程控与数据交换技术S第4章程控数字交换机的硬件系统.ppt

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1、程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统-程控数字交换机的硬件系统程控数字交换机的硬件系统信息科学与工程学院信息科学与工程学院 通信工程教研室通信工程教研室穆欣侃穆欣侃程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构 典型的电路交换系统是电话交换系统。本课程以数字程控电话交换机为例，说明电路交换机的组成。电路交换机的总体结构包括硬件和软件两部分。本章主要介绍电路交换机的硬件结构。其硬件结构分为话路子系统和控制子系统。话路子系统主要由用户模块、远端用户模块、数字中继模块、模拟中继模块信令部件和数字交换网络（选组级）组成。控制部分完成对话路设备的控制功能，由各种计算机系

2、统组成，采用存储程序控制方式。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构话路子系统中除数字交换网络其他的主要设备统称为接口电路。接口接口的作用是将来自不同终端(电话机、计算机等)或其它交换机的各种信号转换成统一的交换机内部工作信号，并按信号的性质分别将信令送给控制系统，将业务消息送给交换网络。数字交换网络数字交换网络的任务是实现各入、出线上信号的传递或接续。控制子系统控制子系统对话路子系统进行控制，如监视用户线和中继线的状态，处理用户或其它交换局发送的信令，按信令要求控制交换网络接续，

3、通过接口发送信令，协调交换机工作等。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构4.1.1 话路子系统话路子系统1模拟用户接口模拟用户接口模拟用户接口是数字程控交换机连接模拟用户线的接口电路。模拟用户的传输线路为二线模拟线，终端和交换机之间采用直流环路信令方式。终端向数字交换网络传送话音信号、音频数据和双音多频信号，交换机向模拟话机提供直流馈电和振铃信号，并完成测量等功能。每一个模拟用户均要经模拟用户接口电路连接交换网络，因此这种接口电路占的比例最大。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构BORSCHT功能的用户电路程控与数

4、据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构BORSCHT的含义如下：B(Battery feed)：馈电。所有连接在交换机上的终端，均由交换机馈电。程控交换机的馈电电压一般为-48 V。通话时馈电电流在20100 mA之间。馈电方式有恒压馈电和恒流馈电两种。O(Over-voltage)：过压保护。程控交换机内有大量的集成电路，为保护这些元器件免受从用户线进来的高电压、过电流的袭击，一般采用二级保护措施。第一级保护是在用户线入局的配线架上安装保安器，主要用来防止雷电。但由于保安器在雷电袭击时仍可能有上百伏的电压输出，对交换机内的集成元器件仍会产生致命的损伤，因此，在模

5、拟用户接口电路中一般还要完成第二级过压保护和过流保护。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构R(Ring)：振铃。振铃信号送向被叫用户，用于通知被叫有呼叫进入。向用户振铃的铃流电压一般较高。我国规定的标准是用7515 V、25 Hz交流电压作为铃流电压，向用户提供的振铃节奏规定为l s通，4 s断。高电压是不允许从交换网络中通过的，因此，铃流电压一般通过继电器或高压集成电子开关单独向用户话机提供，并由微处理机控制铃流开关的通断。此外，当被叫用户一摘机，交换机就能立刻检测到用户直流环路电流的变化，继而进行截铃和通话接续处理。程控与数据交换-程控数字交换机的硬

6、件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构S(Supervision)：监视。用户话机的摘/挂机状态和拨号脉冲数字的检测，是通过微处理机监视用户线上直流环路电流的有、无状态来实现的。用户挂机空闲时，直流环路断开，馈电电流为零；反之，用户摘机后，直流环路接通，馈电电流在20 mA以上。对于脉冲话机，拨号时所发出的脉冲通断次数及通断间隔，也以用户直流环路的通断来表示。微处理机通过检测直流环路的这种状态变化，就可以识别用户所发出的脉冲拨号数字。这种收号方式主要由软件程序实现，称为软收号器。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构对于双音多频DTMF(Dual-to

7、ne Multi Frequency)话机，用户所拨号码以双音多频信号形式出现在线路上，交换机内要有专用收号器对号码进行接收和识别。专用收号器也叫“硬收号器”。C(Codec)：编译码。数字交换机只能对数字信号进行交换处理，而话音信号是模拟信号，因此，在模拟用户电路中需要用编码器把模拟话音信号转换成数字话音信号，然后送到交换网络进行交换。反之，通过解码器把从交换网络输出的数字话音转换成模拟话音送给用户。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构H(Hybrid)：混合电路。数字交换网络完成4线交换(接收和发送各1对线)，而用户传输线路上用2线双向传送信号。因此

8、，在用户话机和编/解码器之间应进行2/4线转换，以把2线双向信号转换成收、发分开的4线单向信号，而相反方向需进行4/2线转换；同时可根据每一用户线路阻抗的大小调节平衡网络，达到最佳平衡效果。这就是混合电路的功能。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构T(Test)：测试。交换机运行过程中，用户线路、用户终端和用户接口电路可能发生混线、断线、接地、与电力线相碰、元器件损坏等各种故障，因此需要对内部电路和外部线路进行周期巡回自动测试或指定测试。测试工作可由外接的测试设备来完成，也可利用交换机的软件测试程序进行自动测试。测试是通过测试继电器或电子开关为用户接口电

9、路或外部用户线提供的测试接入口而实现的。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构2用户级用户级用户级是用户集线器LC(Line Concentration)的简称，它完成话务集中的功能。一群用户经用户级集中后以较少的链路接至交换网络，以提高交换网络的利用率。集中比一般为2l8l。用户级和用户接口电路还可以设置在远端，常称为远端模块，远端用户级与母局之间用数字链路连接，链路数与远端用户级的容量及业务量大小有关。远端模块的设置带来了组网的灵活性，节省了用户线的投资。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构3数字用户接口数字用户

10、接口 连接用户终端且环线采用数字传输的交换机接口称为数字用户接口。已标准化的数字用户接口有基本速率接口BRI(Basic Rate Interface)和基群速率接口PRI(Primary Rate Interface)。这两个接口的传输帧结构分别为2BD和30BD，线路速率分别为192 kb/s和2.048 Mb/s。其中，“B”是64 kb/s的业务信道，“D”是信令信道，在BRI中D是16 kb/s，在PRI中D是64 kb/s。数字用户接口也应具有与模拟用户接口类似的过压保护、馈电和测试等功能结构。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构程控与数据交

11、换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构4模拟中继接口模拟中继接口 模拟中继AT(Analog Trunk)接口是数字交换机为适应局间模拟环境而设置的接口电路，用来连接模拟中继线。模拟中继接口具有测试、过压保护、线路信令监视和配合、编/译码等功能。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构5数字中继接口数字中继接口 数字中继DT(Digital Trunk)接口是数字交换系统与数字中继线之间的接口电路，可适配PCM一次群或高次群的数字中继线。数字中继具有码型变换、时钟提取、帧同步和复帧同步、帧定位、信令插入和提取、告警检测等功能。它能适

12、应PCM30/32路系统，又能适应PCM24路系统；既能适应一次群，又能适应高次群。基群接口通常使用双绞线或同轴电缆传输信号，而高次群接口逐步采用光缆传输方式。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构6信令设备信令设备程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构对于随路信令CAS(Channel Associated Signaling)系统，信令有监视信令、地址信令、各种音信令和铃流。监视信令完成呼叫监视、应答等功能，它分散在用户接口和中继接口电路中

13、。其它两种信令体现在硬件结构图的信令设备中，包括各种音信号(拨号音、忙音、回铃音等)发生器、双音多频信号接收器、多频信号发送和接收器。铃流发生器单独设置，通常放在用户模块中。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构除铃流信令外，其它音信令和多频信令都是以数字形式直接进入数字交换网络，并像数字话音信号一样交换到所需端口。音信令的数字化原理和话音完全一样。如果交换局间使用公共信道信令CCS(Common Channel Signaling)，那么结构图中的信令设备主要完成7号信令第二功能级的功能，第一功能级的功能由数字中继完成，第三和第四功能级的功能由控制系统完

14、成。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构7交换网络交换网络 对电路交换而言，呼叫处理的目的是在需要通话的用户之间建立一条通路，这就是交换功能。交换功能由交换机中的交换网络实现。交换网络可在处理机的控制下建立任意两个终端之间的连接。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构在数字交换机中，每个用户都占用一个固定的时隙，用户的话音信息就装载在各个时隙之中。例如，有甲、乙两个用户，甲用户的发话信息a或受话信息都固定使用时隙1(TS1)，而乙用户的发话信

15、息b或受话信息都固定使用TS30。如果这两个用户要互相通话，则甲用户的话音信息a要在TS1时隙送至数字交换网络，而在TS30时隙将其取出送至乙用户。反过来，乙用户的话音信息b也必须在TS30时隙送至数字交换网络，而在TS1时隙从数字交换网络中取出送至甲用户。这就是话音交换，它实质上是一种时隙交换。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构4.1.2 控制子系统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集中控制集中控制早期的程控交换机都采用这种控制方式。假设某

16、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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构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。目前除小容量的程控交换机外很少使用这种方式。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件

17、系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构2分散控制分散控制 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 下图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容量分担与功能分担两种方式。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构(1)容量分担：每台处理机只承担一部分容量的呼叫处

18、理任务。例如，800门的用户交换机中，每台处理机控制200门。容量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。容量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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构2)多级处理机系统 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，

19、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。用外围处理机处理执行频繁而简单的功能，减少中央处理机的负荷；用呼叫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；用中央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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构交 换 网 络外围处理机外围处理机外围处理机外围处理机呼叫处理机呼叫处理机中央(主)处理机程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构在图所示的三级系统中，实际上采用了功能分担与容量分担相结合的方式：三级之间体

20、现了功能分担，而在外围处理机这一级采用容量分担，即每个外围处理机控制一定容量的用户线或中继线。呼叫处理机也可以采用容量分担，而负责维护和管理的主处理机一般只用一台。外围处理机又称为预处理机或区域处理机，通常使用一般微机即可。呼叫处理机和中央处理机则要求采用速度较高、功能较强的微机。有的厂家将呼叫处理机和主处理机合在一起，只分二级结构。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构3 分布式控制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（全分散）控制方式。该控制方式交换机的典型代表是S1240交换机。该交换机由数字交换网（

21、DSN）和连接到DSN上的模块组成。模块有两种类型：终端控制单元（终端模块）和辅助控制单元。所有的终端模块都有相同的布局，由终端控制单元（处理机）和终端电路两部分组成。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构数字交换网DSN是S1240交换机的核心，各个模块通过DSN相连。DSN由专用的集成电路芯片组成，由同一种类型的印刷电路板实现。S1240交换机的主要模块有：（1）模拟用户模块（ASM）（2）数字中继模块（DTM）（3）ISDN用户模块（ISM）（4）ISDN中继模块（ITM）（

22、5）服务电路模块（SCM）（6）ISDN远端用户单元接口模块（IRIM）（7）高性能公共信道信令模块（HCCM）（8）外设与装载模块（P&L）（9）时钟与信号音模块（CTM）（10）辅助控制单元模块（ACE）程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构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

23、设备，从而对原设备影响不大，甚至没有影响。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构(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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构但是，分布式控制方式目前也存在一些问题。例如：(1)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。(2)随

24、着微处理机数量的增加，存储器的总容量也会增加。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构4.1.3 双机冗余配置方式双机冗余配置方式在交换系统中，为了提高控制系统的可靠性，保证电话能够不间断的连续工作，对处理机的配置就应采取备份的方式，最简单的备份方式就是双处理机结构。双处理机结构有三种工作方式：同步双工工作方式、话务分担工作方式、主/备用工作方式。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构1 同步双工工作方式同步双工工作方式又叫微同步方式(micro-synchronization)，它由两台相同的处理机，中间加一个比较器组

25、成。两台处理机各自具有专用的存储器，其内容完全相同。两台处理机合用一个存储器（也可各自配备一个存储器，但其内容保持一致。）比较话路设备存储器处理机A处理机B程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构两台处理机中的一台作主用机，另一台作备用机。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

26、进行测试和必要的故障处理。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构同步双工工作方式的优点是对故障反应快，一旦处理机发生故障，在进行比较时，就立即发现。而且备用机是处于和主用机并行工作，一旦主用机发生故障就立即代替主用机工作，可以基本上不丢失呼叫。由于两台处理机合用一个存储器，因此软件的种类也少。这种工作方式的缺点是对偶然性故障，特别是对软件故障的处理不十分理想，有时甚至导致整个服务中断。在工作中，实际上只有一台在工作，而且要不断地进行相互比较，故效率较低。（瑞典AXE系统使用该工作方式）程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本

27、结构2 话务分担工作方式话务分担工作方式也叫“负荷分担”(Load sharing)，两台处理机各自配备一个存储器，在两台处理机之间有互相交换信息的通路和一个禁止设备。两台处理机轮流接收呼叫，各自独立地进行工作。为了防止两台处理机同时接收一个呼叫，故设有禁止设备进行调度。禁止话路设备存储器存储器处理机A处理机B程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构在正常的情况下，每台处理机负担一半的话务量。为此两台处理机的扫描时钟的相位是互相错开的。某一台处理机在扫描中发现新的呼叫，就由该机负责到底。当一台处理机发生故障时，就由另一台处理机承担全部话务量。负荷分担的主要优

28、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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构(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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字

29、交换机的硬件基本结构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。（法国E10B）程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构3 主主/备用方式备用方式在主/备用(Active-standby)方式中，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。话路设备存储器存储器处理机 A处理机 B程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数

30、字交换机的硬件基本结构冷备用方式是备用机只接通电源，不承担呼叫处理工作，处于停用状态，主用机承担全部呼叫处理工作。在主用机发生故障时，换上备用机。由于被换上的备用机没有经过校正，因而有可能丢失全部呼叫或部分呼叫。该工作方式的优点是硬件和软件简单，但由于在产生故障时对呼叫丢失较多，因此在重要的地方很少采用，一般多在用户级中采用。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构热备用方式是备用机虽不完成呼叫处理工作，但和主用机一样接收外部输入数据，备用机存储器中存储的数据和主用机存储器中存储的数据相同，这样在主/备用进行互相转换时，能够继续完成原来的呼叫处理工作，而不丢

31、失呼叫。这种工作方式的优点是转换速度快，不丢失呼叫。所以在选组级中多采用热备用的工作方式。缺点是两套处理机，包括存储器，只完成一台处理机的工作，效率低，可靠性较冷备用差一些。（AT&T公司的NO.5 ESS）程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构4.1.4 多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。程控与数据交换-程控数字交换机的

32、硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构1通过通过PCM信道进行通信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。这种通信方式不需要增加额外的硬件，软件的费用也小，但通信的信息量小，速度慢。F-150 型数字交换机就是采用这种方法通信。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构(2)通过数字交换网络的PCM信道直接传送。处理机之间的通

33、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。在S-1240交换机中使用此通信方式。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构2采用计算机网常用的通信结构采用计算机网常用的通信结构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

34、之间是通过一个共享存储器传送信息进行通信的。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构松耦合系统：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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构2)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。最简单的结构是下图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

35、公共总线上，处理机将通信信息写入存储器，在接收端可以直接从存储器读取信息。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构在大型系统中，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，如下图中，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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本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

36、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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构3)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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.1 程控数字交换机的硬件基本结构4)环形结构 在大型系统中，尤其是在分散控制

37、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。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络4.2.1 数字交换的基本原理当话音信号变成数字信号后，每个用户的话音信息就在PCM复用线上占据一个固定的时隙，在这个时隙上，周期地传递该用户的话音信息。当两个用户要互相通话时，若用导线和接点将两个用户信道直接相连，显然是不行的，因为它们的信道是时分的各自占用不同的时间，所以在时分通路里，每个时隙就是一个信道。因此两个用户要想交换信息，则只能采

38、取暂存的办法。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络例如：A用户在TS2时隙传送来时，先将其存放在一个称为话音存储器的某个单元里，等到TS31时隙到来时，将该单元的话音信息取出，送给B用户。同理，B用户的话音信息在TS31时隙发出，送到话音存储器中某个单元暂存，等到TS2时隙到来时再从该单元取出，送给A用户。这种信息交换方式只能交换数字信息，所以该网络称为数字交换网络，进行数字交换，而数字交换的实质是时隙交换。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络在数字交换网络中进行时隙交换，就要有一个能存

39、储话音信息的话音存储器和一个控制话音存储器的存储和取出的控制设备，这个控制设备就是控制存储器。时隙交换的实质是将一个话音信息由某个时隙搬移至另一个时隙。时隙交换是采用时间接线器完成的，但时间接线器的容量不大，目前所能生产的最大容量也只有2048个单元，若组成一个电话交换局显然是不够的，还必须进行空间交换，以扩大其容量。因此构成具有足够容量的数字交换网络需要时间接线器和空间接线器共同来实现。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络4.2.2 时间接线器（T型时分接线器）T接线器由话音存储器（SM Speech Memory）和控制存储（CM Control Memory）两部

40、分组成，其功能是完成“时隙交换”。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络SM是存储抽样后经编码的话音信息，由随机存取存储器RAM构成，每一单元可以存储8位信息编码。SM的容量由与其连接的输入PCM复用线上的时隙决定。例如，有512个时隙，SM就要有512个单元。已编码的话音信息周期性地写入话音存储器内，并从话音存储器内周期地读出。在话音存储器内，可以进行若干次读操作，但写操作却只能在规定的时间内进行一次。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络CM是控制话音存储器的写入或读出，也由RAM构成。它的存储单元数与话音存储器的存储单元数相等。在它的每个存储单

41、元里存放的是发话人的话音信息在话音存储器中的存放地址。通过T接线器交换后输出的信息总是滞后于输入的信息，但最大不会超过一帧时间。按照控制存储器对话音存储器的控制关系，T接线器的工作方式有两种：读出控制方式和写入控制方式。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络1.读出控制方式的T接线器如图所示，SM的写入是由定时脉冲控制顺序写入，其读出是受控制存储器的控制读出。所以读出控制方式的T接线器是顺序写入、控制读出。CM的写入是受中央处理机控制的，是控制写入；在定时脉冲控制下顺序读出。AAiASMjiWR时钟iCMjWR时钟程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网

42、络定时脉冲是在主时钟的控制下，按照一定的周期和时序发出的控制脉冲，在T接线器中定时脉冲是路时隙脉冲。在每一路时隙产生一个控制脉冲，并通过计数器发出地址码。该地址码是按时序顺序排列的，顺序周而复始的产生。T接线器的输入线的内容按照顺序写入话音存储器SM的相应单元；输出复用线某个时隙应读出话音存储器的哪个单元的内容，则由控制存储器的相应单元的内容来决定。由此可见，控制存储器的单元地址与输出时隙号相对应，其单元内写入的地址码与输入时隙号相对应。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络2.写入控制方式的T接线器如图所示，SM的写入是受控制存储器的控制，其读出在定时脉冲的控制下，顺序

43、读出。所以写入控制方式的T接线器是控制写入、顺序读出。CM的写入仍然是受中央处理机控制的，是控制写入；在定时脉冲控制下顺序读出。AAiASMjjWR时钟jCMiWR时钟程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络在CPU得知用户要求后，即向控制存储器下“写”命令，在与输入时隙相对应的单元地址里写入发话人的话音信息在话音存储器的存储地址，该地址值与其输出时隙相对应。写入控制方式的控制存储器单元地址是与输入时隙相对应，而单元内存放的地址码却与输出时隙相对应。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络在实际应用中收发语音信息需要两条话音通道，中央处理机向控制存储器同

44、时下达两条“写”命令，控制存储器写入地址后，通路即建立起来，用户可以进行通话。在整个通话期间，这种“写”命令只下达一次，所以CM的内容在整个通话期间是不变的。只有在通话结束后，中央处理机再下一次“写命令”，将其相应的单元置“0”，将通路回路拆掉。话音存储器的内容是每隔125us变换一次。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络当时分接线器只是对一条基群PCM传输线中的30个话路进行交换，称之为单端脉码交换。实际上，在交换局中要有许多端脉码进行交换，而且话音存储器的存储单元也不仅仅只有32个单元，因此它的输入端连接的PCM传输线也就不止是1条，这就是多端脉码交换。3 多端输入

45、的多端输入的T接线器接线器 多端输入的T接线器就是要在输入端连接多条PCM线，每一条PCM线称HW（High Way）。如果输入端接8条HW，T接线器的SM就应有256个存储单元。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络当有多端输入时需解决两个问题：一是这些条HW中的时隙顺序在进入T接线器时如何排列；二是这么多时隙如果仍按原来的结构排列进入T型接线器，其输入端的传输速度大大提高，对设备线路及元器件产生许多问题，因此要考虑降低速率的问题。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络1）多端脉码的排列）多端脉码的排列以8端脉码输入为例，8端脉码共有256个时隙。

46、时隙排列方式应是HW0的TS0，HW1的TS0，HW2的TS0，HW7的TS0；HW0的TS1，HW1的TS1，HW7的TS1；HW0的TS31，HW1的TS31，HW7的TS31。对应时隙分别为tS0tS255。由此可得出总的时隙号tSj与各端的时隙号TSk之间的关系是：j=k*端数+端号例如：HW1TS20对应的总时隙为tS161。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络2）降低速率）降低速率每一端的脉码传输速度是2.048Mb/s，若8端脉码输入时，其传输速度将达到16.384Mb/s，这样高的传输速率会带来许多问题，为此各厂家都采取降低速率的措施，通常多采用串/并变

47、换的办法，将串行码变成并行码，这样可以使速率降低8倍。速率的降低是以增加了传输线数为代价换来的，它使制造工艺要求大为降低，减少了辐射干扰，降低了器件的开关速度，因而也降低了造价。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络对于多端脉码输入的T接线器中完成多端脉码排列及串并变换的输入设备称为“复用器”。由移位寄存器、锁存器和选择器组成的电路来实现。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络经过串/并变换的信号由数字交换部件完成必要的交换后，还需要由并/串变换电路完成并/串转换，然后再经过PCM系统传输出

48、去。称之为“分路器”，由锁存器和移位寄存器等基本电路组合实现。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络4 T型交换网络型交换网络1）单级）单级T型数字交换网络型数字交换网络对容量不大的数字交换机，在交换网络接收侧加入复用器，在发送侧加入分路器，就可以只用时分接线器构成单T级的数字交换网络，来完成多套32路PCM之间的时隙交换。下图中有8条HW，假定输入HW1 TS3的语音A要交换到输出HW7 TS17去，交换过程是：按照前面讲的复用原理，输入HW1 TS3的语音A复用后的时隙是TS25，经T接线器交换到TS143，分路后就送到输出HW7 TS17上。程控与数据交换-程控数字

49、交换机的硬件系统4.2 数字交换网络SMA252550255143CM0HW0ATS3HW0ATS1725BTS17TS3BHW1HW2HW0AtS25BtS143HW1HW2HW7BtS25AtS143B14325143复 用 器分 路 器程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络通过多个T接线器的复接，可以扩展T接线器的容量。例如，利用16个256*256的T接线器，可以得到一个1024*1024的T接线器，如图所示。容量扩展后所需T单元的数量k的值是按照扩展倍数的平方增长。即：程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络2）T-T型二级时分交换网络型二级

50、时分交换网络要想组成一个大容量的交换网络，只靠一级T接线器是不能办到的，在实际使用中都是采取多级的交换网络。T-T型二级数字交换网络是由输出T型接线器和输入T型接线器组成。下图例中所示交换网络有8个输入T和8个输出T，每个T接线器是8端脉码输入或输出，因此本例中共由64端脉码进行交换。输入T接线器采用读出控制方式，输出T接线器采用写入控制方式。假定HW0TS1中的话音A和HW63TS31中的话音B交换。程控与数据交换-程控数字交换机的硬件系统4.2 数字交换网络ATS1HW0HW7AtS8AItS318A318TA0SMA0CMA0HW56HW63BtS255BItS32BTS31TA7SMA