处理机与外设之间的工作方式

2．1．2　控制子系统

1．控制子系统的组成

控制子系统是程控交换机的指挥中心，包括中央处理机（CPU）、存储器、外围设备和远端接口等部件。控制子系统的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。

1）中央处理机（CPU）

中央处理机是控制子系统的核心，主要对交换机的各种信息进行处理，并对数字交换网络和公用资源设备进行控制，完成呼叫控制以及系统的监视、故障处理、话务统计、计费处理等。中央处理机还要完成对各种接口模块的控制，如用户电路的控制、中继模块的控制和信令设备的控制等。处理机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。为了更好地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。

2）存储器

存储器是保存程序和数据的设备，可细分为程序存储器、数据存储器等。根据访问方式又可以分为只读存储器（ROM）和随机访问存储器（RAM）等。存储器容量的大小会对系统的处理能力产生影响。

3）外围设备

外围设备包括计算机系统中所有的外围部件，如输入设备包括键盘、鼠标等，输出设备包括显示设备、打印机等；也包括各种外围存储设备，如磁盘、磁带和光盘等。

4）远端接口

远端接口包括集中维护操作中心（CentralizedMaintenance　＆Operation Center，CMOC）、网管中心、计费中心等的数据传送接口。

控制子系统与交换网络、接口设备的关系如图2．6所示。

图2．6　控制子系统与交换网络、接口设备的关系

2．控制子系统的控制方式

控制子系统的控制方式主要是指控制子系统中处理机的配置方式，可分为集中控制方式、分级式控制方式和全分散控制方式。

1）集中控制方式

所谓集中控制是指整个交换机的所有控制功能，包括呼叫处理、障碍处理、自动诊断和维护管理等各种功能，都集中由一台处理机来完成。早期的程控交换机或较小容量的交换机都采用这种控制方式。为了保证交换机可靠工作，一般情况下，处理机都采取冗余配置措施，即由两台或多台处理机组成主／备用工作方式，每一台处理机均装配全部相同的软件，完成相同的控制功能，可以访问所有的资源。

这种控制方式的优点是，它的程序是一个整体，调试修改比较方便。但由于中央处理机既要处理大量的呼叫信息，又要担负各种测试、故障诊断等维护管理工作，因此一般要配备大型处理机，这在建局初期容量较小时很不经济。

2）分级式控制方式

在分级式控制方式中，系统划分为多个模块，每个模块的自主处理能力显著增强，中央处理功能则在很大程度上弱化。各个模块中的模块处理机是实现分级式控制的同一级处理机，任何模块处理机之间可独立地进行通信。在各个模块内的模块处理机之下还可设置若干台外围处理机和／或板上控制器。

分布式控制方式的优点包括：

（1）在分级式控制方式中，增加新性能或新业务时可引入新组件（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设备，从而对原设备影响不大，甚至没有影响；

（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。

但是，分级式控制方式目前也存在如下一些问题：

（1）采用分级式控制时处理机的数量相对增多，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）随着处理机数量的增加，存储器的总容量也会增加。

3）全分散控制方式

全分散控制是指多台处理机按照一定的分工，相互协同工作，完成全部交换的控制功能，例如有的处理机负责扫描，有的负责话路接续等。多台处理机之间的分工方式有功能分担方式、负荷分担方式和容量分担方式3种。

（1）功能分担方式是将交换机的信令与终端接口功能、交换接续功能和控制功能等基本功能，按功能类别分配给不同的处理机去执行。每台处理机只承担一部分功能，这样可以简化软件，若需增强功能，在软件上也易于实现。缺点是在容量小时，也必须配备全部处理机。

（2）负荷分担方式是指两台处理机独立进行工作，在正常情况下各承担一半话务负荷。当一台处理机产生故障时，可由另一处理机承担全部话务负荷。为了能接替故障处理机的工作，必须互相了解呼叫处理的进展状况，因此双机应具有互通信息的通信链路。在呼叫处理过程中，为避免双机同抢资源，必须有互斥措施。

（3）容量分担方式是指处理机间并行工作，每台处理机所完成的任务都是一样的，只是所面向的用户群不同而已。而且每台处理机都有专用存储器存储所辖域的资源状态数据和处理程序，负责一部分容量的呼叫处理任务，同时设置公用存储器存储系统全局数据和各处理机的工作状态数据。

3．处理机的冗余配置

为了提高控制系统的可靠性，保证交换机能够不间断地进行连续工作，常常采用冗余和备份方式配置处理机，这就是所谓的双处理机系统。

双处理机结构有3种工作方式：同步双工工作方式、话务分担工作方式和主／备用工作方式。

1）同步双工工作方式

同步双工工作方式是由两台处理机和中间加一个比较器组成，如图2．7所示。两台处理机合用一个存储器，也可各自配备一个存储器，但要求两个存储器的内容保持一致，应经常核对数据和修改数据。

．7　同步双工工作方式

在该方式下，两台处理机（一般一台作为主用机，一台作为备用机）同时工作，同时接收信息，处理同样的指令，各自进行同样的分析与处理。在正常情况下，通常将主用机的处理结果作为运行结果（备用机的处理结果可作为比较和结果的验证参考）；当主用机出现故障时，再将备用机的处理结果作为运行结果。

同步双工工作方式的优点是对故障反映速度快，一旦出现故障能够及时发现，并由备用机立即代替主用机；缺点是对偶然性故障，特别是对软件故障处理不十分理想，有时甚至导致整个服务中断。

2）话务分担工作方式

话务分担工作方式的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，如图2．8所示。

2．8　话务分担工作方式

在该方式下，两台处理机（一般不分主用机和备用机）同时工作，但是轮流地接收呼叫，各自分别对一部分话务量进行分担处理。当一台处理机发生故障时，立即由正常机承担起故障机的工作，接收全部话务处理工作。为了使故障机退出时，另一台正常机能够及时地接替，应在两机之间定时交换信息，随时了解对方的处理进展。

话务分担工作方式由于两台处理机不同时执行相同指令，对软件故障的防护性能有所提高；另外，由于正常时两台处理机分担话务，处理短时过负荷的能力也比同步双工工作方式大得多。该方式的缺点是软件比较复杂，对某些硬件故障的解决与处理不像同步双工工作方式那样易于实现。

3）主／备用方式

这种方式的两台处理机，一台为主用机，承担全部工作；另一台为备用机，处在等待状态，如图2．9所示。当主用机发生故障时，备用机接替主用机进行工作。

2．9　主／备用方式

备用机的工作方式分两种情况，即冷备用和热备用。

（1）冷备用方式的处理机只是接通电源，但不作任何话务处理。优点是实现比较简单；缺点是在接替主用机工作时，可能丢失一定的话务量。

（2）热备用方式的备用机虽然不作话务处理，但对主用机接收的输入信息及其处理进程与状态要有所了解。这样一来，增加了实现方面的一些复杂性，但具有转换时话务不会丢失的优点。

4．处理机间的通信

在电路交换机系统中，一个完整的呼叫接续过程的实现，需要多种功能电路和处理程序参与，多处理机控制系统的不同处理机之间要相互通信、共同配合，以控制呼叫接续。由于程控数字交换机还设有远端用户模块，因而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，既要考虑设备的复杂性，也要考虑通信的效率。当前，在程控数字交换系统中多处理机之间通信主要采用下列几种通信方式。

1）利用PCM信道进行消息通信

（1）利用TS₁₆进行通信。当局间中继器采用PCM30／32系统时，TS₁₆用来传输局间信令，PCM传输线上的信息在到达交换局以后，中继器提取TS₁₆的信令消息，进行处理。在交换机内部，PCM时分复用线上的TS₁₆是空闲的，可以用做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。

（2）通过数字交换网络的任一话音信道传送。当局间中继器采用PCM30／32系统时，通信信息和话音／数据信息同样经过数字交换网络传送，因此除了TS₀和TS₁₆有专门用途外，其他30个信道既可以传送话音／数据，也可以传送处理机间的通信信息，只需要不同格式的信道字标识就可以。S12程控交换机中就采用这种方式进行消息通信。这种方式能同时提供更多的处理机间通信信息的传送信道，但占用了用户的通话信道，开销大，降低了交换网络的使用效率。

2）共享存储器通信结构

在共享存储器通信结构中，所有处理机都和一个公共的存储器相连，将各自加工完毕的通信消息存入共享存储器，并访问存储器来获取需要加工的信息。在这种方式中，各个处理机是通过并行总线分时访问存储器，较适合处理机数据处理模式，但是并行数据传输不适合大型交换机分布较远的处理机间通信应用，多数应用于备份系统之间的通信。

3）以太网通信总线结构

当前大部分处理机均具有以太网接口，并且在嵌入式操作系统中均包含适配于以太网数据传输的协议栈，编程容易，因此在现代交换系统设计中，内部处理机间通信大量采用这种通信方式。在采用以太网通信结构时，需要注意的是以太网协议栈基于TCP／IP模型，适合大块数据的可靠传输，而处理机间通信多为长度较短的消息，传输时延较大，须采用改进型的UDP相互通信。