TSSN - 快速指南

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TSSN - 簡介

自從人類進化以來，世界發生了許多變化。例如，資訊的交流最初以符號和聲音的形式出現。隨著先進的發明，這轉變為語言和文字的形式。從一個地方到另一個地方的通訊，需要個體之間的距離，是透過信件傳遞的；透過鴿子傳送，以及透過鼓聲或訊號旗在兩個群體之間傳遞。人們過去常常長途跋涉傳遞資訊。

當今世界更多地是一個通訊時代。通訊技術的進步提高了資訊傳輸的速度。這種發展並非易事。在通訊系統發明之初，電話的發明和使用是最重要的。電話系統從一個基本系統發展成為今天必不可少的多功能友好裝置的方式，讓人驚歎不已，瞭解了在那些日子裡利用有限資源所取得的創新。

電信

兩個或多個個體之間資訊的交換稱為通訊。單詞tele是希臘語，意為距離。因此，電信是指兩個遙遠地點之間資訊的交換。

電信表示將資訊從一個地方的實體傳輸到另一個地方的實體，而資訊可以是資料、語音或符號的形式。實體可以是人類、計算機、傳真機、電報機、電話等等。在電話交談中，發起呼叫的人稱為主叫使用者，呼叫目標的人稱為被叫使用者。在其他資訊傳輸情況下，通訊實體分別稱為源和目的地。

1876年3月，亞歷山大·格雷厄姆·貝爾發明並演示了他的電話機以及長距離語音通訊的可能性。他演示了點對點通訊，其中主叫使用者選擇合適的鏈路與被叫使用者建立連線。該系統還需要某種訊號方式來提醒被叫使用者有來電，以及在被叫使用者正忙於其他通話時指示主叫使用者的訊號。

交換機需求

建立通訊的點對點連線需要使用電線連線電話機。如果電話機或使用者的數量較少，則連線型別會稍微複雜一些。但是，如果這個數量很大或中等，那麼連線將導致混亂。為了理解這種複雜性，讓我們考慮一個由5個使用者組成的網路。

下圖顯示了五個使用者（電話機）的點對點連線

在點對點連線中，對於n個實體，我們需要n(n-1)/2條鏈路。所有這些鏈路形成一個網路。在所有實體之間具有點對點鏈路的網路被稱為完全連線網路。即使n的值中等，完全連線網路所需的鏈路數量也會變得非常大。

因此，在這些使用者之間需要一個網路交換系統。亞歷山大·格雷厄姆·貝爾建議使用交換局在使用者之間進行交換，以維護電話連線。

交換系統

此網路連線不能簡單地用電話機和一堆電線來實現，而是需要一個良好的系統來建立或斷開連線。此係統稱為交換系統或交換局或交換機。隨著交換系統的引入，使用者不再直接相互連線，而是連線到交換局，然後連線到所需的使用者。

下圖將幫助您瞭解交換系統。

隨著交換系統的引入，使用者之間傳統連線的需求減少了。所有使用者都需要與交換系統連線，該系統建立或斷開主叫使用者請求的任何連線。交換系統也稱為電話交換機，負責建立呼叫。因此，此類鏈路的總數等於連線到系統的使用者數。

交換系統需要訊號來建立或釋放連線。它還應使交換系統能夠檢測被叫使用者是否正忙，如果是，則向被叫使用者指示。交換系統在建立和釋放連線中執行的功能稱為控制功能。

早期系統需要手動操作才能建立電話呼叫。操作員用於接收主叫使用者的呼叫，然後將呼叫連線到被叫使用者。後來，該系統實現了自動化。

電話模型

下圖將幫助您瞭解電話在其發明初期的模型。

當您看到上圖中的電話時，撥號器部分和麥克風連線到一塊靜止的木板上；而用於收聽的揚聲器則透過側面的電線連線。電話的頂部連線了兩個鈴鐺——當有來電時，這些鈴鐺會響。這是電話的早期型號之一。

主叫使用者和被叫使用者的電話機透過交換系統或電話交換機連線，以便建立請求的呼叫。

在以下部分，我們將詳細瞭解交換系統。

TSSN - 交換系統

在本章中，我們將瞭解交換系統的工作原理。交換系統可以理解為一系列交換元件，這些元件以特定方式排列和控制，以便在任意兩個遠端點之間建立公共路徑。交換系統的引入降低了佈線的複雜性，並使電話通訊變得更加輕鬆。

交換系統的分類

在電信系統的早期階段，交換的過程和階段在建立或斷開連線方面發揮著重要作用。在初始階段，交換系統是手動操作的。這些系統後來實現了自動化。下圖顯示了交換系統的分類方式。

早期階段的交換系統是手動操作的。電話交換機中的操作員進行連線以建立連線。為了最大程度地減少手動操作的缺點，引入了自動交換系統。

自動交換系統分類如下：

• 機電交換系統 - 在這裡，機械開關由電氣操作。

• 電子交換系統 - 在這裡，使用二極體、電晶體和積體電路等電子元件進行交換。

機電交換系統

機電交換系統是機械和電氣交換型別的組合。其中部署了電路和機械繼電器。機電交換系統進一步分類如下。

步進式

步進式交換系統也稱為斯特羅格交換系統，以其發明者 A B Strowger 的名字命名。斯特羅格系統中的控制功能由系統中與交換元件相關的電路執行。

橫欄式

橫欄式交換系統具有硬連線控制子系統，這些子系統使用繼電器和鎖存器。這些子系統功能有限，實際上不可能對其進行修改以提供其他功能。

電子交換系統

電子交換系統在處理器或計算機的幫助下執行，這些處理器或計算機控制交換時序。指令被程式設計並存儲在控制操作的處理器或計算機上。這種在處理器或計算機上儲存程式的方法稱為儲存程式控制 (SPC)技術。可以透過更改控制程式向SPC系統新增新功能。

電子交換系統使用的交換方案可以是空分交換或時分交換。在空分交換中，在整個呼叫期間為呼叫方和被叫方之間建立一條專用路徑。在時分交換中，語音訊號的取樣值以固定間隔傳輸。

時分交換可以是模擬的或數字的。在模擬交換中，取樣電壓電平按原樣傳輸。但是，在二進位制交換中，它們被二進位制編碼並傳輸。如果編碼值在同一時間間隔內從輸入端傳輸到輸出端，則該技術稱為空分交換。如果值被儲存並在時間間隔內傳輸到輸出端，則該技術稱為時分交換。還可以透過使用空分和時分交換技術的組合來設計時分數字交換機。

電信網路

電信網路是一組建立遠距離呼叫的系統。交換系統是電信網路的一部分。

交換站提供不同使用者之間的連線。此類交換系統可以組合形成電信網路。交換系統透過稱為中繼線的線路連線。連線到使用者場所的線路稱為使用者線。

下圖顯示了一個電信網路。

從 20 世紀初到後期（1900-80 年），當一個人需要撥打遠距離電話時，呼叫首先路由到最近交換中心的接線員，然後記下被叫使用者的號碼和位置。在此，接線員的工作是建立到遠端交換中心的呼叫，然後召回主叫使用者以建立連線。這種撥打電話的系統稱為長途電話系統。

例如，海德拉巴的一位人士可以預訂到孟買的長途電話，並等待接線員在接線員透過中繼線和交換系統建立連線後回電。

交換系統的基礎

在本節中，我們將學習交換系統中使用的不同元件和術語。

入口和出口

交換機的輸入電路集稱為入口，輸出電路集稱為出口。交換系統的主要功能是在給定的入口-出口對之間建立一條電氣路徑。

通常，N 表示入口，M 表示出口。因此，一個交換網路具有N 個入口和M 個出口。

交換矩陣

用於建立入口和出口之間連線的硬體稱為交換矩陣或交換網路。此交換網路是在連線入口和出口的過程中形成的連線組。因此，它與上面提到的電信網路不同。

連線型別

在電信網路中可以建立四種類型的連線。連線如下所示：

• 系統中兩個使用者之間的本地呼叫連線。
• 使用者與外出中繼線之間的外出呼叫連線。
• 傳入中繼線與本地使用者之間的傳入呼叫連線。
• 傳入中繼線與外出中繼線之間的過境呼叫連線。

摺疊網路

當交換網路的入口數量等於出口數量時，這種網路稱為對稱網路，這意味著 N=M。出口連線到入口的網路稱為摺疊網路。

在摺疊網路中，作為出口出現的 N 個入口再次摺疊回入口。但是，交換網路根據需要為入口和出口提供連線。下圖將幫助您瞭解交換網路的工作原理。

由於一次只能為一條線路提供一個連線，因此對於摺疊網路的 N 個入口，僅建立 N/2 個連線。這種網路可以稱為非阻塞網路。在非阻塞網路中，只要被叫使用者空閒，主叫使用者就能建立與被叫使用者的連線。

在上圖中，只考慮了 4 個使用者 - 線路 1 與線路 2 忙，線路 3 與線路 4 忙。在通話過程中，沒有機會進行其他呼叫，因此只建立了一個連線。因此，對於 N 個入口，只有 N/2 條線路連線。

有時，入口和出口連線可能連續用於僅透過中繼線進行過境呼叫，而不是在本地使用者之間進行呼叫。如果入口和出口連線用於網間傳輸，使得交換機不支援本地使用者之間的連線，則稱為過境交換機。這種交換網路稱為非摺疊網路。下圖顯示了這一點：

阻塞網路

如果網路中沒有空閒的交換路徑，則請求的呼叫將被拒絕，此時使用者被認為是阻塞的，網路被稱為阻塞網路。在阻塞網路中，同時交換路徑的數量小於可以進行的最大同時通話數量。使用者可能被阻塞的機率稱為阻塞機率。良好的設計應確保阻塞機率低。

業務量

呼叫率和平均保持時間的乘積定義為業務強度。業務強度高的連續 60 分鐘稱為忙時。當業務量超過交換系統設計承受的限度時，使用者會遇到阻塞。

厄朗

電信網路中的業務量由一個國際公認的業務強度單位測量，稱為厄朗 (E)。如果交換資源在給定的觀察期間持續佔用，則稱其承載 1 厄朗的業務量。

TSSN - 交換系統要素

在本章中，我們將討論交換系統的要素。儘管從手動到自動，交換系統種類繁多，但一些基本要素對於交換系統功能的發揮至關重要。除了交換網路外，還有不同的子系統，例如控制子系統、訊號系統、中繼線和使用者線介面、分配單元、操作員控制檯、連線電路，這些對於整個交換系統的執行至關重要。

交換系統

在本節中，我們將瞭解交換系統的結構。我們還將瞭解其中的不同元素如何工作。下面給出的交換系統框圖顯示了交換系統的重要元素。

上圖顯示了交換系統的不同模組。下面將討論這些模組。

交換網路

它提供被叫使用者和主叫使用者之間的交換路徑。

控制子系統

這是交換系統的重要組成部分，它透過識別入口和出口線路並解釋在這些線路接收到的訊號資訊，主動建立交換路徑。

此控制子系統透過感應線路上的訊號傳輸來控制連線的建立和斷開。控制子系統向用戶和其他連線到外出中繼線的交換機發送訊號資訊。

訊號

使用者、中繼線和子系統的訊號格式和要求差異很大。因此，交換系統提供了三種不同的訊號形式：

• 使用者環路訊號
• 網間訊號
• 網內或暫存器訊號

交換系統由執行交換、控制和訊號功能的元件組成。

中繼線介面

用於交換系統之間連線的中繼線在此埠終止。中繼線介面是中繼線連線到系統的位置。

使用者線介面

用於使用者與交換系統之間連線的使用者線在此埠終止。使用者線介面是使用者線路連線到系統的位置。

線路掃描單元

線路掃描單元感應並獲取來自相應線路的訊號資訊。從這些線路獲得的資訊被提供給控制子系統，以識別入口和出口。

分配單元

分配單元用於分配或傳送相應線路上的訊號資訊。透過中繼線的資訊分配是透過分配單元完成的。

操作員控制檯

操作員控制檯允許與交換系統互動，以進行維護和管理目的。

業務電路介面

業務電路介面提供電路之間用於維護和測試目的的互動。

連線

連線是提供本地使用者和業務電路摺疊連線的連線點。如果被叫使用者和主叫使用者都是本地的，則摺疊連線有助於建立本地呼叫的連線，而中繼線將不會使用。

直接和間接

交換系統有以下兩種型別：

• 直接控制交換系統
• 間接控制交換系統

直接控制交換系統

控制子系統構成網路組成部分的交換系統稱為直接控制交換系統。例如，Strowger 交換系統。

間接控制交換系統

控制子系統位於交換網路外部的交換系統稱為間接控制交換系統或共控交換系統或暫存器控制交換系統。此係統的示例包括交叉連線交換系統、電子交換系統或儲存程式控制交換系統方法。

TSSN - 斯特羅格交換系統

在本章中，我們將討論 Strowger 交換系統的工作原理。第一個自動電話交換機是由 Almon B Strowger 開發的。由於手動電話交換機中的接線員是他競爭對手的妻子，並且將所有業務都轉移給了她的丈夫，因此 Strowger 考慮開發一種不需要接線員的交換系統。這導致了 Strowger 開發的自動交換系統的發明。

Strowger 交換系統也稱為步進式交換系統，因為連線是以逐步的方式建立的。

自動交換系統

手動交換系統需要一個接線員，接線員在收到請求後撥打電話。在這裡，接線員是建立或釋放連線的唯一負責人。呼叫的隱私以及被叫和主叫使用者的詳細資訊受到威脅。

為了克服手動交換系統的缺點，自動交換系統具有以下優點：

• 語言障礙不會影響連線請求。

• 保持較高的隱私度。

• 更快地建立和釋放呼叫。

• 在給定時間段內可以增加呼叫次數。

• 可以隨時撥打電話，而不用考慮系統負載或一天中的時間。

現在讓我們瞭解一下如何在沒有接線員幫助的情況下撥打電話和撥號。

撥號

與手動交換系統不同，自動交換系統需要一個正式的號碼計劃或定址方案來識別使用者。號碼計劃是使用號碼來識別使用者，它比使用字母數字字串識別使用者的定址方案更廣泛地使用。因此，需要有一種機制將被叫使用者的標識傳輸到交換機。

這種機制應該存在於電話機中，以便自動將呼叫連線到所需的使用者。為此目的普遍使用的方法是脈衝撥號和多頻撥號。其中，脈衝撥號是迄今為止最常用的撥號方式。

脈衝撥號

顧名思義，用於識別使用者的數字由一系列脈衝表示。脈衝序列中的脈衝數等於它表示的數字值，除了 0，它由 10 個脈衝表示。一個號碼中的連續數字由一系列脈衝序列表示。這些脈衝具有相同數量的時間間隔，產生的脈衝數將根據撥打的號碼而定。

兩個連續的脈衝序列透過它們之間的停頓來區分，稱為數字間隙。脈衝是透過交替斷開和閉合使用者與交換機之間的環路電路產生的。下圖顯示了一個脈衝序列示例。

上圖顯示了脈衝模式。脈衝速率通常為每秒 10 個脈衝，容差為 10%。數字之間的間隙，即數字間隙，至少為 200 毫秒。

最近的脈衝撥號模式採用脈衝的佔空比（脈衝寬度與波形週期之比）為 33%（名義上），並且數字間隙存在上限。

旋轉撥號電話

在本節中，我們將瞭解什麼是旋轉撥號電話以及它是如何工作的。首先，我們將討論在旋轉撥號電話發明之前存在的缺點。

脈衝撥號技術是使用者迴路的斷開和閉合。這可能會干擾和影響電話中揚聲器、麥克風和鈴聲的效能。此外，撥號時間不應影響脈衝序列的時間，因為這會導致撥錯號碼。

旋轉撥號電話是為了解決當時存在的這些問題而出現的。麥克風和揚聲器組合在一起並放置在聽筒中。該裝置有一個指板，其排列使撥號時間合適。下圖顯示了旋轉撥號的外觀。

撥號盤的操作是將手指放在與要撥打的數字對應的孔中。現在，順時針方向轉動撥號盤到撥號停止位置，然後將手指移開釋放撥號盤，就撥出了一個號碼。在彈簧的作用下，撥號盤和相關的機構現在返回到靜止位置。撥號盤準備撥打下一個號碼。

撥號脈衝是在撥號盤迴程時產生的，這樣就消除了人工對脈衝定時造成的影響。下圖顯示了撥號孔和撥號停止位置。

旋轉撥號電話使用以下部件來實現脈衝撥號：

• 撥號盤和彈簧
• 軸、齒輪和齒輪
• 棘爪和棘輪機構
• 脈衝凸輪和抑制凸輪或觸發機構
• 脈衝觸點
• 離心調速器和蝸桿
• 傳送器、接收器和鈴聲旁路電路

內部機構

凸輪機構或觸發機構有助於撥號。此機構用於操作脈衝觸點。讓我們考慮使用凸輪機構操作旋轉撥號電話。下圖將幫助您瞭解內部機構。

抑制凸輪有助於使脈衝凸輪遠離脈衝觸點。當旋轉撥號盤處於靜止位置時，脈衝觸點遠離脈衝凸輪。當撥打一個號碼時，將手指放在撥號孔中，這意味著撥號盤偏離了其位置，然後脈衝觸點靠近脈衝凸輪。撥號盤的旋轉導致主軸的旋轉。

當撥號盤順時針旋轉時，棘爪在此順時針旋轉過程中滑過棘輪。在撥號盤順時針運動期間，棘輪、齒輪、小齒輪和調速器均保持靜止。當撥號盤返回時，棘爪齧合並旋轉棘輪。

所有齒輪、小齒輪、調速器都旋轉，並且調速器保持旋轉速度的均勻性。連線到小齒輪軸上的脈衝凸輪現在斷開並閉合脈衝觸點，這反過來會在電路中產生脈衝。脈衝凸輪的形狀使得斷開和閉合週期之比為2:1。當撥號盤即將到達靜止位置時，抑制凸輪再次將脈衝觸點移開脈衝凸輪。這種返回靜止位置並等待撥打其他號碼的動作會產生一個稱為數字間隙的間隙，其時間與由於人工撥號習慣導致的兩次連續數字之間可能出現的停頓無關。透過對抑制凸輪設計進行少量更改，在撥打第一個數字之前也提供此間隙。

透過這種機制產生的脈衝然後傳輸到交換系統，在那裡建立到所撥號碼的連線。交換系統的過程將在後續章節中討論。同時，讓我們瞭解一下用於指示使用者狀態的訊號音。

訊號音

在本節中，我們將瞭解什麼是訊號音以及它們是如何工作的。隨著人工交換機的取代，過去用於向呼叫使用者傳達被叫使用者情況的操作員需要被不同的音調所取代，這些音調錶示不同的情況。

考慮以下五種與使用者相關的訊號功能，這些功能需要由操作員執行：

• 回應呼叫使用者，系統已準備好接收被叫方的識別資訊。

• 通知呼叫使用者呼叫正在建立。

• 響鈴被叫方的電話。

• 如果被叫方忙，則通知呼叫使用者。

• 如果由於某種原因無法獲得被叫方線路，則通知呼叫使用者。

在 Strowger 交換系統中未發出功能 2 的訊號。功能 1 透過向呼叫使用者傳送撥號音來實現。

撥號音

撥號音是訊號音，表示交換機已準備好接收使用者撥打的數字。只有聽到此訊號後才能撥號。否則，在此訊號之前撥打的數字將不被考慮。這將導致撥錯號碼。

撥號音通常是 33 Hz 或 50 Hz 或 400 Hz 的連續音，如下所示。

鈴聲

撥打被叫方的號碼後，當獲得被叫方的線路時，交換機控制裝置會向被叫方的電話機發送振鈴電流，這是一種熟悉的雙鈴模式。

同時，控制裝置會向呼叫使用者傳送振鈴音，其模式類似於振鈴電流。兩個鈴聲的雙鈴模式之間的時間間隔為 0.2 秒，兩個雙鈴模式之間的時間間隔為 2 秒，如下圖所示。

忙音

撥打所需號碼後，如果被叫使用者或交換機的線路無法撥打電話，則會向呼叫使用者傳送忙音，表示線路或使用者忙；這稱為忙音。

400Hz 訊號的忙音，中間有靜音週期。突發和靜音持續時間相同，均為 0.75 秒。

號碼無法獲取音

如果被叫方出現故障或斷開連線，或者撥號錯誤導致選擇了備用線路，則使用連續的 400Hz 訊號指示這種情況，稱為號碼無法獲取音。下圖顯示了連續的 400Hz 訊號。

路由音或呼叫進行中音

當用戶呼叫透過多種不同型別的交換機路由時，隨著呼叫透過不同的交換機，會聽到不同的呼叫進行中音。此類訊號為 400Hz 或 800Hz 間歇模式。此訊號在不同的系統中具有不同的模式。

• 在機電系統中，它通常是 800Hz，佔空比為 50%，開/關週期為 0.5 秒。

• 在類比電子交換機中，它是 400Hz 模式，開週期為 0.5 秒，關週期為 2.5 秒。

• 在數字交換機中，它是 400Hz 訊號，開/關週期為 0.1 秒。

路由音或呼叫進行中音的訊號如下圖所示。

為了克服那些不熟悉電話訊號以及那些很少打電話的人識別這些音調之間差異的問題，後來引入了語音錄製訊息。

TSSN - 交換機制

在本章中，我們將討論電信交換系統和網路中的交換機制。

在我們之前的章節中，我們討論了電話機的機制。現在讓我們看看當此電話機向交換系統傳送訊號時會發生什麼。交換機的交換系統應該能夠自動將線路連線到被叫使用者。在 Strowger 交換系統中，有兩種型別的選擇器；這些選擇器構成了交換系統的構建塊。

• 單動選擇器
• 雙動選擇器

這兩種選擇器都是使用機電旋轉開關構建的。單動選擇器有一個選擇器極和多個擲位，以到達每個撥號號碼的觸點組。雙動選擇器有兩個旋轉開關，用於垂直和水平步進運動，以到達觸點組。

單動選擇器交換

單動選擇器交換機制包括一個電磁鐵、一個帶彈簧的銜鐵、一個棘爪、一個帶連線的刮板的棘輪和一個棘銷。刮板沿順時針方向在觸點組上移動。當刮板在一個方向上移動時，該過程稱為單動選擇器交換。刮板移動到的觸點稱為觸點組，因為許多觸點以弧形排列。

下圖顯示了 Strowger 交換系統的單動選擇器驅動機構。

當輸入電壓使電磁鐵通電時，銜鐵向下被吸向磁鐵。現在，當銜鐵被吸向電磁鐵時，棘爪在棘輪上向下移動一個位置。棘銷防止棘輪移動。

一旦電磁鐵斷電，銜鐵就被釋放，此動作使棘爪向上移動，這進一步使棘輪向上移動一個位置。因此，刮板向下或順時針方向移動一個位置以建立連線。如果透過施加五個脈衝使電磁鐵通電和斷電五次，則刮板移動五個觸點。通常，三組（或更多）刮板與單動選擇器的觸點組相關聯，每組一個。這些組剛性地安裝到一個刮板元件上，當棘輪旋轉時，該元件會移動。斷路彈簧釋放磁鐵並使其能夠再移動一步。

下圖顯示了一個實際的 Strowger 交換系統的單動選擇器。

此處討論的交換機制型別稱為**反向驅動型別**，因為此處棘輪在銜鐵返回靜止位置時移動。如果將其設定為在銜鐵向前運動期間移動車輪，則稱為**正向驅動型別**。反向驅動型別機制在單動選擇器中很普遍，而正向驅動型別機制在雙動選擇器中很普遍。

單動選擇器與一個**斷路觸點**相關聯，該觸點通常是閉合的。當銜鐵通電時，斷路觸點開啟並允許銜鐵移動，這有助於銜鐵在斷開銜鐵通電電路後返回其靜止位置。

雙動選擇器

與單動選擇器不同，這些選擇器中的運動是雙向的，垂直和水平的。在垂直和水平方向上進行向上運動；在垂直運動中沒有建立連線。但是，在水平運動中建立觸點組連線。如果雙動選擇器有 10 個級別，每個級別有 10 個觸點，那麼透過雙動選擇器交換系統的垂直和水平運動可以訪問 100 個觸點。

下圖顯示了雙動選擇器的內部結構。

• 當撥入第一位數字時，脈衝在棘輪和棘爪機構的幫助下，根據撥入的數字使垂直磁體通電和斷電。這稱為**垂直步進**。

• 當撥入第二位數字時，撥號脈衝在繼電器的幫助下被轉移到水平磁體，脈衝在棘輪和棘爪機構的幫助下，根據撥入的數字使水平磁體通電和斷電。這稱為**水平步進**。

通常，每個垂直位置有11個垂直位置和11個水平觸點。最低的垂直位置和每個垂直層級的第一個水平觸點是**起始位置**，其餘的是實際的切換位置。因此，雙動選擇器中的滑觸器可以訪問100個切換觸點。下圖顯示了一個實際的雙動選擇器。

因此，滑觸器元件建立呼叫；呼叫完成後，它返回到起始位置。為此，旋轉磁體由電流操作，從而使滑觸器元件穿過該層級的其餘觸點。一個復位彈簧迫使滑觸器元件垂直下降，然後水平返回到起始位置。

步進式切換

步進式切換系統是一種非常流行且廣泛使用的切換系統，它可以使用單動選擇器或雙動選擇器或兩者的組合構建。此切換中存在的滑觸器向前移動一個觸點，然後根據撥入的脈衝數或根據訊號條件向前移動，因此命名為**步進式**切換。

步進式切換也稱為**直控**系統，因為相關訊號音調在切換的適當階段由交換元件或選擇器傳送到使用者。該系統具有三個主要配置階段。下圖顯示了不同的階段。

現在讓我們看看這些模組是如何工作的。

選擇器搜尋器

一旦主叫使用者準備好撥打電話號碼，透過從電話機上拿起聽筒，就會聽到撥號音。我們已經瞭解到，除非聽到撥號音，否則不會接受號碼。但要獲得該撥號音，當拿起聽筒時必須建立線路。**選擇器搜尋器**電路建立線路以立即進行呼叫，只要主叫使用者拿起聽筒進行呼叫。

選擇器搜尋器尋找選擇交換矩陣部分。通常，使用24路出口的單動選擇器作為選擇器搜尋器。因此，這可以稱為**使用者單動選擇器**方案，因為系統中每個使用者都有一個專用的單動選擇器。這些也可以使用雙動選擇器構建。

選擇器搜尋器機制也可以替換為線路查詢器機制，兩者在構造上略有不同。在這裡，我們將討論選擇器搜尋器機制。下圖展示了它的構造。

當主叫使用者拿起聽筒進行呼叫時，選擇器搜尋器啟用中斷機構，該機構逐步向上移動滑觸器，直到在出口處找到一個空閒的第一組選擇器。此時，選擇器搜尋器的其中一個組觸點會檢測第一組選擇器是空閒還是繁忙。一旦檢測到空閒的第一選擇器，中斷就會被停用並建立連線，其中第一個選擇器向主叫使用者傳送撥號音。

線路查詢器方法用於流量較低且交換機較小的場合，而上面描述的選擇器搜尋器機制用於流量大的大型交換機，這種方法具有成本效益。

組選擇器階段

組選擇器階段具有主要的交換網路。主叫使用者在聽到撥號音後撥打電話號碼。撥入的第一個號碼啟用第一個選擇器。更準確地說，組選擇器包含某些選擇器階段。我們過去使用5個數字作為陸地連線的識別號碼。因此，存在三個選擇器階段。

要撥入第一個號碼，請根據使用者號碼在提供的指槽中放置手指旋轉號碼盤。取出手指後，號碼盤旋轉回其先前的位置，這會將撥號脈衝傳送到第一個選擇器。然後，第一個選擇器相應地移動以放置觸點。

當用戶開始撥號時，到那時產生的撥號音會切斷，並且會根據撥入的號碼接收脈衝串。然後，第一個選擇器的滑觸器元件根據撥入的號碼垂直向上移動。然後，滑觸器在水平面上穿過觸點，直到遇到連線到空閒的第二個組選擇器的觸點。這種水平步進在約 240 毫秒的數字間隙內完成。從那裡，第一組選擇器將電路徑連線到可用的第二個組選擇器。

同樣，每個組選擇器都根據撥入的號碼連線路徑，然後將連線擴充套件到下一個選擇器，直到最終選擇器。最終選擇器的動作略有不同。如上所述，存在三個選擇器，第四個和第五個數字由最終選擇器連線到矩陣。

最終選擇器

最後兩位數字由最終選擇器處理。該選擇器根據撥入的第四位數字垂直移動，然後根據最後一位數字水平移動，因為沒有其他數字將其連線到其他聯結器。撥入的最後一位數字建立與被叫使用者的電氣連線。

由於最終選擇器響應垂直和水平方向上的兩位數字，這與組選擇器不同，因此該最終選擇器也稱為**數字選擇器**。如果被叫使用者空閒，如從相應組觸點上的訊號檢測到的那樣，則最終選擇器向被叫使用者傳送振鈴電流，並向主叫使用者傳送振鈴音。

當被叫使用者拿起聽筒時，到那時提供的振鈴電流和振鈴音會被切斷，並且呼叫計費電路由與最終選擇器關聯的控制電路啟用。否則，如果發現被叫使用者在其他線路中忙，則最終選擇器向主叫使用者傳送忙音。在任何切換階段，如果下一階段沒有可用的空閒選擇器，則會向主叫使用者返回忙音。

在建立呼叫時垂直和水平旋轉軸使用的磁體和機械連桿將在呼叫完成後釋放磁體（通常稱為釋放磁體）和銜鐵釋放軸。

TSSN - 共控子系統

在本章中，我們將討論共控子系統在電信交換系統和網路中的工作原理。

為了在不同的交換機之間建立呼叫，這可能進一步導致長途幹線呼叫，開發了橫截式交換系統，並於 1915 年獲得了第一個專利。然而，AT&T 於 1938 年開發了第一個橫截式交換系統。橫截式交換系統在其交換系統中引入了**共控子系統**。

要理解這一點，讓我們瞭解一下斯特羅格系統多交換網路產生的問題。

多交換網路

當需要聯絡屬於特定網路的使用者時，有多種方法可以幫助您聯絡特定的交換機；此外，路由中不僅存在一個交換機，而且存在任何交換機。

在多交換網路中，用於與特定使用者建立連線的路由會不時發生變化。在遵循多交換網路的斯特羅格交換機中，使用者必須更關注路由。使用者應該掌握路由中所有交換機號碼的詳細資訊。可能會出現使用者需要在其他路由上建立連線的情況；這有時會變得很麻煩。

下圖是多交換網路拓撲結構的一個示例。

每個斯特羅格交換機都保留了級別，其中呼叫將連線到相鄰的交換機。當撥打電話時，將根據撥入的交換機號碼聯絡這些交換機。

因此，在交換中實現多交換網路的缺點是 -

• 使用者識別號碼會根據呼叫路由而變化。

• 使用者必須瞭解網路拓撲結構以及其中存在的交換機號碼。

• 被叫使用者的數量和大小會根據呼叫發起的交換機而有所不同。

為了克服這些問題，引入了共控子系統。

共控子系統

為了避免複雜性並使使用者更容易撥打電話，共控子系統實施了兩個主要思想。這些想法列在下面 -

• 呼叫的路由應由交換機完成，而不是由撥入的號碼完成。

• 應為使用者分配唯一的識別號碼。UIN 包含使用者的交換機號碼和指示使用者線路的號碼。

應為使用者分配唯一的識別號碼。UIN 包含使用者的交換機號碼和指示使用者線路的號碼。

交換機識別符號 + 使用者線路識別符號

這是 STD（使用者直撥）程式碼和使用者號碼的組合；將其視為物理線路地址。每個使用者都被分配一個邏輯號碼，而不管物理線路號碼如何。地址轉換機制將邏輯地址轉換為實際物理地址以建立連線。呼叫處理獨立於交換網路進行。

共控子系統中採用了導演系統。一旦傳輸了轉換後的數字，導演就可以自由地處理另一個呼叫，並且不參與維護對話的電路。

下圖顯示了共控子系統的圖，其中包含呼叫處理子系統、計費電路、操作控制、維護控制和事件監視器。

以上框圖是對共控交換系統的一個簡單指示。交換系統中的控制功能可以歸類如下。

事件監控

控制子系統的事件監視部分監控交換機外部線路單元、中繼接續點和交換機間信令和傳送/接收單元發生的事件。線路單元處的事件包括呼叫請求和呼叫釋放。控制繼電器以建立到所需線路的連線是接續點處的事件。在交換機之間控制繼電器以進行連線，以及向交換機間的傳送和接收電路發出所需的音調。這種事件監控可能是分散式的。

呼叫處理

呼叫處理單元包含數字接收器和儲存暫存器，它們接收並存儲來自主叫方的撥號號碼。這些單元還包含初始和最終轉換器。初始轉換器是局碼轉換器，用於確定呼叫透過網路的路由或計費方法或費率。最終轉換器是使用者碼轉換器，用於確定必須連線呼叫的線路單元和被叫線路的類別。暫存器傳送器使用正確的信令傳輸路由數字和撥號數字，具體取決於目標交換機的要求。

計費

這與對所撥打的呼叫收取的費用有關。它取決於使用者的型別和使用者的服務。例如，一些服務，如緊急線路或故障維修是免費的；一些商業服務也可能提供免費服務。

操作和維護

交換網路的控制和操作採用兩種主要技術，稱為記憶體對映和網路對映。

記憶體對映

在這種技術中，路徑是透過根據定義路徑的一組二進位制資料在不同階段標記交換元素來確定的，而控制單元提供資料。在此階段，給出實際連線路徑的命令。這種記憶體對映技術存在於儲存程式控制中。

網路對映

在這種技術中，路徑查詢可以在共控單元級別進行，它標記要連線的入口和出口，實際路徑由交換網路確定。這種網路對映技術在使用標記進行控制的交叉連線交換機中很常見。

交換系統的管理和維護包括將新的使用者線路和中繼投入使用、修改使用者服務許可權以及根據網路狀態更改路由計劃等活動，這些活動是在控制系統的協調下執行的。維護人員執行維護活動，例如監督正常執行、執行測試以及對不同的線路引數進行測量。

TSSN - 觸控音撥號電話

在本章中，我們將學習按鍵式撥號電話技術。當我們談到電話機的技術發展時，最初使用的是旋轉撥號盤。撥號速度慢是旋轉撥號盤的一個主要缺點。在旋轉撥號盤上撥打一個7位數字需要12秒。Strowger交換系統的逐級交換元件無法響應高於每秒10-12個脈衝的速率。

它使用DTMF技術，在此之前使用的是脈衝撥號技術。在脈衝撥號技術中，也稱為斷路技術，線路反覆連線和斷開，就像開關的咔噠聲一樣；交換機根據咔噠聲的數量將其解釋為撥打的號碼。

按鍵式撥號的需要

隨著共控子系統引入交換機，撥號速率提高成為可能。因此，在電話中開發了一種名為按鍵式撥號的新系統來取代旋轉撥號盤；這被認為可以為客戶帶來更高的速度。這也消除了使用受限、信令容量有限以及速度較低等缺點。

脈衝撥號僅限於交換機和使用者之間的信令，但不包括兩個使用者之間的信令，這稱為端到端信令。端到端信令是一個理想的功能，只有當信令在話音訊率範圍內時才有可能，以便信令資訊可以傳輸到電話網路中語音可以傳輸的任何點。

因此，為了取代使用旋轉撥號盤的不便，引入了按鍵式撥號電話。按鍵式撥號電話的開發大約在1950年左右。但是，它的使用始於1964年左右。下圖顯示了一個實際的按鍵式撥號電話。

上圖將幫助您瞭解旋轉撥號盤被帶按鈕的鍵盤取代，如果觸控“按下”按鈕，這些按鈕將生成與撥打的號碼相關的頻率。輕鬆旋轉的功能被取代，並且在這個按鈕鍵盤中添加了重撥號碼的功能，撥打的號碼將儲存到撥打另一個號碼為止。這簡化了重新撥打7位號碼的過程。

按鍵式撥號電話是如何工作的？

按鍵式撥號電話上按下某個按鈕，使用某些頻率指示撥打的號碼。“觸控”或輕按某個數字會產生一個“音調”，它是兩個頻率的組合，一個來自低頻段，另一個來自高頻段。

例如，按下按鈕9，會產生兩個頻率，如852 Hz的低頻和1477 Hz的高頻。按鍵式撥號產生兩個頻率的設計如下所示。

如上所示，可以透過按鍵式撥號技術進行DTMF（雙音多頻）撥號。由於在按鍵式撥號技術中同時傳輸一個較高頻率和一個較低頻率的兩個頻率，因此稱為雙音多頻 (DTMF)撥號。產生的兩個訊號持續時間為100毫秒，由從矩陣中按下的鍵選擇，如上所示。每個鍵透過選擇與矩陣行關聯的四個低頻段頻率之一，以及選擇與矩陣列關聯的三個高頻段頻率之一來唯一地引用。

設計考慮因素

設計考慮因素包括

• 程式碼選擇
• 頻帶分離
• 頻率選擇
• 功率電平選擇
• 信令持續時間

按鍵式信令的程式碼選擇應使得音樂和語音模仿程式碼訊號變得困難。

考慮以下將兩個頻率的頻帶分離的原因：

• 在接收端，使用頻帶濾波器分離頻率組；這有助於以簡單的方式確定特定頻率。

• 輕鬆分別調節每個頻率分量的幅度。

• 可以使用限幅器來保護每個頻率的動作。

• 減少了虛假響應的可能性。

電話網路電路的衰減和延遲失真特性決定了頻率選擇。希望獲得平坦的幅度響應，具有非常低的衰減和均勻的延遲響應，以及較低的相對延遲值。雖然設計足夠可靠，但功率電平的選擇應根據通道的衰減特性進行規劃。訊號持續時間雖然效率低下，但時間更長，有助於防止通話中斷。

內部機構

按鍵式接收器的內部機制可以透過一個簡單的框圖來解釋，該框圖包含頻帶分離濾波器 (BSF)、限幅器 (L)、選擇器電路 (S) 和檢測器 (D)，它們分別輸出低頻段頻率 (LBF) 訊號和高頻段頻率 (HBF) 訊號，如下所示。

接收器中存在的頻帶分離濾波器用於分離頻率組。這有助於分別確定特定頻率。此外，濾波器還可以調節每個分量的幅度。然後訊號到達限幅器，其輸入有兩個頻率。它允許主要訊號透過它，繞過弱訊號。如果兩個訊號強度相同，則限幅器輸出遠低於全輸出，並且任何一個訊號都不會佔主導地位。

電路中存在的選擇器旨在在訊號落在指定的窄通帶內並且幅度在限幅器全輸出的2.5dB範圍內時識別訊號。限幅器和選擇器電路都能夠有效地識別按鍵式訊號和語音訊號之間的差異，以避免通話中斷。為了進一步改進，有時使用頻帶消除濾波器代替頻帶分離濾波器，因為它們允許寬頻語音透過濾波器。高頻段和低頻段頻率訊號透過檢測器輸出分別到達輸出端。

TSSN - 橫欄交換

在本章中，我們將討論交叉連線交換的概念。交叉連線交換機開發於20世紀40年代。它們利用交叉連線交換機中使用的交叉連線開關和共控裝置實現了全接入和非阻塞功能。稱為交叉點的活動元件放置在輸入和輸出線路之間。在共控交換系統中，交換和控制操作之間的分離允許一組共控開關使用交換網路，以共享方式同時建立多個呼叫。

交叉連線開關的特性

在本節中，我們將討論交叉連線開關的不同特性。下面簡要描述了這些特性：

• 在處理呼叫時，共控系統有助於共享資源。

• 由於線邏輯計算機，呼叫處理的特定路由功能是硬連線的。

• 靈活的系統設計有助於允許為特定交換機選擇合適的比率。

• 較少的活動部件簡化了交叉連線交換系統的維護。

交叉連線交換系統使用共控網路，使交換網路能夠執行事件監控、呼叫處理、計費、操作和維護，如前所述。共控還提供在大城市等多交換機區域內使用者統一編號，以及使用相同的中間交換機將呼叫從一個交換機路由到另一個交換機。這種方法透過其接收和儲存完整號碼以建立呼叫連線的獨特過程，有助於避免與逐級交換方法相關的缺點。

交叉連線交換矩陣

交叉連線排列是一個矩陣，它由M X N組觸點組成，排列成垂直和水平條，在它們交匯處有觸點。它們需要大約M + N個啟用器來選擇其中一個觸點。交叉連線矩陣排列如下圖所示。

交叉棒矩陣包含一個水平和垂直線陣列，如下圖中實線所示，它們都連線到最初分開的開關觸點。上圖中虛線所示的水平和垂直條帶在機械上連線到這些觸點，並連線到電磁體。

放置在輸入線和輸出線之間的交叉點具有電磁體，當通電時，會閉合兩條線交叉處的觸點。這使得兩條線靠近並保持連線。下圖將幫助您瞭解交叉點處的觸點連線方式。

通電後，電磁體將吸住條帶上的小磁片。列控制電磁體拉動下條帶上的磁鐵，而行控制電磁體拉動上條帶上的磁鐵。為了避免同一電路中不同的交叉點發生衝突，需要遵循一個建立連線的步驟。根據此步驟，可以先使水平或垂直條帶通電以建立連線。但是，要斷開連線，必須先斷開水平條帶的電源；然後斷開垂直條帶的電源。

由於所有分機在被叫方空閒的情況下都可以建立所有可能的連線，因此這種交叉棒交換稱為**非阻塞交叉棒配置**，它需要N2個交換元件才能為N個使用者提供服務。因此，交叉點的數量將遠大於使用者數。例如，100個使用者需要10,000個交叉點。這意味著此技術只能應用於使用者數量較少的群體。

有一個稱為**標記器**的外部開關；它可以控制多個交換機併為多個暫存器提供服務。交換機決定電磁體的操作，例如選擇磁體和橋接磁體，這些磁體應分別通電和斷電以連線和釋放使用者。

對角交叉點矩陣

在矩陣中，1、2、3、4表示輸入線，1'、2'、3'、4'表示相同使用者的輸出線，如果要在第1個和第2個使用者之間建立連線，則可以使用交叉點連線1和2'或連線2和1'。同樣，當需要在3和4之間建立連線時，可以使用3-4'交叉點或4-3'交叉點。下圖將幫助您瞭解其工作原理。

現在，對角線部分是連線到同一使用者的交叉點。一條已經連線到終端的線路不需要再次連線到同一終端。因此，對角線點也不必要。

因此，可以理解，對於N個使用者，如果也考慮對角線點，則交叉點的總數為：

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

對於N個使用者，如果**不**考慮對角線點，則交叉點的總數為：

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

隨著節點數N的增加，交叉點數量與N2成正比增加。交叉點始終呈線性關係。因此，由於可以考慮對角線點的下半部分或上半部分，因此考慮下半部分的整個矩陣現在將如下圖所示。

這稱為**對角交叉點矩陣**。該矩陣採用三角形格式，可以稱為**三角矩陣**或**雙向矩陣**。對角交叉點

矩陣是完全連線的。當第三個使用者向第四個使用者發起呼叫時，首先啟動第三個使用者的水平條帶，然後使第四個使用者的垂直條帶通電。對角交叉點矩陣是非阻塞配置。該系統的主要缺點是，單個交換機的故障會導致某些使用者無法訪問。

交叉點開關是任何開關（例如時間或空間開關）的抽象。如果在NXN交換矩陣中可以同時建立N個連線，則稱為**非阻塞交換機**。如果在某些或所有情況下建立的連線數少於N，則稱為**阻塞**交換機。這些阻塞交換機透過使用多個交換機來實現，並且此類網路稱為**線架**。

TSSN - 交叉棒交換機配置

在本章中，我們將討論交叉棒交換機配置的工作原理。交叉棒交換機配置是非阻塞配置，它具有N2個交換元件來為N個使用者提供服務，並且可以進行N/2個同時通話。交叉點的使用取決於呼叫使用者。

這是一種改進的非阻塞方案，使用上面討論的對角交叉點矩陣，具有N(N-1)/2個元件。元件數量與完全連線網路的元件數量相同。在這種方法中，連線是透過首先使水平條帶通電，然後使垂直條帶通電來建立的。但是，這種非阻塞方案有一些缺點，例如：

• 需要大量的交換元件。
• 在實踐中難以實現。
• 這不是一種經濟高效的過程。

為了克服這些缺點，引入了阻塞交叉棒交換。

阻塞交叉棒交換機

阻塞交叉棒交換機的主要目標是減少交叉點交換機的數量。它包括單級和多級交換機。可以透過兩種不同的方法減少交叉點交換機的數量。在第一種方法中，兩個使用者共享一個垂直條帶。這樣可以減少條帶的數量，但交叉點交換機的數量保持不變。第二種方法是所有使用者共享一定數量的垂直條帶。這樣可以減少條帶的數量和交叉點交換機的數量。

方法1

此方法包含**2NK**個交換機，其中**N**是使用者數，**K**是同時連線數。四個條帶協同工作以建立連線。如果需要在A和B之間建立連線，則首先使水平條帶A通電，然後使其中一個空閒的垂直條帶（例如P）通電。現在，交叉點AP被鎖存。如果現在使水平條帶B通電，則BP不會被鎖存，因為在B通電之前，P垂直條帶已經通電。要連線A和B，我們需要另一個垂直交叉棒，它在電氣上對應於垂直條帶P，即P'，如下圖所示。當P'在B之後通電時，交叉點BP'被鎖存，並在A和B之間建立連線。

連線如下圖所示。

因此，與建立連線相關的步驟遵循以下順序：

• 使水平條帶A通電
• 使空閒的垂直條帶P通電
• 斷開水平條帶A的電源
• 使水平條帶B通電
• 使空閒的垂直條帶P'（與P相關聯）通電

• 斷開水平條帶B的電源

方法2

此方法包含**NK**個交換機，其中**N**是使用者數，**K**是同時連線數。在這裡，三個條帶協同工作以建立連線。如果需要在A和B之間建立連線，則首先使水平條帶A和B通電，然後使其中一個空閒的垂直條帶（例如P）通電。現在，僅使用一個垂直條帶P而不是兩個條帶建立連線。現在斷開水平條帶A和B的電源。

連線如下圖所示。

因此，建立連線遵循以下順序：

• 使水平條帶A和B通電
• 使空閒的垂直條帶P通電
• 斷開水平條帶A和B的電源

中繼線支援

在本節中，我們將討論中繼線支援的工作原理。上面討論的阻塞和非阻塞型交叉棒交換機都可以支援中繼線。這是透過引入額外的垂直交叉棒和交叉點交換機來實現的。

有兩種方法可以引入額外的垂直交叉棒和交叉點交換機

• 內部非阻塞和外部阻塞
• 本地和外部均阻塞

內部非阻塞和外部阻塞方法如下圖所示。

內部非阻塞交換機顯示有兩個中繼線。在這種情況下，交叉點交換機的數量為**N(N+L)**，其中**N**是使用者數，**L**是中繼線的數量。

本地和外部均阻塞的方法如下圖所示。

上圖所示的交換機在內部和外部均阻塞，具有兩個內部同時呼叫和兩個外部同時呼叫。在這種情況下，交叉點交換機的數量為**N(2K+L)**，其中**N**是使用者數，L是中繼線的數量，**K**是本地可以支援的同時呼叫的數量。

TSSN - 交叉點技術

在本章中，我們將討論電信交換系統和網路中的交叉點技術。

交叉棒系統主要由交叉點交換機組成，這增加了系統的成本。交叉棒系統的成本與交叉點數量成正比增加。

交叉點技術的挑戰

在本節中，我們將討論與交叉點技術相關的挑戰。挑戰如下：

• 減小交叉點尺寸
• 降低交叉點成本
• 改進切換時間

在尋找現有挑戰解決方案的過程中，交叉點技術不斷發展。交叉點技術是兩種相關技術的融合。這些技術是：

• 機電
• 電子

以下流程圖顯示了交叉點技術的不同類別：

在我們後續的部分中，我們將進一步討論相關技術。

機電交叉點技術

機電交叉點開關能夠在1-10毫秒的時間內進行數百萬次開關觸點，且不會出現磨損，即使在今天也得到了廣泛應用。兩種廣泛使用的開關型別是**微型開關**和**簧片繼電器**。

微型開關

這些開關由貴金屬（如鈀）製成，這使得觸點工作更安靜，其分叉設計和高耐腐蝕性，使其具有持久的設計。這些機械鎖存開關為此目的使用“V”形缺口，並且在交叉棒交換系統中非常可靠。

這些安裝在橫樑上的開關可以水平和垂直移動，以建立和釋放連線，切換時間為8-10毫秒。

簧片繼電器開關

為了減少機械開關的使用並進一步延長開關的使用壽命，引入了簧片繼電器開關。這些開關由密封在玻璃管中的磁性材料觸點構成；這可以保護觸點免受汙染。下圖說明了簧片繼電器開關的設計。

簧片繼電器開關可以是電氣或機械鎖存的；它包含彼此非常靠近的觸點，位移為0.2毫米，從而產生1毫秒的快速切換速度。該繼電器的構造使得玻璃管被一對線圈包圍，當電流同時透過兩個線圈時，就會產生磁場。這進一步導致簧片觸點移到一起。只要通電，電氣連線就會被鎖存，電流就會流過線圈。

在磁性鎖存中，磁性材料的磁滯決定了效能。所需的磁極片可以放置在玻璃外部，或者可以透過選擇合適的鐵磁材料使觸點充當磁極。由於觸點條的剩磁特性，簧片繼電器被稱為**remreed**。即使在電流撤回後，剩磁也能使觸點保持完整，因此需要施加去磁電流才能開啟觸點。

這些簧片繼電器放置在每個交叉點處，以構成交叉點矩陣。交叉點選擇是透過將每個繼電器的一個線圈繞組與其垂直相鄰的線圈串聯，並將另一個繞組與其水平相鄰的線圈串聯來實現的。當透過同時脈衝相應的垂直和水平線選擇所需的交叉點時，簧片繼電器被激勵。

橫樑交換機組織

橫樑交換機的組織由三個基本構建塊組成，例如鏈路框架、控制標記和暫存器。鏈路框架包含具有橫樑的主級和次級級，它們之間透過鏈路連線。這種帶鏈路的兩級配置具有增加給定數量的入口的出口數量的效果。如果出口數量較高，選擇性也會較高。

橫樑交換機的組織由三個基本構建塊組成，例如鏈路框架、控制標記和暫存器。鏈路框架包含具有橫樑的主級和次級級，它們之間透過鏈路連線。這種帶鏈路的兩級配置具有增加給定數量的入口的出口數量的效果。如果出口數量較高，選擇性也會較高。

橫樑交換機組織的兩個主要部分是

線路單元

線路鏈路框架以及相關的標記和暫存器可以稱為**線路單元**。線路單元是雙向單元，有助於呼叫的起始和終止。由於其雙向能力，線路鏈路框架中的次級部分稱為終端部分。使用者線路終止於終端部分框架的出口。

群組單元

中繼鏈路框架及其相關的電路可以稱為**群組單元**。中繼鏈路框架可以細分為兩個或三個鏈路框架，例如本地局鏈路框架和入局鏈路框架等。群組單元是一種單向裝置，接收來自線路單元或遠端交換機的呼叫。它能夠處理本地、出局、入局、終結和中轉呼叫。

呼叫處理

下圖顯示了橫樑交換機的簡化組織結構。

橫樑交換機的呼叫處理分為三個階段，分別稱為預選、群組選擇和線路選擇。

預選

起始標記進行預選。當主叫使用者拿起話筒時，會聽到撥號音。暫存器傳送此音調。從拿起話筒到傳送撥號音的這個階段稱為**預選**。

群組選擇

聽到撥號音後，可以撥號。根據譯碼器提供的程式碼，呼叫將透過預定的方向切換。這個選擇所需群組進行呼叫的階段稱為**群組選擇**。

線路選擇

撥號後，主叫使用者透過終止標記連線到被叫使用者。被叫方的線路由終止標記控制，該標記還會在該線路上傳送振鈴訊號。這個選擇所需使用者線路的階段可以稱為**線路選擇**。

透過這三個部分，可以在橫樑交換機中連線和處理呼叫。

TSSN - 儲存程式控制

在本章中，我們將討論儲存程式控制如何在電信交換系統和網路中工作。為了提高交換中控制和訊號的效率和速度，引入了電子技術。**儲存程式控制**，簡稱**SPC**，是電子技術在電信領域帶來變化的概念。它允許諸如簡易撥號、來電轉接、呼叫等待等功能。儲存程式控制的概念是指將程式或一組計算機指令儲存在其記憶體中，處理器自動逐條執行這些指令。

由於交換控制功能是透過儲存在計算機記憶體中的程式執行的，因此稱為**儲存程式控制(SPC)**。下圖顯示了SPC電話交換機的基本控制結構。

SPC使用的處理器是根據交換機的需求設計的。處理器是冗餘的；使用多個處理器使過程更加可靠。一個單獨的處理器用於維護交換系統。

SPC有兩種型別：

• 集中式SPC
• 分散式SPC

集中式SPC

早期版本的集中式SPC使用單個主處理器來執行交換功能。在後期發展階段，雙處理器取代了單個主處理器。這使得過程更加可靠。下圖顯示了典型集中式SPC的組織結構。

雙處理器架構可以配置為以三種模式執行，例如：

• 備用模式
• 同步雙工模式
• 負載共享模式

備用模式

顧名思義，在兩個處理器中，一個處理器處於活動狀態，另一個處於備用模式。備用模式下的處理器用作備份，以防活動處理器發生故障。這種交換模式使用兩個處理器共有的輔助儲存器。活動處理器定期複製系統的狀態並存儲在軸輔助儲存器中，但處理器沒有直接連線。與控制功能相關的程式和指令、例程程式和其他所需資訊儲存在輔助儲存器中。

同步雙工模式

在同步雙工模式下，兩個處理器連線並同步執行。兩個處理器P1和P2連線，並使用單獨的記憶體，如M1和M2。這些處理器耦合以交換儲存的資料。在兩個處理器之間使用比較器。比較器有助於比較結果。

在正常執行期間，兩個處理器分別接收來自交換機的所有資訊以及來自其記憶體的相關資料。但是，只有一個處理器控制交換機；另一個處理器與前一個處理器保持同步。比較器比較兩個處理器的結果，識別是否發生任何故障，然後透過單獨操作它們來識別故障處理器。故障處理器只有在故障排除後才能投入使用，在此期間，另一個處理器提供服務。

負載共享模式

負載共享模式是指在兩個處理器之間共享任務。在這種模式下，使用排除裝置(ED)代替比較器。處理器呼叫ED以共享資源，以便兩個處理器不會同時請求相同的資源。

在這種模式下，兩個處理器同時處於活動狀態。這些處理器共享交換機和負載的資源。如果一個處理器發生故障，另一個處理器將在ED的幫助下接管整個交換機的負載。在正常執行期間，每個處理器在統計學基礎上處理一半的呼叫。但是，交換機操作員可以出於維護目的更改處理器負載。

分散式SPC

與機電開關和集中式SPC不同，分散式SPC的引入能夠提供廣泛的服務。這種SPC具有單獨的小型處理器，稱為**區域處理器**，用於處理不同的工作，而不是像集中式系統那樣只有一個或兩個處理器處理所有事情。但是，當這些區域處理器需要執行復雜任務時，集中式SPC會透過對其進行指導來提供幫助。

分散式SPC比集中式SPC具有更高的可用性和可靠性，因為整個交換控制功能可以水平或垂直分解以進行分散式處理。這種分散式控制（其中交換裝置被劃分為多個部分，每個部分都有自己的處理器）在下圖中進行了說明。

在垂直分解中，交換環境被劃分為幾個塊，每個塊分配給一個處理器，該處理器執行與特定裝置塊相關的所有控制功能，而在水平分解中，每個處理器執行一個或一些交換控制功能。

TSSN - 軟體架構

在本章中，我們將學習電信交換系統和網路的軟體架構。

為了更好地理解，SPC系統的軟體可以分為兩類：**系統軟體**和**應用軟體**。軟體架構處理SPC的系統軟體環境，包括語言處理器。許多功能以及呼叫處理都是作業系統的一部分，在該作業系統下執行操作和管理功能。

呼叫處理是主要的處理功能，它是事件驅動的。在使用者線路或中繼線上發生的事件會觸發呼叫處理。交換機中的呼叫建立不是在一個連續的處理序列中完成的。整個過程由許多持續幾十或幾百毫秒的基本過程組成，許多呼叫同時以這種方式處理，每個呼叫由一個單獨的**程序**處理。程序是一個活動實體，是**正在執行的程式**，有時也稱為**任務**。

多程式設計環境中的程序

在本節中，我們將瞭解多程式設計環境中的程序是什麼。多程式設計環境中的程序可以是以下之一：

• 執行
• 就緒
• 阻塞

程序的狀態由其當前活動和它執行的程序以及其狀態經歷的轉換來定義。

• 如果處理器當前正在執行指令，則稱該程序處於**執行**狀態。

• 如果執行程序的下一條指令正在等待或具有超時指令，則稱該程序處於**就緒**狀態。

• 如果程序正在等待某些事件發生才能繼續，則稱該程序處於**阻塞**狀態。

下圖顯示了程序在執行、就緒和阻塞狀態之間轉換的過程。

在某些程序處於執行狀態的同時，一些程序將處於就緒狀態，而另一些程序則被阻塞。就緒列表中的程序將根據優先順序排序。阻塞程序是無序的，它們以等待發生的事件的順序解除阻塞。如果一個程序沒有被執行並且等待其他指令或資源，則透過將該程序推入就緒列表來節省處理器時間，並在其優先順序較高時解除阻塞。

程序控制塊

程序控制塊 (PCB) 代表作業系統中的每個程序。PCB 是一個數據結構，包含以下關於程序的資訊。

• 程序的當前執行狀態

• 處於就緒狀態的程序優先順序

• CPU 排程引數

• 儲存程序被中斷時 CPU 的內容

• 分配給程序的記憶體

• 程序的詳細資訊，如程序號、CPU 使用率等。

• 與程序關聯的事件和 I/O 資源的狀態

PCB 包含所有關於程序的資訊，以便在獲取 CPU 時執行下一個程序。CPU 暫存器包括一個**程式狀態字** (PSW)，其中包含要執行的下一條指令的地址、當前啟用或停用的中斷型別等。

當 CPU 執行某個程序時，如果當前執行的程序被阻塞，或者發生觸發高優先順序程序的事件或中斷，則需要切換該程序。這種情況稱為**程序切換**，也稱為**上下文切換**。下圖描述了這種中斷優先順序機制。

如果程序**A**掃描特定使用者線路並發現其空閒，則該程序將與該使用者建立呼叫。但是，如果另一個程序 B 宣告優先順序並在同一時間與同一使用者建立呼叫，則這兩個程序需要同時對同一使用者進行呼叫，這是不可取的。類似的問題也可能出現在其他共享表和檔案中。

交換機資源（中繼線、暫存器等）的資訊及其當前利用率以表格的形式儲存。這些表在需要時由不同的程序共享。當兩個或多個程序同時選擇同一張表時，就會出現問題。可以透過允許每個程序訪問共享表來解決此問題。

共享資源

每當一個程序使用共享表或任何共享資源時，所有其他需要相同資源的程序都將被掛起。當執行的程序完成使用資源後，它將分配給第一個優先順序最高的等待中的就緒程序。這種使用共享資源的過程稱為**互斥**。訪問共享資源的程序被稱為處於其**臨界區**。互斥意味著對於給定的共享資源，在任何時刻只能有一個程序處於臨界區。程序進入臨界區的程式碼編寫非常小心，以避免出現無限迴圈。這有助於防止程序被阻塞。完成的工作更加準確和高效。這也有助於其他正在等待的程序。

如果訊號量中的兩個程序必須共享一個公共資源，則它們將在一定的時間間隔內共享該資源。當一個程序使用該資源時，另一個程序等待。現在，在等待期間，為了與另一個程序同步，它讀取之前寫入的任務。這意味著，該程序的狀態應該非零並且應該不斷遞增，否則將被髮送到阻塞列表。阻塞列表中的程序一個接一個地堆疊，並根據優先順序允許使用資源。

下圖顯示了程序的工作方式 -

如果訊號量中的兩個或多個程序無限期地等待某個資源並且沒有得到零以返回到阻塞狀態，而其他程序則在阻塞狀態下等待使用同一資源，但沒有任何程序可以使用該資源而只能等待，則這種狀態稱為**死鎖狀態**。

已經開發了用於死鎖預防、避免、檢測和恢復的技術。因此，這些技術涵蓋了作業系統用於切換處理器的主要功能。

軟體生產

SPC 軟體生產因其複雜性和軟體規模以及其長期的使用壽命、可靠性、可用性和可移植性而顯得重要。

軟體生產是軟體工程的一個分支，它處理在複雜系統的大規模軟體生產和維護中遇到的問題。軟體工程實踐分為四個階段。這些階段構成了軟體系統的生產。

• 功能規格說明
• 正式描述和詳細規格說明
• 編碼和驗證
• 測試和除錯

交換系統的應用軟體可以分為呼叫處理軟體、管理軟體和維護軟體；交換系統的應用軟體包使用模組化組織。

隨著儲存程式控制的引入，可以為使用者提供大量新的或改進的服務。許多型別的增強服務，如簡短撥號、錄音號碼呼叫或無撥號呼叫、空閒時回叫、來電轉接、人工接聽、主叫號碼記錄、呼叫等待、諮詢保持、會議呼叫、自動報警、STD 禁止、惡意呼叫追蹤等，都隨著電話技術的這些變化而引入。

多級網路

多級網路是構建的網路，旨在比橫板交換系統更有效地提供更多使用者之間的連線。

前面討論的橫板交換網路有一些限制，如下所述 -

• 交叉點的數量將是連線站數量的平方，因此對於大型交換機來說，成本很高。

• 交叉點的故障會阻止與該交叉點連線的兩個使用者之間的連線。

• 即使所有連線的裝置都處於活動狀態，也只利用了少數交叉點。

為了找到解決這些缺點的方案，構建了多級空間分割交換機。透過將橫板交換機分成較小的單元並將其互連，可以構建具有較少交叉點的多級交換機。下圖顯示了一個多級交換機的示例。

與上述類似的多級交換機需要的交叉點數量少於橫板交換機中需要的數量。根據上面所示的示例，對於 8（輸入）和 8（輸出）的各種使用者（被叫使用者和主叫使用者），普通橫板網路中需要的交叉點數量將是它們的平方，即 64。但是，在多級橫板網路中，只需要 40 個交叉點就足夠了。這如上圖所示。在大型多級橫板交換機中，減少幅度更大。

多級網路的優點

多級網路的優點如下 -

• 減少了交叉點的數量。
• 連線路徑的數量可以更多。

多級網路的缺點

多級網路的缺點如下 -

• 多級交換機可能會導致**阻塞**。

• 如果增加中間交換機的數量或大小可以解決此問題，但成本也會隨之增加。

阻塞

阻塞減少了交叉點的數量。下圖將幫助您更好地理解阻塞。

在上圖中，有 4 個輸入和 2 個輸出，使用者 1 連線到線路 3，使用者 2 連線到線路 4。紅色線條表示連線。但是，將會有更多請求到來；如果使用者 3 和使用者 4 發出呼叫請求，則無法處理，因為無法建立呼叫。

上面塊中的使用者也（如上圖所示）面臨著同樣的問題。一次只能連線兩個塊；無法連線兩個以上或所有輸入（因為它取決於存在的輸出數量）。因此，無法同時建立多個連線，這可以理解為呼叫被阻塞。

TSSN - 交換技術

在本章中，我們將討論電信交換系統和網路中的交換技術。

在大型網路中，可能存在多條路徑用於將資料從傳送方傳輸到接收方。從可用選項中選擇資料必須採取的路徑可以理解為**交換**。資訊可以在其在各種通訊通道之間傳輸時進行交換。

有三種典型的數字流量交換技術可用。他們是 -

• 電路交換
• 報文交換
• 分組交換

現在讓我們看看這些技術是如何工作的。

電路交換

在電路交換中，兩個節點透過專用通訊路徑相互通訊。在此，建立一個電路來傳輸資料。這些電路可以是永久的或臨時的。使用電路交換的應用程式可能必須經歷三個階段。不同的階段是 -

• 建立電路
• 傳輸資料
• 斷開電路

下圖顯示了電路交換的模式。

電路交換是為語音應用而設計的。電話是電路交換最合適的例子。在使用者撥打電話之前，在網路上建立了被叫使用者和主叫使用者之間的虛擬路徑。

電路交換的缺點是 -

• 等待時間很長，並且沒有資料傳輸。
• 每個連線都有一個專用路徑，這會增加成本。
• 當連線的系統不使用通道時，它保持空閒狀態。

在電路交換中，一旦建立連線，就會使用專用於資料傳輸的路徑建立電路模式。電話系統是電路交換技術的常見示例。

報文交換

在報文交換中，整個報文被視為一個數據單元。資料在其整個電路中傳輸。一個執行報文交換的交換機首先接收整個報文並將其緩衝，直到有資源可用於將其傳輸到下一個跳點。如果下一個跳點沒有足夠的資源來容納大型報文，則儲存報文，交換機等待。

下圖顯示了報文交換的模式。

在這種技術中，資料被儲存和轉發。該技術也稱為**儲存轉發**技術。該技術被認為是電路交換的替代方案。但是，報文傳輸端到端延遲之後跟隨的傳輸延遲增加了傳播延遲，從而減慢了整個過程。

報文交換具有以下缺點：

• 傳輸路徑中的每個交換機都需要足夠的儲存空間來容納整個報文。

• 由於包含在資源可用之前的等待，報文交換非常慢。

• 報文交換不是流媒體和即時應用的解決方案。

即使網路繁忙，資料分組也會被接受；這會減慢傳遞速度。因此，不建議用於語音和影片等即時應用程式。

分組交換

分組交換技術源自報文交換，其中報文被分解成稱為**分組**的較小塊。每個分組的頭部包含交換資訊，然後獨立傳輸。頭部包含源、目標和中間節點地址資訊等詳細資訊。中間網路裝置可以儲存小尺寸分組，並且在載波路徑或交換機的內部儲存器上都不會佔用太多資源。

執行分組的單獨路由，其中不必在同一路徑中傳送一組完整的分組。由於資料被分割，因此頻寬減少了。此交換用於執行資料速率轉換。

下圖顯示了分組交換的模式。

下圖顯示了分組交換的模式。

可以透過將來自多個應用程式的分組多路複用到載波上來提高分組交換的線路效率。使用此分組交換的網際網路使使用者能夠根據優先順序區分資料流。根據優先順序列表，這些分組在儲存後轉發以提供服務質量。

分組交換技術已被證明是一種高效的技術，並被廣泛用於語音和資料傳輸。傳輸資源是使用不同的技術分配的，例如統計多路複用或動態頻寬分配。

統計多路複用

統計多路複用是一種通訊鏈路共享技術，用於分組交換。在統計多路複用中，共享連結是可變的，而在TDM或FDM中是固定的。這是最大化頻寬利用率的策略性應用。這也可以提高網路效率。

透過為具有有效資料分組的通道分配頻寬，統計多路複用技術組合輸入流量以最大化通道效率。每個流被分成資料包，並按照先到先服務的原則傳遞。優先順序級別的增加允許分配更多頻寬。在統計多路複用中，時間槽得到妥善處理，不會浪費，而它們在時分多路複用中卻被浪費了。

網路流量

顧名思義，網路流量只是在給定時間內沿著網路移動的資料。資料傳輸以分組的形式進行，其中每單位時間傳輸的分組數量被視為負載。控制此網路流量包括管理、優先順序排序、控制或減少網路流量。還可以藉助一些技術來測量網路上的流量數量和型別。需要監控網路流量，因為這有助於網路安全；高資料速率可能會損壞網路。

資源或設施在一段時間內（通常為24小時）完成的總工作量的度量稱為**流量量**，以愛爾蘭小時為單位測量。流量量定義為平均流量強度和時期的乘積。

$$流量量 = 流量強度 \times 時間週期$$

擁塞

當網路上的負載大於網路的容量時，據說網路中發生了擁塞。當節點的緩衝區大小超過接收到的資料時，流量將很高。這進一步導致擁塞。從一個節點到另一個節點移動的資料量可以稱為**吞吐量**。

下圖顯示了擁塞。

在上圖中，當資料包從傳送方A、B和C到達節點時，節點無法以更快的速度將資料傳輸到接收方。傳輸會延遲，或者由於嚴重擁塞而可能導致資料丟失。

當過多的分組到達分組交換網路中的埠時，效能會下降，這種情況稱為**擁塞**。資料在佇列中等待傳輸。當佇列利用率超過80%時，則認為佇列處於擁塞狀態。擁塞控制技術有助於控制擁塞。以下吞吐量和分組傳送之間的圖顯示了擁塞控制傳輸和非控制傳輸之間的區別。

用於擁塞控制的技術分為兩種型別：開環和閉環。迴圈因它們發出的協議而異。

開環

開環擁塞控制機制生成協議以**避免擁塞**。這些協議被髮送到**源**和**目的地**。

閉環

閉環擁塞控制機制生成協議，允許系統進入擁塞狀態，然後**檢測**和**消除**擁塞。**顯式**和**隱式**反饋方法有助於機制的執行。

TSSN - 時分交換

在本章中，我們將討論電信交換系統和網路中的交換技術。

在大型網路中，可能存在多條路徑用於將資料從傳送方傳輸到接收方。從可用選項中選擇資料必須採取的路徑可以理解為**交換**。資訊可以在其在各種通訊通道之間傳輸時進行交換。

有三種典型的數字流量交換技術可用。他們是 -

• 電路交換
• 報文交換
• 分組交換

現在讓我們看看這些技術是如何工作的。

電路交換

在電路交換中，兩個節點透過專用通訊路徑相互通訊。在此，建立一個電路來傳輸資料。這些電路可以是永久的或臨時的。使用電路交換的應用程式可能必須經歷三個階段。不同的階段是 -

• 建立電路
• 傳輸資料
• 斷開電路

下圖顯示了電路交換的模式。

電路交換是為語音應用而設計的。電話是電路交換最合適的例子。在使用者撥打電話之前，在網路上建立了被叫使用者和主叫使用者之間的虛擬路徑。

電路交換的缺點是 -

• 等待時間很長，並且沒有資料傳輸。
• 每個連線都有一個專用路徑，這會增加成本。
• 當連線的系統不使用通道時，它保持空閒狀態。

在電路交換中，一旦建立連線，就會使用專用於資料傳輸的路徑建立電路模式。電話系統是電路交換技術的常見示例。

報文交換

在報文交換中，整個報文被視為一個數據單元。資料在其整個電路中傳輸。一個執行報文交換的交換機首先接收整個報文並將其緩衝，直到有資源可用於將其傳輸到下一個跳點。如果下一個跳點沒有足夠的資源來容納大型報文，則儲存報文，交換機等待。

下圖顯示了報文交換的模式。

在這種技術中，資料被儲存和轉發。該技術也稱為**儲存轉發**技術。該技術被認為是電路交換的替代方案。但是，報文傳輸端到端延遲之後跟隨的傳輸延遲增加了傳播延遲，從而減慢了整個過程。

報文交換具有以下缺點：

• 傳輸路徑中的每個交換機都需要足夠的儲存空間來容納整個報文。

• 由於包含在資源可用之前的等待，報文交換非常慢。

• 報文交換不是流媒體和即時應用的解決方案。

即使網路繁忙，資料分組也會被接受；這會減慢傳遞速度。因此，不建議用於語音和影片等即時應用程式。

分組交換

分組交換技術源自報文交換，其中報文被分解成稱為**分組**的較小塊。每個分組的頭部包含交換資訊，然後獨立傳輸。頭部包含源、目標和中間節點地址資訊等詳細資訊。中間網路裝置可以儲存小尺寸分組，並且在載波路徑或交換機的內部儲存器上都不會佔用太多資源。

執行分組的單獨路由，其中不必在同一路徑中傳送一組完整的分組。由於資料被分割，因此頻寬減少了。此交換用於執行資料速率轉換。

下圖顯示了分組交換的模式。

下圖顯示了分組交換的模式。

可以透過將來自多個應用程式的分組多路複用到載波上來提高分組交換的線路效率。使用此分組交換的網際網路使使用者能夠根據優先順序區分資料流。根據優先順序列表，這些分組在儲存後轉發以提供服務質量。

分組交換技術已被證明是一種高效的技術，並被廣泛用於語音和資料傳輸。傳輸資源是使用不同的技術分配的，例如統計多路複用或動態頻寬分配。

統計多路複用

統計多路複用是一種通訊鏈路共享技術，用於分組交換。在統計多路複用中，共享連結是可變的，而在TDM或FDM中是固定的。這是最大化頻寬利用率的策略性應用。這也可以提高網路效率。

透過為具有有效資料分組的通道分配頻寬，統計多路複用技術組合輸入流量以最大化通道效率。每個流被分成資料包，並按照先到先服務的原則傳遞。優先順序級別的增加允許分配更多頻寬。在統計多路複用中，時間槽得到妥善處理，不會浪費，而它們在時分多路複用中卻被浪費了。

網路流量

顧名思義，網路流量只是在給定時間內沿著網路移動的資料。資料傳輸以分組的形式進行，其中每單位時間傳輸的分組數量被視為負載。控制此網路流量包括管理、優先順序排序、控制或減少網路流量。還可以藉助一些技術來測量網路上的流量數量和型別。需要監控網路流量，因為這有助於網路安全；高資料速率可能會損壞網路。

資源或設施在一段時間內（通常為24小時）完成的總工作量的度量稱為**流量量**，以愛爾蘭小時為單位測量。流量量定義為平均流量強度和時期的乘積。

$$流量量 = 流量強度 \times 時間週期$$

擁塞

當網路上的負載大於網路的容量時，據說網路中發生了擁塞。當節點的緩衝區大小超過接收到的資料時，流量將很高。這進一步導致擁塞。從一個節點到另一個節點移動的資料量可以稱為**吞吐量**。

下圖顯示了擁塞。

在上圖中，當資料包從傳送方A、B和C到達節點時，節點無法以更快的速度將資料傳輸到接收方。傳輸會延遲，或者由於嚴重擁塞而可能導致資料丟失。

當過多的分組到達分組交換網路中的埠時，效能會下降，這種情況稱為**擁塞**。資料在佇列中等待傳輸。當佇列利用率超過80%時，則認為佇列處於擁塞狀態。擁塞控制技術有助於控制擁塞。以下吞吐量和分組傳送之間的圖顯示了擁塞控制傳輸和非控制傳輸之間的區別。

用於擁塞控制的技術分為兩種型別：開環和閉環。迴圈因它們發出的協議而異。

開環

開環擁塞控制機制生成協議以**避免擁塞**。這些協議被髮送到**源**和**目的地**。

閉環

閉環擁塞控制機制生成協議，允許系統進入擁塞狀態，然後**檢測**和**消除**擁塞。**顯式**和**隱式**反饋方法有助於機制的執行。

TSSN - 電話網路

在本章中，我們將學習公共交換電話網路（PSTN）。這個非凡的電信網路被認為是技術進步領域的一項成就。但是，當我們涉及到這些網路時，會出現一些問題。我們將在後續章節中討論這些問題。

PSTN

公共交換電話網路被理解為全球電路交換電話網路的集合，用於提供公共電信。PSTN網路稱為POTS（普通老式電話系統）。這些網路使用電話線、光纖電纜、微波傳輸鏈路或蜂窩通訊在區域、本地、國家和國際範圍內執行。

PSTN在網路的集中點包含交換機，這些交換機充當網路上任意點與任意其他點之間通訊的節點。前面討論的所有型別的交換技術，例如電路交換、分組交換和報文交換，都是使用PSTN的不同模式。

使用者環路系統

在一般的電話網路中，每個使用者都有兩條專線連線到最近的交換機，稱為該使用者的**環路線**。從交換局到使用者場所鋪設線路稱為**佈線**。由於難以從每個使用者的場所到交換局鋪設電纜，因此使用大型電纜，透過這些電纜將跳線（使用者線路）連線到分配點。

跳線連線到電纜中分配點處的線對。來自附近地理區域的此類分配電纜連線到同一個饋線點，在那裡它們連線到支路饋線電纜，這些電纜又連線到主饋線電纜。藉助下圖可以理解整個過程

來自交換機的使用者電纜對也將透過攜帶大量線對的主饋線電纜終止於MDF。這些使用者對和交換對在MDF上使用跳線互連，這使得MDF能夠提供用於重新分配電纜對和使用者號碼的靈活機制。這意味著一個使用者即使在同一個交換區域內搬到不同的位置，也可以透過使用合適的跳線來使用相同的號碼，而他的舊跳線可以由另一個使用者使用新的號碼。

交換層次結構和路由

下一個重要的系統是電話線的交換層次結構和路由。不同區域具有不同交換機之間的呼叫互連是透過交換機之間的**中繼線**完成的。用於互連不同交換機的一組中繼線稱為**中繼線組**。

在交換機互連過程中，有三種基本拓撲結構，例如

• 網狀拓撲
• 星形拓撲
• 分層

網狀拓撲

網狀拓撲，顧名思義，是一個完全互連的網路。網狀網路中的中繼線組數量與互連的交換機數量的平方成正比。因此，這些網狀拓撲廣泛用於交通繁忙的大都市區。

下圖顯示了網狀拓撲的外觀。

星形拓撲

星形拓撲連線成星形，它利用一個稱為**匯接交換機**的中間交換機，所有其他交換機都透過該交換機進行通訊。下圖顯示了星形網路的模型。當流量水平相對較低時，使用星形網路。可以透過透過額外的匯接交換機互連來使用許多星形網路，從而形成一個兩級星形網路，如下面的圖所示。

分層

分層拓撲用於以最少數量的中繼線組處理大量流量。流量透過**最終路由**流動，這是最高級別的層次結構。如果任何一對交換機之間的流量強度很高，則可以在它們之間建立直接中繼路由，如下面圖中虛線所示。這些直接中繼路由是**高使用率路由**。在存在這些高使用率路由的地方，流量將透過它們流動。在此，溢位的流量沿分層路徑路由。不允許從最終路由溢位流量。

為了決定特定連線上的路由，使用以下三種方法：

• 直通路由
• 本交換機路由
• 計算機控制路由

傳輸計劃

透過電纜傳輸訊號的質量應該很高，以確保更好的通訊。國家和國際電路之間的傳輸鏈路應該更好，以便串聯連線以建立呼叫。

為了獲得高標準的質量，CCITT提出了以下指導方針：

• 國際呼叫中使用的電路最大數量為12條。

• 在起始和終止國際交換中心之間串聯使用的國際電路不超過四條。

• 在特殊情況下以及呼叫數量較少的情況下，電路總數可能為14條，但即使在這種情況下，國際電路也限制在最多四條。

除了限制所需電路的數量外，還應最大限度地減少線路損耗或導線損耗以及開關損耗或接觸損耗等損耗。這些方面屬於傳輸損耗預算，其中包括將回聲電平保持在限制範圍內和控制嘯叫等因素。

由於距離較長，電路需要在適當的間隔處設定放大器和中繼器以增強訊號。在使用者線路介面處會發生失配；這會導致將一部分傳入訊號反射到傳出電路，然後作為回聲返回到說話者。回聲抑制器或抵消電路用於最大限度地減少回聲的影響。訊號衰減和回聲是傳輸線路中的主要損耗，以及接觸和導線損耗。

傳輸系統

存在不同型別的傳輸系統，例如無線電系統、同軸電纜系統和光纖系統是主要的系統。隨著傳輸距離的增加，傳輸方式也會發生變化。

訊號傳輸從有線傳輸發展到無線傳輸。無線電系統提供無線傳輸，同軸電纜系統允許透過電線傳輸訊號，光纖系統透過光纖提供通訊。

根據訊號傳播機制，無線電通訊有四種通訊方式，例如：

• 天波或電離層通訊
• 受地平線限制的視距 (LOS) 微波通訊
• 對流層散射通訊
• 衛星通訊

號碼計劃

在發展的早期階段，號碼方案僅限於一個小型單一交換機，該交換機用於透過識別其所在城鎮的名稱來連線到其他交換機。但隨著使用者數量的增加，引入了許多交換機。

一個大型中央交換機，服務於城鎮的主要商業中心，可以稱為主交換機，而服務於不同地區的較小交換機稱為衛星交換機。包含主交換機和衛星的完整網路的區域稱為多交換機區域。需要一個通用的號碼方案來識別被叫使用者的交換機位置，尤其是在呼叫來自多交換機區域外部的位置時。

通用號碼方案稱為鏈路號碼方案，其中城鎮中的所有交換機都由城鎮名稱集體識別。隨著使用者直撥 (STD) 或直撥電話 (DDD) 用於城際和城鎮間長途通訊的引入，多交換機區域也被分配了唯一的識別號碼。為了使超長距離通訊成為可能，引入了稱為國際使用者直撥 (ISD) 的國際撥號，其中國際號碼計劃和國家號碼計劃應運而生。

號碼計劃型別

在本節中，我們將討論電話網路的號碼計劃。下面簡要介紹了這些計劃：

開放號碼計劃

這也被稱為非統一號碼計劃，它允許在多交換機區域或國家/地區內用於識別使用者的數字數量有很大的變化。

半開放號碼計劃

此計劃允許號碼長度相差近一到兩位數字。半開放號碼計劃通常用於印度、瑞典、瑞士和英國等國家/地區。

封閉號碼計劃

這也被稱為統一號碼計劃，其中使用者號碼中的數字數量是固定的。這在法國、比利時、加拿大、夏威夷和美國部分地區等少數國家/地區使用。

CCITT 已定義了國際號碼計劃或世界號碼計劃。出於號碼目的，世界被劃分為多個區域。下圖顯示了電話號碼結構。

國家號碼由三個部分組成。這些部分在下面描述：

區號或中繼程式碼

此程式碼標識特定的號碼區域或被叫使用者的多交換機區域。透過此程式碼，確定幹線呼叫的路由並對其收費。

交換機程式碼

此程式碼標識號碼區域內的特定交換機。它確定來自另一個號碼區域的傳入幹線呼叫的路由，或確定從一個交換機發起並目的地為同一號碼區域中另一個交換機的呼叫的路由。

使用者線路號碼

它用於在終止交換機處選擇被叫使用者線路。在 CCITT 術語中，交換機程式碼和使用者線路號碼的組合稱為使用者線路號碼。

計費計劃

呼叫的費用由連線到每個使用者線路的計量儀器或在電子交換機的情況下分配給每個使用者的計量暫存器進行核算。計量器計算計費單位的數量，並透過向計量器傳送脈衝來增加該計數。對於計量器讀取的單位數量，透過為計費單位分配費率來開具賬單。

可以根據以下類別對單個呼叫收費。

• 持續時間無關計費
• 持續時間相關計費

號碼區域內的本地呼叫通常以持續時間無關的方式收費。對於持續時間相關計費，一旦被叫使用者接聽呼叫，計量器就開始遞增。根據建立呼叫所涉及的交換機數量，向計費計量器傳送多個脈衝，這稱為多計費。計費脈衝速率隨被叫使用者和主叫使用者之間距離的增加而每分鐘不斷增加。

TSSN - 訊號技術

信令技術透過互連各種交換系統使電路作為一個整體發揮作用。電信網路中涉及三種形式的信令。

• 使用者環路訊號
• 網內或暫存器訊號
• 交換機間或暫存器間信令

使用者環路信令取決於所用電話裝置的型別。交換機內信令指的是交換系統內部部分，很大程度上取決於交換系統的型別和設計，這會因型號而異。交換機間信令發生在交換機之間。這有助於交換地址數字，這些數字在鏈路到鏈路的基礎上從一個交換機傳遞到另一個交換機。涉及源交換機和目的交換機之間端到端信令的網路範圍信令稱為線路信令。

信令技術主要有兩種：

通道內信令

通道內信令也稱為每中繼線信令。它使用相同的通道，該通道承載使用者語音或資料以傳遞與該呼叫或連線相關的控制訊號。通道內信令不需要額外的傳輸設施。

共通道信令

共通道信令使用單獨的共通道來傳遞一組中繼線或資訊路徑的控制訊號。這種信令不使用語音或資料路徑進行信令。

我們將在後續部分詳細討論信令技術。

信令技術型別

如上所述，信令技術分為兩種，通道內信令和共通道信令。但是，根據所使用的頻率和頻率技術，它們進一步細分為幾種型別。

劃分如下圖所示：

通道內信令

這種型別的信令用於承載語音或資料並傳遞與呼叫或連線相關的控制訊號。如上圖所示，通道內信令有不同型別。直流信令即使對於未放大的音訊電路也簡單、廉價且可靠。但是，對於放大的音訊電路，可以採用低頻交流信令。

當使用 FDM（頻分多路複用）傳輸系統時，使用語音訊率信令，因為無法提供低頻信令和直流信令。這種語音訊率信令可以是帶內或帶外。

帶內信令

帶內語音訊率使用與語音相同的頻段，即 300-3400 Hz，必須防止語音錯誤操作。其中一個例子是，一位女士的語音在 2600 Hz 左右產生了一個持續 100 毫秒的音調，被檢測為線路斷開訊號，導致她的呼叫在對話過程中經常斷開。此類問題排除了語音階段的帶內信令。

帶內信令的優點是：

• 控制訊號可以傳送到語音訊號可以到達的每個部分。

• 控制訊號將獨立於傳輸系統，因為它們與語音訊號一起傳輸。

• 模數轉換和數模轉換過程不會影響它們。

帶外信令

帶外信令使用高於語音訊段但低於標稱語音通道間距 4000 Hz 上限的頻率。信令在整個語音期間進行，因此允許對呼叫進行連續監控。由於需要額外的電路來處理這種信令的極窄頻寬，因此很少使用。這兩種帶內和帶外語音訊率信令技術的資訊傳輸容量有限。為了提供增強的功能，使用了共通道信令。

共通道信令

共通道信令使用單獨的共通道來傳遞一組中繼線或資訊路徑的控制訊號，因為它不使用語音或資料路徑進行信令。共通道信令由兩種型別的節點組成，例如信令轉接點 (STP) 和信令點 (SP)。

信令點能夠處理直接傳送給它的控制訊息，但無法路由訊息。信令轉接點能夠路由訊息，並且可以執行 SP 的功能。

這種共通道信令以兩種模式實現：

• 通道相關模式
• 通道非相關模式

通道相關模式

在通道相關模式下，通道緊密跟蹤連線整個長度的中繼線組。在這裡，信令在單獨的通道上進行；信令路徑透過與語音路徑相同的交換機集。

下圖顯示了共通道信令中相關模式的操作

語音路徑 A-B、A-C-B 和 B-D 的信令路徑分別為 A-B、A-C-B 和 B-D。此信令的優點是：

• 實施經濟

• 中繼線組的分配很簡單

通道非相關模式

在通道非相關模式下，控制通道與中繼線組沒有緊密或簡單的分配。它遵循與語音訊號不同的路徑，如下面的圖所示。

語音路徑 A-B 和 B-C 的信令路徑分別為 A-C-D-B 和 B-D-C。信令和語音網路的網路拓撲結構不同。儘管此方案提供了靈活性，因為沒有交換中心，但它有點複雜，因為訊號訊息可以透過共通道信令網路中任何可用的路徑在兩個端交換系統之間傳輸，這取決於其自身的路由原則。

使用者分機交換機 (PBX)

私設交換機（PBX）可以理解為辦公室或建築物內部的本地交換機，用於內部通訊。顧名思義，它是一個私有的交換機，是主交換機的分支，類似於連線到主環路的分支的本地環路。

私設交換機是在本地區域內的電話系統，它在本地線路上的使用者之間切換呼叫，同時允許所有使用者共享一定數量的外部電話線路。PBX 的主要目的是節省每個使用者到中央交換局線路的需求成本。

下圖顯示了 PBX 的模型。

上圖顯示了 PBX 系統的早期模型。PBX 通常由本地辦公室運營和擁有，使用者透過它在該有限區域內連線。

PBX 的組成部分包括：

• 電話中繼線，包含許多電話線路，並在 PBX 處終止。

• 處理 PBX 的呼入和撥出呼叫以及在本地環路內不同呼叫之間切換的計算機。

• PBX 內部的線路網路。

• 人工操作員控制檯（可選）。

擁有所有這些以及 PBX 裝置，就構建了本地分支交換機。PBX 交換機以前使用模擬技術執行。但是，這些交換機現在執行在數字技術上。數字訊號透過普通電話服務 (POTS) 轉換為模擬訊號，用於本地環路上的外部呼叫。

TSSN - ISDN

在本章中，我們將學習綜合業務數字網絡。早些時候，資料和語音的傳輸都可以透過普通的 POTS（普通電話系統）進行。隨著網際網路的出現，電信也取得了進步。然而，資料和語音的傳送和接收並非易事。人們可以使用網際網路或電話。ISDN 的發明幫助緩解了這個問題。

將家用計算機連線到網際網路服務提供商的過程過去需要花費很多精力。調變解調器單元（簡稱調變解調器）的使用是建立連線的必要條件。下圖顯示了該模型過去的工作方式。

上圖顯示了在整個路徑中，數字訊號必須使用調變解調器轉換為模擬訊號，模擬訊號轉換為數字訊號。如果一端的資訊以相同的方式到達另一端，無需所有這些連線會怎麼樣？正是這個基本思想導致了ISDN的發展。

由於系統必須透過電話交換機使用電話線來使用網際網路，因此不允許使用電話進行語音通話。ISDN 的引入解決了這個問題，允許同時傳輸語音和資料。與傳統的 PSTN（公用交換電話網路）相比，它具有許多高階功能。

ISDN

ISDN 最初在 1988 年的 CCITT 紅皮書中定義。綜合業務數字網絡（簡稱 ISDN）是一種基於電話網路的基礎設施，允許以更高的速度和更高的效率同時傳輸語音和資料。這是一個電路交換電話網路系統，也提供對分組交換網路的訪問。

實際 ISDN 的模型如下所示。

ISDN 支援各種服務。其中一些列在下面：

• 語音呼叫
• 傳真
• 視訊
• 電子報刊
• 電子郵件
• 資料庫訪問
• 資料傳輸和語音
• 連線到網際網路
• 電子資金轉賬
• 影像和圖形交換
• 文件儲存和傳輸
• 音訊和視訊會議
• 自動報警服務，例如傳送到消防站、警察局、醫療機構等。

ISDN 的型別

在幾種介面型別中，一些介面包含通道，例如用於同時傳輸語音和資料的B 通道或承載通道；用於信令目的以建立通訊的D 通道或增量通道。

ISDN 有幾種型別的接入介面，例如：

• 基本速率介面 (BRI)
• 主速率介面 (PRI)
• 窄帶 ISDN
• 寬頻 ISDN

基本速率介面 (BRI)

基本速率介面或基本速率接入，簡稱為ISDN BRI 連線，使用現有的電話基礎設施。BRI 配置提供兩個資料或承載通道，速度為64 Kbit/s，以及一個控制或增量通道，速度為16 Kbit/s。這是一個標準速率。

ISDN BRI 介面通常由小型組織或家庭使用者或本地組使用，限制在較小的區域內。

主速率介面 (PRI)

主速率介面或主速率接入，簡稱為 ISDN PRI 連線，由企業和辦公室使用。PRI 配置基於美國、加拿大和日本國家的 T 載波或 T1，包括23 個數據或承載通道和一個控制或增量通道，速度為 64kbps，頻寬為 1.544 Mbit/s。PRI 配置基於歐洲、澳大利亞和一些亞洲國家的 E 載波或 E1，包括30 個數據或承載通道和兩個控制或增量通道，速度為 64kbps，頻寬為 2.048 Mbit/s。

ISDN BRI 介面用於大型組織或企業以及網際網路服務提供商。

窄帶 ISDN

窄帶綜合業務數字網絡稱為N-ISDN。這可以理解為一種在窄頻帶內傳輸語音資訊的電信。這實際上是數字化模擬語音資訊的嘗試。它使用 64kbps 電路交換。

窄帶 ISDN 用於傳輸語音資料，它使用較少的頻寬，在有限數量的頻率上。

寬頻 ISDN

寬頻綜合業務數字網絡稱為B-ISDN。它集成了數字網路服務，並透過普通電話線以及其他媒體提供數字傳輸。CCITT 將其定義為“需要能夠支援大於主速率的傳輸通道的服務或系統”。

寬頻 ISDN 速度約為 2 Mbps 至 1 Gbps，傳輸與 ATM（非同步傳輸模式）相關。寬頻 ISDN 通訊通常使用光纖電纜。

由於速度大於 1.544 Mbps，因此基於此的通訊稱為寬頻通訊。寬頻服務提供連續的資訊流，該資訊流從中央源分發到連線到網路的無限數量的授權接收器。雖然使用者可以訪問此資訊流，但他無法控制它。

ISDN 的優點

ISDN 是一種基於電話網路的基礎設施，它能夠同時傳輸語音和資料。ISDN 有許多優點，例如：

• 由於服務是數字化的，因此錯誤的可能性較小。
• 連線速度更快。
• 頻寬更高。
• 語音、資料和影片——所有這些都可以透過一條 ISDN 線路傳送。

ISDN 的缺點

ISDN 的缺點是它需要專門的數字服務，並且成本更高。

但是，ISDN 的出現極大地促進了通訊的發展。多路傳輸以更高的速度和更高的精度實現。