1、程控数字交换与交换网 论文题目 全分散模块化程控 交换机设计方案 姓 名 学 号 学 院 电气工程学院 专业班级 2009 级通信工 目录题目.3摘要.3.关键字.31 绪论.42 程控交换机的发展及分类5 2.1 程控交换技术的发展5 2.1.1 程控交换机中话路网的发展5 2.1.2 程控交换机中控制方式的发展5 2.1.3 程序软件的发展.5 2.1.4 接入业务的发展.5 2.2 程控交换机的优点.5 2.2.1 用户方面.6 2.2.2 电话局方面.6 2.2.3 通信网方面.6 2.3 程控交换机的分类.6 2.3.1 按交换网络接续方式来分类6 2.3.2 按控制方式分类.7 2
2、.4 程控交换机的基本组成.8 2.4.1 程控交换机的硬件基本结构8 2.4.2 程控交换机的软件基本结构.93 设 计 交 换 机 系 统 结 构 及 系 统 原 理 介绍.9 3.1 交换机系统结构.9 3.1.1 模块化结构.9 3.1.2 全分散控制方式.10 3.2 三层交换.10 3.2.1 第三层交换的特点 .11 3.2.2 第三层交换机的应用 11 3.3 设计模块化的交换机硬件结构114 交换机的基本构成.12 4.1 交 换 网络.12 4.2 用户电路.12 4.3 出入中继器.12 4.4 控制设备.135 设计交换机各组成模块及其功能.13 5.1 处理器模块.1
3、3 5.2 交换模块.146 设计交换机各组成模块之间的通信.147 设计全开放的后台维护、管理系统.14 7.1 操作维护系统.14 7.2 诊断测试系统.16 7.3 告 警 部分.17 7.4 用户部分.17 7.5 中继部分（半自动接入公网时）17 7.6 故 障 的 预 防 和 常 见 处 理 措施18 7.6.1 加强日常维护管理.18 7.6.2 预防软件故障措施.18 7.6.3 严格维护管理制度.188 设计交换机软件系统.18 8.1 驱动层.18 8.2 协议栈.19 8.3 应用层.199 心得体会.2010 参考文献.20 全分散模块化程控交换机设计方案 专业：通信工
4、程 姓名：摘 要 20 世纪 90 年代，我国程控交换机的研制经历了从无到有的发展过程，特别是大型局用程控交换机的成功研制给我国信息产业带来巨大的生机。这次我主要介绍的以中兴 ZXJ10 程控交换机设计全分散模块化进程控交换机。ZXJ10 数字程控交换系统为模块间全分散，模块内分级控制，集中管理的开放式体系结构，以通用 计算机平台为基础，局域网技 术为支撑，客户机/服务器方式为控制结构的基本形态，使系统 具备灵活的组网能力、强大的呼叫处理能力、高可靠性、良好的兼容性和扩展性。关键字 程控交换机 全分散 模块化 1 绪论 现代社会，通信发展较快。在交 换方面由于高速、宽带的需要，以统计复用技术为
5、基础的各个领域，如因特网、IP 电话，以及下一代的软交换技术等，得到人们的广泛关注。光通信技术也是通信进一步发展的热点。但以电路交换为基础的程控交换技术在当前的通信领域里扔占有重要比重。它仍然是当前通信的主要手段和主要收入来源。 程控交换机是是利用电子计算机技术，用预先编好的程序来控制电话的接续工作的电话交换机。 程控交换机与一般机电式交换机的电话相比，具有接续速度快、业务功能多、声音清晰、 质量可靠等优 点。 程控电话交换机的主要任务是实现用户间通话的接续。基本划分为两大部分：话路设备和控制设备。话路设备主要包括各种接口电路如用户线接口和中继线接口电路等和交换或接续网络；控制设备在纵横制交换
6、机中主要包括标志器与记发器，而在程控交换机中，控制设备则为电子计算机，包括中央处理器CPU 存储器和输入/输出设备。程控交换机实质上是采用计算机进行“ 存储程序控制 ”的交换机，它将各种控制功能与方法 编成程序，存入存储器，利用对外部状态的扫描数据和存储程序来控制，管理整个交换系统的工作。 程控交换机有四种最基本呼叫作用，根据 进出交换机的呼叫流向及发起呼叫的起源，可以将呼叫分为：本局呼叫、出局呼叫、入局呼叫和转移呼叫。 综合布线解决方案将交换机理解为一个交换局，本局一个用户发起的呼叫，根据呼叫的流向可以分为出局呼叫或本局呼叫。主叫用户生成去话，被叫用户是本局中的另一个用户时，即本局呼叫；被叫
7、用户不是本局的用户，交换机需要将呼叫接续到其他的交换机时，即形成出局呼叫。相应地，从其他交换机发来的来话，呼叫本局的一个用 户时，生成入局呼叫；呼叫的不是本局的一个用户程控交换机，由交换机又接续（交换）到其他的交换机，交换机只提供汇接中转的功能， 则形成转移呼叫。除了 汇接局一般只具备ampldquo转接呼叫amprdquo的功能外，每个局的 电话 交换机都具备这四种呼叫的处理能力。至于长途和特种服务呼叫，可以看做是呼叫流向固定的出局呼叫。 用户交换机是机关工矿企业等单位内部进行电话交换的一种专用交换机，其基本功能是完成单位内部用户的相互通话，但也装有出入中继线可接入公用电话网的市内网部分和网
8、中用户通话包括市内通话，国内长途通话和国际长话。由于这类交换机系单位内部专用，故可根据用户需要增加若干附加性能以提供使用上的方便。因此这类交换机具有较大的灵活性。程控数字交换技术是通信工程专业的一门比较重要的专业课程。学好这门课程极为重要。目前相关教材均是基于理论课教学的需要 在内容设计上把大量篇幅用于介绍理论 对于实际程控交换体系的产品设计、生产和具体应用等则比较简略。当然程控数字交换实验课程可以部分弥补这一不足 但所使用的实验箱为整板式的电路板且实验内容更多着眼于验证所学理论 忽视了实际动手能力的培养。为了加深我们对所学理论知识的理解 加强动手实践能力 特对程控交换的基本模块进行设计。 2
9、 程控交换机的发展及分类2.1 程控交换技术的发展 自 1965 年产生了世界上第一台程控交换机以来，程控交换机一直处在突飞猛进的发展过程中。概括来说，程控交换机的发展可以归纳为以下四个方面。 2.1.1 程控交换机中话路网的发展 早期的程控交换机，其话路网按空分方式组成，称为空分程控交换机。2.1.2 程控交换机中控制方式的发展 程控交换机发展的初期，一般采用中央集中控制方式，即控制任务集中在一台大型或巨型专用计算机上。2.1.3 程序软件的发展 因为电话通信的实时性很强，所以早期均采用汇编语言编制运行软件。现在多采用高级语言和汇编语言混合编程，或全部采用高级语言编程的办法。2.1.4 接入
10、业务的发展 在当今时代，电信网、有 线电视网、计算机网三网合一已成必然 趋势，当前，主要是通过 PSTN（公众电话网）或 CATV（有线电视网）进行 Internet（因特网）接入，从而给人们提供以宽带技术为核心的综合信息服务。2.2 程控交换机的优点 程控交换机的技术发展很快，其价格不断降低，服务功能不断增加，下面从三个方面说明。2.2.1 用户方面 采用脉冲编码信号PCM 方式，使通话质量大大改善；采用数字信号后加强了保密性；话路网的阻塞非常小，大大提高了电路的接通率；话路网采用了中、大规模集成电路，使接续速度加快。 2.2.2 电话 局方面 由于采用中、大规模集成电路，其面积是机电交换机
11、机房面积的 1/101/5；可较灵活地修改部分程序，改变交换机的功能；利用故障处理、故障诊断、 设备自动检测、 资源管理等功能，减少维护工作量；便于实现多种计费方式，如采用单式计费、复式计费等；易于实现维护自动化与集中化。2.2.3 通信网方面 网路的最佳利用，可减少交换点数目，可配合不同功能的交换机；增加了路由选择、编码选择及交换接口的灵活性，可通过软件来实现 ；有利于向综合业务数字网方向发展，通信网的最终发展方向是要建立一个高质量、高速度、高自动化的综合业务的数字网；采用新的信令方式，尤其是公共信道信令系统的引入。2.3 程控交换机的分类 程控交换机按其交换网络接续方式、交换信息的类型，以
12、及控制方式的不同，可以进行图所示的分类。 2.3.1 按交换网络接续方式来分类 按交换网络的接续方式，程控交换机可分为空分和时分两种方式。 对于空分方式，其交换点可由金属接点或电子接点来组成。是指话路接续中每个用户均占据一定的空间位置。 对于时分方式，目前有脉幅 调制PAM、增量调制M和脉码调制PCM三种信号。时分是指许多用户都接在一条公共通 话线上，如 图所示。 图 时分示意图2.3.2 按控制方式分类 按控制方式，可分为集中控制、分级控制和全分散控制三种方式 。 （1）集中控制方式。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
13、制方式，早期的空分交换机多采用这种控制方式。其框图如图a 所示。 图 程控交换机的控制方式示意图 （2）分级控制方式：随着微处理机的发展，在程控交换机里配备若干个微处理机作为区域处理机来完成如监视用户摘机、挂机及接收拨号脉冲等这些比较简单而重复的工作，以减轻中央处理机的大量处理工作，这就是分级控制方式。其框图如图b所示。 （3）全分散控制方式：全分散控制的特点是取消了中央处理机。全分散控制的程控交换机示意框图如图c所示。图中的、 分别是表示信号控制、呼叫控制和交换网络控制三项功能的所在位置。2.4 程控交换机的基本组成2.4.1 程控交换机的硬件基本结构 不论空分或时分程控交换机，其硬件主要分
14、为三个系统，即话路系统，控制系统和输入、 输出系统。如图所示。 图 程控交换机硬件系统组成 话路系统 作用是把用户线接到交换网络回路，用户电路是用户线与交换网络的接口电路，可完成馈电、扫描、二四 线转换、 测试、保护、提供铃流通路等功能 控制系统 作用有两个：一是分析收集输入的信息，并进行处理；二是编辑命令，并向话路系统或输入、输出系统发送命令。 输入、输 出系统 为了安装测试和维护运转的需要，中央控制系统还要配备一些常规的外围设备，一般包括打印机、 终端等，还配备了如磁盘驱动器、磁带机等外存储器。 2.4.2 程控交换机的软件基本结构 程控交换机的软件基本结构如图所示。 执行管理程序是多任务
15、、多处理机的高性能操作系统； 呼叫处理程序完成用户的各类呼叫接续； 系统监视和故障处理程序完成故障诊断程序共同保证程控交换机不间断运行； 维护和运行程序提供人机界面完成程控交换机的运行控制和测试等。 各类支援系统又称为脱机程序，其数量比联机程序要大得多。 软件开发支援系统主要指语言工具；应用工程支援系统包括交换网规划、安装测试等；软件加工支援系统包含数据生成程序等；交换局管理支援系统包含交换机运行资料的收集、编辑和输出程序等。 3 设计交换机系统结构及系统原理介绍3.1 交换机系统结构3.1.1 模块化结构 在模块化结构中，外围交换模块（PSM）是系 统 最基本的模块，可独立成局。当外 围交换
16、模块（PSM）为多个时，需要一个中心模块来完成模块间的互联。中心模块也叫互联网络模块，它包括交换网络模块（SNM ）、消息分配模 块（MDM）和操作维护模块（OMM）。 交换网络模块（SNM）用来完成模块间的话路交换，消息分配模块（MDM）用来完成模块间的通信。为了满足通信网的发展和用户不断增长的新需求，根据需要还可添加其他功能模块，如增加 No.7 信令模块 、 （CSM） 分组交换模块（PHM）、座席管理模块（PMM）、话音业务模块（VSM）、智能 业务模块（INM）和数字综合业务模块（ISM）等。3.1.2 全分散控制方式 这次设计的程控交换机还要有许多独立的分散式功能模块组成。 图1
17、程控数字交换机系统的结构3.2 三层交换 第三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。当然，三层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单叠加，而是二者的有机结合，形成一个集成的、完整的解决方案。 因为三层交换机与传统的交换机比，比较占优势。所以，在这里，主要介绍三层的程控交换机具体如下：3.2.1 第三层交换的特点 突出的特点如下： 1有机的硬件结合使得数据交换加速； 2优化的路由软件使得路由过程效率提高； 3除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由第二层交换处理； 4多个子网互连时只是与第三层交
18、换模块的?呒樱 幌蟠 车耐饨勇酚善髂茄 柙黾佣丝冢 ；擞没耐蹲省?.2.2 第三层交换机的应用 第三层交换机的主要用途是代替传统路由器作为网络的核心，因此，凡是没有广域连接需求，同时又需要路由器的地方，都可以用第三层交换机来代替。在企业网和校园网中，一般会将第三层交换机用在网络的核心层，用第三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或 VLAN。第三层交换机解决了局域网VLAN 必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器速度低、复杂所造成的网络瓶颈问题。利用三层交换机在局域网中划分 VLAN可以满足用户端多种灵活的逻辑组合 防止了广播风暴的产生 对不同 VLAN 之间可以根据需要设定不同的访问权限，以此增加网络的整体安全性，极大地提高网络管理员的工作效率，而且第三层交换机可以合理配置信息资源，降低网络配置成本，使得交换机之间连接变得灵活。 3.2.3 三层交换的原理 从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线交换数据的。在第三 层交换机中，与路由器有关的第三 层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模 块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制10Mbit.
