chapter4协议描述技术.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,Chapter4,协议描述技术,协议描述,自然语言描述，存在二义性,通用程序设计语言描述，无法描述不确定性、并发等协议性质,形式化描述语言是最合适的描述语言,协议描述的内容,协议通信行为的描述,协议状态机的描述,协议描述技术,4.1 MSC,概述,4.2 MSC,基础,4.3 MSC,结构概念,4.4,高级,MSC,概念,4.5 MSC,文档,4.6,MSC,应用举例,MSC,概述,4.1,MSC(,Message Sequence Chart,),：,一种,形式语言，用来描述多个实体之间和实体与环境之间消息交互的顺序。,在,Z.120,建议中，,MSC,的定义用两种具体文法给出，即文本文法,(Textual grammar),和图形文法,(Graphical grammar),。,4.1.2,MSC,的实体类型,4.1.1,MSC,的特点,4.1.3,定义图形文法的符号说明,MSC,的 特 点（,1,）,是一种消息跟踪语言：可以描述通信及其它事件发生的顺序，同时也可以表示对数值传递和事件定时的限定。,是一种“场景”语言：每张,MSC,图只描述系统在某种情况下的通信行为。,支持完整的和不完整的规范说明。在需求分析初期，可以用,MSC,描述不完整的系统通信行为。,是一种图形化语言。用二维图形来概括通信实例的行为。,是一种形式语言。语言的定义采用自然语言和形式化记法。,MSC,的 特 点（,2,）,是一种实用语言：可用于软件开发的全过程。从需求分析到总体设计，到详细设计，软件测试，在不同的阶段，,MSC,的用法稍有不同。,应用广泛：可用于所有具有信息交互的应用领域。,支持结构化设计。高级,MSC,图可以把用简单,MSC,图描述的单个历程组合成更完整的规范说明。,经常被用来与其它方法和语言联合使用。,可以描述系统不允许出现或不可能出现的通信行为。,MSC,的实体类型,a)MSC,文档,;,b)MSC,图,;,c),实例,(instance);,d),状态,(condition);,e),定时器,(timer);,f),消息,(message);,g),通道（,gate,）,;,h),变量（,variable,）,;,MSC,的实体类型,MSC,文档和,MSC,图也称为视见域（,scope,）。,在一个系统中，每个实体都用一个名称来标识。,在同一个视见域内，属于同一种实体类型的两个实体不能使用相同的名称。,在同一个视见域内，可以多次出现的实体有：状态、定时器和消息等，多次出现的实体代表同一个实体。,实体的名称只在同一个视见域内是可见的，在该视见域之外不能被引用。,定义图形文法的符号说明,4.1.3,在用图形文法定义,MSC,语法（及后续章节定义,SDL,语法）时，将采用类似于巴科斯范式（,BNF,）的符号：,：表示括号内的符号为非终结符，即还需进一步定义；,：表示括号内的内容有关联性；,*,：表示括号内的内容是可选的，可以为零或重复任意次；,+,：表示括号内的内容是必选的，可以出现一次或重复任意次；,=,：定义符，定义符左部是非终结符，右部是由非终结符和,/,或终结符组成的符号串；,|,：,“,或,”,符，该符号两边的内容为并列关系。,非终结符最终都要用终结符来定义。,终结符包括,MSC,中的关键字、各种标识符、名称、各种图形符号等。,定义图形文法的符号说明,一组说明句法结构的词组：,c,ontains,（包含）,is followed by,（下接）,is associated with,（关联）,is attached to,（相接）,above,（在,上方）,set,（集合）,MyMSC,:=,contains,说明“,contains”,的例子,:=,is followed by,:=,is followed by,说明“,is followed by”,的例子,说明“,is associated with”,的例子,:=,is associated with,is attached to,msg,I,J,MSC,基础,4.2.2,实例,4.2.1,消息顺序图,4.2.3,消息,4.2.4,条件,4.2.5,定时器,4.2.6,动作,4.2.7,进程创建,4.2.8,进程终止,4.2.9,方法调用与回复,4.2.10,环境与通道,4.2,消息顺序图,4.2.1,MSC图有两种,形式（简单,MSC,图和高级,MSC,图）：,:=|,注：,HMSC,用来描述简单,MSC,的连接关系和组合关系,简单,MSC,图可以进一步定义如下：,:=contains ,消息顺序图,MSC,符号定义如下：,:=is attached to *set,:=,MSC,头部由关键字“,msc”,和,MSC,图名（,msc name,）组成，其定义如下：,:=msc,消息顺序图,MSC,主体域包括,5,个层面：,实例层（,instance layer,）,文本层（,text layer,）,通道定义层（,gate def,inition,layer,）,事件层（,event layer,）,连接器层（,connector layer,）,每张,MSC,图的主体域由这,5,个层面的任意组合构成，其定义如下：,:=,set,实例层：,用来说明,MSC,图中包含的实例的情况，包括实例类型、实例名及实例体等，这些由实例域给出。,实例层包括零个到多个实例域，说明个别,MSC,图可以不包含实例。,实例层的定义如下：,:=*,set,文本层：,MSC,图中的文本说明，是一个独立层，与其它层在逻辑上和图形符号上均无联系。,文本层,包括零个到多个文本域。,文本层的定义如下：,:=*,set,事件层,：,由一个到多个事件域组成,事件域按顺序上下排列,事件层的定义如下：,:=|,above,MSC,中共有三种,事件域：,实例事件域（,instance event area,）,共享事件域（,shared event area,）,创建域（,create area,）。,:=/*,消息事件域*,/|/*,方法调用事件域*,/|/*,回复事件域*,/|/*,定时器域*,/|/*,并发域*,/|/*,方法域*,/|/*,挂起域*,/|/*,动作域*,/,:=|/*,条件域*,/|/*MSC,引用域*,/|/*,内部表达式域*,/,连接器层：,描述连接两个实例的事件，包括消息域（,message area,）、未完成消息域（,incomplete message area,）、方法调用域（,method call area,）、回复域（,reply area,）等。,:=*|*|*|*|*,set,简单,MSC,图的一般形式：,msc,建立连接的简单,MSC,图,MSC diagram,Message to the environment,MSC heading,Instance,Condition,Output event,Input event,Instance end,Message,实 例,实例代表某种实体，具有该实体的所有属性。,在,SDL,系统中，实体可以是系统、功能块或进程。在通信领域，实体可以是一个系统，,也可以是某层协议实体,。,实例由实例头部、实例轴、实例结束符或实例终止符组成。,实例图形的三种表示形式,Instance head symbol,instance axis symbol,instance stop symbol,(a),(b),(c),实 例,实例轴符有两种形式。同一张,MSC,图，同一个实例只能采用其中一种。,实例结束符（,instance end symbol,）仅代表该实例需在本,MSC,图中要描述的部分的结束，而不表示该实例的结束。,实例头部符号只表示该实例需在本,MSC,图中要描述的部分的开始，而不表示该实例的创建。,终止符（,stop symbol,）表示该实例真正的结束，终止符只适用于进程类型的实例。,实例标题的三种表示形式,inst,inst:,process,digit,inst,process,digit,instance heading,MSC,支持的实例类型有：,进程（,process,）类型、功能块（,block,）类型和系统（,system,）类型。,实例分为简单实例和可分解实例（,decomposed,）,关键字,decomposed,表示该实例还需用另一个,MSC,图作进一步说明。,如果分解后的,MSC,图采用别的图名，则需在实例标题中给出该图名。,inst,decomposed,process,digit,decomposed,inst,decomposed,as,inst,msc,UserAccess,User,ACSystem,decomposed as,AC_UserAccess,when,Idle,EstablishAccess(“Illegal PIN”),CardOut,when,PINOK,“Please Enter”,OpenDoor,Idle,opt,MSC Reference,Inline expression,包含分解实例的,MSC,图,msc,AC_UserAccess,Authorizer,AccessPoint,decomposed as,AP_UserAccess,when,Idle,AC_EstablishAccess(“Illegal PIN”),CardOut,when,PINOK,“Please Enter”,AC_OpenDoor,Idle,opt,Console,Decomposed instance,实例展开后的,MSC,图,消 息,在,MSC,图中，消息用来在两个实体之间或实例与环境之间交换信息。,在两个实例之间交换一条消息可以看成两个事件：消息出（,message out,）和消息入（,message in,）。两个事件共享一个消息名。,消息用消息名来标识，可以带参数，参数列表中不用给出参数类型。,MSC,中无法表示把消息放入缓冲区的情况。,两种与消息有关的异常：,输出消息丢失；,实例消耗“来历不明”的消息，即输入异常消息。,消 息,Message name,incomplete message output,set timer,timeout,消息丢失的例子,MSC,中无法表示把消息放入缓存区,条 件,4.2.4,MSC,图中条件（,condition,）可以描述：,全局状态（,global condition,，涉及,MSC,图中所有实例）,局部状态（,non-global condition,，涉及,MSC,图中部分实例）,当局部状态只涉及,MSC,图中的一个实例时，称为本地状态（,local condition,）。,条件的图形符号,表示此条件不包括该实例,条件不是判断，而是描述系统的全局,/,局部,/,本地的状态。,定 时 器,4.2.5,在,MSC,图中，定时器可以用来监视某一事件（一般为等待接收消息）的到达。,定时器包括两个操作（动作）和一个事件，即：启动定时器、复位定时器和定时器超时。,启动定时器就是在系统中创建一个定时器实例，该实例有个实例名（定时器名），可以带参数，也可以给出定时间隔（,duration,）。,定 时 器,set timer,reset timer,设置定时器和复位定时器的例子,定 时 器,set timer,timeout,定时器超时的例子,表示启动定时器的两种图形符号,表示再启动定时器的图形符号,表示复位定时器的两种图形符号,表示定时器超时的几种图形符号,定 时 器,动 作,动作指通信实体在通信过程中完成的某些操作,动作符,定义：,:=,is attached to,contains,动作符描述的动作仅限于实例内部,进 程 创 建,两种进程创建：,静态创建：系统初始化时创建的实例,动态创建：系统运行过程中创建的实例,动态创建实例用进程创建符来描述,进程创建符有箭头一端与被创建实例的实例头部相连。,进程创建符：或,进 程 终止,进程终止是指终止本进程实例，即执行了进程终止的进程实例在系统中就不存在了。,进程终止仅适用于进程类型的实例。,一般来说，进程终止只适用于动态创建的进程实例。,进程创建和进程终止的例子,Instance created with parameter,Instance stop,方法调用与回复,MSC,图中实例间交互信息的一种形式。,MSC,中的方法是实例中的一个行为单元，具有独立的名称。,一个实例中的方法可以由另一个实例来调用，方法的运行（计算）结果以回复的形式回送给调用者。,调用和回复使用同一方法名。,方法调用与回复均可带参数，使用同一个方法名。,实例,TC,调用实例,SUT,中的方法“,Method1”,method,area,reply,method,call,suspension,area,环境与通道,MSC,图的主体是实例，,MSC,图的边框是,MSC,系统的环境。,实例可以从环境输入消息，也可以向环境输出消息，实例与环境交互的消息通过通道来完成。,每个通道都有一个通道名，通道名可以显式给出，即在图中直接给出通道名。也可以以隐式方式给出。,隐式通道名由消息的方向和消息名来确定。,环境与通道,msc,gates,i,j,k,MyMSC,g,h,s1,s2,s3,s4,通道定义,MSC,结构概念,4.3,4.3.2,MSC,引用,4.3.1,并发,4.3.3,线内表达式,并 发,应用背景：某通信实体在某状态下需要接收到两条或多条消息后才能往下进行，而这些消息到达的时间顺序是任意的，即实例消耗这些消息的顺序是任意的。,作用：描述在实例轴上发生时间无序的事件,并发只与单实例相关,并发的不同表示形式,并发符,1,并发符,2,并 发,concurrent area,Instance created with parameter,并发的例子,MSC,引用,MSC,引用是指在,MSC,图中引用别的,MSC,图,被引用的,MSC,图用一个引用符来表示，引用符上有实际通道，被引用的,MSC,通过这些实际通道与新的,MSC,图中的实例和环境交互信息。,MSC,引用符可以与多个实例轴相连。与本引用符无关的实例的实例轴可以穿过引用符。,MSC,引用不能递归进行。,引用符：,引用别的,MSC,图的例子,被引用的,MSC,图,的例子,线内表达式,线内表达式（,inline expression,）作用：在,MSC,图中构造分支结构、并行结构、循环结构。,线内表达式运算符：“,alt”,（交替）、“,opt”,（可选项）、“,exc”,（异常）、“,loop”,（循环）和“,par”,（并行）。,线内表达式的符号：,线内表达式符,异常线内表达式符,分隔符,分支结构,alt,：两个区域内的内容是二选一的关系，非此即彼，不会同时出现。,分支结构（,alt,）的,MSC,图,两个区中间用虚线隔开,ICONresp,ICONconf,ICONF,T,ICONreq,ICONind,ICON,Responder,T,Initiator,msc,alternative,when,Disconnected,Wait_For_Resp,alt,T,IDISind,Disconnected,Connected,分支结构,opt,：“,alt”,的一个特例，此时“,alt”,线内表达式中第二个区域为空。,分支结构,exc,：“,alt”,的一个特例，其以下的部分被当成第二个区域的内容，须包含该,MSC,图中的所有实例。,exceptional case,应该是虚线,描述循环的,MSC,图,循环结构“,loop”,：描述一些重复发生的事件。,线内表达式的内容将循环若干次,循环次数格式为：,loop,，表示至少循环,n,次，最多循环,m,次。,缺省值,loop=loop,具体实现的时候，重发是个定数而不是个范围。,并行事件的例子,并行结构“,par”,：用来描述并行发生的事件,在最新的,Z.120,没有此部分规范,高级,MSC,概念,作用：把一组,MSC,图组合成更复杂的,MSC,图,高级,MSC,（,HMSC,）是一个有向图。,有向图,由节点和连接节点的线构成,连接节点的线,：,节点：,开始符：,结束符：,MSC,引用符,：,条件框：,连接点：,并行框：,高级,MSC,举例1,：顺序结构,HMSC Start,HMSC end,MSC Reference,高级,MSC,举例,2,：分支结构,Alternative,Loop,高级,MSC,举例,3,：并行结构,MSC,文档,要把一个系统的所有,“,场景,”,描述出来，需要若干张,MSC,图。把这些图集中起来，就形成了,MSC,文档的主要内容。,MSC,文档定义本,MSC,系统用到的实例名、简单,MSC,图名、高级,MSC,图名、消息名及其参数、定时器和变量等。,MSC文档内容包括：文档头、定义部分、,应用,部分,defining part area,utility,part area,document head,MSC,文档的例子,MSC,应用举例,4.6,4.6.1,硬件结构与工作原理,4.6.2,需求分析,4.6.3,软件结构设计,4.6.4,消息定义,4.6.5,消息交互图,电话业务,主叫,交换机,交换机,启呼（摘机）,拨号音,拨号信号,占用信号,选择信号（路由信号）,回铃音信号,应答（摘机）,应答信号,（通话）,复原（挂机）,后向挂机信号,前向拆线信号,拆线证实信号,复原（挂机）,用户线,被叫,用户线,（发端局）,（终端局）,中继线,振铃信号,局间信号,用户线信号,用户线信号,电话接续信令基本流程,微型电话交换机硬件结构示意图,音信号,交换网络,主控,CPU,收号器,用户电路,收号器,用户电路,0,127,最多连接,128,个用户,每个用户电路配有一个双音多频收号器,不考虑出入局呼叫,用户电路直接接入交换网,硬件结构与工作原理,4.6.1,硬件结构与工作原理,微型电话交换机软件系统特点：,提供基本的呼叫处理功能和部分补充业务,用户电话号码采用四位编码，,0,到,127,号用户分别对应电话号码,3000,到,3127,微型电话交换机的工作原理可以通过一次完整的呼叫过程来描述。,呼叫过程分成三个阶段：,连接建立阶段,通话阶段,连接释放阶段,工作原理（,1,）,连接建立阶段,用户,A,摘机，交换机检测到用户,A,摘机后向用户,A,送拨号音,用户,A,听到拨号音后输入用户,B,的电话号码（,3,位），交换机通过定期监测,DTMF,收号器接收这,3,位号码。交换机收到第,1,位号码后停拨号音,交换机收齐号码后进行号码分析，判断用户,B,的状态：如果用户,B,空闲，则向用户,B,的话机振铃，同时向用户,A,送回铃音；如果用户,B,忙，则向用户,A,送忙音；如果用户,A,所拨号码不是本交换机内的号码，则向用户,A,送空号音,用户,B,摘机应答后，交换机检测到用户,B,的动作后，停止振铃，停送回铃音，通过交换网络把两个用户的话路接通。连接建立阶段结束。,被叫忙或空号情况下，用户,A,挂机，交换机检测到后，停送忙音或空号音，结束本次呼叫,工作原理（,2,）,通话阶段,在本阶段，交换机周期性地监测用户状态，一旦检测到用户挂机，就进入连接释放状态,连接释放阶段：分为三种情况,用户,A,先挂机，交换机检测到后，断开通话话路，向用户,B,送忙音；用户,B,挂机后，交换机停送忙音，本次呼叫过程结束,用户,B,先挂机，交换机检测到后，断开通话话路，向用户,A,送忙音；用户,A,挂机后，交换机停送忙音，本次呼叫过程结束,用户,A,和用户,B,同时挂机，交换机断开通话话路，结束本次呼叫,交换机完成的主要工作,：,用户摘挂机检测，交换机周期性地监测用户线状态,;,DTMF,收号，及时接收用户所拨号码；,交换网络控制，通过交换网络向用户送各种音信号，连接话路等；,振铃控制，按一秒振，四秒停的节奏向用户送铃流；,号码分析，确定所拨用户号码的呼叫类型；,地址翻译，确定被叫用户逻辑号；,用户状态管理，用户状态：“忙”、“空闲”、“挂起”。,呼叫处理，对整个呼叫过程进行控制。,需求分析,4.6.2,需求分析主要考虑交换机用户的要求,用户在话机没有振铃的情况下拿起话机手柄，应能及时听到拨号音（,300,毫秒内）；,用户在话机振铃的情况下拿起话机手柄，应能与对方通话，同时停止振铃；,用户摘机后，应能通过话机按键输入被叫号码，输入第一位号码后交换机应及时停送拨号音；,用户拨完四位号码后，如果对方空闲（用户未使用话机），应能听到回铃音；如果对方忙（用户正在使用话机或话机正在振铃），应能听到忙音；如果用户拨错号码，应能听到空号音；,用户通过输入不同的号码，可以与其他,127,个用户中的任意一个通话；,用户可以通过拨号设置或撤销呼叫转移；,用户可以在接续过程中随时挂机，结束呼叫；,话机振铃时间不超过,60,秒，听拨号音时间不超过,10,秒，听回铃音时间不超过,60,秒，听忙音时间不超过,40,秒，听空号音时间不超过,40,秒；,用户输入号码时，两位号码之间的间隔不超过,20,秒；,软件结构设计,4.6.3,本交换机的软件采用分层结构：应用层和接口层,接口层负责与硬件有关部分的工作，完成以下功能：（？仿真）,用户摘挂机检测，上报用户状态（摘机或挂机）；,DTMF,收号，上报收到的号码；,音信号连接和断开；,振铃控制和停振铃；,话路连接和释放。,应用层负责与硬件无关部分的工作，完成以下功能：,号码分析，对用户所拨号码进行分析，确定本次呼叫类型，包括内部呼叫、设置呼叫转移、撤销呼叫转移；,地址翻译，根据主叫所拨号码确定被叫用户；,用户状态管理，建立一张用户状态表，记录用户状态。,呼叫处理，负责呼叫接续过程连接建立阶段和连接释放阶段的工作。,消息定义,4.6.4,接口层发到应用层的消息只有三条，定义如下：,摘机消息,off_hook(integer),，参数：用户线逻辑号；其中：“,off_hook”,是消息名，“,integer”,是参数类型，下同。,挂机消息,on_hook(integer),，参数：用户线逻辑号；,号码消息,digit(integer,integer),，参数：用户线逻辑号，一位拨号号码。,消息定义,4.6.4,应用层发到接口层的消息有：,连接拨号音,dial_tone(integer),，参数：用户线逻辑号；,连接回铃音,ringback_tone(integer),，参数：用户线逻辑号；,连接空号音,null_tone(integer),，参数：用户线逻辑号；,连接忙音,busy_tone(integer),，参数：用户线逻辑号；,停音信号,stop_tone(integer),，参数：用户线逻辑号；,振铃,ringing_on(integer),，参数：用户线逻辑号；,停振铃,ringing_off(integer),，参数：用户线逻辑号；,连接话路,path_connect(integer,integer),，参数：主叫用户线逻辑号，被叫用户线逻辑号；,断开话路,path_disconnect(integer,integer),，参数：主叫用户线逻辑号，被叫用户线逻辑号。,消息交互图，,MSC,图,4.6.5,用,MSC,图给出接口层与应用层之间消息交互的情况：,用户空闲、建立通话的情况,被叫忙的情况,空号的情况,久叫不应（振铃超时）的情况,振铃早释（主叫在听回铃音期间挂机）的情况,用户早释（用户在拨号期间挂机）的情况,久不拨号（主叫在拨号期间长时间未拨号）的情况,消息交互图,4.6.5,被叫空闲的情况,用户摘机、听拨号音,用户拨第一位号码、停拨号音,用户拨后三位号码、听回铃音,被叫忙的情况,用户摘机、听拨号音,用户拨第一位号码、停拨号音,用户拨后三位号码、听忙音,空号的情况,用户摘机、听拨号音,用户拨第一位号码、停拨号音,用户拨后三位号码、听空号音,上述三种情况的拨号过程完全相同，故可把拨号过程提取出来，画成单独的,MSC,图。三种情况都可以引用下面这张图。,msc,dialing,app_sys,when idle,dial_tone_on,digit,tone_off,digit,interface,off_hook(user_a),loop,msc,seizure,app_sys,when idle,seizure,用户空闲的情况,interface,ringing_on(user_b),ringback_tone_on(user_a),dialing,T(60s),MSC Reference,msc,called_busy,app_sys,when idle,busy_tone,被叫忙的情况,interface,busy_tone_on(user_a),dialing,T(40s),msc,wrong_number,app_sys,when idle,null_tone,空号的情况,interface,null_tone_on(user_a),dialing,T(40s),在占用状态下，可能出现三种情况：,被叫应答，进入通话状态,被叫没有应答，振铃超时（久叫不应）,被叫没有应答，主叫挂机（振铃早释）,msc,connection,app_sys,when seizure,talking,ringing_off(user_b),tone_off(user_a),通话的情况,interface,off_hook(user_b),connect(user_a,user_b),msc,no_answer,app_sys,when seizure,busy_tone,ringing_off(user_b),tone_off(user_a),振铃早释或久叫不应的情况,interface,on_hook(user_a),ringing_off(user_b),busy_tone_on(user_a),T,idle,T,alt,T(40s),alternative,inline expression,msc,onhook_early,app_sys,when idle,idle,dial_tone_on,digit,tone_off,digit,on_hook,用户早释的情况,interface,off_hook(user_a),msc,no_dial,app_sys,when idle,busy_tone,dial_tone_on,digit,tone_off,久不拨号的情况,interface,off_hook(user_a),busy_tone_on(user_a),T(40s),T,空号音状态,微型交换机的高级,MSC,图,作业,1.,如何理解,“,MSC,是一种,场景,语言,”,？,2.,实例结束符与实例终止符的含义有何区别？,3.,简单,MSC,与高级,MSC,能否互相引用？,4.,什么情况需要用并发事件来描述？,5.,线内表达式运算符,“,loop,”,是什么含义？,6.,什么情况下适合采用线内表达式,“,alt,”,、,“,opt,”,或,“,exc,”,？,7.,利用,MSC,语言分别给出实验,2.1,，,2.2,，,2.3,的应用层交互逻辑？,8.,阅读,ITU-T Z.120.Message Sequence Chart,规范。,www.itu.int/ITU-T/studygroups/com17/languages/Z120.pdf,2004;,