電気通信交換機
電気通信交換。電話交換または電話交換とも呼ばれます。電気通信において、電話交換機は、接続された電話が通信できるようにする電子システムです。中央処理室は、電話回線を接続し、通話情報を伝達するさまざまな機器（電話交換機を含む）が配置されている場所で、電話ビルまたは電話室とも呼ばれます。
古い手動電話交換機
最新のコンピューターは光ファイバー ネットワーク スイッチを自動的に制御します
動作の仕組み
電気通信では、電話通話を接続する交換機を収容するために交換機または中央局が使用されます。リンクを確立して音声メッセージを中継し、電話が機能できるようにします。電気通信交換機は、交換機によって提供されるサービスを指します。
電気通信交換局の多くは、長距離通話をルーティングする長距離局です。各長距離オフィスには 2 桁または 3 桁の市外局番が割り当てられます。以前は、市外局番は交換局の名前に対応していました。たとえば、869-1234 は TOWnsend 9-1234 を表し、場所によっては TOWnsend 1234 を表すこともあります (ダイヤルするときは大文字と数字のみがダイヤルされます)。
歴史
手動電話交換手は、電話交換機の配線を抜き差しして電話を接続します。
1878 年に、最初の電気通信交換局がコネチカット州ニューヘブンに開設されました。配電盤は「胴ネジ」で製作し、マイクカバーと電話コードはハンドルに取り付けます。同時に 2 つのセッションを処理できます。(米国国立公園局(ページ アーカイブ バックアップ、保存場所) を参照してください)。
電話交換手は、1 ～数百のパッチ パネルの組み合わせに取り組みます。各オペレーターの座席の周囲に 1 ～ 3 つのパッチ パネルがあり、ボード上には 1/4 インチのヘッドフォン ジャックの列があり、前面には電話線があります。各回線は電話回線のエンドポイントです。発信者が電話機を上げると、対応するソケットの近くのライトが点灯し、オペレーターは受話器を取り上げて「電話番号は何ですか?」と尋ねることができます。その後、電話番号が範囲内にある場合は、プラグがローカル ジャックに差し込まれ、着信側の呼び出し音が鳴り始めます。それが彼の管轄下にない場合、彼はハンドオーバー回路に接続します。この時点で、他の接続ボードの前にいるオペレーター、または数千マイル離れた別の部屋にいるオペレーターが次のステップに進みます。
1891 年 3 月 10 日、カンザス州トベカの葬儀屋アルモン ストログは、ステップ スイッチとしても知られるストログ スイッチを発明しました。このデバイスは、回線交換電話技術を自動化の時代にもたらしました。オリジナルの特許に基づいて多くの拡張と改良が行われていますが、最もよく知られている設計は、それぞれ 10 個の異なる出力を持つ 10 層のコンタクタを配置して円弧を形成し、入力に接続された中心接点を設定するというものです。円の中心にあるデバイス。電話をかける場合、2 つの番号をダイヤルするたびに、最初の番号で中央の接触子が対応するフロアまで上下し、2 番目の番号でフロアに対応する 10 個の接点のうちの 1 つに回転します。
これらのステップ スイッチは一列に配置されており、最初のスイッチは「ライン ファインダー」と呼ばれる「オフフック」加入者回線の検出に使用され、最大 100 回線を検出できます。回線ファインダは、加入者の回線を「ダイヤル トーン」回線に接続し、ダイヤルする準備ができていることを加入者に知らせます。次に、ユーザーは 1 秒あたり約 10 パルスの速度でパルス ダイヤルを実行します (国によって規制は異なります)。
Strogg 設計に基づくスイッチは、後にクロスバー (別名クロスバー) テクノロジーによって挑戦されました。新しい電話交換機はより高速な交換速度を保証し、ストログの 1 秒あたり 10 パルスの約 2 倍である、1 秒あたり約 20 パルスのダイヤル速度を受け入れることができました。クロスバーがステッパーに完全に置き換わるまでは、デュアルトーン多重周波数 (DTMF) 信号 (プッシュホン ダイヤルをサポートできる) を使用するソリッドステート リレー スイッチが最後の勝者でした。中国では数種類のクロスバースイッチ（一部は自社開発）が導入されましたが、普及する前により高度なプログラム制御スイッチに置き換えられました。
DTMF をパルスに変換し、古いステッパーまたはクロスバー スイッチに送信する DTMF「接続ファインダー」を使用して、パルス ダイヤルから DTMF への移行が行われています。この技術は 1990 年代後半までまだ使用されていました。
1930 年 12 月、ニューヨーク市は米国で最初に 2 文字 + 5 桁の形式を使用する地域となり、第二次世界大戦までは唯一の地域でした。その後、この形式は米国の他の地域でも採用されています ( 1930 年代から 1950 年代初頭までのフロリダなどの一部の地域では、交換機名を表す 2 文字とそれに続く 4 桁の数字から成る 6 桁の電話番号がありました (「DUnkirk 0799」など)。1950 年代半ばまでは、名前の直後の数字が「0」や「1」になることはありませんでした。実際、 「0」はロサンゼルスのすぐ近くを除いてまったく使用されませんでした（電話番号のプレフィックス「ベンソンハースト 0」） 「The Honeymooners」で使用されています。有名なテレビのホームコメディで架空の詳細として登場しました）。
1955 年に、ベル システムは、さまざまな番号の組み合わせの名前を「推奨名前リスト」に整理することにより、名前付き市外局番を標準化しようとしました。1961 年、ニューヨーク電話会社は「選択文字」スイッチを導入しました。最初の 2 文字は名前の始まりではなくなり (例: 「FL 6-9970」)、その後 1965 年には、全国のすべての新しい電話番号に数字のみが含まれるようになりました (ウィチタ滝は1958 年に米国で初めてこれを実施しました)。しかし、1970 年代まで、既存の番号では古い方法が使用され続けました。シカゴの絨毯販売業者は、よく WGN ラジオで自分の電話番号「NAtional 2-9000」（ナショナル 2-9000）で宣伝していますが、言うまでもなく、TYler 8-7100（テキサスの田舎町、タイラー村）はデトロイトの建築業者の名前です。上。
1958 年に加入者トランク ダイヤル (STD) が導入されるまで、英国のほとんどの地域では文字付きの電話番号は使用されていませんでした。アルファ ダイヤルは、ガイド付きエリア (バーミンガム、エディンバラ、リバプール、グラスゴー、ロンドン、マンチェスター) とそれらに隣接しない非ガイド付きエリアでのみ使用され、これらの交換では 3 文字 4 桁の形式が使用されていましたが、1968 年まではすべて次のように変更されました。数字。
電話番号に関する豆知識
交換機間の配線は固定されており、再配線が難しいため、一部の大都市交換機は、北米の標準の 7 桁の電話番号の最初の 2 つまたは 3 つの同じ番号を持つ通話を処理するためにのみ使用されていました。パッチ パネルで手動交換を行っていた時代の後、交換機は通常の電話通話で交換機名の最初の 2 文字をその交換機の数字のプレフィックスとして使用することが多くなりました。例: CAstle (22、Castle)、TRinity (87、Trinity )、Mutual (68、Union)。「57」、「95」、「97」など、特定の数値の組み合わせはこの命名規則に従っていませんでした。これが、命名システムの最終的な非推奨につながる要因の 1 つでした。もう 1 つの要因は、市外局番が足りない場合に備えて、より多くの番号が必要になることです。
8、9、0 が多い電話番号は、ステップ スイッチのパルスに時間がかかるため、ダイヤルに時間がかかることを意味します。通常、公衆電話にはほとんど電話がかからないため、電話会社はこれらの「大きな」番号を公衆電話に割り当てます。
リンク内のすべてのスイッチの基本機能をテストするために、すべての 5 (555 ～ 5555) が特別な「テスト」番号として予約されています (スイッチ列の中央の上下左右に配置されています)。「555」交換番号には実際に番号が割り当てられたことはありません。そのため、今日のテレビ番組や映画番組では常に 555-xxxx の番号が使用されます (以前は、これらの番組では、何かを表現するために下 4 桁の特定の組み合わせがよく使用されていました)。 、西海岸では「0079」が使用され、他の多くの場所では「9970」が使用されます。例としては、テレビ シリーズ「ペリー メイソン」や 1948 年の映画「ごめんなさい、間違った番号」などがあります)。このようにして、プログラム内の偽の番号を使用して実際に誰かにダイヤルすることは不可能になり、多くの誤解を避けることができます。1982 年、ロック ミュージシャンのトミー チュートーンによる「867-5309/Jenny」という曲の歌詞には、867-5309 がジェニーという名前の女の子の電話番号であることがほのめかされており、その結果、この電話番号に市外局番を付けて電話することが流行しました。ジェニーに挨拶するためのさまざまな場所で、多くのユーザーが迷惑電話を受けています。実際、米国の多くの電話会社は、その番号を使用しなくなっているか、テスト目的で保持しています。
ただし、現在フィクションに使用できるのは 555-01xx で始まる番号のみであり、他の 555 番号は「情報提供者」に割り当てて使用することができます。副作用として、使用できる架空の数字の数が 100 のみに減少するため、映画やテレビで使用される数字も使用されます。「958」と「959」の両替所もほとんどの地域で予約されているため、これらの数字で始まる番号を使用する企業や個人はほとんどありません（ただし、この事実は多くの人に知られていないため、フィクション作品でこれらの番号を使用する人はほとんどいません）。 。
グレン・ミラー・オーケストラが演奏する「PEnnsylvania 6-5000」（ペンシルバニア）は、まさにニューヨークのペンシルバニア・ホテルの番号を意味します。この番号に電話したい場合は、代わりに (212) 736-5000 にダイヤルすると、ホテルも見つけることができます。
テクノロジー
この記事では次の用語を使用します。
- 手動接続サービスとは、ダイヤルせずにオペレーターが手動で電話を交換機に接続するサービスです。
- ダイヤルアップサービス ダイヤルした番号が交換機によって自動的に接続される切替方式を指します。
- 電話交換機 機器が設置され、操作される部屋を指します。
- 電話交換機とは、交換プロセスで使用される機器を指します。
- コンセントレータスイッチに統合されているかどうかに関係なく、コンセントレータ自体を指します。
- オンフック 回線が「使用中」の状態を指します。
- オンフックとは、回線がアイドル状態であることを意味します。
手動配線サービス
電話スイッチ
手動サービスでは、ユーザーはオフフックになり、オペレーターに番号に接続するように依頼します。着信番号が同じ電話局内にある場合、オペレーターは、その番号に対応する交換機のジャックに回線を差し込んで通話を確立します。いわゆるライン。通話が別の局への場合、オペレータは他の局のトランク回線を挿入し、その局のオペレータ (「転送」オペレータと呼ばれる) に応答して通話を確立するように依頼します。
大都市ではほとんどの手動交換局が一般的であり、今日と同様に電話回線は中央局から供給されていました。電話機を上げると回線状態がオンフックになり、オペレータ交換機のランプが点灯し、ブザーが鳴ります。一般的な電力共有システムでは、電話機がオンフックまたはアイドル状態のとき、ユーザーの電話機から交換機 (または手動交換機) までの 1 本のケーブルがオープンになります。電話交換機からエンドポイントまでの配線には DC 48 ボルトの電圧がかかります。ユーザがオフフックになると、電話機は 2 本のワイヤ間に DC インピーダンスを適用します。手動交換時は、オンフック状態で電流が流れ、操作卓のブザーと点灯します。ブザーとライトは、顧客がサービスを要求するために電話中であることをオペレーターに知らせます。交換機に接続されている場合は、電話を取るとリレーが閉じて、加入者回線をダイヤルトーンと番号受信装置に接続します。
小さな町では、初期の頃は磁石電話、またはクランク電話が一般的に使用されていました。ユーザーはロッカーを回して電流を流し、コール アピアランスを起動し、オペレータに着信を通知します。ユーザーの家のバッテリーは、セッションに必要な電流を供給します。磁石システムは、1980 年代後半まで米国のいくつかの小さな町でまだ使用されていました。
ニューヨーク市のような大都市に何百もの中央オフィスがある場合、そのすべてを手動サービスからダイヤルアップ サービスに切り替えるには何年もかかります。このプロセスでは、手動サービスへの転送を自動化するために、ユーザーがダイヤルした番号を表示する特別な交換機が使用されます。たとえば、MUrray Hill 交換局のユーザーが電話を取り、CIty Island 交換局のユーザーにダイヤルした場合、ユーザーは宛先の電話番号が手動で配線されたことを知る必要はありません。この番号にダイヤルすると、CIty Island 交換機の着信オペレーターにつながり、交換機から電話番号を確認して回線を適切なジャックに接続できます。
デジタル化前のプログラム制御によるスイッチング
プログラム制御スイッチング、つまりダイヤルアップ サービスは、1900 年代初頭から存在しています。目的は、人間の電話交換手を減らすことです。プログラム制御による交換機が登場する前は、オペレーターは電話をかけるたびに接続を確立する必要がありました。現在、オペレーターはほぼどこでもプログラム制御のスイッチに置き換えられています。電話交換機は、プログラム制御の交換機の中枢です。これは、ある電話から別の電話に通話をルーティングし、通常は公衆交換電話網(PSTN) の一部です。
ローカル交換機は、電話機のオフフック ステータスを自動的に感知し、その電話機にダイヤル トーンを提供し、パルス トーンまたはDTMFトーンを受け入れて、同じ交換機上の着信側の電話機または遠隔地にある別の交換機に着信コールを接続します。 。
その後、スイッチは、一方の通話者が電話を切るまで接続されたままになり、その時点で接続が切断されます。接続の状態を追跡することをモニタリングと呼びます。スイッチに請求装置などのより多くの機能コンポーネントを統合できるようにすることもできます。
Bell System のダイヤル サービスには、Automatic Number Identification (ANI) と呼ばれる機能が実装されています。ANI は、自動請求、フリーダイヤル 800 番号、911 (緊急通報者) などのサービスをサポートできます。手動サービスでは、オペレーターは、どのイヤホンジャックの近くにある交換機のライトによって、誰から電話がかかってきたのかを判断できます。初期のダイヤルアップ サービスには ANI はありませんでした。長距離電話はオペレーターのチームによって処理され、発信者の電話番号を尋ねられ、その番号が紙のチケットに書かれます。
初期のスイッチには、モーター、カム、ロータリー スイッチ、リレーが含まれていました。ある意味、スイッチはリレー ロジック用のコンピューターです。自動スイッチには、ストロー形式（ステップスイッチとも呼ばれます）、フルリレー形式、XY形式、配電盤形式、クロスバースイッチなどの種類があり、総称して電気機械スイッチと呼ばれます。
電気機械信号伝達
2 つのスイッチを接続する回線は局間トランクと呼ばれます。SS7 より前は、ベル システムの電気機械スイッチは米国の幹線でさまざまな電圧とトーンを使用していました。これらは今日ではほとんど見られません。
特定のシグナリングは、ダイヤルされた数字によって通信されます。初期の形式は交換機通話指示パルスと呼ばれるもので、非標準形式のパルスをいくつか使用して 2 つの交換機間の通話を設定しました。おそらく、電気機械スイッチ間のダイヤル デジタル通信のより一般的な形式は、ダイヤル パルスを送信することです。これは、ダイヤル パルスを逆に送信するのと同じですが、スイッチ間のトランク回線上で送信されます。Bell System の幹線では、クロスバー スイッチとクロスバーは通常、1 秒あたり 20 パルスで送信します。これは、Nortel/Bell システム電話をダイヤルする場合の 2 倍の速さです。スイッチは数字のリスニングに半分の時間を費やすため、より高速なパルス レートを使用すると、トランク インフラストラクチャがより効率的に動作できるようになります。DTMF はトランク シグナリングには使用されません。デジタル化以前は、多重周波数 (MF) が信号伝達の最後の形式でした。DTMF とは異なるトーンのセットを使用しますが、ペアでも使用します。ダイヤル前にスペシャルキーパルス（KP）信号を入力し、ダイヤル後にスタート（ST）を付加してダイヤルします。ベルシステムMFトーンシステムの1チャイムがCCITT規格となりました。同じシステムは、米国およびスペインを含む一部のヨーロッパ諸国でも使用されています。スイッチ間で送信される数字の文字列は、機能を向上させるために短縮されることがよくあります。たとえば、交換機は電話番号の最後の 4 桁または 5 桁のみを送信する場合があります。場合によっては、2 つの市外局番を区別するために、7 桁の番号の前に 1 桁または 2 桁が付加されます（通話ごとに 2 桁が節約されます）。これにより、トランクの効率が向上し、スイッチに必要なデジタル トランシーバの数を減らすことができます。すべての電気機械スイッチは、多数の巨大な金属部品でできています。1 秒を半分に分割できれば、より少ないラックでより多くのトラフィックを処理できます。
通信監視または通話プロセスに使用されるその他のシグナリングには、 E および M シグナリング、単一周波数シグナリング、ロブド ビット シグナリング (RBS) などが含まれます。伝送される信号パスの数ではなく、物理的な接続の観点から見ると、E および M シグナリングの幹線には 4 つの回線があります。スイッチ間のトランクが 50 個ある場合、100 ペアが必要になります。これら 4 つのラインは、それぞれ「トップ、ベル、アイ、イヤー」と名付けられています。E および M シグナリングを使用する場合、2 つのスイッチが同じトランク回線で同時にダイヤルアップ コールを開始しないようにするために、ハンドシェイク プロセスが必要です。ハンドシェイク プロトコルは、ライン電圧がグランドから -48 ボルトに変化すると開始されます。DC 電圧の変化を通じて、ローカル交換機は通話を受け入れる準備ができているという信号を送信し、リモート交換機はダイヤル パルスを送信しようとしているという確認応答を返します。これは、リレー ロジックと離散電子スノーによって実現されます。トランク回線上のこれらの電圧変化により、加入者回線で「ポップ」や「ガ」などの電流音が聞こえ、ハンドシェイク プロトコルが段階的に進行していることを示します。別のハンドシェイク プロセスは、請求目的のタイミングを開始するために使用されます。着信側が応答すると、追加のノイズが発生します。
もう 1 つの一般的なモニタリング シグナリングは、単一周波数シグナリングまたはSF シグナリングと呼ばれます。最も一般的な形式は、トランクがアイドル状態であることを示すために固定 2600Hz トーンを使用することです。スイッチが 2600 Hz の音を一定時間聞くと、アイドル状態になります (継続時間を要件とすることで、エラーの可能性を減らすことができます)。一部のシステムでは、3000 Hz を超える音響周波数、特に SSB 周波数多重マイクロ波帯域を使用します。T-1 デジタル キャリアでは、数値の形式はAlternate Mark Inversion (AMI) と呼ばれ、シグナリングは T-1 デジタル ストリームからビットを取得することによって伝送されることがあります。注意深く設計されていれば、剥げたビットがデバイスの品質に影響を与えることはありません。これは、DC 電力が継続的に供給できない場合に、デジタル キャリアまたはパルス ダイヤルを介して 2 つの電気機械スイッチ間の E および M 信号を直接サポートします。
機械電話網のさまざまな音声
電気機械式スイッチング装置の特徴は、保守担当者がステッピング機構と交差するリレーの音を聞くことができることです。ベルシステムの中央局の多くは鉄筋コンクリート造で、天井も床もコンクリートで作られています。田舎では、通信ダイヤル局 (CDO) などの特定の小規模交換施設が鉄製の家に設置されている場合があります。これらの施設では常にコンクリート床が使用されています。この固体表面は音を反射します。
混雑時には、大きなスイッチがカチカチという音を立てて通話を処理するため、お互いの雑談が聞き取りにくくなります。たとえば、米国では月曜か金曜の夕方5時ごろ、カタカタという金属音が聞こえ、思わず声を上げてしまいます。その音は、あられが金属屋根に当たるような音でした。日曜日の早朝には、通話処理が遅くなり、個々の通話がダイヤルされ、接続されている回線が聞こえる可能性があります。その他のノイズ源としては、うなり音を発する電力変換器やハミング音発生器があります。一部のシステムで使用されているワイヤスプリング リレーは、「クリック、クリック、クリック」というリズミカルな音を継続的に発し、再配置 (1 分あたり 120 回) とビジー (1 分あたり 60 回) の両方を知らせます。ベル システム電話網では、通常、警告ベル、ゴング、ゴングなどのいくつかの警報音が鳴ります。特定のスイッチコンポーネントに障害が発生した場合、アラームを発することができます。もう 1 つのノイズ源は、スイッチの総合制御ユニットに接続されているパンチカード障害報告システムです。障害報告システムは、内部デバッグ コードに対してカードに穴を開け、障害発生時に実際に何が起こったかを記録します。
管理とメンテナンス
電気機械システムのメンテナンスは、一部は DC 電気的に行われ、一部は機械的に調整されます。最近のスイッチとは異なり、通話が行われた後、スイッチを流れる DC 電流は一定です。音声は金属でできた物理的なワイヤーを介して送信されます。
すべてのシステムにおいて、ユーザーはメンテナンスの失敗によるサービス品質への影響に気づくことは期待されていません。多くの「ビジー」機能が電気機械スイッチにコンポーネントとして組み込まれており、システムに障害が発生したときに、スイッチの影響を受けるすべての回線をアクティブとしてマークし、スイッチング ロジックを別の場所にルーティングできるようにします。TD ツールも同様の役割を果たし、ユーザーが電話料金を期限までに支払わない場合、サービスは一時的に停止されます。これは、ユーザーのローカル機器 (クロスバー) または回線グループ (ステッパー) に影響します。ユーザーは通話を受けることはできますが、ダイヤルアウトすることはできません。
ベルシステムのストログの段階的な交換に関するメンテナンス作業が続けられました。定期的な清掃が必要です。ステッピング ステーションの機器パネルのインジケータ ライトは、オペレータにいくつかの状況を知らせるために使用されます。たとえば、ヒューズが切れている場合、通常は白色のライトが点灯します。あるいは、何かが詰まっている場合 (たとえば、機械が故障している場合など)常にオンフック）、通常は緑色のライトが点灯します。ステッピング ビューローは、新しいテクノロジーに比べて単一障害点が発生しやすくなります。
クロスバーは、より一般的で汎用的な制御回路を使用します。たとえば、デジタル トランシーバー (ソース レジスタコンポーネントの一部) は、ユーザーがダイヤルした番号を受け入れる必要がある間のみ通話に接続されます。ステップに比べて柔軟性に優れたクロスバー構造。後のクロスバー システムには穴のあいた障害記録システムが搭載されました。1970 年代までに、ベル システムはほぼすべてのステッパー スイッチとクロスバー スイッチに自動番号認識機能を追加しました。
電子スイッチ
最初の電子スイッチはデジタルではありませんでした。Western Electric の 1ESS は、金属ワイヤを使用する電子スイッチです。マイクロプロセッサとストアド プログラム コントロール スイッチング (SPC) を使用します。
電話番号の変更、回線のテストまたはビジー状態の設定はすべて、コンピュータ端末上で対応するコマンドを入力することによって完了します。1ESS は、クロスバーおよびステッピング電話交換機で使用される通常の電気機械信号をサポートできます。これらのスイッチでは、新しい形式のデータ通信が導入されています。2 つの 1ESS スイッチは、Common Channel Interoffice Signaling (CCIS) と呼ばれる方法を通じて相互に通信できます。このデータ接続方式は、第 7 信号システムの前身です。
初期の電子プログラム制御スイッチング システムと電気機械スイッチには本質的な違いはなく、どちらも空間分割音声スイッチングを使用し、交換される信号はすべてアナログ信号です。したがって、このタイプのプログラム制御スイッチは、アナログプログラム制御スイッチとも呼ばれます。
デジタルスイッチ
ダイヤルされた電話番号に従って、デジタル交換機は 2 つ以上のデジタル仮想回線を接続して交換を完了します。SS7 プロトコル (またはそのバリアント) は、2 つのスイッチ間の通話を確立するために使用されます。連邦規格 1037C (米国国家規格) および MIL-STD-188 (米国軍事規格) によれば、米国および軍の通信では、デジタル スイッチとはデジタル信号の時分割多重スイッチングを実行するデバイスを指します。1980 年代以降に製造されたスイッチはすべてデジタルであるため、この用語の違いは意味がありません。このセクションでは、アルゴリズムとデバイスを含むデジタル スイッチについて説明します。
デジタル スイッチは、非常に短いタイム スライス (1 秒あたり多数) で音声をエンコードします。各タイム スライスでは、音声信号のデジタル表現がリアルタイムで生成されます。結果の数字は受信機に送信され、受信機の電話機で音声が生成されます。言い換えれば、電話を使用すると、あなたの声がエンコードされて相手側で再生されます。プロセス全体を通じて、あなたの声は非常に小さく、通常はほんの数秒の遅れです。言い換えれば、音声を再生する必要があるものの、非常に短い時間だけ遅延するだけであるため、通話は実際にはリアルタイム通信ではありません。
各市内ループ電話回線は、遠隔集線装置に接続されています。多くの場合、コンセントレータはスイッチと同じ建物内にあります。集線装置と電話交換局の間のインターフェイスは、欧州電気通信標準化協会によってV5 プロトコルとして標準化されています。
一部の電話交換機は集線装置に直接接続されておらず、他の交換機とのインターフェイスとしてのみ使用されます。通常、中央局には「キャリア クラス」スイッチまたはタンデムと呼ばれる 1 つまたは複数の複合マシンがあります。
電話交換機は通常、電気通信サービス プロバイダー、つまり「仲介業者」によって所有および運営されており、自社の建物内に設置されている場合もあります。ただし、独立した企業や民間事業体が独自の場所に構内交換機 (PBX) と呼ばれる独自の交換機を設置する場合もあります。
通信システムにおけるスイッチの役割
電話交換局は、広大な電気通信ネットワークのほんの一部にすぎません。電話システムの中で最も困難な作業であり、最もコストがかかる部分は、電話局の外側の配線です。初期の電気通信システムでは、各加入者番号ごとに交換機から加入者の電話まで配線する必要がありました。通常の交換機には、端子ボックス (メイン分配フレーム、MDF と呼ばれる) に接続された数万のペアがある場合があります。MDF には、電源線の短絡や外部電圧の過大を防ぐための放電管などの保護部品が付いています。一般的な電話会社には、加入者回線のすべてのペアを追跡する大規模なデータベースがあります。1980 年代にベル システムの記録システムがコンピュータ化される前は、情報は台帳に鉛筆で書き込まれていました。
外部回線のコストを削減するために、一部の電気通信会社は「ワイヤ ペア キャパシティ」装置を使用してユーザーに電話サービスを提供しています。これらのデバイスは、既存の銅線が枯渇した場合、または近くに加入者がいる場合に、銅線ペアの長さを短縮し、 ISDNやDSLなどのデジタル サービスを有効にするために使用されます。ペア拡張またはデジタル ループ キャリア（DLC）は、電話局の外側に配置され、通常は電話局からある程度離れた大規模加入者の隣に配置されます。
DLC は、ルーセントがライン ペア容量の独自の機器に独自の名前を付けた後、加入者ループ キャリア (SLC) と呼ばれることが多く、初期の SLC システム (SLC-1) では、中央局と間のリモート通信との間にアナログ キャリアを使用していました。後続のシステム (SLC-96、SLC-5) およびラインカードなどの他のベンダーの DLC 製品は、アナログ信号をデジタルに変換します ( PCMエンコーディングを使用)。このデジタル信号は、銅線、光ファイバー ケーブル、またはその他の伝送媒体を介して中央局に送信できます。その他のコンポーネントには、リング電流を生成するリング ジェネレーターとバックアップ バッテリーが含まれます。
DLC 回線は、ユニバーサル (UDLC) または統合 (IDLC) として設定できます。ユニバーサル DLC には、セントラル オフィス端末 (COT) とリモート端末 (RT) の 2 つの端末があり、それらの機能は同一です。どちらの端子もアナログ信号に直接向き合い、デジタル信号に変換して相手に送信します。場合によっては、転送が別のデバイスで処理されることがあります。統合DLCではCOTは使用されません。代わりに、RT は電話交換機にデジタル接続されます。これにより、必要な機器の量が減ります。Telcordia の TR/GR-008 や TR/GR-302 などの特定の規格は DLC をカバーしています。
スイッチは、2 つの中央局間および長距離の中央局でも使用されます。
交換デザイン
長距離交換機は、入出力チャネルの使用率が 100% に近いため、中央局よりも低速ですが効率的なスイッチ割り当てアルゴリズムを使用する場合があります。中央局では、チャネル容量の 90% 以上がアイドル状態になっています。
従来の電話交換機は物理回線 (つまり、ワイヤ ペア) に接続されていますが、最新の電話交換機は多重デバイスと時分割スイッチングを使用しています。つまり、各音声チャネルは、物理ワイヤ ペア (A または B で示される) 上のタイム スロット (1 または 2 で示される) です。2 つの音声チャネル (A1 と B2 など) を接続するために、電話交換機に物理接続とタイムスロットの両方がある場合、電話交換機は A1 と B2 に関する情報を交換します。これを行うには、スロットと接続間で 1 秒あたり 8,000 回データを交換する必要があります。これは、現在接続されている電子リストを循環するデジタル論理回路の制御下で行われます。これら 2 種類のスイッチング テクノロジを使用することにより、最新のスイッチは、マルチチャネルおよび時分割テクノロジを使用しないスイッチよりもはるかに小型になります。
スイッチ ファブリックは、より小さく単純なサブスイッチの奇数層を使用します。各層の各サブスイッチは相互に接続され、さらに次の層のサブスイッチに接続される。ほとんどの設計では、物理スイッチング層と時間スイッチング層がインターリーブされます。電話システムでは発信者が着信者としても機能できるため、これらの層の負荷はバランスがとれます。
時分割スイッチはタイム スロット サイクルをメモリに完全に読み取り、それをサイクル コンピュータ メモリの制御下で別の順序で書き込みます。これにより、信号遅延が発生します。
マルチウェイ スイッチは、多くの場合、ノンブロッキング最小スパン スイッチングの変形またはクロスカット スイッチを使用して、回路を切り替えます。
中華人民共和国におけるExchange Fabric
エントリ:中華人民共和国の電話市外局番
中国本土では、4 レベルのタンデム放射長距離電話ネットワークが採用されています。
- C1局は、上海、広州、北京、瀋陽、南京、西安、成都、武漢の8つの主要都市に設置された地方中央局または省間中央局です。
- C2 局は、C1 局ではない州都に設置される州の中央局です。
- C3局は地域の中央局です。
- C4 Bureau は郡レベルの交換センターです。
構造的には、C1 オフィスはすべて相互接続されてすべての C2 オフィスに放射し、C2 オフィスは C3 オフィスに放射し、C3 オフィスは C4 オフィスに放射します。また、北京から各省の中央局までは直通回線があり、各省の中央局（C1管区）間は基本的に相互接続されており、その他にも効率化を図るための直通回線も設けられている。[1]
北京などの都市や重要な省都は 3 桁の市外局番を使用しており、北京は「010」、重要な省都は「02」で始まります。他のものは 4 ビットを使用します。一般の固定電話の番号にはそもそも1や0は使われておらず、この地域の音声局などの特殊なサービス局には9が使われています。市外局番の最初の桁は次のように割り当てられます (例外あり)。
- 中国北部: 3
- 北東: 4
- 中国東部: 5、6
- 中南部: 7
- 南西: 8
- 北西部: 9
スイッチ制御アルゴリズム
ネットワークに完全に接続されている
電話接続が常に成功するようにする 1 つの方法は、すべてのスイッチが相互接続される、完全に接続されたネットワークを構築することです。この方法は通常、中央局内のスイッチに使用され、リソース使用率は低くなります。
Clos ノンブロッキング スイッチング アルゴリズム
サブスイッチ間のレイヤ アイドル接続は、スイッチング システムでは希少なリソースです。制御ロジックはこれらのリンクを分散する必要があり、ほとんどのスイッチはフォールト トレラントな方法でこれを実行します。Charles Crews アルゴリズムについては、ノンブロッキング最小スパン スイッチングを参照してください。Charles Crews アルゴリズムは、多くの電話交換機で使用されており、おそらく現代の産業で最も重要なアルゴリズムの 1 つです。
耐障害性
複合スイッチは本質的に耐障害性が非常に優れています。サブスイッチがクラッシュした場合、制御コンピュータは定期テスト中にそれを発見します。その後、コンピュータはそのサブスイッチへのすべてのリンクを「占有」としてマークします。これにより、新しいコールがスイッチに入ることが防止され、アクティブなコールが中断されません。このようにして、これらの通話が終了した後、サブスイッチは使用されなくなります。しばらくすると技術者が来て基板を交換します。次のテストが成功すると、修復されたサブスイッチへの接続は「アイドル」としてマークされ、スイッチは完全な機能を再開します。
検出できないエラーを防ぐために、スイッチ内のすべての層間のリンクは先入れ先出しキューを通じて割り当てられます。このようにすると、ユーザーが電話を切ってリダイヤルした場合、サブスイッチ間の別のリンクによってサービスが提供されます。後入れ先出し方式のリンク割り当てにより、ユーザーがダイヤルアップに頻繁に失敗する可能性があります。