4.3.2 呼叫处理的基本原理
1）呼叫处理过程及其特点
设用户A和用户B位于同一个交换机内，且两个用户均处于空闲状态。在某个时刻，用户A要发起与用户B的一个呼叫，即主叫为A、被叫为B，则交换机对这个本局呼叫的基本处理过程如表4.2所示。
通过上面对一个本局呼叫的基本呼叫过程的描述，不难发现，整个呼叫处理过程就是处理机在某个状态监视、识别外部来的各种输入信号（例如用户摘挂机、拨号等），然后进行分析、执行任务和输出信号（例如振铃、送各种信号音等），进入另外一个状态，再进行监视、识别输入信号、再分析、执行、输出信号……的过程，可以通过图4.34进一步说明这种呼叫处理的特点。
从图4.34可知，一个呼叫处理的过程可以分为几个阶段，每个阶段对应一个稳定的状态，在每个稳定状态下，只有当交换机检测到输入信号时，才进行分析处理并执行任务，任务执行的结果往往要产生一些输出信号，然后跃迁到另一个稳定的状态，如此反复。因此不难总结出呼叫处理的过程具有以下七个特点。
（1）呼叫处理过程可分为若干个阶段，每个阶段可以用一个稳定的状态来表示。
（2）呼叫处理的过程就是在一个稳定状态下，处理机监视、识别输入信号，进行分析处理，执行任务并输出命令，然后跃迁到下一个稳定状态的循环过程。
（3）两个稳定的状态之间要执行各种处理。
表4.2 一个本局呼叫的基本处理过程
（4）在一个稳定状态下，若没有输入信号，状态不会迁移。
（5）相同的输入信号在不同的状态下会有不同的处理，并迁移到不同的状态。
（6）在同一状态下，对不同输入信号的处理是不同的。
（7）在同一状态下，输入同样信号，也可能因不同情况得出不同结果。
通过对呼叫处理过程特点的分析，可以将呼叫处理过程划分为以下三个部分。
①输入处理
在呼叫处理的过程中，输入信号主要有摘机信号、挂机信号、所拨号码和超时信号，这些输入信号也叫做事件，输入处理就是指识别和接收这些输入信号的过程，在交换机中，它是由相关输入处理程序完成的。
②分析处理
分析处理就是对输入处理的结果（接收到的输入信号）、当前状态以及各种数据进行分析，决定下一步执行什么任务的过程，如号码分析、状态分析等。分析处理的功能是由分析处理程序完成的。
③任务执行和输出处理
图4.34 呼叫处理过程的特点分析
任务执行是指在迁移到下一个稳定状态之前，根据分析处理的结果，完成相关任务的过程。它是由任务执行程序完成的。在任务执行的过程中，要输出一些信令、消息或动作命令，如No.7信令、处理机间通信消息以及送拨号音、停振铃和接通话路命令等，将完成这些消息的发送和相关动作的过程叫做输出处理，输出处理由输出处理程序完成。
2）用SDL图表示的呼叫处理过程
呼叫处理的过程实际上就是在事件（输入信号）的作用下，从一个稳定状态跃迁到另一个稳定状态的过程，具有有限个状态和输入事件，具有一个初始状态，输入事件引起状态的迁移，因此，对于程控交换系统处理呼叫的行为，可以用扩展的有限状态机（EFSM）来描述。规范说明和描述语言（SDL，Specification and Description Language）不仅对系统的行为能用扩展的有限状态机来描述，而且能够清楚表达EFSM难以表达的通信系统中的两个主要概念——功能部件之间的通信关系和定时器功能。因而采用SDL可以方便、直观、准确地表达呼叫处理过程。
SDL主要应用于电信领域，它是为描述复杂的实时系统而特别设计的。只要系统的行为能用扩展的有限状态机来描述，并且其重点在于交互方面，就能够用SDL来说明该系统所具有的行为，也可描述其实际具有的行为。SDL具有两种不同的形式：文本表示法（PR）和图形表示法（GR）。PR是基于类似程序的语句，适合计算机使用。GR基于一套标准化的图形符号，直观易懂，能够清晰地表示系统结构和控制流程，适于设计开发人员使用。SDL是形式化定义的，可以对其进行分析、模拟和验证。
SDL图形表示法中常用的图形符号如图4.35所示。
图4.35 SDL常用的图形符号
图4.36是用SDL图来描述的一个本局呼叫的处理过程，描述过程省略了细节的分析判断以及用户听忙音状态之后呼叫处理行为的描述。
3）输入处理
输入处理的主要功能就是要及时检测外界进入到交换机的各种信号，如用户摘/挂机信号、用户所拨号码（PULSE、DTMF）、中继线上的中国No.1信令的线路信令、No.7信令等，将这些从外部进入到交换机的各种信号称为事件。输入处理是由输入处理程序来完成的。在一次呼叫过程中，会产生许多这样的随机事件，当事件发生时，输入处理程序要及时、准确地检测和识别这些事件，报告给分析处理程序。
输入处理程序需完成的功能主要有以下五个。
①用户线扫描监视。监视用户线状态是否发生了变化。
②中继线线路信令扫描。监视采用随路信令的中继线的状态是否发生了变化。
③接收各种信号。包括拨号脉冲、DTMF信号和MFC信号等。
④接收公共信道信令。
⑤接收操作台的各种信号等。
（1）用户线扫描分析
用户线扫描监视程序完成检测和识别用户线的状态变化，其目的就是要检测和识别用户线上的摘机/挂机信号和用户拨号信号。
用户线有两种状态：“续”和“断”。“续”是指用户线上形成直流通路，有直流电流的状态；“断”是指用户线上直流通路断开，没有直流电流的状态。用户摘机时，用户线状态为“续”；用户挂机时，用户线状态为“断”；用户拨号送脉冲时，用户线状态为“断”，脉冲间隔时，甩户线状态为“续”。因此通过对用户线上有无电流，即对这种“续”和“断”的状态变化进行监视和分析，就可检测到用户线上的摘/挂机信号及脉冲拨号信号。
此外，为了能够及时检测到用户线上的状态变化，处理机必须周期性地去扫描用户线。周期的长短视具体情况而定，用户摘挂机扫描周期一般为100～200ms，拨号脉冲识别周期一般为8～10ms。因此，用户线扫描监视程序是周期级程序。
图4.36 SDL图描述的本局呼叫的处理过程
（2）摘挂机识别原理
用户线的状态不外乎有两种：“续”和“断”，如果用“0”来表示“续”，“1”来表示“断”状态，则用户摘机状态为“0”，用户挂机状态为“1”。设程控交换机摘挂机扫描程序的执行周期为200ms，那么摘机识别就是在200ms的周期性扫描中找到从“1”到“0”的变化点，挂机识别就是在200ms的周期性扫描中找到从“0”到“1”的变化点。摘挂机识别原理如图4.37所示。
在图4.37中，每隔200ms处理机调用摘挂机扫描监视程序对用户线状态进行扫描，图中每个箭头代表一次200ms扫描监视程序的执行。由于摘机时用户线状态从“1”变为“0”，挂机时用户线状态从“0”变为“1”，所以只要将前一个200ms周期的扫描结果，即“前次扫描结果”，与当前200ms周期扫描的结果，即“这次扫描结果”进行比较，确定用户线状态从“1”到“0”的变化点和从“0”到“1”的变化点，就可识别出摘机信号和挂机信号。
用户摘挂机识别的流程图如图4.38所示。
图4.37 摘挂机识别原理
图4.38 用户摘挂机识别流程图
一般在实际实现时通常采用“群处理”的方法，对一组用户进行检测，而不是逐个用户地检测，这样可大大提高扫描效率。“群处理”技术是程控交换软件设计中经常采用的技术之一，可参见下一节“程控交换软件技术”相关内容。
中国No.1信令的线路信令在交换机的输入端一般表现为电位的变化，因此可采用与用户线监视扫描相同的方法监视扫描线路信令的变化。
（3）脉冲拨号识别原理
脉冲拨号识别包括脉冲识别和位间隔识别。脉冲识别就是识别用户拨号脉冲，位间隔识别是识别出两位号码之间的间隔，即相邻两串脉冲之间的间隔。
①脉冲识别
由于用户拨号送脉冲时为“断”，脉冲间隔时为“续”，所以脉冲识别的本质与摘挂机识别是一样的，都是要识别出用户线状态的变化点。若要及时检测到用户线状态的变化，必须确定合适的脉冲识别扫描周期。与脉冲拨号方式相关的参数有三个：脉冲速度、脉冲断续比和位间隔，由此可以计算出脉冲拨号时最短的变化间隔时间。
由于号盘每秒发出的最快脉冲个数为14个，脉冲周期T＝1000/14＝71.43ms，在这种情况下若脉冲断续比为2.5∶1，则脉冲“续”的时间最短，为（1/3.5）T，那么拨号期间最短的变化周期为Tmin＝（1/3.5）T＝（1/3.5）×71.43ms＝20.41ms。只要脉冲识别扫描程序的周期Tb＜Tmin，就能保证在识别过程中不漏掉每一个脉冲。脉冲识别原理如图4.39所示。
图4.39 脉冲识别原理
在图4.39中，脉冲识别扫描周期为10ms，其中“变化识别”用于表示用户线状态是否发生了变化，即标识出用户线状态的变化点。识别脉冲的方法有两个：脉冲前沿识别和脉冲后沿识别，脉冲前沿识别相当于摘挂机识别中的挂机识别，即
脉冲后沿识别相当于摘挂机识别中的摘机识别，即
这里引入“变化识别”这个中间结果进行稍微复杂的计算，是因为在位间隔识别中要用到“变化识别”。通常脉冲识别和位间隔识别程序是协同工作的。
②位间隔识别
进行位间隔识别首先要确定位间隔识别的扫描周期。
首先讨论最长的脉冲断续时间间隔。由于最慢的脉冲速度为每秒8个脉冲，所以脉冲周期T＝1000/8＝125ms，若脉冲断续比为2.5∶1，则脉冲断的时间是用户线状态无变化的最大间隔，设其为Tmax，则Tmax＝（2.5/3.5）T＝（2.5/3.5）×125＝89.29ms，为了不将脉冲断续时间间隔误识别为位间隔，位间隔识别的扫描周期Ts应大于Tmax。
另一方面，脉冲拨号的位间隔时间Tw≥350ms，位间隔识别扫描周期只有小于（1/2）Tw，即175ms，按照下述识别原理才能不漏识位间隔。因此，位间隔识别的扫描周期Ts应满足下列条件：
Tmax＜Ts＜（1/2）Tw
当位间隔识别扫描周期满足上述条件时，若在一个位间隔扫描周期内，用户线状态没有发生变化，则这个间隔肯定不是脉冲断续的间隔，因为脉冲断续的时间间隔肯定小于位间隔识别扫描时间，它有可能是一个位间隔。在具体识别过程中，为保证及时识别所发生的位间隔，并且不重复识别同一个位间隔，通常将两个扫描周期结合起来进行判定识别，即若在一个扫描周期内，用户线状态发生了变化，而在紧接着下一个扫描周期内，用户线状态没有发生变化，就判定有可能检测到了一个位间隔。位间隔识别原理如图4.40所示。
图4.40 位间隔识别原理
在图4.40中，取位间隔扫描周期为100ms。为了表示在一个位间隔扫描周期内用户线状态是否发生了变化，引入了“首次变化”这个变量。对于“首次变化”这个变量，其操作有两个特点。
①在每个位间隔扫描周期开始时，“首次变化”初始化为“0”。
②当一个扫描周期内遇到用户线状态发生了变化，则“首次变化”的值被置为“1”，并且在这个扫描周期内保持“1”不变，表明在这个扫描周期内用户线发生了变化。
可以用下面的逻辑关系来表示这种操作的特点：
在执行每次100ms位间隔扫描程序时，都要检查“首次变化”这个变量。若“首次变化”为“0”，则表明在前100ms周期内用户线状态没有发生过变化；若“首次变化”为“1”，则表明用户线状态发生了变化，但此时还不能确定为何种变化，既可能为脉冲变化，也可能为位间隔变化，还需要看下一个100ms周期内是否有变化。若仍有变化，则该变化属于“脉冲变化”；若无变化，则为“位间隔变化”，即判定有可能为位间隔。在下一个周期内有可能还识别出用户线无变化，但已经识别出一次了，不再作重复识别。
对于上述的判断结果，需要进一步确认是否为“位间隔”，因为如果用户拨号时中途挂机，用户线也会有类似于“位间隔变化”的结果，所以通常还要再判断“当前用户线状态”，以区别是用户中途挂机还是位间隔。若当前用户线状态为“1”，则说明用户已挂机，那么识别的就是“中途挂机”，否则即为“位间隔”。
脉冲识别程序和位间隔识别程序的流程图如图4.41所示。
图4.41 脉冲识别和位间隔识别流程图
（4）DTMF号码接收原理
DTMF方式有两组频率：高频组和低频组。每个号码分别用一个高频和一个低频表示，因此DTMF号码识别实际上就是要识别出是哪两个频率的组合。程控交换机使用DTMF收号器（硬件收号器）接收DTMF信号，DTMF收号器的示意图如图4.42所示。
在图4.42中，输出端用于输出某个号码的高频信号和低频信号，信号标志用于表示DTMF收号器是否在收号。当信号标志SP＝0时，表示DTMF收号器正在收号，可以从收号器读取号码信息；当信号标志SP＝1时，表示DTMF收号器没有收号，无信息可读。为了及时读出号码，对信号标志SP要进行检测监视，一般DTMF信号传送时间大于40ms，通常取该扫描监视周期为20ms，以确保不漏读DTMF号码。DTMF收号原理如图4.43所示。其基本原理与上面所介绍的脉冲识别方法是一致的，在此不再赘述。
图4.42 DTMF收号器示意图
图4.43 DTMF收号原理
中国No.1信令多频互控信号（MFC）的接收原理与DTMF信号的接收原理一样，也是识别两个频率，监视扫描“标志信号”，以确定读取信号的时机。
4）分析处理
分析处理就是对各种信息（当前状态、输入信息、用户数据、可用资源等）进行分析，确定下一步要执行的任务和进行的输出处理。分析处理由分析处理程序来完成，它属于基本级程序。按照要分析的信息，分析处理具体可分为去话分析、号码分析、来话分析、状态分析。
（1）去话分析
输入处理的摘挂机扫描程序检测到用户摘机信号后，交换机要根据用户数据进行一系列分析，决定下一步的接续动作。将这种在主叫用户摘机发起呼叫时所进行的分析叫做去话分析，去话分析基于主叫用户数据，其结果决定下一步任务的执行和输出处理操作。图4.44所示为去话分析示意图。
图4.44 去话分析
图4.45是去话分析的一般流程，它给出了主要的去话分析内容。交换机检测到用户摘机后，首先要核实用户当前的状态，只有在空闲状态才允许发起呼叫。用户呼叫限制的检查排除了因欠费等情况引起的呼出限制。对话机类别的分析，是判定用户拨号采用DTMF方式，还是PULSE方式，如果是DTMF方式，就要分配DTMF收号器来接收号码，如果是PULSE方式，则无需分配硬件收号器而是由软件来实现收号。还要获知用户是普通用户还是优先用户，在某些情况下交换机对两类用户会区别对待，如当进行过负荷控制时，会首先限制普通用户的呼出。用户计费方式的分析与是否计费以及呼叫过程所产生的话单密切相关。只有本地呼叫权限的用户，不允许其拨打长途，在呼叫处理过程中像这样的控制是依据对用户呼叫权限的分析结果而进行的。图4.45所示的流程中没有考虑新业务如热线服务的情况，仅给出了一般情况的分析流程，在具体实现时应根据交换机的实际情况来确定去话分析的内容和流程。
图4.45 去话分析的一般流程
（2）号码分析
号码分析是在收到用户的拨号号码时所进行的分析处理，其分析的数据来源就是用户所拨的号码。交换机可从用户线上直接接收号码，也可从中继线上接收它局传送来的号码。号码分析的目的是确定接续方向和应收号码的长度以及下一步要执行的任务。图4.46所示为号码分析示意图。
图4.46 号码分析
号码分析可分为两个步骤进行：号首分析和号码翻译。
接收到用户所拨的号码后，首先进行的分析就是号首分析。号首分析是对用户所收到的前几位号码的分析，一般为1～3位，以判定呼叫的接续类型，获取应收号长和路由等信息。
号码翻译是接收到全部被叫号码后所进行的分析处理，它通过接收到的被叫号码找到对应的被叫用户。每个用户在交换机内都具有唯一的标志，通常称为用户设备号，通过被叫号码找到对应的被叫用户，实际上就是要确定被叫用户的用户设备号，从而确定其实际所处的物理端口。
图4.47所示为号码分析及相应任务执行的流程。例如，按照我国电话网编号计划，若号首为“0”，则为国内长途呼叫；号首为“00”，则为国际长途呼叫；号首为“800”，则为智能网业务呼叫；号首为“119”，则为特服呼叫。通过号码分析确定了呼叫类型并获取了相关信息，进而转去执行相应的呼叫处理程序。
图4.47 号码分析及相应任务的执行
（3）来话分析
来话分析是有入局呼叫到来时在叫出被叫之前所进行的分析，分析的目的是要确定能否叫出被叫和如何继续控制入局呼叫的接续。来话分析是基于被叫用户数据进行的。图4.48所示为来话分析示意图。
图4.49所示为来话分析的一般流程。值得注意的是，当被叫忙时，应判断用户是否登记了呼叫等待、遇忙无条件转移和遇忙回叫业务。
图4.48 来话分析
图4.49 来话分析的一般流程
（4）状态分析
对呼叫处理过程特点的分析可知，整个呼叫处理过程分为若干个阶段，每个阶段可以用一个稳定状态来表示。整个呼叫处理的过程就是在一个稳定状态下，处理机监视、识别输入信号，并进行分析处理、执行任务和输出命令，然后跃迁到下一个稳定状态的循环过程。在一个稳定状态下，若没有输入信号，状态不会迁移。在同一状态下，对不同输入信号的处理是不同的。因此在某个稳定状态下，接收到各种输入信号，首先要进行的分析就是状态分析，状态分析的目的是要确定下一步的动作，即执行的任务或进一步的分析。状态分析基于当前的呼叫状态和接收的事件。
呼叫状态主要有空闲、等待收号、收号、振铃、通话、听忙音、听空号音、听催挂音、挂起等，可能接收的事件主要有：摘机、挂机、超时、拨号号码、空错号（分析结果产生）等。这里要强调的是，事件不仅包括从外部接收的事件，还包括从交换机内部接收的事件。内部事件一般是由计时器超时、分析程序分析的结果、故障检测结果、测试结果等产生的。
具体状态分析流程可参见图4.36所示的呼叫处理过程。
5）任务执行和输出处理
任务执行是指从一个稳定状态迁移到下一个稳定状态之前，根据分析处理的结果，处理机完成相关任务的过程。在呼叫处理过程中，当某个状态下收到输入信号后，分析处理程序要进行分析，确定下一步要执行的任务。在呼叫处理状态迁移的过程中，交换机所要完成的任务主要有以下七种。
（1）分配和释放各种资源，如对DTMF收号器、时隙的分配和释放。
（2）启动和停止各种计时器，如启动40s忙音计时器，停止60s振铃计时器等。
（3）形成信令、处理机间通信消息和驱动硬件的控制命令，如接通话路命令、送各种信号音和停各种信号音命令。
（4）开始和停止计费，如记录计费相关数据等。
（5）计算操作，如计算已收号长，重发消息次数等。
（6）存储各种号码，如被叫号码、新业务登记的各种号码等。
（7）对用户数据、局数据的读写操作。
在任务执行的过程中，要输出一些信令、消息或动作命令，输出处理就是完成这些信令、消息的发送和相关动作的过程。具体来说，输出处理主要包括：
（1）送各种信号音、停各种信号音，向用户振铃和停振铃。
（2）驱动交换网络建立或拆除通话话路。
（3）连接DTMF收号器。
（4）发送公共信道信令。
（5）发送线路信令和MFC信令。
（6）发送处理机间通信信息。
（7）发送计费脉冲等。
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