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程控交換機

鎖定
程控交換機,全稱為存儲程序控制交換機(與之對應的是佈線邏輯控制交換機,簡稱布控交換機),也稱為程控數字交換機數字程控交換機。通常專指用於電話交換網的交換設備,它以計算機程序控制電話的接續。程控交換機是利用現代計算機技術,完成控制、接續等工作的電話交換機
中文名
程控交換機
外文名
SPC exchange(stored program control exchange)
全    稱
存儲程序控制交換機
定    義
指用於電話交換網的交換設備
涉及技術
現代計算機技術
分    類
長途交換機,本地交換機等

程控交換機設備類型

數字程控交換機分為長途交換機,本地交換機等。另外還有專用於信令網智能網的類型。 [1] 
1970年,法國開通了世界上第一部程控數字交換機,採用時分複用技術大規模集成電路。隨後世界都大力開發,進入80年代,程控和數字交換機開始在世界上普及。

程控交換機設備功能

數字程控交換機 [2] 基本功能主要為:用户線接入,中繼接續,計費,設備管理等。
本地交換機自動檢測用户的摘機動作,給用户的電話機回送撥號音,接收話機產生的脈衝信號雙音多頻DTMF)信號,然後完成從主叫到被叫號碼的接續(被叫號碼可能在同一個交換機也可能在不同的交換機)。在接續完成後,交換機將保持連接,直到檢測出通信的一方掛機。
其中通話接續部分是利用交換機中的數字交換網絡,採用PCM方式實現數字交換的,控制部分是通過軟件由計算機來實現的。

程控交換機基本構成

電話交換機的主要任務是實現用户間通話的接續。基本劃分為兩大部分:話路設備和控制設備。話路設備主要包括各種接口電路(如用户線接口和中繼線接口電路等)和交換 (或接續)網絡;控制設備在縱橫制交換機中主要包括標誌器記發器,而在程控交換機中,控制設備則為電子計算機,包括中央處理器(CPU),存儲器和輸入 /輸出設備
程控交換機實質上是採用計算機進行“存儲程序控制”的交換機,它將各種控制功能,方法編成程序,存入存儲器,利用對外部狀態的掃描數據和存儲程序來控制,管理整個交換系統的工作。

程控交換機控制設備

控制部分是程控交換機的核心,其主要任務是根據外部用户與內部維護管理的要求,執行存儲程序和各種命令,以控制相應硬件實現交換及管理功能
程控交換機控制設備的主體是微處理器,通常按其配置與控制工作方式的不同,可分為集中控制和分散控制兩類。為了更好的適應軟硬件模塊化的要求,提高處理能力及增強系統的靈活性與可靠性,程控交換系統的分散控制程度日趨提高,已廣泛採用部分或完全分佈式控制方式

程控交換機話路設備

  • 交換網絡
交換網絡的基本功能是根據用户的呼叫要求,通過控制部分的接續命令,建立主叫與被叫用户間的連接通路。在縱橫制交換機中它採用各種機電式接線器(如縱橫接線器,編碼接線器,笛簧接線器等),在程控交換機中主要採用由電子開關陣列構成的空分交換網絡,和由存儲器等電路構成的時分接續網絡。
  • 接口設備
接口設備是數字程控交換機與外圍環境的接口,其功能是完成外部信號與交換機內部信號的轉換。數字程控交換機的接口設備主要有用户電路中繼電路和信令收發設備。
(a)用户電路
用户電路的作用是實現各種用户線與交換之間的連接,通常又稱為用户線接口電路 [3]  (SLIC,Subscriber Line Interface Circuit)。根據交換機制式和應用環境的不同,用户電路也有多種類型,對於程控數字交換機來説,主要有與模擬話機連接的模擬用户線電路 (ALC)及與數字話機,數據終端(或終端適配器)連接的數字用户線電路(DLC)。
模擬用户線電路是適應模擬用户環境而配置的接口,其基本功能 [4]  有:
. 饋電(Battery feed):在電話通信中,交換機通過用户線向共電式話機直流饋電;
. 過壓保護(Overvoltage Protection):由於用户線是外線,所以可能會遭到雷電或高壓電等的襲擊,交換機內是嚴禁高壓進入的,這會損壞交換機內部設備。為了防止用户線上的電壓衝擊或過壓而損壞交換機,其必須具備過壓保護功能。
. 振鈴(Ringing):向被叫用户話機饋送鈴流,鈴流電壓一般是通過繼電器控制或高壓電子器件向話機提供。
. 監視(Supervision):為完成電話呼叫,交換機必須能夠正確判斷出用户線上的以下3種情況。
a)用户話機的摘掛機狀態。
b)用户話機(號盤)發出的撥號脈衝
c)投幣、磁卡等話機的輸入信號
上述用户線的幾種情況的判斷可通過監視用户線上直流環路電流的通/斷來實現。用户掛機空閒時,直流環路斷開,沒有饋電電流;反之,用户摘機後,直流環路接通,有饋電電流。
. 編解碼(CODEC):利用編碼器解碼器(CODEC),濾波器,完成話音信號的模數與數模交換,以與數字交換機的數字交換網絡接口
. 混合(Hybrid):進行用户線的2/4線轉換,以滿足編解碼與數字交換對四線傳輸的要求。
. 測試(Test):提供測試端口,進行用户電路的測試。
這7種功能常用第一個字母組成的縮寫詞(BORSCHT)代表。對於模擬程控交換機,不需要編解碼功能;而在數字程控交換機中,除某些特定應用的小型交換機利用增量調製方式外,其它大部分均採用PCM編解碼方式。
數字用户線電路是為適應數字用户環境而設置的接口,它主要用來通過線路適配器(LAM)或數字話機(SOPHO-SET)與各種數據終端設備(DTE)如計算機,打印機,VDU,電傳相連。
(b) 出入中繼器
出入中繼器中繼線與交換網絡間的接口電路,其功能是完成外部信號與交換機內部信號的轉換,用於交換機中繼線的連接。它的功能和電路與所用的交換系統的制式及局間中繼線信號方式有密切的關係。對模擬中繼接口單元ATU),其作為是實現模擬中繼線與交換網絡的接口,基本功能一般有:
(1).發送與接收表示中繼線狀態(如示閒,佔用,應答,釋放等)的線路信號。
(2).轉發與接收代表被叫號碼的記發器信號。
(3).供給通話電源和信號音
(4).向控制設備提供所接收的線路信號。
對於最簡單的情況,某一交換機的中繼器通過實線中繼線與另一交換機連接,並採用用户環路信令,則該模擬中繼器的功能與作用等效為一部“話機”。若採用其它更為複雜的信號方式,則中繼器應實現相應的話音,信令的傳輸與控制功能。
數字中繼線接口單元(DTU)的作用是實現數字中繼線與數字交換網絡之間的接口,它通過PCM有關時隙傳送中繼線信令,完成類似於模擬中繼器所應承擔的基本功能。但由於數字中繼線傳送的是PCM羣路數字信號,因而它具有數字通信的一些特殊問題,如幀同步時鐘恢復,碼型交換,信令插入與提取等,即要解決信號傳送,同步與信令配合三方面的連接問題。
數字中繼接口單位的基本功能包括幀與復幀同步碼產生,幀調整,連零抑制,碼型變換,告警處理,時鐘恢復,幀同步搜索及局間信令插入與提取等,如同模擬用户電路的BORSCHT,也可將數字中繼單元的上述8種功能概括為GAZPACHO。
信息系統(Signalling System)
在交換機內各部分之間或者交換機與用户,交換機與交換機間,除傳送話音,數據等業務信息外,還必須傳送各種專用的附加控制信號(信令),以保證交換機協調動作,完成用户呼叫的處理,接續,控制與維護管理功能
按信令的作用區域劃分,可分為用户線信令與局間信令,前者在用户線上傳送,後者在局間中繼線上傳送。如果按信令的功能劃分,則可分為監視信令,地址信令與維護管理信令。
1 用户線信令
它是在用户與交換機之間用户線上傳送的信令。對於模擬電話用户線,這種信令包括:
(1)監視信令
此信令反映直流用户環路通斷的各種用户狀態信號,如主叫用户摘機(off-hook)(呼出佔用),主叫用户掛機(on-hook)(正在清除或拆線)及被叫用户摘機(應答),被叫用户掛機(反向清除或拆線)。交換機檢測到這些信號時便會執行相應的軟件,產生有關的動作,如交換機向主叫用户發撥號音或忙音,回鈴音等,或向被叫用户饋送振鈴信號等。
(2)地址信令(被叫號碼)
此信令為主叫用户發送的被叫號碼,交換機識別後控制交換網絡進行接續。廣泛應用的模擬話機有兩類:脈衝式話機與雙音頻式話機。
a.直流脈衝信號
撥號盤話機或脈衝式按鍵式話機發送直流脈衝信號,通過話機撥號控制用户環路電路斷續而產生直流脈衝串
b.雙音多頻信號
程控交換機的快速多頻按鍵話機所發送的撥號信號,不再用脈衝而用同時發送的“雙音”表示一個數字。
2 局間信令
此信令是在交換機或交換局之間中繼線上傳送的信號,用以控制呼叫的接續。由於使用的交換機制式和中繼傳輸信道類型很多,組網涉及面廣,因而局間信令比較複雜。為保證通信網中交換機互通,必須建立統一的國際與國內標準。
根據信令通道與話音通路的關係,可將局間信令分為隨路信令CAS,Channel Associated Signalling)與共路信令CCS,Common Channel Signalling);若按信道與信號的形式,又可分為直流,交流與數字型信令。如同用户線信令,也可將局間信令按功能分為監視信令,地址信令與管理信令。
各種機電式交換機都採用隨路信令,雖然程控數字交換機仍多采用隨路信令,但它一般具有采用共路信令的功能與潛力。為充分發揮程控數字交換系統的優點,採用先進的共路信令是當前程控交換技術的一個重要發展方向。
(1).隨路信令
將話路所需要的控制信號由該話路本身或與之有固定聯繫的一條信令通道來傳送,即用同一通路傳送話音信息和與其相應的信令。
(2)共路信令
將一組話路所需的各種控制信號集中到一條與話音通路分開的公共信號數據鏈路上進行傳送。CCITT No.7號信令是一種最先進,應用最廣泛的國際標準化共路信令系統,由於它將信令和話音通路分開,可採用高速數據鏈路傳送信令,因而具有傳送速度快,呼叫建立時間短,信號容量大,更改與擴容靈活及設備利用率高等特點,最適用於程控數字交換與數字傳輸相結合的綜合數字網和未來綜合業務數字網
程控交換機主要功能:
虛擬總機:代替總機轉接來話。
自錄語音:錄製特殊語音(例如:您好!這裏是上海遠智網絡信息科技有限公司,請撥分機號碼、查號請撥0,傳真請撥101)
◆彈性編碼:各分機可編制分機號碼。
◆等級限制:限制撥打國際、國內、市話等7級。
◆中繼熱線:提機免撥9出外線。
◆呼入選擇:外線呼入直撥、轉接、羣呼選擇。
◆強插服務:在特殊情況下總機對正在通話的分機進行強插通話。
◆代撥長途:總機可代低等級的分機撥打長途。
◆區分振鈴:能區別振鈴來自外線還是內線。
◆徵詢轉接:外線轉接實現徵詢和音樂等待。
◆計費方式:反極計費方式或延時計費方式。
◆打印選擇:中英文打印選擇。
◆語音信箱:查詢自身等級、號碼、話費、日期、時間等。

程控交換機發展現狀

截止 2019 年程控交換機年產量趨勢如圖:
數據來源:統計局,時間段2000 年-2019 年):
2009年中國生產數字程控交換機414700萬線,同比下降7.95%。對於通訊設備行業,行業景氣支撐點主要有兩個,一是電子信息產業振興規劃帶來的投資機會。從產業的角度來看,電子信息產業振興規劃將有利於通訊業的升級,有利於通信業通過產業結構調整把握住行業的發展機會,從而牽引着通信設備行業的盈利能力得到增強。二是電信業重組和3G牌照的發放將加大運營商對通信設備的採購量。隨着國內電信重組及3G牌照發放,國內電信投資開始加速。
中國加入WTO和國家對西部大開發戰略部署的實施,使眾多交換機廠家、商家將有千載難逢的良機,這為交換機提供了廣闊的市場。同時,由於各交換機產商在技術上的不斷革新,尤其在IP領域的不斷開發和應用,使得交換機在一段很長時間內仍具有較大市場前景。首先,價格優勢使交換機比虛擬網具有更為廣闊的市場前景。其次,從使用對象角度考慮,交換機比虛擬網具有更大的市場。在某些工礦企業等單位,通話主要以內部為主;在各賓館、酒店等大型企事業單位,安裝交換機不僅僅是滿足通話的需要,更是樹立本單位良好形象的需要。此外,安裝交換機可以通過撥打本話務台查找用户需要的電話號碼(如在賓館呼叫總枱),而這一點虛擬網無法做到。其三,用户交換機向IP領域的滲透,使交換機具有新的生命力。PABX產品的開發將出現重大轉移,許多傳統的廠商將放棄過去的體系結構,轉向支持基於服務器的各種體系結構和系統的增值互聯,這一轉變,使程控交換機重新獲得市場,使通信產品在IP 領域的廣泛應用起到積極的推動作用。2011年,寬帶市場驅動因素未變,競爭壓力仍將提升;FTTH 將成為主流的寬帶建設模式,寬帶建設高潮尚未來到;光通信行業將從持續大規模的寬帶建設中充分受益,未來3年增長確定。看好大規模寬帶建設對相關通信企業的長期業績驅動。

程控交換機優越性

1、技術上的優越性
(1)能夠提供許多新的用户服務功能,如縮位撥號、來電顯示、叫醒業務、呼叫轉移呼叫等待等業務,不再是單一的語音業務了。
(2)維護管理方便,可靠性高。程控交換機可以通過故障診斷程序對故障進行檢測和定位,以發生故障時緊急處理迅速及時,因此它在維護管理上和可靠性上帶來了好處。
(3)靈活性大。為適應交換機外部條件的變化,增加的新業務往往只需要改變軟件(程序和數據)就能滿足不同外部條件(如市話局、長話局等的不同需求)的需要。
(4)便於利用電子器件的最新成果,使整機技術上的先進性得到發揮。
2、經濟上的優越性
(1)交換設備方面。體積小,採用電子器件大減小了交換機的體積,這樣佔用機房的面積小;耗電省,用電子器件代替機械部件,大大減低了能量消耗;成本低,隨着集成電路價格的減低,可以大幅度減低交換機成本。
(2)線路設備方面。可以通過採用遠端用户模塊方式節省用户線,降低線路設備費用。
(3)維護生產方面。由於檢測和診斷故障的自動化,減少了不少維護工作量,節省了維護人員。由於製造工藝簡單了,生產效率也提高了。

程控交換機管理與維護

1 、硬件上需注意的方面
(1)機房温度和環境。程控交換機對機房的温度和環境要求較高。用户量越多,能耗也越大,散發出來的熱量也越大,因此需要在恆温、乾淨的環境中運行。機房温度要保持在20℃左右,如果温度太高,會造成機器散熱困難,使機器的 元器件參數發生變化,電路的穩定性降低,嚴重時還會損壞設備。注意温度的同時還要保持機房的一定濕度,如機房太潮濕,會使機器的金屬部件生鏽,腐蝕設備,甚至會造成線路絕緣降低,電路短路等現象。機房過於乾燥,則容易產生靜電,直接威脅到交換機的安全。按規定,機房的濕度應保持在40%~60%。温度和濕度可通過温度計等監視,必要時,可以安裝空調、加濕機或抽濕機等進行調節。此外,機房還要求有防火、防塵措施電纜管道施工完畢後要認真堵塞,以防止小動物進入。
(2) 防靜電措施。程控交換機的電路採用大規模和超大規模集成電路運行。集成化程度越高,耐電壓和耐衝擊的水平相應也就越低。而靜電產生的電壓有時會高達幾十,幾百,幾千或是上萬伏,如此高的靜電電壓足以擊毀或擊傷芯片,所以靜電效應對程控交換機威脅極大。因此,機房地板要求鋪設防靜電地板機務人員進入機房工作時要換防靜電拖鞋,在觸摸設備,插拔電路板時要戴上防靜電手套。在機房工作時不宜來回反覆走動奔跑,以防止摩擦產生靜電。
(3) 接地設施。一般認為數字通信抗干擾能力強,但對程控交換機來説,接地設施的好壞,將直接影響設備的運行質量,如果接地設施不良,則會造成地電位起伏波動,有可能使交換機的數字電路運算出現邏輯錯誤。實際工作中,要求交換機的信號接地、功率接地、保護接地工作接地符合標準。同時降低接地電阻、加粗接地線、規範接地都是對機器運行穩定行之有效的手段。
(4) 電磁環境。電磁環境的污染情況十分嚴重,在程控機房內和附近,不允許安裝大功率無線電台,以防止電磁輻射影響交換機的正常工作。在機房內,交換機的各種電纜與市電交流電源線應儘量遠離,不能長距離並排鋪設,以免造成電磁耦合或阻容耦合干擾。必要時,各類線纜應互相交叉通過。
2 、軟件管理上需做到的幾點
(1) 密切關注機器的運行狀況,及時發現各類告警信息。
(2) 經常檢查操作維護終端、計費系統、話務台、打印機等是否處在正常工作狀態
(3) 各種不同類型的備用電路板是否保管良好。
(4) 重大操作後,應及時拷貝和打印交換機數據庫的資料,並按規定認真保管,以備急需時使用。
(5) 定期檢查音頻配線架上的防雷器件,保安排插是否有效。防止因線路故障從外線引入交流電而損壞機器。

程控交換機交換機配置

程控交換機中興ZXJ10網管實驗仿真系統

簡介
程控交換原理課程是通信專業基礎課程,通過結合主流程控交換設備進行教學,可以有效地提升學員對程控交換原理的理解,電路交換網絡的學習和七號信令的掌握。
ZXJ10程控交換實驗仿真教學軟件包括“虛擬機房”和“虛擬後台”兩個軟件。
軟件真實模擬再現了程控交換設備ZXJ10的硬件和後台129服務器[V10.0.03.04.3]的界面。本軟件以最典型的程控交換機機型ZXJ10的8KPSM為例,結合中興通訊助理交換工程師認證考試的需要,設計仿真程控交換最基本的功能。
功能介紹
仿真軟件有以下幾個功能界面:
? 虛擬機房
對程控交換設備瞭如指掌是學習程控交換技術的第一步,無論是中興華為或是貝爾廠家出的程控交換機備外形上有所不同,都具有相同的功能單元,在功能上是一致的。通過本軟件中虛擬機房的‘硬件觀察’可以幫助客户觀察設備硬件,掌握設備結構細節,對設備組成有更直觀、更全面的認識。
? 虛擬後台
在“虛擬後台”中包括實驗、業務實現和信令跟蹤:
? 典型實驗單元——100%復現通訊設備網管的配置過程,掌握上機操作數據配置。通過4個經典的程控交換實驗軟件,學員可以掌握程控交換系統的設計、本地電話的開局、七號信令知識的學習及局間電話業務的開通。
? 虛擬電話——體驗業務實現過程
在數據配置結束後,如何驗證結果呢?不如拿起電話,直接呼叫一次。客户在虛擬電話中模擬體驗電話撥打過程,驗證實驗操作的結果,對電信業務進行真實的體驗。
? 故障定位工具、信令跟蹤工具——如果定位設備配置的故障。
怎樣發現操作的錯誤,定位配置的故障?仿真軟件提供了強大的告警、呼叫跟蹤及信令跟蹤工具。學員通過學習和使用這些工具就可以輕鬆地發現在實驗過程中的錯誤,通過在操作過程中對故障點的定位與排除,加深對理論知識的理解和實踐經驗。

程控交換機教學視頻

程控交換機局內系統配置 [5] 
中興程控實訓本局電話互通 [4] 

程控交換機我國程控交換機市場發展動向

1.國內自行開發機型
在局域網程控交換機方面,我國自行研發且有先進生產水平的HJD-04和DS-30這兩種程控交換機現已經被應用於工業領域中,總容量已達6萬和3萬等效線,生產規模依然在進一步擴大:在農話交換機方面。已有40多家生產企業生產的50多種程控交換機,年總產量已經超過200多萬線,但是,由於郵電領域因某些客觀原因撤銷了農話處,原本可以作為農話的程控交換機也被禁止使用農話網,統一改成了市話網,這在某種程度上給程控交換機生產企業帶來了很大的影響。 [6] 
2.合資企業生產機型
比利時合營上海貝爾電話有限公司的S1240程控交換機生產線,德國西門子公司和日本NEC公司合資的程控交換機生產線是我國最早以合資的形式引人的三條程控機生產線,近年來,我國申信行業也加快了建設的步伐,通信業務的發展速度超過了國民經濟發展的速度,並一直保持着增長的態勢。據估計,在城市,尤其是一二線城市,每家每户至少需要安裝2部及以上的電話。 [6] 
參考資料
  • 1.    李靜.電話網交換技術.北京市崇文區夕照寺街:人民郵電出版社,2012年8月:03-10
  • 2.    葉敏.程控數字交換與交換網:北京郵電大學出版社,2003
  • 3.    (日)藤原修.接口電路入門:科學出版社,2000
  • 4.    程控實訓本局電話互通  .優酷視頻.2013-05-28[引用日期2013-05-29]
  • 5.    程控交換機局內系統配置  .優酷視頻.2013-05-28[引用日期2013-05-29]
  • 6.    李曉麗.淺析我國程控交換機市場發展動向和營銷管理[J].科技經濟市場,2021(8):45-46