计算机通信的新发展——程控数字交换技术及其新发展

张 毅 锋
1993-01-01

        ●办公自动化
        电子计算机在通信技术领域扮演着越来越重要的角色，九十年代是计算机和通信技术应用高速推进的时代。程控数字电话交换机的出现以及广泛使用就是一典型实例。数字式程控交换机是利用数字化技术对电话交换转接技术的一次重大革新，它不仅大大减少了老式机电式电话交换机的体积，降低了设备成本，而且使电话接通率大幅度提高，并已获得了迅速的推广应用。
        一、程控数字电话交换机
        什么是程控数字电话交换机呢?程控数字电话交换机就是用电子计算机进行程序控制的数字电话交换机。这里的数字交换是指对数字化的语言信号进行交换。下面简单介绍一下数字交换的基本概念。
        大家知道数字化通信技术与模拟通信相比有很多优点，主要表现在以下几个方面。信号失真小，抗干扰能力强；于分多路复用，也就是指可方便地实现数字信号的多路传输；可以利用存储转发技术，这是在计算机通信网中，中间节点所进行的一种信息交换方式，它将收到的信息存储起来，然后再传送到下一节点，这种技术是老式的通信技术所无法比拟的。数字化通信技术的重要之处还在于使通信技术可以充分利用先进的集成电路技术和计算机技术的一切最新成就。
        数字化的语言信号是如何进行交换的呢?数字电话交换系统的功能就是通过交换系统在任两部电话之间建立一条专用的通信通路，即形成一个实际的物理连接，以实现通信双方直接交换信息。数字交换系统对数字化语言信号进行交换主要是通过时间片分割交换来实现的。时间片分割指的是将通信线路按时间片分割分配给各信号使用，每一个时间片内信道只被一个信号占用，从而使多个不同信号轮流使用信道进行信息传输。时间片分割交换的含义是，各个时间片的内容能够“搬家”，从输入的某个时间片位置搬移到输出的任一时间片位置上去。
        假设有一传输线路分割为32个时间片，即这一传输线路可为32路信号所共用，用TSi(0＜=i＜=31)表示任一分割的时间片，下图1\清楚地描述了时间片分割交换的基本内容。可以看到，输出TS2出现的是输入TS15中的内容B，输出TS7中出现的是输入TS31中的内容C，输出TS19中出现的是输入TS2中的内容A。
        数字交换离不开时间片分割交换。各种数字交换网络不论其内部结构如何不同，时间片分割交换的功能总是少不了的。时间片分割交换主要是通过控制存储器来实现的。大家不妨思考一下，图1中输入TS2的内容要在输出TS19中出现，可以先将TS2的内容暂时存放在一定位置的存储单元中，等到输出TS19所对应的时间片到来时，就将存放TS2内容的存储单元的信息读出。如何控制输出TS19去读出暂存的输入TS2的内容呢?可事先在控制存储器中建立一张表，该表能反映输出TS19与输入TS2的对应关系，从19可以查到2，这样就知道在输出TS19的时刻应读出输入TS2所暂存的内容。由上可知控制存储器由存放话音信息的话音存储器(SM)和反映输入与输出时间片对应关系的关系存储器(RM)两部分组成。这两部分存储器都要执行写入和读出两种基本操作，通常可采用随机存取存储器(RAM)。从以下图2可以进一步看出控制存储实现时间片分割交换的原理。
        各个输入时间片的话音信息依次写入话音存储器的各个存储单元。TS2的内容写入第2个单元。话音存储器的读出次序由关系存储器中内容决定，为此，要事先在有关系存储器的适当单元写入所需交换的内容。例如，要使得输入TS2与输出TS19实现时间片交换，就必须在关系存储器的第19号单元中写入“2”。关系存储器中的内容是由计算机中的程控交换程序根据用户的电话接续请求而控制写入的，关系存储器的读出是顺序的，联系举所例子可看出，当输出TS19的时间到来，从关系存储器第19号单元中读出事先写入的内容“”，然后依次读出话音存储器第2号单元暂存的话音信息，使其在TS19中输入，从而完成时间片分割交换。
        综上所述，要完成任一输入时间片的话音信息交换到任一输出时间片上，是通过计算机中的程控交换程序控制写入关系存储器中实现的，这是将电了计算机技术引入电话交换设备中，并组成程控电话交换系统的核心所在。程控，就是交换系统的设计者预先把电话交换功能编制成相应的程序，存储在存储器内，当进行电话接线时，由程序自动执行来控制交换机的操作，以完成电话的接线任务，实现双方的通话。
        二、程控数字电话交换机的发展过程
        自1965年第一台程控交换机投入使用以来，程程交换技术已由空分模拟式发展为时分数字式，其技术发展过程主要经历了如下四个阶段：
        第一阶段：60年代到70年代初，第一代程控交换机采用大型机进行集中控制的空分模拟方式，话路交换网采用金属接点，所交换的信息都是模拟信号。这代程控交换机由于控制功能都集中于一台大型计算机，交换设备体积大、软件复杂，处理机一旦发生故障，很容易造成全局性瘫痪。
        第二阶段：70年代中期出现了第二代程控交换机，它们采用小型机或微型机进行分散控制，由用户级和选组级组成，分别由用户(局部)处理机和中央处理机进行控制。这一代程控交换机的不足之处是用户级仍为模拟方式，交换系统优越功能尚未充分发挥。
        第三阶段：80年代初，采用微机全分散控制的时分数字交换机的投入实用，标志着程控交换已进入第三代，这种先进交换系统的用户级和选组级均采用数字交换网络和模块结构。交换局根据容量选用模块，任一模块发生故障都不影响整个通信系统，不易造成例子局性停机。这一代程控交换机不仅能进行话音和数据的电路交换，而且可以直接与PCM传输设备配合。
        第四阶段：80年代后期至90年代，要求在一部数字交换机上既能进行电路交换，又可实现分组数据交换，并可组成宽带综合业务数字网的交换系统。
        程控交换系统是数字通信网的心脏，控制心脏跳动的计算机则是整个通信网络的核心，交换技术的每一次更新，都是由于微电子技术和计算机技术不断发展而实现的，程控电话每一项新颖的功能都是通过交换系统的软件开发获得的。
        \[059101]
        三、程控交换软件系统与高级语言
        程控交换系统由硬件和软件组成。硬件构成交换机的话路设备和控制设备，软件由工作软件和支援软件系统组成，完成程序控制功能。
        现代程序交换系统由大量的分布式处理机组成，软件规模十分庞大，开发工作量也在不断增加。实践证明，程控交换系统的成本和质量主要取决于软件系统。因此，开发和掌握软件系统是一个国家发展程控交换数字系统的关键；开发适用于交换软件的高级语言已成为各国发展交换软件新技术的重要课题。
        交换软件的作用及要求交换软件系统能提供呼叫处理，支持硬设备的更新及系统结构变更，协调和处理各种类型终端、协议、接口及不同用户要求和限制。
        对程控交换软件的要求是：①实时性强；②可靠性高；即系统在硬件和软件出现故障的情况下，仍然可以维通信运行，并能在不中断系统运行的情况下恢复正常。③自化程度高、可扩展性强；即软件结构能适应新的发展和变化的需要。
        交换软件的组成程控交换软件由工作软件和支援软件两大部分组成。具体内容见右图。
        ①工作软件
        工作软件也称联机软件，是指存在交换机处理系统中对交换机各种通信业务进行处理的软件部分。工作软件按功能可分为操作系统、数据库和应用软件三个子系统。
        除对系统中的所有软件、硬件资源管理外，操作系统还可为其它软件提供支持。数据库系统是对软件系统的大量数据进行集中管理，实现各部分软件对数据资源的享的软件。应用软件系统由呼叫处理、管理和维护三个程序组成，分别完成交换机的呼叫处理、软硬件更新、计费管理、服务质量、故障检测诊断及恢复等功能。
        ②支援软件
        支援软件应能提供先进的软件开发、生产和维护的工具和环境。
        程控交换系统向用户开放的每项新颖的业务功能都是通过开发软件获得的。支援软件就是为适应不断引入的新业务功能需要对原有系统加以改进和扩充而设置的。高级语言
        ①C语言，能适应编制实时控制用的各种程序。
        ②CHILL语言，是国际电报电话咨询委员会(CCITT)推荐的作为数字程控交换软件的标准程序设计语言，它能满足类型、程序块、模块和进程的要求。
        ③SDL语言，是CCITT提出的规范与描述语言。它主要用于描述通信系统的呼叫处理、维护与故障处理、系统控制及数据通信规程等行为。  四、程控交换技术的新发展
        前面介绍的程控交换系统就传输的信息类型来说以话音为主，但随着科学的进步，人们要求打破这种单一通信方式的束缚。以现代办公室为例，为了进行交谈，要求有话音通信；为了进行数字信息交流，要求有数据通信；为了举行电视会议还要求有视频通信等等。现在已经有愈来愈多的用户要求同时使用话音、数据和视频信道。由于计算机和数据通信技术的飞速发展，以及这两大领域的结合日益紧密，需要人们去开发一种能够传送和处理所有信息形式的综合信息系统，这种演变的最终目标就是所谓的综合业务数字网(Integrated Services Digital Network，简称ISDN)ISDN是一种世界范围的公用电信网络，它将向用户广泛提供其所需要的服务。
        由存储程序和数字技术构成的程控数字交换系统能有机地把现代通信网与电子计算机传输终端设备结合起来，完成声音、图像、数据及文件的传输、处理和交换，达到综合处理通信业务的目的，这也正是现代通信网对交换系统较理想的要求。
        目前，ISDN采用的交换机大多是在现有数字交换机的基础上加以改造实现ISDN业务交换的。为了实现ISDN，要求各国政府、有关数据处理和通信厂商、各标准化组织等部门密切配合，共同努力。他们的共同目标主要有以下几点：
        (1)标准化：为了允许用户采用一个通用的接入方式以获得综合业务的服务，要提出一组适用于世界范围的ISDN标准。
        (2)租用和交换业务：ISDN应既能提供交换业务，也能提供专用的通信线路业务，而让用户自己根据自身情况作最佳选择。
        (3)平稳地向ISDN过渡：向ISDN过渡应该是逐步的，而且过渡中的网络必须与现有的设备和业务共存，因此ISDN接口应该允许从现有的接口演变而成。
        目前ISDN除能提供话音和数据应用业务外，正不断出现一些新的服务，以下简单介绍其中的一些新业务。
        (1)传真：在已制订了数字传真标准的基础上推出了这种能高速提供图形、手迹手写及印刷资料的传输和再现的新业务。
        (2)智能用户电报：这种业务允许在用户端间交换报文。通信终端可以准备、编辑、传送和打印报文。
        (3)交互式电视数据：这是一种数据库检索业务，可在1秒钟内送一页数据。
        由以上ISDN所提供的多种业务可以看出，ISDN本身是一个智能网络，通过采用灵活的通信命令，为每种业务提供多种网络服务功能。例如对电话业务来说，可以接入国内和国际长途电话网，提供呼叫转移、缩位拨号、会议电话、热线电话、自动叫醒等服务。ISDN本身还能完成网络维护及管理功能。
        应当说明，目前ISDN基本上还只是一个概念性模型，从各方面来说还处于不断发展、不断完善的过程中。