程控數(shù)字交換技術課件概要

1、第5章 程控交換系統(tǒng)控制部件的組成任課教師：李紅巖本章問題對程控交換機軟件的要求？程控交換機運行軟件的組成？軟件支援系統(tǒng)的組成？什么是局數(shù)據(jù)？用戶數(shù)據(jù)？程控交換系統(tǒng)中任務按照緊急性和實時性要求分為幾級？各級別程序的執(zhí)行順序？如何由時間表啟動周期級程序？第5章 程控交換機軟件概況 5. 1 程控交換機的運行軟件 5. 2 程序文件的組成 5. 3 軟件支援系統(tǒng) 5. 4 軟件設計語言5. 5 操作系統(tǒng)5.1 程控交換機的運行軟件5.1.1 對運行軟件的要求 程控交換機運行軟件的根本任務是控制交換機的運行，而交換機的根本目的是建立和釋放呼叫。因此運行軟件的主要任務是呼叫處理。 程控交換機的特點是業(yè)

2、務量大，實時性和可靠性要求高。因此對運行軟件也要求有較高的實時效率，能處理大量呼叫，而且必須保證通信業(yè)務的不間斷性。對程控交換機的運行軟件具體要求如下：1. 實時性 交換機必須滿足一定的效勞質量標準。首先不能因為軟件的處理能力缺乏而使用戶等待時間過長。 如摘機后至聽到撥號音的等待時間，撥完號碼后至聽到回鈴音等待時間。而更為重要的是撥號號碼的接收時間。撥號是由用戶控制的，受撥號盤參數(shù)約束。 處理機不能及時接收撥號號碼意味著錯號，即呼叫失敗。因此給程控交換機的控制系統(tǒng)規(guī)定了一個呼叫處理能力的指標，它就是單位時間(忙時)能處理的試呼次數(shù)。2. 多道程序運行 程控交換機中處理機是以多道程序運行方式工作

3、的。也就是說同時進行許多任務。例如一個10000用戶的交換機，忙時平均同時可能有12002000個用戶正在通話。再加上通話前、后的呼叫建立和釋放用戶數(shù)，就可能有2000多項處理任務。軟件系統(tǒng)必須把這些和呼叫處理有關的數(shù)據(jù)都保存起來，并且等待一個新的外部事件,以使呼叫處理往下進行。除此之外，還要同時完成維護、測試和管理任務。3業(yè)務的不間斷性 程控交換機一經開通運行就不能間斷。我國要求局用程控交換機的系統(tǒng)中斷時間為平均每年不超過10分鐘。這是很高的要求，它也在許多方面影響運行軟件的設計. 當發(fā)生故障時，交換機必須采取措施使得呼叫處理能繼續(xù)進行。對于程控交換機來說其對故障處理的根本觀點不同于數(shù)據(jù)處理

4、或科學計算用計算機對故障處理的根本觀點。程控交換機的處理機的維護工作(包括軟件的維護工作)必須不中斷進行，不能干擾呼叫處理。5.1.2 運行軟件的組成 程控交換機的運行軟件分為兩大類：系統(tǒng)軟件和應用軟件。在這里的系統(tǒng)軟件相當于一個通用計算機的操作系統(tǒng)。它們是交換機硬件同應用軟件之間的接口。交換機運行軟件組成分類如圖51所示。 1. 執(zhí)行管理程序(操作系統(tǒng)) 和其他計算機系統(tǒng)一樣，執(zhí)行管理程序操作系統(tǒng)用來管理計算機資源和控制程序的執(zhí)行。 2系統(tǒng)監(jiān)視和故障處理程序 系統(tǒng)監(jiān)視程序主要是監(jiān)視整個系統(tǒng)的工作情況。遇到故障時要進行緊急處理(如主備用機的倒換等)，并要重新啟動系統(tǒng)。系統(tǒng)監(jiān)視程序負責以下各項功

5、能：(1) 系統(tǒng)監(jiān)視和故障識別 對交換機的公用設備的工作監(jiān)視，除在硬件上設置核對電路之外，軟件上也要進行及時識別，進行中斷處理；(2)故障分析與處理在發(fā)生故障后，就要對故障進行分析，如果確定為暫時性過失，那么應對系統(tǒng)進行恢復處理，假設為固定性故障，那么要進行主/備機倒換，重新組織系統(tǒng)；(3) 系統(tǒng)重新組織 發(fā)生故障后，主要進行主/備機的倒換，然后可以建立新系統(tǒng)；(4)恢復與再啟動處理對新系統(tǒng)要進行再啟動，進行系統(tǒng)的初始化，并進行數(shù)據(jù)的恢復，使系統(tǒng)能夠正常工作。 3. 故障診斷程序 故障診斷程序要求對發(fā)生故障的設備進行故障診斷，即確定故障的部位，打印出診斷結果維護人員那么可根據(jù)診斷結果更換插件板

6、。 故障診斷程序也可以按照維護人員的命令對交換系統(tǒng)進行例行測試。4. 呼叫處理程序 呼叫處理程序實際上是直接負責 交換的軟件，它負責以下功能： (1)交換狀態(tài)管理：在呼叫處理過程中有不同狀態(tài)(如空閑狀態(tài)、收號狀態(tài)等，詳見第6章)，由交換狀態(tài)管理程序負責狀態(tài)的轉移及管理； (2)交換資源管理：交換機有許多 外設，如用戶設備、中繼器、收發(fā)碼器、交換網絡等，它要在呼叫處理過程中測試和調用，因此由呼叫處理程序管理； (3)交換業(yè)務管理：程控交換機有許多新的交換業(yè)務(如叫醒業(yè)務等)，它是屬于呼叫處理的一局部； (4)交換負荷控制：根據(jù)交換業(yè)務的負荷情況、臨時性控制發(fā)話和人局呼叫的限制。 5.維護和運行程

7、序 維護和運行程序用于維護人員存取和修改有關用戶和交換局的各種數(shù)據(jù)，統(tǒng)計話務量和打印計費清單等各項任務。它主要負責以下功能：(1)話務量的觀察、統(tǒng)計和分析。結果可以送入外存，也可以打印輸出；(2)對用戶線和中繼線定期進行例行維護測試；(3)業(yè)務質量的監(jiān)察。它監(jiān)視用戶的通話業(yè)務的情況和質量，如監(jiān)視呼叫信號，通話接續(xù)是否完成或異常情況。還包括收費檢查，即在用戶要求下，根據(jù)對用戶進行收費數(shù)據(jù)的詳細記錄來核對收費記錄情況。數(shù)據(jù)包括從用戶摘機起到話終掛機止的各種數(shù)據(jù)，如呼叫時間、所撥號碼、費率、應答時間、應答前計費表數(shù)字和掛機后計費表數(shù)字、掛機時間等等，并可打印出來。(4)業(yè)務變更處理 業(yè)務變更處理有兩

8、方面任務： (5)計費及打印用戶計費帳單；(6)負荷控制，對話務過載進行處理；(7)進行人機通信，對操作員打入的控制命令進行編輯和執(zhí)行用戶的變動處理，包括新用戶登記、用戶撤消、用戶改號、話機類別的更改等等；用戶業(yè)務登記、更改和撤消。52 程序文件的組成 1. 交換機的程序必須滿足所要求的功能、效勞性能以及在經濟上的要求。同時要求今后管理上方便。交換技術的開展必然要求不斷增加新的功能，要求軟件系統(tǒng)能夠允許方便地進行增添和修改。2. 不同交換局的業(yè)務和功能是不相同的，但是不可能為每個交換局單獨制作軟件，故軟件必須有通用性 3. 交換局程序文件包括系統(tǒng)程序、局數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)三局部。 通用性的第一步就

9、是程序和數(shù)據(jù)分開。其次是把數(shù)據(jù)區(qū)分為不同局共同的數(shù)據(jù)(叫做系統(tǒng)數(shù)據(jù))和各局不同的數(shù)據(jù)(叫做局數(shù)據(jù))。 系統(tǒng)數(shù)據(jù):不同局共同的數(shù)據(jù) 局數(shù)據(jù):各局不同的數(shù)據(jù)局數(shù)據(jù)指示交換局設備安裝條件，包括硬件配置、編號方式、中繼線信號方式等。這局部內容隨不同交換局而異。包括局數(shù)據(jù)的文件叫做局數(shù)據(jù)文件。 系統(tǒng)程序：程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)一起就叫做系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序是程序的主體，它對不同交換局(如市話局、長話局或國際局等)均能適用，不隨交換局的外部條件改變而改變。包括系統(tǒng)程序的文件叫系統(tǒng)文件。 用戶數(shù)據(jù):反映用戶情況的數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)指示交換局中用戶分配、新業(yè)務類別、話機類型和其他用戶類別。包括用戶數(shù)據(jù)的文件叫做用戶數(shù)據(jù)文件。

10、 4. 數(shù)據(jù)庫用來提供動、靜態(tài)實際數(shù)據(jù)，包括局數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫管理程序那么提供系統(tǒng)和這些數(shù)據(jù)的接口，它加強了軟件系統(tǒng)的模塊化和可移植性。 在程控交換機中的數(shù)據(jù)庫管理程序具有以下特點： (1)數(shù)據(jù)的存取必須滿足實時要求； (2)由于數(shù)據(jù)庫是一種公共資源，因此必須要隨時控制對數(shù)據(jù)庫的存??； (3)要維持數(shù)據(jù)的完整性，滿足系統(tǒng)對可靠性的要求； (4)在交換機引入新功能時，數(shù)據(jù)庫結構要求盡可能保持不變； (5)要有可能使維護人員查詢所存放的數(shù)據(jù)。 5.3 軟件支援系統(tǒng) 程控交換機的本錢和質量在很大程度上取決于軟件系統(tǒng)，因此，軟件的開發(fā)和生產效率及質量是直接影響程控交換機本錢和質量的關鍵。 在一個

11、通信網中，由于各個交換局的地理位置和所管轄區(qū)域的政治、歷史、經濟等情況各不相同，因此它們的用戶組成、容量、話務量、對端局工作方式及其在整個網中所處的地位與作用也各不相同。盡管各個局的主體軟件構成相同，但考慮到上述具體因素，軟件的有關局部需要做一定的修改以適應各種具體要求。如果每建立一個程控交換局都要用人工方法根據(jù)具體要求對交換軟件系統(tǒng)中的相應程序和數(shù)據(jù)進行修改，那么不但工作量大，而且更重要的是不能保證軟件質量。 支援軟件系統(tǒng)的一個重要功能就是提供軟件開發(fā)和生產的工具與環(huán)境。什么是軟件支援系統(tǒng)？軟件支援系統(tǒng)輔助技術人員及管理人員更加高效、可靠地開發(fā)各類軟件，并對已有軟件進行維護的完整的軟件系統(tǒng)。

12、它以宿主硬件和系統(tǒng)軟件作為自己的運行平臺，集成了一組實用的軟件工具，從而構成了一個各種設施齊全的軟件開發(fā)平臺。軟件支援環(huán)境應能支持軟件生命周期各個階段包括程序設計、系統(tǒng)分析、軟件設計、軟件測試和軟件維護等的各種技術活動和工程管理活動。其主要任務是支持大型軟件工程的開發(fā)和維護，到達縮短開發(fā)周期、節(jié)省開發(fā)本錢和提高產品質量的目的。 程控交換軟件系統(tǒng)的一大特點是具有相當大的維護工作量。這不僅是因為原來設計和實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)不完善而需要加以修改，而且更重要的原因是隨著技術的開展，需要不斷引入新的功能和業(yè)務，對原有功能要加以改進和擴充。 另外，交換局的業(yè)務開展會引起用戶組成、話務量等的變化，整個通信網的開

13、展可能會對各交換局提出新的要求。 可以預料，程控交換軟件的維護工作量比一般軟件系統(tǒng)更大。維護工作從系統(tǒng)投入運行開始，一直延續(xù)到交換機退出服役為止，一般軟件總本錢中有5060是用在維護上的，所以，提高程控軟件的維護水平(包括效率和質量)對提高程控交換系統(tǒng)的質量和降低本錢具有十分重要的作用。 支援軟件系統(tǒng)的另一個重要功能就是提供先進的軟件維護工具和環(huán)境。 在交換機軟件中，呼叫處理程序是實現(xiàn)交換機根本功能的主要組成局部，但在整個系統(tǒng)的運行軟件中，它只占一小局部，一般不超過三分之一，而系統(tǒng)防御和維護管理程序大約占整個運行軟件的三分之二左右。支援系統(tǒng)范圍很廣，程序容量很大，大體上包括以下各方面的軟件：

14、1軟件開發(fā)支援系統(tǒng) 這個軟件系統(tǒng)是用來建立源文件和建立用機器語言的目標文件(裝入模塊)，它包括： a)源文件的生成和程序的編譯(或匯編)程序。它把用高級語言或匯編語言編成的源程序翻譯成機器語言的目標程序； b)連接編輯程序。它把生成的各個獨立模塊連接在一起，裝配成一個完整的程序； c)調試程序。程序編好以后，就要利用調試程序來檢驗源程序和目標程序的工作的正確性。它可以模擬各種呼叫狀態(tài)的事件，驅動現(xiàn)有程序。經過檢驗以后的目標程序可以在硬件上試運行。2應用工程的支援系統(tǒng) 用于交換局的各項工程，如規(guī)劃、設計、安裝等。可以根據(jù)輸人交換局的具體數(shù)據(jù)來提供交換局所需的硬件和軟件的各項數(shù)據(jù)。它包括以下程序：

15、a)交換網規(guī)劃程序。它提供最優(yōu)的 交換網的設計，包括局所容量、數(shù)量、局址、工程費用等數(shù)據(jù)； b)話局工程設計程序。它可提供話局中設備數(shù)量、備品數(shù)量等；c)裝機工程設計程序。它可以用來提供話局機房內各種數(shù)據(jù)。如擬定機房平面布局、畫出機房平面圖、確定機架排列等。它也可以確定機架布局(包括機架上各種設備)、配線架布局(端子板數(shù)量)等。它也可以提供交換機內部的軟件和硬件各局部的連接，如電源的布置(包括電源設計、路由、測試等)，以及規(guī)定其他各種連接導線；d)安裝測試程序；它用來進行裝機測試，也可用來進行出廠前的測試。3軟件加工支援系統(tǒng)可以按照交換局的要求生成并裝人各種特定程序和數(shù)據(jù)。它包括：a)局數(shù)據(jù)生

16、成程序。用來生成交換局的各種局數(shù)據(jù)，如計費數(shù)據(jù)、路由數(shù)據(jù)等，并裝入交換機的數(shù)據(jù)庫；b)用戶數(shù)據(jù)生成程序。可以生成用戶數(shù)據(jù)，裝入交換局的數(shù)據(jù)庫；c)交換機程序的組合。將系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)庫中各種局數(shù)據(jù)及用戶數(shù)據(jù)組合起來，形成某一交換局的特定程序。4交換局管理支援系統(tǒng)主要用于在交換機整個壽命期間的交換局的管理、資料的更改和綜合、編輯等項工作。它包括： a)資料的搜集和分析。如話務量分析程序用來統(tǒng)計和分析話務量，以便確定交換局目前的工作性能和今后開展趨勢；b)交換局資料(包括程序和數(shù)據(jù))的更改，它包括以最短時間進行更改，并對更改結果提供統(tǒng)計、歸檔； c)資料的編輯和輸出。它提供各項資料的編輯、管理等功能

17、，以便建立、更新、管理、檢索、出版以及發(fā)送相關資料和輸入/輸出設備(如打印機、繪圖機等)接口實用程序。5.4 軟件設計語言 交換機常用兩類語言：匯編語言和高級語言。 匯編語言具有較高的代碼效率，執(zhí)行速率快和節(jié)省空間，但編程效率低；高級語言常用C語言和CCITT建議的CHILL語言等，具有編程效率高、易于調試修改，容易實現(xiàn)程序的結構化和模塊化。 CCITT建議的語言： 1CHILL語言CCITT High-Level Language 是CCITT建議用于程序設計的高級語言，80年代常用。 有數(shù)據(jù)描述局部，包括數(shù)據(jù)定義語句和數(shù)據(jù)說明語句； 有動作描述局部，包括數(shù)據(jù)各種運算及一些控制命令； 有程序

18、結構描述局部，包括說明程序的開始、結束和有效范圍。2MML Man-Machine Language 是交互式人-機操作和維護命令語言。規(guī)定了人與交換機進行通信的方式及語言，用于交換機的安裝、操作、維護和測試。需要一個對話驅動程序對MML命令進行語法分析，訪問內部子程序，以便執(zhí)行有關命令。3SDLSpecification and Description Language 用于交換機系統(tǒng)設計階段，描述整個交換機的功能，及各個進程下的動作，建立了呼叫處理中狀態(tài)轉移的概念，并用一些規(guī)定的符號描述這些過程。 SDL有兩種形式： a. SDL/GR(Graphic Representation )形式

19、，是一種直觀圖形表示方法。 b. SDL/PR(Textual Phrase Representation)形式：是一種很象程序的文字描述方法。 SDL的兩種描述方式： 以下圖表達呼叫處理從“空閑 狀態(tài)到 “等待收第一位號碼 狀態(tài)轉移過程。 用SDL/GR方式：1“空閑狀態(tài)下，主叫用戶A摘機；2判別用戶是否被封鎖，是，進入“封鎖狀態(tài)；主叫掛機后，回“空閑狀態(tài)。3假設沒被封鎖，給A接收號器，發(fā)撥號音，啟動計時器T1，進入“等待第一位號碼狀態(tài)。 上述過程可用SDL/PR表示。STATE Idle ; INPUT A-off-hook ; DECISION Blocking ; (YES): NEX

20、TSTATE Blocking ; (NO): TASK Connect digit receiver ; OUTPUT Send-dial-tone ; TASK SET (Now +20s,T1) ; NESTSTATE Await-first-digit ; ENDDECISION ; STATE Blocking ; INPUT A-on-hook ;NEXTSTATE Idle ; SDL語言主要用于軟件系統(tǒng)設計，即設計的前階段。在軟件的詳細設計階段開始使用CHILL語言。因此這里要求有兩種語言的轉換和連接。CHILL語言主要用于軟件的編程階段；MML語言主要用于人機對話。 SDL語

21、言的用途 SDL是一種圖像語言。用來說明程控交換機的各種功能要求和技術標準。 在軟件系統(tǒng)設計的開始，首先要對其功能進行描述。在程控交換軟件系統(tǒng)的設計過程中，把它分解成許多功能模塊，每個功能模塊可包括假設干進程，而每一個進程可以用SDL圖例來描述。它反映各進程的可能狀態(tài)，并且利用輸入、輸出，通過相互交換信號來反映進程之間的通信。對于程控交換系統(tǒng)來說，能使用SDL來作說明的功能的例子有：呼叫處理過程(如呼叫處理、路由選擇、信號、計費等)，維護和故障處理(如報警、自動故障去除、系統(tǒng)構成、例行測試等)，系統(tǒng)控制(如過負荷控制)和人機接口等。CCITT一些建議書，例如No7信令系統(tǒng)、ISDN等建議書均用

22、SDL來說明其動態(tài)特性。 交換處理程序由許多執(zhí)行一定功能的程序組成，以完成種種處理要求。其中有些實時性強，必須立即執(zhí)行，有些那么可稍有延時。因此要安排好各種程序的執(zhí)行方案，以滿足不同時間要求。這就是程序的執(zhí)行管理。一、程序級別 根據(jù)程序對時間要求的嚴格程度，可將程序分為假設干級別，時間要求越嚴，其級別越高。一般可分為故障級、周期級和根本級。1故障級5.5.4 程控交換系統(tǒng)中任務的分級和調度 主要負責識別故障并立即處理它。設備一旦出現(xiàn)故障，立即進行故障處理。2周期級 嚴格按周期時間執(zhí)行的程序，由定時中斷啟動執(zhí)行。各種掃描程序及超時判斷程序均屬周期級程序。各種不同周期級程序，其執(zhí)行周期是定時中斷周

23、期的整數(shù)倍。如撥號脈沖掃描程序執(zhí)行周期為8 ms，而DTMF(多頻號碼)收號周期為16ms，位間隔執(zhí)行周期為96ms。3根本級 那些實時要求低、沒有嚴格時間要求的程序定義為根本級程序。它們可以等待機器有空才執(zhí)行。 故障級程序優(yōu)先級別最高，根本級那么最低。 不同級別程序工作順序：a. 在8 ms周期內，CPU假設能執(zhí)行完周期級和根本級程序，在下一中斷到來前可以等待，如；b. 假設未執(zhí)行完根本級程序，8 ms中斷又到來，先執(zhí)行下一個中斷周期程序，完成后從中斷返回，如 ，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的根本級程序和其它新程序；c.假設在執(zhí)行周期級或根本級程序時發(fā)生故障，那么中斷 正在執(zhí)行的程序，如，進入故障級緊急處

24、理，處 理完成后，返回原斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序，見 。38習題：繪圖說明以下情況中各級程序的執(zhí)行順序: 1第一個時鐘中斷周期內，正在執(zhí)行周期級程序的過程中，發(fā)生了故障中斷，且在下一個時鐘中斷發(fā)生時，根本級程序尚未處理完畢； 2第二個時鐘中斷周期內執(zhí)行根本級程序的過程中故障中斷出現(xiàn)，該時鐘中斷周期結束時根本級程序尚未處理完畢; 3第三個時鐘中斷周期內無故障中斷出現(xiàn)，該時鐘中斷周期結束時根本級程序已處理完畢。時間表啟動周期級程序的根本原理： 程控交換機使用時間表控制周期級程序執(zhí)行。 時間表由計時器時間計數(shù)器、屏蔽表、調度表時間表和功能程序入口地址表構成。1計時器 8ms時鐘中斷將其內容加1 ，內容作為

25、調度表的單元號行號，指示將要執(zhí)行該單元內容。最后一單元把計時器清零；2調度表 假設調度表有24行循環(huán)時間248=192ms、16列字長，表中為1 的位表示要調用該列對應的程序。由于計時器每8 ms加1 ，故調度表每8 ms換一行。 調度表中第一列每行都為1 ，對應的程序每8 ms執(zhí)行一次，假設隔行有1 ，那么16 ms執(zhí)行一次，最長執(zhí)行周期為192 ms。 當執(zhí)行到最后一行T23，循環(huán)結束，下次指向T0，最后一位1 ，將計時器清零，從頭開始。調度表：一行代表一次時間中斷，一位代表一種周期級程序，總行數(shù)代表所管理程序中的最大執(zhí)行周期。3屏蔽位 決定調度表中的 “1 所對應的程序是否被執(zhí)行。假設屏

26、蔽位為 “1 ，調度表中相應 “1 對應的程序可執(zhí)行，假設屏蔽位為 “0 ，相應的 “1 不執(zhí)行。 利用屏蔽位，方便調用相關程序。如 “測試撥號脈沖識別 平時不用，用屏蔽位使它不被執(zhí)行，執(zhí)行時把它置 “1 即可。4功能程序入口地址表 表中內容是一系列相應子程序入口地址，對應周期級執(zhí)行不同周期時間的程序。 1 時間表法的執(zhí)行控制程序的流程執(zhí)行過程如下：1、時間計數(shù)器初值為0，每8ms中斷時，時間計數(shù)器加12、以時間計數(shù)器的值為指針，找到時間表相應單元；3、時間表每一單元的每一位對應于相應的功能程序入口地址表的每一個口地址。假設時間表相應位為1，那么該程序要執(zhí)行，否那么不執(zhí)行；4、先檢查時間表相應單元的D0，假設等于1，轉向相應的程序，執(zhí)行完畢再返回時間表5、依次檢查時間表的D1，D2，并轉而執(zhí)行其為1的相應程序。6、等所有位檢查完，并執(zhí)行完相應的程序后，說明8ms周期中已執(zhí)行完周期級程序，可以轉向根本級程序。7、在最后一個單