程控交换基础部分.docx
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程控交换基础部分
第一章程控交换概述
学习目的：
学完本章后，你应当能够
1、了解电话交换的基本原理；
2、了解程控交换机的基本结构；
第一节电话交换的基本原理
1.1.1.电话通信网的基本组成部件
电话通信网的基本组成设备是终端设备、传输设备、交换设备。
最简单的终端设备是电话机，电话机的基本功能是完成声电转换和信令功能，将人的话音信号转换为交变的话音电流信号，并完成简单的信令功能。
传输设备的功能是将电话机和交换机、交换机与交换机连接起来。
常用的传输设备有电缆、光纤等。
交换机的基本功能是完成交换，即将不同的用户连接起来，以便完成通话。
1.1.2.为什么要引入交换机
用户直接相连：
用户数为N时，所需的互连线对数为N（N-1）/2。
引入交换机：
每个用户只要接入到一个交换机，就能与世界上的任一用户通话。
1.1.3.数字交换原理
语音信号数字化：
语音信号的数字化要经过抽样、量化和编码三个步骤。
抽样：
抽样的功能是将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样值。
抽样频率取值为8000Hz，即抽样周期为125μs。
量化：
量化是指用有限个度量值来表示抽样后的信号的幅度值。
编码：
根据量化级的选取，有均匀量化和非均匀量化两种方法。
在PCM32系统中，采用8位码来表示一个样值，最高位是极性码，剩下的7位对应128
个量化级。
话音信号的PCM编码的传输速率=8000Hz/s×8=64kb/s。
64kb/s是程控数字交换机中基本的交换单位。
频分复用方式和时分复用方式
频分复用方式是将信道的可用频带划分为若干互不交叠的频段，每路信号的频谱占用其中的一个频段，以实现多路传输。
时分制是把一条物理通道按照不同的时刻分成若干条通信信道（如话路），各信道按照一定的周期和次序轮流使用物理通道，这样，从宏观上看，一条物理通路就可以‘同时’传送多条信道的信息。
PCM时分多路通信系统的基本原理
PCM30/32系统的几个主要参数为：
每秒传送8000帧，每帧32个时隙，每个时隙8比特串行码，16帧构成一个复帧，其时间长度为125μs×16＝2ms。
传送码率为8比特/时隙×32时隙/帧×8000帧/秒＝2048kb/s，而每一路信号的速率为64kb/s。
1.1.4.交换机的几种类型
交换机的几种类型：
人工电话交换机、机电制交换机、模拟程控交换机和数字程序交换机。
人工电话交换机是由话务员完成转接的。
机电制电话交换机主要有步进制交换机和纵横制交换机。
程控交换机可分为模拟程控交换机和数字程控交换机。
模拟程控交换机的控制部分采用计算机控制，而话路部分传送和交换的仍然是模拟的话音信号。
数字程控交换机的控制部分采用计算机，话路部分交换的是经过脉冲编码调制（PCM；PulseCodeModulation）后的数字化的话音信号，数字交换机的交换网络是数字交换网络，用户话机发出的模拟话音信号在数字交换机的用户电路上要转换为PCM信号。
数字程控交换机是数字通信技术、计算机技术与大规模集成电路相结合的产物。
数字程控交换机的主要优点是：
1）能灵活地向用户提供多种新服务功能
2）便于采用共路信令系统
3）体积小、重量轻、功耗低、可靠性高
4）操作维护管理的自动化
1.1.5.几种主要的交换方式
现代通讯网中采用的交换方式主要有电路交换、分组交换、ATM交换和IP交换。
一、电路交换
电话交换一般采用电路交换方式。
电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条实际的物理链路，在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它计算机或终端同时共享该链路的通信方式。
电路交换属于电路资源预分配系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管电路上是否有数据传输，电路一直被占用着，直到通信双方要求拆除电路连接为止。
电路交换的特点是：
1、在通信开始时要首先建立连接；
2、一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有信息传送，该电路也不能被其它连接使用，电路利用率低。
3、交换机对传输的信息不作处理，对交换机的处理要求简单，但对传输中出现的错误不能纠正。
4、一旦连接建立以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。
二、分组交换
数据通信的一种交换方式。
它是利用存储——转发的方式进行交换的。
分组交换机首先将从终端设备送来的数据报文接收、存储，而后将报文划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。
在每个分组中都有一个3-10个字节的分组头，在分组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。
分组交换采用的是统计复用方式，电路的利用率较高。
但统计复用的缺点是可能产生附加的随机时延和丢失数据的可能。
这是由于用户传送数据的时间是随机的，若多个用户同时发送分组数据，则必然有一部分分组需要在缓冲区中等待一段时间才能占用电路传送，若等待的分组超过了缓冲区的容量，就可能发生部分分组的丢失。
另外，在分组交换中普遍采用逐段反馈重发措施，以保证数据传送是无差错的。
所谓逐段反馈重发，是指数据分组经过的每个节点都对数据分组进行检错，并在发现错误后要求对方重新发送。
三、ATM交换
ATM交换（asynchronoustransfermodeswitching）即异步传送模式，又叫异步转移模式。
它是宽带ISDN中的一种基本交换方式。
异步转移模式的特征是传输、复用和交换都是以信元为基本单位进行的。
所谓异步，是指属于同一用户的信元不一定按固定的时间间隔周期性地出现.
第二节交换机的基本结构
程控数字交换机的硬件结构大致可分为分级控制方式、全分散控制方式和基于容量分担的分布控制方式。
1.2.1.交换机的基本组成
交换机的硬件系统由用户电路、中继器、交换网络、信令设备和控制系统这几部分组成。
（1）用户电路：
用户电路是交换机与用户话机的接口。
（2）中继器：
中继器是交换机与交换机之间的接口。
（3）交换网络：
交换网络用来完成任意两个用户之间，任意一个用户与任意一个中继器之间，任意两个中继器之间的连接。
（4）信令设备：
用来接收和发送信令信息。
（5）控制系统：
是交换机的指挥中心，接收各个话路设备发来的状态信息，各个设备应执行的动作，向各个设备发出驱动命令，协调各设备共同完成呼叫处理和维护管理任务。
交换机的终端及接口
1.2.2.用户模块
用户模块用来连接用户回路，提供用户终端设备的接口电路，完成用户话务的集中和扩散，并且完成呼叫处理的低层控制功能。
用户模块主要包括三个部分：
用户接口电路：
与模拟用户线的接口。
一个由一级T接线器组成的交换网络，它负责话务量的集中和扩散。
用户处理机：
完成对用户电路、用户级T接线器的控制及呼叫处理的低层控制。
模拟用户接口电话有七项基本功能，常用BORSCHT这七个字母来表示：
⏹B（Batteryfeeding）馈电；
⏹O（Overvoltageprotection）过压保护；
⏹R（Ringingcontrol）振铃控制；
⏹S（Supervision）监视；
⏹C（CODEC&filter）编译码和滤波；
⏹H（Hybridcircuit）混合电路；
⏹T（Test）测试。
1.2.3.中继器
中继器是数字程控交换机与其它交换机的接口。
根据连接的中继线的类型，中继器可分成模拟中继器和数字中继器两大类。
数字中继器是程控交换机和局间数字中继线的接口电路，它的入/出端都是数字信号。
数字中继器的主要功能有：
⏹码型变换和反变换。
⏹时钟提取：
从输入的PCM码流中提取时钟信号，用来作为输入信号的位时钟。
⏹帧同步：
在数字中继器的发送端，在偶帧的TS0插入帧同步码，在接收端检出帧同步码，以便识别一帧的开始。
⏹复帧同步：
在采用随路信令时，需完成复帧同步，以便识别各个话路的线路信令。
⏹信令的提取和插入：
在采用随路信令时，数字中继器的发送端要把各个话路的线路信令插入到复帧中相应的TS16；在接收端应将线路信令从TS16中提取出来送给控制系统。
1.2.4.信令设备
信令设备的主要功能是接收和发送信令。
程控数字交换机中主要的信令设备有：
⏹信号音发生器：
用于产生各种类型的信号音，如忙音、拨号音、回铃音等。
⏹DTMF接收器：
用于接收用户话机发出的DTMF信号
⏹多频信号发生器和多频信号接收器：
用于发送和接收局间的MFC信号。
⏹7号信令终端：
用于完成7号信令的第二级功能。
1.2.5.控制部分
完成对话路设备的控制功能，由各种计算机系统组成，采用存储程序控制方式。
第三节控制系统的一般结构
1.3.1.处理机的冗余方式
一、互助方式
两台或更多的处理机在正常工作情况下以话务分担（负荷分担）的方式工作，每台处理机都只负责一部分的话务量，一旦一台处理机发生故障，则由其它的处理机来接管它的工作。
二、主/备用方式
在这种方式下，只有主用机在运行程序，进行控制，备用机与话路设备完全分离而作为备用状态，一旦主用机发生故障，进行主备用转换，由备用机接替工作。
三、N+m备用方式
在这种方式下，N台处理机配备有m台备用机，当N台处理机中有一台发生故障时，都可以由m台备用机中的一台来接替其工作。
1.3.2.处理机的控制结构
现代数字程控交换系统中处理机的控制结构有分级控制方式，全分散控制方式和容量分担的分布控制方式。
一、分级控制方式
分级控制方式的基本特征在于处理机的分级，即将处理机按照功能划分为若干级别，每个级别的处理机完成一定的功能，低级别的处理机是在高级别的处理机指挥下工作的，各级处理机之间存在比较密切的联系。
二、全分散控制方式
在采用全分散控制方式时，将系统划分为若干个功能单一的小模块，每个模块都配备有处理机，用来对本模块进行控制。
各模块处理机是处于同一个级别的处理机，各模块处理机之间通过交换消息进行通信，相互配合以便完成呼叫处理和维护管理任务。
全分散控制方式的主要优点是可以用近似于线性扩充的方式经济地适应各种容量的需要，呼叫处理能力强，整个系统全阻断的可能性很小，系统结构的开放性和适应性强。
其缺点是处理机之间通信量大而复杂，需要周密地协调各处理机的控制功能和数据管理。
全分散控制结构的典型代表是S12系统。
三、容量分担的分布控制方式
这种结构介于上面两种结构之间。
首先，交换机分为若干个独立的模块，这些模块具有较完整的功能和部件，相当于一个容量较小的交换局，每个模块内部采用分级控制结构，有一对模块处理机MP为主处理机，下辖若干对外围处理机，控制完成本模块用户之间的呼叫处理任务。
这些模块也可以设置在远离母局交换机的地方，成为具有内部交换功能的远端模块。
整个交换机可以由若干个模块构成，各模块通过通信模块CM互连，另外，还设置一个维护管理模块AM对整个交换机进行管理并提供到维护管理人员的接口。
这是一种综合性能较好的控制结构，近年来得到了广泛应用。
美国的5ESS交换机和我国生产的几种大型局用交换机如C&C08、ZXJ10等都采用了这种结构。
第四节本局呼叫处理的基本过程
1.4.1.用户呼出阶段
交换机按照一定的周期检查每一条用户线的状态。
当发现用户摘机时，交换机就根据用户线在交换机上的安装位置找到该用户的用户数据，并对其进行分析。
如该用户有权发起呼叫，交换机就寻找一个空闲的收号器并通过交换网络将该用户电路与收号器相连，向用户送拨号音，进入收号状态。
1.4.2.数字接收及分析阶段
此阶段是处理任务最繁重的一个阶段。
交换机接收用户拨号。
对于脉冲拨号方式，每次收到的是一个脉冲，并由信令接收程序将收到的多个脉冲装配为拨号数字；对于DTMF信号，每次收到的是一个数字。
当交换机收到一定位数的号码后将进行数字分析，从而确定呼叫的类型、路由等。
当数字分析的结果是本局呼叫时，就通知信令接收程序继续接收剩余号码。
1.4.3.通话建立阶段
当被叫号码收起后，交换机根据被叫号码查询被叫用户数据。
若被叫空闲且未登记与被叫有关的新业务（如呼叫转移），交换机就在交换网络中寻找一条能将主叫用户和被叫用户连接的通路，并预先占用该通路，同时向被叫用户送振铃信号，向主叫用户送回铃音。
1.4.4.通话阶段
当被叫用户摘机应答后，交换机停止向被叫用户送振铃信号，停止向主叫用户送回铃音，将交换网络上连接主被叫用户的通路接通，同时启动计费，呼叫进入通话阶段。
交换机透明传输话音信号，不做任何处理。
1.4.5.呼叫释放阶段
在通话阶段，交换机如果发现一方挂机，就给另一方送忙音。
当双方都挂机时，交换机就收回此次呼叫占用的资源，停止计费，呼叫处理结束。
从以上呼叫处理的过程可看出，可将呼叫的全过程划分为若干个稳定状态，交换机每次对呼叫的处理，总是使呼叫由一个稳定状态转移到另一个稳定状态。
第二章电信网概述
学习目的：
学完本章后，你应当能够
1、了解通信网的拓扑结构；
2、掌握电信网的基本情况和网同步的基本形式；
3、掌握电话网的等级结构和编号方式；
4、了解多运营商电话网的组网方式。
第一节网的基本形式
一般来讲要构成一个城市的电话通信，必须由几个交换局相互连接成网，网的最基本形式有网状网、星形网、混合网。
2.1.1网状网
在这个网中，设置在不同地理位置的交换节点均有直达中继相互联通，即“个个相连”，因而每个节点的出中继线群都很多，而且随着交换节点的增加，中继群的数量也急剧增多。
该组网方式特点是建设费用大，中继利用率低，但可靠性高。
如图2.1所示。
2.1.2星状网
在一个区域内有多个交换节点，其中一个节点作为中心节点，该节点与各节点有直达中继线，而其他个交换节点之间无直达中继，各交换节点间的用户通话必须通过中心节点的中继线来完成。
这样就提高了中继线的利用率。
如图2.2所示。
2.1.3混合网
混合网是由网状网和星状网混合而成的通信网络。
在这种情况下，电路的长度比星状网更为节省，在可靠性和灵活性上都比星状网大大增加。
虽然它不能像网状网那样具有多方向的中继线群，但是这种网的每个节点都有大于两个方向的出中继群，这样虽然增加了少量投资，却提高了网络的可靠性。
如图2.3所示
2.1.4电信网的划分
根据电信网的构成及功能，我们可以把电信网划分为传送网、电信业务网、支撑网及应用网。
如图2.4所示。
智能网、语音信息服务平台、电子邮件、多媒体信息服务平台等
电信管理网、
同步网、
信令网、
电
话
网
移动网
数据网
I
S
D
N
B
-
I
S
D
N
传输网
接入网
电信业务网包括基本业务网和补充业务网。
基本业务网包括以提供话音通信为主的PSTN；提供数据通信业务的PSPDN、DDN及帧中继FR；提供语音、数据、图象等综合业务的传输与交换的N-ISDN；提供语音、数据、图象和动画等信息的高速传输与交换的B-ISDN。
补充业务网IN是在原有通信网络基础上为快速提供新业务而设置的附加网络结构，智能业务是对基本电信业务的补充。
电信支撑网本身不提供业务，是为了保证全网作为一个整体经济、高效、安全、可靠地运行，为用户提供最优服务而建设的网络。
包括信令网、同步网、电信管理网。
公共业务平台为所有业务网提供语音、数据、多媒体等信息服务。
作为电信业务的补充，为所有的电信业务网服务。
传送网包括接入网和传输网两大部分。
接入网指从交换局到用户住宅之间的网路。
传输网指在交换设备之间传送信息的设备与线路所构成的网络。
各种电信业务网都需要传输网来提供全程传输质量优良的传输电路，因此传输网内提供的各种传输电路是各种电信业务网的基础。
第二节主要电信业务网介绍
2.2.1传统电话网—公众交换电话网PSTN
电话网PSTN由电话交换设备、传输链路、电话机等设备组成，主要用于语音通信。
交换技术经历了从人工交换到机电交换到程控数字交换三个阶段。
传输也经历了从模拟传输到数字传输的一个发展过程。
电话用户的接入，目前存在模拟用户接入和数字用户接入两种方式。
我们把采用数字交换、数字传输和模拟接入的电话网称为综合数字网（IDN）。
在采用机电式模拟交换机的电话网中，用户只能应用拨号脉冲话机，以不同的脉冲个数代表用户所拨的不同号码。
采用了程控数字交换机后，用户可使用脉冲话机，也可使用双音多频话机。
双音多频话机有12个按键，除“0-9”外，还有“*”和“#”，这两个按键在一般拨号时不用，但在应用某些特殊新业务时将很有用处。
采用程控数字交换机，还能提供长途直拨性能。
在提供国际国内直拨性能时，一般还对是否有权拨打设定几个等级，如国际有权，国内有权，郊县有权和市内有权等。
PSTN是世界上规模最大，覆盖最广的电信业务网，它将在全世界范围内继续长期存在和发展。
它丰富的网络资源有力地支持了其他电信业务的发展，并将与其他电信业务网长期并存与互通。
2.2.2综合业务数字网ISDN
综合业务数字网是以综合数字网（IDN）为基础发展而成的通信网，它能提供端到端的数字连接，用来承载包括话音和非话音在内的多种电信业务，用户能够通过有限的一组标准多用途用户/网络接口接入这个网络。
ISDN有两个显著的特点：
（一）使用一对传统的电话线最多可以接8个终端入网，并允许同时3个终端进行通信。
（二）能够为用户提供端到端的数字连接，各种数字终端设备不需要经过调制解调器就可以入网。
为了将不同ISDN的终端，如数字话机、传真机、数据终端、PC机、PABX等接入ISDN，以提供多种多样的电信业务，CCITT规定了ISDN用户-网络接口和服务接入点，以便使各种电信业务都能够接入ISDN网络。
ISDN用户-网络接口和业务接入点配置如图2.7所示。
图中：
TE1是ISDN标准终端，符合ISDN用户-网络接口协议，具有用户终端业务的第1~7层接口功能，接入点为③。
TE2是ISDN非标准终端，不符合ISDN接口标准的用户设备，具有不同的接口，接入点为⑤。
TA是终端适配器，能够将非ISDN终端适配为ISDN终端，接入点为④。
它是X系列、V系列通信终端通过TA使用ISDN承载业务的接入点。
NT1和NT2是网络终端，接入点为①和②，它们是承载业务的接入点。
NT1功能可等效于OSI参考模型的物理层，是用户传输线路终端装置。
NT2既包括物理层功能，又包含高层的业务功能，相当于用户内部的网络设施，例如用户交换机和具有ISDN接口的局域网。
图中R，S和T为参考点。
用户-网络接口的参考配置是一种抽象化的安排，而实际配置的某些或全部功能组合在一个设备中实现时，某个参考点将会消失。
例如，若将NT2和NT1组合在一个设备中实现，此时T参考点在物理上将不复存在；若将TA和NT2组合在一起来实现，这时S参考点在物理上将不复存在。
用户-网络接口的标准化仅是对参考点S和T的特性进行标准化。
这样既可以使各种设备通过标准接口互相连接，也可以避免对设备各方面的不必要的限制，有利于用户根据实际需要和具体条件采取最佳接入配置。
2.2.3同步网
一、网同步的必要性
在由数字交换局、数字传输设备等组成的数字通信网中，为提高数字信号传输整体性，必须对这些数字设备中的时钟频率和相位统一协调，保持一致。
数字交换机中的时钟有两个作用：
第一，接收从其它交换机来的数码信息流，使接收信息流的帧与本交换机的基准帧保持同步。
第二，通过交换机的程序控制本机的数字交换网络进行时隙交换。
所谓网同步就是通过适当的措施使全网的数字设备工作于相同的时钟频率和相位。
如果时钟频率和相位不一致，交换机就不能正常工作。
如本地接收时钟低于输入时钟频率，其结果是产生码元丢失，相反若本地时钟频率高于输入时钟频率时，就会产生码元重复，这就叫滑码。
网同步的主要任务，就是保证数字网中各交换机的时钟在一定的容限内，满足滑动指标；在数字交换机的输入端设置缓冲器，以补偿时延变化。
二、我国数字同步网采用的同步方式
根据国标GB12048-89数字网内时钟和同步设备的进网要求，我国数字同步网采用主从同步方式，按照时钟的性能，我国同步网划分为四级。
如表一：
表一：
第一级
基准时钟
长途网
第
二
级
A类
一级和二级长途交换中心、国际局的局内综合定时供给设备时钟和交换设备时钟
在大城市内有多个长途交换中心时，应按照它们在网中的等级相应地设置时钟
B类
三级和四级长途交换中心的局内综合定时供给设备时钟和交换设备时钟
本地网
第三级
汇接局时钟和端局的局内综合定时供给设备时钟和交换设备时钟
第四级
远端模块、数字用户交换设备、数字终端设备时钟
注：
（1）一级和二级长途交换中心的局内综合定时供给设备的主时钟采用受控铷钟，根据需要可配以GPS或Loran-C。
（2）三级和四级长途交换中心的局内综合定时供给设备的主时钟采用高稳晶体时钟，需要时也可采用受控铷钟。
（3）端局内的局内定时供给设备的主时钟采用高稳晶体时钟。
（4）若本地网中的汇接局疏通本汇接区的长途话务时，该汇接局时钟等级为二级B类。
同步网的基本功能是准确地将同步信息从基准时钟向同步网的各下级或同级节点传递，从而建立并保持同步。
目前，我国暂时使用由单个基准时钟控制的全国同步网，采用分级主从同步方式，今后将逐步向分布式的多个基准时钟控制的全同步网过渡。
国际通信采用准同步方式。
第三节电话网的等级结构及网络组织
2.3.1.电话网的等级结构
网络等级是对网中各个交换中心的一种安排。
在有级网中，它为每个交换中心分配一个等级；除了最高等级的交换中心以外，每个交换中心必须连接到比它等级高的交换中心。
本地交换中心位于较低等级，而转接交换中心和长途交换中心位于较高等级。
我国电话网的等级结构已由原来的五级结构逐步演变为三级，长途电话网也完成了由四级网向二级网过渡。
长途电话二级网的等级结构及网路组织如图2.8所示。
全网演变为三级时，两端局之间最大的串接电路段数为5段，串接交换中心数最多为6个，如图2.9所示。
2.3.2.长途交换中心的等级划分及职能
国内长途交换中心分为两个等级，其中汇接全省转接（含终端）长途话务的交换中心为省级中心，用DC1表示；汇接本地网长途终端话务的交换中心用DC2表示。
一、一级交换中心（DC1）
一级交换中心（DC1）为省（自治区、直辖市）长途交换中心，其职能主要是汇接所在省（自治区、直辖市）的省际长途来去话务和一级交换中心所在本地网的长途终端话务。
DC1之间以基干路由网状相连。
地（市）本地网的DC2与本省（自治区）所属的DC1均以基干路由相连。
二、二级交换中心（DC2）
二级交换中心（DC2）是长途网的长途终端交换中心，其职能主要是汇接所在本地网的长途终端话务。
根据话务流量流向，二级交换中心也可以与非从属一级交换中心DC1建立直达电路群。
第四节电话网的编号方式
2.4.1拨号方式
一、本地呼叫
在同一本地电话网范围内，用户之间相互呼叫时拨统一的本地用户号码。
如呼叫电话网的用户，则拨该用户的号码，例如PQRABCD（以7位为例）；如呼叫移动网的用户，则拨移动网网号+移动网用户号码，例如拨打中国移动139网用户，则拨139H0H1H2H3ABCD。
二、长途呼叫
长途呼叫，即不同本地电话网用户的呼叫。
如呼叫电话网的用户，则需在本地电话号码前加拨长途字冠“0”和长途区号，即0+长途区号+本地电话号码；如呼叫移动网的用户，则拨0+移动网网号+移动网用户号码。
三、国际呼叫
国际自动拨号程序为：
00+I1I2+被叫国的国内有效号码。
其中I1I2为国家号码（以两位国家号码为例）
2.4.2第一位号码的分配
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