交换原理课设

课程设计说明书NO.11程控交换机的软件系统一一局内呼叫处理程序设计一、课程设计的目的1 .通过设计，掌握程控交换系统的软件层次及各模块组成与作用。呼叫处理程序用 于控制呼叫的建立和释放。呼叫处理程序包括用户扫描、信令扫描、数字分析、路由选 择、通路选择、输出驱动等功能块。2 .熟悉系统运行软件和系统管理软件在交换过程中的主要作用。3 .通过设计流程及实例验证，进一步加强对程控交换机组成的理解。二、功能需求分析1 .基本原理实际程控交换机中的用户级入网结构方式框图，如图1所示，由此可见，它是由两大部分组成，即话路部分和控制都分，话路部分包括交换网络，用户 电路出中继电路，入中断电路，收号器，音信号发生器以及话务台或信号设备 等；控制部分则是一台电子计算机，它包括中央处理器，存储器和输入、输出 设备。从计算机观点来看，我们把中央处理器叫做“主机”（包括存储器），而其它各部分设备都叫做“外围设备”（简称外设），送样对于程控交换机来说，它 有二类外设备：电话外设：这指的是交换机所特有的外设，就是图 1所示的话路部分。一般电 子计算机不包含这些部分。图中的用户电路则可看作是终端设备。对于程控交 换机来说，这些电话外设数量很多，品种也不少，应该算作是主要的外围设备。话务台CPU中央处曳羊元图1.电信局程控交换机用户级入网结构方式方框图数据处理型外设：它是一般电计算机所具有的外围设备。包括外存储器和各种输入、输出设备，如磁带，磁盘，监视器，打印机和键盘等。在本实验系统中，交换网络的方框图见图 2所示。由图2可知，该实验系统也是由话单元和控制单元两大都分组成，其中话路单元由用户电路，自动交换网络，人工交换设备（话务台），音信号产生电路，供 电系统电路等组成，因为它是实验系统，所以它与实际交换机相比少了中继电 路和收号器电路，在本实验系统中，由于话务量较小，因而把收号器做在CPU中央器单元上了，不再单独列出。图2.交换网络结构方框图呼叫处理程序负责呼叫的建立、监督、撤销及呼叫处理过程中的一些其他处理。呼 叫处理程序是最能体现交换机特色的软件，在呼叫处理过程中，交换软件的两个基本特 点（实时性和并发性）都有所体现。呼叫处理程序在整个交换机运行软件中所占的比例并 不多，但其运行十分频繁，占用处理机的时间最多。一次普通电话呼叫的处理过程并不复杂，它包括摘机检测、收号、接续并启动计 费、挂机监测、拆除接续链路和输出计费数据等操作，即使考虑呼叫过程中的各种异常 情况，呼叫处理过程也不十分复杂。但是，一台交换机连接着许多用户线和中继线，在 同一时刻会有许多用户同时进行呼叫，而对于每一个呼叫，从摘机呼出到通话结束，要 做许多不同工作，有些工作还有一定的实时性要求，如不及时处理，便会造成接续错误 或降低服务质量，即使对于多处理机并采用分散控制的程控交换机来说，每个处理机按照分工也担负着大量的处理任务，也会同时面对多个呼叫处理请求。而每一个处理机在同一时刻只能干一件事，这样就产生了矛盾。2 .处理过程在数字程控交换系统中，呼叫接续过程都是在呼叫处理程序控制下完成的。一个完整的局内呼叫处理过程描述如下：1）主叫用户摘机在开始时，用户处于空闲状态，电路交换系统对用户进行周期性扫描，监视用户线状态。用户摘机后电路交换系统检测到用户摘机状态。电路交换系统根据摘机用户端口号查询用户类别、话机类别和服务类别，确定用 户有权呼入。2）送拨号音在用户有权呼入的前提下，电路交换系统为用户寻找一个空闲的收号器，寻找信号音到主叫用户的空闲路由。向主叫用户送拨号音，监视收号器的输入信号，准备收号。3）收号主叫用户拨第一位号码，收号器收到第一位号后，停拨号音。主叫用户继续拨号，收号器将收到号码按位储存。呼叫处理程序对“已收位”进行计数。将号首送到分析程序进行预译处理。4）号码分析（数字分析）号码分析对号首进行预译处理，确定呼叫类别，并根据分析结果是本局、出局、长途或特服等来决定还要接收几位号码。根据号码预译结果以及用户订购业务特性决定这一呼叫是否允许接通（如是否限制了长途呼叫或特殊业务等）。当号码收完或后续拨号超时退出后，根据所收号码进行号码分析；根据号码分析结果，假设是局内有效呼叫，则检查被叫用户是否空闲，若空闲，则标志被叫用户为呼入忙状态。5）测试并预占主、被叫通话路由6）向被叫用户振铃向被叫用户B振铃；向主叫用户A送回铃音；监视主、被叫用户状态。7）被叫应答通话 被叫摘机应答，电路交换系统检测到后，停振铃和停回铃音； 建立A、B用户问通话路由，开始通话；启动计费设备，开始计费；监视主、被叫用户状态。8）话终、主叫先挂机 假设主叫用户先挂机，电路交换系统检测到以后，进行通话路由复原；停止计费；向被叫用户送忙音。被叫用户挂机复原9）被叫先挂机另一种可能是被叫用户先挂机。因为是局内市话呼叫，电路交换系统检测到以后，直接进行通话路由复原；停止计费；向主叫用户送忙音。主叫用户挂机复原。3.处理软件呼叫处理软件主要负责呼叫连接的建立与释放以及业务流程的控制，它是负责整个呼叫过程控制的软件。具体完成的主要功能如下：用户线和中继线上各种输入信号的检测和识别；呼叫相关资源的管理；对用户数据、呼叫状态以及号码等进行分析；路由选择；控制呼叫状态迁移；控制计时、送音和交换网被叫先挂.辕定状态被收先挂处理图3 一次正常呼叫状态分析图在现代电话通信设备与程控交换机中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流， 因而将过去在公用设备（如纯路）实现的一些用户功能放到“用户电路”来完成。用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuits SLIC）。任何 交换机都具有用户线接口电路。根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC）或用户环路接口电路可分为 模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。由于实验系统使用的电话单机为模拟电话单机，应而选用模拟用户线接口电路，而 对数字用户线接口电路不作介绍。模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器或混合线圈、继电器等分立元件构成， 随着微电子技术的发展，近十年来在周际上陆续开发多种模拟SLIC,它们或是采用半导体集成工艺或是采用薄膜、厚膜混合工艺，并已实用化。在实际中，基于实现和应用 上的考虑，通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另集成一体，集成为编解码器（CODEC）,其余功能由所谓集成模拟 SLIC完成。在布控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在纯路中实现的，馈电电压一般是-60v,用户的馈电电流一般是 20mA30mA,铃流是2SHz, 90v左右，而在程 控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有 B (馈电)，R (振铃)、S (监视)、C (编译码)、H (混 合)、T (测试)、O (过压保护)七项功能。模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义是：(1)馈电(B-Battery feeling)向用户话机送直流电流。通常要求馈电电压为 -48伏或-24伏，环路电流不小于18m A(2)过压保护(O-Over voltage protection)防止过压过流冲击和损坏电路、设备。(3)振铃控制(R-Ringing Control)向用户话机馈送铃流，通常为 25Hz80Vrms正 弦波。(4)监视(S-Supervision)监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等 信号以送往控制网络和交换网络。(5)编解码与滤波(C-CODEC/Filter)在数字交换中，它完成模拟话音与数字码 间的转换。通常采用PCM编码器(Coder)与解码器decode。来完成，统称为CODEC。 相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路(300Hz-3400Hz)带宽，编码速率为64kb/s。(6)混合(H-Hyhird)完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送，接收数字四线单向信号之间的连接。过去送种功能由混合线圈实现，现在 改为集成电路，因此称为“混合电路”。(7)测试(T-Test)对用户电路进行测试。模拟用户线接口功能见图4报检控用户域总线励信号状态信号图4模拟用户线接口功能4.处理中用到的数据在呼叫处理过程中要用到大量的数据， 这些数据可分为暂时性数据和半固定数据两1）暂时性数据暂时性数据又称为动态数据，这些数据是在呼叫处理过程中产生的，它们描述了呼 叫的进展情况、相应设备的状态及各设备之间的动态链接关系。随着呼叫的进展，这些 数据被呼叫处理程序不断修改。从功能的观点来看，有 3种暂时性数据：记录一个呼叫 工作情况的数据，说明各种设备工作状态的数据和说明系统中电话资源状态的数据。线路状态表记录了用户线和中继线的状态。 呼叫处理程序通过把某空闲线路在此表 中的相应位置忙来占用该线路，释放时则置闲。服务电路状态表记录了系统中各公用服务电路 （如收号器、发号器等）的状态，当要 占用某公用电路时就在此表中找出一个处于空闲状态的电路，并把它置忙，在归还时置 闲。交换网络链接状态表记录了各链路的忙/闲状态。为在交换网络中寻找一条空闲通 路，呼叫处理程序必须知道交换网络中各动态链路的状态，该表是按便于寻找通路的方 式编排的，在需要完成某个接续时，呼叫处理程序根据主、被叫所在位置，通过查找此 表在交换网络中寻找一条能连接主、被叫的空闲通路，并把其中的各动态链路置忙来占 用该通路。2）半周足数据半固定数据用以描述交换机的硬件配置和运行环境。半固定数据又分为用户数据和 局数据。在呼叫处理的各个不同阶段，呼叫处理程序都要查询相应的用户数据和局数据， 根据已定义的用户数据和局数据对接收到的信号进行分析，从而进行不同的处理。一般 来说，呼叫处理程序对用户数据和局数据只能查询，维护管理人员可通过人机命令对用 户数据和局数据进行修改。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。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。 数字分析表前缀分析表：该表用电话号码的前几位为索引，分析结果包括呼叫类型（本地、局问、国内长途、国际长途等），尚需接收的电话号码位数，某字冠对应的路由索引、计 费索引等。地址翻译表：此表以前缀分析表中得到的等效千位号或等效万位号及电话号码的后 几位为索引查表，由此表可得到被叫用户的设备码。 路由、中继数据路由、中继数据主要用来说明各个出局局向的路由数，每个路由的中继群数，中继 群内的中继线数及中继线的类型、信号方式、物理地址等。 计费数据计费数据用来确定到不同目的地的费率、计费方式、节假日的费率以及一天中不同时间段的费率等数据。5 .处理过程的特点整个呼叫处理过程可分为若干个阶段，每个阶段可以用一个稳定的状态来表示；整个呼叫处理的过程就是在一个稳定状态下，处理机监视、识别输入信号，进行 分析处理，执行任务和输出命令，然后跃迁到下一个稳定状态的循环过程；两个稳定的状态之间要执行各种处理；在一个稳定状态下，若没有输入信号，状态不会迁移；相同的输入信号在不同的状态下会有不同的处理，并迁移到不同的状态；在同一状态下，对不同输入信号的处理是不同的；在同一状态下，输入同样信号，也可能因不同情况得出不同结果络的连接；6 .呼叫处理程序的调度策略按程控交换系统各进程对实时性要求的不同， 程控交换系统程序的优先级大致分为 以下三个级别段落：故障级（中断级）任务： 发生故障时即响应故障中断，调用故障级处理程序进 行故障处理。时钟级（周期级）任务： 按一定的时间问隔定时启动运行，一到时间无条件执 行，可被故障级任务中断。基本级任务：没有固定的执行周期，有任务就执行，可以被前面两种任务中断。在用户话机与电信局的交换机之间的线路上，要沿两个方向传递语言信息。但是， 为了接通一个电话，除了上述情况外，还必须沿两个方向传送所有的控制信号。比如， 当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有 关设备，止匕外，还要把指明呼叫的目的地的信号（被叫）发往变换机。当用户想要结束 通话时，也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放通话期间所使用的设备。除了用 户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于 交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。由此可见，一个完整的电话通信系统，除 了交换系统和传输系统外，还应有信号系统。用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号 （一般为直流信号）和号码信号（地 址信号），它们的详细说明分别见实验二和实验五。交换机向用户发送的信号有各种可沈阳大学闻信号与振铃信号（铃流）两种方式。主叫用户被叫用户夫3 呼叫信号播机 巴一拨号音信号号码僖号 回性音信号振铃信号应答依号摘机语音信号, 忙存信号. 挂机（先挂方）挂机挂机倍号（用户线信号）图5 一次正常呼叫传送信号的流程图三、处理程序流程设计呼叫处理的过程实际上就是在事件（输入信号）的作用下，从一个稳定状态跃迁到 另一个稳定状态的过程，它具有有限个状态和有限个输入事件，具有一个初始状态，且 输入事件引起状态的迁移，因此，对于程控交换系统处理呼叫的行为，我们可以用扩展 的有限状态机来描述。SDL不仅对系统的行为能用扩展的有限状态机来描述，而且能够清楚表达功能部件 之间的通信关系和定时器功能。因而采用 SDL语言可以方便、直观、准确的表达呼叫处 理过程。$口1图描述的是一个激励一响应过程。在呼叫处理过程中，SDL图描述某一状态下,给予一输入信号，然后会带来一系列分析处理动作，输出响应命令（任务执行或输出控 制命令），引起状态转移。课程设计说明书No.li沈阳大学0.困） I卜庆凯 一12 JX斓音一ill 注 TO1JI?特印京或印1可校号_ 1 .* 口 收 9 【售10笆1叫刎心惊T号司眼莉00侍餐0钟一出1R旗TJ金_1 _10成弓音1产强号Jfro_lQ晾融号片而指送自司 R；TI1_ +、（空）一收号）器|_|_的，注视）：|够力尊收号&| 2复,4 $二匕号厂|，1T .*g击）区上瓦喜 T10寮祥）日推机用11 HI电化电(jFF?)用振竹jr I ； ：!p|7；彳二闾4社机 厂停：1,若11上口I管齐()图6局内呼叫SDL图课程设计说明书NO.16四、实例设计下面以F-150程控交换系统中的用户数据为例进行说明。在F 150系统中，用户数据分为去话数据（ORIG）和来话数据（TERM）。图5示出 了在F150系统中用户去话数据的结构。ORIG共占10个字，每字32bit。ORIG是由 用户设备码来索引的。其中，ST为用户使用状态，ST的取值为07,分别代表用户状 态为未使用、正常使用、发话限制、来话限制和临时拆机等。 CATEG为用户类别，包 括三方面数据：用户等级（CLS）、发话等级（OG）和话机类别（TEC）o CLS用来说明用户线 性质（如普通用户线、投币电话线、用户小交换机中继线、数据传真线等 ），OG说明了 用户的发话等级（如市话，人工长途、自动长途等），TEC说明用户话机类别（如拨号盘话 机、双音频话机等）。STCATEGSVCLSSPCLS号簿号码（DN）JHGFNOCCHCLSSVST_WNADSLST1PLE辅助块地址（AUXB ）r _ 1PTLNKAUXWNADGLST呼叫转移号码（TRSDN）热线号码（HOTDN ）国内直拨通行字（PWETD）国际直拨通行字（PWIDD）图7用户去话数据结构SVCIS为用户业务等级，说明了允许该用户使用的新业务类型，该项有若干位，每 位代表一种新业务，当某位为1时表示允许使用该项新业务。SVST为新业务使用状态，该项同样占若干位，每位代表一种新业务，当用户登记使 用某项新业务时，就将相应位置l oWNfe缩位表长度，说明了该用户在缩位表中所占用的单元数，ADSLST为缩位表指针，说明了该用户在缩位表中占用的第一个单元的偏移地址。来话数据（TERM冲用户电话号码索引，在来话数据中存有该用户的设备号、用户状 态、呼叫转移登记指示和恶意呼叫追查指示等内容。在呼叫处理过程中，呼叫处理程序可利用主叫用户设备码查到主叫用户的去话数 据，利用被叫电话号码查到被叫用户的来话数据，进而查到其去话数据。查到的用户数 据（主叫与被叫）都要送到对应于该呼叫的呼叫控制块中， 以便根据这些数据对呼叫进行 相应处理。五、心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关交换原理方面的知识，在设计过程 中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因 所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手 操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东 西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的 知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合，只有理论知识是远远不够的， 只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得 是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。六、参考文献1陈锡生，糜正琨.现代电信交换M .北京：北京邮电大学出版社，19992朱世华.程控数字交换原理与应用M.西安：西安交通大学出版社，19993金淮丰，韩春光.程控数字交换技术M.北京：电子工业出版社，20024杜治龙.分组交换工程M.北京：人民邮电出版社，19985强磊.基于软交换的下一代网络组网技术M.北京：人民邮电出版社，2005沈阳大学