作者：甘忠平 主编
出版社：人民邮电出版社
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交换设备配置与维护试读：
前言
通信网是现代信息社会的基础设施，交换设备是通信网的重要组成部分，交换技术是通信网的核心技术。随着通信网向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向的快速发展，程控交换和软交换技术已成为固网和移动通信网络成熟应用的通信产业技术，可以实现语音及多媒体业务的接入，并提供增值服务。因此，交换系统的运维与管理也显得越来越重要。
本书是校企合作开发的教材，它从交换通信机务员和交换通信工程师的职业岗位能力出发，以典型交换设备和维护管理项目为载体，以典型工作任务为驱动，保证了任务驱动式教学实施的可操作性。通过本书的学习，学生可以掌握电信网组网、交换设备软硬件组成、通信协议与信令等方面的基本知识，具备交换设备业务开通、日常维护和故障处理等技能，为今后从事交换系统维护和应用工作奠定良好的专业基础。
本书共设置4个学习情境、10个工作任务，具体安排如下。
学习情境 1：认识程控交换设备，主要介绍了电信网基础知识、交换方式、程控交换机基本结构和性能指标、S1240 交换设备。
学习情境2：程控交换设备数据配置与维护，主要介绍了程控交换机软件、No.7信令、S1240交换机用户数据及7号信令中继数据配置、S1240 交换系统的维护与管理。
学习情境3：认识软交换设备，主要介绍了NGN和软交换概念、NGN网络体系结构、NGN组网协议和业务、SoftX3000软交换设备。
学习情境 4：软交换设备数据配置与维护，主要介绍了 SoftX3000 硬件数据和本局数据配置、语音业务和多媒体业务配置、软交换设备维护与管理。
本书由四川邮电职业技术学院通信技术专业教学团队组织编写，学习情境1任务1由黎保元编写，学习情境2任务4和学习情境4任务10由李玲编写，其余任务由甘忠平编写。全书由甘忠平统稿，四川邮电职业技术学院通信工程系主任傅丽霞主审。本书在编写过程中得到了讯方通信技术有限公司等企业工程技术人员的大力支持，在此表示由衷的感谢。
由于编者水平有限，书中难免有错误与疏漏之处，恳请广大读者批评指正。编者
学习情境1 认识程控交换设备
任务1 认识S1240交换机
认识程控交换设备是进行程控交换系统安装、调试和维护工作之前的必须环节。通过此任务的学习，学生可以了解电信网的基础知识和主要交换方式；熟悉程控交换设备的一般结构和性能指标；掌握S1240交换机的硬件结构等，为后期工作奠定基础。
任务目的
1.了解电信网的组成、分类和拓扑结构；
2.了解我国电话通信网结构和编号计划；
3.了解现代通信网中采用的主要交换方式；
4.熟悉程控交换机的基本硬件结构；
5.掌握S1240 J型交换机的硬件组成及功能。
任务资讯
1.1 电信网基础知识
电信是指利用有线电、无线电、光或其他电磁系统，在不同地点之间传输符号、信号、文字、图像、声音等信息。
电信网是由一定数量的电信节点（包括终端设备、交换设备）和传输链路相互有机地连接起来，以实现两个或多个规定电信端点之间信息传输的通信系统。
1.1.1 电信网的组成
一个完整的电信网应由终端设备、传输设备（包括线路）和交换设备三大部分组成，如图1-1所示。
1.终端设备
终端设备即用户端设备，是电信网中信息的源点和终点。其主要功能：一是完成信号的处理及转换；二是产生和识别电信网内的信令消息和协议。
常用的终端设备有电话机、移动电话机、计算机、传真机和电视机等。
2.传输设备
传输设备是实现长距离大容量信息传送所需要的一系列设备（包括线路），主要完成信号的复用/解复用以及信号格式之间的转换等功能。通信线路常用传输媒介分为有线和无线两类，有线介质有架空明线、同轴电缆、光缆等；无线介质则是在自由空间传送电磁波，比如移动通信、微波通信、卫星通信等。
常用的传输设备有PDH设备、SDH设备和DWDM设备等。
3.交换设备
交换设备是电信网的核心，其功能是在大量终端用户之间，根据用户的呼叫请求建立连接，以实现语音、数据和图像等信息的传送。
常用的交换设备有程控交换机、分组交换机、ATM交换机和帧中继交换机等。图1-1 电信网的基本组成部件
电信网只有上述硬件设备并不能实现信息的传递和交换，还需要有一整套的网路技术即软件，才能使电信网实现电信服务和运营支撑。电信网软件一般包括网络拓扑结构、信令、协议和接口、技术体制及技术标准等。
1.1.2 电信网的种类
按照不同分类依据，电信网分为以下几种类型。
1.公用通信网和专用通信网
按区域和运营方式分为公用通信网和专用通信网。公用通信网是由运营商或其他业务提供商组建、管理和控制，向社会公众开放的通信网，如我国的固网、移动网、广电网等。专用通信网是由机关、企业等自建或利用公用资源在逻辑上建立，仅供本部门内部使用的通信网，如校园网、企业网等。
2.电话通信网和数据通信网
按传送的信息类型分为电话通信网与数据通信网。电话通信网是进行交互型话音通信，开放电话业务的电信网，简称电话网。电话网按网络功能分为公用电话交换网（PSTN）、公用陆地移动网（PLMN）、专用电话网和 IP 电话网。电话网又包括本地电话网、长途电话网和国际电话网。数据通信网是在通信协议支持下完成数据终端之间的数据传输与数据交换的网络。数据通信网又分为分组交换网（X.25）、数字数据网（DDN）、帧中继网（FRN）、异步传递模式网（ATM）以及IP网等。
3.业务网、传送网和支撑网
按网络作用分为业务网、传送网和支撑网。业务网是指向用户提供各种通信业务的网络，包括固定电话网、移动电话网、IP 电话网、数据通信网、智能网、综合业务数字网（ISDN）等。传送网是指在不同地点之间，传递用户信息的网络。传送网包括骨干传送网和接入网，主要有 SDH 传送网、WDM 传送网、微波传送网和卫星传送网。支撑网是指为业务网和传送网提供支撑的网络，以保证通信网络的正常运行和通信业务的正常提供，包括No.7信令网、数字同步网和电信管理网（TMN）。
4.交换网、传输网和接入网
按网络功能分为交换网、传输网和接入网，如图1-2所示。图1-2 电信网的功能组成
1.1.3 电信网的拓扑结构
尽管电信网的种类如此之多，但就网络的拓扑结构来看常用的有网状网、星形网、复合网、树形网、环形网和总线网等，如图1-3所示。图1-3 电信网的拓扑结构
在网状网中，每个交换局均有直达路由和所有其他交换局连接。其优点是接续迅速，电路调度灵活，可靠性高，但线路利用率低，投资和维护费用大。网状网仅用于交换局间话务量较大或分局数量较少的城市。
星形网在地区中心设置一个中心通信点，地区内的其他通信点都与中心通信点有直达电路，而其他通信点之间的通信都经中心通信点转接。星形网的经济性和网状网相比有极大的改善，但可靠性较网状网低，一旦中心通信点故障，将使全网的局间通信中断。
复合网又称为辐射汇接网，是以星形网为基础，在通信量较大的地区间构成网状网。复合网吸取了网状网和星形网两者的优点，比较经济合理，且有一定的可靠性，是目前通信网的基本结构形式。
树形网目前广泛用于 CATV 分配网，而环形网和总线网多用于计算机通信网。除上述拓扑结构外，还有一些特殊的网络拓扑结构，如移动电话网通常采用蜂窝网结构。
1.1.4 我国电话通信网结构和编号计划
我国电话通信网采用分级网结构，包括长途电话网和本地电话网两部分。随着本地电话网的建设，我国长途电话网已由四级逐步演变为两级结构，整个电话通信网也由五级网向三级网过渡，即两级长途交换中心和一级本地交换中心。
1.长途电话网
长途电话网由长途交换中心、长市中继和长途电路组成，用来疏通各个不同本地网之间的长途话务。根据长途交换中心在网络中的地位和汇接的话务类型不同，我国长途电话网将国内长途交换中心分为一级长途交换中心DC1和二级长途交换中心DC2两个等级，如图1-4所示。图1-4 我国长途电话网结构
一级长途交换中心 DC1 为省长途交换中心，其职能是汇接所在省的省际长途来话、去话业务，以及所在本地网的长途终端话务。二级长途交换中心 DC2 为本地网长途交换中心，其职能是汇接所在本地网的长途终端话务。
长途电话网中，较高等级的交换中心可以具备较低等级的交换中心的职能，比如两级长途电话网中 DC1 可以包含 DC2 的功能。
两级长途电话网简化了网络结构，也使长途路由的选择得以简化，但仍然应遵循尽量减少路由转接次数和少占用长途电路的原则，即优先选择直达路由，然后选择迂回路由，最后选择基干路由构成的最终路由。
2.本地电话网
本地电话网是指在同一个长途编号区内，由若干端局和汇接局及局间中继、长市中继、用户线、电话机等要素所组成的电话通信网。本地网的网络等级结构通常采用二级网结构，由汇接局和端局两级交换中心组成。
端局（Local Switch，LS）就是通过用户线路直接连接用户的交换局，负责疏通本局用户的来话和去话业务。
汇接局（Tandem，TM）用以汇接本汇接区内的本地或长途业务。汇接局与管辖的端局相连，负责疏通局间话务；与其他汇接局相连，负责疏通不同汇接区端局之间的话务；与长途局相连，负责疏通本汇接区的长途话务；与关口局相连，负责疏通不同运营商之间的话务。
3.编号计划
电信网中，交换设备根据选择信号（即电话号码）进行呼叫接续，以使终端设备之间建立连接。为使交换设备正确、有效地选择路由和被叫用户，必须有一个合理的编号计划。这种编号计划的基本要求是全球编号统一，号位尽量少，编号有规律且易于升位扩容。我国的编号计划概括如下。（1）本地电话号码
同一本地网范围内的用户之间相互呼叫时拨打同一本地电话号码，号码结构为：
PQR+ABCD，其中PQR为局号，ABCD为局内用户号。
不同地区的本地电话号码长度可以不等，视各地电话网容量和发展情况而定。（2）国内长途电话号码
国内长途呼叫是指发生在不同本地网电话用户之间的呼叫，号码结构为：
0+X1X2…+PQRABCD，其中 0 为长途字冠，X1X2…为长途区号，PQRABCD 为本地电话号码。
长途区号采用不等位编号制度，可采用 2位、3位和4位3种位长的长途区号。（3）国际长途电话号码
国际长途呼叫是指发生在不同国家电话用户之间的呼叫，号码结构为：
00+I1I2…+X1X2…+PQRABCD，其中 00 为国际长途字冠，I1I2…为国家号码，X1X2…为国内长途区号，PQRABCD为本地电话号码。
国家号码采用不等位编号制度，由1～3位组成，我国的国家号码为86。（4）首位号码分配
我国规定，首位号码按如下原则分配：
0为国内长途全自动呼叫字冠；
00为国际长途全自动呼叫字冠；
1为特种业务、新业务和网间互通的首位号码；
2～9为本地电话首位号码，其中200、300、400、500、600、700、800为新业务号码。
1.2 交换方式
现代通信网中采用的交换方式主要有电路交换和分组交换。
1.2.1 电路交换
电路交换是最早出现的交换方式，电话交换一般采用电路交换方式。电路交换是指呼叫双方在开始通话之前建立一条专用电路，并在整个通话期间由呼叫双方独占这条电路，直到通话结束的一种交换方式。
电路交换属于电路资源预分配系统，其优点是实时性好，传输时延小，特别适合语音类实时通信业务；其缺点是电路利用率低，电路建立时间长，对传输中出现的错误不能纠正，不适合突发性强且对差错敏感的数据业务。
1.2.2 分组交换
分组交换是数据通信的一种交换方式，它利用存储转发原理进行交换。在分组交换中，报文被划分为一定长度的数据分组，并给数据分组加上地址和适当的控制信息，分组交换设备以分组为单位进行信息的传输和交换。
分组交换采用统计时分复用，电路的利用率较高。但统计时分复用的缺点是有产生附加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，如果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。
分组交换有虚电路和数据报两种方式。
1.虚电路方式
虚电路方式在数据传输前通过发送呼叫请求分组建立端到端的虚电路，在数据传输阶段同一呼叫的数据分组沿同一虚电路传送，数据传输完毕后通过发送清除分组拆除虚电路，如图 1-5 所示。虚电路方式的连接为逻辑连接，并不独占线路，可分为交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）两种。图1-5 虚电路方式
2.数据报方式
数据报方式是独立地传输每个数据分组，也就是说，网络协议将每一个分组当作单独的一个报文，对它进行路由选择，如图 1-6 所示。如果某条路径发生阻塞，它可以变更路由。数据报方式在数据传输时不需要呼叫建立和释放阶段。
数据报方式省略了呼叫的建立和清除过程，如果只传送少量的分组，那么采用数据报方式的传输效率会比较高。
对于数据报方式，由于每个分组各自在网络中独立传输，所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终点，因此在网络终点必须对分组重新排序。而对于虚电路方式，分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重新排序，所以虚电路更有QoS保证。
在数据报方式下，由于每个数据分组都要独立地寻找路径，所以单个数据分组传输的时延较大。而虚电路一旦建立，单个数据分组的传输时延则会小得多。图1-6 数据报方式
在数据通信网络中，ATM交换采用虚电路方式，而IP交换采用数据报方式。
作为电信网的核心技术，目前分组交换主要应用于数据通信网，下一代网络（NGN）也是基于分组交换的。
1.3 程控交换机的基本结构
程控交换机的硬件分为话路部分和控制部分，如图1-7所示。图1-7 程控交换机的基本结构
话路部分由用户电路、中继器、信令设备以及数字交换网络组成。用户电路是用户线和交换机的接口，中继器是中继线和交换机的接口，信令设备用来接收和发送信令消息，数字交换网络用来完成用户电路、中继器和信令设备的连接。
控制部分由处理器、存储器以及输入/输出设备组成。处理器是控制话路部分正常工作的核心设备，它分析收集输入的信息，并进行处理；同时编辑驱动命令，控制话路设备或输入/输出设备动作。存储器分为内存及外存两部分，磁盘、磁带和光盘等外存中存放交换机的全部程序和数据，而常用程序同时存放于内存和外存中。输入/输出设备主要包括维护用的打印机、显示器等。
1.3.1 用户电路
用户电路按照连接的用户终端可分为模拟用户电路和数字用户电路。PSTN 网中普遍使用模拟话机，其收发信号是模拟信号，而交换机内部交换的是数字信号，需要由模拟用户电路实现转换。
模拟用户电路是交换机和模拟用户终端设备之间的接口电路，具有7项基本功能，常用BORSCHT七个字母表示，如图1-8所示。图1-8 模拟用户电路
B（Battery Feeding）：馈电。
O（Overvoltage Protection）：过压保护。
R（Ringing Control）：振铃控制。
S（Supervision）：监视。
C（CODEC & Filter）：编译码和滤波。
H（Hybrid Circuit）：混合电路。
T（Test）：测试。
1.馈电
馈电是交换机向用户话机发送电流和电压，采用-48 V的直流电源。
2.过压保护
过压保护的功能是防止高压（如雷电、高压线等）进入程控交换机内部，损坏交换机。用户电路的过压保护属于二次保护，一次保护在总配线架 MDF 实现。在总配线架上每条用户线都安装保安器，能保护交换机免遭高压袭击。
3.振铃控制
振铃控制用于向被叫用户提供振铃电流，我国铃流的标称值是75 V，25 Hz。铃流高压不允许流向用户电路的内线。
4.监视
监视功能是通过监视用户线直流环路的通/断状态，来识别用户话机的摘/挂机状态，也可以检测脉冲话机的拨号脉冲等。
5.编译码和滤波
编译码和滤波的目的是完成模拟信号和数字信号之间的转换。编译码和滤波功能密不可分，一般编码之前要进行带通滤波，译码之后要进行低通滤波。
6.混合电路
用户线上的语音信号采用二线双向传输，而交换机内部采用四线单向传输，混合电路的功能就是进行二/四线转换。
7.测试
测试功能实际是为测试设备提供测试入口。通过对用户线进行外线和内线测试，可以及时发现用户终端、用户线路、用户接口电路可能发生的混线、断线、接地、与电力线碰接等各种故障，以便及时修复和排除。
除上述基本功能外，在某些模拟用户电路中，还要具备极性倒换、衰减控制、计费脉冲发送和投币话机硬币集中控制等功能。
1.3.2 中继器
中继器是程控交换机与中继线的接口，可以连接交换局或远端模块。根据连接的中继线类型，中继器可分成模拟中继器和数字中继器两类。
数字中继器是程控交换机和数字中继线的接口电路，数字中继线一般采用PCM30/32路作为传输手段，基群接口通常采用同轴电缆传输信号，高次群接口通常采用光缆传输信号。数字中继器的主要功能如图1-9所示。图1-9 数字中继器
1.码型变换和反变换
码型变换和反变换就是将数字中继线上传输的 HDB码或 AMI 码3转换为交换机内部使用的NRZ码，或进行相反的变换。
2.时钟提取
时钟提取是从输入的 PCM 码流中提取时钟信号，实现和对端交换机同步，还可用来作为本局系统时钟的外部参考时钟源。
3.帧同步和复帧同步
帧同步和复帧同步可保证收端的帧和复帧时序与发端时序对应，以实现语音信息和线路信令的正确接收和提取。
数字中继器的发送端在偶帧 TS插入帧同步码“0011011”，接0收端检出帧同步码，以便识别一帧的开始。若数字中继线采用随路信令，还需完成复帧同步，以便提取各话路的线路信令。
4.帧定位
输入 PCM 码流的时钟信息（即它局时钟）和交换机的系统时钟（即本局时钟）在频率和相位上不完全一致，为了实现收发交换局之间的正常传输和交换，需要采用帧定位来消除收发双方的时钟差异，以使对端局传送的信息准确地按照本局时钟传送。
5.信令的提取和插入
局间采用随路信令时，数字中继器发送端还需要将各话路的线路信令插入复帧对应的TS；接收端应将线路信令从TS中提取出来送1616给控制系统。
1.3.3 信令设备
为了完成呼叫接续任务，交换机需要向用户发送各种信号音，并接收用户拨打的电话号码；同时，交换机还需要向其他交换机发送和接收各种局间信令。因此，交换机应配备各种信令设备，常用信令设备有以下类型。
1.信号音发生器
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。在我国，大多数信号音采用 450 Hz 的单音频信号。信号音发生器一般采用数字音存储方法，将拨号音等音频信号进行抽样编码后写入只读存储器中，在计数器控制下读出信号音编码，经数字交换网络发送给需要的话路。
2.DTMF接收器
DTMF 接收器用于接收双音频话机发送的 DTMF 信号。双音频话机用高、低两个频率代表一位拨号号码，号码与频率的关系见表1-1。表1-1 号码与频率的关系
3.多频信号发生器和多频信号接收器
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。局间采用随路信令时，其记发器信令采用 MFC 方式。前向信令频率为 1 380 Hz、1 500 Hz、1 620 Hz、1 740 Hz、1 860 Hz和1 980 Hz，后向信令频率为1 140 Hz、1 020 Hz、9 00 Hz和780 Hz。前、后向信令分别采用“6中取2”和“4中取2”的编码方式组成各种信令。
4.No.7信令终端
局间采用公共信道信令时，No.7 信令终端用于发送和接收局间的 No.7 信令消息，它主要完成No.7信令的第二级功能。
1.3.4 数字交换网络
数字交换网络是程控交换机话路部分的核心，用户线和中继线通过接口电路复用到不同 PCM 复用线，并连接至数字交换网络。为实现任意用户之间的语音通信，即要在用户之间建立一条数字语音通路，数字交换网络必须完成不同复用线不同时隙之间的交换。
由于 PCM 信号采用四线传输，即收、发是分开的，因此数字交换网络也要收、发分开，进行单向路由的接续。要完成双向通话，必须同时建立两个通路即四线交换。实际通信中，用户通过数字交换网络发送与接收语音的过程如图1-10所示。图1-10 用户通过数字交换网络发送与接收语音
具体来说，数字交换网络应具有如下功能。
在同一条PCM复用线上进行不同时隙之间的交换；
在不同PCM复用线之间进行同一时隙的交换；
在不同PCM复用线的不同时隙之间进行交换。
由此可见，数字交换网络中既有时隙之间的交换，也有复用线之间的交换，可以通过时间接线器和空间接线器来实现。将两种接线器按照一定方式组合，就可以构成不同容量的数字交换网络。
1.时间接线器
时间接线器也称为 T 接线器，由话音存储器（Speech Memory，SM）和控制存储器（Control Memory，CM）组成，其功能是完成时隙交换。
话音存储器用于寄存经过 PCM 编码处理的话音信息，由随机存储器 RAM 构成。每个存储单元可以存储一个时隙的内容，即8位话音编码信息。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性地读出。SM的存储单元数等于PCM线的复用度（即PCM复用线上的时隙数），字长为8位。
控制存储器又称为地址存储器，用于寄存话音时隙地址，即话音信息在SM中的存储单元地址，也由RAM构成。CM的存储单元数与SM相同，字长取决于SM的存储单元数，即PCM复用线上的时隙数。
举例来说，如果某T接线器的输入端PCM线复用度为512，则SM的存储单元数应是512个，每单元的字长是8 bit；CM的存储单元数应是512个，每单元的字长是9 bit。
时间接线器有两种工作方式：输出控制方式和输入控制方式。（1）输出控制方式
输出控制方式即“顺序写入，控制读出”，如图1-11（a）所示。话音存储器SM的写入由定时脉冲控制顺序写入，即 PCM 入线上各时隙信号按时钟顺序依次写入 SM 对应存储单元，SM存储单元号与输入时隙号相对应。SM的读出受控制存储器CM控制，由CM提供读出地址，即当时钟到达输出时隙时，读取CM存储内容即SM地址，根据该地址读出SM内的话音信息，CM存储单元号与输出时隙号相对应。（2）输入控制方式
输入控制方式即“控制写入，顺序读出”，如图1-11（b）所示。话音存储器SM的写入受控制存储器控制，读出则由定时脉冲控制顺序读出。
顺序写入和顺序读出中的“顺序”是指按SM的地址顺序，由定时脉冲来控制；而控制写入和控制读出中的“控制”是指按CM中存储内容控制SM的写入或读出。对于控制存储器CM来说，其存储内容由CPU控制写入，按定时脉冲顺序读出。
如图1-11所示，如果占用TS的主叫用户要和占用TS的被叫用1060户通话，在主叫用户讲话时，应该将TS的主叫话音信息A交换到10TS。60图1-11 T接线器的工作方式
如果采用输出控制方式，首先CPU根据交换需求，在CM的60号单元中写入SM的读出地址10；在定时脉冲CP控制下，当TS时刻到10来时，将TS中的话音编码信息A顺序写入 SM 的 10 号单元；在 10TS时刻到来时，从 CM 顺序读取 60 号单元的内容“10”，以“10”60为地址控制读取SM的10号单元的内容，即话音信息A。
如果采用输入控制方式，首先CPU根据交换需求，在CM的10号单元中写入SM的写入地址60；在定时脉冲CP控制下，当TS时刻到10来时，从CM顺序读取10号单元的内容“60”，以“60”为地址将话音编码信息A控制写入SM的60号单元；在TS时刻到来时，从SM中60顺序读取60号单元的内容，即话音信息A。
从T接线器的时隙交换过程可知，话音信息要在SM中存储一段时间，这段时间小于1帧（125 μs），也就是说数字交换存在时延。同时，话音信息在 T 接线器中每帧交换一次，若通话时长为1 min，则T接线器交换次数可达48万次。
对于 T 接线器，无论是输出控制，还是输入控制，都需要将 PCM 复用线各输入时隙的话音信息写入 SM 中的某个存储单元，不同存储单元占用的空间位置不同，这意味着 T 接线器按空间位置的划分来实现时隙交换。从这个意义上讲，T 接线器是按空分方式工作的。
2.空间接线器
空间接线器也称为S接线器，其功能是完成空间交换。当接入数字交换网络的PCM复用线为2条或2条以上时，需采用S接线器完成PCM复用线之间的交换。
S 接线器由m×n的交叉点矩阵和控制存储器组成，交叉点矩阵有 m 条输入复用线和 n条输出复用线，其交叉接点的闭合由CM进行控制。
按照控制存储器的配置方式，S接线器有输入控制和输出控制两种工作方式。（1）输入控制方式
输入控制方式如图 1-12（a）所示。它按交叉点矩阵的输入PCM复用线配置CM，即每一条输入 PCM 线配置一个 CM，由该 CM 确定指定的输入 PCM 线上各时隙话音信息，要交换到哪条输出PCM复用线的对应时隙中。图1-12 S接线器的工作方式（2）输出控制方式
输出控制方式如图1-12（b）所示。它按交叉点矩阵的输出PCM复用线配置CM，即每一条输出 PCM 线配置一个 CM，由该 CM 确定哪条输入 PCM 线上哪个时隙的话音信息，要交换到指定的输出PCM复用线对应时隙中。
在图 1-12 中，输入 PCM0 的 TS中的话音信号要交换到输出 5PCM3 的 TS。如果采用输入控制方式，CPU 根据路由选择结果，5在 CM0 的 5 号单元内写入输出复用线序号3；在每帧 TS 时刻到来5时，在定时脉冲 CP 控制下，顺序读出 CM0 相应单元的内容“3”，控制 0 号输入线与 3 号输出线之间的交叉接点闭合，话音信号从输入 PCM0 交换至输出PCM3上。
如果采用输出控制方式，CPU 将在 CM3 的 5 号单元内写入输入复用线序号 0；在 TS时刻到来时，顺序读出CM3相应单元的内容5“0”，控制0号输入线与3号输出线之间的交叉接点闭合，话音信号从输入PCM0交换至输出PCM3上。
从S接线器的交换过程可见，S接线器在完成空间交换时，其话音信号的时隙位置保持不变，即它不能完成时隙交换，因此S接线器在数字交换网络中不能单独使用。
在图 1-12 中，如果输入 PCM0 的 TS、TS、TS等多个时隙中135的话音信号要交换到输出 PCM3 的对应时隙中，则 0 号输入线与 3 号输出线之间的交叉接点要闭合、打开多次。从这个意义上讲，S接线器是按时分方式工作的。
3.TST数字交换网络
数字交换网络把它所连接的时分数字话路成对地连接起来，建立所需要的接续。对于大型网络而言，通常采用多级接线器构成的数字交换网络，而 TST 数字交换网络是一种广泛应用的多级接线器结构。
TST数字交换网络为三级交换结构，两侧为T接线器，中间为S接线器，如图1-13所示。图 1-13 中，输入和输出时分复用线各有 N 条，即两侧各需 N 个 T 接线器，左侧为输入，右侧为输出，中间由S接线器的N×N交叉点矩阵将它们连接起来。图1-13 TST数字交换网络结构
TST 数字交换网络中，输入与输出侧的 T 接线器可采用任一种工作方式，但两侧工作方式必须不同，而中间的 S 接线器工作方式也是两者均可，其工作原理如图1-14所示。
PCM信号是四线传输，即PCM信号的发送和接收是分开的，因此 TST 数字交换网络也要收、发分开，进行单向路由的接续。也就是说，为了完成双向通话，数字交换网络中要建立两条不同的通路：一条是A至B方向的通路；另一条是B至A方向的通路。图1-14 TST网络工作原理
B至A方向的通路一般采用反相法，即两个方向的通路内部时隙相差半帧（1帧为数字交换网络的内部时隙总数），来、去两个方向同时示闲，同时占用。如当A至B方向选用的内部时隙为x，则B至A方向选用的内部时隙由下式决定：x±n/2
式中，n为数字交换网络的内部时隙总数，即接到S接线器交叉点矩阵的时分复用线的复用度。图1-14中，A至B方向选用内部时隙x=7，则B至A方向需选用内部时隙23。反相法避免了CPU的二次路由选择，从而减轻了 CPU 的负担，同时还为输入与输出侧T接线器的控制存储器合并创造了条件。
1.3.5 控制系统
程控交换就是存储程序控制交换，通过处理机执行和处理存储的程序和数据，控制交换机完成交换功能。对控制系统的要求主要体现在呼叫处理能力、可靠性、灵活性、适用性及经济性等方面。
1.控制系统的结构方式
控制系统的结构方式分为集中控制和分散控制两种。
集中控制方式下，交换机控制系统通常由多台处理机组成，每台处理机均能使用全部资源，执行所有功能。集中控制方式的优点是处理机对整个交换系统状态有全面了解，改变功能主要是改变软件，比较简单；但处理机软件规模大，设计繁杂，管理困难，系统较脆弱，易造成全局性中断。
分散控制方式下，交换机控制系统的每台处理机只能使用部分资源，执行部分功能，功能分配可采用静态分配或动态分配。静态分配中，交换机的资源和功能分配一次性完成，各处理机根据不同的分工配备专门的硬件，稳定性高，但灵活性差；而动态分配中，根据系统的不同状态，对交换机的资源和功能进行最佳分配，其优点在于当一台处理机发生故障时，可由其他处理机完成全部功能，但分配相当复杂。处理机之间可采用功能分担、容量分担、功能分担与容量分担相结合等不同的分工方式。
现代数字程控交换机普遍采用多处理机结构的分散控制方式，其控制系统的具体结构方式有分级控制方式、全分散控制方式和容量分担的分布控制方式。分级控制结构的典型代表是 F150 系统，全分散控制结构的典型代表是 S1240 系统，而美国的 5ESS 交换机和我国的几种大型局用交换机如 C&C08、ZXJ10 等都采用了容量分担的分布控制结构。
2.处理机的冗余配置方式
控制系统是程控交换机的核心，可靠性要求很高。为了提高控制系统的可靠性，处理机通常采用同步双工、互助结构、主/备用和N+m备用等冗余配置方式。（1）同步双工方式
同步双工也称微同步，这种方式的基本结构是配备两台相同的处理机，它们中间有一台比较器，如图1-15所示。
在正常工作时，两台处理机同时接收外部的信息，执行相同的程序，但是只有一台处理机向外围设备发送控制命令。同时，两台处理机的执行结果送到比较器进行比较，如果比较结果相同，说明处理机工作正常，程序继续执行；如果比较结果不同，就说明至少有一台处理机发生了故障，此时应启动相应的故障检测程序。如果检测出主处理机发生故障，应使其退出服务，由另一台处理机接替工作；如果是备用机故障，则备用机退出双机同步状态，进行更进一步的故障诊断和恢复；如果两台处理机完好，说明是干扰引起的偶然故障，可恢复正常工作。（2）互助方式
互助方式如图 1-16 所示。该方式下，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处理一部分的话务量，一旦一台处理机发生故障，则由其他处理机来接管其工作。图1-15 同步双工方式图1-16 互助方式（3）主/备用方式
主/备用方式如图 1-17 所示。该方式下，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处于备用状态；一旦主用机发生故障，则进行主备用倒换，由备用机接替工作。备用有热备用和冷备用两种方式，通常采用热备用方式。图1-17 主/备用方式（4）N+m备用方式
N+m 备用方式下，N 台处理机配备有 m 台备用机，当 N 台处理机中有一台处理机发生故障时，可以由m台备用机中的任意一台来接替其工作。
3.处理机之间的通信方式
程控交换机控制系统采用多处理机结构，为完成呼叫处理、维护管理等任务，需要在多台处理机之间传输和交换各种控制及辅助信息，实现处理机之间的通信，以便协同工作。处理机之间的通信方式很大程度上会影响系统的呼叫处理能力和可靠性，因此必须选择一种合理、高效及可靠的处理机通信方式。（1）通过PCM信道进行通信
程控交换机中传输和交换信息一般通过数字交换网络完成，因此可采用数字交换网络中的PCM 信道传送处理机之间的通信信息。这种方式下，交换系统可利用 TS时隙进行通信，如F150交换系统利16用TS来传送用户处理机LPR和呼叫处理机CPR间的通信信息；也可16通过数字交换网络的任一话音信道直接传送，如 S1240 交换系统的内部 PCM 链路中，除信道 0 和信道 16 有专门用途外，其余 30 个信道都可以传送语音/数据以及处理机之间的通信信息。（2）采用计算机网络的通信结构方式
程控交换机中的多处理机既可以看作是一个通信网络系统，也可以看作是一个计算机网络系统。因此多处理机之间的通信也可以采用计算机网络常用的通信结构方式，如多总线结构、环形结构、以太网结构等。
1.4 程控交换机的性能指标
在交换系统设计中，公用设备（如收号设备、中继线等）的数量通常是根据所承担的话务量来计算的。交换系统如何经济合理地提供使用户满意的服务，就是话务理论要解决的问题。另外，影响交换系统服务质量的因素除了公用设备的数量外，控制系统的呼叫处理能力也起到至关重要的作用。
1.4.1 话务量
话务量也称为话务负载或电话负载，是反映交换系统话务负荷大小的量值。电话用户线或其他入线是产生话务量的来源，被称为话源。话务量的值反映了话源对所使用的通信设备数量上的要求。话务量可定义为在时间 T 内发生的呼叫次数和平均占用时长的乘积，用公式表达为：A＝C ·tT
式中，A为T时间内的话务量；
C为T时间内一群话源所产生的呼叫次数；T
t为平均占用时长。
从话务量定义可以看出，有3个因素影响话务量的大小：所取时间T、呼叫强度和每次呼叫的占用时长。其中呼叫强度为单位时间（如1h）里发生的呼叫次数。
话务量的单位为 Erl（爱尔兰），例如 1 条中继线连续使用 1h，则该中继线的话务量为1 Erl。传统的话务量单位还有“小时呼”、“分呼”、“百秒呼”，以上4种话务量单位的换算关系为：
1Erl=1小时呼=60分呼=36百秒呼【例1】从10点开始对某中继线观察1h，它在10点40分开始被占用，至11点释放，试求10点40分至11点的话务量A，以及10点至111点的话务量A各为多少？2
解：A =C · t=1×20/20=1 Erl1Τ
A =C ·t=1×20/60=0.33 Erl2T
由于话务量具有随机性和波动性，因此，我们所讨论的话务量实际上是指平均话务量。人们将一天中电话负载最大的1h称为“忙时”。忙时的平均话务量称为忙时话务量，它是交换系统设计的重要依据。忙时话务量与全天话务量之比一般在8%～15%。
话务量可分为流入话务量、完成话务量和损失话务量。流入话务量是指话源产生的话务量，完成话务量是指设备接受呼叫处理的话务量。当设备被完全占用时，如果话源产生新的呼叫，则设备不予受理，即有一小部分话务量被损失掉。因此，完成话务量一般小于流入话务量，其差值就是损失话务量。三者间存在以下关系：A ＝ A ＋ A 入完损
完成话务量有下列3种解释。（1）以爱尔兰为单位的完成话务量，在数值上等于在平均占用时长内所发生的平均占用次数，即：A = C完t
式中，C为t时间内所发生的平均占用次数。t（2）完成话务量在数值上等于单位时间里各机键占用时间的总和。（3）以爱尔兰为单位的完成话务量，在数值上等于承担这一话务负荷的设备的平均同时占用数，即同时处于工作状态的设备数目的平均值。【例2】有100条中继线，其完成话务量为80 Erl，问这100条中继线在平均占用时长内所发生的平均占用次数是多少？这100条中继线占用时间的总和是多少？这100条中继线平均同时占用数是多少？
解：根据完成话务量的解释，在 1h 内，这 100 条中继线在平均占用时长内所发生的平均占用次数为80次，占用总时间为80h，同时占用的平均数为80条。
1.4.2 控制系统的呼叫处理能力
控制系统的呼叫处理能力是指在单位时间内控制设备能够处理的呼叫次数，通常用最大忙时试呼次数（Busy Hour Call Attempts，BHCA）来衡量。呼叫处理能力与话务量一样是评价交换系统设计水平和服务能力的重要指标。
1.BHCA的计算
呼叫处理能力的计算由许多因素决定，如呼叫类型、被叫状态、设备容量、处理机结构以及软件设计水平等，通常采用一个线性模型进行粗略地估算。
处理机在单位时间内用于处理话务负荷的时间可表示为：Q=a+bN
式中，a 为固定开销，是与呼叫处理次数即话务量无关的时间开销，例如各种扫描的开销；
b 为处理一次呼叫的平均时间，它与不同的呼叫类型（如本局呼叫、出局呼叫、入局呼叫、转接呼叫）和呼叫的不同结果（被叫忙、中途挂机、完成呼叫等）有关；
N为单位时间内所处理的呼叫总数，即呼叫处理能力BHCA；
Q为系统开销，它是在充分长的统计时间内，处理机运行处理软件的时间占统计时长之比，即时间资源的占用率。【例3】有一台交换机，其处理器忙时占用率为 85%，执行一条指令的平均时间为 2 μs，处理一次呼叫所需执行的指令条数最少需要 10 000 条，最多需要 26 000 条，固定开销a为处理器总机时的21%，求该交换机的呼叫处理能力。
解：
即该交换机忙时能够处理64 000次呼叫。
2.呼叫处理能力的提高
程控交换机的呼叫处理能力受多方面因素的影响，因此要提高呼叫处理能力也必须从这些因素出发来考虑。下面提出若干要考虑的因素。（1）提高系统结构的合理性
当前程控交换机的控制系统采用多处理机结构，应使各处理机分工合理、负荷均匀，同时处理机之间选用效率高的通信方式。（2）提高处理机本身的处理能力
这要求处理机在设计上要合理安排各类开销（如固定开销和非固定开销等），充分利用时间资源；同时提高处理机的主时钟频率。（3）设计高效率的操作系统
作为实时系统，程控交换机不适合采用通用操作系统，而需要一个实时操作系统。（4）提高软件设计水平
合理安排软件功能模块，尽可能减少不必要的任务调度和通信开销；同时提高数据结构的合理性，选择执行效率高的编程语言，以降低系统开销，提高系统的性能。
任务实施
一、任务描述
前面我们介绍了交换的基本原理，在实际的电话通信网中，常用的交换设备种类较多，如富士通 F150 交换设备、华为 C&C08 交换设备、中兴 ZXJ10 交换设备、阿尔卡特 S1240交换设备等。不同公司生产的交换设备虽然具体组成不尽相同，但其基本原理是相同的。
本任务通过阿尔卡特S1240 J型交换设备的学习，将认识交换设备的硬件组成、模块功能及模块的单板构成。
二、实践操作（一）认识S1240 J型设备
S1240 J型交换机包括EC72和EC74版。S1240 EC72版交换机可提供电话交换和ISDN业务交换功能，S1240 EC74 版交换机除提供电话交换和 ISDN 业务交换功能外，还提供智能业务交换功能。
S1240 J 型交换机采用分布式系统结构，由 DSN（数字交换网络）、各种 TM（终端模块）和若干ACE（辅助控制单元）组成，其系统结构如图1-18所示。图1-18 S1240 J型交换机系统基本结构
S1240 J 型交换机 DSN 由一系列 DSE（数字交换单元）按一定的连接方式组成，整个 DSN分为选面级 AS（Access Switch）和选组级 GS（Group Switch）两大部分。根据话务量和容量大小，可对 DSN进行平滑扩容，最多采用4级4平面的单侧折叠网络结构。
S1240 J型交换机TM的类型和数量取决于交换机的容量和提供的业务。每个TM包括TC（终端电路）和TCE（终端控制单元）两部分。TCE实现控制功能，所有TM的TCE硬件完全相同，只是装载的软件不同。TC 是实现某一具体功能的电路，如用户电路、中继电路和信令终端电路等，不同TM配置不同的TC。S1240 EC74版交换机中常用的TM如表1-2所示。表1-2 S1240J型交换机常用TM一览表
S1240 J型交换机的ACE是没有TC的终端模块，主要为交换系统提供支持辅助功能，这些辅助功能包括呼叫服务、资源管理和计费分析等。（二）S1240 J型交换机的硬件组成
1.机架
S1240 J型交换机的机架结构如图1-19所示，每个机架从上到下被分为：顶架（TRU）、第 2分架（Subrack2）、第 3 分架（Subrack3）、第 4 分架（Subrack4）、空气隔板（Air-baffle）、第6分架（Subrack6）、第7分架（Subrack7）、第8分架（Subrack8），电路板插在除顶架、空气隔板外的6个分架上。图1-19 S1240 J型交换机机架结构（1）顶架
第 1 分架称为顶架（TRU，Top Rack Unit），顶架有两组空气开关和两组电容，可对A、B两路电源分别进行滤波和再分配，同时对设备提供保护功能。（2）分架
第2、3、4、6、7、8 分架（SAU，Subrack Assembly Unit）用于放置模块的印制电路板（PBA）。每个分架有 63 个插槽（Slot），从左往右依次编号为 1～63，电路板总是固定插在奇数插槽中，一个分架最多可插 32 块电路板。分架后面装有后板 PBA，通过后板上的插针、印制线、跳线和信号电缆实现电路板之间的通信。第 5 分架用于安装空气隔板。
S1240 J型交换设备机架类型的助记符如图1-20所示。图1-20 S1240 J型交换设备机架类型的助记符
S1240 J型交换机常用机架类型如下。
RAU_JF01_A1：管理维护架，主要提供话务测量、交换机管理、网络管理等。
RAU_JA00_A1：用户机架，主要装备ASM（或ISM）等模块。
RAU_JA01_A1：用户混合机架，主要装备ASM及DTM等模块。
RAU_JB00_A1：网络混合机架，主要装备网络的第一、二级及ASM、DTM等模块。
RAU_JH00_A1：中继机架，主要装备IPTM、DTM等模块。
RAU_JH01_A1：中继机架，主要装备DTM模块。
RAU_JJ00_A1：网络机架，主要装备网络的第一、二级。
RAU_JJ01_A1：网络机架，主要装备网络的第三级。
RAU_JZ00_A1：电源机架，主要提供各个机架的电源分配。
2.数字交换网络
数字交换网络是 S1240 交换机实现全分布控制的关键，各种不同功能的 TM 和ACE 都经 DSN 完成信息的交换，实现所有终端电路之间的联系和控制单元之间的内部通信。
S1240 J型交换机的DSN包括选面级AS和选组级GS，其网络结构如图1-21所示。AS提供模块到网络的入口，使模块能够访问选组级。GS 最大可以达到 4 个平面，每个平面最多可有3个交换级，分别是第1级（Stage1）、第2级（Stage2）、第3级（Stage3）。其中第1级、第2级最多可各自包含16组（Group），每组最多可包含8个DSE；第3级最多可包含8组（Group），每组最多可包含8个DSE。
S1240 J 型交换机的数字交换网络采用四级单侧折叠结构，这种结构可以方便地扩展网络。对于交换机的小容量扩展，只需要增加 AS 级；而大容量扩容，DSN 需要装备到选组级的第三级（Stage3）。这种扩展可以通过增加 DSE 的数目实现，不会对交换机的业务产生任何影响。
S1240 J型交换机DSN的另一个特点在于可以满足每个终端模块话务增长的需要，这可以通过增加选组级的平面数来实现，实际上就是增加一个额外并行的网络。图1-21 DSN结构（1）数字交换单元DSE
数字交换单元 DSE 也称为多端口（Multiport），它是数字交换网络的基本单元，同时具有时分和空分交换功能。每个 DSE 有 16 个双向端口，16 个端口之间通过时分复用总线相连，每个端口内含一个接收口和一个发送口，形成一条双向 PCM 链路，即每个 DSE 有 16条32信道的双向PCM链路，每个信道16 bit，传输速率为4.096 Mbit/s。DSE的基本结构如图 1-22 所示，端口 8 到端口 11 称为低号端口，端口 12 到端口 15 称为高号端口。每个DSE由一块SWCH印制电路板构成。（2）数字交换网络DSN的结构
S1240 交换机采用由 DSE 构成的单侧数字交换网络，分为选面级和选组级两部分。DSN最大为4级4平面，选面级采用单级DSE，选组级采用3级DSE。
选面级AS也称为入口级，为了提高可靠性，AS级采用成对连接，即每两个DSE组成1 个 AS 对（称为 AS和 AS）。所有 TM和 ACEnn+4通过两条 PCM链路与一对 AS相连接。通常 AS 对的0～3号端口连接数字中继、服务电路等高话务模块，0～7号端口连接用户等低话务模块，12～15 号端口连接 ACE、CTM、P&L 和 DFM 等模块，而 8～11 号端口分别连至选组级的 0～3 号平面。AS 通常和它所连接的 TM 或 ACE 分布在同一个机架。
选组级 GS 是一个多级多平面结构，结构大小取决于平面数和每个平面的级数。根据终端话务量的大小，平面数可以有 2 个、3 个或 4 个；而各平面的级数以及每级所配的 DSE数取决于所连的终端个数。选组级的作用是保证 S1240 交换机中任意一个模块通过 DSN 能够到达其他任意一个模块。
数字交换网络中，各级DSE之间按固定规律连接，该规律如图1-23所示。图1-22 DSE结构示意图图1-23 数字交换网络连接规律
3.主要硬件模块介绍
S1240 交换机中所有硬件模块都通过 PCM 链路连接到 DSN 上，可分为终端模块TM 和辅助控制单元 ACE。终端模块由一个结构相同的终端控制单元 TCE 和终端电路TC 组成。控制单元 CE 包括 TCE 和 ACE，硬件完全相同，分为两部分：一部分是微处理器 CPU 及存储器，负责执行控制模块功能的软件程序；另一部分是终端接口 TI，它是模块之间通过交换网络进行通信的接口。CE 对应处理机电路板 MCUX，S1240 J型交换机的MCUX主要类型有MCUA、MCUB、MCUG等。终端模块的结构如图1-24所示。图1-24 终端模块结构图（1）P&L——外设与装载模块
① 模块类型：PLCE。
② 硬件构成。
MCUB板：控制单元，类型B。
DMCA 板：直接存储器控制器，提供 2 个系统串行通道以及访问大容量存储器设备的SCSI接口。
CLMA 板：中央告警板，为 P&L 提供告警接口，它可以接收 16 个外部告警，产生 20路告警灯驱动信号，用于主告警盘MPA指示灯的驱动。
MMCA板：人机通信控制板，每块板能提供4个串行通道。
DISK：系统磁盘。
ODISK：MO驱动器。
③ 功能介绍。
负责交换机和外设之间的通信；协调维护活动及管理由维护启动的各种测试。
处理人机通信（MMC）系统；接受操作命令和显示执行结果。
控制对大容量外围存储设备的访问，以完成再装载、覆盖程序的装载、计费数据收集等功能。
提供交换机告警外设接口。
④ 说明。
P&L 模块采用双备份工作，即主/备用工作方式（ACTIVE/STANDBY）；其网络地址为H’C和H’D。（2）DFM——维护模块
① 模块类型：DFCE。
② 硬件构成。
MCUB板：控制单元，类型B。
③ 功能介绍。
负责实现交换机的防卫功能。
④ 说明。
DFM模块采用双备份工作，网络地址为H'2C和H'2D。
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