公用電話交換網

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公共電話交換網(public switched telephone network,PSTN)

目錄

什麼是公用電話交換網[1]

  公用電話交換網是提供電話服務的公共網路系統,是國家公用通信基礎設施之一,由國家電信部門統一建設、管理運營。它主要是提供語音通信服務,同時還提供數據通信業務,如電報、傳真等。

公用電話交換網的構成[2]

  公用電話交換網一般由本地電話網和長途電話網組成,其中長途電話網又包括國內長途電話網和國際長途電話網兩部分。

本地電話網

  本地電話網是指一個城市或一個地區的電話網,它覆蓋市內電話、市郊電話以及周圍城鎮和農村的電話用戶,由端局和匯接局組成,端局主要與長途電話網進行交換任務,匯接局主要是進行本地區的電話交換,與端局構成一個同一長途區號的局部公共網路,圖1所示為本地電話網網狀網結構。
Image:本地电话网网状网结构示意图.jpg
  本地電話網採用網狀網結構,其電話交換局之間通過中繼線連接,由於中繼線是公用的,因此線路利用率高,且通過線路的話務量也較大,提高了網路利用率,降低了線路成本。但當交換局數量較多時,網狀網結構將導致電話交換局間中繼線數量的急劇增加,帶來不便,此時可以採用分區匯接制,把電話網分為若幹個“匯聚區域”,在匯接區內設置匯接局,下設若幹個端局,端局再通過匯接局彙集,構成二級本地電話網,如圖2所示。
Image:二级本地电话网结构.jpg

  目前,我國本地電話網的類型主要包括京、津、滬、穗等城市本地電話網,大城市本地電話網,中等城市電話網,小城市本地電話網和縣本地電話網5種類型。

國內長途電話網

  國內長途電話網是指全國各城市間用戶進行長途通話的電話網,它能夠提供城市或省之間的電話業務,一般與本地電話網在固定的交換中心完成匯接。

  我國長途電話網中的交換節點又可以分為省級交換中心和地(市)級交換中心兩個等級,它們分別完成不同等級的匯接轉換。

國際長途電話網

  國際長途電話網是指把世界各國的電話網相互連接起來,以提供國家之間電話業務的國際電話網。為此,每個國家都需要設置一個或幾個國際電話局進行國際撥出和接入的連接。一個國際長途通話實際上是由發話國的國內網部分、發話國的國際局、國際電路和受話國的國際局以及受話國的國內網等幾部分組成的。

  最初,我國傳統電話網是由四級長途交換中心和一級本地電話網端局組成的五級結構,如圖3所示。其中一、二、三、四級的長途交換中心構成長途電話網,由本地電話網端局和按需要設置的匯接局組成本地電話網。
Image:传统电话网.jpg

  其中,C1為大區交換中心,C2為省交換中心,C3為地區交換中心,C4為縣交換中心,C5為五級交換中心(本地電話網端局)。到1992年底我國共有8個C1(北京、天津、沈陽、上海、南京、廣州、西安、成都),3個國際局(北京、上海和廣州)。在本地電話網中,一般設置匯接局(Digital Tandem,DTm)和端局(C5)兩個等級,匯接局可分為市話匯接局、郊區匯接局、農話匯接局等。

  傳統電話網具有的五級結構在電話網由人工向自動化、模擬傳輸向數字傳輸過渡過程中起到重要的作用。但是隨著通信技術的飛速發展,非縱向話務流量口趨增多,新技術和新業務不斷推出,這種五級結構所存在的不足也日益嚴重,主要包括以下幾個方面。

  ①接通率低

  傳統電話網採用多級匯接,轉接次數多,使接續時間延長,在傳輸的過程中損耗大,因此導致接通率低。例如,跨兩個地區或縣的用戶之間的呼叫,需要經過多級長途交換中心轉接。

  ②可靠性差

  在多級長途網中,一旦某個節點或某段鏈路出現故障,就會導致網路局部擁塞。

  ③管理複雜、不易維護

  由於區域網路劃分越小,交換等級就越多,從而導致全網管理工作複雜和不易維護。另外,分級過多也不利於新業務的開展。

  隨著長途交換機容量增加,全國光纜幹線建成以及各省內本地電話網的擴大,我國電信網近年來已將C1和C2、C3和C4合併成同級處理,電話網已由原來的五級交換中心轉化為三級交換中心,即由原來的C1、C2兩級長途交換中心變為一級省際交換中心DC1,由原來的C3、C4兩級交換中心組成一級匯接本地網的長途交換中心DC2,圖4所示為電話網兩級基本結構。
Image:电话网两级基本结构.jpg

  在電話網兩級基本結構中,DC1構成長途兩級網的高平面網(省際平面),匯接所在省(自治區、直轄市)的省際長途來去話務和DC1所在本地網的長途終端話務;DC2構成長途網的低平面網(省內平面),匯接所在本地網的長途終端話務,然後逐步向無級網和動態無級網過渡。圖5所示為其實際結構圖,其中DC1以網狀網相互連接,與本省各地市的DC2以星型網狀結構連接;DC2則以網狀網或不完全網狀網相連,同時輔以一定數量的直達電路與非本省的交換中心相連。

  用戶將數據終端電腦通過一些設備(如Modem)連接到電話網上就可以進行網路通信。按照CCITT的定義,用戶的數據終端或電腦稱為數據終端設備DTE。在通信網路的另一端,有一個設備管理網路的介面,被稱為數據電路設備DCE。DTE通常指數據機、信號變換器、自動呼叫和應答設備等,圖6所示為終端設備通過PSTN進行通信示意圖。
Image:电话网两级结构、PSTN通信示意图.jpg

  在眾多的廣域網互聯技術中,雖然各種專用的電腦網路和公用數據網近幾年得到很大發展,能夠提供更好的服務質量和多種多樣的通信業務,但是PSTN仍是一種不可替代的聯網技術,日前仍然有許多用戶通過電話線撥號上網。

公用電話交換網的業務[2]

  PSTN使用基於64Kb/s的窄帶通道,採用一系列的電路交換機,為支持基本的語音通信奠定了基礎。隨著交換機的逐漸智能化,PSTN能夠提供一些特色服務,目前PSTN能夠為用戶提供接入業務、專用傳輸業務、增值業務等多種新型業務。

  1.接入業務

  PSTN能夠提供的接入業務主要範圍包括中繼線、按鍵電話系統的商用線路、集中式小交換機業務、線路租用等。

  2.專用傳輸業務

  傳輸業務是網路交換、傳輸和支持源端與終端接入設備間信息傳輸有關的業務。專用傳輸業務包括租用線路、外部交換(FX)線路和樓外交換(OPX)3部分。

  ①租用線路

  在租用線路中兩個地點或設備總是使用相同的傳輸路徑,並且該線路被租用方獨有。

  ②FX(外部交換)線路

  它能夠達到長途呼叫與本地呼叫一樣的效果。在使用FX線路時,需要按月付費,而不是按照外部呼叫的次數來收費。另外,在使用Fx線路時,需要平衡好降低成本和確保高質量服務之問的關係。

  ③OPX

  在分散式環境(如一個城市的政府部門)和距離PBX(Private Branch Exchange程式控制交換機)較遠的一些設施環境下,不適合使用普通電纜,而適於使用OPX。OPX租用的線路連接專用交換機(PBX)和樓外地點,就像是PBX的一部分,通過它能夠使用PBX的所有功能。

  3.增值業務

  增值業務也稱為增強型業務,是指憑藉公用電信網的資源和其他通信設備而開發的附加通信業務,其實現的價值使原有網路的經濟效益或功能價值增高。

  目前,我國電信網上所開放的增值業務主要包括電話業務和非電話業務,其中電話業務包括以下幾個方面。

  ①被叫集中付費業務

  被叫集中付費業務也被稱為800號業務,它是一些大的公司為了招攬生意向其用戶提供免費呼叫,而通話費則記在被叫用戶賬上的一種業務。

  ②虛擬專用網業務

  虛擬專用網業務是一種通過公用網來提供專用網性能和功能的業務。

  ③附加計費業務

  該業務針對那些通過電話網向用戶提供有償信息服務的業務提供者,它可以根據業務的性質進行收費,附加計費業務的附加收費除了少部分作為通信公司的服務費,大部分歸業務的提供者所有。

  非電話增值業務包括以下幾個方面。

  ①電子信箱

  電子信箱為用戶提供存取、傳送文電、數據、圖標或其他形式的書而信箱,它通常通過分組交換數據網傳送,也可通過電話網或用戶電報網來實現。

  ②電子數據交換

  電子數據交換也被稱為無紙貿易,是一種採用電腦按照規定的格式和協議進行貿易或信息交換的手段。

  ③線上資料庫檢索

  它是通過電信網路將數據終端或電腦與各種信息資料庫相連,在檢索軟體的支持下,能夠使用戶方便、迅速地獲取所需信息和數據的一種業務。

  ④Internet

  Internet也屬於利用現有通信網路和電腦資源而開放的一種增值業務,用戶可以通過電話網、電子信箱系統或專線方式進入中國互聯網(Chinanet),與國內外互聯網用戶通信。另外,可以為用戶提供電子信箱、文件傳送、資料庫檢索、遠程信息處理、資料查詢、多媒體通信、電子會議圖像傳輸等多種服務。

公用電話交換網的組網要求[3]

  組建一個公用交換電話網需要滿足以下的基本要求:

  1)保證全網話務流量流向合理,話務均衡能力強,中繼線利用率高;窄帶、寬頻綜合業務的傳輸、交換及接入能力滿足需求;網內任一用戶都能呼叫其他每個用戶,包括國內用戶和國外用戶,對於所有用戶的呼叫方式應該是相同的,而且能夠獲得相同的服務質量。

  2)網路性能(即接續性能、接續時延、時延抖動、清晰度、傳輸性能等)符合國家標準技術先進可行,網路投資較省;網路安全、可靠,即使話務預測欠準確的局所,仍可有效地疏通話務。

  3)能適應通信技術與通信業務的不斷發展;能迅速引入新業務,而不對原有的網路和設備進行大規模的改造;在不影響網路正常運營的前提下利用新技術,對原有設備進行升級改造,既保護現有投資,又有可持續發展的潛力。

  4)便於管理和維護:由於電話通信網中的設備數量眾多、類型複雜,而且分佈很廣,因此要求提供可靠、方便而且經濟的方法對它們進行管理與維護,甚至在必要時需要建設與電話網平行的網管網。

公用電話交換網採用的技術[4]

  PSTN提供的是一個模擬的專有通道,通道之間經由若幹個電話交換機連接而成。當兩個主機或路由器設備需要通過PSTN連接時,在兩端的網路接入側(用戶迴路側)必須使用數據機(Modem)實現信號的模/數和數/模轉換。

  從OSI七層模型的角度來看,PSTN可以看成是物理層的一個簡單的延伸,沒有向用戶提供流量控制和差錯控制服務。而且,由於PSTN是一種電路交換方式,所以,一條通路自建立直至釋放,其全部帶寬僅能被通路兩端的設備使用,即使它們之間並沒有任何數據需要傳送。因此,這種電路交換方式不能實現對網路帶寬的充分利用。

  圖7所示是一個通過PSTN連接兩個區域網的例子。在這兩個區域網中,各有一個路由器,每個路由器均有一個串列埠與Modem相連,Modem再與PSTN相連,從而實現這兩個區域網的互連。
Image:通过PSTN连接两个局域网.jpg

公用電話交換網的入網方式[4]

  PSTN的入網方式比較簡便靈活,通常有以下幾種:

  (1)通過普通撥號電話線入網。只要在通信雙方原有的電話線上並接Modem,再將Modem與相應的上網設備相連即可。目前,大多數上網設備,如Pc或者路由器,均提供有若幹個串列埠,串列埠和Modem之間採用RS-232等串列介面規範。這種連接方式的費用比較經濟,收費價格與普通電話的收費相同,可適用於通信不太頻繁的場合。

  (2)通過租用電話專線入網。與普通撥號電話線方式相比,租用電話專線可以提供更高的通信速率和數據傳輸質量,但相應的費用也較前一種方式高。使用專線的接入方式與使用普通撥號電話線的接入方式沒有太大的區別,但是省去了撥號連接的過程。通常,當決定使用專線方式時,用戶必須向所在地的電信局提出申請,由電信局負責架設和開通。

  (3)經普通撥號或租用專用電話線方式由PSTN轉接入公共數據交換網(x.25或Frame—Relay等)的入網方式。利用該方式實現與遠地的連接是一種較好的遠程方式,因為公共數據交換網可為用戶提供可靠的面向連接的虛電路服務,其可靠性與傳輸速率都比PSTN強得多。

參考文獻

  1. 王裕明,高聖國主編.第五章 廣域網 電腦網路理論與應用.清華大學出版社,2011.10.
  2. 2.0 2.1 蒲衛等編著.第六章 廣域網基礎 網路組建與管理.清華大學出版社,2011.02.
  3. 尤克,黃靜華,任力穎等編著.第1章 公用電話交換網 通信網教程.機械工業出版社,2009.01.
  4. 4.0 4.1 王兆青主編.5 網路的互聯 電腦網路本科.中央廣播電視大學出版社,2008.6.
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