专利名称：电话交换分机系统中的基带数据传输方法及计算机局部网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机的通信系统，具体地说，是在电话交换分机系统上实现基带数据传输的方法，及相应的计算机局部网络系统。
社会信息化的发展，极需要一个部门的计算机连网，以实现计算机间的数据通信和软、硬件资源的共享。为此，出现了计算机局部网络。当前的计算机局部网络产品大致可以分基于报文包转接方式的共享信道网络(如CSMA/CD总线网，标志环网)和基于电路转接方式的程控数字交换机网络(即PABX或CBX)。前者需要铺设专用的通信电缆，以及为每台连网计算机配置比较复杂的网络适配器;后者则需要一个价格昂贵的程控式数字交换机。
用电话网系统来传输计算机数据是早就被重视而已经实现了的。但因电话网系统本来是为语音通信设计的，仅提供了一个很有限的频率窗口300～3400赫(这种频率上的限制是由电话交换机内的电路元件造成的，而一对电话线本身则能提供宽得多的频率范围，可从直流直到数百千赫)，要在这种系统上实现计算机数据通信，需在每台计算机上连接一个调制解调器，将具有缓慢变化的直流和多次谐波分量的基带数字信号的频谱迁移至所提供的频率窗口内，进行音频频带传输。显然，由于电话网的这种狭窄频率窗口，只能实现很低速率的数据通信，加之调制解调器也是一种较昂贵的设备，因此用这种传统的音频频带数据传输方法实现的计算机局部网络并不具有吸引力。
本发明的目的是提出一种在现有电话交换分机系统上，与电话通信共用的基带数据传输方法，以及基于此方法的计算机局部网络。由于直接利用了已安装好的电话交换分机及其电话线路作为其传输系统，从而大大简化了这种局部网络的实现。
下面结合附图对本发明作详细描述
图1表示本发明所提出的局部网络的结构，其中配有接口电路(I1、I2…In)的计算机(C1、C2…Cn)通过转接开关(S1、S2…Sn)和电话机(T1、T2…Tn)共用电话线，这些电话线接于数字转换附加器(DXA)的输入端(P1、P2…Pn)，其输出端(q1、q2……qn)接至电话交换分机(PBX);未和计算机共用电话线的电话机(T)直接与电话交换分机(PBX)连接;数字转接附加器(DXA)与电话交换分机(PBX)间设有专用电话线(u)，数字转换附加器(DXA)还通过传输线组(V)与网络服务器(SVR)连接。
图2为数字转接附加器(DXA)的简化逻辑框图，它由包括继电器矩阵(A)和模拟开关矩阵(B)的开关矩阵(SM)、单片计算机(SCC)和振铃检测电路(RD)组成，振铃检测电路(RD)与专用电话线(u)连接，其输出端接至单片计算机(SCC)，单片计算机(SCC)与开关矩阵(SM)连接。
继电器矩阵(A)负责电话通信和数字通信的选择转接，其转接开关选用能承受较高电压的微型继电器的触点(因电话通信时线路上存在60～70伏直流电压和数十伏振铃交流电压)。模拟开关矩阵(B)负责在数字通信时接通通信双方的线路。因转入数字通信后电话线路已与电话交换分机(PBX)脱离，其上只有数伏数字信号电压，故采用集成度较高的无触点模拟开关。单片计算机(SCC)主要功能是识别输入的电话号码，使相应继电器和开关矩阵中的继电器触点和开关动作，接通双方的计算机，以及判断数字通信的结束，拆除其连接，恢复电话通信状态。
平时转接开关(S1、S2……Sn)使其相应的用户电话机与电话线路接通，以便进行正常的电话通信。当任何两个计算机用户之间欲进行计算机通信时，一方先通过其电话机按约定的拨号，经电话交换分机(PBX)先接通数字转接附加器(DXA)，再拨入通信双方的电话号码，然后由数字转接附加器(DXA)自动将双方的电话线对接，并脱离原电话交换分机(PBX)。在双方用户都将各自的转接开关(S)接至计算机位置后，双方的计算机即行接通，就可实现基带数据通信。由于在接通的计算机间不经过电话交换分机(PBX)，使连接双方的通信线路不再受其频率窗口300～3400赫的限制，故大大扩展了线路的频带，以便进行高速的基带数据传输，同时还避开了电话线上原有的直流高压(70伏左右)和可能产生的振铃交流电压对计算机电路的损害与干扰。
在未进行计算机间的数字通信时，开关矩阵(SM)中继电器矩阵(A)的所有继电器开关(a1、a2……an)都置于1位置，输入端(P1、P2……Pn)分别与输出端(q1、q2……qn)连接，使各用户电话线直接和电话交换分机(PBX)连接，保证正常的电话通信。当某用户要与另一用户进行数字通信时(以用户2和i为例)，经按前述拨号方法将双方电话号码送入单片计算机(SCC)后，在其控制下，首先a2和a1开关都从触点(1)转至触点(2)，使这两条用户电话线都与电话交换分机(PBX)脱开，然后接通模拟开关矩阵(B)中一条未被占用的通道j的两个模拟开关bj2和bj1此时P2经a2的(2)触点、bj2、bj1、ai的(2)触点而至Pi，使用户2和用户i的电话线对接。
本数字转接附加器(DXA)是按模块化结构设计的，每个模块接16根用户电话线。当部门中要连接的计算机数超过16时，就可按16的倍数来扩充开关矩阵(SM)的模块数量。图2所示的只是一个开关矩阵模块。单独的模块可插入通道总线，来构成较大的系统。
下面进一步介绍本系统中某用户要求进行计算机通信时的拨号和转接过程。对于电话通信，完全由电话交换分机(PBX)处理，要求通话的用户只要在其电话机上拨对方的电话号码即可。而进行计算机通信时，则先由要求通信的用户使用其电话机拨数字转接附加器(DXA)的专用电话号码，电话交换分机(PBX)收到此拨号脉冲后，便通过数字转接附加器(DXA)的专用电话线(u)的向其发出振铃信号，数字转接附加器(DXA)中的振铃检测电路(RDC)检测到此振铃信号后，就对电话交换分机(PBX)作出响应，使其振铃随即停止，拨号者听筒中的回铃音消失。振铃检测电路(RDC)同时发出信号通知数字转接附加器(DXA)中的单片计算机(SCC)，从而建立了拨号者电话机与数字转接附加器(DXA)间的连接。接着要求拨号者相继拨发其本身和通信对方的两组电话号码，这两组拨号脉冲对电话交换分机(PBX)是不起作用的。电话交换分机(PBX)只把它们当作双方通话的内容使其通过。当进入数字转接附加器(DXA)后，便由单片计算机(SCC)中接收和识别用户电话号码的中断服务程序进行存贮和处理，去控制开关矩阵中相应的开关，以实现通信双方电话线的对接，并与电话交换分机脱离。
图3为计算机/电话线接口电路(即串行通道)示意图，该接口电路实现计算机中并行数据与电话线中串行数据间的变换和控制。接口电路由以下三部分组成(1)异步/同步接收发送逻辑。是本接口电路的核心部分，可以用一块可编程的大规模集成电路来实现，其功能为按设定的传输方式(异步或同步)进行相应的帧格式的装配和拆装、差错校验的编码和解码、数据传输率的设定、数据缓冲、各种中断信号的产生等。(2)电话线驱动/接收电路。用来把上述发送接收逻辑的非平衡输出方式改变为向电话线的平衡输出方式，以及从电话线上的差分接收方式转变为发送接收逻辑所要求的非平衡输入方式，从而极大地抑制了电话线上的干扰，保证了远距离的数据传输。此外，此线路控制通信的双方按半双工方式工作。(3)计算机接口逻辑用来和计算机连接，包括地址译码器、数据总线驱动器以及时钟电路等。
本接口电路是通过一个转换开关S与电话线连接的，S是一个按钮式开关，其电路如图4所示。未按下时(即处于T位置)，电话机和电话线连接，按下后(处于C位置)，计算机就与电话线接通，同时发光晶体二极管d1亮。图中d1和d2是稳压晶体二极管，用来保护计算机/电话线接口电路，以避免在可能对S的误操作下，电话线上的直流高压和振铃交流电压对该接口电路芯片的损害。
网络服务器(SVR)是为用户计算机提供各种网络服务的专用计算机工作站，它提供如下服务1.文件服务是为用户计算机提供文件共享的方法。这里所指的文件可以是一个程序、一组数据或是一份办公文件，这些文件存放在服务器的硬磁盘中。用户计算机可以用相应的命令来查看文件目录、把文件复制到自己的计算机中、向服务器送入新的文件、修改文件内容、删除文件等。服务器可以把所存放的文件设置成共享的文件或只能由指定用户使用的专用文件。
2.电子邮箱服务这种服务为每个用户设立一个电子邮箱(即服务器中一个专用的磁盘存贮区)，它可以接受网络中任何用户“投递”进来的“文件”。用户可以随时用“电子钥匙”(口令字)打开自己的邮箱，并用相应的命令去查看邮箱中信件的目录、显示或打印信件内容、删除信件、转发信件等。
3.公告栏服务这种服务相当于一个部门的布告栏，用户计算机可以显示和打印公告栏中的各种“告示”，还可以删除旧告示，写入新告示。
除此以外，网络服务器还可以提供打印服务(将网络服务器的打印机提供给用户计算机使用)、文件名查阅服务等等。
网络服务器是一个具有足够硬磁盘容量并配有服务器网络软件的计算机，考虑到它为网络的所有用户计算机所共享，对它的访问要比对别的用户计算机频繁，为了避免在数据传输率较低的异步通信方式(如9600位/秒或更低的情况)出现输入输出通道中的瓶颈现象，本发明为网络服务器设计了一个多串行通道接口电路(MCI)，其逻辑结构如图5所示，它由四个如图3所示的串行通道(即计算机/电话线接口电路)(SC1、SC2、SC3、SC4)和中断控制器(IC)组成，这些串行通道和中断控制器(IC)分别接在计算机的内部总线上，四个串行通道(SC1、SC2、SC3、SC4)的电话线端口分别接V1、V2、V3、V4线，其中断信号线分别接至中断控制器(IC)的四个中断申请输入端。
每一个串行通道(SC)都是一个包括RS-232-C异步通信适配器和与之相连接的半双工RS-422-A驱动/接收电路(如图7如示)的完整的计算机/电话线接口电路。每个适配器中的8250芯片的中断信号线INTRPT分别接到Intel8259A中断控制器(IC)的一个IRQ中断申请端，再通过该芯片的中断信号线INT接到IBM-PC/XT机内的中断控制器的一个空闲的中断申请端(IRQ4)。
四个串行通道(SC1～SC4)，可以经4对导线(V1～V4)通过数字转接附加器(DXA)分别与多达4对用户电话线同时连接。另一方面，这些通道则通过一个具有多中断申请输入端的中断控制器(IC)接至网络服务器计算机。只要任何一路通道出现一个就绪的数据帧，该通道就发出中断信号，这个中断信号进一步经(IC)再向服务器计算机发出中断信号，使服务器内的中断服务程序来执行数据帧的输入或输出。中断服务程序的一次执行不但可以处理一路的输入输出，还可以同时处理所有4路中已就绪数据帧的输入输出。对于传输速率甚高的同步通信方式，通信瓶颈不复存在，网络服务器和一般的用户计算机一样，只需一个能够实现同步通信的串行通道即可。
网络服务是本系统的一个可选项目，如果不选用，就可不接入网络服务器，那么本网络系统仅用作用户计算机间的通信。
为了实现本网络中各用户计算机间的通信和资源共享，本网络采用功能的分层体系结构，与国际标准化组织的OSI七层参考模型的对应关系如图6所示。其中除物理层的功能(按设定的传输方式串行地发送或接收)和数据链路层的部分功能(帧的装配和分解、帧内数据的差错控制)由计算机/电话线接口电路实现，以及网络层的功能(用户计算机间的转接)由数字转接附加器实现外，其它部分则由网络软件来实现。其中数据链路层软件主要完成收/发窗口缓冲区管理;传输层主要完成传输连接的建立和拆除，数据块的组织，数据块的差错处理，流量控制等;服务层则完成用户的各种应用服务，如磁盘的共享，键盘通信，文件的发送和接收，电子邮箱管理，公告栏管理等。
网络软件分为用户计算机网络软件和服务器网络软件两部分，前者安装在用户计算机中，后者安装在网络服务器中。这两个部分的低层部分是相同的，只是服务层的内容不相同。用户计算机网络软件主要完成两个方面的任务，一是用户计算机间的键盘通信和文件收、发，二是向网络服务器发出相应的命令并享用其提供的网络服务。图8是用户计算机网络软件的总框图，该软件采用三级树形菜单选择，第一级为主功能菜单，第二级为特性设置菜单，第三级为通信功能菜单，服务器网络软件由盘体管理程序，用户管理程序和各种网络服务程序所组成，服务器是靠接收用户计算机发来的命令来提供网络服务的。
网络软件配置于用户计算机(C1、C2、……Cn)和网络服务器(SVR)，支持网络所采用的半双工通信方式，实现网络计算机间的键盘通信和磁盘文件传输，并使用户计算机(C1、C2…Cn)共享网络服务器(SVR)提供的文件传输、电子邮箱，读/写公告栏服务。
图7为电话线驱动/接收电路，这是一个工作于半双工方式符合RS-422-A规程的驱动/接收电路，它由平衡式驱动器(D)，差分式接收器(R)和非门(N)组成，其中非门(N)的一端与平衡式驱动器(D)的控制端相连，并接至DB-25连接器的OUT1引脚，非门(N)的另一端与差分式接收器(R)的控制端相连;平衡式驱动器(D)的输入端分别接至DB-25连接器的发送数据(TD)引脚和信号地(GND)引脚，其输出端与电话线连接;差分式接收器(R)的输入端与电话线连接，其输出端接至DB-25连接器的接收数据(RD)引脚和信号地(GND)引脚。
发送数据线(TD)、接收数据(RD)线和信号地(GND)线接至DB-25连接器的2、3、7引脚，以便和适配器中的相应线路连接。非门(N)用来实现半双工通信，OUT1信号引自适配器中的异步通信接收器发送器芯片INS8250的相应引脚，其电平由网络软件控制。当发送数据时为高电平，平衡式驱动器(D)工作;平时则为低电平，使差分式接收器(R)工作，以便随时接收对方发来的数据。本电路的+5伏供电电压可通过DB-25连接器中的空引脚引自计算机中的直流电源。
本发明的积极效果在于1、实现简单。这种基带数据传输方法可充分利用一个部门中原有的电话交换分机系统，它利用了电话线路的传输和转接功能，且不影响原电话通信方式，用户计算机或数字转接附加器的接入都很简单。
2、通用性强。可在任何电话交换分机系统上实现，且对其制式和型号无限制。
3、造价低廉。本计算机局部网络不需购置和铺设通信线路的费用;计算机/电话线接口电路和转接开关简单;数字转接附加器造价也不高。
4、较高的数据传输率。数据传输率比用调制解调器进行音频频带传输方式要高出1～2个数量级;因本系统可多对用户计算机同时通信，故其总体数据传输率也并不比较使用同轴电缆的共享信道式网络低。
5、便于实现用户计算机间的点对点通信，尤其在对方未准备好的情况下，可方便地在拨号转接时先用电话机通过同一电话线通知对方作好准备，这是一般的局部网络无法实现的。
实施例用户计算机选用IBM-PC或其兼容机;采用RS-232-C异步通信适配器作为串行数据通信之用;电话线驱动/接收电路中的平衡式驱动器(D)和差分式接收器(R)分别采用MC3487和MC3486集成电路芯片;数字转接附加器中采用的单片计算机(SCC)为MCS-51系列机，开关矩阵(SM)中的微型继电器采用JRC-5M，模拟开关采用CC4066芯片;网络服务器采用配有20兆字节硬磁盘的IBM-PC/XT微型计算机或其兼容机。网络软件建立在IBM-PC的DOS操作系统上，软件的低层部分是直接与DOS接口的输入输出驱动程序，用汇编语言编写，占6K字节存贮空间;高层部分用BASIC语言编写，约占30K字节存贮空间。网络服务器软件全部用汇编语言编写，约占存贮空间30K字节(图9是其总框图)。
符号表a1、a2、a1…an继电器开关A继电器矩阵bj2、bj1… 模拟开关B模拟开关矩阵C计算机通信位置C1、C2…Cn用户计算机d1、d2稳压晶体二极管d3发光晶体二极管D平衡式驱动器DXA数字转接附加器GND信号地I1、I2…In接口电路IC中断控制器MCI多路串行通道接口电路
N非门P1、P2、Pi…Pn输入端PBX电话交换分机q1、q2、qi…qn输出端R差分式接收器RD接收数据RDC振铃检测电路S1、S2…Sn、Si、Sj转接开关SC、SC1、SC2、SC3、SC4串行通道SCC单片计算机SM开关矩阵SVR网络服务器T1、T2…Tn、T、Ti电话机TD发送数据U专用电话线V传输线组
权利要求
1.一种在电话交换分机系统中实现基带数据传输的方法，其特征在于和电话机(T1、T2…Tn)共用电话线的计算机(C1、C2…Cn)中的任何两个(i和j)，在进行数据通信时，用户(i)先用其电话机(Ti)拨号接通数字转接附加器(DXA)，接着再拨入通信双方的电话号码，数字转接附加器(DXA)自动地将双方的电话线对接，并与电话交换分机(PBX)脱开，当将各自的转接开关(Si和Sj)转拨在计算机通信位置(C)后，双方的计算机即可实现基带数据通信。
2.一种在电话交换分机系统中的基带计算机局部网络，其特征在于配有接口电路(I1、I2…In)的计算机(C1、C2…Cn)通过转接开关(S1、S2…Sn)和电话机(T1、T2…Tn)共用电话线，并接于数字转接附加器(DXA)的输入端(P1、P2…Pn)，其输出端(q1、q2…qn)接至电话交换分机(PBX);未和计算机共用电话线的电话机(T)则直接与电话交换分机(PBX)连接;数字转接附加器(DXA)与电话交换分机(PBX)间设有专用电话线(u)，数字转换附加器(DXA)还通过传输线组(V)与网络服务器(SVR)连接。
3.按权利要求2所述的计算机局部网络，其特征在于数字转接附加器(DXA)由包括继电器矩阵(A)和模拟开关矩阵(B)的开关矩阵(SM)、单片计算机(SCC)和振铃检测电路(RD)所组成，振铃检测电路与专用电话线(u)连接，其输出端接至单片计算机(SCC)，单片计算机(SCC)则与开关矩阵(SM)相连接。
4.按权利要求2所述的计算机局部网络，其特征在于电话线驱动/接收电路由平衡式驱动器(D)、差分式接收器(R)和非门(N)组成，其中非门(N)的一端与平衡式驱动器(D)的控制端相连，并接至DB-25连接器的OUT1引脚，非门(N)的另一端与差分式接收器(R)的控制端相连;平衡式驱动器(D)的输入端分别接至DB-25连接器的发送数据(TD)引脚和信号地(GND)引脚，其输出端与电话线连接;差分式接收器(R)的输入端与电话线连接，其输出端接至DB-25连接器的接收数据(RD)引脚和信号地(GND)引脚。
5.按权利要求2所述的计算机局部网络，其特征在于多路串行通道接口电路(MCI)由四个串行通道(SC1、SC2、SC3、SC4)和中断控制器(IC)组成，串行通道和中断控制器(IC)分别接在计算机的内部总线上，四个串行通道的电话线端口分别接V1、V2、V3、V4线，其中断信号线分别接至中断控制器(IC)的四个中断申请输入端。
6.按权利要求2所述的计算机局部网络，其特征在于将网络软件配置于用户计算机(C1、C3…Cn)和网络服务器(SVR)，支持网络所采用的半双工通信方式，实现网络计算机间的键盘通信和磁盘文件传输，并使用户计算机(C1、C2…Cn)共享网络服务器(SVR)提供的文件传输、电子邮箱、读/写公告栏服务。
全文摘要
本发明提出了一种在现有电话交换分机系统中实现基带数据传输的方法，它采用和电话交换分机连接的数字转接附加器，来识别并直接接通要求通信的计算机。本方法不需调制解调器，不改变原系统的电话通信方式，也不改动交换分机。用此法构成的局部网络易实现，造价低，计算机与电话机共用原电话线，计算机/网络接口简单，可在数公里范围内以不低于20千位的传输率同时实现多对计算机间的通信。网络服务器可提供电子邮箱及共享文件等服务。
文档编号H04M9/00GK1044021SQ8910946
公开日1990年7月18日 申请日期1989年12月19日 优先权日1989年12月19日
发明者吴治衡, 关彦辉, 金盘石, 赵维平 申请人:吉林工业大学