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黄载禄:忆"601程控交换机"科研项目和产业化之路

作者:黄载禄发表时间:2013-11-16推荐给好友

   1992年,鉴于国内巨大的通信市场需求,由通产司何非常司长发起,决定组织电子部第54研究所和我校联合开发六万门级EIM-601大容量局用数字程控交换机,研制周期为两年。54所主要承担硬件系统,我校主要承担软件系统。


   这一开发项目是我付出劳动最多,花精力最多,但又是我没有在项目中装一块电路板、编写一条软件程序的科研项目。我所做的工作只是组织科研人力、安排计划进度、组织方案制订,以及协调和54所的配合等。程控交换机项目之大,工作量之大,参加人员之多,涉及单位之多,也是以前承担的所有项目无法相比的。

   虽然电话是1876年发明的,但程控交换机是当时最先进的交换机产品,是语音数字编码技术和计算机技术相结合的话音通信的最新成果。1965年美国贝尔实验室发明了世界上第一台程控交换机,从此交换技术发生了划时代的变革。法国于1970年开发完成了程控交换机商用系统,但技术完全成熟,并在欧美普及应用,是在1980年之后。

   程控交换机是当时电话通信网的核心设备,需求量巨大,世界上从事这一行业的企业有十余家都进入到了世界500强,而我国几乎还是一张白纸,产品还完全依赖进口。从1985年开始,我国开放市场,引进设备,几乎所有国外交换机制造商都进入了中国,他们的售价约300美元一线(一部电话机用户)。开放引进的初衷是希望以市场换技术,结果是市场给了人家,但技术却没有换来。


   技术没有换来的原因,也并非国外公司不给,而是大型程控交换机是由大量的硬件和复杂而庞大的软件相融合的系统。一般说来,这类系统无法仿制,或者说仿制这一系统,所耗人力比开发这一系统所耗人力还要多。原因是它是软件与硬件相结合的,通过软件控制硬件,软件和硬件之间的接口极其复杂,要弄清它,还不如重新设计它。因而大型程控交换机很难走引进、消化、吸收、仿制之路,而应走自主开发创新之路。


   国内于1987年前后开始自主开发小型用户程控交换机,随后开始开发大型程控交换机,出现了华为、中兴等非国有企业。郑州解放军信息工程学院邬江兴领导一批年轻人,于1990年完成了万门级程控交换机开发,打破了对大型局用程控交换机的迷信。


   为做好601程控交换机项目,1993年元月,除保留屈万里老师等少数人继续测井科研外,集中了学科团队的其他人员,加上新加入的教师熊兆飞、汪小燕、冯雷、黄桂金等10余人,启动了项目的开发工作。


   第一件事是熊兆飞跑遍武汉市书店,将有关程控交换机的书籍全买回来,而后分工阅读、讲解,弄明白交换机的软硬件功能、结构类型、及当前的主要机型等。


   接着讨论方案。在讨论方案的过程中,程控交换机项目吸引了全系不少青年教师,先后又有十余人加入到了项目开发中来,开发团队迅速发展到了30余人。

   

   601程控交换机软件含有数个子系统。冯雷负责交换子系统,这是交换机软件的核心部分,童胜勤负责信令子系统,文灏负责数据库,汪小燕负责诊断子系统,邓军和黄长胜负责计费子系统,禹宏涛负责统计子系统,王芙蓉负责人机界面子系统。他们分别制订了各子系统软件的实施方案,全组讨论协调后形成了软件整体。


   另外还有两项重要工作,一项是程控交换机的主备切换控制,另一项是软件模块的质量控制和标准化管理。主备切换控制由龙世渚负责,他曾利用业余时间开发出了仅几十门的,用单片机控制的微型程控交换机。他既熟悉硬件,又精通软件,而且做事认真、仔细,是完成该部分的理想人选。软件模块的质量控制和标准化管理由黄桂金负责。他在加入601之前,从事图像处理的研究工作,有长期软件开发的实践经验,有很强的软件开发能力和责任心,是承担该项工作的不二人选。可以看出,这是一支知识全面、人员结构合理、各有所长、能攻坚克难的开发团队。


   项目开发,顺利推进。如此大的开发项目能顺利推进的必要条件,除集中群众智慧,团队协同之外,就是学校领导的全力支持。当时朱耀庭是分管科研的副校长,王筠是教务处长,有了他们的支持,项目启动中的不少困难迎刃而解。


   开发人力仍然不够,只能向学校申请结合程控交换机的开发,招收约30人的硕士研究生班,通过工程项目培养研究生。获批后,立即使项目开发人员增加到了70余人,再加上约30人毕业设计的本科生,另外还将“人—机操作界面”子系统中的一部分工作交由计算中心石冰心教授等人开发,人员不够的问题基本得到了解决。百余人的研究开发团队,8个分系统,一人一台计算机,这需要很大的实验场地。原来开发测井仪器的实验室在南一楼东头四楼,当时五楼是校广播台的机房重地,全部房间已由他们使用了30余年。为了方便科研项目管理,学校党委书记李德焕同志亲自安排将校广播台搬走,解决了项目组的科研用房问题。搬走广播台,要更改全校广播网的走线,这是学校的一项不小的工程,可见校领导对程控交换机项目的重视和支持。至此,项目的研究开发条件已基本具备了。


   1993年4月8日,电子部在北京友谊宾馆召开了EIM-601大容量局用数字程控交换机方案论证会,会议通过了54所和我校分别提出的硬件系统和软件系统的开发方案。学校先后获得开发经费约700万元。


   1994年10月,我校近40名骨干开发人员带上相应设备,到石家庄54所进行了长达7个月的软件系统和硬件系统的联调工作。


   1995年4月8日,电子部在石家庄召开了EIM-601大容量局用数字程控交换机开发成果鉴定会。在鉴定会之前的半个月,54所和我校的主要开发人员,几乎没有睡觉,24小时工作,实在困了才伏在实验桌上休息一会,目标是赶在鉴定会前完成交换机100余项指标测试并使之达到规范要求。    


 

   鉴定会由原邮电部副部长宋植元主持,电子部胡启立部长、曾培炎常务副部长、曲维枝副部长及河北、湖南、广州等多个省市领导,还有国家计委、国家经委、国家科委、国防科工委负责人,和多名两院院士都是鉴定会成员。


   代表们一边讨论评语,一边时不时走向会场旁,利用接在鉴定交换机上的数百部电话机通话,以感受交换机话音音质、接通速度等。测试组时不时也补测一些数据,以回答代表们的质疑。至下午约4:00,鉴定会结束。鉴定顺利通过。该项目获1995年电子部科技进步特等奖。EIM-601程控交换机的最大容量是65536用户线,满配置有机架33个。


   我送走了代表们,回到实验室,大概未到6:00,一只脚刚跨入实验室大门,熊兆飞老师朝我走来,说:“好险呀!一组电源烧了。”


    我快速朝交换机走去,中央交换模块抽屉的一组电源坏了,交换机已不能正常工作了。要是早3个小时,这组电源烧坏,那会产生什么后果呢?难以估计呵!

   交换机硬是多熬了3个小时,坚持着顶过了鉴定关,它还是对得起这些日夜陪伴着它度过了7个月时光的近百名科研人员!后来,在正式产品中,关键部分的电源都加了双电源备份。


   开发601再一次给了我人生的启示,这就是勇气、拼博、科学精神和团队合作,这四者缺一不可!有了这四项,就没有完不成的科研课题。

   601锻炼了队伍,培养了人才。所有参加601开发的研究生、本科生,接触了通信实际,学到了知识,增长了才干,经受了锻炼,他们都被国内外通信企业录用,并很快成为了企业骨干。



   然而,通信系统软件的开发,只有开始,没有终结。1995年4月8日的鉴定成果,只能说EIM-601大容量局用数字程控交换机系统达到了交换机指标的基本要求,已能应用于实际通信网中。但系统中的软件“漏洞”无数,而这些“漏洞”在实验室无法发现,只有在实际使用中才会暴露。


   电子部组织开发601,是采用产学研相结合的方式,主要资金出自北京华科通信、河北华大集团、湖南常德有线电厂、辽宁鞍山市鞍广集团。四家单位出资的条件是取得601交换机的销售权。开发人员来自学校和研究所。


   601鉴定之后,随即将设备运至河北刑台市南河县开通试验局,接入网络运行,进行实际考验。两研发单位派有十余名开发人员职守机房,参与设备维护,在运行中发现问题,及时改进。经几个月运行,暴露出的问题都已解决。


   严格说来,大型程控交换机要做到系统中没有一点问题是困难的,但存在一些问题,通常不会影响交换机工作。程控交换机的控制系统采用双机备份,当一台计算机工作时,另一台备份。当主控计算机检测到运行故障,就通知备用计算机立即接手工作。从主控机切换到备用机,只需几个毫秒,能使所有正在通话中的用户不会中断,甚至用户会毫不察觉。而后原主控计算机会把计费等有用数据再传送至备份机,因而计费等数据不会丢失。当完成所有这些工作后,再重新启动,而后进入备份状态,而原来的备份计算机全面接手工作,成了主控机。程控交换机的主、备切换和重启,都是自动完成的,一旦开通,可连续运行数十年而不中断。


   601交换机在南河县的试验局运行初期,几天就切换一次,修补了暴露出的问题后,可达一个月左右才切换一次。虽然主、备计算机之间的切换不会影响通信网的正常运行,但如有自动切换,则说明交换机软件或者硬件还存在故障。


   何司长要求601投入市场要一炮打响,为了找出问题,54所的开发人员也集中到我校实验室,从1996年9月至11月进行了两个多月的集中攻关,查找问题。查找问题是对的,关键是如何才能找到问题,一种办法是关在实验室查找,另一种办法是投入网上运行。由于南河只是一个县,接入交换机的用户不到4000,而601交换机的用户容量是6万,所以交换机故障不常出现。但当用户增至3万左右时,601交换机就切换频繁了。当时投入网上运行的601交换机还很少承担如此大的话务量,直到2000年GSM-601移动交换机在广东梅州开局时,由于移动用户数量巨大,才捕捉到隐藏在交换机中的两个故障点:一个隐藏在中继电路板中,另一个隐藏在7号信令系统的软件中。解决了这两个问题后,601固定交换机和601移动交换机就都稳定了。


   为实现产业化,1995年9月在广州注册成立了“广州金鹏电子信息机器有限公司”,我校持股16%。1996年对外销售的设备由54所和我校装配、生产,并提供交换机开通后运行维护的技术支持。至1997年底,分布在河北、东北、成都和湖南通信网上运行的601交换机已达数万用户(线)。


   在我们开发601的同时,GSM移动通信在我国开始迅速发展。GSM移动通信是欧洲的标准,1991年7月开始投入商业运营,1995年覆盖欧洲各主要城市。我国1993年9月在浙江嘉兴开通了国内第一个GSM数字移动电话网,1995年4月全国有15个省市相继建成了GSM电话网,1996年GSM移动电话实现了全国漫游。其发展速度之快,势不可挡。


   基于这一情况,经请示何司长后,54所和我校程控交换机研发人员决定立即启动GSM-601移动交换机开发。1996年9月,由我主持,在我校举行了由601研发人员、54所等单位参加的GSM-601移动交换机方案讨论会,随后我校从开发601交换机的人员中抽出了约10余名教师,成立了GSM移动交换机开发小组。李晖任项目组长,启动了GSM的开发工程。


   我校的开发人员更加繁忙,他们在承担软件改进升级和开发GSM移动交换机的同时,还要采购计算机,生产装配交换机软件系统以支持市场。原来任务单一的研发人员,现在成了研发、生产、产品运行维护和市场支持的“多面手”。骨干人员常被派往全国各地的设备运行现场处理技术问题或介绍产品。学校所承担的工作已远远超越了开发,产品销售越多,对学校科研人员的压力越大,601研发人员空前紧张。


   为了保证网上运行的交换机正常工作,不中断话务,1997年的除夕晚上,在学校南一楼实验室都得安排人员值班,以便随时通过网线维护运行在南河、常德等地的601交换机。


   交换机不是一般的电子产品,需要有分工明确的研发、生产和市场销售三套人马。而离开了54所和我校的开发人员,就无法组建起这三套人马。这是关系601交换机产业化前途的的大问题,而解决它的艰巨性会比开发601交换机更大。


   电子部领导发现这一问题后,于1996年下半年与教育部会商决定:54所和我校两单位的所有EIM-601的研究开发骨干人员无条件地南迁至广州金鹏电子信息机器有限责任公司,最少在公司工作两年。我和35名教师于1997年4月去广州,开始承担和教师完全不同的工作。公司成立了生产中心和研究开发中心。54所的人员主要在生产中心,我校的教师主要在开发中心。


   我校去广州的是一个完整的科研团队,由两个小组组成,一个负责601交换机的功能完善和软件升级,另一个负责GSM-601交换机的开发。由于团队完整,只是将开发地点由武汉移到了广州,很快恢复了各项开发工作。生产中心的生产工作,因涉及流水线和电路板测试设备调试,多费了些时日。我任技术副总经理兼研究开发中心主任,54所的杨作昌和我校的杨学军分别担任系统的正、副总设计师。


  开发中心的总人力仅有40来人,每到晚上11点,二楼的开发中心,总还是灯火通明。开发人力严重不足,每一个人都在超负荷工作,招聘新员工是当时的迫切任务。1997年6月,人事部派出了几路人马分别去成都、西安、沈阳、武汉招收应届大学毕业生,到1998年10月,研发中心已扩充至近200人。

   自来到广州后,我的全部精力几乎都放在公司。我指导的,留在学校的近10名研究生也交由屈万里老师协助指导,每学期仅回学校同研究生做一次学术讲座,了解论文进展情况和解答他们的问题。由于已有多名我校的研究生在公司进行论文研究,加上我是博士生导师,因而1997年就获得了国家首批“企业博士后工作站”授权。我先后指导有4名博士进站工作。


   考虑到开发中心的人员多为大学本科生,提高开发人员的技术理论水平关系公司的长远发展,我和朱耀庭同志商量后,决定在公司办“工程硕士班”。第一期录取了近30人,星期六、星期天上课,结合各人承担开发中心的实际开发工作写学位论文,这不但没有影响他们所承担的开发工作,反而能起促进作用。

   1996年9月,来广州前已启动的GSM-601移动交换机开发在抓紧进行。来广州后不久,由于原项目组长李晖离去,GSM项目组改由组长文灏,副组长卢正兴主持开发。1998年初系统开始联调。


   601程控交换机的控制系统是采用“集中”和“分布”式两级控制方案。称“集中”控制计算机为第一级,称“分布”控制单片机(CPU)为第二级。这为开发GSM移动交换机创造了良好条件,只要在第一级计算机中增加一个GSM软件功能模块,将移动通信基站子系统中的控制CPU看成是第二级,调整相应的数据接口,就将601固定交换机改造成移动交换机了。如果开发成功,就可以用一台601交换机,同时用作固定电话交换和移动电话交换。

   GSM移动交换机联调进展顺利,半年后即进入功能测试。


   考虑到1995年美国推出的CDMA移动交换机(IS-95)已投入商用,基于CDMA交换机体制的先进性,第三代移动通信均采用CDMA体制,并已制定出了基于GSM的WCDMA和基于CDMA(第二代机)的CDMA2000两种第三代移动电话交换机的国际标准,同时也考虑到在601固定交换机平台上开发移动交换机的方便条件,有了成功开发GSM移动交换机的经验,可以节省开发CDMA移动交换机的人力投入。1998年8月,我和朱耀庭商量,决定启动CDMA-601移动交换机开发。随后组成了近20人的CDMA交换机项目组,开发周期:1998年10月至2000年6月。


   在开发中心形成了三个项目组:一是601固定交换机的功能完善和软件升级;二是GSM-601移动交换机开发;三是CDMA-601移动交换机开发。开发中心的大部分人力仍安排在第一组。


   1998年底GSM移动交换机完成了功能测试。1999年3月通过了邮电部的入网测试,标志着GSM-601移动交换机的开发工作已顺利完成。


   为了吸取固定交换机的开局教训,随后将移动交换机运往中国联通河北邯郸市移动通信网上试运行。由于接入交换机的用户数不多,虽然也发现了一些问题,但系统工作总体上稳定。2000年初设备重回公司,并开始对外销售。随后第一台GSM移动交换机确定销往广东梅州中国联通移动通信分公司。


   为了做到万无一失,根据何司长指示,系统又压在实验室调试了两个月,于2000年后期运往梅州投入运营。由于销往梅州的移动交换机不是试运行,也不是试验局,接入的用户数较多,公司派出了以卢正兴为首的设备维护人员在梅州协助维护设备。在交换机负荷较重的情况下,暴露出了隐藏在601交换机中的两个较严重的故障点,一个隐藏在硬件系统的电路板中,另一个隐藏在七号信令系统的软件中。在用户数少时,这两个故障很难暴露。在以杨学军为首的研发人员到梅州解决这两个问题后,从此在网上运行的601固定交换机和移动交换机都能稳定可靠地工作了。


   2001年春节期间,在梅州的GSM-601移动交换机经受住了超负荷运行考验,标志着金鹏GSM-601移动交换已走向成熟。

   由于金鹏的移动交换机和固定交换机采用的是同一个软、硬件平台,根据梅州暴露出的问题,修改了所有在网上运行的601固定交换机电路板和升级软件之后,从此就不再有主、备切换,工作完全稳定了。但自601交换机投入商用后,交换机功能一直在升级,这是世界通信技术的发展潮流。601交换机必须跟上世界的技术发展潮流,才不会被市场淘汰。


   开发中心,始终处在市场压力之下。我主管技术,自然压力就传到了我身上,而且我感受到的压力会比其他人更大。首先是7号信令功能完善。交换机的工作是由电话机指挥的,从用户拿起电话、拨号、通话、到放下电话,每一步都有信号通过电话线送出。在交换机收到电话机送来的信号后,要进行一系列的动作。称电话机送出的信号为“信令”,这叫“用户信令”。交换机和交换机之间相互联络的信号更多,因为它发生在两个电话局之间,因而称交换机与交换机之间的互操作信号为“局间信令”。7号信令是局间信令。


    信令是一个很复杂的系统。程控交换机的功能增加,信令也随之增加,因而信令规范一直在一代一代升级,先后发展了1号至7号,共七代。在1993年开始开发601交换机时,采用1号信令和7号信令同步开发的方针。因为1号信令简单,先完成1号信令,可支持交换机硬、软件系统的调试,以加快整机开发进度。


   国际上7号信令的研究始于1980年,它包含多个功能模块,是分模块逐步推进,逐步发布,直到1992年才全部完成。1993年国际电信组织(国际电信联盟)正式发布了7号信令的完整国际标准。7号信令十分重要,只有采用7号信令的交换机才能实现固定电话机与移动电话手机之间的直接通话,才能实现固定电话网的智能网功能。


   601交换机7号信令的开发虽始于1993年,由于它的工作量大,采用了分模块推进的开发策略,1996年完成了中国7号信令中的消息传递部分(MTP)和电话用户部分(TUP),用于常德601交换机中。之后陆续开发其它功能模块,至1998年才全部完成。


   第二项是ISDN接口(又称综合数字业务网接口)功能开发。今天我们在家里装上一个ADSL终端小设备,电话机接到ADSL终端上,无线终端(WiFi)、计算机网线、网络电视,也接到这个终端上,就可以在打电话的同时上网,或者看网络电视。这是因为在交换机中增加了ISDN接口才做到的,因此这个接口也很重要。开发它的工作量比7号信令略小。


   第三项是远端模块光纤接入功能开发。601交换机的设计容量是65536用户线,这是一个整体。用户要求能分出一部分(例如2000用户线)放置到远端,如郊区的某一个小镇,小镇上的用户电话通过光纤接入601交换机。这可以节省电话网建设一笔很大的资金,因为2000对电话线比一根光纤要贵很多。假如小镇到城区的距离是30公里,可节省资金近100万元。这一改动也带来了601交换机软件和硬件的较多变化,可以说是另一个型号的601交换机。


   每一次改动都得发布新软件版本。在每次发布新版本前,都得严格测试交换机运行新版本后的各项功能。一个版本的测试周期通常是2、3个月。开发中心专门成立了10余人的测试组,所有软件新版本在通过测试组测试后才能对外发布,投入网上运行。

   至1999年中期,开发中心才完成上述三项补充开发工作,601交换机已走向完善。601程控交换机的科研和产业化之路是一段难忘的经历。


   (作者:黄载禄,电子与信息工程系退休教师。曾任电子与信息工程系教授、博士生导师、系主任。1994 年被评为“湖北省有突出贡献的中青年专家”。)