电话交换系统制式与发展简史

一、交换系统的制式和类型

1.交换系统的制式

            在交换技术发展的100多年中,出现了各种制式的交换机。制式 的变化反映了交换技术的不断发展。下面列出的各种制式实际上是 交换技术发展的一个缩影。
现就几个主要方面说明如下:
(1)人工与自动
            凡不需话务员人工接线,而由交换机完成自动接续的均称为自 动交换机。但自动用户交换机(Private Automatic Branch Exchange——PABX)接入公用网时,如中继呼入采用BID(Board In ward Dialing)方式,仍需由PABX的话务员介入?以完成接续。
(2)机电式与电子式
            电子式的主要标志是控制设备电子化,交换网络可以是金属接点。例如,可以采用笛簧或剩簧接线器,甚至可以使用纵横接线器。为了与全电子区别,可称为半电子交换机。由于笛簧、剩簧接线器动作速度比纵横接线器快得多,也可称为准电子交换机。当交换网络为电子接点组成的空分网络或由电子器件实现时分交换时,就是全电子交换机。
(3)空分与时分
            空分(Space Division——SD)是指通过交换网络的连接通路具有不同的空间位置,时分(Time Division——TD)是指通过交换网络的连接通路具有不同的时间位置,也就是采用时分复用方式。时分复用有脉幅调制(PAM)、增量调制(AM)和脉冲编码调制(PCM)方式。
(4)布控与程控
            布控是布线逻辑控制(Wired Logical Control——WLC)的简称,控制设备由完成预定功能的逻辑电路组成,也就是由硬件控制。
程控是存储程序控制(Stored Program Control SPC)的简
称,用电子计算机作为控制设备,也就是由软件控制。
机电式都是布控交换机(纵横制可引入少量程序控制),电子式则通常都是程控交换机
(5)模拟交换与数字交换
            模拟交换机的交换网络只能交换模拟信号,所有人工式、机电式、空分电子交换及PAM时分电子交换都属于模拟交换(Analog Switching)o数字交换(Digital Switching)则可以直接交换数字化的信号,必须采用数字交换网络。

2.交换系统的类型

            按照交换系统的应用范围,基本上可以分为以下几种类型:
            公用网交换机是用于公用网(Public Switched Telephone Network -PSTN)中的交换机,容量较大o汇接交换机通常也接有市话用户,而成为市/汇交换机。为了满足不同的需要,市话与长话功能也 可以合一七成为长市合一交换机。农话网也是公用网的一部分,县城 的妄换机可以采用长市农合一交换机。专用网交换机是指在铁道、交通、电力、石油以及军事通信网内 使用的交换机,要符合专用网的要求,通常要求具有强的组网能力。用户交换机也是专用交换机,通常在工厂、机关、学校等单位内部使用。现代的程控数字用户交换机容量范围也较宽广,并具有较强 的组网能力,也可以用于专用网或农话网。

二、交换技术的发展简史

1.布控交换技术的发展

            自从1876年贝尔发明电话以后,为适应多个用户之间的电话交换,在1878年出现了第一部人工磁石交换机,1891年又出现了人工 共电交换机。共电式比磁石式有所改进,但由于仍是人工接线,接线 速度慢,用户使用也不方便。1892年开通了第一个自动电话局,采用史端乔在1891年发明的自动交换机,称为史端乔交换机。用户通过话机的拨号盘,控制电话局中的电磁继电器与上升旋转型选择器的 动作,可以完成电话的自动接续。从此,电话交换开始由人工时代迈 入自动化的时代。
史端乔式自动交换机最先在美国开通后,不久又出现了德国西 门子式自动交换机。虽然在选择器结构和电路性能等方面有所改进, 但共同的特点仍然是由用户话机发出的号盘脉冲直接控制交换机的 动作,都称为步进制,属于直接控制方式。稍后,又出现了旋转制与升降制,开始引入间接控制的原理。用户的拨号脉冲由记发器接收后转发,以控制接线器的选择动作。采用记发器可以进行译码,增加了选择的灵活性,而且可以不一定按十进 位工作。旋转制选择器中的弧刷是作旋转运动,升降制是作上升下降 的直线运动,均称为机动制。不论是步进制还是机动制,接线器均须进行上升和/或旋转动作,噪声大,易于磨损,通话质量欠佳,维护工作量大。由继电器接点组成交叉矩阵的全继电器制的动作轻微,磨损减少,但只能做成小容量的交换机。
            纵横制交换机的出现,采用了比较理想的接线器并引入了公共控制方式,可以说是交换技术迈入自动化以后具有重要意义的转折点。纵横制起先是在瑞典和美国获得较广泛的应用。1926年,容量为4000门的第一部城市用纵横制交换机在瑞典投入使用,以后又在 农村推广使用。50年代初,瑞典爱立信公司开始大量生产和出口纵 横制,有ARF、ARM、ARK等系列。美国在1938年开通1号纵横 制,1943年开通四线制的4号长途纵横制、1948年又开通5号纵横 制。这样,到50年代初,纵横制交换系统的研制和发展,已达到了比 较完善和成熟的阶段。日本的纵横制在标准化、性能和经济性等方面,都有所改进和提高,研制了系列化的产品,如C400.C460用于市话,C63、C82用于长 话o C410具有集中小交换机(Centrex)功能。法国:英国也都研制了 自己的纵横制,如法国的潘特康特型,英国的5005型等。
            我国从50年代后期也致力于纵横制的研制,并陆续定型和批量生产。主要的型号有用于市话的HJ921型,用于长话的JT801理,后 者采用编码纵横接线器。此外还有HJ9O5型和HJ906型,属于用户 交换机。纵横制交换机中大量采用的纵横接线器和继电器仍是电磁元 件,与步进制、机动制同属于机电式。但是在机电式中,纵横制是最先 进的一种。与其它机电式比较,纵横制有两个主要的特点。第一个特点是采用贵金属接点的纵横接线器,杂音小,通话质量好,而且不易磨损,寿命长,维护工作量较少。第二个特点是采用公共控制方式,将 控制功能与话路设备分开,使得灵活性高,便于汇接和选择迂回路由,并由于性能全,接续快,能查定主叫用户号码,也便于实现长途自动交换。
综上所述,从20世纪初到50年代,布控方式的机电式交换机的 发展日臻完善。在话路接续方面,从笨重、结构复杂的选择器发展到 比较完善的纵横接线器;在控制方式上,从十进制直接控制(Direct Control)逐步发展到间接控制(Indirect Control),以至完全的公共 控制(Common Control)方式。
            公共控制方式的出现,使得话路设备和控制设备可以各'自采用 先进的技术」在话路设备方面,又陆续出现以笛簧接线器、剩簧接线器或螺簧接线器组成的交换网络,以及CMOS集成化交叉矩阵;在控制设备方面,则用集成化的数字电路取代继电器。这些都使布控交 换机的接续速度提高,体积缩小,并降低成本。但由于电子计算机的 迅速发展,就基本上跳越了布控的电子交换机,而立即跨入程控电子 交换机的时代。

2.模拟程控交换技术的发展

            1965年,美国首先开通了 1号ESS,引入了程控交换技术,是交换技术发展中又一个具有重大意义的转折点。从此,各国纷纷致力于程控交换系统的研制,使之显示了巨大的优越性和生命力
(1)程控交换的优越性
程控交换的优越性可以概括如下:
①灵活性大适应性强
            程控方式能适应通信网的各种网路环境、性能要求和各种变化, 在诸如编号计划、路由选择、计费方式、信令方式和终端接口等方面, 都具有充分的灵活性和适应性。
②能提供多种新服务性能和新业务
            程控方式主要依靠软件可提供多种新服务性能,如箱位.拨号、热 线、闹钟服务、呼叫等待、呼叫转移会议电话等。还便于实现综合交 换,提供话音和非话业务。
③便于采用公共信道信令系
            公共信道信令(Common Channel Signalling CCS),或称为共路信令,是在与话路分开的信令数据链路上集中传送大量话路的信令,信令容量大,传送速度快。信令链路实际上就是在两个交换系• 统的处理机之间相连的高速数据链路,由处理机快速处理、编制各条 话路的信令,对信令的传送进行有效的控制和管理。
④易于实现维护自动化和集中化
            程控方式充分利用软件进行故障处理和故障诊断,自动切换故障部件,并将故障定位到一块或几块印制电路板上,使维护工作量降至最低。还可设立集中维护操作中心(Centralized Maintenance and Operation Center CMOC),对所属各局进行集中的操作维护,减少维护人员。
⑤便于运行管理
            通过人机通信,便于进行日常的运行管理。还可以自动收集和输 出反映运行状况的大量数据,例如各种话务统计数据,可以更为及时而准确地了解服务质量,并作为设备、路由等方面调整的依据。
⑥减少了机房面积和负荷
            由于采用电子器件,减少了设备的体积和重量,节省了建筑费 用0与纵横制相比,还可节省大量的有色金属。
(2)模拟程控交换系统的发展概况
            贝尔系统的1号ESS开通后,又陆续研制了 2号ESS、3号 ESS」号和2号ESS开始都采用铁簧接线器,驱动电流大,3号ESS 采用剩磁笛簧接线器,体积缩小,工作可靠。以后,1号和2号ESS也 改用剩簧接线器。在中央处理机方面,1号ESS后来换用了 1A处理 机,工作速度和呼叫处理能力均大有提高。美国GTE公司也研制了 1号 EAX。
日本在1969年于东京开通DEX — 2,这是日本第一部投用的 控交换机?为了降低成本,又改为DEX-21型,最后定型为D10型, 成为日本集广使用的一种标准型式。第一部D10于1972年在东京 开通。D10适用于万门以上的大局,D20和D30则适用于中小容量 局。
IP电话交换系统
            “法国风[964年起制订了规模较大的电子交蓼机研制睛发展计 划?经过、系列试验,定型为E—1系列,有E10.E11.E12,其中E11 为模拟程控,E10和E12为数字程控。E11是在梅特康特L(Metcon- ta L)的基础上,按照法国的要求而设计,交换网络采用螺簧或剩簧 接线器,适用于大型市话局,使用两套ITT 3200专用处理机,埴务存担方式工作。
瑞典爱立信公司研制的AKE120于1968年开通屎用缜码接线器。后又研制了 AKE12,于1971年开通。1972年开始研制AXE10 模拟程控交换机,于1976年开通。AXE10采用两级处理机:区域处理机和中央处理机。
            德国从1968年起积极开展标准制式EWS系列的研制,EWSO 与EWSF为模拟交换机,前者用于市话,后者用于长话,EWSD为数 字交换机o 1973年开通了 EWSO试验局。模拟的EWS交换机采用 密封充气保护的小型磁保持继电器组成交换网络。
         除上述国家外,主要的模拟程控交换机还有ITT的梅特康特 10C.10RU1A.11C,加拿大北电的SP-1,荷兰的PRX-2O5,英国 的TXE-4A等。TXE-4A并非完全的SPC方式,而是部分程控 化,可称为程序逻辑控制。由于没有合适的电子接点,模拟程控交换机中普遍采用金属接 点。剩簧继电器不需要电流保持,是比较理想的金属接点。也有少数 采用小型接线器,如日本的小型纵横接线器和法国的螺簧接线器,也 加快了动作速度。作为中央控制设备的处理机的进展,表现在提高执行速度和处 理能力。为适应程控交换的特殊需要,可采用专用处理机,可以具备 一些专用指令,例如寻1指令,以简化程序编制和提高处理速度。内 存由早期的磁芯存储器改用半导体存储器,外存由磁鼓改用磁盘和 磁带,增加了可靠性,减少了体积,并使成本下降。早期的程控交换机采用双机集中控制。在1号ESS中,首先使 用了双机微同步方式,接着出现了话务分担方式以及热备用方式。后 来又向多机分散控制方式发展,但由于已转向数字交换,故在模拟程 控交换机中主要还是采用双机集中控制方式,少数则出现了两级处 理机分散控制方式。
交换系统的硬件与软件均趋向于模块化设计,以便于扩充,提高 灵活性、适应性和可靠性。程序的编制早期采用汇编语言。为了提高 大型软件系统的开发效率,不少国家推出了专用的高级语言,如法国 的PAPE语言,瑞典的PLEX语言,日本的DPL语言,美国的EPL语言等。对于实时性要求高、注重代码效率的程序仍然使用汇编语言。随着模拟程控的发展,为提高软件生成效率,向各种类型、容量 的交换局提供局文件(包括系统程序、局数据和用户数据),各国都普 遍重视支援系统的开发,建立了软件中心。

3.数字程控交换技术的发展

            法国在1970年开通的E10A是首次投用的数字交换机,从此开始了数字交换的新时代。
(1)交换的优越性
数字交索必然采用先进的程控方式,故除去上述程控方式的优 点以外,还显示了以下的优越性:
①体积小,重量轻,显著节省机房面积。
在模拟交换机中,话路 设备占有很大的比重。在数字交换机中,由于大量采用大规模或超大 规模集成电路(LSI或VLSI),并且是时分多路复用,从而显著缩小 了体积和节省了机房面积。据一般估计,数字交换机比模拟程控交换 机的机房面积缩小一半,而仅为机电式交换机机房面积的1/6〜 1/10。
②可靠性高。
由于大量采用大规模集成电路甚至超大规模集成 电路,以及机间布线简化,使可靠性显著提高。
③交换网络阻塞率很低,容量大,动作速度快。
由于采用时分多 路复用,使得数字交换网络的容量大而阻塞率甚微,甚至完全无阻 塞,提高了服务质量。由于阻塞率很小,可以适应较大的话务负荷波 动,中继线可以有很高的利用率。由LSI或VLSI构成的数字交换网 络可以高速工作,与处理机配合方便。
④便于采用数字中继和灵活组网。
用PCM传输的数字中继便- 于和数字交换机配合,不再需要模数和数模转换,传输质量好。数字 交换和数字传输结合在一起,可构成综合数字网(Integrated Digital Network—IDN)(还便于设置远端模块,使得网的结构更加灵活
而经济。
⑤适应综合业务数字网的发展。
数字交换机有利于开放各种非 话业务,如数据、文本、图像等业募',从而在综答数字网的基础上,向 综合业务数字网(Integrated Services Digital Network ISDN)。
(2)数字程控交换系统的发展概况:
            从60年代后期起,美国贝尔系统经过几年的努力,推出了大型 长途数字程控交换系统4号ESSO第一个4号ESS局于1976年在 芝加哥开通。4号ESS容量为107000线,处理能力为550k BHCA, 采用双套1A处理机同步工作,并采用信号处理机,以使轻1A处理 机的负荷。4号ESS还采用了公共信道局间信令方式(Common Channel Inter-office Signalling——CCIS);类泅于 CCITT 的 6号 CCSo采甬CCIS后,长途电话的接续时间大为减少。美国向数字化过渡的方针是先使长途交换数字化。随着数字化的迅速发展s又研制了市话数字交换机5号ESS。5号ESS采角分散 控制的模块结构,可适用于较小容量直到10万门「80年代攵并发了 更先进的5ESS-2000,以适应通信网向宽带化、智能化的发展。在交换机内部采用了 32Mb/s的光缆传输链路,提高了抗噪声能力和简 化了机架布线。编程语言采用C语言。GTE公司也研制了 3号EAX 和5号EAX,前者为长途数字交换机,后者为市话数字交换机」法国非常重视数字交换,从一开始就与模拟程控交换机并行研 制,而且先用于市话网o在1970年开通的E10A型是世界上首先应 用的数字交换机,但非完全的SPC方式,而是程序逻辑控制,交换网 络为单级T,容量不很大。在E10A的基础上又推出E10B、E12、 E10S等型号。E10B采用TST网络,E12是TSSST网络。法国的汤 姆逊公司也曾研制了 MT系列,包括MT20、MT25、MT30和 MT35o
程控电话交换系统架构
            瑞典在成功地开通模拟的AXE10程控交换机的同时,又积极 投入数字交换系统的研制,使AXE10向圣数字化过渡《第一部AXE10数字市话交换机于1978年在芬兰开通,在国内也陆续开通 多个话局。AXE1O数字型与模拟型的总体结构相似,只需更换有关硬件模块与软件模块,即能将模拟型转为数字型。首先考虑的是选'组级的数字化,用数字选组级代替模拟选组级,后来又将用户级实现数字化。日本在国内使用D6O长途数字交换机和D7。市话数字交换机, 这是通过DTS-1型数字交换机的试用而定型的o此外,富士通公司 研究了 FETEX-15O,日本电气公司研制了 NEAX6"日立公司研 制THDX1O,主要供出口用。
            竭项加拿大北方电信公司在70年代中期开始了数字交换系统DMS 系列的研制,包括远端模块DMS1、中小容量市话交换机DMS10.大 容量市话交换机DMS100.长话交换机DMS200和国际受换机 DMS300。1977年开通了 DMS1和DMS10,以后又陆续开通了 DMS200.DMS100和DMS300。在80年代又更新为DMS超节点系列。德国在1979年决定集中研制以未来ISDN为基础的数字交换 系统EWSD,80年代初开始使用o EWSD的交换网络是TSBT结构, 随不同局规模配置S级。中小容量的DE3型、DE4型采用单S级,即 TST网络;大容量DE5型的S级为3级,即TSSST网络。EWSD采 用CCITT的CHILL语言编程。
            国际电话电报公司(ITT)开发了具有特色的12系统,在1981 年选定S1240为发展对象,1982年在比利时、德国相继开通了几个 市话局和长话局。S124O的设计目标是全数字化、全使用范围、全分 布式控制、对故障保险和对未来保隆。该系统取消了传统的中央处理 机,而将控制功能分散到各个外围模块的终端控制单元,并配置一些 辅助控制单元完成较高层的呼叫控制功能,如数字分析和资源忙闲 管理等oS1240采用CHILL语言和8086汇编语言编程。后来,S1240 归入法国阿尔卡特公司的1000系列。
除去上述系统外,主要的数字程控交换系统还有英国的系统
            荷兰的PRX-D,意大利的Proteo和UT型,丹麦的DX-200 型等。巴西也推出了 TROPICO数字程控交换系统,韩国则研制了 TDX-10 系统。
在早期曾有过发展模拟程控还是数字程控之争,但进入80年代 以来,数字程控由于具有巨大的优越性,而确立了作为发展方向的地 位。当然,其间也有一个发展过程。早期出现的数字市话交换机的用 户级并未数字化,而是采用模拟用户级,在用户级集中后再进行模数 转换,以降低由于大量使用单路编译码器(Codec)而引起的成本激 增。随着大规模集成电路技术的进展.Codec的成本日益下降,每个 用户电路可以使用Codec,从而使用户级数字化,成为全数字交换 机。例如,AXE10和NEAX61等都是先使用模拟用户级,而后改为 数字用户级,也就是经历了从混合数字交换机走向全数字交换机的 过程。数字交换机中的用户电路功能复杂,用户电路的高集成化、全 固化及其价格,仍然是影响数字市话交换机的成本、性能和功耗的很 大因素。
            数字交换网络有TSnT和SnTS^两种基本结构,由于存储器价 格下降等因素,目前已趋向于TSnT型。此外,还出现了集成化的空 时结合的交换单元,例如256X256.1024X1024等。S1240采用由专 用集成电路实现的具有智能的空时结合交换单元,可组成可靠而灵 活的数字交换网络,并且是实现全分布式控制的有力支援。
数字交换机普遍采用CCITT的7号共路信令方式。也就是说, 一方面从随路信令(CAS)走向共路信令(CCS),另一方面又从适用 于模拟网的6号共路信令走向适合于数字网的7号共路信令。随着微处理机技术的迅速发展,数字交换机普遍采用多机分散 控制方式。在软件方面,除去部分软件要注重实时效率或与硬件关系 密切而用汇编语言编写以外,普遍采用高级语言,有不少系统采用 CCITT的CHILL语言。对软件的主要要求不再是节省存储器,而是 要提高可靠性、可读性、可维护性,使用了结构化分析与设计、模块化 设计、结构化程序设计等现代软件设计技术,并开发了更有效的支援系统。
            如何适应向ISDN的发展是数字交换系统的主要设计目标之一。几乎所有主要的数字程控交换机都推出了在原有系统结构上实 现窄带ISDN业务要求的方案,有些已投入使用。
综上所述,到了 80年代,交换技术已实现了从模拟走向数字,从随路信令走向共路信令,从集中控制走向分散控制,从话音交换走向 话音/非话综合交换,并且具备了比较完善的支援系统。

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