程控数字交换机的总体结构

4.2.1　程控数字交换机的总体结构

总体结构是从模块化的角度分析程控交换机的构成。模块是由具有一定基本功能的基本电路和（或）基本部件组成，而模块的划分则由程控交换机所采用的控制方式决定，不同的控制方式将得到不同的模块结构。然而，对于模块的划分没有严格的统一规定，因此，不同厂商生产的程控交换机，即使采用完全相同的控制方式，其模块结构也可能会有所不同。这里，我们介绍两种不同控制方式所对应的模块结构。

1）分级控制方式的模块结构

程控交换机的控制方式，一般可分为集中控制和分散控制两种，而分散控制又分为分级式分散控制（又称为部分分散控制）和分布式分散控制（又称为全分散控制），这两类分散控制又分别被简称为分级控制和分布控制。

由于分散控制的种种优越性及微处理机的大量普及发展，当前，除了少数很小容量（几百门以下）的程控交换机采用集中控制方式外，绝大多数的程控交换机，特别是程控数字交换机，都采用分散控制的方式，而其中采用分级控制方式的又占大多数。

SOPHO iS3070程控数字交换机是采用分级控制方式的典型机种，如图4.5所示。它的整个系统被划分成三大模块，即外围模块（PM）、交换模块（SM）和中央模块（CM）。

外围模块含有各种外围接口电路，如模拟、数字用户电路，模拟、数字中继电路，话务台接口电路和信号音收发器等。此外，外围模块还含有外围交换网络和外围处理单元。

在外围模块中，交换机的所有外围接口功能由各种外围接口电路实现，交换接续功能由外围交换网络部分地实现，对本模块进行扫描、驱动的低层控制功能由外围处理单元实现。因此，一个外围模块基本上具备了交换机所应具备的三种基本功能，从而构成一个独立的交换子系统。通常把这种独立的交换子系统称为远端外围模块或远端模块，它可以安装在活务量比较集中而又远离主机节点的地方。

图4.5　分级控制式交换机的模块结构

交换模块由扩容方便的中央交换网络和系统时钟电路组成。

中央交换网络和外围模块中的外围交换网络共同构成了该交换系统的交换网络结构。系统的整个交换网络是一个TTT三级无阻寒、全利用度的全时分交换网络。其中，中央交换网络起互连网络的作用，系统中的各个模块都通过中央交换网络互连在一起，而外围交换网络主要起接入网络的作用，它负责将各种外围接口电路接入到中央交换网络。

中央模块由中央处理单元和若干通信接口电路组成。

中央处理单元主要负责整个系统的高层控制，例如路由的选择分配、资源的调度管理、故障的诊断处理等；而通信接口电路主要是为了实现各个模块中的处理机与中央模块中的处理机间的相互通信。

中央处理单元和外围处理单元共同构成了整个交换机的控制系统，综上所述，这个控制系统采用了两级分级控制方式：外围处理单元构成一级，实现本模块的低层控制功能；中央处理单元构成另—级，实现整个系统的高层控制功能。

在SOPHO iS3070中，—个外围模块（PM1100）最多可连接320个外围接口电路，这320个外围接口电路通过10条PCM链路连接到外围交换网络。我们知道，一条PCM链路由32个64Kbit/s的信道（时隙）构成，这样，每一个外围接口电路都可以分配到一个固定的通信信道，在软件上，这为交换机的接续处理带来了方便。

根据系统的配置，外围交换网络最多有8条PCM链路与中央交换网络相连，在其中的2条链路上，各有一个时隙用来传送状态信号和控制信息，而其余的各个时隙均可用来传送用户的业务信息。通常，把传送用户信息的信道称为信息信道，把传送状态或控制信息的信道称为控制信道。

中央模块也通过两条PCM链路与中央交换网络相连。在这些PCM链路上，每个信道都是作为控制信道使用，以实现中央处理机与各个外围模块及交换模块中处理机之间的通信连接。

需要指出的是，在中央模块与交换模块相连接的两条PCM链路中，有一条作为主用链路，还有—条作为备用链路。当主用链路中的某个信道出现故障时，系统将自动切换到备用链路中相应的信道。同样，在外围交换网络和中央交换网络之间所用的两个控制信道也是采用主备方式工作。显然，这种安排将会大大提高系统的可靠性。

2）分布控制方式的模块结构

对于分布控制方式的程控交换机，其模块划分有按模块功能进行划分和按模块容量进行划分的两种方法。按功能划分是按照交换机各种不同的功能将模块划分为模拟用户模块、数字用户模块、模拟中继模块、数字中继模块、服务电路模块、系统控制模块等，典型机种如S1240局用程控数字交换机。按容量划分则是要求每个模块具有一定容量的用户接口、中继接口等各种外围接口电路和必要的服务电路，而且，每个模块应能独立完成交换机应具备的各种基本功能。这表明，每个模块应相当于一个小型交换系统，典型机种如MD110。下面我们分别以S1240和MD110为例说明这两种模块结构。

（1）按功能划分的模块结构

S1240的总体结构如图4.6所示，各种模块通过标准接口连接到数字交换网络而形成一个“蜘蛛网”结构。这种以数字交换网络为中心的“蜘蛛网”形的连接，直观地体现了分布式控制的特点。

图4.6　按功能划分的模块结构

整个系统由数字交换网络（DSN）、辅助控制单元和各种终端模块组成。

数字交换网络由完全相同的数字交换单元组合而成，这种数字交换单元不仅具有空分交换和时分交换相结合的交换接续功能，而且还具有通路选择功能，可以接收路由选择命令，在内部进行通路选择并建立通路。因此，数字交换网络可以接收任一终端模块发来的路由选择命令，建立网络通路而将该模块接通到另一模块，从而实现交换接续功能。

每个终端模块由终端电路和终端控制单元两部分组成。终端电路也即外围接口电路，其基本功能是用来适配相应的终端设备或通信网络。终端控制单元主要由16位字长的微处理机、存储器、控制接口和终端接口组成。微处理机以高速总线与存储器和终端接口相连，而以低速总线与终端电路相连。

终端模块除具有相应的外围接口功能外还具有较强的控制功能，这些控制功能主要包括：

①传送包括主叫地址、被叫地址在内的控制信号以控制通路的建立和清除；

②控制本模块的微处理机与其他模块微处理机之间的通信；

③提供本模块所需要的其他控制功能。

辅助控制单元也是接在数字交换网络上的一种模块，它为系统提供较高层的呼叫处理和控制功能。

辅助控制单元可分为两部分，一部分为呼叫处理过程提供辅助控制，例如在用户模块和能提供各种信号音及DTMF收号器的信号音模块及服务电路模块之间沟通联系；另一部分为系统提供管理系统数据和系统资源的辅助控制，例如选择空闲的收号器，管理收号器的忙闲状态等。

S1240的控制及接口功能分散在各个模块之中，因此，即使是组成一个最小容量的交换系统，也需要有多种终端模块，而模块的种类与数量主要根据交换系统的用途和容量进行配置。

S1240系统具有各种类型的终端模块，可以适应各种终端设备、模拟通信网、数字通信网以及综合业务数字网的发展要求。各个终端模块通过一条或多条32路PCM链路与数字交换网络相连接，终端模块的主要类型如下：

①模拟用户模块。每个模块可接128个模拟用户，并用4条32路PCM链路接到数字交换网络上。此外，每个模块有4套振铃电路，每32个用户合用一套。

②数字用户模块。每个模块可接30或60个数字用户，可提供144Kbit/s数字用户环路接口，以进行话音和数据的电路交换。

③模拟中继模块。可用于2线或4线模拟中继，并具有多种信号方式，每个模块最多可接30条模拟中继线。

④数字中继模块。可连接24路或32路的PCM数字中继线，每个模块只能接一条数字中继线。

⑤服务电路模块。每个模块最多可提供32套多频信号发送器和多频信号接收器，能适应ITU－T推荐的R1、R2、5号信令和DTMF信令方式。

⑥时钟和信号音模块。为整个系统提供所需要的时钟信号和各种数字化信号音。为可靠起见，该模块一般配备两个。

⑦综合业务数字网用户模块。为综合业务数字网的用户提供144Kbit/s用户环路接口，即4线、2B＋D的S接口，以便对这些用户的信息进行电路交换或分组交换。

⑧综合业务数字网中继模块。该模块可通过数字中继线与其他的数字电话局或分组交换网相连接，每个模块只有一个中继接口。

⑨远端用户接口模块。该模块可通过数字中继线与远端用户单元相连接，最多可为480个远端用户提供接口和控制。

⑩公共信道模块。提供ITU－TNo.7共路信令的第2级和第3级功能，最多可处理16条信令链路。

话务员接口模块。该模块可将PCM数字中继链路直接接到15个话务员坐席。

维护和外围设备接口模块。该模块配有人机通信接口，可用于连接维护终端计算机、磁盘机、磁带机等，以对整个交换系统进行维护、管理操作。为了可靠，该模块一般应配备两个。

（2）按容量划分的模块结构

MD110是一种按容量划分、采用分布控制方式的程控数字交换系统。如图4.7所示，整个系统由用户线接口模块（LIM）和选组级交换网络（GS）两部分组成。根据容量的大小，整个交换系统可由一个或多个用户线接口模块组成，而且，选组级交换网络的容量也可根据需要进行调整。

用户线接口模块除具有各种外围接口电路外，还具有其本身的控制系统和交换网络，如图4.8所示。每个用户线接口模块可处理256个端口，大约可装200门电话分机。

图4.7　按容量划分的模块结构

图4.8　用户线接口模块框图

即使是单个的用户线接口模块，也可以作为一台程控交换机而独立工作。如果要组成一个大容量的交换系统，则可以利用选组级交换网络并通过数字中继线将多个用户线接口模块连接在一起，如图4.7所示。

MD110的交换网络是由用户线接口模块内的交换网络和选组级交换网络构成，这两个交换网络都是单级时分数字交换网络。

用户线接口模块中的交换网络是用来连接本模块范围内的电话设备以及通过PCM链路将本模块接至选组级交换网络。

选组级交换网络是可以按模块叠加方式进行扩容的数字交换网络，其任务是在用户线接口模块之间传送PCM话音、数据和控制信号。选组级交换网络本身没有控制设备，它完全受用户线接口模块的控制。

MD110的控制功能分散在各个用户线接口模块之中，每个模块都有自己的控制系统。在本模块范围内，各个模块都能实现自主控制并具有完全独立的呼叫处理功能，包括选择接续通路、选择中继线等。

然而，同样是容量划分，在模块自主控制方面也可以存在一些差异。例如，有些按容量划分的程控交换机，虽然按容量划分的模块只有绝大部分的呼叫处理功能，但并不具备对交换网络的路由选择功能。在这种交换系统中，在互连网络的周围还应设置具有路由选择功能的功能模块。这也就是说，容量划分不是绝对的，它可以以容量划分为主，兼具功能划分。同样，在按功能划分的模块结构中，也可以以功能划分为主，兼具容量划分。例如，在S1240中，一个用户模块只能处理一定容量的用户，在整个交换系统中可能会有多个用户模块，因此，从整个系统容量来看，这些用户模块是在按容量进行划分。

在分布式控制方式中，无论是按容量划分还是按功能划分，各个模块都具有很强的自主控制能力，每个模块都能独立工作，不受其他模块控制；而在分级控制方式中，每个模块都要受中央模块的控制，这一点是两种控制方式间的主要差异。