电话网络的结构图解分析

电话网络的结构图解分析

公用交换电话网PSTN是向公众提供电话通信服务的一种通信网。电话通信网主要提供电话通信服务，同时还可提供非话音的数据通信服务。公共交换电话网(PSTN)由传输组件、交换组件、维护设备工具、记帐系统和其他内部组件组成。传输组件(链路)确定传输信号的有线或无线基础设施。交换组件(节点)包括建立话音线路的发送器和接收器。

美国现有的电信系统主要由本地环路的双绞铜线(电话公司到家庭和办公地点的线路)及用于主干中继线和长距离线路的光缆或微波系统组成。本地环路仍然使用模拟传输方式传输话音呼叫。

图T-5 所示为服务区域和设备。

图T-5所示为服务区域和设备。LEC(本地交换电信公司)在特定的授权的服务区域(基本是业务垄断)运作，该区域称为LATA(本地接入和传输区域)。LATA的边界定义了本地业务终止和长途业务开始的界线。一个LATA具有一个或多个电话区号。LEC可以是现任电信公司和竞争性接入提供商之一。本地电信公司通常在同一LATA中具有若干交换局(称为中心局或CO)。

IXC(长途电信公司)是在任何在LEC之间提供业务的长途电信业务提供商，如美国的AT&T、MCI或US Sprint。 IXC要求LEC提供IXC入网点(接口)。IXC所使用的通信设备有光缆、地面微波塔和卫星微波系统。大多数长途电话除了需要由长途通信公司的骨干网传输之外，在两端还要使用LEC连接（但长途通信量大的一些用户能直接连接他们的IXC入网点）。

交换体系

电话系统最初设计为通过CO、LATA或长距离连接建立呼叫的交换机体系。图T-6所示为该体系。

该体系可追溯到最早的电话系统。在19世纪末电话刚出现时，人们需购买一对电话并在这对电话之间敷设一个线路。不久，各城市就处在通向四面八方的电话电缆网络中。于是，一些精明的企业家们就创建了电话公司，这样用户就可以将他们的线路敷设到一个单一的位置并通过手工操作交换系统让接线员将他们与其他电话用户连接起来。起先，用户只能与本交换机中的用户进行连接，但很快，电话公司之间建立了中继线路，每个人都可以呼叫本地同一区域的其他任何人。这种系统逐渐发展为最终扩展到边远地区和其他城市的交换体系。

请注意，在图T-6中，同一CO中的呼叫不必交换到本地CO的体系以外。与同一LATA中的另一CO连接的呼叫可以直接进入该CO(如果线路存在的话)，或进入汇接局或长途电信公司。LATA间呼叫由IXC进行处理，如AT&T或MCI。在LATA中，呼叫线路设置到IXC入网点，然后经过长途线路外传并进入另一端的入网点。入网点可以在本地电信公司CO或就在隔壁的单独建筑物内。

图T-6 电话系统的交换结构虽然可以将该系统解释为一个层次结构，但今天几乎所有的交换局都进行了互连以避免拥挤问题。另外，还使用了非层次动态路由选择系统，如后面所述。在图T-6中，虚线指出了这些中继线的附加部分。不过，层次这一术语仍用于描述交换设备。

最初的交换机由接线员手动操作，显然效率是很低的。后来，发明了机械式交换机，如绕环形排列的触点旋转的刷片式交换机。20世纪60年代，ESS诞生了(电子交换系统)。起先，交换机是机电式的，添加了电子组件以减少机械部件的数目。机电自动交换机属于“直接控制”方式，即用户可以通过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。从而自动完成用户间的接续。这种交换机虽然实现了自动接续，但存在着速度慢、效率低、杂音大与机械磨损严重等特点。最终，全电子交换机开发出来，使用了固态器件，没有机械部件。如今交换机已经发展为可编程的数字系统，这些系统支持独有的业务，如呼叫转移和主叫方ID。

5级交换机是位于CO处的终端局交换机。它们提供了POTS(普通老式电话服务)、本地编号、应急业务和其他业务。CO与汇接局相连，而5级交换机与汇接局中的4级交换机互连。汇接交换机提供了CO之间的连接和到更高级别交换机的连接。1级、2级和3级交换机之间没有什么差别。通常分别将它们称为本地、地区和城间交换机。

20世纪80年代，AT&T用DNHR(动态非层次路由选择)方案取代了静态层次网络方案。DNHR类似于IP路由选择。

现在除了本地环路之外，电话系统使用数据信令。当模拟话音信号到达中心局后，将其数字化并复用到与其他CO或汇接局相连的数字中继线路。

使用PCM(脉码调制)可将模拟话音数字化，PCM是一种以每秒8000次的频率抽取模拟信号电压电平的抽样技术。8000Hz的抽样率是传送话音范围(300到4000Hz)的最高频率的两倍并且它能产生较好的数字表示。每个电压电平样本被转换为一个8位值，该值通过线路被传送出去。一个单个的话音呼叫需要64000bit/s的带宽(8000样本/秒×8位/样本)。

电信公司使用TDM(时分复用)在一个单个线路上传输多个话音呼叫。如上所述，一个单个呼叫的数据率为64kbit/S。NADH (北美数字体系)中将其称为DS-0。共有24个DS-O被复用到一个T1线路中。称为DS-3的T3线路由28个T1线路或672个DS-0信道组成。在更高的各级，DS信号被复用到SONET网络中，该网络使用OC(光载波)方案。光载波针对SONET光信号传输而定义的物理协议系列(OC-1、0C-2、0C-3等等)。OC信号级将STS帧以各种速率放入多模光纤线路中。基本速率是51．84Mbit／s(OC-1)；其后的每个信号级以该基本速率的乘级速率来运行(例如，OC-3是以155．52Mbit／s的速率运行)。

DLC(数字环路载波)

DLC是一种使电话公司能够将电话业务扩展到偏远地区的系统。假设一个小城镇有一个单独的电话公司中心局。所有连接电话的铜缆都延伸到中心局中。现在要在城外建一个分局。为了提供服务，电话公司在分局附近安装了数字环路载波系统。分局中的所有用户都连接到DLC系统中，而该系统本身通过中继线路(Tl/E1)或光纤连接与中心局相连。

在使用DLC的情况下，不必为每个用户都敷设连接到中心局的铜缆。DLC基本上是在本地邻域中铜线环路的终接点。偏远地区的DLC系统可以是安装DLC设备以支持全体邻域的远程局，或者可以是通常安装在办公楼中支持大约100个用户的小型远程终端。

DLC给想要到达远程用户并想提供DSL业务的CLEC提出了难题。为了接入铜线环路，CLEC必须敷设连接到远程终端的电缆。而且在该处建立入网点时可能会遇到麻烦，ILEC还一直没有满足他们的需要。

PBX系统和多信道线路

图T-6的层次体系的底部似乎表明来自CO的线路将终接到单个电话。但实际上，电话公司将多信道数字线路(T1和T3线路)扩展到具有多个电话的企业中。企业设立了PBX(专用小交换机)，它位于用户住地的数字或模拟电话交换机，用来连接专用电话网和公共电话网。主要提供电话公司交换系统到本地企业的扩展。这样一来，电话公司就可以将企业中的所有电话呼叫路由到PBX中并依靠PBX分配这些呼叫。Centrex (集中式小交换机)就是一种PBX，电信公司将它放在其所属的设施中。用户可以租用Centrex业务，而不用自己购买PBX。总之，数字中继线从电信公司扩展到了用户所在地。

IN(智能网络)

智能网（IN：Intelligent Network）是一种建立在基础信息网络之上，基于业务和交换相分离的概念，为用户提供各种新业务的一层新型网络结构。它是在程控交换机得到普遍应用，计算机技术得到迅速发展，7号信令网得到广泛实施的条件下，以程控交换机为节点、7号信令作为各节点间的传输手段及业务控制计算机作为核心的电信网络。

IN包含了路由呼叫、建立连接并提供高级功能(如单独用户业务和网络自定义编程)逻辑。用户可能听说过AIN(高级智能网络)，它的目的是为用户提供部署业务的方法，但其永未完全开发出来。

在北美，高级智能网（AIN）被公认为是一种行业标准，它替代了传统的 IN。AIN 包括三个基本组成部分：

信令控制点（SCP）：该计算机中包含有关客户指定信息方面的数据库，网络通过此数据库传送存储器中的呼叫。

信令交换点（SSP）：数字电话交换机，与 SCP 对话，同时请求客户指定指令以完成呼叫 。

信令传输点（STP）：分组交换机，跨越于 SSP 和 SCP 之间。

在IN出现之前，电话网络由硬线交换系统组成。这些硬线系统很难进行升级。随着客户对于新功能和业务的需求，必须设计、制造并安装新型交换机。但这一过程的实现可能会需要几年的时间。另外，不同的电信公司使用不同供应商生产的交换机，因此很难在电信公司业务区域间实施这些新的业务。在20世纪60年代中期，开发出了SPC(存储程序控制)交换机，这种类型的交换机使电信公司能够将新的业务直接编程到交换机中。20世纪70年代，由于CCS(通用信道信令)网络和SS7 (No.7信令系统)协议的出现，使网络功能得到了进一步的增强。CCS网络具有与实际话音呼叫线路分离的信令路径。呼叫建立信息由SS7进行处理并且这些信息通过数据分组在覆盖数据分组交换网络中传送。该网络的组件如图T-7所示。

图T-7 老式PSTN网络结构

该网络由提供电路交换的电话连接的传输层面组成。呼叫通过时分复用被复用到中继线路中。这些节点通过SSP(服务交换点)连接到SS7信令层面中。信令层面是传送SS7报文的数据分组交换网络。STP(服务传送点)是该网络的交换节点，SCP (服务控制点)是宿主服务控制信息的数据库服务器。

呼叫者从拿起电话送受话器那一刻起，该系统就开始投入工作。电话连接到CO的交换机中。该交换机检测到电话“摘机”并以拨号音进行响应。然后它侦听代表目标电话的数字拨号音。这些数字被传送到确定到目标CO路由线路的SS7网络和SCP中。随后在传输层设立一个线路。当被呼叫方答复时，线路闭合。然后模拟语音被数字化并通过线路传送。

智能网络提供了独有的服务。例如，一种称为SRF(专用资源功能)的业务播放记录的信息并提示用户在电话键盘上进行输入来响应。SSP捕获数字并将这些数字传送给服务层，在服务层这些数字通过SS7报文被路由到相应的SCP。SCP可以使用该信息对服务数据库进行查询并提供适当的响应。电话卡业务就使用这种功能。

单独信令系统的主要优点是电话网络变得更灵活并且允许引入新型业务，如三数位业务(800、888、900等等)。在使用呼叫者ID的情况下，呼叫者的电话号码通过SS7信令路径进行传输。

智能联网论坛成立于1995年，旨在进一步普及IN的使用并在全世界范围内促进公共电话、数据和企业网络上的分布式网络智能产品和业务的市场增长。

对于话音通信系统来说，虽然智能网络是一个很好的想法(任何使用过呼叫者ID的用户都会赞同这一想法)，但也有人提出不同的看法，即智能网络所基于的不利于面向数据的新型网络业务的部署。这些假设包括认为基础设施有限和带宽稀缺，人们的话音产生的业务流量最大，电路交换对此至关重要以及电话公司应对网络进行控制。此外，还提到电话公司开发智能网络的目的是为了应对对其基础设施的威胁，但这种应对的方法却与19世纪中期帆船制造商通过发明速度更快的帆船来应对蒸汽船的威胁极其类似。

相反，因特网构建的假设是网络应是愚笨和高速的，而终端系统是智能的。最初的因特网设计师们尽可能多地从网络中去掉各种服务以降低复杂性并提供快速的数据分组交换服务。路由器不跟踪数据分组，也不作任何保证传送的事情。

这是假定终端系统会有处理器和内存并能够提供可靠性服务，如检测差错误及恢复丢失的数据分组。这种设计具有深远意义。这意味着因特网应用开发的中心将从网络提供商转移到终端系统。电话网可以是“智能”的，但电话却不具备智能功能。可以在PC上运行应用程序，而在电话上却无法实现。实际上，用户完全是依赖电话公司来部署新型业务(例如，呼叫等待及呼叫者ID)。与因特网相比，电话系统是一个恐龙。想一想Web的用户接口是彩色的图形浏览器，而电话网络的接口只是一个12键的小键盘!

NPN(新公共网络)是一种将PSTN(公共交换电话网)和因特网结合起来的新型通信系统，它是传送话音的数据分组交换网络提供的话音将具有与现有的PSTN同等的可靠性。