自動電話交換機

人類社會的一切活動都離不開資訊的傳遞－－通信。它像人的神經系統一樣重要。在人類的一切通信方式中，電話通信是應用最廣泛的一種。

電話通信的目的是：達成人們在任意兩地之間的通話，因此，必須要解決三個問題：第一是語音信號的發送和接收；第二是語音信號的傳輸；第三是語音信號的交換。第一個問題由使用者的終端設備－－電話機來解決。第二個問題由各種類型的電話傳輸設備－－從最簡單的音頻傳輸線到多路載波設備，數位微波，衞星通信線路設備等等來解決。第三個問題則由各種類型的電話交換設備來解決。這三個部分只要有系統地結合起來，就能構成一個完整的電話通信系統。而電話交換設備，是整個電話通信網路中的樞紐，有着相當重要的作用。 ^[1] 

自從一百多年前電話發明以來，電話交換技術的發展大體經歷了三個階段：

是人工交換階段

電話一發明，由於要求各地電話機之間靈活地交換連接，於是很快發明了交換機。最早採用的是磁石式電話交換機（MagnetoTelephoneExchange），接着出現了共電式電話交換機（CommonBatteryTelephoneExchange），這些都是人工交換機，必須由接線生（Operator）來完成使用者電話間的接線和拆線，其特點是設備簡單，容量小，需佔用大量人力，話務員工作煩重，速度又慢，因此，人工交換機逐漸被自動交換機所取代。

是機電式自動交換階段

自動交換機是靠使用者發送號碼（被叫使用者的位址編號）進行自動選線的。世界上第一部自動交換機是1891年由美國人A.B.史端喬（AlmonBrownStrowger）發明的，史端喬是美國堪薩斯城的一個殯儀館老闆，他發覺每當城裏發生死亡事件時，用户往往向話務員説明要接通某一家“殯儀館”，而那位話務員總是把電話接通到另一家殯儀館，這使史端喬很生氣，發誓要將電話交換自動化。功夫不負有心人，史端喬憑他那過人的聰明和毅力，終於發明了一種自動電話交換機，並申請了專利 ^[2]  。為了紀念史端喬的功績，人們也稱這種電話交換機為“史端喬交換機”，這是一台步進式IPM電話交換機（StepByStepTelephoneExchange），1892年11月3日，世界上第一個步進式IPM自動電話局在美國印第安納州拉波特設立，因此，自動電話交換機得到迅速發展，在世界各國裝用，並相繼生產了許多改進的機型。1926年，瑞典研製出了第一台縱橫電話交換機（CrossbarTelephoneSwitchingSystem），並在松茲瓦爾（Sundsvall）設立了第一個縱橫實驗電話局，擁有3500個使用者。從三十年代起，美國等國家也開始大力研製和發展縱橫式交換機，到五十年代，縱橫式交換機已達到成熟階段。由於縱橫式交換機採用了機械動作輕微的縱橫接線器並採用了間接控制技術，使它克服了步進式交換機的許多缺點。特別是它能適用於長途自動交換，因此五十年代以後，縱橫式交換機在各國得到了大量的推廣和應用。

步進制交換機和縱橫式交換機的主要元件都採用具有機械動作的電磁元件構成，因此，它們都屬於機電式交換機。

是電子式自動交換階段

隨着近代電子技術的飛速發展，人們開始把電子元件應用到交換機中，逐步取代速度慢、體積大的電磁元件。於是出現了準電子電話交換機（Quasi-ElectronicTelephoneSwitchingSystem）。電腦，大型積體電路的發展及應用，使自動交換機的發展產生了重大轉變。1960年，美國貝爾系統試用儲存程式控制（以下簡稱程控）交換機（StoredProgramControlledSwitching）成功，並於1965年5月世界第一部程控電話交換機開始運作。該機採用電腦作為中央控制設備，由電腦來控制接續工作，該交換機屬於程控空間分隔電話交換機（Store-ProgramControlSpaceDivisionTelephoneExchange），它意味着電話自動交換控制技術已從機電式式線控制發展到電子式程式控制。1970年，法國設立了世界上第一部程控數位電話交換機（Store-ProgramControlDigitalTelephoneSwitchingSystem）。隨後，美國、加拿大、瑞典、英國等國相繼使用程控數位交換機。程控數位交換機，達到了交換機的全電子化，同時也達到了由類比空間分隔交換向數位分時交換轉的重大轉變。到了八十年代，程控數位電話交換技術日漸完善，開始走向交換技術發展的主導地位。數位交換與數位傳輸相結合，可以構成整合數位網路（IDN），還可以開發成整合服務數位網路（ISDN）。數位交換系統不僅達到語音交換，還要完成非語音服務的交換，即要求程控數位交換系統具有電話交換（CircuitSwitching），分封交換（PacketSwitching）以及寬頻交換的能力。 ^[1] 

為了完成電話交換機的基本功能，在交換機中必須有進行通話的話路系統和連接話路的控制系統。

話路系統包括所有的提供電話接續任務的終端和交換設備。話路系統的核心部分是“交換網絡”，從人工台的接線面板與塞繩電路，步進制的各級接線器，縱橫制的用户級、選組級交換網絡到數字交換機的數字交換網絡，都是用來提供在各種交換方式下的通話通路的。話路系統中還包括各種需要通過交換網絡進行交換連接的終端，如用户電路、中繼設備、信號設備等。簡單地説，話路系統是由用户電路、交換網絡、出中繼器、人中繼器、繩路及具有監視功能的信號設備組成的。

用户電路是每個用户所獨有的，反映用户線的狀態變化。它的基本功能是：

①用户摘機時，發出呼叫信號；

②反映用户線的忙閒狀態；

③用户掛機時自動復原。

控制系統在需要的時候接通話路，提供語音信號傳送的通路。主要包括譯碼、忙閒測試、路由選擇、鏈路選試、驅動控制等設備。

繩路和出入中繼器是主叫與被叫之間的話音通道。本局呼叫用繩路連接，出局呼叫用出入中繼器與對方局相連，入局呼叫則使用人中繼器將來自對方局的人線與本局用户相連。

驅動器的基本功能是在中央處理器的統一控制下，驅動話路設備的繼電器或觸發器動作，所以它是中央處理器與話路設備間的專用接口設備。

控制系統則由中央處理器、存儲器、輸入輸出設備等組成。

存儲器是用來存儲各種程序和數據。存儲器包含內存和外存，內存有隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。經常要用的程序存在內存裏，不經常用的程序則存放在外存裏，外存的容量很大。

在隨機存取存儲器中存儲的大多是在交換中頻繁變化的信息，如撥號脈衝、用户線或中繼線的忙閒信息等均存放在RAM中，而呼叫處理程序、執行管理程序等一些不變的程序都存放在ROM中。

中央處理器是整個系統的核心。它通過掃描器收集信息作為處理的依據，根據存儲器中的程序和數據進行分析、判斷，作出處理結果，再向驅動器發出驅動命令，驅動器向話路設備發送控制信息以控制話路設備動作。

輸入輸出設備包括磁帶機、CD機及收音機等設備，它是進行人機對話或輸入輸出數據的外圍設備。 ^[3] 

程控數位交換機經過20年的推廣應用，其技術已經成熟。具有ISDN功能的數位交換機也紛紛出籠。交換技術的發展方向是寬頻交換，包括非同步傳輸模式（AsynchronousTransferMode，ATM）交換技術和光交換技術。 ^[1] 

ATM交換是80年代後期發展起來的。國際電報電話諮詢委員會（CCITT）已經確定，ATM將作為寬頻整合服務數位網路（B-ISDN）的資訊傳輸方式。日本、德國、美國都在大力研製和開發大型的ATM交換機。吞吐量為幾百Gbit/s的ATM交換機近年內可望問世，可以預見到下個世紀開始，ATM交換設備將逐步取代現有的程控交換機而成為通信網路中的主要交換方式。

光交換和ATM交換一樣，是寬頻交換的重要成員，只是光交換還停留在實驗室研究階段。 ^[1] 

如果從自動交換機內部傳輸資訊的方式來區分，它可為類比（Analog)方式的電話交換機和數位（Digital）方式的電話交換機。類比方式的電話交換機對使用者的類比信號直接進行交換。如早期的步進制交換機、縱橫式交換機，以及空間分隔電子交換機，脈幅調變（PAM）的分時交換機等數位方式的電話交換機對數位信號進行交換（主要是指對用户的類比語音信號已經進行了數位化編碼的數位語音信號）。所使用的各種類型的程控數位交換機都是通過對數位信號進行交換而完成使用者間的接續功能的。 ^[1] 

自動交換機如果按其應用的範圍劃分，可以分為公用交換機和專用自動交換機（PABX）。公用交換機是指用於公眾電話交換網路（PSTN）中，用於完成公眾電話網路使用者之間，使用者與中繼電路（TrunkCircuits），中繼電路與中繼電路之間交換連接的交換機，如公眾電話交換網路中的市話端局交換機，匯接局（TandemOffice）交換機，長途局（TollOffice）交換機等，專用交換機是指用於某一特定機構（如某醫院、旅館、學校、公司等）並與公眾電話網路相連接的交換機，有時亦稱“使用者交換機”。

專用自動交換機主要用於使用者所在機構的內部通信，往往根據該機構使用者的特殊需要增加一些特別的功能服務。專用交換機適合於使用者比較集中，內部話務量（TrafficVolume）比較大的場合，它是公眾電話交換網路的一種重要補充。如美國約有1000萬條以上的使用者交換機的線路，這個數目和8000多萬條市話使用者線相比顯然是相當小的，但這些使用者交換機所承擔的話務量約是所有市話和長途話務量的百分之六十，使用者交換機在公眾電話網路中的作用由此可略見一斑。

如果按自動交換機的執行控制方式劃分，則可分為佈線邏輯控制（WiredLogicControl）交換機和儲存程式控制（StoredProgramControlled）交換機。佈線邏輯控制（簡稱布控）交換機採用硬體邏輯電路來控制交換機的各個模組完成使用者呼叫接續功能的。布控交換機的控制部件一旦做好，其控制功能便不易再進行改動。儲存程式控制（簡稱程控）交換機採用電腦（Computer）來控制交換機完成使用者呼叫接續功能。與其他一般電腦相同，程控交換機中的電腦也採用“儲存程式控制”（SPC）的工作方式。即把交換機所需完成的控制功能及其步驟、方法首先編製成可執行的程式（Program），然後送入電腦的記憶體（Memory）中，由微處理機（Micro-Processor）執行記憶體中的程式，控制各種外圍元件動作，從而控制交換機執行，完成各種預定的功能。與布控式的交換機相比，程控交換機引入了電腦控制技術，因此增加了許多優點。例如能夠提供許多新的使用者服務，維護管理方便，可靠性高，靈活性適用性大，便於向整合服務數位網路（ISDN）發展等等。

由於程控數位技術的先進性和設備的經濟性，使電話交換跨入一個新的紀元，而且對開發非語音服務，達成整合服務數位交換奠定了基礎，因而成為當今交換技術發展的主要方向。隨着微處理機技術和專用積體電路的飛速發展，程控數位交換的優越性愈加明顯地展現出來。所生產的中、大容量程控交換機全部為數位式的。近十年來，世界各國研製與生產出眾的各具特色的程控數位交換機，比較有代表性的有：

SOPHOS荷蘭PHILIPS公司

SCX-1200，500英國HARRIS公司

ISDX英國GPT公司

HICOM德國SIEMENS公司

SX-2000加拿大MITEL公司

MSL-1加拿大NT公司

DMS-100，200，300加拿大NT公司

MT-35法國THOMSON公司

MSX美國TAI公司

HARRIS-20-20美國HARRIS公司

NO.5~7ESS美國AT&T公司

DBX-1200，5000美國STROMBERG（ARLSON公司）

D60，70日本NTT公司

NEAX-61日本NEC公司

NEAX2400日本NEC公司

FETEX-150日本FUJITSU公司

HDX-10日本HITACHI公司

E10B，S法國CIT-ALCATEL公司

ITT-1240比利時ITT-BTM公司

MD-110瑞典ERICSSON公司

EWSD德國SIEMENS公司

AEX-10瑞典ERICSSON公司 ^[1] 

程控數位交換機是現代通信技術、電腦技術與大型積體（LSI）電路相結合的產物。先進的硬體與日臻完善的軟體技術綜合於一體賦予程控交換機以眾多的功能和特點，使它與布控交換機相比，有如下優點：

體積小，重量輕，功耗低：程控交換機一般只有縱橫式交換體積的1/8至1/4，大大減小了空間佔用面積，節省費用；

能靈活地向使用者提供眾多的新服務功能，程控交換機由於採用了儲存程式控制的技術，因而可以透過軟體很方便地增加或修改交換機的功能，向使用者提供各類新型服務，如縮位撥號，呼叫等待、呼叫轉移等等，給使用者帶來很大的方便。 ^[1] 

工作穩定可靠，維護方便由於程控交換機一般採用大型積體電路或專用積體電路（ASIC），因而具有很高的可靠性。它通常採用冗餘技術或故障自動診斷措施，以進一步提高系統的可靠性。此外，程控交換機利用故障診斷程式對故障自動地進行檢測和定位，以及時地發現與排除故障，從而大大地減少了維護工作量。程控交換系統可方便地提供自動計費，話務量統計，服務品質自動監視，超負荷控制，給維護管理帶來方便。

便於採用新型的共通道信號方式（CommonChannelSignalling;CCS）由於程控數位交換機與數位傳輸設備可以直接進行數位連接，提供高速共信號通道，適於採用先進的CCITTNo.7信號方式，從而使得信號傳送速度快、容量大、效率高，並能適應未來新服務與交換網路控制的特點，為達成整合服務數位網路創造必要的條件。 ^[1] 

易於與數位終端機、數位傳輸系統連接，完成數位終端，傳輸與交換的整合統一。可以擴大通信容量，改善通信品質，降低通信系統投資，併為發展整合數位網路和整合服務數位網路奠定基礎。

程控交換機的種類技術都在不斷地更新發展，性能更加優良，技術更加先進的交換機都在進一步地研製和推出。整體來説，其技術發展的方向和趨勢可歸納為以下幾點：

研製新型專用大型積體電路，提高硬體整合度與模組化水準，以進一步減小體積和降低成本、增強功能及提高可靠性；

提高系統控制的分散程度，靈活程度及可靠性，逐步採用全分散控制方式；

採用CCITT建議的高級語言（如CHILL、SDL、MML），提高軟體水準和模組化程度。加強支援系統的開發，建立強大的軟體產生系統。 ^[1] 

逐步引入非語音業務，如數據業務、圖文傳真（FAX）、電報（Telex）與電傳圖文（Teletex）、電傳視訊（Videotex）、圖文電視（Teletext）及電子郵件（ElectronicMail）、影像資訊等，開發相應的介面，構成整合資訊交換系統。

增加程控交換系統與其它類型通信網路（如傳真網路，分封交換網路或公用數據網路、電腦區域網路（LAN）等的介面、連接與組成網路能力。

為適應高速資訊服務日益增大的需求和光通信（OpticalCommunication）的發展，開發寬頻整合服務數位網路（B-ISDN）環境下交換理論、體制與關鍵技術的研究。研究的重點是非同步傳輸模式（ATM）。 ^[1]