TDM交换与软交换在轨道交通中的技术分析

TDM交换与软交换在轨道交通中的技术分析

陈卫平

申通地铁维保通号分公司200071

摘要：上海城轨电话交换系统即将全面进入软交换时代，在上海城轨电话网的演进过程中，大量使用了介于TDM技术与软交换技术之间的具有软交换功能的程控交换机，技术的进步，不仅带来呼叫处理能力的极大提高，同时，通过网络的融合与用软件代替硬件功能（例如：软交换的服务器交换软件代替TDM交换的交换网络）的方法，大大节约了人（网络融合带来的维护人员的减少）、财（人和物的减少，节约了财务费用）、物（软件代替硬件带来的设备费用的减少和设备空间的节约）的成本。本文对其中的各种交换技术进行了分析比较和探讨，有助于更好地理解上海城轨的电话交换技术以及相应的设备配置。

关键词：TDM交换；交换网络；软交换；网关

上海轨道交通电话交换经历了TDM（时分复用）交换与软交换两个阶段，软交换又经历了没有分组网融合的软交换和有分组网融合的软交换两个阶段，不同的交换技术有不同的概念与原理。

一、TDM交换

（一）TDM的基本概念

TDM（TimepisionMultiplexing）技术是利用各信号的抽样值在时间上的不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法。TDM方式主要是将信道传输信息时间分为不同实时间隙，在不同信号源中分配相应的时隙，各个信号都能在时隙中占据信道进行数据传输。TDM技术实际应用就是对各个时隙进行划分，保持不变。

（二）TDM技术的程控交换机

1.TDM交换机基本构成与应用功能

（1）话路设备在应用中主要作用是强化主被叫的接续，对不同用户的发出的语音信号进行传递。其中中继电路、用户电路、交换网络等均属于话路设备：

用户电路：是各个用户线路以及交换网络之间的接口电路，其作用是通过用户线连接到交换设备，将来自用户线的消息转换成交换设备可以处理的信号。同时，把用户线上的其它信号（如铃流等）和交换网络隔离开来，TDM交换机的每一块用户板卡，都是有一定数量的用户电路组成，每一个用户电路都有过压保护开关，超过保护电压时，会自动切断开关，通过牺牲用户板卡来保护交换网络。

中继电路：中继电路是交换网络和中继线之间的接口电路，其作用是通过中继线连接到交换设备，将来自中继线的消息转换成交换设备可以处理的信号。通过中继接口能对监视信号进行全面检测，还要在传输信道中融入监视信令进行检测，其目的是防止双向中继的两端共抢时隙，影响出局电话的呼叫接通率。

交换网络：是TDM交换机重要组成部分，结合交换网络的不同可以分为空分交换网络、混合交换网络、时分交换网络等。

其中时分交换主要对应T接线器，主要是相同中继线中各个时隙的有效交换。空分交换所对应的是S接线器，主要应用功能是做好不同中继线相同时隙内容的互换。

实际上，大型交换机均采用多级网络，采用多级混合型网络能有效降低网络内部阻塞率。

（2）控制系统能对呼叫连续动作进行有效控制，程控交换机应用价值全面发挥主要是基于中央处理器软件上实现。目前控制系统功能完善，能对不同形式呼叫进行集中处理，还能对交换系统进行全面监管，能为维护操作提供相关数据。

呼叫处理过程：

1）当用户摘机时，用户线路由开路转换为合路，线路电压发生变化，用户电路在检测到变化后，将该用户的用户表置位为摘机状态，用户线扫描程序扫描到这一变化后，搜寻相应的收号器然后传递拨号音。

2）交换机获取用户拨出的号时，及时停止拨号音传递，通过收号器能存储相应号码。

3）字冠（或号首）分析，在收到所有有效的号码后，交换机即对号码进行分析，以决定呼叫类别（本局、出局、长途、特服等）；

4）根据号码分析的结果，如是本局呼叫，直接查询被叫状态；如是出局呼叫，当地交换局能对线路忙碌状态进行分析。当各项要求均能满足之后，可以向用户传递相应铃音，被叫用户也会收到振铃音。

5）在被叫用户成功摘机后，在线路传输中语音可以有效传递。此时相关设备会开启计费功能，还能发挥出监管能力，掌握主叫用户与被叫用户基本状态。

6）在被叫与主叫方中，只要有一方选取了挂机操作，即刻便中断计费操作，然后向另一方送忙音，此环节便能完成正常的呼叫流程。

2.TDM交换机的软件及功能：由运行软件和支援软件组成。

（1）运行软件主要存在于的相应的处理系统中，能对交换机不同业务进行更有效的处理。结合应用功能差异，当前运行软件系统能分为应用软件子系统、操作系统子系统、数据库子系统等。

操作系统子系统应用价值较高，能对通信环节进行控制，对存储器进行管理，强化时间管理，对不同任务进行调度，还能促使系统安全运行。

数据库子系统在实际应用中就是对不同软件系统长期运行中产生的较多数据进行集中整合，强化管理，使得各个软件中数据访问与共享传递功能全面实现，对多项数据安全性进行维护。数据库由系统数据、局数据、用户数据三部分组成：系统数据是交换机系统共有的数据，它通用于相同版本的所有交换局；通过局数据能真实判定不同设备基本运行状态以及运行特征，其中各类设备所对应的安装与运行相关数据能得到有效控制。如，上海城轨的内线电话中的前两位就是每一个交换机的局号，它是唯一的，不可重复；在多样化的用户数据基础上，能全面展示出用户基本特征信息。比如不同用户类别、服务等级、设备号码、新型业务等。

从目前应用软件系统基本应用现状来看，构成要素主要是以下三类程序，分别是管理程序、呼叫处理程序、维护程序。

a：管理程序应用作用主要是辅助硬件系统能结合实际运行要求及时进行更新。其次是有助于提升计费管理效率，最后是对交换机各个环节运行基本现状进行高效监控，提升交换机整体运行效率。

b：呼叫处理程序就是完成交换机呼叫处理功能，目前正常呼叫处理开始环节大多都市用户摘机起始，然后获取用户拨号信息，通过相应数字进行分析，在接通之后要进行对话，程序运行结束是用户全部挂机。

c：在维护程序中，此程序应用价值主要是对交换机长期运行中的故障进行检测，然后对故障产生的影响进行分析，使得故障得到有效控制，交换机能保持稳定运行状态。

（2）支援软件：主要提供两个重要功能：软件开发、生产的工具与环境；先进的软件维护工具与环境。

二、软交换

软交换引入背景：

近些年我国通信技术以及多项科学技术发展较快，电信业务范围在逐步扩大。不同业务对应用不同的网络类型，网络传递量也会受到影响，逐步增加。网络类型较多，导致网络资源难以共享，资源利用效率较差，网络连接难度较大。软交换技术正是在这一背景下产生的。

（一）没有分组网融合的软交换

1.没有分组网融合的软交换的组成和特点：

没有分组网融合的软交换基本沿袭了TDM交换机的硬件设备组成，主要由用户电路、中继电路和提供语音通道的IP板组成，控制系统的功能由服务器的软件完成。交换网络提供了语音的存储和转发，所以TDM交换机由交换网络提供语音通道，而没有分组网融合的软交换没有交换网络，是由服务器的软件来完成电话交换，语音无法存储和转发，所以直接由IP通道板提供语音通道；呼叫处理也由服务器的软件代替了中央处理器的软件，在这一过程中，虽然呼叫处理的过程没有变化，但音信号（如拨号音、回铃音、振铃音等）的产生源是有变化的。

没有分组网融合的软交换是分组网融合的软交换的过渡设备，是利用程控软件提供呼叫控制功能的设备和系统，没有开发分组网融合的相关软件和硬件接口，所以分组网与固话网是无法融合运行的。

2.TDM技术与没有分组网融合的软交换技术的交换机主要比较：

（二）有分组网融合的软交换

1.软交换的基本概念：有分组网融合的软交换其基本含义就是在媒体网关也就是传输层中将呼叫控制作用全面发挥，借助服务器的软件应用能实现呼叫转移控制，其中有管理控制、连接控制、呼叫路由选择等。有分组网融合的软交换可以将固话网与分组网有效地融合在一起，就是现在我们通常所说的软交换。

2.软交换的主要特点：

基于分组交换；

开放的模块化结构，实现业务和呼叫控制分离、控制分离和承载连接分离；

提供开放的接口，便于第三方提供业务；

具有用户话音、数据和多媒体业务的综合呼叫控制系统，用户

可以通过各种接入设备连接到IP网。

3.软交换系统的主要设备及功能：

软交换设备：软交换网络中重要的控制设备，有利于网关控制、用户呼叫控制、通信费用计量、信息认证等。

信令网关：信令网与IP网之间，负责对信令消息进行转接、翻译或终结处理，也可与中继网关合设；

媒体网关：各种用户和接入网的综合接入，分为中继网关和接入网关。中继网关负责TDM中继电路和分组网络媒体信息之间的转换，接入网关实现用户侧语音、传真信号到分组网络媒体信息之间的转换；

IAD（集成接入设备）：是接入层的用户设备，用来将用户的数据、语音及视频等业务接入到分组网络中。

SAC（软交换业务接入控制设备）：用于接入软交换网络中的不可信任设备。具有安全防护、媒体管理、地址转换等功能（如互联网）。

媒体服务器：使得各项业务媒体处理能力得到有效强化。例如DTMF信号采集与解码，促使录音通知能传递，信号音产生与传递等。

应用网关、应用服务器：应用网关提供应用服务器的初始接入、注册等功能，应用服务器是向用户提供各类增值业务的设备，提供业务数据和用户数据的访问，业务的计费和管理等。

4.软交换的网关，以及与其他网络的互通：

网关的定义：又称网间连接器，在传输层上实现网络互连，用于两个协议不同的网络互连，网关是一个翻译器。

网关的作用：完成两个异构网络之间的相互转换，以便一个网络中的信息能够在另一网络中传输。

软交换网络与电路交换网的互通：通过中继网关

软交换网络与信令网的互通：通过信令网关

软交换网络与智能网的互通：通过信令网关

软交换网络与因特网的互通：通过软交换业务接入控制设备

5.TDM技术与软交换技术的交换机的主要比较：

上海轨道交通电话交换系统即将全面进入软交换时代，鉴于专用电话网的重要性是保障地铁安全运行，所以具有软交换功能的专用电话网不提供分组网的硬件接口和软件功能。同时，软交换的通信网将取代公务电话网，软交换（融合的固话网与分组网）是上海轨交通信网演进的第一步，第二步将是IMS（IPMultimediaSubsystem）交换（固话网、分组网与移动网的融合）的城轨通信网，因而IMS交换是未来城轨通信网络架构演进的重要方向。