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1、第四章 程控交换系统控制部件的组成,4.1对控制部件的要求 （1）呼叫处理能力 （2）可靠性 （3）灵活性和适用性 （4）经济性,4.2 控制子系统 控制子系统的主要设备是处理机。处理机的数量和分工有各种配置方式，但归结起来可以分为三种基本的配置方式：集中控制、分散控制和分布式控制。 1集中控制 早期的程控交换机都采用这种控制方式。假设某一交换机的控制系统由多台处理机组成，每一台处理机均装载全部软件，可以完成所有控制功能，访问所有硬件资源，这种控制方式就叫集中控制方式，见图4.1。,图4.1 集中控制方式,集中控制的主要优点是：处理机能掌握整个系统的状态，可以访问所有资源；控制功能的改变一般都
2、在软件上进行，比较方便。但是，这种集中控制的最大缺点是：软件要包括各种不同特性的功能，规模庞大，不便于管理；系统较脆弱，一旦出故障会造成全局中断。,2分散控制 所谓分散控制，就是在给定的系统状态下，每台处理机只能访问一部分资源和执行一部分功能。处理机之间的功能可以静态分配，也可以动态分配。分配方法有多种。 1) 单级多机系统 图4.2为单级多机系统示意图。该系统中各台处理机并行工作，每台处理机有专用的存储器，也可设置公用存储器，用作各处理机间的通信。多处理机之间的工作划分有话务分担与功能分担两种方式。,图4.2 单级多机系统,(1) 话务分担（容量分担）：每台处理机只承担一部分容量的呼叫处理任
3、务。例如，800门的用户交换机中，每台处理机控制200门。话务分担实际上也相当于负荷分担，是面向固定的一群用户的方式。 话务分担的优点是处理机数量可随着容量的增加而逐步增加，缺点是每台处理机要具有所有的功能。,(2) 功能分担：每台处理机只承担一部分功能，只需装入一部分程序，分工明确。缺点是容量较小时，也需配置全部处理机。 (3) 备用工作：在大型程控交换机中，通常是将话务分担与功能分担结合使用。还应注意的是：不论是话务分担还是功能分担，为了保证系统安全可靠，每台处理机一般均有其备用机，按主/备用方式工作，也可采用N1备用方式。对于控制容量很小的处理机，也可以不设备用机。,2) 多级处理机系统
4、 在交换处理中，有一些工作执行频繁而处理简单，如用户扫描等；另一些工作处理较复杂，但执行次数要少一些，如数字接收与数字分析。至于故障诊断等维护管理工作则执行次数更少而处理更复杂。可见，在交换处理中处理复杂性与执行次数成反比。 多级系统可以很好地适应以上特点。用预处理机处理执行频繁而简单的功能，可以减少中央处理机的负荷；用中央处理机执行分析处理等较复杂的功能，也就是与硬件无直接关系的较高层的呼叫处理功能；用维护管理处理机专门执行维护管理的各种功能。这样，就形成了多级系统。,图4.3 三级多机系统,在图4.3所示的三级系统中，实际上采用了功能分担与话务分担相结合的方式：三级之间体现了功能分担，而在
5、预处理机这一级采用话务分担，即每个预处理机控制一定容量的用户线或中继线。中央处理机也可以采用话务分担，而维护管理处理机一般只用一台。 预处理机又称为外围处理机或区域处理机，通常使用微机。中央处理机和维护管理处理机可使用小型机或功能强的高速微机。,3分布式控制 随着微处理机技术的迅速发展，分散控制的程度越来越高，产生了全微机控制的分布式控制方式。例如每个电路板上均配有单片机的系统，就是一种分布式控制系统。 这种分布式控制结构有以下优点： (1) 在集中控制和分级控制的程控交换机中，当增加待定的新性能(如增开数据通信)时，其软件的改动较大。并且由于新业务的处理，将产生对控制部分的争夺，影响交换机的
6、处理能力。而在分布式控制方式中，增加新性能或新业务时可引入新的组件(如增加数据通信业务时可增加数据业务组件)，新组件中带有相应的控制设备，从而对原设备影响不大，甚至没有影响。,(2) 能方便地引入新技术和新元件，且不必重新设计交换机的整体结构，也不用修改原来的硬件。 (3) 可靠性高，发生故障时影响面较小，如只影响某一群用户(或中继)或只影响某种性能。,分布式控制方式目前也存在一些问题。例如： 采用分布式控制时微处理机的数量相对增多，微处理机之间的通信也增加，如果设计不完善，会影响交换机的处理能力，使各处理机真正用于呼叫处理的效率降低，同时也增加了软件编程的复杂性。 随着微处理机数量的增加，存
7、储器的总容量也会增加。,4双机冗余配置 为了确保控制系统安全可靠，程控交换机的控制系统通常采用双机冗余配置，配置方式有微同步、负荷分担和主备用方式。 1) 微同步 微同步(micro-synchronization)方式的基本结构如图3.11所示。它具有两台相同的处理机，其间有一个比较器。两台处理机各自具有专用的存储器，其内容完全相同。,图4.4 微同步方式的基本结构,在正常工作时，两台处理机同时接收来自话路设备的各种输入信息，执行相同的程序，进行同样的分析处理，但是只有一台处理机输出控制信息，控制话路设备的工作。所谓微同步，就是要将两台处理机的执行结果通过比较器不断地进行检查比较。如果结果完
8、全一样，说明工作正常，程序可继续执行；如果结果不一致，表示其中有一台处理机发生故障，应立即告警并进行测试和必要的故障处理。 微同步方式的优点是较易发现硬件故障，且一般不影响呼叫处理。微同步方式的缺点是对软件故障的防卫较差，此外，由于要不断地进行同步复核，因此效率也不高。,2) 负荷分担 负荷分担(Load sharing)方式的基本结构如图4.5所示。 负荷分担也叫话务分担。其特点是两台处理机独立进行工作，在正常情况下各承担一半话务负荷。当一台处理机产生故障时，可由另一台承担全部负荷。为了能接替故障处理机的工作，两台处理机必须互相了解呼叫处理的情况，故双机应具有互通信息的链路。,图4.5 负荷
9、分担方式,负荷分担的主要优点如下： (1) 过负荷能力强。由于每台处理机都能单独处理整个交换系统的正常话务负荷，故在双机负荷分担时，可具有较高的过负荷能力，能适应较大的话务波动。 (2) 可以防止由软件差错引起的系统阻断。由于程控交换软件系统的复杂性，不可能没有残留差错。这种程序差错往往要在特定的动态环境中才显示出来。由于双机独立工作，故程序差错不会在双机上同时出现，加强了软件故障的防护性。,(3) 在扩充新设备、调试新程序时，可使一台处理机承担全部话务，另一台进行脱机测试，从而提供了有力的测试工具。 负荷分担方式由于是双机独立工作方式，因此在程序设计中要避免双机同抢资源的现象，双机互通信息也
10、较频繁，这都使得软件比较复杂，且负荷分担方式不如微同步方式那样较易发现处理机硬件故障。,3) 主/备用 主/备用(Active-standby)方式如图4.6所示，一台处理机联机运行，另一台处理机与话路设备完全分离或为备用。当主用机发生故障时，进行主/备用机倒换。 主/备用方式分为冷备用与热备用两种方式。冷备用时，备用机不保存呼叫数据，接替主用机时从头开始工作。热备用时，备用机根据原主用机故障前保存在存储器中的数据进行工作，也可以进行数据初始化，重新启动系统。,图4.6 主备用方式,4.3 处理机间通信 在多处理机系统中，不同处理机之间要相互沟通(通信)、共同配合，以控制呼叫接续。由于数字交换
11、机设有远端用户模块，因此，处理机间通信有时也要考虑较远距离的通信。 处理机间的通信方式和交换机控制系统的结构有紧密联系。目前所采用的通信方式很多，这里仅介绍几种常见方式。,1通过PCM信道进行通信 利用交换机内的PCM信道进行通信，有两种不同的方法： (1) 利用时隙16进行通信。在数字通信网中，时隙16用来传输数字交换局间的信令，传输线上的信息在到达交换局以后，中继接口提取时隙16的信令，进行处理。交换机内部的16时隙是空闲的，可以用作处理机间的通信信道。 后面要介绍的F-150 型数字交换机就是采用这种方法通信的。具体方法我们在后面介绍。 这种通信方式不需要增加额外的硬件，软件的费用也小，
12、但通信的信息量小，速度慢。,(2) 通过数字交换网络的PCM信道直接传送。在S-1240交换机中，处理机之间的通信信息和话音、数据信息一样，可以通过PCM信道传送(任一时隙)，并且也能由数字交换网络进行交换。为了区分信道中信息的类型，不同的信息需要加不同的标志，以便识别。用这种方式能进行远距离通信，但缺点是占用了通信信道，并且费用较大。关于这种通信方式的详细情况也放在后面介绍。,2采用计算机网常用的通信结构 计算机通信网有不同的结构方式，我们在这里只介绍部分在程控交换机中常见的方式。 1) 多总线结构 多总线结构是多处理机系统的一种总线结构。多处理机之间通过共享资源实现各处理机之间的通信。在这
13、种结构中，多处理机组成一个总线型网络。多总线结构有两种基本方式： 紧耦合系统：在这个系统中，多个处理机之间是通过一个共享存储器传送信息进行通信的。,松耦合系统：在这个系统中，多个处理机之间是通过输入/输出接口传送信息进行通信的。 这两种方式都要共享一组总线，因此必须有决定总线控制权的判优电路，处理机在占用总线前必须判别总线是否可用。使用这种系统要注意通信的效率问题，否则处理机的处理能力就会受到制约。,(1) 共享存储器方式。这是一种由若干处理机与若干存储器互连的方式。最简单的结构是图4.7所示的分时总线互连结构。在这种结构中，所有处理机和所有存储器都连在一条公共总线上，处理机将通信信息写入存储
14、器，在接收端可以直接从存储器读取信息。,图4.7 分时总线互连结构,在大型系统中，如果处理机数量较多，那么总线的通信效率可能会制约处理机的效率，形成一个“瓶颈”，因此需要想办法提高总线的效率。多组总线互连结构可以解决该瓶颈问题，如图4.8所示。图中，每一台处理机、每一个存储器均连接一条独立总线。只要不冲突，连接在多条总线上的处理机和存储器可同时通信。但当处理机和存储器数量增加时，矩阵容量就会以平方数增长。,图4.8 多组总线互连结构,还有一种方法是将存储器的多个通道分别接不同的处理机。最常见的是利用双向存储器或者存储器双向端口控制器供两台处理机从不同总线输入或输出信息。当然这里也有一个判优问题，但总线分开以后问题就会简单一些。 共享存储器的方法能提供较高的速度和通信信息量，但处理机间的物理距离不能很远。,(2) 通过共享输入/输出接口进行通信。在这种方式下，一台处理机把对方处理机看作一般的输入/输出端口。这些端口可以是并行口，也可以是串行口，它适用于通信信息量和速率都不十分高的场合。,2) 环形结构 在大型系统中，尤其是在分散控制的系统中，处理机的数量很多，而它们之间往往是平级关系，这时常采用环形通信结构。环形结构和计算机的环形网相似，每台处理机相当于环内的一个节点，节点和环通过环接口连接。令牌环是用得较多的一种环形网。,
