公共交換電話網(PSTN)
電話通信進入多局制時代后,出現了網的概念。經過近百年的發(fā)展,特別是長途直撥實現以后,已建成一個全球范圍的規(guī)模十分龐大的公共交換電話網,通達全球各個角落,用戶數超過10億。這樣龐大的電話網,實際上是由國際網、國內長途網和本地網組成的。
國際網 各國(地區(qū))指定若干個交換局作為國際接口局,這些國際接口局組成了國際網。國際接口局既屬于國際網,又分別屬于各個國家(地區(qū))的內部網。我國指定北京、上海和廣州各2個交換局作為國際接口局,國內用戶要和國外用戶通話,來去話都必須經這些國際接口局轉接。當然少量邊境地區(qū)至國外鄰近地區(qū)的旁路國際電話除外。
全球共有幾百個國際接口局,由于國際傳輸代價高昂,不能做到這些國際接口局個個互連直達,因此,有些通話要經過轉接,如我國至拉丁美洲要經美國轉接。
國內長途網 我國國內網分長途和本地2級。20世紀70年代,我國對長途網分成5級,即大區(qū)中心C1、省中心C2、地級中心C3、縣中心C4、端局C5。全國分8個大區(qū),即北京、上海、南京、武漢、廣州、成都、沈陽和西安。國內任意2個地點之間的通話,某些情況下轉接次數可多達10次以上,這實在太多了。當然某些場合如話務量高可設旁路路由減少轉接次數。但總的來講,轉接次數多的問題制約了我國電話通信的發(fā)展。20世紀90年代中后期,我國對長途網的結構作了改革,由5級減少為3級,將C1和C2合并,稱為DC1,C3和C4合并,稱為DC2,C5稱為端局,轉接次數大為減少。這個改革已于20世紀末、21世紀初完成,對于提高國內電話通信質量起了很大作用。
本地網 在電話通信不很發(fā)達時代,只有市話網的概念。一般只能在一個城市的市區(qū)自動撥號,對郊區(qū)則和長途一樣要先掛號,話務員找出被叫用戶后才能通話。農村也像郊區(qū)一樣要人工接通,或者根本不通電話。隨著電話發(fā)展,情況有了改變,不但長途電話可以直接撥通,連郊區(qū)也可直撥了,農村電話也大為發(fā)展,從鄉(xiāng)鄉(xiāng)通電話,到村村、戶戶都通電話,也都是直撥,人工電話一去不復還。這樣,逐步出現了本地網的概念。目前本地網是指一個城市或一個地區(qū),在其范圍內分配有一個長途區(qū)號,能全部實現自動撥號,當然要包括郊區(qū)和農村。隨著本地網的建成,已沒有市話、郊區(qū)電話和農村電話之分。現在,我國已在全國建成幾百個本地網,全部實現直撥。
在一個本地網內,由于地域大、局數多,往往難以做到交換機個個互連直達,而是必須通過轉接,于是出現了劃分匯接區(qū)和設置匯接局的概念。只起轉接作用不設用戶級的交換機稱為純匯接局,一般只在大型電話網中采用。如上海本地網設6個匯接區(qū),每個區(qū)設2個話務量為2萬歐倫以上的大型純匯接局。我國各地情況不盡相同,某些地方可能在市區(qū)不分匯接區(qū),不設匯接局,只對郊區(qū)電話匯接,等等。
注意,這里講的國內組網方式是中國的情況,其他國家的組網方式是各不相同的。
綜合業(yè)務數字網(ISDN)
ISDN是在綜合數字網(IDN)的基礎上實現的。IDN指網內交換全部采用數字程控交換機,傳輸全部實現數字化。在IDN的基礎上,再實現用戶到交換機數字化,在用戶端采用標準終端,實現多種業(yè)務,就是ISDN(當然是窄帶ISDN)。
ISDN和PSTN是同一個網,在PSTN實現IDN的基礎上,對網內交換機進行升級,增加具有ISDN功能的用戶級,就實現了ISDN?蓪θW交換機進行升級,也可只對局部升級,升級后的交換機具有ISDN功能,可開通ISDN用戶。
ISDN有2B+D和30B+D兩種應用。前者提供2個B通道和1個D通道,B通道速率為64kbit/s,D通道速率為16kbit/s,總碼率為144kbit/s。2個B通道可合起來以128kbit/s速率上網,也可作為2個通道(各64kbit/s)分別為2個電話使用,D通道傳輸用戶公共信令。后者提供30個B通道和1個64kbit/s的公共信令D通道,30B+D一般作為小交換機用,可實現多個2B+D的交換,當然也可以把其中6個B(共384kbit/s)捆挷起來開通會議電視,或把24個B捆挷成H11(1 536kbit/s)、30個B捆挷成H12(1 920kbit/s)等。
ISDN除實現通話外,還可實現數據傳輸、可視電話、高速(G4)傳真、高速(128kbit/s)上網等多種業(yè)務。2B+D的應用最多可接8個終端,同時可有2個終端通信,還具有多種補充業(yè)務,如子地址、來電顯示、來電顯示限制、被接線顯示、被接線顯示限制、多用戶號碼、暫停、恢復、用戶至用戶信令,等等。
ISDN發(fā)展并不理想,國內外情況基本相同,開始發(fā)展強勁,后來就停滯了。我國從1996年開始ISDN商用,1999年B通道數只發(fā)展到近百萬個,但當時的電話用戶已上億,可見ISDN的容量是很小的,至2000年ISDN就停止發(fā)展了,某些很好的ISDN補充業(yè)務(如用戶至用戶信令,可在ISDN用戶間傳送數據),甚至還未來得及推出。
ISDN也采用七號信令,其用戶部分采用ISUP(綜合業(yè)務數字網用戶部分),和普通電話的TUP(電話用戶部分)有所不同。網內ISUP和TUP并存造成一些麻煩,影響電話通信質量。由于ISUP功能豐富,且包含TUP全部功能,所以我國已在全國電話網上用ISUP取代TUP。目前的PSTN,雖然ISDN用戶只占少數,大部分是POTS(普通電話業(yè)務)用戶,但網內局間信令已全部采用七號信令的ISUP。
智能網(IN)
智能網和PSTN也是同一個網,其推出的目的是便于各種智能業(yè)務的推廣應用。程控交換機的應用,使許多智能業(yè)務得到推廣應用。在推廣過程中,遇到的麻煩是要對為數眾多的程控交換機修改軟件。智能網的設想是,對網內某些交換機進行升級,使其成為SSP(業(yè)務交換點),另設SCP(業(yè)務控制點),SCP只和SSP連接,實現新的智能業(yè)務時,只在SSP和SCP中修改、增加軟件,其他交換機不需改動軟件,只要連接至SSP就能實現新的智能業(yè)務。這減少了很多工作量,因而大大推動了各種智能業(yè)務的推廣應用。
智能網除SSP、SCP外,還需IP(智能外設),負責數字語音信號的存儲和播送,以及某些數字信號音的發(fā)送和接收。另外還有SMS(業(yè)務管理系統(tǒng)),包括SMP(業(yè)務管理點)、SMAP(業(yè)務管理接入點)、SDP(業(yè)務數據庫)和SCEP(業(yè)務生成環(huán)境點)等,都是一些計算機,負責智能網業(yè)務的生成、運行和管理。
智能網的概念起始于20世紀50至60年代美國的800(被叫付費)業(yè)務,后來逐步演變至采用七號信令INAP(智能網應用部分)的智能網。智能網在SCP和SSP間以及SCP和IP間用到INAP;網內其他交換機接到SSP則用ISUP,當然也可用TUP,甚至于可不用七號信令而用MFC(中國一號信令);SCP、IP和SMS各設備間一般應用TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網際協(xié)議)。20世紀80年代以來,國際上智能網發(fā)展較快,開放了很多智能網業(yè)務。我國是在20世紀90年代中期開始發(fā)展智能網的,至今已建成全國性的骨干智能網,以及各省、直轄市的地方智能網。智能網開通的業(yè)務有300(電話卡)、800(被叫付費)、600(虛擬專用網)、4008(主叫和被叫分攤付費)、上網呼叫等待、寬域Cen*9鄄trex、181(大眾呼叫、電話投票)、700(通用個人通信)、AD(廣告)等業(yè)務。
值得一提的是關于智能平臺的應用。將SCP、IP集合在SSP內就成為一個智能平臺,其他交換機接至這個平臺,可用ISUP、TUP,甚至于用MFC,不再需要INAP就能提供智能業(yè)務。一般不同的智能業(yè)務用不同的智能平臺實現。國內各地應用的智能平臺有很多,如201校園卡平臺、號碼攜帶平臺、聲訊平臺(如168)等。智能平臺是對智能網(即SCP、SSP等)的一個補充,國內很多城市同時有智能網和各種應用的智能平臺,以滿足多種智能業(yè)務應用和發(fā)展的需要。
隨網絡發(fā)展的電話號碼
長途直撥實現以前,電話號碼只有本地意義。電話號碼的位數取決于電話發(fā)達的程度。如上海經過近50年的發(fā)展,至20世紀50年代才發(fā)展至5位號碼,當時電話用戶為7.8萬戶,可見5位號碼已非常緊張。那個時候撥打某些特殊服務的電話號碼國內各地也不統(tǒng)一,如上海查號撥04,火警撥09等。
隨著電話發(fā)展,電話號碼的位數要增加,稱之為升位。上海于1957年升至不是真正意義上的6位,以解燃眉之急。20世紀80年代前后,我國電話開始大發(fā)展,升位城市劇增,上海率先于1989年升至7位,1995年升至8位。國內其他城市也都升位,目前已趨于穩(wěn)定。少量大城市升至8位,大量為7位,還有極少數是6位。
20世紀70年代開始,我國逐步實現長途直撥,并對特殊服務的電話號碼作了統(tǒng)一規(guī)定,如查號為114,火警為119,匪警為110等。
我國規(guī)定的長途直撥規(guī)則是,打國際電話先撥國際字冠00,再撥國家碼、國內電話號碼。國家碼由ITU-T(國際電信聯盟電信標準部)規(guī)定。打國內長途電話先撥國內字冠0,再撥長途區(qū)號、本地號碼。長途區(qū)號一開始規(guī)定1至4位4種,現已改成2位和3位2種(除西藏極少數地區(qū)4位改3位未完成外,其余均已完成)。2位區(qū)號只有1和2開頭,用于北京、上海、天津、廣州等特大城市,總數不能超過20個(目前在用的只有10個),后面的本地號碼為8位。3位區(qū)號后面的本地號碼大多為7位,也有少數城市已改成8位(如杭州、寧波、溫州等)。在1997年以前,ITU-T規(guī)定一個國家的號碼包括國家碼在內不能超過12位,1997年以后放寬至15位,因此我國3位區(qū)號的城市實現8位撥號(總長2+3+8=13)在1997年后是可行的。
上面所述的PSTN、ISDN、IN是采用統(tǒng)一的電話號碼系統(tǒng)的,相互之間不會重復,甚至于根據電話號碼就可知道是什么服務。如800…、600…,一看就知道這是智能網的免費電話業(yè)務、虛擬專用網業(yè)務。PSTN和ISDN的號碼比較難分,有的根據前幾位(PQRS或PQR)就可知道是ISDN用戶還是POTS用戶,有的則難于區(qū)分,但無論如何它們是不會重復的。
電話號碼有等位制和不等位制的區(qū)別。發(fā)端市話局根據撥號前幾位就能知道這次撥號是幾位的,是等位制,否則是不等位制。國際和國內長途電話是不等位制的,本地電話應是等位制的。但近幾年來本地電話也出現不等位的情況,如179…等。近年來短號碼(比本地網號碼位數少的號碼)的應用出現了一些混亂,目前信息產業(yè)部正在對此進行整頓。短號碼統(tǒng)一安排為以9開頭的5位或6位號碼。
保證網絡正常運行的支撐網
同步網、信令網和電信管理網是對PSTN、ISDN和IN進行支撐的三大網絡,對確保這些網絡的正常運行起重要的作用。
同步網 從PCM(脈碼調制)傳輸開始,有了同步要求。所謂同步,是要求相互聯系、共同工作的各個單元(如數字程控交換機、數字傳輸設備等),其時鐘的主振頻率保持一致。如不能保持一致,則在數字通信中將產生滑碼(slip)。頻率相差愈大,滑碼發(fā)生愈嚴重;a對圖像、數據傳送的影響比對語音來得嚴重。同步的目的就是要使頻率盡可能一致,使滑碼的發(fā)生降至最低限度,以達到滿意的圖像、數據和語音的通信效果。起初是用網同步的方法來進行同步的,將交換局分為不同的級別,以國際局為最高級,時鐘采用高精度的原子鐘,然后逐級對DC1、DC2、本地網匯接局、端局下控,通過在上級局到達下級局的傳輸碼流中提取時鐘,然后用鎖相辦法,使下級局的時鐘同步于上級局。這種網同步方法應該說也解決了同步問題,特別在IDN建網初期,一般都是采用這種方法的。后來發(fā)現這種網同步方法有缺陷,那就是數字碼流經過長途傳輸以后,往往產生抖動,且無法除去,造成額外滑碼的發(fā)生,使同步受到影響。后來就進行了改進,即從網同步到同步網。后者也是采用主從同步辦法,但不用碼流提取辦法,而用專線將高精度時鐘下送,至各地后將抖動除去,得到良好的時鐘后就地控制,從而達到完全同步的目的。我國已經完成了同步網的建設,在北京、武漢建立高精度的銫原子鐘,送至各省,然后再送至各地、市中心,在地、市中心以BITS(大樓綜合定時供應系統(tǒng))向各種數字通信設備(如交換機)供應良好的時鐘,達到同步的目的。
國際局之間一般采用準同步方法,即各國都在其國際接口局采用原子鐘,精度可達10-11。不需要采用任何同步方法,它們已經接近同步了,所以稱為準同步。
上面所述的我國同步網,是電信重組以前的情況。電信重組出現多個運營商后情況有變化,中國電信、中國網通、中國移動、中國聯通等運營商將自建高精度原子鐘,相互間實行準同步。但對其內部網,還是以上述同步網方法實現的。
信令網 在隨路信令年代,沒有信令網的概念。采用局間公共信令后,逐步形成信令網。由于目前六號公共信令已無應用,所以信令網實際上是指七號公共信令網。
七號信令的應用有直聯和準直聯兩種方式。后者指經過STP(信令轉接點)轉發(fā)。STP有結合式和獨立式兩種。在開始應用七號信令時,都采用直聯,后來采用結合式STP。隨著七號信令的大規(guī)模采用,獨立式STP開始應用。獨立式STP大量應用后,就形成了信令網,當然并不排斥網內同時使用一些結合式STP以及直聯。
信令網也分國際信令網和國內信令網。國際信令網負責國際電話網內的信令消息傳送;國內信令網負責國內電話網內的信令消息傳送。我國國內信令網采用2級STP方式,即HSTP和LSTP。HSTP各省、直轄市設1對;LSTP則根據需要各本地網設1對或多對,也可幾個本地網合用1對LSTP。國內跨省打通電話,七號信令消息的傳送,一般要經過2個HSTP和2個LSTP。注意,在電信重組出現多個運營商后,情況有所變化。如中國電信和中國網通將分割原有的信令網,各自將所屬的HSTP以及LSTP組成自己的信令網;中國移動另行自建HSTP、LSTP等。
通常稱SP(信令點)至STP的鏈路為A鏈路;多對STP時各對STP間為B鏈路;本對STP間為C鏈路;不同等級STP間(如HSTP和LSTP間)為D鏈路;多對STP時SP接至他對STP稱為E鏈路;SP直聯稱為F鏈路。通常E鏈路不用;B、D鏈路最重要,它們全阻時的后果十分嚴重。對七號信令網的冗余措施必須給予充分重視,這對電話網的安全運行是極其重要的。
電信管理網 程控交換機應用前,維護是分散進行的。維護人員分散在各個設備處。程控交換機入網應用后,實行了集中維護。程控交換機軟件復雜,在出故障時,要求維護人員有較高的技術水平,但在正常時,維護人員卻無事可做。可見分散維護將造成高水平技術人員的浪費,或者維護人員因技術水平有限而無法解決問題。實行集中維護可克服這個矛盾。程控交換機實行集中維護,建立維護中心,顯現出了很大的優(yōu)越性。很快其他設備如數字傳輸設備、電源空調設備等也都實行集中維護,建立相應的各種維護中心。
在維護中心,除對設備進行維護外,還可對它們進行監(jiān)測,這既可收集到很多有用的數據,又可及時發(fā)現故障。如對交換機,可發(fā)現擁塞并及時采取措施予以解決。因此,后來在維護中心的基礎上,逐步發(fā)展了電信管理網的概念,建立了網管中心。我國規(guī)定網管分3級:第一級是全國性的,負責監(jiān)管全國網的運行質量;第2級是省級的,負責監(jiān)管省內網;第三級是地、市級的。各種設備的維護中心則接入相應級的網管中心。各級網管中心對收集的數據進行匯總和整理,除用于對本級網管中心進行管理和采取措施,還將與上一級網管中心有關的數據向上送,以便上一級網管中心進行管理和采取措施。如省級網管中心將省際中繼的數據向全國級網管中心送,等等。電信重組后,對中國電信或中國網通來說,全國級網管中心應改為集團公司級。
電信管理網的各級網管中心,其硬件都是一些計算機系統(tǒng),軟件是專門為電信管理網的各項要求而開發(fā)的。實踐證明,電信管理網在確保相關電信網安全、有效運行方面起了非常重要的作用。
城域網和接入網
直至20世紀60年代,電話通信是通信中的主要手段,其他如數據通信等很少,當時用得較多的如電報和用戶電傳(現均已淘汰),都是利用電話通路進行傳送的,且業(yè)務量比起電話來小很多。所以當時傳輸網絡的建設是根據電話通信的發(fā)展需求來進行的。隨著銀行、海關等單位業(yè)務的發(fā)展,需要傳送大量數據,各種數據通信手段如DDN(數字數據網)、FR(幀中繼)以及X.25分組交換網應運而生,且發(fā)展很快,但它們都是利用電話通信傳輸網中的傳輸設備進行傳送的。這就是說,電話通信的傳輸網同時為電話和數據通信服務,建設傳輸網時,同時考慮電話和數據的需要。20世紀90年代以來,因特網業(yè)務迅速發(fā)展,各種寬帶通信如電視點播、遠程教育和遠程醫(yī)療也大量發(fā)展,它們都需要解決傳輸問題。電話通信的傳輸網已不能滿足需要,于是城域網就發(fā)展起來了。
首先建立的是ATM(異步傳送模式)城域網。它的組成分骨干節(jié)點和邊緣節(jié)點2級:若干個骨干節(jié)點分布在城內各點,以STM-4或STM-16相連;若干個邊緣節(jié)點接至一個骨干節(jié)點,以STM-1或STM-4相連,邊緣節(jié)點可接用戶,以STM-1相連。這樣就形成了一個城域網,城內任意兩點可進行寬帶通信。ADSL(非對稱數字用戶線)通過DSLAM(數字用戶線接入復用器)接至邊緣節(jié)點,通過ATM城域網上網,成功地解決了用戶寬帶上網的需求。ITU-T原先對ATM期望很高,想發(fā)展成B-ISDN,但B-SIDN的發(fā)展并未成功。
20世紀90年代中期以后,IP發(fā)展很快,IP城域網應運而生。IP城域網一般由2級路由器組成,和ATM城域網相似,不過由路由器代替骨干節(jié)點和邊緣節(jié)點而已。IP城域網的建立同樣是為了解決2個用戶間的寬帶通信,例如用戶通過以太網接至IP城域網的路由器,然后通過城域網完成寬帶上網。
ATM和IP同樣都是包交換(即分組交換),應用同樣的光纖媒介和SDH(同步數字系列)傳輸技術,只不過是協(xié)議不同而已。今后怎樣變化現在還很難說,有的說主要發(fā)展IP,ATM要淘汰,有的說還不一定。目前國內是2個并存,各有用途。
接入網是指從交換設備至用戶的傳送系統(tǒng)。傳統(tǒng)的接入方式是用一對銅線實現的,這種接入方式維持了一個世紀,而且至今仍大量存在。20世紀90年代初,ITU-T對接入網作了定義,明確接入網是一個與業(yè)務無關的透明傳輸網絡,同時制定了交換機與接入網之間的V5.X(V5.1和V5.2)接口建議。我國在20世紀90年代中后期,大力推進V5.2的應用。在交換機端置備了V5.2接口,最多可將16個E1接至用戶端,實現接入網。在這個接入網中,用光纖環(huán)、ONU(光網絡單元)和OLT(光線路終端)向用戶提供電話通信和數據通信。這種V5.2接口的接入網曾風行一時,但后來因維護管理困難以及其他寬帶接入發(fā)展等原因停止發(fā)展,甚至于面臨淘汰拆除的命運。除V5.X接口的接入網外,還有很多其他接入技術,如xDSL(ADSL、VDSL、HDSL)等目前得到很大發(fā)展。另外值得注意是,CATV(有線電視)、HFC(混合光纖同軸網)、有源和無源光網絡、無線接入(包括WLAN、藍牙等)等接入技術還都在發(fā)展著。由此可見,接入網種類繁多,技術復雜,但都在向提供寬帶多媒體通信的方向發(fā)展。接入網的發(fā)展方向是三網(電話網、有線電視網和計算機網)融合,但技術難度和管理難度都很大。接入網之后還有用戶駐地網(CPN)的概念。CPN是指UNI(用戶網絡接口)到用戶終端之間的傳輸和線路等相關設備。CPN可以是一個居民小區(qū),也可以是一棟或幾棟相鄰的辦公樓。通常,CPN屬于用戶擁有的網絡;接入網則屬于電信運營商。
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