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自动电话交换机

从自动交换机的产生至今已有一百多年的历史了,其发展也经历了好几代产品。 因此,无论从自动交换机的结构和功能方面来看,还是从自动交换机的特点和用途方面来看,各种交换机已是千变万化,各具特色。我们不妨从自动交换机的技术特点等方面出发,对众多的自动交换机进行分类,从而了解各种自动交换机的共同点及其差 异。

人类社会的一切活动都离不开资讯的传递--通信。它像人的神经系统一样重要。在目前人类的一切通信方式中,电话通信是应用最广泛的一种。

电话通信的目的是:达成人们在任意两地之间的通话,因此,必须要解决三个问题:第一是语音信号的发送和接收;第二是语音信号的传输;第三是语音信号的交换。第一个问题由使用者的终端设备--电话机来解决。第二个问题由各种类型的电话传输设备--从最简单的音频传输线到多路载波设备,数位微波,卫星通信线路设备等等来解决。第三个问题则由各种类型的电话交换设备来解决。这三个部分只要有系统地结合起来,就能构成一个完整的电话通信系统。而电话交换设备,是整个电话通信网路中的枢纽,有着相当重要的作用。 [1]

自从一百多年前电话发明以来,电话交换技术的发展大体经历了三个阶段:

是人工交换阶段

电话一发明,由于要求各地电话机之间灵活地交换连接,于是很快发明了交换机。最早采用的是磁石式电话交换机(MagnetoTelephoneExchange),接着出现了共电式电话交换机(CommonBatteryTelephoneExchange),这些都是人工交换机,必须由接线生(Operator)来完成使用者电话间的接线和拆线,其特点是设备简单,容量小,需占用大量人力,话务员工作烦重,速度又慢,因此,人工交换机逐渐被自动交换机所取代。

是机电式自动交换阶段

自动交换机是靠使用者发送号码(被叫使用者的位址编号)进行自动选线的。世界上第一部自动交换机是1891年由美国人A.B.史端乔(AlmonBrownStrowger)发明的,史端乔是美国堪萨斯城的一个殡仪馆老板,他发觉每当城里发生死亡事件时,用户往往向话务员说明要接通某一家“殡仪馆”,而那位话务员总是把电话接通到另一家殡仪馆,这使史端乔很生气,发誓要将电话交换自动化。功夫不负有心人,史端乔凭他那过人的聪明和毅力,终于发明了一种自动电话交换机,并申请了专利 [2] 。为了纪念史端乔的功绩,人们也称这种电话交换机为“史端乔交换机”,这是一台步进式IPM电话交换机(StepByStepTelephoneExchange),1892年11月3日,世界上第一个步进式IPM自动电话局在美国印第安纳州拉波特设立,因此,自动电话交换机得到迅速发展,在世界各国装用,并相继生产了许多改进的机型。1926年,瑞典研制出了第一台纵横电话交换机(CrossbarTelephoneSwitchingSystem),并在松兹瓦尔(Sundsvall)设立了第一个纵横实验电话局,拥有3500个使用者。从三十年代起,美国等国家也开始大力研制和发展纵横式交换机,到五十年代,纵横式交换机已达到成熟阶段。由于纵横式交换机采用了机械动作轻微的纵横接线器并采用了间接控制技术,使它克服了步进式交换机的许多缺点。特别是它能适用于长途自动交换,因此五十年代以后,纵横式交换机在各国得到了大量的推广和应用。

步进制交换机和纵横式交换机的主要元件都采用具有机械动作的电磁元件构成,因此,它们都属于机电式交换机。

是电子式自动交换阶段

随着近代电子技术的飞速发展,人们开始把电子元件应用到交换机中,逐步取代速度慢、体积大的电磁元件。于是出现了准电子电话交换机(Quasi-ElectronicTelephoneSwitchingSystem)。电脑,大型积体电路的发展及应用,使自动交换机的发展产生了重大转变。1960年,美国贝尔系统试用储存程式控制(以下简称程控)交换机(StoredProgramControlledSwitching)成功,并于1965年5月世界第一部程控电话交换机开始运作。该机采用电脑作为中央控制设备,由电脑来控制接续工作,该交换机属于程控空间分隔电话交换机(Store-ProgramControlSpaceDivisionTelephoneExchange),它意味着电话自动交换控制技术已从机电式式线控制发展到电子式程式控制。1970年,法国设立了世界上第一部程控数位电话交换机(Store-ProgramControlDigitalTelephoneSwitchingSystem)。随后,美国、加拿大、瑞典、英国等国相继使用程控数位交换机。程控数位交换机,达到了交换机的全电子化,同时也达到了由类比空间分隔交换向数位分时交换转的重大转变。到了八十年代,程控数位电话交换技术日渐完善,开始走向交换技术发展的主导地位。数位交换与数位传输相结合,可以构成整合数位网路(IDN),还可以开发成整合服务数位网路(ISDN)。数位交换系统不仅达到语音交换,还要完成非语音服务的交换,即要求程控数位交换系统具有电话交换(CircuitSwitching),分封交换(PacketSwitching)以及宽频交换的能力。 [1]

为了完成电话交换机的基本功能,在交换机中必须有进行通话的话路系统和连接话路的控制系统。

话路系统包括所有的提供电话接续任务的终端和交换设备。话路系统的核心部分是“交换网络”,从人工台的接线面板与塞绳电路,步进制的各级接线器,纵横制的用户级、选组级交换网络到数字交换机的数字交换网络,都是用来提供在各种交换方式下的通话通路的。话路系统中还包括各种需要通过交换网络进行交换连接的终端,如用户电路、中继设备、信号设备等。简单地说,话路系统是由用户电路、交换网络、出中继器、人中继器、绳路及具有监视功能的信号设备组成的。

用户电路是每个用户所独有的,反映用户线的状态变化。它的基本功能是:

①用户摘机时,发出呼叫信号;

②反映用户线的忙闲状态;

③用户挂机时自动复原。

控制系统在需要的时候接通话路,提供语音信号传送的通路。主要包括译码、忙闲测试、路由选择、链路选试、驱动控制等设备。

绳路和出入中继器是主叫与被叫之间的话音通道。本局呼叫用绳路连接,出局呼叫用出入中继器与对方局相连,入局呼叫则使用人中继器将来自对方局的人线与本局用户相连。

驱动器的基本功能是在中央处理器的统一控制下,驱动话路设备的继电器或触发器动作,所以它是中央处理器与话路设备间的专用接口设备。

控制系统则由中央处理器、存储器、输入输出设备等组成。

存储器是用来存储各种程序和数据。存储器包含内存和外存,内存有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。经常要用的程序存在内存里,不经常用的程序则存放在外存里,外存的容量很大。

在随机存取存储器中存储的大多是在交换中频繁变化的信息,如拨号脉冲、用户线或中继线的忙闲信息等均存放在RAM中,而呼叫处理程序、执行管理程序等一些不变的程序都存放在ROM中。

中央处理器是整个系统的核心。它通过扫描器收集信息作为处理的依据,根据存储器中的程序和数据进行分析、判断,作出处理结果,再向驱动器发出驱动命令,驱动器向话路设备发送控制信息以控制话路设备动作。

输入输出设备包括磁带机、CD机及收音机等设备,它是进行人机对话或输入输出数据的外围设备。 [3]

程控数位交换机经过20年的推广应用,其技术已经成熟。具有ISDN功能的数位交换机也纷纷出笼。目前交换技术的发展方向是宽频交换,包括非同步传输模式(AsynchronousTransferMode,ATM)交换技术和光交换技术。 [1]

ATM交换是80年代后期发展起来的。国际电报电话咨询委员会(CCITT)已经确定,ATM将作为宽频整合服务数位网路(B-ISDN)的资讯传输方式。日本、德国、美国都在大力研制和开发大型的ATM交换机。吞吐量为几百Gbit/s的ATM交换机近年内可望问世,可以预见到下个世纪开始,ATM交换设备将逐步取代现有的程控交换机而成为通信网路中的主要交换方式。

光交换和ATM交换一样,是宽频交换的重要成员,只是光交换目前还停留在实验室研究阶段。 [1]

如果从自动交换机内部传输资讯的方式来区分,它可为类比(Analog)方式的电话交换机和数位(Digital)方式的电话交换机。类比方式的电话交换机对使用者的类比信号直接进行交换。如早期的步进制交换机、纵横式交换机,以及空间分隔电子交换机,脉幅调变(PAM)的分时交换机等数位方式的电话交换机对数位信号进行交换(主要是指对用户的类比语音信号已经进行了数位化编码的数位语音信号)。现在所使用的各种类型的程控数位交换机都是通过对数位信号进行交换而完成使用者间的接续功能的。 [1]

自动交换机如果按其应用的范围划分,可以分为公用交换机和专用自动交换机(PABX)。公用交换机是指用于公众电话交换网路(PSTN)中,用于完成公众电话网路使用者之间,使用者与中继电路(TrunkCircuits),中继电路与中继电路之间交换连接的交换机,如公众电话交换网路中的市话端局交换机,汇接局(TandemOffice)交换机,长途局(TollOffice)交换机等,专用交换机是指用于某一特定机构(如某医院、旅馆、学校、公司等)并与公众电话网路相连接的交换机,有时亦称“使用者交换机”。

专用自动交换机主要用于使用者所在机构的内部通信,往往根据该机构使用者的特殊需要增加一些特别的功能服务。专用交换机适合于使用者比较集中,内部话务量(TrafficVolume)比较大的场合,它是公众电话交换网路的一种重要补充。如美国约有1000万条以上的使用者交换机的线路,这个数目和8000多万条市话使用者线相比显然是相当小的,但这些使用者交换机所承担的话务量约是所有市话和长途话务量的百分之六十,使用者交换机在公众电话网路中的作用由此可略见一斑。

如果按自动交换机的执行控制方式划分,则可分为布线逻辑控制(WiredLogicControl)交换机和储存程式控制(StoredProgramControlled)交换机。布线逻辑控制(简称布控)交换机采用硬体逻辑电路来控制交换机的各个模组完成使用者呼叫接续功能的。布控交换机的控制部件一旦做好,其控制功能便不易再进行改动。储存程式控制(简称程控)交换机采用电脑(Computer)来控制交换机完成使用者呼叫接续功能。与其他一般电脑相同,程控交换机中的电脑也采用“储存程式控制”(SPC)的工作方式。即把交换机所需完成的控制功能及其步骤、方法首先编制成可执行的程式(Program),然后送入电脑的记忆体(Memory)中,由微处理机(Micro-Processor)执行记忆体中的程式,控制各种外围元件动作,从而控制交换机执行,完成各种预定的功能。与布控式的交换机相比,程控交换机引入了电脑控制技术,因此增加了许多优点。例如能够提供许多新的使用者服务,维护管理方便,可靠性高,灵活性适用性大,便于向整合服务数位网路(ISDN)发展等等。

由于程控数位技术的先进性和设备的经济性,使电话交换跨入一个新的纪元,而且对开发非语音服务,达成整合服务数位交换奠定了基础,因而成为当今交换技术发展的主要方向。随着微处理机技术和专用积体电路的飞速发展,程控数位交换的优越性愈加明显地展现出来。目前所生产的中、大容量程控交换机全部为数位式的。近十年来,世界各国研制与生产出众的各具特色的程控数位交换机,比较有代表性的有:

SOPHOS荷兰PHILIPS公司

SCX-1200,500英国HARRIS公司

ISDX英国GPT公司

HICOM德国SIEMENS公司

SX-2000加拿大MITEL公司

MSL-1加拿大NT公司

DMS-100,200,300加拿大NT公司

MT-35法国THOMSON公司

MSX美国TAI公司

HARRIS-20-20美国HARRIS公司

NO.5~7ESS美国AT&T公司

DBX-1200,5000美国STROMBERG(ARLSON公司)

D60,70日本NTT公司

NEAX-61日本NEC公司

NEAX2400日本NEC公司

FETEX-150日本FUJITSU公司

HDX-10日本HITACHI公司

E10B,S法国CIT-ALCATEL公司

ITT-1240比利时ITT-BTM公司

MD-110瑞典ERICSSON公司

EWSD德国SIEMENS公司

AEX-10瑞典ERICSSON公司 [1]

程控数位交换机是现代通信技术、电脑技术与大型积体(LSI)电路相结合的产物。先进的硬体与日臻完善的软体技术综合于一体赋予程控交换机以众多的功能和特点,使它与布控交换机相比,有如下优点:

体积小,重量轻,功耗低:程控交换机一般只有纵横式交换体积的1/8至1/4,大大减小了空间占用面积,节省费用;

能灵活地向使用者提供众多的新服务功能,程控交换机由于采用了储存程式控制的技术,因而可以透过软体很方便地增加或修改交换机的功能,向使用者提供各类新型服务,如缩位拨号,呼叫等待、呼叫转移等等,给使用者带来很大的方便。 [1]

工作稳定可靠,维护方便由于程控交换机一般采用大型积体电路或专用积体电路(ASIC),因而具有很高的可靠性。它通常采用冗馀技术或故障自动诊断措施,以进一步提高系统的可靠性。此外,程控交换机利用故障诊断程式对故障自动地进行检测和定位,以及时地发现与排除故障,从而大大地减少了维护工作量。程控交换系统可方便地提供自动计费,话务量统计,服务品质自动监视,超负荷控制,给维护管理带来方便。

便于采用新型的共通道信号方式(CommonChannelSignalling;CCS)由于程控数位交换机与数位传输设备可以直接进行数位连接,提供高速共信号通道,适于采用先进的CCITTNo.7信号方式,从而使得信号传送速度快、容量大、效率高,并能适应未来新服务与交换网路控制的特点,为达成整合服务数位网路创造必要的条件。 [1]

易于与数位终端机、数位传输系统连接,完成数位终端,传输与交换的整合统一。可以扩大通信容量,改善通信品质,降低通信系统投资,并为发展整合数位网路和整合服务数位网路奠定基础。

目前,程控交换机的种类技术都在不断地更新发展,性能更加优良,技术更加先进的交换机都在进一步地研制和推出。整体来说,其技术发展的方向和趋势可归纳为以下几点:

研制新型专用大型积体电路,提高硬体整合度与模组化水准,以进一步减小体积和降低成本、增强功能及提高可靠性;

提高系统控制的分散程度,灵活程度及可靠性,逐步采用全分散控制方式;

采用CCITT建议的高级语言(如CHILL、SDL、MML),提高软体水准和模组化程度。加强支援系统的开发,建立强大的软体产生系统。 [1]

逐步引入非语音业务,如数据业务、图文传真(FAX)、电报(Telex)与电传图文(Teletex)、电传视讯(Videotex)、图文电视(Teletext)及电子邮件(ElectronicMail)、影像资讯等,开发相应的介面,构成整合资讯交换系统。

增加程控交换系统与其它类型通信网路(如传真网路,分封交换网路或公用数据网路、电脑区域网路(LAN)等的介面、连接与组成网路能力。

为适应高速资讯服务日益增大的需求和光通信(OpticalCommunication)的发展,开发宽频整合服务数位网路(B-ISDN)环境下交换理论、体制与关键技术的研究。目前研究的重点是非同步传输模式(ATM)。 [1]


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