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1、程控交换机简介、工程设计学生： 何培尧 易添财 内容摘要：自从1876年贝尔发明电话以来，为适应多个用户之间电话交换的要求，出现了多种类型的交换机，而在电话交换机中引入了计算机控制技术就是交换技术发展中具有重大意义的转折点。就此，这种属于全电子类型，采用程序控制方式的存储程序控制交换机暨程控交换机登上了时代的大舞台。程控交换机是目前自动电话交换机最先进的一种,现代电话交换已经全部采用了程控交换。本文主要介绍了程控交换机的发展、分类、基本组成和程控交换工程设计。关键词：程控交换机 全电子 存储程序控制目录前言11 程控交换机的发展11.1 交换机的演进过程11.2 程控交换机的发展21.2.1
2、程控交换机中话路网的发展21.2.2 程控交换机中控制方式的发展21.2.3 程序软件的发展21.2.4 接入业务的发展22程控交换机的基本构成32.1 外围接口单元32.1.1用户线接口电路32.2 交换网络42.3 控制系统42.4 信令系统42.4.1 用户线信令52.4.2 局间信令52.5 出入中继器53 程控交换机的工程设计63.1 系统设计63.2 机房设计63.3 电源设计63.3.1 要求63.3.2 措施7附录1：电话接续的基本信令流程8附录2：程控交换机的基本结构图9附录3：交换机与用户之间的连接网络10参考文献：11程控交换机简介、工程设计前言 人工交换的效率太低，不能
3、满足大规模部署电话的需要。随着半导体技术的发展和开关电路技术的成熟，人们发现可以利用电子技术替代人工交换。电话终端用户只要向电子设备发送一串电信号，电子设备就可以根据预先设定的程序，将请求方和被请求方的电路接通，并且独占此电路，不会与第三方共享（当然，由于设计缺陷的缘故，可能会出现多人共享电路的情况，也就是俗称的“串线”）。这种交换方式被称为“程控交换”。而这种设备也就是“程控交换机”。 由于程控交换的技术长期被发达国家垄断，设备昂贵，我国的电话普及率一直不高。随着当年华为、中兴通讯等企业陆续自主研制出程控交换机，电话在我国得到迅速地普及。 目前，语音程控交换机普遍使用的通信协议为七号信令（S
4、ignalling System No.7） 1 程控交换机的发展1.1 交换机的演进过程自从1876年贝（Bell）尔发明电话以来，随着社会需求的日益增加和科技水平不断地提高，电话交换技术处于迅速的变革与发展中。其历程大致可分为人工交换、机电交换与电子交换三个阶段。1878年，在美国康涅狄格州新哈芬港就出现了人工交换机，他是借助话务员进行电话接续，其效率是极低的。1891年，美国人史端乔（Strowger）发明了升降旋转接线器，并继而出现了步进制（step-by-step）交换机，它标志着交换技术从人工时代迈入机电自动交换时代。这种交换机虽然实现了自动连接，但仍存在着速度慢、效率低、杂音大与
5、机器磨损严重等缺点。1919年，瑞典工程师比图兰特（Betulander）与帕尔姆格林（Palmgren）申请了纵横接线器专利，并于1926年和1938年分别在瑞典与美国开通了纵横制（crossbar）交换机。1965年，美国贝尔系统经过艰苦努力在新泽西州开通了世界上第一台商用存储程序控制的电子交换机（No.1ESS），这一成果标志着电话交换从机电时代跃入电子时代，使交换技术发生划时代的变革。由于电子交换机具有体积小，速度快且便于提供有效而可靠的服务的优点，引起世界各国极大的兴趣，在发展过程中相继研制出各种类型的电子交换机。 1.2 程控交换机的发展自1965年产生了世界上第一台程控交换机以来
6、，程控交换机一直处于突飞猛进的发展过程中。总的来说，程控交换机的发展主要在于话路网、控制方式、程序软件和接入业务四个方面。1.2.1 程控交换机中话路网的发展早期的程控交换机，其话路网采用笛簧、铁簧、剩簧及小型纵横接线器等电磁元件，按空分方式组成，成为空分程控交换机。它是从20世纪60年代开始发展，并于70年代到达兴盛时期。各国在研制电子交换技术过程中，就曾研究时分交换问题。最初采用脉幅调制（PAM）方式实现时分交换，随着脉码调制（PCM）技术应用，在20世纪70年代研制出数字程控交换机，并且其发展非常迅速。 1.2.2 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
7、。及控制任务集中在一台大型或巨型专用计算机上。这种方式很快被两级以上的处理机控制方式所取代，即有中央处理机控制各个区域处理机，再由区域处理机分别控制自己范围内的交换设备。后来出现了全分散的的控制方式。在这种处理机控制方式中没有中央控制机，所有起作用的微处理机都独立工作，以完成数字交换网中规定的控制功能。1.2.3 程序软件的发展因为电话通信的实时性很强，所以早期采用汇编语言编制运行软件。但由于汇编语言在生产效率，结构化设计、可维护性和可移植性等各方面均不如高级语言，而软件在程控交换机中占有越来越重要的地位，所以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。1.2.4 接入
8、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。程控交换机最初只能接受普通模拟电话服务，但随着软、硬件模块的发展，现在程控交换设备可以进行各类N-ISDN（窄带综合业务数字网）设备接入，可以综合处理各类终端的数据、传真、图像等多媒体业务。 2程控交换机的基本构成程控交换机实质上是通过计算机的“存储程序控制”来实现各种接口的电路接续、信息交换及其它的控制、维护、管理功能，它的最基本结构如图2-1所示。图2-1 程控交换机的基本结构
9、框图 2.1 外围接口单元包括模拟用户线电路（ALC）、数字用户线电路（DLC）、模拟中继线单元（ATU）、数字中继线单元（DTU）及各种其它接口单元。2.1.1用户线接口电路用户线接口电路（SLIC）的作用是实现各种用户线与交换网络之间连接。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路 (ALC)及与数字话机，数据终端(或终端适配器)连接的数字用户线电路（DLC)。2.1.1.1 模拟用户线电路模拟用户电路是适应模拟用户环境而配置的接口，其基本功能有：. 馈电（Battery feed):交换机通过用户线向共电式话机直流馈
10、电；. 过压保护（Overvoltage Protection): 防止用户线上的电压冲击或过压而损坏交换机。. 振铃（Ringing)：向被叫用户话机馈送铃流。. 监视（Supervision)：借助扫描点监视用户线通断状态，以检测话机的摘机，挂机，拨号脉冲等用户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接续要求。. 编解码（CODEC)：利用编码器和解码器（CODEC),滤波器，完成话音信号的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口。. 混合（Hybrid)：进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线传输的要求。. 测试（Test)：提供测试端口，进行用户电路的测试
11、。 这7种功能常用第一个字母组成的缩写词（BORSCHT)代表。对于模拟程控交换机，不需要编解码功能；而在数字程控交换机中，除某些特定应用的小型交换机利用增量调制方式外，其它大部分均采用PCM编解码方式。 2.1.1.2 数字用户线电路数字用户线电路是为适应数字用户环境而设置的接口，它主要用来通过线路适配器（LAM)或数字话机（SOPHO-SET)与各种数据终端设备(DTE)如计算机、打印机、VDU、电传相连。 2.2 交换网络 交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器（如纵横接线器，编码接线器，笛簧
12、接线器等）,在程控交换机中主要采用由电子开关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。 2.3 控制系统控制系统是程控交换机的核心，其主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储程序和各种命令，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，通常按其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，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。 2.4 信令系统在交换机内各部分之间或者交换机与用户，交换机与交换机间，除传送话音，数据等业务信息
13、外，还必须传送各种专用的附加控制信号（信令），以保证交换机协调动作，完成用户呼叫的处理，接续，控制与维护管理功能。 按信令的作用区域划分，可分为用户线信令与局间信令，前者在用户线上传送，后者在局间中继线上传送。如果按信令的功能划分，则可分为监视信令，地址信令与维护管理信令。 2.4.1 用户线信令用户线信令是在用户与交换机之间用户线上传送的信令。对于模拟电话用户线，这种信令包括：l 监视信令此信令反映直流用户环路通断的各种用户状态信号，如主叫用户摘机（off-hook)(呼出占用），主叫用户挂机（on-hook)(正在清除或拆线）及被叫用户摘机（应答），被叫用户挂机（反向清除或拆线）。l 地址
14、信令（被叫号码）此信令为主叫用户发送的被叫号码，交换机识别后控制交换网络进行接续。 2.4.2 局间信令此信令是在交换机或交换局之间中继线上传送的信号，用以控制呼叫的接续。由于使用的交换机制式和中继传输信道类型很多，组网涉及面广，因而局间信令比较复杂。根据信令通道与话音通路的关系，可将局间信令分为随路信令（CAS,Channel Associated Signalling)与共路信令（CCS,Common Channel Signalling)。l 随路信令将话路所需要的控制信号由该话路本身或与之有固定联系的一条信令通道来传送，即用同一通路传送话音信息和与其相应的信令。l 共路信令将一组话路所
15、需的各种控制信号集中到一条与话音通路分开的公共信号数据链路上进行传送。 2.5 出入中继器出入中继器是中继线与交换网络间的接口电路，用于交换机中继线的连接。它的功能和电路与所用的交换系统的制式及局间中继线信号方式有密切的关系。对模拟中继接口单元（ATU),其作为是实现模拟中继线与交换网络的接口，基本功能一般有：发送与接收表示中继线状态（如示闲，占用，应答，释放等）的线路信号。l 转发与接收代表被叫号码的记发器信号。l 供给通话电源和信号音。l 向控制设备提供所接收的线路信号。3 程控交换机的工程设计 程控交换机的工程设计主要包括系统设计、机房设计和电源设计三个方面。 3.1 系统设计程控交换机
16、的系统设计应当考虑选型、中继方式、系统配置和编号计划等几个方面。l 选型必须从技术先进性、可靠性和适用性等方面考虑。既要考虑近期利益又要考虑长期发展因素，既要技术先进又要避免资源浪费。l 中继方式必须从交换机容量的大小、区间话务量的大小和接口局的制式等方面考虑。中继方式设计的主要原则是：节约用户投资；提高接口局设备和线路的利用率；与传输设计配合，达到信号传输标准要求，以保证通话质量并有利于实现长途自动化。l 系统配置就是确定交换机各种板型的数量。在系统配置中，用户可选购的主要是一些外围电路板和交换网络。配置这些外围板的基本依据是分机用户容量。具体配置一般是通过计算话务量而确定的。l 编码计划程
17、控用户交换机当采用全自动方式与市话局相连时，它是与公用电话网统一编号的，可根据分机用户的多少租用市话局的百号组、千号群甚至分局号和会接局号。 3.2 机房设计交换系统的机房可分为主机室、配线架室、电力室和蓄电池室。这些机房的面积、高度、承重等要根据交换设备予以考虑。其地点应当避开温度高、灰尘多、有较大震动、强噪声或低洼地区。 3.3 电源设计 3.3.1 要求作为一种尖端的长期运行的计算机设备，程控交换机对电源有以下基本要求：l 高稳定要求电源的瞬变电压、波动电压、噪音电压都应限制在较低的范围之内，否则将会引起程控交换机高速元件的失常，造成数据丢失或逻辑错误。l 长寿命由于交换机需长期连续运行
18、，因此要求电源的寿命要长。l 无阻断。 3.3.2 措施 基于以上三方面要求，对于电源采用以下措施：l 可采用双套电源备份工作。l 采用整流器和蓄电池并联供电方式，蓄电池用两套。l 电源设备要良好接地，一般要求三千线以下交换机的电源接地电阻小于1,3000线以上的接地电阻小于3。附录1：电话接续的基本信令流程附录2：程控交换机的基本结构图附录3：交换机与用户之间的连接网络参考文献：1 李正吉、边祥娟：程控交换技术实用教材，西安电子科技大学出版社，2001.12，P1-P11、P105-P1182 林康琴、叶奕亮、曲桦：程控交换原理，北京邮电大学出版社，2004.2, P162-P182 3 乐正友、杨为理：程控交换与综合业务通信网，清华大学出版社，2001.8, P54-P1824 梅海源、张碧玲：现代交换原理，人民邮电出版社，2013.1，P77-P
