件的处理能力往往很难。原因是 BHCA值受很多因素的影响，如呼叫类型、被叫状态、接 口数量、话务量、处理机结构、软件设计等。不同类型的 呼叫其处理的繁简程度是不一样的。另外，呼叫的成功或 者失败，使处理机的开销也不一样，因此要获得最终的 BHCA值是不容易的。研究人员一般用一个线性模型来估 算控制部件的呼叫处理能力。根据这个模型，忙时处理机 用于呼叫处理的时间开销为
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第5章 控制系统的结构与程序管理
5.1 控制系统的组成 5.2 控制系统的工作模式 5.3 控制系统的控制方式和特点 5.4 程控数字交换机对控制设备的要求 5.5 程控数字交换机软件 5.6 程序的执行管理
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5.1 控制系统的组成
程控数字交换机的控制系统主要由处理机(CPU)、内存 储器(RAM)和各种输入/输出设备(I/O)组成。控制系统与交 换网络、接口设备的关系如图5-1所示。
(1) 对呼叫处理能力的要求。呼叫处理能力用BHCA(Busy Hour Call Attempts)来衡量，其意义是忙时呼叫次数，表示处 理机在最忙的1小时(1 h)能处理的最大呼叫次数。
(2) 对可靠性的要求。电话通信应具有不间断的特点，这 就要求交换机控制设备的故障率应尽可能地低。一旦出现故 障，要求处理故障的时间尽可能地短。
BHCA 0.1 6(次 /小时) 60 / 3600
对一条中继线的BHCA指标为
BHCA 0.7 28(次 /小时) 90 / 3600
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上述结果是在规定了一些前提条件下而得到的测量值， 与实际值是有差距的。为了接近实际值，应综合考虑下述 情况：
(1) 要考虑实际中存在一定百分比的未成功试呼，这使 得平均一次呼叫占用时长降低(如50 s)，因此实际 BHCA值 要比测试值略高一些。
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5.3 控制系统的控制方式和特点
1. 集中控制方式 早期的程控数字交换机中只配备一个处理机，交换机 的全部控制工作都由这个处理机来承担。在这种控制方式 下，处理机可独立支配系统的全部资源，有完整的进程处 理能力。但也存在着处理机软件规模过大，操作系统复杂， 特别是一旦出现故障，可能引起全局瘫痪的缺点。
热备用方式的优点是：呼叫处理的暂时数据基本不丢失，原 来处于通话状态的用户不中断，如图5-4所示的热备用方式还具有 发现故障及时的优点。
图5-4中，两台处理机同时接收输入信息，执行相同的程序， 并比较其一致性，一致就继续执行下一条指令，不一致说明系统 出现了异常，应立即调用故障诊断程序。
第5章 控制系统的结构与程序管理 图5-4 热备用方式
工程上测试BHCA时一般采用模拟呼叫器，通过大话务 量的测试得到测量值。BHCA值的测试公式为
BHCA
用户话务量 用户数 每次呼叫平均占用时长
入中继线话务量 入中继线数 每次呼叫平均占用时长
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对式(5.3)有以下几点规定：
(1) 一个试呼处理是指一次完整的呼叫接续，对不成 功的呼叫不予考虑。
3) 输入/输出设备
输入/输出设备(I/O)类似于计算机的输入/输出设备，用 以提供外围环境和交换机内部之间的接口。
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5.2 控制系统的工作模式
控制系统的工作过程具有以下标准模式。 1) 输入信息处理过程 该过程用来接收外部设备送来的信息，如终端设备、线 路设备的状态变化，请求服务的信令等。 2) 信息分析处理过程 该过程用来分析并处理相关信息。
(2) 还要考虑测量时取的是最大话务量，实际中会小一 些，这使得实际BHCA值要比测试值小一些。
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5.4.2 控制系统的可靠性 1. 和可靠性指标有关的名词及定义 1) 失效率和平均故障间隔时间 (1) 失效率(λ)。失效率(λ)指控制设备在单位时间内出现
的失效次数，即故障率，单位为1/h(或记做h－1)。 失效率是时间的函数，但对于电子设备来说，经过一
第5章 控制系统的结构与程序管理 1) 处理机
处理机(CPU)主要用于收集输入信息、分析数据和输出 控制命令。
2) 内存储器
内存储器(RAM)分数据存储器和程序存储器两种。数据 存储器又分为两类：一类用来存储永久性和半永久性的工作 数据，如系统硬件配置、电话号码、路由设置等；另一类用 于存储实时变化的动态数据，例如线路忙闲状态、呼叫进行 情况等。
由于不同的呼叫所执行的指令数是不同的，因此该值与 呼叫类别、呼叫的不同处理结果等参数有关。
N ——忙时所处理的呼叫总数，即BHCA的估算值。
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【例5.1】 某处理机忙时用于呼叫处理的时间开销为 60%，系统固有开销为20%，处理一个呼叫平均开销需时间 30 ms。求该处理机忙时所处理的呼叫总数(即BHCA)。
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3) 输出信息处理过程 该过程用来输出处理结果，指导外部设备做相应动作。 控制系统工作过程的模式结构如图5-2所示。
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I/O接口
内存储器
外 部 设
备
I/O接口
内存储器
输入信息处理
CPU
信息分析处理
输出信息处理
图5-2 控制系统工作过程的模式结构
t = a + bN
(5.1)
第5章 控制系统的结构与程序管理 式中：t ——忙时处理机用于呼叫处理的时间开销；
a ——系统固有开销，与呼叫处理无关的系统开销，如 非呼叫状态下的各种扫描监视开销。该值与系统结构、系统 容量、接口数量、软件的设计水平等参数有关；
b ——非固有开销，与呼叫处理有关的系统开销，即处 理一个呼叫的平均开销时间。
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至其他交换机
至用户终端 至记费系统 至维护终端
中继接口
用户接口 记费接口 维护接口
维护 数据 I/O
记费 数据 I/O
用户 信令 I/O
内存储器
交 换 网 络
中继 信令 I/O
MF 信令
I/O
PCM 信令
I/O
接续 控制 I/O
控制系统
CPU
图5-1 控制系统与交换网络、接口设备的关系
解：已知t = 0.6，a = 0.2，b = 30，根据t = a + bN得：
0.6 0.2 30 103 N 3600
N 48 000
故BHCA为48 000次/小时。
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在对控制系统的设计中，往往假设处理占用时间不超 过CPU全部运行时间的95%，以保留一定的富余量，所以式 (5.1)又可表示为
因此，考虑到系统的可靠性，在集中控制方式中，处 理机都采用双机主、备用冗余配置方式。主、备用配置方 式有冷备用方式和热备用方式两种。
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1) 冷备用方式 在冷备用方式中，平时备用机不接收电话外设送来的 输入数据，不做任何处理，当收到主机发来的倒换请求信 号后，才开始接收数据，进行处理。冷备用方式如图5-3所 示。
(2) 话务量取最大值计算。我国规定用户话务量最大 为0.1 Erl/用户，中继话务量最大为0.70 Erl/中继线(有关话 务量的概念将在第7章介绍)。
(3) 每次呼叫平均占用时长对用户规定为60 s，对中继 线规定为90 s。
第5章 控制系统的结构与程序管理 根据式(5.3)可得到处理机对一个用户的BHCA指标为
第5章 控制系统的结构与程序管理 图5-5 三级处理机控制系统
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电话外设 外围处理机 外围处理机 … 外围处理机 外围处理机
呼叫处理机
…
呼叫处理机
维护管理处理机
图5-6 分级多机系统
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在分级多机系统中，每一级功能相同的处理机均采用 负荷分担方式。负荷分担是指同级处理机都具有完全的呼 叫处理能力，正常情况下它们均匀分担话务量，共享存储 器，并由同一操作系统控制。当一台处理机发生故障后， 仅会造成其余处理机负荷增加，总体处理速度下降，而不 会引起整个系统停运。
段时间的老化以后，失效率则是一个常数。
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(2) 平 均 故 障 间 隔 时 间 (MTBF) 。 MTBF(Mean Time Between Failure)是一个针对技术性能的指标，该指标依赖 于系统中各元器件正常工作的概率。
失效率(λ)和平均故障间隔时间(MTBF)互为倒数，即
负荷分担方式的优点是过负荷能力强，并可以防止由 于软件的差错而引起的系统阻断。但负荷分担有可能出现 处理机同抢一个呼叫的现象，为避免这种现象的发生，在 处理机间的通信电路中一般要设置一个互斥电路，如图5-7 所示。
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电话外设
处
处
理 机
互斥电路
理 机
A
B
存储器
图5-7 负荷分担方式
一直以来计算机的处理机被人们认为是判断问题、分 析问题和解决问题的“大脑”，对于交换机的存储程序控 制系统来说也是如此。为了实现通信所希望的功能并满足 要求，电信网对程控数字交换机控制设备的结构方式、处 理方式都有要求。
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5.4 程控数字交换机对控制设备的要求
程控数字交换机的控制系统与一般计算机的控制系统相 比具有接口种类多、输入数据量大、信号处理实时性强等特 点，因此对控制设备的要求应包含对呼叫处理能力的要求、 对可靠性的要求和对控制设备灵活性及适用性的要求等。
冷备用方式的缺点是：在主、备倒换的过程中，新的 主用机需要重新启动，重新初始化，这会使数据全部丢失， 一切正在进行的通话全部中断。
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电话外设
处理机 A
处理机 B
图5-3 冷备用方式
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2) 热备用方式 在热备用方式中，主、备用机共用一个存储器，它们平时都 接收并保留电话外设送来的输入数据，但备用机不做处理工作。 当备用机收到主用机的倒换请求时，备用机进入处理状态。
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分级控制方式的优点是：处理机按功能分工，控制简 单，有利于软件设计。
其缺点是：系统在运行过程中，每一级的处理机都不 能出现问题，否则同样会造成全局瘫痪。所以，从某种意 义上来说，分级控制方式有类似于集中控制方式的缺点。
为了解决这个问题，每一功能级可配备若干个处理机 构成多机系统，如图5-6所示。
MTBF 1
(5.4)
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2) 修复率和平均故障修复时间
(1) 修复率(μ)。单位时间内修复的故障数叫做修复率， 单位为h－1。
a + bN ≤ 0.95
则
BHCA N 0.95 a
b
第5章 控制系统的结构与程解到，要获得BHCA的实际计算值必须 首先给出各种开销所占的百分比和处理一个呼叫平均开销所 需的时间，但在实际中这些参数是随机的、不准确的。下面 我们介绍一种工程上测试BHCA的方法。
第5章 控制系统的结构与程序管理 3. 全分散控制方式 全分散控制系统也叫单级多机系统，如图5-8所示。
电话外设
电话外设
电话外设
CPU1 存储器1 CPU2 存储器2 CPU3 存储器3 数据总线
图5-8 全分散控制方式
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全分散控制方式的优点是：系统的可靠性高，不管是 哪一个处理机出现问题，都只影响局部用户的通信；有助 于整个系统硬件、软件的模块化，使系统扩充容量方便， 能适应未来通信业务发展的需要。因此，全分散控制系统 代表了交换系统的发展方向。