TSSN - 快速指南

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TSSN - 简介

自从人类进化以来，世界发生了许多变化。例如，信息的交流最初以符号和声音的形式出现。随着先进的发明，这转变为语言和文字的形式。从一个地方到另一个地方的通信，需要个体之间的距离，是通过信件传递的；通过鸽子发送，以及通过鼓声或信号旗在两个群体之间传递。人们过去常常长途跋涉传递信息。

当今世界更多地是一个通信时代。通信技术的进步提高了信息传输的速度。这种发展并非易事。在通信系统发明之初，电话的发明和使用是最重要的。电话系统从一个基本系统发展成为今天必不可少的多功能友好设备的方式，让人惊叹不已，了解了在那些日子里利用有限资源所取得的创新。

电信

两个或多个个体之间信息的交换称为通信。单词tele是希腊语，意为距离。因此，电信是指两个遥远地点之间信息的交换。

电信表示将信息从一个地方的实体传输到另一个地方的实体，而信息可以是数据、语音或符号的形式。实体可以是人类、计算机、传真机、电报机、电话等等。在电话交谈中，发起呼叫的人称为主叫用户，呼叫目标的人称为被叫用户。在其他信息传输情况下，通信实体分别称为源和目的地。

1876年3月，亚历山大·格雷厄姆·贝尔发明并演示了他的电话机以及长距离语音通信的可能性。他演示了点对点通信，其中主叫用户选择合适的链路与被叫用户建立连接。该系统还需要某种信号方式来提醒被叫用户有来电，以及在被叫用户正忙于其他通话时指示主叫用户的信号。

交换机需求

建立通信的点对点连接需要使用电线连接电话机。如果电话机或用户的数量较少，则连接类型会稍微复杂一些。但是，如果这个数量很大或中等，那么连接将导致混乱。为了理解这种复杂性，让我们考虑一个由5个用户组成的网络。

下图显示了五个用户（电话机）的点对点连接

在点对点连接中，对于n个实体，我们需要n(n-1)/2条链路。所有这些链路形成一个网络。在所有实体之间具有点对点链路的网络被称为完全连接网络。即使n的值中等，完全连接网络所需的链路数量也会变得非常大。

因此，在这些用户之间需要一个网络交换系统。亚历山大·格雷厄姆·贝尔建议使用交换局在用户之间进行交换，以维护电话连接。

交换系统

此网络连接不能简单地用电话机和一堆电线来实现，而是需要一个良好的系统来建立或断开连接。此系统称为交换系统或交换局或交换机。随着交换系统的引入，用户不再直接相互连接，而是连接到交换局，然后连接到所需的用户。

下图将帮助您了解交换系统。

随着交换系统的引入，用户之间传统连接的需求减少了。所有用户都需要与交换系统连接，该系统建立或断开主叫用户请求的任何连接。交换系统也称为电话交换机，负责建立呼叫。因此，此类链路的总数等于连接到系统的用户数。

交换系统需要信号来建立或释放连接。它还应使交换系统能够检测被叫用户是否正忙，如果是，则向被叫用户指示。交换系统在建立和释放连接中执行的功能称为控制功能。

早期系统需要手动操作才能建立电话呼叫。操作员用于接收主叫用户的呼叫，然后将呼叫连接到被叫用户。后来，该系统实现了自动化。

电话模型

下图将帮助您了解电话在其发明初期的模型。

当您看到上图中的电话时，拨号器部分和麦克风连接到一块静止的木板上；而用于收听的扬声器则通过侧面的电线连接。电话的顶部连接了两个铃铛——当有来电时，这些铃铛会响。这是电话的早期型号之一。

主叫用户和被叫用户的电话机通过交换系统或电话交换机连接，以便建立请求的呼叫。

在以下部分，我们将详细了解交换系统。

TSSN - 交换系统

在本章中，我们将了解交换系统的工作原理。交换系统可以理解为一系列交换元件，这些元件以特定方式排列和控制，以便在任意两个远端点之间建立公共路径。交换系统的引入降低了布线的复杂性，并使电话通信变得更加轻松。

交换系统的分类

在电信系统的早期阶段，交换的过程和阶段在建立或断开连接方面发挥着重要作用。在初始阶段，交换系统是手动操作的。这些系统后来实现了自动化。下图显示了交换系统的分类方式。

早期阶段的交换系统是手动操作的。电话交换机中的操作员进行连接以建立连接。为了最大程度地减少手动操作的缺点，引入了自动交换系统。

自动交换系统分类如下：

• 机电交换系统 - 在这里，机械开关由电气操作。

• 电子交换系统 - 在这里，使用二极管、晶体管和集成电路等电子元件进行交换。

机电交换系统

机电交换系统是机械和电气交换类型的组合。其中部署了电路和机械继电器。机电交换系统进一步分类如下。

步进式

步进式交换系统也称为斯特罗格交换系统，以其发明者 A B Strowger 的名字命名。斯特罗格系统中的控制功能由系统中与交换元件相关的电路执行。

横栏式

横栏式交换系统具有硬连线控制子系统，这些子系统使用继电器和锁存器。这些子系统功能有限，实际上不可能对其进行修改以提供其他功能。

电子交换系统

电子交换系统在处理器或计算机的帮助下运行，这些处理器或计算机控制交换时序。指令被编程并存储在控制操作的处理器或计算机上。这种在处理器或计算机上存储程序的方法称为存储程序控制 (SPC)技术。可以通过更改控制程序向SPC系统添加新功能。

电子交换系统使用的交换方案可以是空分交换或时分交换。在空分交换中，在整个呼叫期间为呼叫方和被叫方之间建立一条专用路径。在时分交换中，语音信号的采样值以固定间隔传输。

时分交换可以是模拟的或数字的。在模拟交换中，采样电压电平按原样传输。但是，在二进制交换中，它们被二进制编码并传输。如果编码值在同一时间间隔内从输入端传输到输出端，则该技术称为空分交换。如果值被存储并在时间间隔内传输到输出端，则该技术称为时分交换。还可以通过使用空分和时分交换技术的组合来设计时分数字交换机。

电信网络

电信网络是一组建立远距离呼叫的系统。交换系统是电信网络的一部分。

交换站提供不同用户之间的连接。此类交换系统可以组合形成电信网络。交换系统通过称为中继线的线路连接。连接到用户场所的线路称为用户线。

下图显示了一个电信网络。

从 20 世纪初到后期（1900-80 年），当一个人需要拨打远距离电话时，呼叫首先路由到最近交换中心的接线员，然后记下被叫用户的号码和位置。在此，接线员的工作是建立到远程交换中心的呼叫，然后召回主叫用户以建立连接。这种拨打电话的系统称为长途电话系统。

例如，海德拉巴的一位人士可以预订到孟买的长途电话，并等待接线员在接线员通过中继线和交换系统建立连接后回电。

交换系统的基础

在本节中，我们将学习交换系统中使用的不同组件和术语。

入口和出口

交换机的输入电路集称为入口，输出电路集称为出口。交换系统的主要功能是在给定的入口-出口对之间建立一条电气路径。

通常，N 表示入口，M 表示出口。因此，一个交换网络具有N 个入口和M 个出口。

交换矩阵

用于建立入口和出口之间连接的硬件称为交换矩阵或交换网络。此交换网络是在连接入口和出口的过程中形成的连接组。因此，它与上面提到的电信网络不同。

连接类型

在电信网络中可以建立四种类型的连接。连接如下所示：

• 系统中两个用户之间的本地呼叫连接。
• 用户与外出中继线之间的外出呼叫连接。
• 传入中继线与本地用户之间的传入呼叫连接。
• 传入中继线与外出中继线之间的过境呼叫连接。

折叠网络

当交换网络的入口数量等于出口数量时，这种网络称为对称网络，这意味着 N=M。出口连接到入口的网络称为折叠网络。

在折叠网络中，作为出口出现的 N 个入口再次折叠回入口。但是，交换网络根据需要为入口和出口提供连接。下图将帮助您了解交换网络的工作原理。

由于一次只能为一条线路提供一个连接，因此对于折叠网络的 N 个入口，仅建立 N/2 个连接。这种网络可以称为非阻塞网络。在非阻塞网络中，只要被叫用户空闲，主叫用户就能建立与被叫用户的连接。

在上图中，只考虑了 4 个用户 - 线路 1 与线路 2 忙，线路 3 与线路 4 忙。在通话过程中，没有机会进行其他呼叫，因此只建立了一个连接。因此，对于 N 个入口，只有 N/2 条线路连接。

有时，入口和出口连接可能连续用于仅通过中继线进行过境呼叫，而不是在本地用户之间进行呼叫。如果入口和出口连接用于网间传输，使得交换机不支持本地用户之间的连接，则称为过境交换机。这种交换网络称为非折叠网络。下图显示了这一点：

阻塞网络

如果网络中没有空闲的交换路径，则请求的呼叫将被拒绝，此时用户被认为是阻塞的，网络被称为阻塞网络。在阻塞网络中，同时交换路径的数量小于可以进行的最大同时通话数量。用户可能被阻塞的概率称为阻塞概率。良好的设计应确保阻塞概率低。

业务量

呼叫率和平均保持时间的乘积定义为业务强度。业务强度高的连续 60 分钟称为忙时。当业务量超过交换系统设计承受的限度时，用户会遇到阻塞。

厄朗

电信网络中的业务量由一个国际公认的业务强度单位测量，称为厄朗 (E)。如果交换资源在给定的观察期间持续占用，则称其承载 1 厄朗的业务量。

TSSN - 交换系统要素

在本章中，我们将讨论交换系统的要素。尽管从手动到自动，交换系统种类繁多，但一些基本要素对于交换系统功能的发挥至关重要。除了交换网络外，还有不同的子系统，例如控制子系统、信号系统、中继线和用户线接口、分配单元、操作员控制台、连接电路，这些对于整个交换系统的运行至关重要。

交换系统

在本节中，我们将了解交换系统的结构。我们还将了解其中的不同元素如何工作。下面给出的交换系统框图显示了交换系统的重要元素。

上图显示了交换系统的不同模块。下面将讨论这些模块。

交换网络

它提供被叫用户和主叫用户之间的交换路径。

控制子系统

这是交换系统的重要组成部分，它通过识别入口和出口线路并解释在这些线路接收到的信号信息，主动建立交换路径。

此控制子系统通过感应线路上的信号传输来控制连接的建立和断开。控制子系统向用户和其他连接到外出中继线的交换机发送信号信息。

信号

用户、中继线和子系统的信号格式和要求差异很大。因此，交换系统提供了三种不同的信号形式：

• 用户环路信号
• 网间信号
• 网内或寄存器信号

交换系统由执行交换、控制和信号功能的元件组成。

中继线接口

用于交换系统之间连接的中继线在此端口终止。中继线接口是中继线连接到系统的位置。

用户线接口

用于用户与交换系统之间连接的用户线在此端口终止。用户线接口是用户线路连接到系统的位置。

线路扫描单元

线路扫描单元感应并获取来自相应线路的信号信息。从这些线路获得的信息被提供给控制子系统，以识别入口和出口。

分配单元

分配单元用于分配或发送相应线路上的信号信息。通过中继线的信息分配是通过分配单元完成的。

操作员控制台

操作员控制台允许与交换系统交互，以进行维护和管理目的。

业务电路接口

业务电路接口提供电路之间用于维护和测试目的的交互。

连接

连接是提供本地用户和业务电路折叠连接的连接点。如果被叫用户和主叫用户都是本地的，则折叠连接有助于建立本地呼叫的连接，而中继线将不会使用。

直接和间接

交换系统有以下两种类型：

• 直接控制交换系统
• 间接控制交换系统

直接控制交换系统

控制子系统构成网络组成部分的交换系统称为直接控制交换系统。例如，Strowger 交换系统。

间接控制交换系统

控制子系统位于交换网络外部的交换系统称为间接控制交换系统或共控交换系统或寄存器控制交换系统。此系统的示例包括交叉连接交换系统、电子交换系统或存储程序控制交换系统方法。

TSSN - 斯特罗格交换系统

在本章中，我们将讨论 Strowger 交换系统的工作原理。第一个自动电话交换机是由 Almon B Strowger 开发的。由于手动电话交换机中的接线员是他竞争对手的妻子，并且将所有业务都转移给了她的丈夫，因此 Strowger 考虑开发一种不需要接线员的交换系统。这导致了 Strowger 开发的自动交换系统的发明。

Strowger 交换系统也称为步进式交换系统，因为连接是以逐步的方式建立的。

自动交换系统

手动交换系统需要一个接线员，接线员在收到请求后拨打电话。在这里，接线员是建立或释放连接的唯一负责人。呼叫的隐私以及被叫和主叫用户的详细信息受到威胁。

为了克服手动交换系统的缺点，自动交换系统具有以下优点：

• 语言障碍不会影响连接请求。

• 保持较高的隐私度。

• 更快地建立和释放呼叫。

• 在给定时间段内可以增加呼叫次数。

• 可以随时拨打电话，而不用考虑系统负载或一天中的时间。

现在让我们了解一下如何在没有接线员帮助的情况下拨打电话和拨号。

拨号

与手动交换系统不同，自动交换系统需要一个正式的号码计划或寻址方案来识别用户。号码计划是使用号码来识别用户，它比使用字母数字字符串识别用户的寻址方案更广泛地使用。因此，需要有一种机制将被叫用户的标识传输到交换机。

这种机制应该存在于电话机中，以便自动将呼叫连接到所需的用户。为此目的普遍使用的方法是脉冲拨号和多频拨号。其中，脉冲拨号是迄今为止最常用的拨号方式。

脉冲拨号

顾名思义，用于识别用户的数字由一系列脉冲表示。脉冲序列中的脉冲数等于它表示的数字值，除了 0，它由 10 个脉冲表示。一个号码中的连续数字由一系列脉冲序列表示。这些脉冲具有相同数量的时间间隔，产生的脉冲数将根据拨打的号码而定。

两个连续的脉冲序列通过它们之间的停顿来区分，称为数字间隙。脉冲是通过交替断开和闭合用户与交换机之间的环路电路产生的。下图显示了一个脉冲序列示例。

上图显示了脉冲模式。脉冲速率通常为每秒 10 个脉冲，容差为 10%。数字之间的间隙，即数字间隙，至少为 200 毫秒。

最近的脉冲拨号模式采用脉冲的占空比（脉冲宽度与波形周期之比）为 33%（名义上），并且数字间隙存在上限。

旋转拨号电话

在本节中，我们将了解什么是旋转拨号电话以及它是如何工作的。首先，我们将讨论在旋转拨号电话发明之前存在的缺点。

脉冲拨号技术是用户回路的断开和闭合。这可能会干扰和影响电话中扬声器、麦克风和铃声的性能。此外，拨号时间不应影响脉冲序列的时间，因为这会导致拨错号码。

旋转拨号电话是为了解决当时存在的这些问题而出现的。麦克风和扬声器组合在一起并放置在听筒中。该装置有一个指板，其排列使拨号时间合适。下图显示了旋转拨号的外观。

拨号盘的操作是将手指放在与要拨打的数字对应的孔中。现在，顺时针方向转动拨号盘到拨号停止位置，然后将手指移开释放拨号盘，就拨出了一个号码。在弹簧的作用下，拨号盘和相关的机构现在返回到静止位置。拨号盘准备拨打下一个号码。

拨号脉冲是在拨号盘回程时产生的，这样就消除了人工对脉冲定时造成的影响。下图显示了拨号孔和拨号停止位置。

旋转拨号电话使用以下部件来实现脉冲拨号：

• 拨号盘和弹簧
• 轴、齿轮和齿轮
• 棘爪和棘轮机构
• 脉冲凸轮和抑制凸轮或触发机构
• 脉冲触点
• 离心调速器和蜗杆
• 发送器、接收器和铃声旁路电路

内部机构

凸轮机构或触发机构有助于拨号。此机构用于操作脉冲触点。让我们考虑使用凸轮机构操作旋转拨号电话。下图将帮助您了解内部机构。

抑制凸轮有助于使脉冲凸轮远离脉冲触点。当旋转拨号盘处于静止位置时，脉冲触点远离脉冲凸轮。当拨打一个号码时，将手指放在拨号孔中，这意味着拨号盘偏离了其位置，然后脉冲触点靠近脉冲凸轮。拨号盘的旋转导致主轴的旋转。

当拨号盘顺时针旋转时，棘爪在此顺时针旋转过程中滑过棘轮。在拨号盘顺时针运动期间，棘轮、齿轮、小齿轮和调速器均保持静止。当拨号盘返回时，棘爪啮合并旋转棘轮。

所有齿轮、小齿轮、调速器都旋转，并且调速器保持旋转速度的均匀性。连接到小齿轮轴上的脉冲凸轮现在断开并闭合脉冲触点，这反过来会在电路中产生脉冲。脉冲凸轮的形状使得断开和闭合周期之比为2:1。当拨号盘即将到达静止位置时，抑制凸轮再次将脉冲触点移开脉冲凸轮。这种返回静止位置并等待拨打其他号码的动作会产生一个称为数字间隙的间隙，其时间与由于人工拨号习惯导致的两次连续数字之间可能出现的停顿无关。通过对抑制凸轮设计进行少量更改，在拨打第一个数字之前也提供此间隙。

通过这种机制产生的脉冲然后传输到交换系统，在那里建立到所拨号码的连接。交换系统的过程将在后续章节中讨论。同时，让我们了解一下用于指示用户状态的信号音。

信号音

在本节中，我们将了解什么是信号音以及它们是如何工作的。随着人工交换机的取代，过去用于向呼叫用户传达被叫用户情况的操作员需要被不同的音调所取代，这些音调表示不同的情况。

考虑以下五种与用户相关的信号功能，这些功能需要由操作员执行：

• 回应呼叫用户，系统已准备好接收被叫方的识别信息。

• 通知呼叫用户呼叫正在建立。

• 响铃被叫方的电话。

• 如果被叫方忙，则通知呼叫用户。

• 如果由于某种原因无法获得被叫方线路，则通知呼叫用户。

在 Strowger 交换系统中未发出功能 2 的信号。功能 1 通过向呼叫用户发送拨号音来实现。

拨号音

拨号音是信号音，表示交换机已准备好接收用户拨打的数字。只有听到此信号后才能拨号。否则，在此信号之前拨打的数字将不被考虑。这将导致拨错号码。

拨号音通常是 33 Hz 或 50 Hz 或 400 Hz 的连续音，如下所示。

铃声

拨打被叫方的号码后，当获得被叫方的线路时，交换机控制设备会向被叫方的电话机发送振铃电流，这是一种熟悉的双铃模式。

同时，控制设备会向呼叫用户发送振铃音，其模式类似于振铃电流。两个铃声的双铃模式之间的时间间隔为 0.2 秒，两个双铃模式之间的时间间隔为 2 秒，如下图所示。

忙音

拨打所需号码后，如果被叫用户或交换机的线路无法拨打电话，则会向呼叫用户发送忙音，表示线路或用户忙；这称为忙音。

400Hz 信号的忙音，中间有静音周期。突发和静音持续时间相同，均为 0.75 秒。

号码无法获取音

如果被叫方出现故障或断开连接，或者拨号错误导致选择了备用线路，则使用连续的 400Hz 信号指示这种情况，称为号码无法获取音。下图显示了连续的 400Hz 信号。

路由音或呼叫进行中音

当用户呼叫通过多种不同类型的交换机路由时，随着呼叫通过不同的交换机，会听到不同的呼叫进行中音。此类信号为 400Hz 或 800Hz 间歇模式。此信号在不同的系统中具有不同的模式。

• 在机电系统中，它通常是 800Hz，占空比为 50%，开/关周期为 0.5 秒。

• 在模拟电子交换机中，它是 400Hz 模式，开周期为 0.5 秒，关周期为 2.5 秒。

• 在数字交换机中，它是 400Hz 信号，开/关周期为 0.1 秒。

路由音或呼叫进行中音的信号如下图所示。

为了克服那些不熟悉电话信号以及那些很少打电话的人识别这些音调之间差异的问题，后来引入了语音录制消息。

TSSN - 交换机制

在本章中，我们将讨论电信交换系统和网络中的交换机制。

在我们之前的章节中，我们讨论了电话机的机制。现在让我们看看当此电话机向交换系统发送信号时会发生什么。交换机的交换系统应该能够自动将线路连接到被叫用户。在 Strowger 交换系统中，有两种类型的选择器；这些选择器构成了交换系统的构建块。

• 单动选择器
• 双动选择器

这两种选择器都是使用机电旋转开关构建的。单动选择器有一个选择器极和多个掷位，以到达每个拨号号码的触点组。双动选择器有两个旋转开关，用于垂直和水平步进运动，以到达触点组。

单动选择器交换

单动选择器交换机制包括一个电磁铁、一个带弹簧的衔铁、一个棘爪、一个带连接的刮板的棘轮和一个棘销。刮板沿顺时针方向在触点组上移动。当刮板在一个方向上移动时，该过程称为单动选择器交换。刮板移动到的触点称为触点组，因为许多触点以弧形排列。

下图显示了 Strowger 交换系统的单动选择器驱动机构。

当输入电压使电磁铁通电时，衔铁向下被吸向磁铁。现在，当衔铁被吸向电磁铁时，棘爪在棘轮上向下移动一个位置。棘销防止棘轮移动。

一旦电磁铁断电，衔铁就被释放，此动作使棘爪向上移动，这进一步使棘轮向上移动一个位置。因此，刮板向下或顺时针方向移动一个位置以建立连接。如果通过施加五个脉冲使电磁铁通电和断电五次，则刮板移动五个触点。通常，三组（或更多）刮板与单动选择器的触点组相关联，每组一个。这些组刚性地安装到一个刮板组件上，当棘轮旋转时，该组件会移动。断路弹簧释放磁铁并使其能够再移动一步。

下图显示了一个实际的 Strowger 交换系统的单动选择器。

此处讨论的交换机制类型称为**反向驱动类型**，因为此处棘轮在衔铁返回静止位置时移动。如果将其设置为在衔铁向前运动期间移动车轮，则称为**正向驱动类型**。反向驱动类型机制在单动选择器中很普遍，而正向驱动类型机制在双动选择器中很普遍。

单动选择器与一个**断路触点**相关联，该触点通常是闭合的。当衔铁通电时，断路触点打开并允许衔铁移动，这有助于衔铁在断开衔铁通电电路后返回其静止位置。

双动选择器

与单动选择器不同，这些选择器中的运动是双向的，垂直和水平的。在垂直和水平方向上进行向上运动；在垂直运动中没有建立连接。但是，在水平运动中建立触点组连接。如果双动选择器有 10 个级别，每个级别有 10 个触点，那么通过双动选择器交换系统的垂直和水平运动可以访问 100 个触点。

下图显示了双动选择器的内部结构。

• 当拨入第一位数字时，脉冲在棘轮和棘爪机构的帮助下，根据拨入的数字使垂直磁体通电和断电。这称为**垂直步进**。

• 当拨入第二位数字时，拨号脉冲在继电器的帮助下被转移到水平磁体，脉冲在棘轮和棘爪机构的帮助下，根据拨入的数字使水平磁体通电和断电。这称为**水平步进**。

通常，每个垂直位置有11个垂直位置和11个水平触点。最低的垂直位置和每个垂直层级的第一个水平触点是**起始位置**，其余的是实际的切换位置。因此，双动选择器中的滑触器可以访问100个切换触点。下图显示了一个实际的双动选择器。

因此，滑触器组件建立呼叫；呼叫完成后，它返回到起始位置。为此，旋转磁体由电流操作，从而使滑触器组件穿过该层级的其余触点。一个复位弹簧迫使滑触器组件垂直下降，然后水平返回到起始位置。

步进式切换

步进式切换系统是一种非常流行且广泛使用的切换系统，它可以使用单动选择器或双动选择器或两者的组合构建。此切换中存在的滑触器向前移动一个触点，然后根据拨入的脉冲数或根据信号条件向前移动，因此命名为**步进式**切换。

步进式切换也称为**直控**系统，因为相关信号音调在切换的适当阶段由交换元件或选择器发送到用户。该系统具有三个主要配置阶段。下图显示了不同的阶段。

现在让我们看看这些模块是如何工作的。

选择器搜索器

一旦主叫用户准备好拨打电话号码，通过从电话机上拿起听筒，就会听到拨号音。我们已经了解到，除非听到拨号音，否则不会接受号码。但要获得该拨号音，当拿起听筒时必须建立线路。**选择器搜索器**电路建立线路以立即进行呼叫，只要主叫用户拿起听筒进行呼叫。

选择器搜索器寻找选择交换矩阵部分。通常，使用24路出口的单动选择器作为选择器搜索器。因此，这可以称为**用户单动选择器**方案，因为系统中每个用户都有一个专用的单动选择器。这些也可以使用双动选择器构建。

选择器搜索器机制也可以替换为线路查找器机制，两者在构造上略有不同。在这里，我们将讨论选择器搜索器机制。下图展示了它的构造。

当主叫用户拿起听筒进行呼叫时，选择器搜索器激活中断机构，该机构逐步向上移动滑触器，直到在出口处找到一个空闲的第一组选择器。此时，选择器搜索器的其中一个组触点会检测第一组选择器是空闲还是繁忙。一旦检测到空闲的第一选择器，中断就会被禁用并建立连接，其中第一个选择器向主叫用户发送拨号音。

线路查找器方法用于流量较低且交换机较小的场合，而上面描述的选择器搜索器机制用于流量大的大型交换机，这种方法具有成本效益。

组选择器阶段

组选择器阶段具有主要的交换网络。主叫用户在听到拨号音后拨打电话号码。拨入的第一个号码激活第一个选择器。更准确地说，组选择器包含某些选择器阶段。我们过去使用5个数字作为陆地连接的识别号码。因此，存在三个选择器阶段。

要拨入第一个号码，请根据用户号码在提供的指槽中放置手指旋转号码盘。取出手指后，号码盘旋转回其先前的位置，这会将拨号脉冲发送到第一个选择器。然后，第一个选择器相应地移动以放置触点。

当用户开始拨号时，到那时产生的拨号音会切断，并且会根据拨入的号码接收脉冲串。然后，第一个选择器的滑触器组件根据拨入的号码垂直向上移动。然后，滑触器在水平面上穿过触点，直到遇到连接到空闲的第二个组选择器的触点。这种水平步进在约 240 毫秒的数字间隙内完成。从那里，第一组选择器将电路径连接到可用的第二个组选择器。

同样，每个组选择器都根据拨入的号码连接路径，然后将连接扩展到下一个选择器，直到最终选择器。最终选择器的动作略有不同。如上所述，存在三个选择器，第四个和第五个数字由最终选择器连接到矩阵。

最终选择器

最后两位数字由最终选择器处理。该选择器根据拨入的第四位数字垂直移动，然后根据最后一位数字水平移动，因为没有其他数字将其连接到其他连接器。拨入的最后一位数字建立与被叫用户的电气连接。

由于最终选择器响应垂直和水平方向上的两位数字，这与组选择器不同，因此该最终选择器也称为**数字选择器**。如果被叫用户空闲，如从相应组触点上的信号检测到的那样，则最终选择器向被叫用户发送振铃电流，并向主叫用户发送振铃音。

当被叫用户拿起听筒时，到那时提供的振铃电流和振铃音会被切断，并且呼叫计费电路由与最终选择器关联的控制电路启用。否则，如果发现被叫用户在其他线路中忙，则最终选择器向主叫用户发送忙音。在任何切换阶段，如果下一阶段没有可用的空闲选择器，则会向主叫用户返回忙音。

在建立呼叫时垂直和水平旋转轴使用的磁体和机械连杆将在呼叫完成后释放磁体（通常称为释放磁体）和衔铁释放轴。

TSSN - 共控子系统

在本章中，我们将讨论共控子系统在电信交换系统和网络中的工作原理。

为了在不同的交换机之间建立呼叫，这可能进一步导致长途干线呼叫，开发了横截式交换系统，并于 1915 年获得了第一个专利。然而，AT&T 于 1938 年开发了第一个横截式交换系统。横截式交换系统在其交换系统中引入了**共控子系统**。

要理解这一点，让我们了解一下斯特罗格系统多交换网络产生的问题。

多交换网络

当需要联系属于特定网络的用户时，有多种方法可以帮助您联系特定的交换机；此外，路由中不仅存在一个交换机，而且存在任何交换机。

在多交换网络中，用于与特定用户建立连接的路由会不时发生变化。在遵循多交换网络的斯特罗格交换机中，用户必须更关注路由。用户应该掌握路由中所有交换机号码的详细信息。可能会出现用户需要在其他路由上建立连接的情况；这有时会变得很麻烦。

下图是多交换网络拓扑结构的一个示例。

每个斯特罗格交换机都保留了级别，其中呼叫将连接到相邻的交换机。当拨打电话时，将根据拨入的交换机号码联系这些交换机。

因此，在交换中实现多交换网络的缺点是 -

• 用户识别号码会根据呼叫路由而变化。

• 用户必须了解网络拓扑结构以及其中存在的交换机号码。

• 被叫用户的数量和大小会根据呼叫发起的交换机而有所不同。

为了克服这些问题，引入了共控子系统。

共控子系统

为了避免复杂性并使用户更容易拨打电话，共控子系统实施了两个主要思想。这些想法列在下面 -

• 呼叫的路由应由交换机完成，而不是由拨入的号码完成。

• 应为用户分配唯一的识别号码。UIN 包含用户的交换机号码和指示用户线路的号码。

应为用户分配唯一的识别号码。UIN 包含用户的交换机号码和指示用户线路的号码。

交换机标识符 + 用户线路标识符

这是 STD（用户直拨）代码和用户号码的组合；将其视为物理线路地址。每个用户都被分配一个逻辑号码，而不管物理线路号码如何。地址转换机制将逻辑地址转换为实际物理地址以建立连接。呼叫处理独立于交换网络进行。

共控子系统中采用了导演系统。一旦传输了转换后的数字，导演就可以自由地处理另一个呼叫，并且不参与维护对话的电路。

下图显示了共控子系统的图，其中包含呼叫处理子系统、计费电路、操作控制、维护控制和事件监视器。

以上框图是对共控交换系统的一个简单指示。交换系统中的控制功能可以归类如下。

事件监控

控制子系统的事件监视部分监控交换机外部线路单元、中继接续点和交换机间信令和发送/接收单元发生的事件。线路单元处的事件包括呼叫请求和呼叫释放。控制继电器以建立到所需线路的连接是接续点处的事件。在交换机之间控制继电器以进行连接，以及向交换机间的发送和接收电路发出所需的音调。这种事件监控可能是分布式的。

呼叫处理

呼叫处理单元包含数字接收器和存储寄存器，它们接收并存储来自主叫方的拨号号码。这些单元还包含初始和最终转换器。初始转换器是局码转换器，用于确定呼叫通过网络的路由或计费方法或费率。最终转换器是用户码转换器，用于确定必须连接呼叫的线路单元和被叫线路的类别。寄存器发送器使用正确的信令传输路由数字和拨号数字，具体取决于目标交换机的要求。

计费

这与对所拨打的呼叫收取的费用有关。它取决于用户的类型和用户的服务。例如，一些服务，如紧急线路或故障维修是免费的；一些商业服务也可能提供免费服务。

操作和维护

交换网络的控制和操作采用两种主要技术，称为内存映射和网络映射。

内存映射

在这种技术中，路径是通过根据定义路径的一组二进制数据在不同阶段标记交换元素来确定的，而控制单元提供数据。在此阶段，给出实际连接路径的命令。这种内存映射技术存在于存储程序控制中。

网络映射

在这种技术中，路径查找可以在共控单元级别进行，它标记要连接的入口和出口，实际路径由交换网络确定。这种网络映射技术在使用标记进行控制的交叉连接交换机中很常见。

交换系统的管理和维护包括将新的用户线路和中继投入使用、修改用户服务权限以及根据网络状态更改路由计划等活动，这些活动是在控制系统的协调下执行的。维护人员执行维护活动，例如监督正常运行、执行测试以及对不同的线路参数进行测量。

TSSN - 触摸音拨号电话

在本章中，我们将学习按键式拨号电话技术。当我们谈到电话机的技术发展时，最初使用的是旋转拨号盘。拨号速度慢是旋转拨号盘的一个主要缺点。在旋转拨号盘上拨打一个7位数字需要12秒。Strowger交换系统的逐级交换元件无法响应高于每秒10-12个脉冲的速率。

它使用DTMF技术，在此之前使用的是脉冲拨号技术。在脉冲拨号技术中，也称为断路技术，线路反复连接和断开，就像开关的咔哒声一样；交换机根据咔哒声的数量将其解释为拨打的号码。

按键式拨号的需要

随着共控子系统引入交换机，拨号速率提高成为可能。因此，在电话中开发了一种名为按键式拨号的新系统来取代旋转拨号盘；这被认为可以为客户带来更高的速度。这也消除了使用受限、信令容量有限以及速度较低等缺点。

脉冲拨号仅限于交换机和用户之间的信令，但不包括两个用户之间的信令，这称为端到端信令。端到端信令是一个理想的功能，只有当信令在话音频率范围内时才有可能，以便信令信息可以传输到电话网络中语音可以传输的任何点。

因此，为了取代使用旋转拨号盘的不便，引入了按键式拨号电话。按键式拨号电话的开发大约在1950年左右。但是，它的使用始于1964年左右。下图显示了一个实际的按键式拨号电话。

上图将帮助您了解旋转拨号盘被带按钮的键盘取代，如果触摸“按下”按钮，这些按钮将生成与拨打的号码相关的频率。轻松旋转的功能被取代，并且在这个按钮键盘中添加了重拨号码的功能，拨打的号码将存储到拨打另一个号码为止。这简化了重新拨打7位号码的过程。

按键式拨号电话是如何工作的？

按键式拨号电话上按下某个按钮，使用某些频率指示拨打的号码。“触摸”或轻按某个数字会产生一个“音调”，它是两个频率的组合，一个来自低频段，另一个来自高频段。

例如，按下按钮9，会产生两个频率，如852 Hz的低频和1477 Hz的高频。按键式拨号产生两个频率的设计如下所示。

如上所示，可以通过按键式拨号技术进行DTMF（双音多频）拨号。由于在按键式拨号技术中同时传输一个较高频率和一个较低频率的两个频率，因此称为双音多频 (DTMF)拨号。产生的两个信号持续时间为100毫秒，由从矩阵中按下的键选择，如上所示。每个键通过选择与矩阵行关联的四个低频段频率之一，以及选择与矩阵列关联的三个高频段频率之一来唯一地引用。

设计考虑因素

设计考虑因素包括

• 代码选择
• 频带分离
• 频率选择
• 功率电平选择
• 信令持续时间

按键式信令的代码选择应使得音乐和语音模仿代码信号变得困难。

考虑以下将两个频率的频带分离的原因：

• 在接收端，使用频带滤波器分离频率组；这有助于以简单的方式确定特定频率。

• 轻松分别调节每个频率分量的幅度。

• 可以使用限幅器来保护每个频率的动作。

• 减少了虚假响应的可能性。

电话网络电路的衰减和延迟失真特性决定了频率选择。希望获得平坦的幅度响应，具有非常低的衰减和均匀的延迟响应，以及较低的相对延迟值。虽然设计足够可靠，但功率电平的选择应根据信道的衰减特性进行规划。信号持续时间虽然效率低下，但时间更长，有助于防止通话中断。

内部机构

按键式接收器的内部机制可以通过一个简单的框图来解释，该框图包含频带分离滤波器 (BSF)、限幅器 (L)、选择器电路 (S) 和检测器 (D)，它们分别输出低频段频率 (LBF) 信号和高频段频率 (HBF) 信号，如下所示。

接收器中存在的频带分离滤波器用于分离频率组。这有助于分别确定特定频率。此外，滤波器还可以调节每个分量的幅度。然后信号到达限幅器，其输入有两个频率。它允许主要信号通过它，绕过弱信号。如果两个信号强度相同，则限幅器输出远低于全输出，并且任何一个信号都不会占主导地位。

电路中存在的选择器旨在在信号落在指定的窄通带内并且幅度在限幅器全输出的2.5dB范围内时识别信号。限幅器和选择器电路都能够有效地识别按键式信号和语音信号之间的差异，以避免通话中断。为了进一步改进，有时使用频带消除滤波器代替频带分离滤波器，因为它们允许宽频语音通过滤波器。高频段和低频段频率信号通过检测器输出分别到达输出端。

TSSN - 横栏交换

在本章中，我们将讨论交叉连接交换的概念。交叉连接交换机开发于20世纪40年代。它们利用交叉连接交换机中使用的交叉连接开关和共控设备实现了全接入和非阻塞功能。称为交叉点的活动元件放置在输入和输出线路之间。在共控交换系统中，交换和控制操作之间的分离允许一组共控开关使用交换网络，以共享方式同时建立多个呼叫。

交叉连接开关的特性

在本节中，我们将讨论交叉连接开关的不同特性。下面简要描述了这些特性：

• 在处理呼叫时，共控系统有助于共享资源。

• 由于线逻辑计算机，呼叫处理的特定路由功能是硬连线的。

• 灵活的系统设计有助于允许为特定交换机选择合适的比率。

• 较少的活动部件简化了交叉连接交换系统的维护。

交叉连接交换系统使用共控网络，使交换网络能够执行事件监控、呼叫处理、计费、操作和维护，如前所述。共控还提供在大城市等多交换机区域内用户统一编号，以及使用相同的中间交换机将呼叫从一个交换机路由到另一个交换机。这种方法通过其接收和存储完整号码以建立呼叫连接的独特过程，有助于避免与逐级交换方法相关的缺点。

交叉连接交换矩阵

交叉连接排列是一个矩阵，它由M X N组触点组成，排列成垂直和水平条，在它们交汇处有触点。它们需要大约M + N个激活器来选择其中一个触点。交叉连接矩阵排列如下图所示。

交叉棒矩阵包含一个水平和垂直线阵列，如下图中实线所示，它们都连接到最初分开的开关触点。上图中虚线所示的水平和垂直条带在机械上连接到这些触点，并连接到电磁体。

放置在输入线和输出线之间的交叉点具有电磁体，当通电时，会闭合两条线交叉处的触点。这使得两条线靠近并保持连接。下图将帮助您了解交叉点处的触点连接方式。

通电后，电磁体将吸住条带上的小磁片。列控制电磁体拉动下条带上的磁铁，而行控制电磁体拉动上条带上的磁铁。为了避免同一电路中不同的交叉点发生冲突，需要遵循一个建立连接的步骤。根据此步骤，可以先使水平或垂直条带通电以建立连接。但是，要断开连接，必须先断开水平条带的电源；然后断开垂直条带的电源。

由于所有分机在被叫方空闲的情况下都可以建立所有可能的连接，因此这种交叉棒交换称为**非阻塞交叉棒配置**，它需要N2个交换元件才能为N个用户提供服务。因此，交叉点的数量将远大于用户数。例如，100个用户需要10,000个交叉点。这意味着此技术只能应用于用户数量较少的群体。

有一个称为**标记器**的外部开关；它可以控制多个交换机并为多个寄存器提供服务。交换机决定电磁体的操作，例如选择磁体和桥接磁体，这些磁体应分别通电和断电以连接和释放用户。

对角交叉点矩阵

在矩阵中，1、2、3、4表示输入线，1'、2'、3'、4'表示相同用户的输出线，如果要在第1个和第2个用户之间建立连接，则可以使用交叉点连接1和2'或连接2和1'。同样，当需要在3和4之间建立连接时，可以使用3-4'交叉点或4-3'交叉点。下图将帮助您了解其工作原理。

现在，对角线部分是连接到同一用户的交叉点。一条已经连接到终端的线路不需要再次连接到同一终端。因此，对角线点也不必要。

因此，可以理解，对于N个用户，如果也考虑对角线点，则交叉点的总数为：

$$\frac{N\left ( N+1 \right )}{2}$$

对于N个用户，如果**不**考虑对角线点，则交叉点的总数为：

$$\frac{N\left ( N-1 \right )}{2}$$

随着节点数N的增加，交叉点数量与N2成正比增加。交叉点始终呈线性关系。因此，由于可以考虑对角线点的下半部分或上半部分，因此考虑下半部分的整个矩阵现在将如下图所示。

这称为**对角交叉点矩阵**。该矩阵采用三角形格式，可以称为**三角矩阵**或**双向矩阵**。对角交叉点

矩阵是完全连接的。当第三个用户向第四个用户发起呼叫时，首先启动第三个用户的水平条带，然后使第四个用户的垂直条带通电。对角交叉点矩阵是非阻塞配置。该系统的主要缺点是，单个交换机的故障会导致某些用户无法访问。

交叉点开关是任何开关（例如时间或空间开关）的抽象。如果在NXN交换矩阵中可以同时建立N个连接，则称为**非阻塞交换机**。如果在某些或所有情况下建立的连接数少于N，则称为**阻塞**交换机。这些阻塞交换机通过使用多个交换机来实现，并且此类网络称为**线架**。

TSSN - 交叉棒交换机配置

在本章中，我们将讨论交叉棒交换机配置的工作原理。交叉棒交换机配置是非阻塞配置，它具有N2个交换元件来为N个用户提供服务，并且可以进行N/2个同时通话。交叉点的使用取决于呼叫用户。

这是一种改进的非阻塞方案，使用上面讨论的对角交叉点矩阵，具有N(N-1)/2个元件。元件数量与完全连接网络的元件数量相同。在这种方法中，连接是通过首先使水平条带通电，然后使垂直条带通电来建立的。但是，这种非阻塞方案有一些缺点，例如：

• 需要大量的交换元件。
• 在实践中难以实现。
• 这不是一种经济高效的过程。

为了克服这些缺点，引入了阻塞交叉棒交换。

阻塞交叉棒交换机

阻塞交叉棒交换机的主要目标是减少交叉点交换机的数量。它包括单级和多级交换机。可以通过两种不同的方法减少交叉点交换机的数量。在第一种方法中，两个用户共享一个垂直条带。这样可以减少条带的数量，但交叉点交换机的数量保持不变。第二种方法是所有用户共享一定数量的垂直条带。这样可以减少条带的数量和交叉点交换机的数量。

方法1

此方法包含**2NK**个交换机，其中**N**是用户数，**K**是同时连接数。四个条带协同工作以建立连接。如果需要在A和B之间建立连接，则首先使水平条带A通电，然后使其中一个空闲的垂直条带（例如P）通电。现在，交叉点AP被锁存。如果现在使水平条带B通电，则BP不会被锁存，因为在B通电之前，P垂直条带已经通电。要连接A和B，我们需要另一个垂直交叉棒，它在电气上对应于垂直条带P，即P'，如下图所示。当P'在B之后通电时，交叉点BP'被锁存，并在A和B之间建立连接。

连接如下图所示。

因此，与建立连接相关的步骤遵循以下顺序：

• 使水平条带A通电
• 使空闲的垂直条带P通电
• 断开水平条带A的电源
• 使水平条带B通电
• 使空闲的垂直条带P'（与P相关联）通电

• 断开水平条带B的电源

方法2

此方法包含**NK**个交换机，其中**N**是用户数，**K**是同时连接数。在这里，三个条带协同工作以建立连接。如果需要在A和B之间建立连接，则首先使水平条带A和B通电，然后使其中一个空闲的垂直条带（例如P）通电。现在，仅使用一个垂直条带P而不是两个条带建立连接。现在断开水平条带A和B的电源。

连接如下图所示。

因此，建立连接遵循以下顺序：

• 使水平条带A和B通电
• 使空闲的垂直条带P通电
• 断开水平条带A和B的电源

中继线支持

在本节中，我们将讨论中继线支持的工作原理。上面讨论的阻塞和非阻塞型交叉棒交换机都可以支持中继线。这是通过引入额外的垂直交叉棒和交叉点交换机来实现的。

有两种方法可以引入额外的垂直交叉棒和交叉点交换机

• 内部非阻塞和外部阻塞
• 本地和外部均阻塞

内部非阻塞和外部阻塞方法如下图所示。

内部非阻塞交换机显示有两个中继线。在这种情况下，交叉点交换机的数量为**N(N+L)**，其中**N**是用户数，**L**是中继线的数量。

本地和外部均阻塞的方法如下图所示。

上图所示的交换机在内部和外部均阻塞，具有两个内部同时呼叫和两个外部同时呼叫。在这种情况下，交叉点交换机的数量为**N(2K+L)**，其中**N**是用户数，L是中继线的数量，**K**是本地可以支持的同时呼叫的数量。

TSSN - 交叉点技术

在本章中，我们将讨论电信交换系统和网络中的交叉点技术。

交叉棒系统主要由交叉点交换机组成，这增加了系统的成本。交叉棒系统的成本与交叉点数量成正比增加。

交叉点技术的挑战

在本节中，我们将讨论与交叉点技术相关的挑战。挑战如下：

• 减小交叉点尺寸
• 降低交叉点成本
• 改进切换时间

在寻找现有挑战解决方案的过程中，交叉点技术不断发展。交叉点技术是两种相关技术的融合。这些技术是：

• 机电
• 电子

以下流程图显示了交叉点技术的不同类别：

在我们后续的部分中，我们将进一步讨论相关技术。

机电交叉点技术

机电交叉点开关能够在1-10毫秒的时间内进行数百万次开关触点，且不会出现磨损，即使在今天也得到了广泛应用。两种广泛使用的开关类型是**微型开关**和**簧片继电器**。

微型开关

这些开关由贵金属（如钯）制成，这使得触点工作更安静，其分叉设计和高耐腐蚀性，使其具有持久的设计。这些机械锁存开关为此目的使用“V”形缺口，并且在交叉棒交换系统中非常可靠。

这些安装在横梁上的开关可以水平和垂直移动，以建立和释放连接，切换时间为8-10毫秒。

簧片继电器开关

为了减少机械开关的使用并进一步延长开关的使用寿命，引入了簧片继电器开关。这些开关由密封在玻璃管中的磁性材料触点构成；这可以保护触点免受污染。下图说明了簧片继电器开关的设计。

簧片继电器开关可以是电气或机械锁存的；它包含彼此非常靠近的触点，位移为0.2毫米，从而产生1毫秒的快速切换速度。该继电器的构造使得玻璃管被一对线圈包围，当电流同时通过两个线圈时，就会产生磁场。这进一步导致簧片触点移到一起。只要通电，电气连接就会被锁存，电流就会流过线圈。

在磁性锁存中，磁性材料的磁滞决定了性能。所需的磁极片可以放置在玻璃外部，或者可以通过选择合适的铁磁材料使触点充当磁极。由于触点条的剩磁特性，簧片继电器被称为**remreed**。即使在电流撤回后，剩磁也能使触点保持完整，因此需要施加去磁电流才能打开触点。

这些簧片继电器放置在每个交叉点处，以构成交叉点矩阵。交叉点选择是通过将每个继电器的一个线圈绕组与其垂直相邻的线圈串联，并将另一个绕组与其水平相邻的线圈串联来实现的。当通过同时脉冲相应的垂直和水平线选择所需的交叉点时，簧片继电器被激励。

横梁交换机组织

横梁交换机的组织由三个基本构建块组成，例如链路框架、控制标记和寄存器。链路框架包含具有横梁的主级和次级级，它们之间通过链路连接。这种带链路的两级配置具有增加给定数量的入口的出口数量的效果。如果出口数量较高，选择性也会较高。

横梁交换机的组织由三个基本构建块组成，例如链路框架、控制标记和寄存器。链路框架包含具有横梁的主级和次级级，它们之间通过链路连接。这种带链路的两级配置具有增加给定数量的入口的出口数量的效果。如果出口数量较高，选择性也会较高。

横梁交换机组织的两个主要部分是

线路单元

线路链路框架以及相关的标记和寄存器可以称为**线路单元**。线路单元是双向单元，有助于呼叫的起始和终止。由于其双向能力，线路链路框架中的次级部分称为终端部分。用户线路终止于终端部分框架的出口。

群组单元

中继链路框架及其相关的电路可以称为**群组单元**。中继链路框架可以细分为两个或三个链路框架，例如本地局链路框架和入局链路框架等。群组单元是一种单向设备，接收来自线路单元或远程交换机的呼叫。它能够处理本地、出局、入局、终结和中转呼叫。

呼叫处理

下图显示了横梁交换机的简化组织结构。

横梁交换机的呼叫处理分为三个阶段，分别称为预选、群组选择和线路选择。

预选

起始标记进行预选。当主叫用户拿起话筒时，会听到拨号音。寄存器发送此音调。从拿起话筒到发送拨号音的这个阶段称为**预选**。

群组选择

听到拨号音后，可以拨号。根据译码器提供的代码，呼叫将通过预定的方向切换。这个选择所需群组进行呼叫的阶段称为**群组选择**。

线路选择

拨号后，主叫用户通过终止标记连接到被叫用户。被叫方的线路由终止标记控制，该标记还会在该线路上传送振铃信号。这个选择所需用户线路的阶段可以称为**线路选择**。

通过这三个部分，可以在横梁交换机中连接和处理呼叫。

TSSN - 存储程序控制

在本章中，我们将讨论存储程序控制如何在电信交换系统和网络中工作。为了提高交换中控制和信号的效率和速度，引入了电子技术。**存储程序控制**，简称**SPC**，是电子技术在电信领域带来变化的概念。它允许诸如简易拨号、呼叫转移、呼叫等待等功能。存储程序控制的概念是指将程序或一组计算机指令存储在其内存中，处理器自动逐条执行这些指令。

由于交换控制功能是通过存储在计算机内存中的程序执行的，因此称为**存储程序控制(SPC)**。下图显示了SPC电话交换机的基本控制结构。

SPC使用的处理器是根据交换机的需求设计的。处理器是冗余的；使用多个处理器使过程更加可靠。一个单独的处理器用于维护交换系统。

SPC有两种类型：

• 集中式SPC
• 分布式SPC

集中式SPC

早期版本的集中式SPC使用单个主处理器来执行交换功能。在后期发展阶段，双处理器取代了单个主处理器。这使得过程更加可靠。下图显示了典型集中式SPC的组织结构。

双处理器架构可以配置为以三种模式运行，例如：

• 备用模式
• 同步双工模式
• 负载共享模式

备用模式

顾名思义，在两个处理器中，一个处理器处于活动状态，另一个处于备用模式。备用模式下的处理器用作备份，以防活动处理器发生故障。这种交换模式使用两个处理器共有的辅助存储器。活动处理器定期复制系统的状态并存储在轴辅助存储器中，但处理器没有直接连接。与控制功能相关的程序和指令、例程程序和其他所需信息存储在辅助存储器中。

同步双工模式

在同步双工模式下，两个处理器连接并同步运行。两个处理器P1和P2连接，并使用单独的内存，如M1和M2。这些处理器耦合以交换存储的数据。在两个处理器之间使用比较器。比较器有助于比较结果。

在正常运行期间，两个处理器分别接收来自交换机的所有信息以及来自其内存的相关数据。但是，只有一个处理器控制交换机；另一个处理器与前一个处理器保持同步。比较器比较两个处理器的结果，识别是否发生任何故障，然后通过单独操作它们来识别故障处理器。故障处理器只有在故障排除后才能投入使用，在此期间，另一个处理器提供服务。

负载共享模式

负载共享模式是指在两个处理器之间共享任务。在这种模式下，使用排除设备(ED)代替比较器。处理器呼叫ED以共享资源，以便两个处理器不会同时请求相同的资源。

在这种模式下，两个处理器同时处于活动状态。这些处理器共享交换机和负载的资源。如果一个处理器发生故障，另一个处理器将在ED的帮助下接管整个交换机的负载。在正常运行期间，每个处理器在统计学基础上处理一半的呼叫。但是，交换机操作员可以出于维护目的更改处理器负载。

分布式SPC

与机电开关和集中式SPC不同，分布式SPC的引入能够提供广泛的服务。这种SPC具有单独的小型处理器，称为**区域处理器**，用于处理不同的工作，而不是像集中式系统那样只有一个或两个处理器处理所有事情。但是，当这些区域处理器需要执行复杂任务时，集中式SPC会通过对其进行指导来提供帮助。

分布式SPC比集中式SPC具有更高的可用性和可靠性，因为整个交换控制功能可以水平或垂直分解以进行分布式处理。这种分布式控制（其中交换设备被划分为多个部分，每个部分都有自己的处理器）在下图中进行了说明。

在垂直分解中，交换环境被划分为几个块，每个块分配给一个处理器，该处理器执行与特定设备块相关的所有控制功能，而在水平分解中，每个处理器执行一个或一些交换控制功能。

TSSN - 软件架构

在本章中，我们将学习电信交换系统和网络的软件架构。

为了更好地理解，SPC系统的软件可以分为两类：**系统软件**和**应用软件**。软件架构处理SPC的系统软件环境，包括语言处理器。许多功能以及呼叫处理都是操作系统的一部分，在该操作系统下执行操作和管理功能。

呼叫处理是主要的处理功能，它是事件驱动的。在用户线路或中继线上发生的事件会触发呼叫处理。交换机中的呼叫建立不是在一个连续的处理序列中完成的。整个过程由许多持续几十或几百毫秒的基本过程组成，许多呼叫同时以这种方式处理，每个呼叫由一个单独的**进程**处理。进程是一个活动实体，是**正在执行的程序**，有时也称为**任务**。

多编程环境中的进程

在本节中，我们将了解多编程环境中的进程是什么。多编程环境中的进程可以是以下之一：

• 运行
• 就绪
• 阻塞

进程的状态由其当前活动和它执行的进程以及其状态经历的转换来定义。

• 如果处理器当前正在执行指令，则称该进程处于**运行**状态。

• 如果运行进程的下一条指令正在等待或具有超时指令，则称该进程处于**就绪**状态。

• 如果进程正在等待某些事件发生才能继续，则称该进程处于**阻塞**状态。

下图显示了进程在运行、就绪和阻塞状态之间转换的过程。

在某些进程处于运行状态的同时，一些进程将处于就绪状态，而另一些进程则被阻塞。就绪列表中的进程将根据优先级排序。阻塞进程是无序的，它们以等待发生的事件的顺序解除阻塞。如果一个进程没有被执行并且等待其他指令或资源，则通过将该进程推入就绪列表来节省处理器时间，并在其优先级较高时解除阻塞。

进程控制块

进程控制块 (PCB) 代表操作系统中的每个进程。PCB 是一个数据结构，包含以下关于进程的信息。

• 进程的当前运行状态

• 处于就绪状态的进程优先级

• CPU 调度参数

• 保存进程被中断时 CPU 的内容

• 分配给进程的内存

• 进程的详细信息，如进程号、CPU 使用率等。

• 与进程关联的事件和 I/O 资源的状态

PCB 包含所有关于进程的信息，以便在获取 CPU 时执行下一个进程。CPU 寄存器包括一个**程序状态字** (PSW)，其中包含要执行的下一条指令的地址、当前启用或禁用的中断类型等。

当 CPU 执行某个进程时，如果当前运行的进程被阻塞，或者发生触发高优先级进程的事件或中断，则需要切换该进程。这种情况称为**进程切换**，也称为**上下文切换**。下图描述了这种中断优先级机制。

如果进程**A**扫描特定用户线路并发现其空闲，则该进程将与该用户建立呼叫。但是，如果另一个进程 B 声明优先级并在同一时间与同一用户建立呼叫，则这两个进程需要同时对同一用户进行呼叫，这是不可取的。类似的问题也可能出现在其他共享表和文件中。

交换机资源（中继线、寄存器等）的信息及其当前利用率以表格的形式保存。这些表在需要时由不同的进程共享。当两个或多个进程同时选择同一张表时，就会出现问题。可以通过允许每个进程访问共享表来解决此问题。

共享资源

每当一个进程使用共享表或任何共享资源时，所有其他需要相同资源的进程都将被挂起。当运行的进程完成使用资源后，它将分配给第一个优先级最高的等待中的就绪进程。这种使用共享资源的过程称为**互斥**。访问共享资源的进程被称为处于其**临界区**。互斥意味着对于给定的共享资源，在任何时刻只能有一个进程处于临界区。进程进入临界区的代码编写非常小心，以避免出现无限循环。这有助于防止进程被阻塞。完成的工作更加准确和高效。这也有助于其他正在等待的进程。

如果信号量中的两个进程必须共享一个公共资源，则它们将在一定的时间间隔内共享该资源。当一个进程使用该资源时，另一个进程等待。现在，在等待期间，为了与另一个进程同步，它读取之前写入的任务。这意味着，该进程的状态应该非零并且应该不断递增，否则将被发送到阻塞列表。阻塞列表中的进程一个接一个地堆叠，并根据优先级允许使用资源。

下图显示了进程的工作方式 -

如果信号量中的两个或多个进程无限期地等待某个资源并且没有得到零以返回到阻塞状态，而其他进程则在阻塞状态下等待使用同一资源，但没有任何进程可以使用该资源而只能等待，则这种状态称为**死锁状态**。

已经开发了用于死锁预防、避免、检测和恢复的技术。因此，这些技术涵盖了操作系统用于切换处理器的主要功能。

软件生产

SPC 软件生产因其复杂性和软件规模以及其长期的使用寿命、可靠性、可用性和可移植性而显得重要。

软件生产是软件工程的一个分支，它处理在复杂系统的大规模软件生产和维护中遇到的问题。软件工程实践分为四个阶段。这些阶段构成了软件系统的生产。

• 功能规格说明
• 正式描述和详细规格说明
• 编码和验证
• 测试和调试

交换系统的应用软件可以分为呼叫处理软件、管理软件和维护软件；交换系统的应用软件包使用模块化组织。

随着存储程序控制的引入，可以为用户提供大量新的或改进的服务。许多类型的增强服务，如简短拨号、录音号码呼叫或无拨号呼叫、空闲时回叫、呼叫转移、人工接听、主叫号码记录、呼叫等待、咨询保持、会议呼叫、自动报警、STD 禁止、恶意呼叫追踪等，都随着电话技术的这些变化而引入。

多级网络

多级网络是构建的网络，旨在比横板交换系统更有效地提供更多用户之间的连接。

前面讨论的横板交换网络有一些限制，如下所述 -

• 交叉点的数量将是连接站数量的平方，因此对于大型交换机来说，成本很高。

• 交叉点的故障会阻止与该交叉点连接的两个用户之间的连接。

• 即使所有连接的设备都处于活动状态，也只利用了少数交叉点。

为了找到解决这些缺点的方案，构建了多级空间分割交换机。通过将横板交换机分成较小的单元并将其互连，可以构建具有较少交叉点的多级交换机。下图显示了一个多级交换机的示例。

与上述类似的多级交换机需要的交叉点数量少于横板交换机中需要的数量。根据上面所示的示例，对于 8（输入）和 8（输出）的各种用户（被叫用户和主叫用户），普通横板网络中需要的交叉点数量将是它们的平方，即 64。但是，在多级横板网络中，只需要 40 个交叉点就足够了。这如上图所示。在大型多级横板交换机中，减少幅度更大。

多级网络的优点

多级网络的优点如下 -

• 减少了交叉点的数量。
• 连接路径的数量可以更多。

多级网络的缺点

多级网络的缺点如下 -

• 多级交换机可能会导致**阻塞**。

• 如果增加中间交换机的数量或大小可以解决此问题，但成本也会随之增加。

阻塞

阻塞减少了交叉点的数量。下图将帮助您更好地理解阻塞。

在上图中，有 4 个输入和 2 个输出，用户 1 连接到线路 3，用户 2 连接到线路 4。红色线条表示连接。但是，将会有更多请求到来；如果用户 3 和用户 4 发出呼叫请求，则无法处理，因为无法建立呼叫。

上面块中的用户也（如上图所示）面临着同样的问题。一次只能连接两个块；无法连接两个以上或所有输入（因为它取决于存在的输出数量）。因此，无法同时建立多个连接，这可以理解为呼叫被阻塞。

TSSN - 交换技术

在本章中，我们将讨论电信交换系统和网络中的交换技术。

在大型网络中，可能存在多条路径用于将数据从发送方传输到接收方。从可用选项中选择数据必须采取的路径可以理解为**交换**。信息可以在其在各种通信信道之间传输时进行交换。

有三种典型的数字流量交换技术可用。他们是 -

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换

现在让我们看看这些技术是如何工作的。

电路交换

在电路交换中，两个节点通过专用通信路径相互通信。在此，建立一个电路来传输数据。这些电路可以是永久的或临时的。使用电路交换的应用程序可能必须经历三个阶段。不同的阶段是 -

• 建立电路
• 传输数据
• 断开电路

下图显示了电路交换的模式。

电路交换是为语音应用而设计的。电话是电路交换最合适的例子。在用户拨打电话之前，在网络上建立了被叫用户和主叫用户之间的虚拟路径。

电路交换的缺点是 -

• 等待时间很长，并且没有数据传输。
• 每个连接都有一个专用路径，这会增加成本。
• 当连接的系统不使用信道时，它保持空闲状态。

在电路交换中，一旦建立连接，就会使用专用于数据传输的路径创建电路模式。电话系统是电路交换技术的常见示例。

报文交换

在报文交换中，整个报文被视为一个数据单元。数据在其整个电路中传输。一个运行报文交换的交换机首先接收整个报文并将其缓冲，直到有资源可用于将其传输到下一个跳点。如果下一个跳点没有足够的资源来容纳大型报文，则存储报文，交换机等待。

下图显示了报文交换的模式。

在这种技术中，数据被存储和转发。该技术也称为**存储转发**技术。该技术被认为是电路交换的替代方案。但是，报文传输端到端延迟之后跟随的传输延迟增加了传播延迟，从而减慢了整个过程。

报文交换具有以下缺点：

• 传输路径中的每个交换机都需要足够的存储空间来容纳整个报文。

• 由于包含在资源可用之前的等待，报文交换非常慢。

• 报文交换不是流媒体和实时应用的解决方案。

即使网络繁忙，数据分组也会被接受；这会减慢传递速度。因此，不建议用于语音和视频等实时应用程序。

分组交换

分组交换技术源自报文交换，其中报文被分解成称为**分组**的较小块。每个分组的头部包含交换信息，然后独立传输。头部包含源、目标和中间节点地址信息等详细信息。中间网络设备可以存储小尺寸分组，并且在载波路径或交换机的内部存储器上都不会占用太多资源。

执行分组的单独路由，其中不必在同一路径中发送一组完整的分组。由于数据被分割，因此带宽减少了。此交换用于执行数据速率转换。

下图显示了分组交换的模式。

下图显示了分组交换的模式。

可以通过将来自多个应用程序的分组多路复用到载波上来提高分组交换的线路效率。使用此分组交换的互联网使用户能够根据优先级区分数据流。根据优先级列表，这些分组在存储后转发以提供服务质量。

分组交换技术已被证明是一种高效的技术，并被广泛用于语音和数据传输。传输资源是使用不同的技术分配的，例如统计多路复用或动态带宽分配。

统计多路复用

统计多路复用是一种通信链路共享技术，用于分组交换。在统计多路复用中，共享链接是可变的，而在TDM或FDM中是固定的。这是最大化带宽利用率的策略性应用。这也可以提高网络效率。

通过为具有有效数据分组的信道分配带宽，统计多路复用技术组合输入流量以最大化信道效率。每个流被分成数据包，并按照先到先服务的原则传递。优先级级别的增加允许分配更多带宽。在统计多路复用中，时间槽得到妥善处理，不会浪费，而它们在时分多路复用中却被浪费了。

网络流量

顾名思义，网络流量只是在给定时间内沿着网络移动的数据。数据传输以分组的形式进行，其中每单位时间传输的分组数量被视为负载。控制此网络流量包括管理、优先级排序、控制或减少网络流量。还可以借助一些技术来测量网络上的流量数量和类型。需要监控网络流量，因为这有助于网络安全；高数据速率可能会损坏网络。

资源或设施在一段时间内（通常为24小时）完成的总工作量的度量称为**流量量**，以爱尔兰小时为单位测量。流量量定义为平均流量强度和时期的乘积。

$$流量量 = 流量强度 \times 时间周期$$

拥塞

当网络上的负载大于网络的容量时，据说网络中发生了拥塞。当节点的缓冲区大小超过接收到的数据时，流量将很高。这进一步导致拥塞。从一个节点到另一个节点移动的数据量可以称为**吞吐量**。

下图显示了拥塞。

在上图中，当数据包从发送方A、B和C到达节点时，节点无法以更快的速度将数据传输到接收方。传输会延迟，或者由于严重拥塞而可能导致数据丢失。

当过多的分组到达分组交换网络中的端口时，性能会下降，这种情况称为**拥塞**。数据在队列中等待传输。当队列利用率超过80%时，则认为队列处于拥塞状态。拥塞控制技术有助于控制拥塞。以下吞吐量和分组发送之间的图显示了拥塞控制传输和非控制传输之间的区别。

用于拥塞控制的技术分为两种类型：开环和闭环。循环因它们发出的协议而异。

开环

开环拥塞控制机制生成协议以**避免拥塞**。这些协议被发送到**源**和**目的地**。

闭环

闭环拥塞控制机制生成协议，允许系统进入拥塞状态，然后**检测**和**消除**拥塞。**显式**和**隐式**反馈方法有助于机制的运行。

TSSN - 时分交换

在本章中，我们将讨论电信交换系统和网络中的交换技术。

在大型网络中，可能存在多条路径用于将数据从发送方传输到接收方。从可用选项中选择数据必须采取的路径可以理解为**交换**。信息可以在其在各种通信信道之间传输时进行交换。

有三种典型的数字流量交换技术可用。他们是 -

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换

现在让我们看看这些技术是如何工作的。

电路交换

在电路交换中，两个节点通过专用通信路径相互通信。在此，建立一个电路来传输数据。这些电路可以是永久的或临时的。使用电路交换的应用程序可能必须经历三个阶段。不同的阶段是 -

• 建立电路
• 传输数据
• 断开电路

下图显示了电路交换的模式。

电路交换是为语音应用而设计的。电话是电路交换最合适的例子。在用户拨打电话之前，在网络上建立了被叫用户和主叫用户之间的虚拟路径。

电路交换的缺点是 -

• 等待时间很长，并且没有数据传输。
• 每个连接都有一个专用路径，这会增加成本。
• 当连接的系统不使用信道时，它保持空闲状态。

在电路交换中，一旦建立连接，就会使用专用于数据传输的路径创建电路模式。电话系统是电路交换技术的常见示例。

报文交换

在报文交换中，整个报文被视为一个数据单元。数据在其整个电路中传输。一个运行报文交换的交换机首先接收整个报文并将其缓冲，直到有资源可用于将其传输到下一个跳点。如果下一个跳点没有足够的资源来容纳大型报文，则存储报文，交换机等待。

下图显示了报文交换的模式。

在这种技术中，数据被存储和转发。该技术也称为**存储转发**技术。该技术被认为是电路交换的替代方案。但是，报文传输端到端延迟之后跟随的传输延迟增加了传播延迟，从而减慢了整个过程。

报文交换具有以下缺点：

• 传输路径中的每个交换机都需要足够的存储空间来容纳整个报文。

• 由于包含在资源可用之前的等待，报文交换非常慢。

• 报文交换不是流媒体和实时应用的解决方案。

即使网络繁忙，数据分组也会被接受；这会减慢传递速度。因此，不建议用于语音和视频等实时应用程序。

分组交换

分组交换技术源自报文交换，其中报文被分解成称为**分组**的较小块。每个分组的头部包含交换信息，然后独立传输。头部包含源、目标和中间节点地址信息等详细信息。中间网络设备可以存储小尺寸分组，并且在载波路径或交换机的内部存储器上都不会占用太多资源。

执行分组的单独路由，其中不必在同一路径中发送一组完整的分组。由于数据被分割，因此带宽减少了。此交换用于执行数据速率转换。

下图显示了分组交换的模式。

下图显示了分组交换的模式。

可以通过将来自多个应用程序的分组多路复用到载波上来提高分组交换的线路效率。使用此分组交换的互联网使用户能够根据优先级区分数据流。根据优先级列表，这些分组在存储后转发以提供服务质量。

分组交换技术已被证明是一种高效的技术，并被广泛用于语音和数据传输。传输资源是使用不同的技术分配的，例如统计多路复用或动态带宽分配。

统计多路复用

统计多路复用是一种通信链路共享技术，用于分组交换。在统计多路复用中，共享链接是可变的，而在TDM或FDM中是固定的。这是最大化带宽利用率的策略性应用。这也可以提高网络效率。

通过为具有有效数据分组的信道分配带宽，统计多路复用技术组合输入流量以最大化信道效率。每个流被分成数据包，并按照先到先服务的原则传递。优先级级别的增加允许分配更多带宽。在统计多路复用中，时间槽得到妥善处理，不会浪费，而它们在时分多路复用中却被浪费了。

网络流量

顾名思义，网络流量只是在给定时间内沿着网络移动的数据。数据传输以分组的形式进行，其中每单位时间传输的分组数量被视为负载。控制此网络流量包括管理、优先级排序、控制或减少网络流量。还可以借助一些技术来测量网络上的流量数量和类型。需要监控网络流量，因为这有助于网络安全；高数据速率可能会损坏网络。

资源或设施在一段时间内（通常为24小时）完成的总工作量的度量称为**流量量**，以爱尔兰小时为单位测量。流量量定义为平均流量强度和时期的乘积。

$$流量量 = 流量强度 \times 时间周期$$

拥塞

当网络上的负载大于网络的容量时，据说网络中发生了拥塞。当节点的缓冲区大小超过接收到的数据时，流量将很高。这进一步导致拥塞。从一个节点到另一个节点移动的数据量可以称为**吞吐量**。

下图显示了拥塞。

在上图中，当数据包从发送方A、B和C到达节点时，节点无法以更快的速度将数据传输到接收方。传输会延迟，或者由于严重拥塞而可能导致数据丢失。

当过多的分组到达分组交换网络中的端口时，性能会下降，这种情况称为**拥塞**。数据在队列中等待传输。当队列利用率超过80%时，则认为队列处于拥塞状态。拥塞控制技术有助于控制拥塞。以下吞吐量和分组发送之间的图显示了拥塞控制传输和非控制传输之间的区别。

用于拥塞控制的技术分为两种类型：开环和闭环。循环因它们发出的协议而异。

开环

开环拥塞控制机制生成协议以**避免拥塞**。这些协议被发送到**源**和**目的地**。

闭环

闭环拥塞控制机制生成协议，允许系统进入拥塞状态，然后**检测**和**消除**拥塞。**显式**和**隐式**反馈方法有助于机制的运行。

TSSN - 电话网络

在本章中，我们将学习公共交换电话网络（PSTN）。这个非凡的电信网络被认为是技术进步领域的一项成就。但是，当我们涉及到这些网络时，会出现一些问题。我们将在后续章节中讨论这些问题。

PSTN

公共交换电话网络被理解为全球电路交换电话网络的集合，用于提供公共电信。PSTN网络称为POTS（普通老式电话系统）。这些网络使用电话线、光纤电缆、微波传输链路或蜂窝通信在区域、本地、国家和国际范围内运行。

PSTN在网络的集中点包含交换机，这些交换机充当网络上任意点与任意其他点之间通信的节点。前面讨论的所有类型的交换技术，例如电路交换、分组交换和报文交换，都是使用PSTN的不同模式。

用户环路系统

在一般的电话网络中，每个用户都有两条专线连接到最近的交换机，称为该用户的**环路线**。从交换局到用户场所铺设线路称为**布线**。由于难以从每个用户的场所到交换局铺设电缆，因此使用大型电缆，通过这些电缆将跳线（用户线路）连接到分配点。

跳线连接到电缆中分配点处的线对。来自附近地理区域的此类分配电缆连接到同一个馈线点，在那里它们连接到支路馈线电缆，这些电缆又连接到主馈线电缆。借助下图可以理解整个过程

来自交换机的用户电缆对也将通过携带大量线对的主馈线电缆终止于MDF。这些用户对和交换对在MDF上使用跳线互连，这使得MDF能够提供用于重新分配电缆对和用户号码的灵活机制。这意味着一个用户即使在同一个交换区域内搬到不同的位置，也可以通过使用合适的跳线来使用相同的号码，而他的旧跳线可以由另一个用户使用新的号码。

交换层次结构和路由

下一个重要的系统是电话线的交换层次结构和路由。不同区域具有不同交换机之间的呼叫互连是通过交换机之间的**中继线**完成的。用于互连不同交换机的一组中继线称为**中继线组**。

在交换机互连过程中，有三种基本拓扑结构，例如

• 网状拓扑
• 星形拓扑
• 分层

网状拓扑

网状拓扑，顾名思义，是一个完全互连的网络。网状网络中的中继线组数量与互连的交换机数量的平方成正比。因此，这些网状拓扑广泛用于交通繁忙的大都市区。

下图显示了网状拓扑的外观。

星形拓扑

星形拓扑连接成星形，它利用一个称为**汇接交换机**的中间交换机，所有其他交换机都通过该交换机进行通信。下图显示了星形网络的模型。当流量水平相对较低时，使用星形网络。可以通过通过额外的汇接交换机互连来使用许多星形网络，从而形成一个两级星形网络，如下面的图所示。

分层

分层拓扑用于以最少数量的中继线组处理大量流量。流量通过**最终路由**流动，这是最高级别的层次结构。如果任何一对交换机之间的流量强度很高，则可以在它们之间建立直接中继路由，如下面图中虚线所示。这些直接中继路由是**高使用率路由**。在存在这些高使用率路由的地方，流量将通过它们流动。在此，溢出的流量沿分层路径路由。不允许从最终路由溢出流量。

为了决定特定连接上的路由，使用以下三种方法：

• 直通路由
• 本交换机路由
• 计算机控制路由

传输计划

通过电缆传输信号的质量应该很高，以确保更好的通信。国家和国际电路之间的传输链路应该更好，以便串联连接以建立呼叫。

为了获得高标准的质量，CCITT提出了以下指导方针：

• 国际呼叫中使用的电路最大数量为12条。

• 在起始和终止国际交换中心之间串联使用的国际电路不超过四条。

• 在特殊情况下以及呼叫数量较少的情况下，电路总数可能为14条，但即使在这种情况下，国际电路也限制在最多四条。

除了限制所需电路的数量外，还应最大限度地减少线路损耗或导线损耗以及开关损耗或接触损耗等损耗。这些方面属于传输损耗预算，其中包括将回声电平保持在限制范围内和控制啸叫等因素。

由于距离较长，电路需要在适当的间隔处设置放大器和中继器以增强信号。在用户线路接口处会发生失配；这会导致将一部分传入信号反射到传出电路，然后作为回声返回到说话者。回声抑制器或抵消电路用于最大限度地减少回声的影响。信号衰减和回声是传输线路中的主要损耗，以及接触和导线损耗。

传输系统

存在不同类型的传输系统，例如无线电系统、同轴电缆系统和光纤系统是主要的系统。随着传输距离的增加，传输方式也会发生变化。

信号传输从有线传输发展到无线传输。无线电系统提供无线传输，同轴电缆系统允许通过电线传输信号，光纤系统通过光纤提供通信。

根据信号传播机制，无线电通信有四种通信方式，例如：

• 天波或电离层通信
• 受地平线限制的视距 (LOS) 微波通信
• 对流层散射通信
• 卫星通信

号码计划

在发展的早期阶段，号码方案仅限于一个小型单一交换机，该交换机用于通过识别其所在城镇的名称来连接到其他交换机。但随着用户数量的增加，引入了许多交换机。

一个大型中央交换机，服务于城镇的主要商业中心，可以称为主交换机，而服务于不同地区的较小交换机称为卫星交换机。包含主交换机和卫星的完整网络的区域称为多交换机区域。需要一个通用的号码方案来识别被叫用户的交换机位置，尤其是在呼叫来自多交换机区域外部的位置时。

通用号码方案称为链路号码方案，其中城镇中的所有交换机都由城镇名称集体识别。随着用户直拨 (STD) 或直拨电话 (DDD) 用于城际和城镇间长途通信的引入，多交换机区域也被分配了唯一的识别号码。为了使超长距离通信成为可能，引入了称为国际用户直拨 (ISD) 的国际拨号，其中国际号码计划和国家号码计划应运而生。

号码计划类型

在本节中，我们将讨论电话网络的号码计划。下面简要介绍了这些计划：

开放号码计划

这也被称为非统一号码计划，它允许在多交换机区域或国家/地区内用于识别用户的数字数量有很大的变化。

半开放号码计划

此计划允许号码长度相差近一到两位数字。半开放号码计划通常用于印度、瑞典、瑞士和英国等国家/地区。

封闭号码计划

这也被称为统一号码计划，其中用户号码中的数字数量是固定的。这在法国、比利时、加拿大、夏威夷和美国部分地区等少数国家/地区使用。

CCITT 已定义了国际号码计划或世界号码计划。出于号码目的，世界被划分为多个区域。下图显示了电话号码结构。

国家号码由三个部分组成。这些部分在下面描述：

区号或中继代码

此代码标识特定的号码区域或被叫用户的多交换机区域。通过此代码，确定干线呼叫的路由并对其收费。

交换机代码

此代码标识号码区域内的特定交换机。它确定来自另一个号码区域的传入干线呼叫的路由，或确定从一个交换机发起并目的地为同一号码区域中另一个交换机的呼叫的路由。

用户线路号码

它用于在终止交换机处选择被叫用户线路。在 CCITT 术语中，交换机代码和用户线路号码的组合称为用户线路号码。

计费计划

呼叫的费用由连接到每个用户线路的计量仪器或在电子交换机的情况下分配给每个用户的计量寄存器进行核算。计量器计算计费单位的数量，并通过向计量器发送脉冲来增加该计数。对于计量器读取的单位数量，通过为计费单位分配费率来开具账单。

可以根据以下类别对单个呼叫收费。

• 持续时间无关计费
• 持续时间相关计费

号码区域内的本地呼叫通常以持续时间无关的方式收费。对于持续时间相关计费，一旦被叫用户接听呼叫，计量器就开始递增。根据建立呼叫所涉及的交换机数量，向计费计量器发送多个脉冲，这称为多计费。计费脉冲速率随被叫用户和主叫用户之间距离的增加而每分钟不断增加。

TSSN - 信号技术

信令技术通过互连各种交换系统使电路作为一个整体发挥作用。电信网络中涉及三种形式的信令。

• 用户环路信号
• 网内或寄存器信号
• 交换机间或寄存器间信令

用户环路信令取决于所用电话设备的类型。交换机内信令指的是交换系统内部部分，很大程度上取决于交换系统的类型和设计，这会因型号而异。交换机间信令发生在交换机之间。这有助于交换地址数字，这些数字在链路到链路的基础上从一个交换机传递到另一个交换机。涉及源交换机和目的交换机之间端到端信令的网络范围信令称为线路信令。

信令技术主要有两种：

信道内信令

信道内信令也称为每中继线信令。它使用相同的信道，该信道承载用户语音或数据以传递与该呼叫或连接相关的控制信号。信道内信令不需要额外的传输设施。

共通道信令

共通道信令使用单独的共通道来传递一组中继线或信息路径的控制信号。这种信令不使用语音或数据路径进行信令。

我们将在后续部分详细讨论信令技术。

信令技术类型

如上所述，信令技术分为两种，信道内信令和共通道信令。但是，根据所使用的频率和频率技术，它们进一步细分为几种类型。

划分如下图所示：

信道内信令

这种类型的信令用于承载语音或数据并传递与呼叫或连接相关的控制信号。如上图所示，信道内信令有不同类型。直流信令即使对于未放大的音频电路也简单、廉价且可靠。但是，对于放大的音频电路，可以采用低频交流信令。

当使用 FDM（频分多路复用）传输系统时，使用语音频率信令，因为无法提供低频信令和直流信令。这种语音频率信令可以是带内或带外。

带内信令

带内语音频率使用与语音相同的频段，即 300-3400 Hz，必须防止语音错误操作。其中一个例子是，一位女士的语音在 2600 Hz 左右产生了一个持续 100 毫秒的音调，被检测为线路断开信号，导致她的呼叫在对话过程中经常断开。此类问题排除了语音阶段的带内信令。

带内信令的优点是：

• 控制信号可以发送到语音信号可以到达的每个部分。

• 控制信号将独立于传输系统，因为它们与语音信号一起传输。

• 模数转换和数模转换过程不会影响它们。

带外信令

带外信令使用高于语音频段但低于标称语音信道间距 4000 Hz 上限的频率。信令在整个语音期间进行，因此允许对呼叫进行连续监控。由于需要额外的电路来处理这种信令的极窄带宽，因此很少使用。这两种带内和带外语音频率信令技术的信息传输容量有限。为了提供增强的功能，使用了共通道信令。

共通道信令

共通道信令使用单独的共通道来传递一组中继线或信息路径的控制信号，因为它不使用语音或数据路径进行信令。共通道信令由两种类型的节点组成，例如信令转接点 (STP) 和信令点 (SP)。

信令点能够处理直接发送给它的控制消息，但无法路由消息。信令转接点能够路由消息，并且可以执行 SP 的功能。

这种共通道信令以两种模式实现：

• 信道相关模式
• 信道非相关模式

信道相关模式

在信道相关模式下，信道紧密跟踪连接整个长度的中继线组。在这里，信令在单独的信道上进行；信令路径通过与语音路径相同的交换机集。

下图显示了共通道信令中相关模式的操作

语音路径 A-B、A-C-B 和 B-D 的信令路径分别为 A-B、A-C-B 和 B-D。此信令的优点是：

• 实施经济

• 中继线组的分配很简单

信道非相关模式

在信道非相关模式下，控制信道与中继线组没有紧密或简单的分配。它遵循与语音信号不同的路径，如下面的图所示。

语音路径 A-B 和 B-C 的信令路径分别为 A-C-D-B 和 B-D-C。信令和语音网络的网络拓扑结构不同。尽管此方案提供了灵活性，因为没有交换中心，但它有点复杂，因为信号消息可以通过共通道信令网络中任何可用的路径在两个端交换系统之间传输，这取决于其自身的路由原则。

用户分机交换机 (PBX)

私设交换机（PBX）可以理解为办公室或建筑物内部的本地交换机，用于内部通信。顾名思义，它是一个私有的交换机，是主交换机的分支，类似于连接到主环路的分支的本地环路。

私设交换机是在本地区域内的电话系统，它在本地线路上的用户之间切换呼叫，同时允许所有用户共享一定数量的外部电话线路。PBX 的主要目的是节省每个用户到中央交换局线路的需求成本。

下图显示了 PBX 的模型。

上图显示了 PBX 系统的早期模型。PBX 通常由本地办公室运营和拥有，用户通过它在该有限区域内连接。

PBX 的组成部分包括：

• 电话中继线，包含许多电话线路，并在 PBX 处终止。

• 处理 PBX 的呼入和呼出呼叫以及在本地环路内不同呼叫之间切换的计算机。

• PBX 内部的线路网络。

• 人工操作员控制台（可选）。

拥有所有这些以及 PBX 设备，就构建了本地分支交换机。PBX 交换机以前使用模拟技术运行。但是，这些交换机现在运行在数字技术上。数字信号通过普通电话服务 (POTS) 转换为模拟信号，用于本地环路上的外部呼叫。

TSSN - ISDN

在本章中，我们将学习综合业务数字网络。早些时候，数据和语音的传输都可以通过普通的 POTS（普通电话系统）进行。随着互联网的出现，电信也取得了进步。然而，数据和语音的发送和接收并非易事。人们可以使用互联网或电话。ISDN 的发明帮助缓解了这个问题。

将家用计算机连接到互联网服务提供商的过程过去需要花费很多精力。调制解调器单元（简称调制解调器）的使用是建立连接的必要条件。下图显示了该模型过去的工作方式。

上图显示了在整个路径中，数字信号必须使用调制解调器转换为模拟信号，模拟信号转换为数字信号。如果一端的信息以相同的方式到达另一端，无需所有这些连接会怎么样？正是这个基本思想导致了ISDN的发展。

由于系统必须通过电话交换机使用电话线来使用互联网，因此不允许使用电话进行语音通话。ISDN 的引入解决了这个问题，允许同时传输语音和数据。与传统的 PSTN（公用交换电话网络）相比，它具有许多高级功能。

ISDN

ISDN 最初在 1988 年的 CCITT 红皮书中定义。综合业务数字网络（简称 ISDN）是一种基于电话网络的基础设施，允许以更高的速度和更高的效率同时传输语音和数据。这是一个电路交换电话网络系统，也提供对分组交换网络的访问。

实际 ISDN 的模型如下所示。

ISDN 支持各种服务。其中一些列在下面：

• 语音呼叫
• 传真
• 视讯
• 电子报刊
• 电子邮件
• 数据库访问
• 数据传输和语音
• 连接到互联网
• 电子资金转账
• 图像和图形交换
• 文档存储和传输
• 音频和视频会议
• 自动报警服务，例如发送到消防站、警察局、医疗机构等。

ISDN 的类型

在几种接口类型中，一些接口包含信道，例如用于同时传输语音和数据的B 信道或承载信道；用于信令目的以建立通信的D 信道或增量信道。

ISDN 有几种类型的接入接口，例如：

• 基本速率接口 (BRI)
• 主速率接口 (PRI)
• 窄带 ISDN
• 宽带 ISDN

基本速率接口 (BRI)

基本速率接口或基本速率接入，简称为ISDN BRI 连接，使用现有的电话基础设施。BRI 配置提供两个数据或承载信道，速度为64 Kbit/s，以及一个控制或增量信道，速度为16 Kbit/s。这是一个标准速率。

ISDN BRI 接口通常由小型组织或家庭用户或本地组使用，限制在较小的区域内。

主速率接口 (PRI)

主速率接口或主速率接入，简称为 ISDN PRI 连接，由企业和办公室使用。PRI 配置基于美国、加拿大和日本国家的 T 载波或 T1，包括23 个数据或承载信道和一个控制或增量信道，速度为 64kbps，带宽为 1.544 Mbit/s。PRI 配置基于欧洲、澳大利亚和一些亚洲国家的 E 载波或 E1，包括30 个数据或承载信道和两个控制或增量信道，速度为 64kbps，带宽为 2.048 Mbit/s。

ISDN BRI 接口用于大型组织或企业以及互联网服务提供商。

窄带 ISDN

窄带综合业务数字网络称为N-ISDN。这可以理解为一种在窄频带内传输语音信息的电信。这实际上是数字化模拟语音信息的尝试。它使用 64kbps 电路交换。

窄带 ISDN 用于传输语音数据，它使用较少的带宽，在有限数量的频率上。

宽带 ISDN

宽带综合业务数字网络称为B-ISDN。它集成了数字网络服务，并通过普通电话线以及其他媒体提供数字传输。CCITT 将其定义为“需要能够支持大于主速率的传输信道的服务或系统”。

宽带 ISDN 速度约为 2 Mbps 至 1 Gbps，传输与 ATM（异步传输模式）相关。宽带 ISDN 通信通常使用光纤电缆。

由于速度大于 1.544 Mbps，因此基于此的通信称为宽带通信。宽带服务提供连续的信息流，该信息流从中央源分发到连接到网络的无限数量的授权接收器。虽然用户可以访问此信息流，但他无法控制它。

ISDN 的优点

ISDN 是一种基于电话网络的基础设施，它能够同时传输语音和数据。ISDN 有许多优点，例如：

• 由于服务是数字化的，因此错误的可能性较小。
• 连接速度更快。
• 带宽更高。
• 语音、数据和视频——所有这些都可以通过一条 ISDN 线路发送。

ISDN 的缺点

ISDN 的缺点是它需要专门的数字服务，并且成本更高。

但是，ISDN 的出现极大地促进了通信的发展。多路传输以更高的速度和更高的精度实现。