现代交换原理第四章
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第四章 程控数字交换系统的软件
4.1 程控交换软件的概述
4.2 运行软件的一般结构
4.3 程序的级别及调度 4.4 呼叫处理程序
4.1 程控交换软件的概述
4.1.1 程控交换软件的基本特点 程控交换软件的基本特点是：实时性强，具有并发性， 适应性强，可靠性和可维护性要求高。 1．实时性强 程控交换机是一个实时系统。 2．并发性和多道程序运行 在一部交换机上，往往不仅有多个用户同时发出呼叫 请求，还同时有多个用户正在进行通话。
图4-1 多个进程实例共用一个程序代码
3．可靠性要求高 程控交换机应具有很高的可靠性，即使在其 硬件或软件系统本身发生故障的情况下，系统仍 能保持可靠运行。 4．能方便地适应交换机的各种条件
一个程控交换机要面对大量规模不同、对交 换机功能要求不同、运行环境不同的交换局。
5．软件的可维护性要求高 交换软件的另一个特点是具有相当大的维护 工作量。
图4-10 运行软件结构
4.2.2 局数据和用户数据 1．局数据 局数据用来描述交换机的配置及运行环 境，主要包含以下内容： 配置数据 交换局的号码翻译规则 路由中继数据 No.7信令数据 计费数据 新业务提供情况
2．用户数据 用户数据用来说明用户的情况，每个用户都有其 特有的用户数据。用户数据主要包括以下内容： 用户电话号码、用户设备码 用户线类别 话机类别 用户的服务等级 用户对新业务的使用权及用户已登记的新业务 用户计费数据
图4-9 进程定义的例子
2．汇编语言和高级语言 （1）汇编语言 汇编语言是面向处理机动作过程的语言 （2）高级语言 3．人机对话语言（MML） （1）输入信息——人机命令 （2）输出语言
4.2 运行软件的一般结构
4.2.1 运行软件的基本结构 程控交换机的运行软件指存放在交换机 处理机系统中，对交换机的各种业务进行处 理的程序和数据的集合。
1．中断级 中断级程序有两个重要特点，一个是实时性要求 高，在事件发生时必须立即处理；另一个是事件发生 的随机性，即事件何时发生事先无法确定。 2．时钟级 时钟级程序用于处理实时性要求较高的工作（按 照一定周期执行）。 3．基本级 基本级程序的功能是对外部发现的各种事件进行 处理。
4.3.2 时钟级程序的调度 时钟级调度程序是由时钟中断启动的。 1．表格结构 2．调度程序流程
图4-35 NEAX61系统中No.7软件模块结构
4.4.5 呼叫控制程序 呼叫控制程序又叫做呼叫状态管理程序。 在“收号”状态可能收到的消息有“挂机”、“久不拨 号”或“预译号码”。
图 4-36 呼 叫 控 制 进 程 简 化 SDL 图 （ ） 1
图 4-37 呼 叫 控 制 进 程 简 化 SDL 2 图 （ ）
图4-19 呼叫处理程序的基本结构
图4-19 呼叫处理程序的基本结构
4.4.3 呼叫处理中用到的数据
Hale Waihona Puke Baidu
1．暂时性数据 （1）呼叫控制块 （2）设备表 （3）资源状态表
图4-20 呼叫控制块结构
2．半固定数据 （1）用户数据 用户数据描述了用户的全部信息，每一个用户都有 自己的用户数据。用户数据主要包括以下内容： 用户电话号码及设备码； 用户使用状况； 用户线类别（如普通、投币、用户交换机等）； 用户发话等级； 用户话机类型； 新业务使用情况； 计费类别。
图4-30 No.7信令系统的软、硬件功能划分
图4-31 第二级软、硬件功能划分
第三级和第四级的功能由软件实现。 （2）No.7信令在S1240系统上的实现
图4-32 No.7四级功能在S1240系统中的分布示意图
No.7信令的第一级功能是数字中继模块（DTM）和 公共信道信号模块（CCSM）之间通过数字交换网络DSN 中的半永久通路相连的一个时隙，即一个64 kbit/s的数据 通道。 第二级信号链路功能由CCMS信号终端中的硬件和软 件实现。 第三级的消息处理功能由CCSM中的软件实现。信号 网管理功能由SACE N7中的软件实现。 第四级电话用户（TUP）功能由驻存在DTM中的软 件实现。 ① No.7信令模块CCSM
析图 后 至 出呼 局叫 通控 话制 状进 态程 时出 的局 简呼 化叫 时 从 图数 字 分
4-38
SDL
4.4.6 分析程序和资源管理程序 1．分析的基本方法 一种方法是表格展开法。
图4-39 表格展开法示例
图 4-40 采 用 对 键 法 时 表 格 的 数 据 结 构
2．去话分析 去话分析的最后结果一般应包括： 收号设备类型号； 应执行的任务号码； 下一状态号码。 3．来话分析 被叫用户的用户数据； 被叫用户的状态； 主叫用户的某些数据。
图4-33 CCSM硬件结构图
图 4-34 NEAX61 中 信 令 系 统 的 结 构 No.7
实（② 现 3 ） 12 40 的 7 信 令 7 方信 式令 在系 统 软 件 61 系 统 上 的
S No. No. NEAX
•
No.7的第一级功能由数字中继接口（DTI）、时分 数字网（TDNW）以及No.7信令接口（N7SI）完成。 No.7的第二功能级的功能由公共信道信号控制器（ CCSC）完成。 No.7的第三级和第四级功能由驻存在专用信号处理 机（CCSP）和呼叫处理机（CLP）及维护管理处理机 （OMP）中的软件来完成。
图4-21 用户数据结构
（2）局数据 局数据主要有数字分析表、路由和中继数据、计 费数据等。 ① 数字分析表 前缀分析表 地址翻译表 ② 路由、中继数据 ③ 计费数据
图 4-22 扫 描 程 序 流 程 图
（ 1 1 ． ）模 用拟 户用 摘户 、线 挂信 机令 扫处 描理 程程 序序
4 4 4
图4-27 扫描存储器（SCN）和上次扫描值存储器（LSCN）的结构
图 4-28 对 30 路 中 继 的 线 路 信 令 进 行 扫 描 的 程 序 流 程 图
② 数字线路信令的驱动 ③ 出中继数字线路信令处理进程
图4-29 出中继数字线路信令处理进程的简化SDL图
3．多频互控信令的发送和接收 4．No.7信令系统在程控交换机上的实现 （1）实施No.7信令系统时软件和硬件的功能划分 No.7信令系统的功能有的由硬件实现，有的由软 件实现。软、硬件的功能划分如图4-30所示。
图4-15 进程的物理表征
4．进程通信
处理一个呼叫（或业务）需要多个进程配合完成， 进程之间需要相互通信。
消息发送原语的功能为：
① 在消息缓冲块中填上发送该消息的进程所在的 处理机标识和进程标识。 ② 确定消息路由。 ③ 根据已确定的消息路由发送消息。
消息等待原语的功能： ① 保存现场 ② 将该进程排入等待队列，然后 转入调度程序调度就绪队列中优先级最 高的进程运行。
4.1.2 数据驱动程序的特点及其结构 程控交换软件的一个基本要求是容易追加新 的功能及适应不同的条件。
图4-2 动作驱动程序的流程图
图4-3 数据驱动程序的流程图
图4-4 数据驱动程序的一般结构
4.1.3 有限状态机（FSM）和有限消息机（FMM）的概念 系统的有限状态机描述是指能将系统（或进程）的状 态定义为有限个状态，然后描述在每个状态下受到某个外部 信号激励时系统作出的响应及状态转移的情况。
图4-17 交换机中作业调度的一般流程
4.4.2 呼叫处理程序的基本组成及层次结构
图4-18 呼叫处理程序的分层结构
第一个层次是设备控制程序（硬件接口程序）， 它们是终端硬件设备与信令程序、呼叫控制程序之间 的接口软件。 处于第二个层次的软件主要是信令处理程序。 呼叫处理程序的基本结构如图4-19所示。
图4-5 FSM结构的示意图
4.1.4 在交换软件设计中应用的三种类型的程序设计语言 在程控交换机软件的开发、运行和维护阶段，一般要 用到三种类型的语言：规范描述语言（SDL）、各种高级 语言和汇编语言、人机对话语言（MML）。
1．规范描述语言 规范描述语言（SDL）是原CCITT建议的一 种高级语言，主要用来说明电话交换系统的行为。 （1）系统定义
呼叫控制块号码：用来记录该用户线使用的呼叫控制块 号码，用户线处理进程向呼叫控制进程发送的消息中，应 包括与该用户线对应的呼叫控制块的号码，以便任务调度 程序将此消息发送给与此用户线对应的呼叫控制进程。
图
简 化
4-26
SDL/GR
图
2．中继线路信令处理程序 （1）局间数字型线路信令 （2）出中继数字线路信令处理程序 ① 数字中继线路信令的扫描与驱动
. . 信 令 处 理 程 序
•
图 4 23 双 音 多 频 收 号 器 的 接 口 电 路
（ 2 ） 拨 号 数 字 的 接 收
-
图 4-24 双 音 多 频 接 收 程 序 流 程 图
（3）模拟用户线处理进程
图4-25 用户线存储器的数据结构
状态信息：记录用户当时的状态。
记发器号码：在收号阶段，将为用户分配相应的收号 器，该处记录其号码，以便在收号完毕后归还。 号码存储区指针：在收号阶段，用户线管理程序要申 请一个空闲的存储块，用来存储接收到的号码，此处用来 存放指向号码存储区的指针。 信令分配信息：用来记录对该用户线的驱动信息。
图4-11 比特型时间表
图 4-12 调 度 程 序 流 程 图
2 ． 调 度 程 序 流 程
4.3.3 处理机占用率计算
图4-13 时钟级与基本级的执行
4.3.4 基本级程序的调度 1．进程的概念 进程是操作系统中最重要、最基本的概念之 一，它是随着多道程序的出现而引入的。 进程具有如下性质： ① 进程包含了数据和运行于其上的程序。 ② 同一程序同时运行于不同数据集合上时， 构成不同的进程。 ③ 若干个进程可以是相互交往的。 ④ 进程可以并发地执行。
5．进程调度 进程调度程序的功能就是从就绪队列 中挑选一个进程到处理机上运行。 （1）进程调度算法 ① 先来先服务方法 ② 时间片轮转法
③ 分级调度
（2）进程调度程序
图4-16 进程调度程序的示意图
4.4 呼叫处理程序
4.4.1 呼叫处理的基本原理 ① 必须解决多个呼叫同时要求一个处理机进行 处理和处理机在同一时刻只能干一件事的矛盾。 ② 采用什么方法把要处理的各种事情都互不 影响地加以处理，而其中有些处理还必须在规定的 时间内完成，即呼叫处理程序必须具有实时性。 1．用户呼出阶段 2．数字接收与分析阶段 3．通话建立阶段 4．通话阶段 5．呼叫撤销阶段
2．进程的状态及其转换 等待状态：等待某个事件的发生。
就绪状态：等待系统分配处理机以便运行。
运行状态：占有处理机正在运行。 每个进程在执行过程中，任意时刻当且仅当处于 上述三种状态之一。
图4-14 进程的状态转换
3．进程控制块 第—类：标识信息。用于标识一个进程，如进程 名（与进程定义相对应的程序名），进程号码等。 第二类：说明信息。用于说明进程情况，如说明 进程状态，等待原因，进程程序存放位置，进程数据 存放位置等信息。 第三类：现场信息。用于保留进程在运行时存放 在处理机中的内容，如通用寄存器，控制寄存器的内 容，程序状态字等。 第四类：资源信息。用于说明有关该进程所占用 的存储器或外设资源的记录和连接信息等。
系统名字
信号定义 信号表定义 信道定义 数据定义
模块定义
图4-6 系统图的SDL/GR表示
（2）模块定义
模块定义包含以下项目： 模块名字 信号定义 信号表定义 信号路由定义 信道到路由的连接 进程定义 数据定义
图4-7 模块的SDL/GR表示
（3）进程定义
图4-8 SDL/GR描述进程的主要符号
4.2.3 操作系统、呼叫处理程序以及维护管理程序 1．操作系统 2．呼叫处理程序
3．维护管理系统
4.3 程序的级别及调度
4.3.1 程序的优先级、各类程序的特点及驱动方式 程控交换机软件的最基本特点是并发性和实时 性，并发性是指在系统中存在多道被激活的作业， 实时性是指系统对外界出现的事件必须在规定时间 内作出响应，否则将丢失有关信息而导致呼叫处理 的失败。
4.1 程控交换软件的概述
4.2 运行软件的一般结构
4.3 程序的级别及调度 4.4 呼叫处理程序
4.1 程控交换软件的概述
4.1.1 程控交换软件的基本特点 程控交换软件的基本特点是：实时性强，具有并发性， 适应性强，可靠性和可维护性要求高。 1．实时性强 程控交换机是一个实时系统。 2．并发性和多道程序运行 在一部交换机上，往往不仅有多个用户同时发出呼叫 请求，还同时有多个用户正在进行通话。
图4-1 多个进程实例共用一个程序代码
3．可靠性要求高 程控交换机应具有很高的可靠性，即使在其 硬件或软件系统本身发生故障的情况下，系统仍 能保持可靠运行。 4．能方便地适应交换机的各种条件
一个程控交换机要面对大量规模不同、对交 换机功能要求不同、运行环境不同的交换局。
5．软件的可维护性要求高 交换软件的另一个特点是具有相当大的维护 工作量。
图4-10 运行软件结构
4.2.2 局数据和用户数据 1．局数据 局数据用来描述交换机的配置及运行环 境，主要包含以下内容： 配置数据 交换局的号码翻译规则 路由中继数据 No.7信令数据 计费数据 新业务提供情况
2．用户数据 用户数据用来说明用户的情况，每个用户都有其 特有的用户数据。用户数据主要包括以下内容： 用户电话号码、用户设备码 用户线类别 话机类别 用户的服务等级 用户对新业务的使用权及用户已登记的新业务 用户计费数据
图4-9 进程定义的例子
2．汇编语言和高级语言 （1）汇编语言 汇编语言是面向处理机动作过程的语言 （2）高级语言 3．人机对话语言（MML） （1）输入信息——人机命令 （2）输出语言
4.2 运行软件的一般结构
4.2.1 运行软件的基本结构 程控交换机的运行软件指存放在交换机 处理机系统中，对交换机的各种业务进行处 理的程序和数据的集合。
1．中断级 中断级程序有两个重要特点，一个是实时性要求 高，在事件发生时必须立即处理；另一个是事件发生 的随机性，即事件何时发生事先无法确定。 2．时钟级 时钟级程序用于处理实时性要求较高的工作（按 照一定周期执行）。 3．基本级 基本级程序的功能是对外部发现的各种事件进行 处理。
4.3.2 时钟级程序的调度 时钟级调度程序是由时钟中断启动的。 1．表格结构 2．调度程序流程
图4-35 NEAX61系统中No.7软件模块结构
4.4.5 呼叫控制程序 呼叫控制程序又叫做呼叫状态管理程序。 在“收号”状态可能收到的消息有“挂机”、“久不拨 号”或“预译号码”。
图 4-36 呼 叫 控 制 进 程 简 化 SDL 图 （ ） 1
图 4-37 呼 叫 控 制 进 程 简 化 SDL 2 图 （ ）
图4-19 呼叫处理程序的基本结构
图4-19 呼叫处理程序的基本结构
4.4.3 呼叫处理中用到的数据
Hale Waihona Puke Baidu
1．暂时性数据 （1）呼叫控制块 （2）设备表 （3）资源状态表
图4-20 呼叫控制块结构
2．半固定数据 （1）用户数据 用户数据描述了用户的全部信息，每一个用户都有 自己的用户数据。用户数据主要包括以下内容： 用户电话号码及设备码； 用户使用状况； 用户线类别（如普通、投币、用户交换机等）； 用户发话等级； 用户话机类型； 新业务使用情况； 计费类别。
图4-30 No.7信令系统的软、硬件功能划分
图4-31 第二级软、硬件功能划分
第三级和第四级的功能由软件实现。 （2）No.7信令在S1240系统上的实现
图4-32 No.7四级功能在S1240系统中的分布示意图
No.7信令的第一级功能是数字中继模块（DTM）和 公共信道信号模块（CCSM）之间通过数字交换网络DSN 中的半永久通路相连的一个时隙，即一个64 kbit/s的数据 通道。 第二级信号链路功能由CCMS信号终端中的硬件和软 件实现。 第三级的消息处理功能由CCSM中的软件实现。信号 网管理功能由SACE N7中的软件实现。 第四级电话用户（TUP）功能由驻存在DTM中的软 件实现。 ① No.7信令模块CCSM
析图 后 至 出呼 局叫 通控 话制 状进 态程 时出 的局 简呼 化叫 时 从 图数 字 分
4-38
SDL
4.4.6 分析程序和资源管理程序 1．分析的基本方法 一种方法是表格展开法。
图4-39 表格展开法示例
图 4-40 采 用 对 键 法 时 表 格 的 数 据 结 构
2．去话分析 去话分析的最后结果一般应包括： 收号设备类型号； 应执行的任务号码； 下一状态号码。 3．来话分析 被叫用户的用户数据； 被叫用户的状态； 主叫用户的某些数据。
图4-33 CCSM硬件结构图
图 4-34 NEAX61 中 信 令 系 统 的 结 构 No.7
实（② 现 3 ） 12 40 的 7 信 令 7 方信 式令 在系 统 软 件 61 系 统 上 的
S No. No. NEAX
•
No.7的第一级功能由数字中继接口（DTI）、时分 数字网（TDNW）以及No.7信令接口（N7SI）完成。 No.7的第二功能级的功能由公共信道信号控制器（ CCSC）完成。 No.7的第三级和第四级功能由驻存在专用信号处理 机（CCSP）和呼叫处理机（CLP）及维护管理处理机 （OMP）中的软件来完成。
图4-21 用户数据结构
（2）局数据 局数据主要有数字分析表、路由和中继数据、计 费数据等。 ① 数字分析表 前缀分析表 地址翻译表 ② 路由、中继数据 ③ 计费数据
图 4-22 扫 描 程 序 流 程 图
（ 1 1 ． ）模 用拟 户用 摘户 、线 挂信 机令 扫处 描理 程程 序序
4 4 4
图4-27 扫描存储器（SCN）和上次扫描值存储器（LSCN）的结构
图 4-28 对 30 路 中 继 的 线 路 信 令 进 行 扫 描 的 程 序 流 程 图
② 数字线路信令的驱动 ③ 出中继数字线路信令处理进程
图4-29 出中继数字线路信令处理进程的简化SDL图
3．多频互控信令的发送和接收 4．No.7信令系统在程控交换机上的实现 （1）实施No.7信令系统时软件和硬件的功能划分 No.7信令系统的功能有的由硬件实现，有的由软 件实现。软、硬件的功能划分如图4-30所示。
图4-15 进程的物理表征
4．进程通信
处理一个呼叫（或业务）需要多个进程配合完成， 进程之间需要相互通信。
消息发送原语的功能为：
① 在消息缓冲块中填上发送该消息的进程所在的 处理机标识和进程标识。 ② 确定消息路由。 ③ 根据已确定的消息路由发送消息。
消息等待原语的功能： ① 保存现场 ② 将该进程排入等待队列，然后 转入调度程序调度就绪队列中优先级最 高的进程运行。
4.1.2 数据驱动程序的特点及其结构 程控交换软件的一个基本要求是容易追加新 的功能及适应不同的条件。
图4-2 动作驱动程序的流程图
图4-3 数据驱动程序的流程图
图4-4 数据驱动程序的一般结构
4.1.3 有限状态机（FSM）和有限消息机（FMM）的概念 系统的有限状态机描述是指能将系统（或进程）的状 态定义为有限个状态，然后描述在每个状态下受到某个外部 信号激励时系统作出的响应及状态转移的情况。
图4-17 交换机中作业调度的一般流程
4.4.2 呼叫处理程序的基本组成及层次结构
图4-18 呼叫处理程序的分层结构
第一个层次是设备控制程序（硬件接口程序）， 它们是终端硬件设备与信令程序、呼叫控制程序之间 的接口软件。 处于第二个层次的软件主要是信令处理程序。 呼叫处理程序的基本结构如图4-19所示。
图4-5 FSM结构的示意图
4.1.4 在交换软件设计中应用的三种类型的程序设计语言 在程控交换机软件的开发、运行和维护阶段，一般要 用到三种类型的语言：规范描述语言（SDL）、各种高级 语言和汇编语言、人机对话语言（MML）。
1．规范描述语言 规范描述语言（SDL）是原CCITT建议的一 种高级语言，主要用来说明电话交换系统的行为。 （1）系统定义
呼叫控制块号码：用来记录该用户线使用的呼叫控制块 号码，用户线处理进程向呼叫控制进程发送的消息中，应 包括与该用户线对应的呼叫控制块的号码，以便任务调度 程序将此消息发送给与此用户线对应的呼叫控制进程。
图
简 化
4-26
SDL/GR
图
2．中继线路信令处理程序 （1）局间数字型线路信令 （2）出中继数字线路信令处理程序 ① 数字中继线路信令的扫描与驱动
. . 信 令 处 理 程 序
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图 4 23 双 音 多 频 收 号 器 的 接 口 电 路
（ 2 ） 拨 号 数 字 的 接 收
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图 4-24 双 音 多 频 接 收 程 序 流 程 图
（3）模拟用户线处理进程
图4-25 用户线存储器的数据结构
状态信息：记录用户当时的状态。
记发器号码：在收号阶段，将为用户分配相应的收号 器，该处记录其号码，以便在收号完毕后归还。 号码存储区指针：在收号阶段，用户线管理程序要申 请一个空闲的存储块，用来存储接收到的号码，此处用来 存放指向号码存储区的指针。 信令分配信息：用来记录对该用户线的驱动信息。
图4-11 比特型时间表
图 4-12 调 度 程 序 流 程 图
2 ． 调 度 程 序 流 程
4.3.3 处理机占用率计算
图4-13 时钟级与基本级的执行
4.3.4 基本级程序的调度 1．进程的概念 进程是操作系统中最重要、最基本的概念之 一，它是随着多道程序的出现而引入的。 进程具有如下性质： ① 进程包含了数据和运行于其上的程序。 ② 同一程序同时运行于不同数据集合上时， 构成不同的进程。 ③ 若干个进程可以是相互交往的。 ④ 进程可以并发地执行。
5．进程调度 进程调度程序的功能就是从就绪队列 中挑选一个进程到处理机上运行。 （1）进程调度算法 ① 先来先服务方法 ② 时间片轮转法
③ 分级调度
（2）进程调度程序
图4-16 进程调度程序的示意图
4.4 呼叫处理程序
4.4.1 呼叫处理的基本原理 ① 必须解决多个呼叫同时要求一个处理机进行 处理和处理机在同一时刻只能干一件事的矛盾。 ② 采用什么方法把要处理的各种事情都互不 影响地加以处理，而其中有些处理还必须在规定的 时间内完成，即呼叫处理程序必须具有实时性。 1．用户呼出阶段 2．数字接收与分析阶段 3．通话建立阶段 4．通话阶段 5．呼叫撤销阶段
2．进程的状态及其转换 等待状态：等待某个事件的发生。
就绪状态：等待系统分配处理机以便运行。
运行状态：占有处理机正在运行。 每个进程在执行过程中，任意时刻当且仅当处于 上述三种状态之一。
图4-14 进程的状态转换
3．进程控制块 第—类：标识信息。用于标识一个进程，如进程 名（与进程定义相对应的程序名），进程号码等。 第二类：说明信息。用于说明进程情况，如说明 进程状态，等待原因，进程程序存放位置，进程数据 存放位置等信息。 第三类：现场信息。用于保留进程在运行时存放 在处理机中的内容，如通用寄存器，控制寄存器的内 容，程序状态字等。 第四类：资源信息。用于说明有关该进程所占用 的存储器或外设资源的记录和连接信息等。
系统名字
信号定义 信号表定义 信道定义 数据定义
模块定义
图4-6 系统图的SDL/GR表示
（2）模块定义
模块定义包含以下项目： 模块名字 信号定义 信号表定义 信号路由定义 信道到路由的连接 进程定义 数据定义
图4-7 模块的SDL/GR表示
（3）进程定义
图4-8 SDL/GR描述进程的主要符号
4.2.3 操作系统、呼叫处理程序以及维护管理程序 1．操作系统 2．呼叫处理程序
3．维护管理系统
4.3 程序的级别及调度
4.3.1 程序的优先级、各类程序的特点及驱动方式 程控交换机软件的最基本特点是并发性和实时 性，并发性是指在系统中存在多道被激活的作业， 实时性是指系统对外界出现的事件必须在规定时间 内作出响应，否则将丢失有关信息而导致呼叫处理 的失败。