1、2019年10月1日,1/55,控制系统的结构呼叫处理能力程控数字交换机软件程序的执行管理,第4章 控制系统的结构与程序管理,2019年10月1日,2/55,概述,一台交换机通常由交换网络、接口、控制系统三部分组成。 交换网络的任务是实现各入线与出线上信号的传递或接续； 接口的作用是将来自不同终端(如电话机、计算机等)或其它交换机的各种传输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传送给控制系统，将消息传送给交换网络； 控制系统则负责控制完成包括主叫用户摘机；接收与分折被叫用户电话号码；选择接通与拆除主叫、被叫用户的通话路由；向用户发送各种信号等控制任务，协调整个交换机的工作
2、。,2019年10月1日,3/55,4. 1 控制系统的结构,交换机控制系统的结构方式：集中控制、分散控制 多处理机结构：按功能分担、按话务分担、备用工作（冷备用、热备用）备用方式：同步方式、互助方式、主/备方式处理机间的通信方式：通过PCM信道进行通信:TS16信道，无需额外硬件，开销小，容量较小,2019年10月1日,4/55,4. 1 控制系统的结构,控制部分是程控交换机的核心，基主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储和各种命令，以控制相应硬件实现交换及管理功能。 程控交换机控制设备的主体是微处理器，通常按基本配置与控制工作方式的不同，可分为集中控制和分散控制两类。为了更好
3、的适应软硬件模块化的要求，提高处理能力及增强系统的灵活性与可靠性，目前程控交换系统的分散控制程度日趋提高，已广泛采用部分或完全分布式控制方式,2019年10月1日,5/55,4. 1 控制系统的结构,控制系统由硬件与软件两部分组成。 存储程序控制系统由中央处理器单元（CPU）、程序和数据存储器（RAM）、动态数据存储器（ROM）和连接到接口（用户接口、中继接口、维护接口）系统和话路系统交换网络的若干输入/输出（I/O）单元组成。1.CPU是系统的控制核心，它按照预定的程序进行各种信息的输入、输出、分折、运算和处理； 2.RAM用于存储处理程序和永久性数据如：系统配置、电话号码及路由设置等； 3
4、.ROM用于存储实时变化的数据,如：线路忙闲状态，呼叫进行情况等； 4.I/O单元作为控制系统接口有串口与并口之分；用于维护终端、计费终端和交换机之间的接口一般是串行的；而一般信令I/O及接续控制I/O是并行的。见P64-Fig.5-1,2019年10月1日,6/55,集中控制,程控交换机中只配备一对处理机(称中央处理机)，该交换机的全部控制工作都由中央处理机来承担，这种控制方式称为集中控制方式，早期的空分交换机多采用这种控制方式。,2019年10月1日,7/55,集中控制,优点： 处理机掌握整个系统的状态，可访问所有资源； 改变功能一般在软件进行，较方便。 缺点： 软件须包含不同特性的功能，
5、庞大，不便管理； 系统较脆弱，一旦故障会造成全局瘫痪。,2019年10月1日,8/55,双机集中控制,双机系统: 主备用方式 冷备用 热备用或同步工作方式 负荷分担式,2019年10月1日,9/55,双机集中控制-主备用,主处理机负责整个交换机呼叫处理和资源管理，故障时倒换到备用机。结构简单，但倒换时会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。,处理机都处于工作态，都接收当前的资源状态和呼叫请求，但只一个有效发布控制命令。控制结构较复杂，但一般不会丢失当前的呼叫处理和已建立的连接。,2019年10月1日,10/55,双机集中控制-负荷分担,2019年10月1日,11/55,分散控制,用于控制的每台处理
6、机只能访问部分资源或控制部分功能。 按照其在管理任务中的关系，又可分为单级多机系统和多级多机系统和分布式控制。,2019年10月1日,12/55,单级多机控制方式,2019年10月1日,13/55,多级多机处理机系统,2019年10月1日,14/55,分布式控制,分布式控制 每个功能板均配置单片机和处理程序，构成完整的基础模块，通过相互通信对消息加工，协调完成所承担的功能或作用。 结构类似单级多机系统。 优点 标准组件化，设计和编程规整，易组成更大容量、更复杂功能系统； 方便引入新技术、新元件，系统持续发展性好； 可靠性高，故障只影响局部。,2019年10月1日,15/55,4.2 呼叫处理能
7、力和可靠性,评价一台程控交换机的性能一般有两个基本参数： 单位时间控制设备能处理的呼叫数，用忙时呼叫次数（BHCA）来衡量; 电话通信应具有不间断性，因此要求交换机控制设备具有一定的可靠性。一般而言，交换网络的阻塞率很低，能通过的话务量较大，因此交换机的话务能力受控制设备呼叫处理能力的限制。,2019年10月1日,16/55,4.2.1 呼叫处理能力分析,BHCA（忙时试呼次数）计算公式 系统开销：处理机时间资源的占用率 固有开销：与呼叫处理次数（话务量）无关的系统开销 非固有开销：与呼叫处理次数有关的系统开销。 单位时间内处理机用于呼叫处理的时间开销为：t=a+bN t：系统开销 a：固有开
8、销 b：处理一次呼叫的平均开销（非固有开销） N：单位时间内所处理的呼叫总数，即处理能力值（BHCA）,2019年10月1日,17/55,例：某处理机忙时用于呼叫处理的时间开销平均为0.85，固有开销a=0.29，处理一个呼叫平均需时32ms，求其BHCA为多少？ 解: 0.85=0.29+（32X10-3/3600）X NBHCA: N=63000次/小时,BHCA （Busy Hour Call Attempts）,2019年10月1日,18/55,4.2.2 处理机的可靠性,描述系统、设备、部件等在时间方面的稳定性程度或性质，理解为系统、设备、部件的可靠性(可用性)，它的反面是不可用性。
9、可用性(Availability)用A表示不可用性(Unavailability)用U表示： A =MTBF/（MTBF+MTTR） 其中，MTTR是平均修复时间MTBF是平均故障间隔时间。 U = 1 - A = MTTR/（MTBF+MTTR） MTTR/MTBF (因为通常MTBFMTTR),2019年10月1日,19/55,4.2.2 处理机的可靠性,考虑单处理器和双处理器情况: 单处理机：U S MTTR/MTBF 双处理器: U D 2MTTR2 /MTBF2 【例】 设某处理机的MTBF=1000小时，MTTR=2小时，试计算单处理机和双处理机配置时的不可用性。 解： U s M
10、TTR/MTBF = 2/1000 = 210 -3 即 20 年中有 350 小时故障。 U D 2MTTR2/MTBF2=2*22/10002 = 810 -6 即 20 年中有 1.4 小时故障。,2019年10月1日,20/55,4.2.2 处理机的可靠性,失效率和平均故障间隔时间： 失效率：单位时间内出现的失效次数，记作。 平均故障间隔时间：MTBF=1/ 修复率和平均故障修复时间： 修复率：单位时间内修复的故障数，记作。 平均故障修复时间：MTTR=1/ 可用度和不可用度： 可用度：A= /(+ ) 不可用度：U=1-A=/(+ ),2019年10月1日,21/55,4.3 程控数
11、字交换机软件,交换软件组成 程序设计语言,2019年10月1日,22/55,概述,存储程序控制交换机(程控交换机)是指将交换机的控制功能先按一定的逻辑要求设计成软件形式，存放在计算机(存储器)中，然后由这台计算机来控制交换机的各项工作。即把各种控制功能、步骤、方法编成程序，放入存储器，利用存储器所存储的程序控制整个交换机的工作。整个交换机要在全部硬件设备(包括计算机)与交换软件的配合下才能工作。若要改变交换机功能，增加交换机的新业务，只需要修改程序就可实现。,2019年10月1日,23/55,程控交换机的优越性,技术上的优越性 能提供许多新的用户服务性能；如转移呼叫 维护管理方便，可靠性高；具
12、备故障诊断程序 灵活性大；如需增加新业务，只需改变软件 便于向综合业务数字网方向发展 有可能采用公共信道信号系统 便于利用电子器件的最新成果，使整机技术的先进性得到发挥,2019年10月1日,24/55,程控交换机的优越性,经济上的优越性 交换设备方面：体积、重量轻、耗电省、集成化 线路设备方面：远端用户模块 维护和生产方面：制造工艺简单、故障诊断自动化服务性能 给一般用户的服务 基本业务 补充业务 给各种用户交换机用户的服务：内部拨小号、外线加“0” 在管理和维护上的新业务 计费打印 自动故障诊断 自动设备检测,2019年10月1日,25/55,4.3.1交换软件的组成,程序,运行程序,支援
13、程序,系统软件,应用软件,呼叫处理,维护管理,设计子系统,测试子系统,OAM：Operations, Administraion and Maintenance,生成子系统,维护子系统,交换软件,数据,2019年10月1日,26/55,程控交换机数据,系统数据：各交换系统共有的数据，不随交换局及环境而变，为交换机设计人员使用。 控制部件结构 交换网络控制方式 电源供电方式 局数据：用于描述交换局的类型、容量、状态及配置等数据。如：局号码、中继电路数、路由方向等。 用户数据：反映用户属性如：电话号码、用户类别、话机类别、接口位置或物理地址及服务功能等。局数据及用户数据由系统维护或管理人员定义或修
14、改,2019年10月1日,27/55,支援程序软件,设计子系统 源文件的生成和程序的编译程序 连接编辑程序 调试程序测试子系统 交换网规划程序 话局工程设计程序 装机工程设计程序 安装测试程序,生成子系统 局数据生成程序 用户数据生成程序 交换机程序的组合维护子系统 资料的搜集和分析 交换局资料的更改 资料的编辑和输出,2019年10月1日,28/55,呼叫处理程序负责所有呼叫请求的接续电路建立、监视与释放处理，支持常规业务和各种新业务。,系统资源参数、端口性能参数、运行状态数据以及其他表格数据等。数据库管理系统负责提供存取数据的操作机制。,系统程序，采用实时操作系统，是应用程序与硬件间的接口
15、，功能是任务调度、定时管理、进程间通信、处理机间通信、系统保障和恢复功能。,运行程序软件,维护和管理系统运行中资源分配和释放、参数存取、统计话务量、计费、发现和排除故障等。,2019年10月1日,29/55,4.3.2 程序设计语言,SDL语言: 用于系统设计阶段，描述功能块的进程、动作过程、状态变化、过程转移等。 MML语言: 用于系统维护，多采用图形化的图形界面语言。 处理过程的编程语言: 采用汇编语言、 CHILL 、 C/C+等语言。 汇编语言，效率高，但可移植性差。 CHILL语言，推荐的标准语言，困难是编译环境。 C/C+语言，居中，编译环境容易，可移植，较普遍。,2019年10月
16、1日,30/55,4.3.2 程序设计语言,2019年10月1日,31/55,4.4 程序的执行管理,程控交换系统是一个实时控制系统，因此它的操作系统具有实时操作系统的特点。此外，由于在程控交换系统中常常采用多处理机系统，它的结构有计算机局域网的特点，因此其操作系统还具有网络操作系统的功能。对于全分散控制的交换系统来说，其操作系统也具有分布式操作系统的特点。,2019年10月1日,32/55,4.4 程序的执行管理,交换软件的特点程控交换机的特点是业务量大，实时性和可靠性要求高；因此对运行软件也要求有较高的实时效率，能处理大量的呼叫，而且必须保证通信业务的不间断性。程控交换软件的基本特点是：实
17、时性强，具有并发性，适应性强，可靠性和可维护性要求高。,2019年10月1日,33/55,交换软件的基本特点,实时性强 能及时收集外部状态变化，规定时间内须做出适当反应，否则会丢失信息甚至导致操作失败。 并发性和多道程序运行 系统为多用户服务，各用户状态存在差异，同一时间可能执行多道程序，处理多项任务； 各种不同的状态及不同的状态转移，需多个不同的程序进行处理； 程序可处于激活、等待、挂起状态，任何时刻只一道程序投入CPU运行。,2019年10月1日,34/55,交换软件的基本特点,可靠性要求高 可靠性是一重要指标：如99.98的正确呼叫处理及40年内系统中断运行时间不超过两小时。 关键设备采
18、用冗余配置； 采用各种措施及时发现错误和纠正错误。能方便地适应各种使用条件 必须在规模、功能和运行环境方面适应不同需求； 软件维护内容 改正性维护：排除设计错误。 适应性维护：软件升级；局数据修改等。 完善性维护：扩充软件功能。 为此，操作系统需能将各程序进行级别划分和调度,2019年10月1日,35/55,程序的级别划分和调度,交换机程序的特点是并发性和实时性强，存在多道被激活的作业，须在规定时间内作出响应。 调度程序，根据实时性要求将各处理程序划分为不同的优先级，并按其高低顺序调度相关程序在处理机上执行。 控制程序通常按任务紧急性和实时性的要求不同划分为故障级、时钟级和基本级三个等级。,2
19、019年10月1日,36/55,任务的分级,故障级：负责故障识别和紧急处理等功能，具有最高优先级。 周期级（时钟级）：由时钟中断按周期性启动的任务。 基本级：由队列启动的、实时性要求较低的任务。,2019年10月1日,37/55,故障级,周期级,基本级,暂停,时钟中断,时钟中断,时钟中断,时钟中断,8ms,任务的分级,不同任务级别程序执行情况示例,2019年10月1日,38/55,故障级,任何故障都将严重影响系统的服务质量，且故障随时发生，必须能及时发现和处理故障，保证系统处于高可用状态。 故障处理程序级别最高，常采用不可屏蔽中断方式激活处理程序，即其它不可打扰其执行。 任何时刻发生故障时，都
20、直接向处理机发出不可屏蔽中断请求，处理机完整处理一条指令后应马上响应该中断请求。,2019年10月1日,39/55,时钟级,时钟级程序特征 处理实时性较高并按周期执行的任务。 可有不同的执行周期。 只发现事件，不直接处理事件。 将事件及参数按优先级排队，由调度程序调度执行。 时钟级调度程序工作方式 由硬时钟中断方式启动，隔4ms/8ms激活中断服务程序一次。 中断服务程序先保护断点，后按调度表调度执行程序。 本时段任务执行完，自动返回先前断点执行。 可被故障级打断，但不能中断故障级程序。 调度程序功能，按时钟级进程周期要求，确定调度哪些程序运行。,2019年10月1日,40/55,时钟级调度的
21、实现方式 时钟级调度程序的任务：确定本次时钟中断时应调度哪些时钟级程序运行。 -它以一种时钟中断为时基，采用时间表为调度依据。 实现方式： 时间计数器（时基） 屏蔽表 时间表 功能程序入口地址表,时钟级,2019年10月1日,41/55,为了灵活，利用屏蔽表可将不必执行的任务屏蔽掉。,用来调度需执行的程序，每列对应一个程序，每行对应一个时钟中断周期。1表示该时钟周期要执行的列号对应的处理程序，0表示不执行。,时钟级 时间表调度方式,每次时钟中断时，时间计数器加1，值用作时间表的行指针，计数器以时间表的行数为模进行循环计数。,2019年10月1日,42/55,周期级程序： 脉冲信号识别程序，周期
22、为8ms； 测试用脉冲信号识别程序，周期为8ms； DTMF信号识别程序，周期为16ms； 位间隔识别程序，周期为96ms； 用户群扫描程序，周期为96ms； 中继器扫描程序，周期为96ms； 时间计数器清零，周期为96ms。,2019年10月1日,43/55,2019年10月1日,44/55,周期级程序的工作过程,每8ms中断时，时间计数器加1首先读取时间计数器的值；以时间计数器的值为指针，读取时间表的一行内容；如果时间计数器的值已为最大值，应清零；若未达到最大值，则加1；将时间表中读出的内容与屏蔽表内容进行逻辑乘，逻辑乘结果中“1”的位置即指出了当前时钟周期应执行的程序；寻找逻辑乘结果中最
23、右边的“1”，设0位等于1，转向脉冲信号识别程序，执行后返回时间表； 检查时间表的1位、2位，并转向执行其值为“1”的相应程序；把所有位均检查完，并执行完相应程序以后，表明这8ms周期中已执行完周期级程序，可以转向执行基本级程序；在最后一行(TB)的最后一位上，将时间计数器清零，以便在下一个8ms周期从新开始。,2019年10月1日,45/55,例,某时间表有24个单元，字长为10，基本周期为8ms，问： （1）该时间表可实现多少任务的调度； （2）可以实现多少种执行周期； （3）若按键号码的识别程序周期为16ms，该如何在时间表中设置？,2019年10月1日,46/55,在时间表中，某列两次
24、为1的行间距数表示该时钟级程序的执行周期。 一张时间表所能调度的最大程序数等于其列数，它由字宽决定，行数则由计数器的最大值确定。 时间表调度，所有周期程序具有严格的周期性要求。,时钟级,2019年10月1日,47/55,2019年10月1日,48/55,基本级,基本级程序主要对时钟程序发现的外部事件分析处理，大部分在运行时构成进程，也称作进程级。 进程级程序可按其完成任务需求分成不同的优先级。呼叫处理程序优先级较高，维护和管理进程优先级较低。 进程级程序由任务调度程序调度执行。,2019年10月1日,49/55,进程调度,从就绪队列中挑选一个进程投到处理机上运行。可采用先来先服务、时间片轮换和
25、分级调度等方法。 先来先服务方法 按照就绪进程顺序选择进程占用处理机，适合小而不太复杂的处理。 时间片轮换法 服从FIFO原则，但对每进程规定一个时间片，时间片内未执行完则必须腾出处理机给下一进程。 分级调度方法 将就绪进程按优先级分成多个等级，建立多个就绪队列。调度时，先从高优先级就绪队列中选取，当高优先级空时才从次优先级就绪队列选取进程投入运行。,2019年10月1日,50/55,基本级调度管理程序图,BQ: Basic Queue,2019年10月1日,51/55,进程的概念,进程是操作系统中的概念，是指并发程序的执行过程，也称为“任务”或“活动”，是系统分配资源的基本单位。 程序是静态
26、的概念，指令的有序集合；进程是动态的概念，强调执行过程，可动态创建，调度执行后消亡。一个程序可为多个进程共享，而一个进程也可以顺序执行多个程序。 作业是要求处理机所做处理工作的集合，是执行任务实体。作业需经四个阶段：提交、收容、执行和完成。 进程由程序、数据和进程控制块组成。程序和数据说明具体的行为模式，进程控制块描述进程执行情况，进程控制块随进程的创建而建立，随进程的消灭而撤销。,2019年10月1日,52/55,进程的状态及其转换,准备占用处理机，只要分配处理机资源即可投入运行。,正占用处理机，对于单CPU结构，任何时刻处于运行状态的进程只有一个。,等待某种事件或信号产生后才可进入就绪状态
27、。,2019年10月1日,53/55,进程控制块,进程控制块（PCB），存放控制信息包括四类信息 标识信息：标识一个进程，如进程名、进程号码等。 说明信息：说明进程情况，如状态、等待原因、存放位置、数据位置等。 现场信息：运行时的内容，如寄存器、状态字等。 资源信息：占用的存储器、外设资源和连接信息等。 进程有生命期，从创建到消亡。创建是指为一程序分配工作区和建立PCB；PCB记录执行情况，操作系统依PCB控制和管理进程；完成任务后收回工作区和撤销PCB，进程消亡。,2019年10月1日,54/55,总结,控制系统结构 集中控制方式 冷备用方式 热备用方式 分散控制方式 呼叫处理能力分析：BHCA,A,U 程控交换的软件系统 交换软件组成 程序设计语言：SDL、MML 程序的执行管理,2019年10月1日,55/55,习题,1、3、4、6、11、12、13、15、18、19,
