程控数字交换与交换网

第1章概述
1、交换的基本概念：交换广义定义：
（1）在公共网络的各终端用户之间互相传递语音、文本、数据、图像、视频的信息。

（2）以电话交换来说明交换的概念：电话交换是电信交换中最基本的一种交换业务，也称语音交换、电路交换。

最早，电话的发明：1876年Bell A.G.，基于点对点之间的通话。

之后，产生一群用户之间互相通话的需求。

（3）交换节点的基本功能：交换节点需要控制以下四种接续类型：
1）本局接续：是本局用户之间的接续。

比如在电话交换系统A中，电话用户1要打给电话用户2
2）出局接续：是本局用户与出中继线之间的接续。

比如电话交换系统A中的电话用户1
要打给电话交换系统B中的电话用户3时，电话用户1的语音需要从电话交换系统A发出，送入中继线a。

3）入局接续：是入中继线与本局用户之间的接续。

比如由中继线b来的语音需要经过电话交换系统B才能到达其下属电话用户。

4）转接接续：是入中继线与出中继线之间的接续。

比如电话交换系统A的电话用户打给电话交换系统B的电话用户，需由中继线a、b在电话交换系统C中进行接续。

2、当前交换中，最常用的两种方式是电路交换和分组交换。

电路交换是最早出现的交换方式，基本过程包过建立阶段，信息传送阶段，连接释放阶段。

是以电路连接为目的的方式。

公共交换电话网（PSTN）和移动网（PLMN）核心，程控中采用的都是电路交换技术。

优点：在通信过程中可以保证为用户提供固定足够的带宽，并且实时性强，时延小。

缺点：网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用；没有差错控制措施，可靠性有所欠缺。

因此电路交换适合于电话交换、文件传送、高速传真，不适合突发(burst)业务和对差错敏感的数据业务。

（二）分组交换采用存储转发方式，在数据传输中使用，将用户要传送的信息分割为若干个分组(packet)，每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。

分组交换节点对所收到的各个分组分别处理，按其中的选路信息选择去向，以发送到能到达目的地的下一个交换节点。

分组交换可提供两种服务方式：虚电路(VC)方式和数据报(DG)方式。

优点：有差错控制和流量控制，出现差错时可以重发，提高了传送质量，可靠性高。

缺点：但由于协议和控制复杂，信息传送时延大，通常只用于非实时的数据业务。

第2章电路交换基础
1、模拟语音数字化基础：（1）语音数字化是将语音的电模拟信号变成二进制的数字加以传输的一种通信方式为程控交换机处理。

常用的方法有两大类：脉冲编码（PCM）；增量编码（△M）
（2）抽样，量化，编码。

抽样是语音信号的离散化。

（3）抽样定理：要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样频率应选为f S≥2f M。

抽样频率取8000Hz。

每个抽样之间的间隔T=1/8000=125us。

即为语音信号的抽样频率。

（4）量化是把信号在幅度域上连续取值变换为幅度域上离散取值的过程。

①均匀量化：过程简单，但当语音动态范围太大时，为保证小信号的信噪比达到标准，代价大，数码率高，编译码器成本高。

②非均匀量化：把小信号的量化级增加，提高信噪比；大信号的量化级减少，使大小信
号的信噪比相对拉平。

中国的量化，编码均采用A律，8位量化编码。

一路语音经量化编码速率为64Kbit/s.
2、传送到程控交换机采用时分复用，指定一段时间，在这段时间多个用户同时进行通信，每一用户在指定时间内接通信道，其他时间为其他用户按指定时间接通信道。

30路32时隙复用。

一帧为125us，包括32时隙。

其中30个时隙用于传送语音。

所以为30路。

3、交换单元的组成：（1）基本概念：交换单元是构成交换网络的最基本的部件，用若干个交换单元按照一定的拓扑结构和控制方式就可以构成交换网络。

连接特性是交换单元的基本特性，它反映交换单元入线到出线的连接能力。

（2）功能：最基本功能是交换的功能，即在任意入线和出线之间建立连接，或说是入线上信息至出线上。

（3）分类：1)根据入线和出线的数目不同，大致分为三类：①集中型：入线大于出线(M＞N)，称集中器；②分配型：入线与出线相等(M=N)，称连接器；③扩散型：入线小于出线(M＜N)，称扩展器。

2)根据不同的信息流向，可分为两类：
①有向交换单元：当信息经过交换单元时只能从入线进，出线出，具有唯一确定的方向。

②无向交换单元：若将一个交换单元的相同编号的入线和出线连在一起，每一条都既可入也可出，即同时具有发送和接收功能。

（4）两种基本交换单元：时间接线器(T接线器)；空间接线器(S接线器)
4、时间接线器（T接线器）：
（1）组成：话音存储器(SM)和控制存储器(CM)。

功能：进行时隙交换，完成同一线路不同时隙的信息交换，即把某一时分复用线中的某一时隙的信息交换至另一时隙。

（2）工作原理:根据时间接线器中话音存储器和控制存储器之间的联系，可分成两大类：
1)读出控制方式；2)写入控制方式；
T 接线器的工作是在中央处理机的控制下进行。

当中央处理机得知用户的要求（拨号号码）后，首先通过用户的忙闲表，查被叫是否空闲，若空闲，就置忙，占用这条链路。

中央处理机CPU 根据用户要求，向控制存储器发出“写”命令，将控制信息写入控制存储器。

5、空间(S )接线器基本原理
根据控制存储器对应输入线还是输出线，划分为两种方式：输出控制和输入控制。

与T 接线器功能上的不同：S 接线器不能完成时隙上的交换，只能完成空间上的交换。

第3章 数字程控交换技术
1、程控交换机的构成：
（一）话路系统及其组成：
话路系统：它由交换网络和外围电路组成，其中外围电路包括用户电路、中继器、扫描器、网络驱动器和话路接口等几部分。

交换网络：为音频信号（模拟交换）或话音信号的PCM 数字信号（数字交换）提供接续通路。

用户电路：是交换网络和用户线间的接口电路。

它的作用是一方面把语音信息（模拟或数字）传送给交换网络，另一方面把用户线上的其它信号，如铃流等，和交换网络隔离开来，以免损坏交换网络。

中继器：交换网络和中继线间的接口电路，是该系统与其他系统或远距离传输设备的连接线，有出局中继和入局中继之分。

扫描器：收集用户信息的。

用户状态（包括中继线状态）的变化通过扫描器可送到控制部分。

网络驱动器：在中央处理系统控制下，具体执行交换网络中通路的建立和释放。

话路设备接口：又称信号接收分配器，统一协调信号的接收、传送和分配。

（二）中央控制系统：
（1）控制系统的功能包括两个方面：一方面：对呼叫进行处理；另一方面：对整个交换系统的运行进行管理、监测和维护。

（2）控制系统硬件由三部份组成： 1）、中央处理芯片(CPU) 。

它可以是一般数字计算机的中央处理芯片，也可是交换系统专用芯片。

2）、存储器(内存储器)。

它存储交换系统常用程序和正在执行的程序和执行数据。

3）、输入输出系统。

包括键盘、打印机可根据指令或定时打印出系统数据，外存储器存储常用运行程序，机器运行时调入内存储器。

一些小型交换机的外存储器常常保存在控制系统中，所有程序都固化在专门的EPROM 存储器中。

（3）作用：①分析输入的信息②编辑控制命令
（4）控制方式：①集中控制：处理机可使用所有资源，执行所有功能。

主要优点：掌握全局状态，改变功能方便。

缺点：软件庞大复杂，易受到破坏。

②分散控制方式：每台处理机只能达到一部分资源和执行一部分功能。

多处理机之间的工作方式：负荷分担和功能分担。

局用交换机：两种方式结合使用
2、硬件构成：
完成外部信号与数字程控交换机内部信号的转换。

（
（3）模拟用户接口：模拟用户电路的功能可归纳为BORSCHT七个功能。

B（馈电）：电容保证语音信号的正常传送，隔离直流电；电感保证向用户正常供电，同时隔离语音信号。

供电电压为－48V。

O（过压保护）：第一层过压保护：总配线架(MDF)的保安设备，(气体放电管) 防雷击，高压线。

第二层过压保护：过压保护电路防止上百伏高压。

用户接口电路的过压保护常采用钳位方法。

R（振铃控制）：我国标准75V±15V 25HZ的交流电压作为铃流电压，振铃节奏为1s通、4s断。

S（监视）：可检测以下各种用户状态：①用户话机的摘、挂机状态；②用户话机（号盘）发出的拨号脉冲；③投币话机的输入信号。

挂机：环路断开，馈电电流为零。

摘机：直流环路接通，馈电电流≥ 20mA。

C（编译码和滤波）：编码器：完成模拟信号到数字信号的转换(Coder)。

译码器：完成数字信号到模拟信号的转换(Decoder)
H（混合电路）：完成二线到四线的转换功能。

同时在用户线与编译码器之间起平衡网络。

作用：对用户线的阻抗进行平衡匹配,使混合电路的发送端和接收端之间有很大的对端衰耗,以避免收端的信号反馈到发送端而产生电路振鸣。

T（测试）：通过测试继电器或电子开关对用户电路或外部用户线进行测试提供入口。

测
试工作可由外接的测试设备来完成，也可利用软件测试程序进行自动测试，测试结果可以在交换机的维护终端显示。

除了以上的7项功能，用户接口电路还具有极性倒换、计费脉冲发送、衰减控制以及主叫号码显示等功能。

（4）数字用户接口电路是数字程控交换机和数字用户终端设备之间的接口设备。

比如：N-ISDN等接口。

（5）数字中继接口电路：中继接口电路是交换机与中继线的物理连接设备。

交换机的中继接口电路分为模拟中继接口电路和数字中继接口电路。

1)模拟中继接口电路：是数字程控交换机与模拟中继线间的接口，用于连接模拟交换局，已淘汰。

2)数字中继接口电路：是数字程控交换机与数字中继线间的接口，用于连接数字程控交换局或远端用户模块。

（二）控制子系统：
控制子系统是交换机的“指挥系统”，交换机的所有动作都是在控制系统的控制下完成的。

现代数字程控交换机基本上采用两种多处理机的控制结构，即分级分散控制、分布式分散控制和容量分担方式。

不论采用何种控制结构，为提高控制系统的可靠性，处理机的配置一般都采用冗余配置。

（1）分级分散控制根据多处理机之间的关系可分为：
1) 单级多机系统：所有处理机处于同一级别，并行处理所有任务。

2) 多级多机系统：在该系统中，各处理机分别完成不同的功能并对不同的资源进行控制，各处理机之间分等级，高级别的处理机控制低级别的。

常采用二级或三级。

（2）容量分担的分布控制方式：介于分级分散控制和分布式分散控制之间。

例如：华为C&C08即属于这种类型。

（3）通常采用双机冗余配置，即控制系统具有两套处理机系统。

双机冗余配置根据具体的工作方式分为微同步、负荷分担和主备用3种工作方式。

2、软件构成：
（1）数字程控交换机的操作系统是交换机硬件与应用程序之间的接口，负责资源的调度与管理。

（2）应用程序包括运行管理程序和支援程序，运行管理程序又分为呼叫处理程序、运转管理程序和故障处理程序。

①呼叫处理程序：电话接续，固化在交换机里。

②运转管理程序：掌握交换机状态，比如话务统计、用户号码的变更等，可从操作终端读出。

③故障处理程序：识别并切除故
障设备，比如主备板的倒换。

④支援程序：软件开发和调试时使用。

特点：1) 并行处理：多个任务同时处理。

2) 实时性：语音的实时性要求。

3) 高可靠性：保证业务的稳定和连续。

3、程控交换机的三个性能指标：话务量、呼损、BHCA。

（1）话务量：1）单位：①爱尔兰②CCS（每小时百秒呼，不常用）。

与Erl转换：1Erl=36CCS.
2）话务集中系数K： K = 忙时话务量/ 全天话务量，则忙时话务量= K ×全天话务量。

忙时：一天中出现最大话务量的一个小时称为最繁忙小时，简称忙时。

一天中可以有一个或多个忙时。

忙时根据实际网上的话务统计获得的。

一年最忙的30天内的忙时话务量平均值定义为平均忙时话务量。

一年最忙的5天内的忙时话务量的平均值作为异常忙时话务量。

（2）计算呼损的方法：1）按时间计算的呼损E；2）按呼叫次数计算的呼损B。

“时间呼损”E：出线全忙时间与总考察时间(一般为忙时)的比值，或指在1h内全部中继线处于忙态的百分数。

“呼叫呼损”B：一段时间内出线全忙时，呼叫损失的次数占总呼叫次数的比例，或指呼叫第1次就失败的次数。

例：一部交换机有500个用户终端，每个用户忙时话务量为0.1Erl，该交换机能提供50
条话路同时接受50个呼叫，求该交换机的呼损。

A = 0.1 Erl × 500 = 50 Erl n = 50
查表可得：B(n,A) = E(50,50) = 0.105
（3）呼叫处理能力：BHCA最大忙时试呼次数。

1）BHCA（忙时试呼次数）相关因素和计算方式：
①系统开销：处理机时间资源的占用率。

②固有开销：与呼叫次数(话务量)无关的系统开销。

③非固有开销：与呼叫处理次数有关的系统开销。

2）单位时间内处理机用于呼叫处理的时间开销为： t = a + bN
t ：系统开销，忙时利用率。

a ：固有开销，固定占用的利用率。

b ：处理一次呼叫的平均开销(非固有开销)
N ：单位时间所处理的呼叫总数，即(BHCA)。

例：某处理机忙时用于呼叫处理的时间开销平均为0.85，固有开销a=0.29，处理一个呼叫需16000条指令，每个指令平均需要2微秒，求其BHCA的值。

解：一个呼叫处理时间为： t = 16000×2 = 32000微秒= 0.032秒
由t = a + bN 可得0.85 = 0.29 +（ 0.032 / 3600 ）× N=> N = 63000次/小时
3）BHCA值最后体现为CAPS。

CAPS：Call Attempt Per Second ,每秒建立呼叫数量。

CAPS = BHCA ÷ 3600
4）影响BHCA的主要因素：处理机能力；处理机间的结构和通信方式；各种开销所占的比例；软件设计水平的影响；系统容量的影响。

总结：硬件组成：话路子系统、控制子系统。

话路子系统组成：中央级交换网络、用户级交换网络、4种接口电路、信号收发设备。

控制子系统组成：中央处理芯片、存储器（内存储器）、输入输出系统。

话路子系统功能：用户线的接入、中继线的接入、完成交换功能、信号的收发。

控制子系统功能：对呼叫进行处理、对整个交换系统的运行进行管理、监测和维护。

软件系统：一次本局主叫过程。

1) 主叫用户A摘机；2)交换机向A送拨号音，准备收号；
3) 从主叫用户收号，对所收到的号码进行号码分析；4) 测试并预占空闲路由；5) 向被叫用户B振铃；6) 被叫应答通话；7) 话终、主叫先挂机；8) 被叫先挂机。

归纳呼叫处理的基本过程：输入、内部、输出。

整个软件系统由3部分组成，分别是操作系统、应用程序以及交换所需的数据。

第4章电话通信网
1、通信网的构成要素：通信网在硬件设备方面的构成要素四：终端设备、传输链路、交换设备。

有些资料单独归出：业务节点。

2、通信网的分类：按功能分：业务网、支撑网、传输网。

3、拓扑结构：电话网所表现出来的几何性质。

网络拓扑结构的基本类型：网状网；星型网；环形网；总线型网；树型网；复合型网电话网（核心部分）常用的拓扑结构：树形网；网状网；星型网；复合型网。

4、分级结构（等级结构）：
△根据我国的地理条件、行政区域以及电话业务的情况，起初采用5级电话网。

现在发展成3级电话网。

△电话交换网采用分级结构。

下一代固定电话网是采用分层结构。

5、本地网：本地电话网简称本地网，是指在同一个长途编号区范围内。

比如：福州的五区八县同属于区号为0591的区域内。

1）组成：端局、汇接局、局间中继线、长市中继线、用户线、电话机组成的电话网。

2）二级网：若本地网中交换局数量较多时，可由端局和汇接局构成两级结构的等级网，端局为低一级，汇接局为高一级。

二级网的结构还可做如下划分：分区汇接(①分区单汇接②分区双汇接)和全覆盖。

6、国内长途网：在全国各城市间用户进行长途通话的电话网，网中各城市都设一个或多个长途电话局，各长途局间由各级长途电路连接起来，提供跨地区和省区的电话业务。

（一般按行政区域）
1) DC1(省级交换中心)主要功能：负责所在省的省际长话业务以及所在本地网的长话终端业务，也可能作为其它省DC1局间的迂回路由，疏通少量非本汇接区的长途转话业务。

2) DC2(本地网交换中心)主要功能：负责本地网的长话终端业务，也可作为省内DC2局之间的迂回路由，疏通少量长途转话业务。

（3）长途无级网的转化有两种提法：
①取消DC2。

建立全省范围的DC1大本地电话网的方案。

②取消DC1。

建立全国DC2本地网全互联的方案。

第5章 信令系统
1、信令的基本概念：信令是各交换局在完成呼叫接续中的一种通用语言，是人们实现信息传输所使用的操作指令，例如在电话通信时控制交换机动作的信号就是信令。

举例说明：电话网中两个用户终端通过两个端局进行电话呼叫的基本信令流程，它描述了一个完整的呼叫过程中经简化了的信令交互过程。

电话呼叫的基本信令流程如下图。

上图是用消息序列图(MSC) 来对信令流程分析。

MSC是SDL中的内容。

SDL语言（功能规格和描述语言）是CCITT推荐的规范与描述性语言，由ITU-T发展和标准化，是电信系统的标准化语言，作为国际标准化的正式语言，它被用来规范描述复杂实时系统。

2、信令的分类：
（1）按照信令的工作区域来划分，可将信令分为：
1) 用户信令：在用户终端和交换节点之间的用户线上传送的信令，即用户/网络接口（UNI）信令。

主要有：用户线状态信令；地址信令；各种音信令。

用户线状态信令：反映用户线忙闲状态，也就是用户线的监视信令。

比如摘、挂机信令。

地址信令：通信的目的地址，用于选择路由、接续被叫，也就是用户线的路由信令。

比如，被叫号码。

各种音信令：业务节点通过用户线向通信终端发送的各种音信号和铃流，以提示或通知终端采取相应的动作。

比如，向用户发送的振铃、拨号音等各种音信令。

2) 局间信令：各个交换点之间传送的信令，即NNI信令。

在局间中继线上传送，主要传送：①与呼叫有关的监视信令②路由信令呼③叫无关的管理信令；作用：控制通信网中各种通信接续的建立和释放；传递与通信网管理和维护相关的信息。

（2）按照信令传送通路与用户信息传送通路的关系，可将信令分为：
1）随路信令(CAS)：通信建立之前，用户语音通路空闲，无语音信息传送，故可用来传送与接续相关的信令。

中国NO.1信令属于随路信令。

2）公共信道信令(CCS)，也叫共路信令。

3、信令方式：（1）结构形式：信令的结构形式是指信令所能传递信息的表现形式，它一般可分为未编码和编码两种结构形式。

1) 未编码信令：脉冲方式，弃用。

2) 编码信令：使用最多的是多频制信令。

设置6个频率，取其中2个，共表示15种信令。

（2）传送方式：信令在多段路由上的传送方式有三种：端到端方式、逐段转发方式和混合方式。

（3）控制方式：控制信令传送的方式有三种：非互控方式、半互控方式和全互控方式。

4、No.7信令系统的基本功能结构分为两部分：
1) 公共的消息传递部分：消息传递部分的功能：
作为一个公共传递系统，在相对应的两个用户部分之间可靠地传递信令消息。

2) 适合不同用户的独立部分：用户部分：使用消息传递部分传送能力的功能实体。

下图为 No.7信令基本功能框图
5、七号信令的四级结构（单台交换机的NO.7信令系统组成结构）
No.7信令系统采用功能模块化的结构，主要构成：第一级：信令数据链路级；第二级：信令链路功能级；第三级：信令网功能级；第四级：用户部分。

MTP1（信令数据链路）：用于信号的双向传递的通道。

它由采用同一个数据速率的相反方向工作的两个数据通路组成。

符合OSI 第一层（物理层）的要求。

MTP2（信令链路功能）：它符合OSI 第二层（数据链路层）要求。

它提供信令两端的信号可靠传送，包括差错检测、差错校正、差错率监视和流量控制等。

（基本功能：将第一级中透明传输的比特流划分为不同长度的信令单元，并通过差错检测及重发校正保证信令单元的正确传输；将上一级（第3级）来的信令信息转变成不同长度的信令单元，然后传递至信令链路。

）
MTP3（信令网功能）：它符合OSI 第三层（网络层）要求。

当信令网中某些点或传输链路发生故障时它保证信令网仍能可靠传递各种信令消息。

它规定在信令点之间传送管理消息的功能和程序。

分为信令消息处理（包括消息路由、消息识别和消息分配功能）和信令网管理（包括信令网的业务管理、路由管理和链路管理）两部分。

MTP4（用户部分）：其主要功能是控制各种基本呼叫的建立和释放。

用户部分(UP)可以是电话用户部分(TUP)、数据用户部分(DUP)、ISDN 用户部分(ISUP)和操作维护用户部分。

8、No.7信令网：其本质是一个载送信令信息的专用分组交换数据网，是一个业务支撑网。

信令点A
信令点B 第4级
第3级 第2级 第1级
（2）信令方式：使用公共信道信令传送局间话路群的信令时，根据通话电路和信令链的关系，可以采用下面三种工作方式：直联工作方式；准直联工作方式；非直联工作方式。

我国信令网采用的工作方式：直联工作方式准和直联工作方式。

（3）信令网的结构：信令网的结构按照不同等级可分为无级信令网和分级信令网。

（4）信令网的路由选择：在No.7信令网中，信令路由是指两个信令点间传送信令消息的路径。

按照信令路由的特征和使用方法将其分为两大类：正常路由和迂回路由。

在No.7
信令网中，信令路由的选择遵循两个基本原则：“最短路径”和“负荷分担”。

（6）信令网的安全措施：信令网的可靠性措施主要有网路组织的可靠性措施、信令网管理功能、负荷分担和信令网的维护与管理，有下列几种措施：基本安全措施；信令网功能管理；负荷分担。

为了保证信令网的可靠性，提高信令网的可用性，我国的三级信令网采用了双倍可靠性措施。

1) 负荷分担类型：①同一信令链路组内各信令链路组间的负荷分担。

②不同信令链路组间信令链路的负荷分担
2) 负荷分担方式：①随机方式：信令业务量随机分配至链路。

②预定方式：信令业务量按照指定的链路传送。

其中又分：按呼叫分；按话路分。

（7）信令网的维护与管理：主要包括以下功能：
1) 信令网故障的监视和测量。

2) 信令网中信令点、信令转接点和信令业务量的监视测量。

3) 信令网的路由测试。

4) 信令链路的运行管理。

5) 信令网的设计数据采集。

两种主要测试方法：一是人机命令，利用人机命令进行No.7信令链路、信令链路组、信令路由组创建、修改、删除及信令业务量的观测等。

另一种是利用专门的测试设备，如监视器等监视指定的信令链路等。

9、No.7信令单元格式No.7信令采用可变长的信令单元，它由若干个8位位组组成，它有3种信令单元格式：(1) MSU：用来传送第4级用户级的信令消息或信令网管理消息的可变长的消息信令单元(MSU)；
(2) LSSU：在链路启用或链路故障时，用来表示链路状态的链路状态信令单元(LSSU)；
(3) FISU：用于链路空或链路拥塞时来填补位置的插入信令单元(FISU)，亦称填充单元。