電信交換

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·交換設(shè)計(jì)
·交換控制算法
·容錯(cuò)性
·參見(jiàn)
·注釋

手工電話接線員正在通過(guò)拔插電話交換板上的電線接駁電話。

1878年，康乃狄克州的紐黑文市開(kāi)設(shè)了第一個(gè)電信交換局。交換板用“車身螺絲”制成，話筒蓋和電話繩連接著手柄。它可以同時(shí)處理兩路會(huì)話。（參見(jiàn) 美國(guó)國(guó)家公園服務(wù)）。
隨后，電話接線員開(kāi)始處理一到數(shù)百個(gè)接駁板的組合。每個(gè)接線員座位周圍可能有一面到三面接駁板，板上是一排排?英寸耳機(jī)插座，前面還有電話線。每條線都是一路電話線的端點(diǎn)。當(dāng)呼叫方提起話機(jī)，對(duì)應(yīng)的插座附近會(huì)有燈亮起，然后接線員可以拿起話筒然后詢問(wèn)“電話號(hào)碼多少？”。隨后，如果電話號(hào)碼在他管理的范圍之內(nèi)，就將插頭插進(jìn)一個(gè)本地的插孔，然后被叫方就開(kāi)始響鈴了。如果不歸他管轄，他就插進(jìn)一個(gè)交接電路。這時(shí)，可能在其他接駁板前面的接線員，也可能千里之外的另一個(gè)房間的接線員會(huì)進(jìn)行下一步處理。
1891年3月10日堪薩斯州托貝卡的殯葬工阿爾蒙?斯特羅格發(fā)明了斯特羅格交換機(jī)，又名步進(jìn)式交換機(jī)。這種設(shè)備將電話電路交換技術(shù)帶入自動(dòng)化時(shí)代。盡管在原始的專利基礎(chǔ)上有許多擴(kuò)充和改良，但最為人熟知的設(shè)計(jì)就是安排10層接觸器每個(gè)有10個(gè)不同輸出，圍成一個(gè)圓弧，然后圓心處設(shè)置一個(gè)連接到輸入的中心接觸器。當(dāng)用于撥號(hào)電話時(shí)，每撥打兩個(gè)號(hào)碼，第一個(gè)號(hào)碼使中心接觸器升降到對(duì)應(yīng)的一層，第二個(gè)號(hào)碼則使它轉(zhuǎn)動(dòng)到該層對(duì)應(yīng)的10個(gè)接觸器中某一個(gè)。
這些步進(jìn)開(kāi)關(guān)排成一排，其中第一個(gè)用來(lái)檢測(cè)“提機(jī)”的用戶線，稱為“線路發(fā)現(xiàn)器”，最多可檢測(cè)100條。線路發(fā)現(xiàn)器將用戶線連至一個(gè)“撥號(hào)音”線路，使用戶知道已經(jīng)可以撥號(hào)。隨后用戶進(jìn)行脈沖撥叫，速度為每秒10個(gè)脈沖左右（不同的國(guó)家有不同的規(guī)定）。
基于斯特羅格設(shè)計(jì)的交換機(jī)后來(lái)受到縱橫式交換機(jī)（又名縱橫制交換機(jī)）技術(shù)的挑戰(zhàn)。新式電話交換機(jī)保證更快的交換速度，并可以接受大約20脈沖每秒的撥號(hào)速度，比斯特羅格的10脈沖每秒高約一倍。使用雙音多頻（DTMF）信令的固體繼電器交換機(jī)（可以支持按鍵式撥號(hào)）在縱橫式交換機(jī)徹底取代步進(jìn)式之前成為最后的贏家。在中國(guó)，盡管也有幾種縱橫制交換機(jī)（部分為自行研制）投入使用，但尚未普及即被更先進(jìn)的程控交換機(jī)取代。
有一種從脈沖撥號(hào)到雙音多頻撥號(hào)的過(guò)渡技術(shù)使用DTMF“連接發(fā)現(xiàn)器”將DTMF轉(zhuǎn)換為脈沖，然后送到舊的步進(jìn)式或者縱橫式交換機(jī)去。這種技術(shù)直到1990年代末仍在使用。

電話號(hào)碼趣聞
由于交換機(jī)之間的布線是固定的而且很難重新布線，某些大城市的電話交換局被用作專門處理北美洲標(biāo)準(zhǔn)的7位電話號(hào)碼中頭兩個(gè)或三個(gè)號(hào)碼相同的電話。在接駁板手工交換的時(shí)代過(guò)去以后，交換局們通常將交換局名字的頭兩位字母用作普通電話撥叫中該交換機(jī)的數(shù)字前綴。例如CAstle（22，城堡）、TRinity（87，三位一體）、Mutual（68，共聯(lián)）。某些號(hào)碼組合不服從這個(gè)命名約定，例如“57”、“95”和“97”，這是導(dǎo)致該命名系統(tǒng)最后被廢棄的因素之一。另一個(gè)因素是需要更多的號(hào)碼以防止區(qū)號(hào)不夠用。
因?yàn)椴竭M(jìn)式交換機(jī)的脈沖較費(fèi)時(shí)，一個(gè)有很多8、9或者0的電話號(hào)碼意味著需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行撥號(hào)。電話公司通常把這些“大”號(hào)碼分配給付費(fèi)電話因?yàn)樗鼈兺ǔ：苌偃藫艽颉?BR> 為測(cè)試鏈路中所有交換機(jī)的基本功能，全部由5組成的號(hào)碼（555–5555）作為特別的“測(cè)試”號(hào)碼被保留（正好位于交換開(kāi)關(guān)排的上下左右中間）。“555”這個(gè)交換局號(hào)碼從來(lái)沒(méi)有實(shí)際分配過(guò)號(hào)，這就是今天的電視和電影節(jié)目總是使用555-xxxx的號(hào)碼的緣故（過(guò)去，這些節(jié)目常常用特定的后四位數(shù)字組合表達(dá)一些含義，例如西岸使用“0079”其他許多地方則用“9970”。例子如電視連續(xù)劇“Perry Mason”及1948年的電影“Sorry, Wrong Number”）。這樣，不可能用節(jié)目里面的假號(hào)碼真的撥到某個(gè)人那里去，于是避免了很多誤會(huì)。1982年搖滾樂(lè)手Tommy Tutone的歌曲867-5309/Jenny的歌詞暗示867-5309是一個(gè)名叫珍妮的女孩子的電話號(hào)碼，結(jié)果附加上各地的區(qū)號(hào)撥打這個(gè)電話號(hào)碼向珍妮問(wèn)好儼然成為時(shí)尚，于是很多用戶收到很多不想要的呼叫。事實(shí)上，很多美國(guó)電話公司要么不再使用這個(gè)號(hào)碼，要么將它保留做測(cè)試用途。
然而，今天只有555-01xx開(kāi)頭的可供虛構(gòu)，其它的555號(hào)碼可以分配給“信息提供商”使用。副作用是可用的虛構(gòu)號(hào)碼減少到只有100個(gè)，于是當(dāng)初那些電影電視用過(guò)的號(hào)碼也被使用�！�958”和“959”交換局也在多數(shù)地區(qū)被保留，于是只有很少公司或個(gè)人使用這些數(shù)字開(kāi)頭的號(hào)碼（盡管這個(gè)事實(shí)不是很多人知道，因此很少人在虛構(gòu)作品中使用這些號(hào)碼）。
葛倫·米勒管弦樂(lè)團(tuán)演奏的作品“PEnnsylvania 6-5000”（賓西法尼亞），剛好表示紐約賓西法尼亞酒店的號(hào)碼。如果你想要撥打這個(gè)號(hào)，改撥(212)736-5000，一樣能找到該酒店。

技術(shù)

本文使用如下術(shù)語(yǔ)：

人工接線服務(wù) 指由接線員將呼入交換機(jī)的電話手工接駁，不需要撥號(hào)。
撥號(hào)服務(wù) 指由交換機(jī)自動(dòng)接駁所撥打號(hào)碼地交換方式。
電話交換局指放置設(shè)備和進(jìn)行操作的房間。
電話交換機(jī) 指交換過(guò)程使用的設(shè)備。
集中器指集中器本身，不管是否集成在交換機(jī)里。
提機(jī) 指電路處于“使用中”的狀態(tài)。
掛機(jī) 指電路處于空閑狀態(tài)。

人工接線服務(wù)
人工服務(wù)的情況下，用戶摘機(jī)并請(qǐng)接線員接通某一號(hào)碼. 如果被叫號(hào)碼在同一個(gè)中心局, 接線員通過(guò)將線插入交換臺(tái)上對(duì)應(yīng)被叫用戶線的插孔來(lái)建立通話。如果通話是連到其他中心局，接線員則插入其他局的中繼線路，并要求該局接線員應(yīng)答 (稱為“轉(zhuǎn)入”接線員)并建立通話。
各大城市多數(shù)人工交換局都是共電式的，電話線路由中心局供電，直到今天都是如此。當(dāng)用戶提起話機(jī)，線路狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樘釞C(jī)，在接線員地交換臺(tái)上面會(huì)有燈亮起，蜂鳴器響起。在一般的共電系統(tǒng)，從用戶電話機(jī)到交換機(jī)（或者人工交換局）的一對(duì)電纜在電話掛機(jī)或者空閑狀態(tài)時(shí)是開(kāi)路的。從電話局穿過(guò)導(dǎo)線到達(dá)端點(diǎn)時(shí)，兩端有48伏直流電壓。當(dāng)用戶提機(jī)，電話在兩條線之間加上一個(gè)直流阻抗。在人工交換過(guò)程里，通過(guò)提機(jī)狀態(tài)的電流會(huì)流過(guò)接線員控制臺(tái)上的蜂鳴器和燈。蜂鳴器和燈告訴接線員，有個(gè)用戶提機(jī)請(qǐng)求服務(wù)了。如果連到交換機(jī)的時(shí)候，提機(jī)時(shí)則會(huì)通過(guò)合上一個(gè)繼電器使用戶線連至撥號(hào)音以及收號(hào)設(shè)備。
較小的城鎮(zhèn)里，早期一般采用磁石電話，或者搖柄電話。用戶轉(zhuǎn)動(dòng)搖炳發(fā)出電流激活呼叫狀態(tài)，通知接線員有呼入。在用戶家里的電池提供會(huì)話所需電流。磁石系統(tǒng)直到1980年代末期仍在美國(guó)一些小鎮(zhèn)使用。
在有數(shù)百個(gè)中心局的大城市如紐約市，要花很多年才全部從人工轉(zhuǎn)變成撥號(hào)服務(wù)。在此過(guò)程中，為了將轉(zhuǎn)接到人工局的服務(wù)自動(dòng)化，使用了一種能顯示用戶所撥號(hào)碼的特殊交換臺(tái)。例如，如果MUrray Hill交換局的用戶拿起電話并撥打CIty Island交換局的用戶，用戶將不需要知道目標(biāo)電話號(hào)碼是手工接線的。撥打該號(hào)碼會(huì)連接到CIty Island交換局的入線接線員，他能從交換臺(tái)上看到電話號(hào)碼，從而將線路插入適當(dāng)?shù)牟蹇住?BR>
數(shù)字化以前的程控交換
程控交換，或撥號(hào)服務(wù)，在1900年代早期就已經(jīng)出現(xiàn)。其目的是減少人工電話接線員。在程控交換出現(xiàn)以前，接線員必須對(duì)每一個(gè)電話呼叫完成連接的工作�，F(xiàn)在幾乎所有地方的接線員都被程控交換所取代。電話交換機(jī)就是程控交換的神經(jīng)中樞。它能將一個(gè)呼叫從一個(gè)電話路由到另一個(gè)，一般來(lái)說(shuō)是公共交換電話網(wǎng)（PSTN）的一部分。
本地交換機(jī)可以自動(dòng)感應(yīng)電話的提機(jī)狀態(tài)，并為該電話提供撥號(hào)音，接受脈沖或者DTMF號(hào)音，然后將呼入電話連接到同一個(gè)交換機(jī)的被叫電話，或者遠(yuǎn)方的另一個(gè)交換機(jī)。
交換機(jī)隨后保持連接直到有一方掛機(jī)，此時(shí)連接斷開(kāi)。對(duì)連接狀態(tài)的跟蹤稱為監(jiān)控。也可以讓交換機(jī)集成更多的功能組件，例如計(jì)費(fèi)設(shè)備等。
貝爾系統(tǒng)的撥號(hào)服務(wù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)名為“自動(dòng)號(hào)碼識(shí)別”（ANI）的特性。ANI可以支持一些服務(wù)如自動(dòng)計(jì)費(fèi)、免費(fèi)800號(hào)碼、以及911（緊急報(bào)警電話）等。在人工接線服務(wù)里面，操作員可以根據(jù)交換臺(tái)上亮起的燈在哪個(gè)耳機(jī)孔附近確定呼叫方是誰(shuí)。在早期的撥號(hào)服務(wù)里沒(méi)有ANI。長(zhǎng)途電話會(huì)由一隊(duì)操作員處理并且他們會(huì)詢問(wèn)呼叫方的電話號(hào)碼，然后寫在紙質(zhì)票據(jù)上面。
早期的交換機(jī)的部件包括馬達(dá)、凸輪、旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)和繼電器等。某種程度上，交換機(jī)是繼電器邏輯的計(jì)算機(jī)。自動(dòng)交換機(jī)有斯特羅格式（也稱為步進(jìn)交換機(jī)）、全繼電器式、X-Y式、配電盤式以及縱橫式交換機(jī)等一些類型，統(tǒng)稱為機(jī)電式交換機(jī)。

機(jī)電信令
連接兩臺(tái)交換機(jī)的電路稱為局間中繼。在七號(hào)信令以前，貝爾系統(tǒng)的機(jī)電交換機(jī)在美國(guó)的干線上使用各種不同的電壓和信號(hào)音。這些在今天已經(jīng)極少見(jiàn)到。
某些信令通過(guò)撥號(hào)數(shù)字通訊。早期的一種形式叫做配電盤呼叫指示脈沖，它使用一些非標(biāo)準(zhǔn)格式的脈沖來(lái)設(shè)置兩臺(tái)配電盤交換機(jī)之間的呼叫。也許更通用的機(jī)電交換機(jī)間撥號(hào)數(shù)字通訊形式是發(fā)送撥號(hào)脈沖，它相當(dāng)于反向發(fā)送的撥號(hào)脈沖，但在交換機(jī)之間的干線電路上發(fā)送。在貝爾系統(tǒng)的干線上，縱橫式交換機(jī)和縱橫式匯接器通常以20脈沖每秒的速度傳送。這個(gè)速度比北電/貝爾系統(tǒng)的電話撥號(hào)快一倍。由于交換機(jī)要花一半的時(shí)間偵聽(tīng)聽(tīng)數(shù)字，使用較快的脈沖速度可使干線設(shè)施運(yùn)作效率更高。DTMF不用于干線信令。在數(shù)字化以前，多頻（MF）是最后一種信令形式。它用與DTMF不同的一套音調(diào)，但也是兩兩組合。撥號(hào)之前先撥一個(gè)特別的鍵脈沖（KP）信號(hào)，撥號(hào)完畢則補(bǔ)充一個(gè)開(kāi)始（ST）。貝爾系統(tǒng)MF音調(diào)體系的一個(gè)編鐘成為CCITT標(biāo)準(zhǔn)。同一體系也用于美國(guó)和部分歐洲國(guó)家，包括西班牙。交換機(jī)之間傳輸?shù)臄?shù)字串常常被簡(jiǎn)寫以便改善功能。例如，某個(gè)交換機(jī)可能只發(fā)送電話號(hào)碼的最后四位或者五位。有一種情況是，七位數(shù)字之前加上一到兩位以便區(qū)分兩個(gè)區(qū)號(hào)（每呼叫二位數(shù)字節(jié)約）。這可以增加干線的效益且減少了對(duì)交換機(jī)上的數(shù)字收發(fā)器數(shù)目的要求。每臺(tái)機(jī)電交換機(jī)都要用許多巨大的金屬部件制造。如果每一秒鐘都能分成兩半來(lái)使，就可以用更少的機(jī)架處理更多的話務(wù)量。
其它用于通訊監(jiān)控或呼叫過(guò)程的信令還有E和M信令、單頻信令、奪位信令（RBS）等等。從物理連接而不是傳送的信號(hào)路數(shù)上，E和M信令的干線有四條線。這樣交換機(jī)之間的五十條干線就需要一百對(duì)。這四條線分別命名為“頂、鈴、眼、耳”。使用E和M信令時(shí)，為防止兩臺(tái)交換機(jī)同時(shí)在同一干線上發(fā)起撥號(hào)呼叫，需要一個(gè)握手過(guò)程。握手協(xié)議開(kāi)始于線路電壓從地壓轉(zhuǎn)為-48福特的時(shí)候。通過(guò)直流電壓的變化，本地交換機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào)表示已經(jīng)準(zhǔn)備好接受呼叫，而遠(yuǎn)程交換機(jī)就應(yīng)答一個(gè)確認(rèn)信息，表示即將發(fā)送撥號(hào)脈沖。這是通過(guò)繼電器邏輯和離散電子雪實(shí)現(xiàn)的。在干線電路上的這些電壓變化會(huì)導(dǎo)致用戶線上聽(tīng)到啵、嘎這樣的電流聲，表示握手協(xié)議一步一步進(jìn)行中。另一種握手過(guò)程用來(lái)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，目的是計(jì)費(fèi)。在被叫方應(yīng)答時(shí)它會(huì)導(dǎo)致另外一些雜音。
另一種常見(jiàn)的監(jiān)視信令稱為單頻信令或者SF信令。最常見(jiàn)的形式是利用一個(gè)固定2600Hz的聲音來(lái)標(biāo)明干線處于空閑。當(dāng)交換機(jī)聽(tīng)到這個(gè)2600赫茲的聲音持續(xù)一段時(shí)間之后，就進(jìn)入空閑狀態(tài)（對(duì)持續(xù)時(shí)間的要求可以減少出錯(cuò)機(jī)會(huì)）。某些系統(tǒng)使用的聲音頻率超過(guò)3000赫茲，尤其是SSB頻率復(fù)用微波波段。在T-1數(shù)字載波上，數(shù)字的格式稱為交替?zhèn)魈?hào)反轉(zhuǎn)（AMI），有時(shí)候會(huì)通過(guò)從T-1數(shù)字流中奪取一些位來(lái)傳送心靈。如果小心地設(shè)計(jì)，所奪去的位不會(huì)對(duì)于因質(zhì)量造成影響。這可以在直流電不能夠持續(xù)供應(yīng)時(shí)直接支持通過(guò)一個(gè)數(shù)字載波在兩個(gè)機(jī)電交換機(jī)之間發(fā)送E和M信令，或者脈沖撥號(hào)。

機(jī)電電話網(wǎng)中的各種聲音
機(jī)電交換設(shè)備的一個(gè)特點(diǎn)是維護(hù)人員可以聽(tīng)見(jiàn)步進(jìn)式的機(jī)械裝置和縱橫式的繼電器響聲。貝爾系統(tǒng)大多數(shù)中心局都有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，天花板和地板都是混凝土制成。在農(nóng)村地區(qū)，某些小型交換設(shè)施例如通訊撥號(hào)局（CDOs）有時(shí)候放在鉄屋子里。這些設(shè)施總是使用混凝土地板。這種堅(jiān)實(shí)的表面會(huì)反射聲音。
在話務(wù)繁忙的時(shí)候，大型交換機(jī)處理呼叫時(shí)發(fā)出的喀噠聲達(dá)到讓人難以聽(tīng)見(jiàn)彼此閑談話的程度。例如，在美國(guó)的星期一或者星期五傍晚大約五點(diǎn)鐘，金屬踫撞發(fā)出的嘎嘎聲就會(huì)讓你不得不提高說(shuō)話音量。這種噪音聽(tīng)起來(lái)就像是冰雹砸在金屬屋頂上的聲音。在周日黎明時(shí)分，呼叫處理可能會(huì)放慢下來(lái)，讓人能聽(tīng)見(jiàn)單個(gè)的電話撥號(hào)和線路接駁。另外的噪音來(lái)源是嗚嗚響的電源轉(zhuǎn)換器和嗡嗡叫的鈴聲發(fā)生器。某些系統(tǒng)中使用的WireSpring繼電器會(huì)發(fā)出連續(xù)而有節(jié)奏的“喀-喀-喀”聲音，這是正在產(chǎn)生重排（每分鐘120次）和忙（每分鐘60次）兩種信令。貝爾系統(tǒng)的電話網(wǎng)中，一般有警示鈴聲、鑼音、或者鈡聲等幾種告警聲音。它們可以在某些交換機(jī)部件發(fā)生故障時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。還有一種噪音來(lái)源是：穿孔卡式故障報(bào)告系統(tǒng)是連接到交換機(jī)一般控制單元上的。這個(gè)故障報(bào)告系統(tǒng)會(huì)在卡片上根據(jù)一種內(nèi)部調(diào)試代碼穿孔以紀(jì)錄發(fā)生故障時(shí)的實(shí)際情況。

管理與維護(hù)
機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)一部分是直流電氣的，另一部分是機(jī)械調(diào)整的。不象現(xiàn)代的交換機(jī)，當(dāng)電話撥通以后流過(guò)交換機(jī)的直流電流是持續(xù)的。話音會(huì)通過(guò)一條金屬組成的物理線路進(jìn)行傳輸。
在所有的系統(tǒng)中，都不希望用戶注意到由于維護(hù)工作失敗對(duì)服務(wù)質(zhì)量的影響。許多“置忙”工具作為部件加入到機(jī)電交換機(jī)中，當(dāng)系統(tǒng)失敗的時(shí)候，就會(huì)將本交換機(jī)的所有受影響線路標(biāo)記為正在使用，以便交換邏輯路由到其他地方。TD工具起類似的作用，當(dāng)用戶沒(méi)及時(shí)繳納話費(fèi)的時(shí)候就會(huì)被臨時(shí)暫停服務(wù)。這會(huì)影響到用戶的局方設(shè)備（縱橫式）或者線路組（步進(jìn)式）。用戶可以接受呼叫但不能撥出。
貝爾系統(tǒng)的斯特羅格步進(jìn)式交換局的維護(hù)工作一直持續(xù)著。他們需要不斷清洗。步進(jìn)局里設(shè)備面板上的指示燈用來(lái)提示操作員一些情況，例如保險(xiǎn)絲斷了通常會(huì)亮白燈，或者什么地方卡住了（比如一直保持提機(jī)狀態(tài)）一般亮綠燈。與較新式的技術(shù)相比，步進(jìn)局更容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障。
縱橫局使用更通用和一般的控制電路。例如，數(shù)字收發(fā)器（是來(lái)源寄存器這個(gè)組件的一部分）僅在需要接受用戶所撥號(hào)碼這段時(shí)間連接到呼叫上�？v橫式結(jié)構(gòu)比步進(jìn)式更靈活。后期的縱橫式系統(tǒng)具有穿孔式故障記錄系統(tǒng)。到1970年代，貝爾系統(tǒng)已經(jīng)將為幾乎所有步進(jìn)式和縱橫式交換機(jī)加裝自動(dòng)號(hào)碼識(shí)別功能。

電子交換機(jī)
第一臺(tái)電子交換機(jī)并不是數(shù)字的。西部電器的1ESS是一種使用金屬導(dǎo)線的電子交換機(jī)。它使用了微處理器和存儲(chǔ)程序控制交換技術(shù)（SPC）。
修改電話號(hào)碼、測(cè)試或者對(duì)線路置忙都是在電腦終端上輸入相應(yīng)指令完成的。1ESS可以支持縱橫式電話交換機(jī)和步進(jìn)式電話交換機(jī)所使用的正常機(jī)電信令。這些交換機(jī)引入了一種新的數(shù)據(jù)通信形式：兩臺(tái)1ESS交換機(jī)可以互相通過(guò)一種稱為公共信道局間信令（CCIS）的方法互相通訊。這種數(shù)據(jù)連接方法是七號(hào)信令系統(tǒng)的前身。
早期電子程控交換系統(tǒng)和機(jī)電式交換機(jī)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，都采用空分話路交換，所交換的信號(hào)也全部為模擬信號(hào)。因此，這類程控交換機(jī)也叫做模擬程控交換機(jī)。

數(shù)字交換機(jī)
數(shù)字交換機(jī)根據(jù)所撥的電話號(hào)碼，將兩個(gè)或多個(gè)數(shù)字虛電路連接起來(lái)完成交換。在兩臺(tái)交換機(jī)之間建立起呼叫需要用到七號(hào)信令協(xié)議（或其變種）。根據(jù)Federal Standard 1037C（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）及MIL-STD-188（美國(guó)軍方標(biāo)準(zhǔn)），在美國(guó)和軍事通訊中，數(shù)字交換機(jī)是指執(zhí)行數(shù)字信號(hào)的時(shí)分復(fù)用交換的設(shè)備。1980年代以后建造的所有交換機(jī)都是數(shù)字的，所以這種術(shù)語(yǔ)上的區(qū)分是沒(méi)有差別的。本節(jié)描述數(shù)字交換機(jī)，包括算法和設(shè)備。
數(shù)字交換機(jī)在極短的時(shí)間片（一秒很多個(gè)）內(nèi)對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行編碼。在每一個(gè)時(shí)間片，實(shí)時(shí)產(chǎn)生語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字表示方式。所產(chǎn)生的數(shù)位將被發(fā)送至接收端，那里則反過(guò)來(lái)在接收端的電話中產(chǎn)生聲音。換句話講，當(dāng)你使用電話時(shí)，你的聲音被編碼，然后在對(duì)方那里重新產(chǎn)生聲音。在整個(gè)過(guò)程中，你的聲音只發(fā)生了非常小，一般只有幾分之一秒的延遲。換句話說(shuō)，電話并不是真正的實(shí)時(shí)通訊，因?yàn)槁曇粜枰匦庐a(chǎn)生，但只延遲了非常短的時(shí)間。
每個(gè)本地環(huán)路電話線都連接到一個(gè)遠(yuǎn)程集中器。集中器在很多情況下位于交換機(jī)所在的同一座建筑。在集中器和電話交換機(jī)之間的接口由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)規(guī)范為V5協(xié)議。
某些電話交換機(jī)并不直接連接到集中器，而只用于和其他交換機(jī)連接。通常一個(gè)中心交換局里面會(huì)有一個(gè)或多個(gè)復(fù)合機(jī)器被稱為“載波級(jí)”交換機(jī)或者匯接器。
電話交換機(jī)通常由電信服務(wù)提供商或者“中轉(zhuǎn)商”擁有和運(yùn)作，也會(huì)放在他們自己的建筑物里。但有時(shí)候獨(dú)立的企業(yè)或者私營(yíng)商業(yè)單位也會(huì)在自己的地方放置自己的交換機(jī)，稱為用戶交換機(jī)（PBX）。

交換機(jī)在電信系統(tǒng)中的地位
電話交換機(jī)只是龐大的電信網(wǎng)絡(luò)中的小部件。電話系統(tǒng)最艱巨的工作和最昂貴的部分是中心局外面的布線。早期的電信系統(tǒng)中，每個(gè)用戶號(hào)碼需要從交換機(jī)到用戶電話拉一根線。普普通通的一個(gè)交換局可能有數(shù)萬(wàn)對(duì)線連接到終端盒上（稱為總配線架，MDF）。MDF有保護(hù)部件如放電管等防止電源線短路或者外部電壓過(guò)高等。典型的電話公司里有一個(gè)大數(shù)據(jù)庫(kù)跟蹤每一對(duì)用戶線。在1980年代貝爾系統(tǒng)的記錄系統(tǒng)電腦化之前，這些信息是用鉛筆寫在賬本上的。
為了減少外部電路的成本，一些電信公司采用“線對(duì)增容”設(shè)備來(lái)為用戶提供電話服務(wù)。這些設(shè)備用于在現(xiàn)有銅線已經(jīng)用完或者在附近就有用戶時(shí)，可以減少銅線對(duì)的長(zhǎng)度，并可以使用ISDN或者DSL這些數(shù)字服務(wù)。線對(duì)增容或者數(shù)字環(huán)路載波（DLC）放置在中心局以外，通常是在大用戶旁邊，距離中心局有一定距離的地方。
DLC常常指的是用戶環(huán)路載波（SLC），在朗訊為其線對(duì)增容的專有設(shè)備起了專有名字之后，早期的SLC系統(tǒng)（SLC-1）使用模擬載波在中心局和遠(yuǎn)端之間通訊。隨后的系統(tǒng)（SLC-96、SLC-5）和其他廠商的DLC產(chǎn)品如線路卡可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（使用PCM編碼）。這種數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)銅線、光纜或其他傳輸介質(zhì)傳送到中心局。其他組件包括用以產(chǎn)生振鈴電流的振鈴發(fā)生器和備份電池等。
DLC線路可以配制成通用的（UDLC）或者集成的（IDLC）。通用DLC有兩個(gè)終端，一個(gè)中心局終端（COT）和遠(yuǎn)程終端（RT），其功能是一樣的。兩個(gè)終端都直接面對(duì)模擬信號(hào)，并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳送到另一方。有時(shí)候，傳送是由獨(dú)立設(shè)備處理的。在集成的DLC里，不用COT。相反，RT通過(guò)數(shù)字方式連接到電話交換機(jī)。這減少了所需設(shè)備的數(shù)量。某些標(biāo)準(zhǔn)如Telcordia的TR/GR-008和TR/GR-302涵蓋了DLC。
交換機(jī)也用于兩個(gè)中心局之間以及長(zhǎng)途中心局中。

交換設(shè)計(jì)

相比于中心局，長(zhǎng)途交換機(jī)可能使用較慢但更有效的交換分配算法，因?yàn)樗鼈兊妮斎胼敵鐾ǖ朗褂寐式咏?00%。中心局則有超過(guò)90%的通道容量閑置。
傳統(tǒng)電話交換機(jī)連接到物理電路（即線對(duì)），現(xiàn)代電話交換機(jī)則使用多路設(shè)備和時(shí)分交換技術(shù)。換句話說(shuō)，每條語(yǔ)音通道是在一條物理線對(duì)（用A或者B表示）上面的時(shí)隙（用1或者2表示）。為了把兩條語(yǔ)音通道（例如A1和B2）連接起來(lái)，電話交換機(jī)會(huì)將A1和B2上面的信息進(jìn)行交換，如果交換機(jī)同時(shí)具有這兩條物理連接和時(shí)隙的話。為了做到這點(diǎn)，它需要在時(shí)隙和連接之間以每秒鐘8000次的速度交換數(shù)據(jù)。這是在用于循環(huán)處理當(dāng)前連接的電子列表的數(shù)字邏輯電路控制之下進(jìn)行的。利用這兩種類型的交換技術(shù)使現(xiàn)代交換機(jī)比不使用多路和時(shí)分技術(shù)的交換機(jī)體積減少很多。
交換機(jī)結(jié)構(gòu)使用更小、更簡(jiǎn)單的子交換機(jī)組成奇數(shù)個(gè)層次。每一層的每個(gè)子交換機(jī)互相連接，然后與下一層的子交換機(jī)連接。多數(shù)的設(shè)計(jì)中，物理交換層與時(shí)間交換層是交錯(cuò)的。這些層的負(fù)載是平衡的，因?yàn)殡娫捪到y(tǒng)里面主叫方同時(shí)也可以充當(dāng)被叫方。
時(shí)分交換機(jī)讀取將一個(gè)時(shí)隙循環(huán)完整讀入記憶體，然后以不同的順序?qū)懭�，同樣是在一個(gè)循環(huán)電腦記憶體的控制下。這會(huì)導(dǎo)致一些信號(hào)延遲。
多路交換機(jī)交換的是電路，常常使用非阻塞最小跨度交換的某種變體，或者使用交叉直通交換機(jī)。

中華人民共和國(guó)的交換結(jié)構(gòu)
中國(guó)大陸采用四級(jí)匯接輻射長(zhǎng)途電話網(wǎng)絡(luò)。

C1局為大區(qū)中心局或省間中心局，設(shè)立于8個(gè)大城市：上海市、廣州市、北京市、沈陽(yáng)市、南京市、西安市、成都市、武漢市。
C2局為省中心局，設(shè)立于非C1局的各省會(huì)城市。
C3局為地區(qū)中心局。
C4局為縣級(jí)交換中心。

結(jié)構(gòu)上，C1局全部互聯(lián)并輻射到所有C2局，C2局向C3局輻射，C3局向C4局輻射。此外，北京到各省中心局都有直達(dá)電路，各大區(qū)（C1轄區(qū)）各省中心局之間基本互聯(lián)，此外還有其他直達(dá)線路以提高效率。[1]
大區(qū)中心局和天津等城市使用兩位區(qū)號(hào)，北京為“10”，其他地區(qū)則以“2”開(kāi)頭。各省會(huì)城市和大城市采用三位區(qū)號(hào)。小城市的區(qū)號(hào)則用四位。普通固定電話號(hào)碼首位不用1、0，9則用于本地區(qū)的專用服務(wù)臺(tái)例如聲訊臺(tái)等。長(zhǎng)途區(qū)號(hào)的首位如下分配（有例外）：

華北：3
東北：4
華東：5、6
中南：7
西南：8
西北：9

交換控制算法

完全連接網(wǎng)絡(luò)
為了確保電話連接總能成功，一種方法是建造完全連接網(wǎng)絡(luò)，也就是所有的交換機(jī)之間都互相互聯(lián)。這種方法通常用于中心局內(nèi)部的交換機(jī)，其資源利用率較低。

Clos非阻塞交換算法
子交換機(jī)之間的層閑連接是交換系統(tǒng)中的短缺資源。控制邏輯必須分配好這些鏈接，多數(shù)交換機(jī)通過(guò)一種可容錯(cuò)的方法實(shí)現(xiàn)。參見(jiàn)非阻塞最小跨度交換里面關(guān)于查理斯·克魯斯算法的討論，它用于許多電話交換機(jī)，并也許是現(xiàn)代工業(yè)中最重要的算法之一。

容錯(cuò)性

組合交換機(jī)本質(zhì)上有很好的容錯(cuò)性。如果一個(gè)子交換機(jī)崩潰，控制電腦會(huì)在周期性檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)。然后電腦會(huì)將所有到該子交換機(jī)的鏈接標(biāo)記為“占用”。這可以防止新的呼叫進(jìn)入該交換機(jī)，也不會(huì)中斷還在通話的呼叫。這樣，在這些呼叫結(jié)束后，子交換機(jī)就不再使用了。一段時(shí)間之后，就會(huì)有技術(shù)人員來(lái)更換電路板。下一次測(cè)試如果能成功，到這個(gè)修理好的子交換機(jī)的連接將被標(biāo)記為“空閑”，于是交換機(jī)恢復(fù)所有功能。
為了防止一些檢測(cè)不出的錯(cuò)誤，交換機(jī)內(nèi)所有層間的鏈路通過(guò)一個(gè)先進(jìn)先出隊(duì)列進(jìn)行分配。這樣，如果有用戶提機(jī)并重?fù)埽麄兙蜁?huì)由子交換機(jī)之間不同的鏈路服務(wù)。后進(jìn)先出的鏈路分配可能導(dǎo)致用戶老是撥號(hào)失敗。

參見(jiàn)

DSL
ISDN
PDH
用戶交換機(jī)

注釋

^ 人民郵電出版社，電信網(wǎng)與電信系統(tǒng)，孫振強(qiáng)主編，ISBN 7-115-06009-6/TN·1033

通信詞典解釋