第四章 程控数字交换系统的软件 4.1 程控交换软件的概述程控交换软件的概述4.2 运行软件的一般结构运行软件的一般结构4.3 程序的级别及调度程序的级别及调度4.4 呼叫处理程序呼叫处理程序4.1 程控交换软件的概述程控交换软件的概述4.1.1 程控交换软件的基本特点程控交换软件的基本特点 程程控控交交换换软软件件的的基基本本特特点点是是：实实时时性性强强，具具有有并并发发性性，适应性强，可靠性和可维护性要求高。适应性强，可靠性和可维护性要求高。1实时性强实时性强 程控交换机是一个实时系统。程控交换机是一个实时系统。 2并发性和多道程序运行并发性和多道程序运行 在一部交换机上，往往不仅有多个用户同时发出呼叫在一部交换机上，往往不仅有多个用户同时发出呼叫请求，还同时有多个用户正在进行通话。请求，还同时有多个用户正在进行通话。 图4-1 多个进程实例共用一个程序代码3可靠性要求高可靠性要求高 程控交换机应具有很高的可靠性，即使在其程控交换机应具有很高的可靠性，即使在其硬件或软件系统本身发生故障的情况下，系统仍硬件或软件系统本身发生故障的情况下，系统仍能保持可靠运行。能保持可靠运行。 4能方便地适应交换机的各种条件能方便地适应交换机的各种条件 一一个个程程控控交交换换机机要要面面对对大大量量规规模模不不同同、对对交交换机功能要求不同、运行环境不同的交换局。换机功能要求不同、运行环境不同的交换局。5软件的可维护性要求高软件的可维护性要求高 交换软件的另一个特点是具有相当大的维护交换软件的另一个特点是具有相当大的维护工作量。工作量。 4.1.2 数据驱动程序的特点及其结构数据驱动程序的特点及其结构 程控交换软件的一个基本要求是容易追加新程控交换软件的一个基本要求是容易追加新的功能及适应不同的条件。的功能及适应不同的条件。 图4-2 动作驱动程序的流程图图4-3 数据驱动程序的流程图图4-4 数据驱动程序的一般结构4.1.3 有限状态机（有限状态机（FSM）和有限消息机（）和有限消息机（FMM）的概念）的概念 系统的有限状态机描述是指能将系统（或进程）的状系统的有限状态机描述是指能将系统（或进程）的状态定义为有限个状态，然后描述在每个状态下受到某个外部态定义为有限个状态，然后描述在每个状态下受到某个外部信号激励时系统作出的响应及状态转移的情况。信号激励时系统作出的响应及状态转移的情况。 图4-5 FSM结构的示意图 4.1.4 在交换软件设计中应用的三种类型的程序设计语言在交换软件设计中应用的三种类型的程序设计语言 在程控交换机软件的开发、运行和维护阶段，一般要在程控交换机软件的开发、运行和维护阶段，一般要用到三种类型的语言：规范描述语言（用到三种类型的语言：规范描述语言（SDL）、各种高级）、各种高级语言和汇编语言、人机对话语言（语言和汇编语言、人机对话语言（MML）。）。 1规范描述语言规范描述语言 规范描述语言（规范描述语言（SDL）是原）是原CCITT建议的一种建议的一种高级语言，主要用来说明电话交换系统的行为。高级语言，主要用来说明电话交换系统的行为。 （1）系统定义）系统定义 系统名字系统名字 信号定义信号定义 信号表定义信号表定义 信道定义信道定义 数据定义数据定义 模块定义模块定义图4-6 系统图的SDL/GR表示（2）模块定义）模块定义模块定义包含以下项目：模块定义包含以下项目：模块名字模块名字 信号定义信号定义信号表定义信号表定义 信号路由定义信号路由定义 信道到路由的连接信道到路由的连接 进程定义进程定义 数据定义数据定义图4-7 模块的SDL/GR表示（3）进程定义）进程定义图4-8 SDL/GR描述进程的主要符号图4-9 进程定义的例子2汇编语言和高级语言汇编语言和高级语言（1）汇编语言）汇编语言汇编语言是面向处理机动作过程的语言汇编语言是面向处理机动作过程的语言（2）高级语言）高级语言3人机对话语言（人机对话语言（MML）（1）输入信息）输入信息人机命令人机命令（2）输出语言）输出语言4.2 运行软件的一般结构运行软件的一般结构4.2.1 运行软件的基本结构运行软件的基本结构 程程控控交交换换机机的的运运行行软软件件指指存存放放在在交交换换机机处处理理机机系系统统中中，对对交交换换机机的的各各种种业业务务进进行行处处理的程序和数据的集合。理的程序和数据的集合。图4-10 运行软件结构4.2.2 局数据和用户数据局数据和用户数据1局数据局数据 局局数数据据用用来来描描述述交交换换机机的的配配置置及及运运行行环环境，主要包含以下内容：境，主要包含以下内容： 配置数据配置数据 交换局的号码翻译规则交换局的号码翻译规则 路由中继数据路由中继数据 No.7信令数据信令数据 计费数据计费数据 新业务提供情况新业务提供情况 2用户数据用户数据 用用户户数数据据用用来来说说明明用用户户的的情情况况，每每个个用用户户都都有有其其特有的用户数据。用户数据主要包括以下内容：特有的用户数据。用户数据主要包括以下内容： 用户电话号码、用户设备码用户电话号码、用户设备码 用户线类别用户线类别 话机类别话机类别 用户的服务等级用户的服务等级 用户对新业务的使用权及用户已登记的新业务用户对新业务的使用权及用户已登记的新业务 用户计费数据用户计费数据4.2.3 操作系统、呼叫处理程序以及维护管理程序操作系统、呼叫处理程序以及维护管理程序1操作系统操作系统2呼叫处理程序呼叫处理程序3维护管理系统维护管理系统4.3 程序的级别及调度程序的级别及调度4.3.1 程序的优先级、各类程序的特点及驱动方式程序的优先级、各类程序的特点及驱动方式 程控交换机软件的最基本特点是并发性和实时程控交换机软件的最基本特点是并发性和实时性，并发性是指在系统中存在多道被激活的作业，性，并发性是指在系统中存在多道被激活的作业，实时性是指系统对外界出现的事件必须在规定时间实时性是指系统对外界出现的事件必须在规定时间内作出响应，否则将丢失有关信息而导致呼叫处理内作出响应，否则将丢失有关信息而导致呼叫处理的失败。的失败。 1中断级中断级 中断级程序有两个重要特点，一个是实时性要求中断级程序有两个重要特点，一个是实时性要求高，在事件发生时必须立即处理；另一个是事件发生高，在事件发生时必须立即处理；另一个是事件发生的随机性，即事件何时发生事先无法确定。的随机性，即事件何时发生事先无法确定。 2时钟级时钟级 时钟级程序用于处理实时性要求较高的工作（按时钟级程序用于处理实时性要求较高的工作（按照一定周期执行）。照一定周期执行）。 3基本级基本级 基本级程序的功能是对外部发现的各种事件进行基本级程序的功能是对外部发现的各种事件进行处理。处理。 4.3.2 时钟级程序的调度时钟级程序的调度时钟级调度程序是由时钟中断启动的。时钟级调度程序是由时钟中断启动的。 1表格结构表格结构2调度程序流程调度程序流程图4-11 比特型时间表2调调度度程程序序流流程程图4-12 调度程序流程图4.3.3 处理机占用率计算处理机占用率计算图4-13 时钟级与基本级的执行4.3.4 基本级程序的调度基本级程序的调度1进程的概念进程的概念 进程是操作系统中最重要、最基本的概念之进程是操作系统中最重要、最基本的概念之一，它是随着多道程序的出现而引入的。一，它是随着多道程序的出现而引入的。 进程具有如下性质：进程具有如下性质： 进程包含了数据和运行于其上的程序。进程包含了数据和运行于其上的程序。 同一程序同时运行于不同数据集合上时，同一程序同时运行于不同数据集合上时，构成不同的进程。构成不同的进程。 若干个进程可以是相互交往的。若干个进程可以是相互交往的。 进程可以并发地执行。进程可以并发地执行。 2进程的状态及其转换进程的状态及其转换 等待状态：等待某个事件的发生。等待状态：等待某个事件的发生。 就绪状态：等待系统分配处理机以便运行。就绪状态：等待系统分配处理机以便运行。 运行状态：占有处理机正在运行。运行状态：占有处理机正在运行。 每个进程在执行过程中，任意时刻当且仅当处于每个进程在执行过程中，任意时刻当且仅当处于上述三种状态之一。上述三种状态之一。图4-14 进程的状态转换3进程控制块进程控制块 第第类类：标标识识信信息息。用用于于标标识识一一个个进进程程，如如进进程程名（与进程定义相对应的程序名），进程号码等。名（与进程定义相对应的程序名），进程号码等。 第第二二类类：说说明明信信息息。用用于于说说明明进进程程情情况况，如如说说明明进进程程状状态态，等等待待原原因因，进进程程程程序序存存放放位位置置，进进程程数数据据存放位置等信息。存放位置等信息。 第第三三类类：现现场场信信息息。用用于于保保留留进进程程在在运运行行时时存存放放在在处处理理机机中中的的内内容容，如如通通用用寄寄存存器器，控控制制寄寄存存器器的的内内容，程序状态字等。容，程序状态字等。 第第四四类类：资资源源信信息息。用用于于说说明明有有关关该该进进程程所所占占用用的存储器或外设资源的记录和连接信息等。的存储器或外设资源的记录和连接信息等。图4-15 进程的物理表征4进程通信进程通信 处理一个呼叫（或业务）需要多个进程配合完成，处理一个呼叫（或业务）需要多个进程配合完成，进程之间需要相互通信。进程之间需要相互通信。 消息发送原语的功能为：消息发送原语的功能为： 在在消消息息缓缓冲冲块块中中填填上上发发送送该该消消息息的的进进程程所所在在的的处理机标识和进程标识。处理机标识和进程标识。 确定消息路由。确定消息路由。 根据已确定的消息路由发送消息。根据已确定的消息路由发送消息。 消息等待原语的功能：消息等待原语的功能： 保存现场保存现场 将该进程排入等待队列，然后将该进程排入等待队列，然后转入调度程序调度就绪队列中优先级最转入调度程序调度就绪队列中优先级最高的进程运行。高的进程运行。5进程调度进程调度 进进程程调调度度程程序序的的功功能能就就是是从从就就绪绪队队列列中挑选一个进程到处理机上运行。中挑选一个进程到处理机上运行。（1）进程调度算法）进程调度算法 先来先服务方法先来先服务方法 时间片轮转法时间片轮转法 分级调度分级调度（2）进程调度程序）进程调度程序图4-16 进程调度程序的示意图4.4 呼叫处理程序呼叫处理程序4.4.1 呼叫处理的基本原理呼叫处理的基本原理 必须解决多个呼叫同时要求一个处理机进行必须解决多个呼叫同时要求一个处理机进行处理和处理机在同一时刻只能干一件事的矛盾。处理和处理机在同一时刻只能干一件事的矛盾。 采采用用什什么么方方法法把把要要处处理理的的各各种种事事情情都都互互不不影影响响地地加加以以处处理理，而而其其中中有有些些处处理理还还必必须须在在规规定定的的时间内完成，即呼叫处理程序必须具有实时性。时间内完成，即呼叫处理程序必须具有实时性。 1用户呼出阶段用户呼出阶段 2数字接收与分析阶段数字接收与分析阶段 3通话建立阶段通话建立阶段 4通话阶段通话阶段 5呼叫撤销阶段呼叫撤销阶段图4-17 交换机中作业调度的一般流程 4.4.2 呼叫处理程序的基本组成及层次结构呼叫处理程序的基本组成及层次结构图4-18 呼叫处理程序的分层结构 第一个层次是设备控制程序（硬件接口程序），第一个层次是设备控制程序（硬件接口程序），它们是终端硬件设备与信令程序、呼叫控制程序之间它们是终端硬件设备与信令程序、呼叫控制程序之间的接口软件。的接口软件。 处于第二个层次的软件主要是信令处理程序。处于第二个层次的软件主要是信令处理程序。 呼叫处理程序的基本结构如图呼叫处理程序的基本结构如图4-19所示。所示。图4-19 呼叫处理程序的基本结构图4-19 呼叫处理程序的基本结构4.4.3 呼叫处理中用到的数据呼叫处理中用到的数据1暂时性数据暂时性数据（1）呼叫控制块）呼叫控制块（2）设备表）设备表（3）资源状态表）资源状态表图4-20 呼叫控制块结构2半固定数据半固定数据（1）用户数据）用户数据 用用户户数数据据描描述述了了用用户户的的全全部部信信息息，每每一一个个用用户户都都有有自己的用户数据。用户数据主要包括以下内容：自己的用户数据。用户数据主要包括以下内容： 用户电话号码及设备码；用户电话号码及设备码； 用户使用状况；用户使用状况； 用户线类别（如普通、投币、用户交换机等）；用户线类别（如普通、投币、用户交换机等）； 用户发话等级；用户发话等级； 用户话机类型；用户话机类型； 新业务使用情况；新业务使用情况； 计费类别。计费类别。 图4-21 用户数据结构（2）局数据）局数据 局局数数据据主主要要有有数数字字分分析析表表、路路由由和和中中继继数数据据、计计费数据等。费数据等。 数字分析表数字分析表 前缀分析表前缀分析表 地址翻译表地址翻译表 路由、中继数据路由、中继数据 计费数据计费数据4.4.4 信信令令处处理理程程序序1模模拟拟用用户户线线信信令令处处理理程程序序（ 1 ）用用户户摘摘、挂挂机机扫扫描描程程序序图4-22 扫描程序流程图 （ 2 ）拨拨号号数数字字的的接接收收图4-23 双音多频收号器的接口电路图4-24 双音多频接收程序流程图（3）模拟用户线处理进程）模拟用户线处理进程图4-25 用户线存储器的数据结构 状态信息：记录用户当时的状态。状态信息：记录用户当时的状态。 记记发发器器号号码码：在在收收号号阶阶段段，将将为为用用户户分分配配相相应应的的收收号号器，该处记录其号码，以便在收号完毕后归还。器，该处记录其号码，以便在收号完毕后归还。 号号码码存存储储区区指指针针：在在收收号号阶阶段段，用用户户线线管管理理程程序序要要申申请请一一个个空空闲闲的的存存储储块块，用用来来存存储储接接收收到到的的号号码码，此此处处用用来来存放指向号码存储区的指针。存放指向号码存储区的指针。 信令分配信息：用来记录对该用户线的驱动信息。信令分配信息：用来记录对该用户线的驱动信息。 呼呼叫叫控控制制块块号号码码：用用来来记记录录该该用用户户线线使使用用的的呼呼叫叫控控制制块块号号码码，用用户户线线处处理理进进程程向向呼呼叫叫控控制制进进程程发发送送的的消消息息中中，应应包包括括与与该该用用户户线线对对应应的的呼呼叫叫控控制制块块的的号号码码，以以便便任任务务调调度度程序将此消息发送给与此用户线对应的呼叫控制进程。程序将此消息发送给与此用户线对应的呼叫控制进程。图4-26 简化SDL/GR图2中继线路信令处理程序中继线路信令处理程序（1）局间数字型线路信令）局间数字型线路信令（2）出中继数字线路信令处理程序）出中继数字线路信令处理程序 数字中继线路信令的扫描与驱动数字中继线路信令的扫描与驱动图4-27 扫描存储器（SCN）和上次扫描值存储器（LSCN）的结构图4-28 对30路中继的线路信令进行扫描的程序流程图 数字线路信令的驱动数字线路信令的驱动 出中继数字线路信令处理进程出中继数字线路信令处理进程图4-29 出中继数字线路信令处理进程的简化SDL图3多频互控信令的发送和接收多频互控信令的发送和接收4No.7信令系统在程控交换机上的实现信令系统在程控交换机上的实现 （1）实施）实施No.7信令系统时软件和硬件的功能划分信令系统时软件和硬件的功能划分 No.7信令系统的功能有的由硬件实现，有的由软信令系统的功能有的由硬件实现，有的由软件实现。软、硬件的功能划分如图件实现。软、硬件的功能划分如图4-30所示。所示。图4-30 No.7信令系统的软、硬件功能划分图4-31 第二级软、硬件功能划分第三级和第四级的功能由软件实现。第三级和第四级的功能由软件实现。（2 2）No.7No.7信令在信令在S1240S1240系统上的实现系统上的实现 图4-32 No.7四级功能在S1240系统中的分布示意图 No.7信信令令的的第第一一级级功功能能是是数数字字中中继继模模块块（DTM）和和公公共共信信道道信信号号模模块块（CCSM）之之间间通通过过数数字字交交换换网网络络DSN中中的的半半永永久久通通路路相相连连的的一一个个时时隙隙，即即一一个个64 kbit/s的的数数据据通道。通道。 第第二二级级信信号号链链路路功功能能由由CCMS信信号号终终端端中中的的硬硬件件和和软软件实现。件实现。 第第三三级级的的消消息息处处理理功功能能由由CCSM中中的的软软件件实实现现。信信号号网管理功能由网管理功能由SACE N7中的软件实现。中的软件实现。 第第四四级级电电话话用用户户（TUP）功功能能由由驻驻存存在在DTM中中的的软软件实现。件实现。 No.7信令模块信令模块CCSM图4-33 CCSM硬件结构图 S1240的的No.7信信令令系系统统软软件件（ 3 ） No.7信信令令方方式式在在NEAX61系系统统上上的的实实现现图4-34 NEAX61中No.7信令系统的结构 No.7的第一级功能由数字中继接口（的第一级功能由数字中继接口（DTI）、时分）、时分数字网（数字网（TDNW）以及）以及No.7信令接口（信令接口（N7SI）完成。）完成。 No.7的第二功能级的功能由公共信道信号控制器的第二功能级的功能由公共信道信号控制器（CCSC）完成。）完成。 No.7的第三级和第四级功能由驻存在专用信号处理的第三级和第四级功能由驻存在专用信号处理机（机（CCSP）和呼叫处理机（）和呼叫处理机（CLP）及维护管理处理机）及维护管理处理机（OMP）中的软件来完成。）中的软件来完成。 图4-35 NEAX61系统中No.7软件模块结构4.4.5 呼叫控制程序呼叫控制程序 呼叫控制程序又叫做呼叫状态管理程序。呼叫控制程序又叫做呼叫状态管理程序。 在在“收号收号”状态可能收到的消息有状态可能收到的消息有“挂机挂机”、“久不拨久不拨号号”或或“预译号码预译号码”。 图4-36 呼叫控制进程简化SDL图（ 1 ）图4-37 呼叫控制进程简化SDL图（ 2 ）图4-38 呼叫控制进程出局呼叫时从数字分析后至出局通话状态时的简化SDL图4.4.6 分析程序和资源管理程序分析程序和资源管理程序1分析的基本方法分析的基本方法一种方法是表格展开法。一种方法是表格展开法。图4-39 表格展开法示例图4-40 采用对键法时表格的数据结构2去话分析去话分析去话分析的最后结果一般应包括：去话分析的最后结果一般应包括： 收号设备类型号；收号设备类型号； 应执行的任务号码；应执行的任务号码； 下一状态号码。下一状态号码。3来话分析来话分析 被叫用户的用户数据；被叫用户的用户数据； 被叫用户的状态；被叫用户的状态； 主叫用户的某些数据。主叫用户的某些数据。4数字分析数字分析（1）分析的数据来源）分析的数据来源呼叫源码呼叫源码 呼叫目标呼叫目标 （2）分析的结果数据）分析的结果数据 呼叫的优先级呼叫的优先级 路由数据路由数据 最小号长，最大号长最小号长，最大号长 呼叫释放方式（互不控、主叫控制、被叫控制）呼叫释放方式（互不控、主叫控制、被叫控制） 计费索引计费索引 限话类型限话类型 目标选择目标选择 阻塞原因阻塞原因（3 3）数字分析的一般步骤）数字分析的一般步骤 源分析源分析 数字准备数字准备 数字分析数字分析 任务定义任务定义5路由及中继选择路由及中继选择（1）路由中继组织的一般结构）路由中继组织的一般结构 路由块路由块 路由路由 中继群中继群 中继线中继线 （2）路由中继选择方法）路由中继选择方法 路由的选择路由的选择 中继群选择中继群选择 顺序选择顺序选择 循环选择循环选择 中继选择中继选择 顺序选择顺序选择 先进先出或后进先出选择方法先进先出或后进先出选择方法6通路选择通路选择