電話網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖解分析

電話網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖解分析

公用交換電話網(wǎng)PSTN是向公眾提供電話通信服務(wù)的一種通信網(wǎng)。電話通信網(wǎng)主要提供電話通信服務(wù)，同時(shí)還可提供非話音的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。公共交換電話網(wǎng)(PSTN)由傳輸組件、交換組件、維護(hù)設(shè)備工具、記帳系統(tǒng)和其他內(nèi)部組件組成。傳輸組件(鏈路)確定傳輸信號的有線或無線基礎(chǔ)設(shè)施。交換組件(節(jié)點(diǎn))包括建立話音線路的發(fā)送器和接收器。

美國現(xiàn)有的電信系統(tǒng)主要由本地環(huán)路的雙絞銅線(電話公司到家庭和辦公地點(diǎn)的線路)及用于主干中繼線和長距離線路的光纜或微波系統(tǒng)組成。本地環(huán)路仍然使用模擬傳輸方式傳輸話音呼叫。

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圖T-5 所示為服務(wù)區(qū)域和設(shè)備。

圖T-5所示為服務(wù)區(qū)域和設(shè)備。LEC(本地交換電信公司)在特定的授權(quán)的服務(wù)區(qū)域(基本是業(yè)務(wù)壟斷)運(yùn)作，該區(qū)域稱為LATA(本地接入和傳輸區(qū)域)。LATA的邊界定義了本地業(yè)務(wù)終止和長途業(yè)務(wù)開始的界線。一個(gè)LATA具有一個(gè)或多個(gè)電話區(qū)號。LEC可以是現(xiàn)任電信公司和競爭性接入提供商之一。本地電信公司通常在同一LATA中具有若干交換局(稱為中心局或CO)。

IXC(長途電信公司)是在任何在LEC之間提供業(yè)務(wù)的長途電信業(yè)務(wù)提供商，如美國的AT&T、MCI或US Sprint。 IXC要求LEC提供IXC入網(wǎng)點(diǎn)(接口)。IXC所使用的通信設(shè)備有光纜、地面微波塔和衛(wèi)星微波系統(tǒng)。大多數(shù)長途電話除了需要由長途通信公司的骨干網(wǎng)傳輸之外，在兩端還要使用LEC連接（但長途通信量大的一些用戶能直接連接他們的IXC入網(wǎng)點(diǎn)）。

交換體系

電話系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)為通過CO、LATA或長距離連接建立呼叫的交換機(jī)體系。圖T-6所示為該體系。

該體系可追溯到最早的電話系統(tǒng)。在19世紀(jì)末電話剛出現(xiàn)時(shí)，人們需購買一對電話并在這對電話之間敷設(shè)一個(gè)線路。不久，各城市就處在通向四面八方的電話電纜網(wǎng)絡(luò)中。于是，一些精明的企業(yè)家們就創(chuàng)建了電話公司，這樣用戶就可以將他們的線路敷設(shè)到一個(gè)單一的位置并通過手工操作交換系統(tǒng)讓接線員將他們與其他電話用戶連接起來。起先，用戶只能與本交換機(jī)中的用戶進(jìn)行連接，但很快，電話公司之間建立了中繼線路，每個(gè)人都可以呼叫本地同一區(qū)域的其他任何人。這種系統(tǒng)逐漸發(fā)展為最終擴(kuò)展到邊遠(yuǎn)地區(qū)和其他城市的交換體系。

請注意，在圖T-6中，同一CO中的呼叫不必交換到本地CO的體系以外。與同一LATA中的另一CO連接的呼叫可以直接進(jìn)入該CO(如果線路存在的話)，或進(jìn)入?yún)R接局或長途電信公司。LATA間呼叫由IXC進(jìn)行處理，如AT&T或MCI。在LATA中，呼叫線路設(shè)置到IXC入網(wǎng)點(diǎn)，然后經(jīng)過長途線路外傳并進(jìn)入另一端的入網(wǎng)點(diǎn)。入網(wǎng)點(diǎn)可以在本地電信公司CO或就在隔壁的單獨(dú)建筑物內(nèi)。

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圖T-6 電話系統(tǒng)的交換結(jié)構(gòu)雖然可以將該系統(tǒng)解釋為一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，但今天幾乎所有的交換局都進(jìn)行了互連以避免擁擠問題。另外，還使用了非層次動(dòng)態(tài)路由選擇系統(tǒng)，如后面所述。在圖T-6中，虛線指出了這些中繼線的附加部分。不過，層次這一術(shù)語仍用于描述交換設(shè)備。

最初的交換機(jī)由接線員手動(dòng)操作，顯然效率是很低的。后來，發(fā)明了機(jī)械式交換機(jī)，如繞環(huán)形排列的觸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的刷片式交換機(jī)。20世紀(jì)60年代，ESS誕生了(電子交換系統(tǒng))。起先，交換機(jī)是機(jī)電式的，添加了電子組件以減少機(jī)械部件的數(shù)目。機(jī)電自動(dòng)交換機(jī)屬于“直接控制”方式，即用戶可以通過話機(jī)撥號脈沖直接控制步進(jìn)接續(xù)器做升降和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。從而自動(dòng)完成用戶間的接續(xù)。這種交換機(jī)雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)接續(xù)，但存在著速度慢、效率低、雜音大與機(jī)械磨損嚴(yán)重等特點(diǎn)。最終，全電子交換機(jī)開發(fā)出來，使用了固態(tài)器件，沒有機(jī)械部件。如今交換機(jī)已經(jīng)發(fā)展為可編程的數(shù)字系統(tǒng)，這些系統(tǒng)支持獨(dú)有的業(yè)務(wù)，如呼叫轉(zhuǎn)移和主叫方ID。

5級交換機(jī)是位于CO處的終端局交換機(jī)。它們提供了POTS(普通老式電話服務(wù))、本地編號、應(yīng)急業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)。CO與匯接局相連，而5級交換機(jī)與匯接局中的4級交換機(jī)互連。匯接交換機(jī)提供了CO之間的連接和到更高級別交換機(jī)的連接。1級、2級和3級交換機(jī)之間沒有什么差別。通常分別將它們稱為本地、地區(qū)和城間交換機(jī)。

20世紀(jì)80年代，AT&T用DNHR(動(dòng)態(tài)非層次路由選擇)方案取代了靜態(tài)層次網(wǎng)絡(luò)方案。DNHR類似于IP路由選擇。

現(xiàn)在除了本地環(huán)路之外，電話系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)信令。當(dāng)模擬話音信號到達(dá)中心局后，將其數(shù)字化并復(fù)用到與其他CO或匯接局相連的數(shù)字中繼線路。

使用PCM(脈碼調(diào)制)可將模擬話音數(shù)字化，PCM是一種以每秒8000次的頻率抽取模擬信號電壓電平的抽樣技術(shù)。8000Hz的抽樣率是傳送話音范圍(300到4000Hz)的最高頻率的兩倍并且它能產(chǎn)生較好的數(shù)字表示。每個(gè)電壓電平樣本被轉(zhuǎn)換為一個(gè)8位值，該值通過線路被傳送出去。一個(gè)單個(gè)的話音呼叫需要64000bit/s的帶寬(8000樣本/秒×8位/樣本)。

電信公司使用TDM(時(shí)分復(fù)用)在一個(gè)單個(gè)線路上傳輸多個(gè)話音呼叫。如上所述，一個(gè)單個(gè)呼叫的數(shù)據(jù)率為64kbit/S。NADH (北美數(shù)字體系)中將其稱為DS-0。共有24個(gè)DS-O被復(fù)用到一個(gè)T1線路中。稱為DS-3的T3線路由28個(gè)T1線路或672個(gè)DS-0信道組成。在更高的各級，DS信號被復(fù)用到SONET網(wǎng)絡(luò)中，該網(wǎng)絡(luò)使用OC(光載波)方案。光載波針對SONET光信號傳輸而定義的物理協(xié)議系列(OC-1、0C-2、0C-3等等)。OC信號級將STS幀以各種速率放入多模光纖線路中?；舅俾适?1．84Mbit／s(OC-1)；其后的每個(gè)信號級以該基本速率的乘級速率來運(yùn)行(例如，OC-3是以155．52Mbit／s的速率運(yùn)行)。

DLC(數(shù)字環(huán)路載波)

DLC是一種使電話公司能夠?qū)㈦娫挊I(yè)務(wù)擴(kuò)展到偏遠(yuǎn)地區(qū)的系統(tǒng)。假設(shè)一個(gè)小城鎮(zhèn)有一個(gè)單獨(dú)的電話公司中心局。所有連接電話的銅纜都延伸到中心局中?，F(xiàn)在要在城外建一個(gè)分局。為了提供服務(wù)，電話公司在分局附近安裝了數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)。分局中的所有用戶都連接到DLC系統(tǒng)中，而該系統(tǒng)本身通過中繼線路(Tl/E1)或光纖連接與中心局相連。

在使用DLC的情況下，不必為每個(gè)用戶都敷設(shè)連接到中心局的銅纜。DLC基本上是在本地鄰域中銅線環(huán)路的終接點(diǎn)。偏遠(yuǎn)地區(qū)的DLC系統(tǒng)可以是安裝DLC設(shè)備以支持全體鄰域的遠(yuǎn)程局，或者可以是通常安裝在辦公樓中支持大約100個(gè)用戶的小型遠(yuǎn)程終端。

DLC給想要到達(dá)遠(yuǎn)程用戶并想提供DSL業(yè)務(wù)的CLEC提出了難題。為了接入銅線環(huán)路，CLEC必須敷設(shè)連接到遠(yuǎn)程終端的電纜。而且在該處建立入網(wǎng)點(diǎn)時(shí)可能會(huì)遇到麻煩，ILEC還一直沒有滿足他們的需要。

PBX系統(tǒng)和多信道線路

圖T-6的層次體系的底部似乎表明來自CO的線路將終接到單個(gè)電話。但實(shí)際上，電話公司將多信道數(shù)字線路(T1和T3線路)擴(kuò)展到具有多個(gè)電話的企業(yè)中。企業(yè)設(shè)立了PBX(專用小交換機(jī))，它位于用戶住地的數(shù)字或模擬電話交換機(jī)，用來連接專用電話網(wǎng)和公共電話網(wǎng)。主要提供電話公司交換系統(tǒng)到本地企業(yè)的擴(kuò)展。這樣一來，電話公司就可以將企業(yè)中的所有電話呼叫路由到PBX中并依靠PBX分配這些呼叫。Centrex (集中式小交換機(jī))就是一種PBX，電信公司將它放在其所屬的設(shè)施中。用戶可以租用Centrex業(yè)務(wù)，而不用自己購買PBX?？傊?，數(shù)字中繼線從電信公司擴(kuò)展到了用戶所在地。

IN(智能網(wǎng)絡(luò))

智能網(wǎng)（IN：Intelligent Network）是一種建立在基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)之上，基于業(yè)務(wù)和交換相分離的概念，為用戶提供各種新業(yè)務(wù)的一層新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它是在程控交換機(jī)得到普遍應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到迅速發(fā)展，7號信令網(wǎng)得到廣泛實(shí)施的條件下，以程控交換機(jī)為節(jié)點(diǎn)、7號信令作為各節(jié)點(diǎn)間的傳輸手段及業(yè)務(wù)控制計(jì)算機(jī)作為核心的電信網(wǎng)絡(luò)。

IN包含了路由呼叫、建立連接并提供高級功能(如單獨(dú)用戶業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)自定義編程)邏輯。用戶可能聽說過AIN(高級智能網(wǎng)絡(luò))，它的目的是為用戶提供部署業(yè)務(wù)的方法，但其永未完全開發(fā)出來。

在北美，高級智能網(wǎng)（AIN）被公認(rèn)為是一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它替代了傳統(tǒng)的 IN。AIN 包括三個(gè)基本組成部分：

信令控制點(diǎn)（SCP）：該計(jì)算機(jī)中包含有關(guān)客戶指定信息方面的數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)通過此數(shù)據(jù)庫傳送存儲(chǔ)器中的呼叫。

信令交換點(diǎn)（SSP）：數(shù)字電話交換機(jī)，與 SCP 對話，同時(shí)請求客戶指定指令以完成呼叫 。

信令傳輸點(diǎn)（STP）：分組交換機(jī)，跨越于 SSP 和 SCP 之間。

在IN出現(xiàn)之前，電話網(wǎng)絡(luò)由硬線交換系統(tǒng)組成。這些硬線系統(tǒng)很難進(jìn)行升級。隨著客戶對于新功能和業(yè)務(wù)的需求，必須設(shè)計(jì)、制造并安裝新型交換機(jī)。但這一過程的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)需要幾年的時(shí)間。另外，不同的電信公司使用不同供應(yīng)商生產(chǎn)的交換機(jī)，因此很難在電信公司業(yè)務(wù)區(qū)域間實(shí)施這些新的業(yè)務(wù)。在20世紀(jì)60年代中期，開發(fā)出了SPC(存儲(chǔ)程序控制)交換機(jī)，這種類型的交換機(jī)使電信公司能夠?qū)⑿碌臉I(yè)務(wù)直接編程到交換機(jī)中。20世紀(jì)70年代，由于CCS(通用信道信令)網(wǎng)絡(luò)和SS7 (No.7信令系統(tǒng))協(xié)議的出現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)功能得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)。CCS網(wǎng)絡(luò)具有與實(shí)際話音呼叫線路分離的信令路徑。呼叫建立信息由SS7進(jìn)行處理并且這些信息通過數(shù)據(jù)分組在覆蓋數(shù)據(jù)分組交換網(wǎng)絡(luò)中傳送。該網(wǎng)絡(luò)的組件如圖T-7所示。

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圖T-7 老式PSTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該網(wǎng)絡(luò)由提供電路交換的電話連接的傳輸層面組成。呼叫通過時(shí)分復(fù)用被復(fù)用到中繼線路中。這些節(jié)點(diǎn)通過SSP(服務(wù)交換點(diǎn))連接到SS7信令層面中。信令層面是傳送SS7報(bào)文的數(shù)據(jù)分組交換網(wǎng)絡(luò)。STP(服務(wù)傳送點(diǎn))是該網(wǎng)絡(luò)的交換節(jié)點(diǎn)，SCP (服務(wù)控制點(diǎn))是宿主服務(wù)控制信息的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

呼叫者從拿起電話送受話器那一刻起，該系統(tǒng)就開始投入工作。電話連接到CO的交換機(jī)中。該交換機(jī)檢測到電話“摘機(jī)”并以撥號音進(jìn)行響應(yīng)。然后它偵聽代表目標(biāo)電話的數(shù)字撥號音。這些數(shù)字被傳送到確定到目標(biāo)CO路由線路的SS7網(wǎng)絡(luò)和SCP中。隨后在傳輸層設(shè)立一個(gè)線路。當(dāng)被呼叫方答復(fù)時(shí)，線路閉合。然后模擬語音被數(shù)字化并通過線路傳送。

智能網(wǎng)絡(luò)提供了獨(dú)有的服務(wù)。例如，一種稱為SRF(專用資源功能)的業(yè)務(wù)播放記錄的信息并提示用戶在電話鍵盤上進(jìn)行輸入來響應(yīng)。SSP捕獲數(shù)字并將這些數(shù)字傳送給服務(wù)層，在服務(wù)層這些數(shù)字通過SS7報(bào)文被路由到相應(yīng)的SCP。SCP可以使用該信息對服務(wù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢并提供適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。電話卡業(yè)務(wù)就使用這種功能。

單獨(dú)信令系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是電話網(wǎng)絡(luò)變得更靈活并且允許引入新型業(yè)務(wù)，如三數(shù)位業(yè)務(wù)(800、888、900等等)。在使用呼叫者ID的情況下，呼叫者的電話號碼通過SS7信令路徑進(jìn)行傳輸。

智能聯(lián)網(wǎng)論壇成立于1995年，旨在進(jìn)一步普及IN的使用并在全世界范圍內(nèi)促進(jìn)公共電話、數(shù)據(jù)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)上的分布式網(wǎng)絡(luò)智能產(chǎn)品和業(yè)務(wù)的市場增長。

對于話音通信系統(tǒng)來說，雖然智能網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)很好的想法(任何使用過呼叫者ID的用戶都會(huì)贊同這一想法)，但也有人提出不同的看法，即智能網(wǎng)絡(luò)所基于的不利于面向數(shù)據(jù)的新型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的部署。這些假設(shè)包括認(rèn)為基礎(chǔ)設(shè)施有限和帶寬稀缺，人們的話音產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流量最大，電路交換對此至關(guān)重要以及電話公司應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。此外，還提到電話公司開發(fā)智能網(wǎng)絡(luò)的目的是為了應(yīng)對對其基礎(chǔ)設(shè)施的威脅，但這種應(yīng)對的方法卻與19世紀(jì)中期帆船制造商通過發(fā)明速度更快的帆船來應(yīng)對蒸汽船的威脅極其類似。

相反，因特網(wǎng)構(gòu)建的假設(shè)是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是愚笨和高速的，而終端系統(tǒng)是智能的。最初的因特網(wǎng)設(shè)計(jì)師們盡可能多地從網(wǎng)絡(luò)中去掉各種服務(wù)以降低復(fù)雜性并提供快速的數(shù)據(jù)分組交換服務(wù)。路由器不跟蹤數(shù)據(jù)分組，也不作任何保證傳送的事情。

這是假定終端系統(tǒng)會(huì)有處理器和內(nèi)存并能夠提供可靠性服務(wù)，如檢測差錯(cuò)誤及恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)分組。這種設(shè)計(jì)具有深遠(yuǎn)意義。這意味著因特網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的中心將從網(wǎng)絡(luò)提供商轉(zhuǎn)移到終端系統(tǒng)。電話網(wǎng)可以是“智能”的，但電話卻不具備智能功能?？梢栽赑C上運(yùn)行應(yīng)用程序，而在電話上卻無法實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，用戶完全是依賴電話公司來部署新型業(yè)務(wù)(例如，呼叫等待及呼叫者ID)。與因特網(wǎng)相比，電話系統(tǒng)是一個(gè)恐龍。想一想Web的用戶接口是彩色的圖形瀏覽器，而電話網(wǎng)絡(luò)的接口只是一個(gè)12鍵的小鍵盤!

NPN(新公共網(wǎng)絡(luò))是一種將PSTN(公共交換電話網(wǎng))和因特網(wǎng)結(jié)合起來的新型通信系統(tǒng)，它是傳送話音的數(shù)據(jù)分組交換網(wǎng)絡(luò)提供的話音將具有與現(xiàn)有的PSTN同等的可靠性?！?