網(wǎng)上營業(yè)廳
掌上營業(yè)廳
一百多年前，“電話之父”亞歷山大·貝爾或許根本無法想象，手機如今已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚耐ㄐ殴ぞ?。但很多人不知道的是，手機的發(fā)展和普及其實離不開電話交換技術(shù)的更新迭代，今天就帶大家了解一下電話交換技術(shù)的百年演進歷程。
電話交換與電話交換機
在電話發(fā)明初期，通話主要是用點對點的直連模式：用兩根導(dǎo)線連接兩組結(jié)構(gòu)完全相同、在電磁鐵上裝有振動膜片的送話器和受話器來實現(xiàn)兩端通話，缺點也很明顯——距離短、效率低。
隨著社會需求的日益增長和科技水平的不斷提高，電話數(shù)量和通話距離也迅速增加，如果使用直連模式，所需的電話連接線路數(shù)量將十分龐大，這不僅會降低網(wǎng)絡(luò)線路利用率、增加建設(shè)投資，并且電話機與大量線路的相接在實際工程安裝中也很難實現(xiàn)。于是，人們就在用戶分布密集中心處安裝一個公共設(shè)備，當(dāng)任意兩個用戶通話時，均由公共設(shè)備實現(xiàn)連通，這個公共設(shè)備就是早期的電話交換機，即通過電話交換機在兩部（或多部）電話機之間臨時接通通話電路，以實現(xiàn)電話用戶之間通話的接續(xù)過程。使用電話交換機后，每一部電話機只需要一對傳輸線與交換機相連。
電話交換技術(shù)的發(fā)展和分類
電話交換技術(shù)分為人工交換和自動交換兩大類，在技術(shù)的演進中主要經(jīng)歷了四個階段：人工交換、機電交換、電子交換和NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)）。
人工交換
世界上最早的電話交換機于1878年問世，因在電話交換過程中的接線、拆線等作業(yè)完全由話務(wù)員用手工操作完成，所以被稱為“人工交換機”。人工交換機由用戶線、用戶塞孔、繩路（塞繩和插塞）和信號燈等設(shè)備組成。通信雙方進行通話時，必須先與話務(wù)員通話，再由話務(wù)員續(xù)接，通信效率非常低。1882年，大北電報公司開設(shè)電話交換所，裝置人工電話交換機一部，經(jīng)營電話業(yè)務(wù)，中國領(lǐng)土上的第一個電話交換所正式營業(yè)。
人工交換機對應(yīng)用戶使用的電話機，又分為磁石式和共電式交換機。磁石式電話機因手搖發(fā)電機上有兩塊永久磁鐵而得名，依靠用戶自備電池供電，用手搖發(fā)電機發(fā)送呼叫信號。
磁石電話交換機優(yōu)點是構(gòu)造簡單，易于生產(chǎn)，價格低廉；缺點則是容量小，使用不便，只適用于話務(wù)不忙、用戶不多的地區(qū)。
而共電式電話交換機使電話機簡化了結(jié)構(gòu)，由電話局集中供給用戶通話電源，省去了電話機端的手搖發(fā)電機和干電池，用戶拿起電話就可以呼叫。
作為早期的電話交換方式，人工交換主要依賴人作為交換動作的控制設(shè)備，因此轉(zhuǎn)接效率低、速度慢、勞動強度大，有時還會出錯。
機電交換
1889年，美國一家殯儀館的老板阿爾蒙 · B ·史端喬（Almon B. Strowger)偶然發(fā)現(xiàn)，電話局的話務(wù)員不知是有意還是無意，常常把他的生意電話接到自己競爭者那里，致使他丟掉多筆生意。為此他大為惱火，發(fā)誓要發(fā)明一種不需要人工話務(wù)員接續(xù)的自動接線設(shè)備。于是他潛心研究，終于在1891年3月獲得了發(fā)明“步進制自動電話接線器”的專利權(quán)，并于1892年正式投入使用，這也標志著電話交換技術(shù)從人工時代邁入機電制的自動交換時代。
史端喬發(fā)明這種交換機設(shè)備之所以叫做“步進制”，是因為它依靠用戶話機的撥號脈沖來直接控制機械繼電器的吸合，令接線器接線端升降及旋轉(zhuǎn)，從而自動完成用戶間的接續(xù)。例如，用戶撥號“1”，發(fā)出一個脈沖（所謂“脈沖”，就是一個很短時間的電流），這個脈沖使接線器中的電磁鐵吸動一次，接線器就向前動作一步。用戶撥號碼“2”，就發(fā)出兩個脈沖，使電磁鐵吸動兩次，接線器就向前動作兩步，以此類推。步進制電話交換機是最早使用機械代替人工操作的交換技術(shù)。
1914年，美國制成了運用記發(fā)器技術(shù)的旋轉(zhuǎn)制自動交換機。不論是步進制還是旋轉(zhuǎn)制，接線器均需要進行上升和旋轉(zhuǎn)動作，噪聲大，易于磨損，維護工作量大。
1919年，瑞典工程師貝塔蘭德和帕爾姆格倫共同發(fā)明了一種“縱橫接線器”的新型選擇器，并為之申請了專利。1926年，在“縱橫連接器”的基礎(chǔ)上，世界上第一個大型縱橫制自動電話交換機在瑞典松茲瓦爾市投入使用。縱橫接線器由一些縱棒、橫棒和電磁裝置構(gòu)成，控制通過電磁裝置的電流可吸動相關(guān)的縱棒和橫棒動作，使得縱棒和橫棒在某個交叉點接觸，從而實現(xiàn)接線的工作。
“步進制”“旋轉(zhuǎn)制”和“縱橫制”同屬于“機電制自動電話交換機”，相對于前兩者，后者有了重要改進：它利用繼電器控制的壓接觸接線陣列代替大幅度動作的步進接線器，減少了磨損和雜音，提高了可靠性和接續(xù)速度；而它由直接控制過渡到間接控制方式，讓用戶的撥號脈沖不再直接控制接線器動作，而是先由記發(fā)器接收、存儲，然后通過標志器驅(qū)動接線器，來完成用戶間接續(xù)，提高了靈活性和控制效率，加快了通信速度。
我國從20世紀50年代中期開始研制縱橫制電話交換機。1959年8月，由上海電信研究所、上海自動電話廠和上海市市內(nèi)電話局聯(lián)合成功研制了縱橫制電話交換機。這是我國首部縱橫制局用自動電話交換機，填補了我國縱橫制交換機生產(chǎn)上的空白。同年12月16日，我國自行研制的第一套1000門縱橫制自動電話交換機在上海吳淞局開通使用。
電子交換
20世紀40年代后，隨著半導(dǎo)體電子技術(shù)的發(fā)展，電話交換機開始了由機電交換階段逐步向電子控制階段轉(zhuǎn)換的過程。美國貝爾公司于1965年5月研制的1號電子交換機首次采用存儲程序控制的電子電話交換系統(tǒng)，這一成果標志著電話交換技術(shù)從機電時代躍入電子時代，使交換技術(shù)發(fā)生時代變革。
就控制方式而論，電子交換機主要分兩類。一類為由布線邏輯控制的電子交換機，它用電子元器件代替原來的半導(dǎo)體器件，基本上繼承與保留了縱橫制交換機的機械布控方式，其弊端是體積大、業(yè)務(wù)與維護功能低、缺乏靈活性，因此它只是機電式向電子式演變歷程中的過渡性產(chǎn)物，通常被稱為“準電子”或“半電子”。第二類則是存儲程序控制的電子交換機。這種交換機屬于全電子型，它將用戶的信息和交換機的控制以及維護管理功能預(yù)先編好程序存儲到計算機的存儲器內(nèi)，被稱為存儲程序控制交換機，或簡稱為程控交換機。
程控交換機是由電子計算機控制的電話交換機。它利用電子計算機技術(shù)，用預(yù)先編好的程序來控制電話的接續(xù)工作。按接續(xù)方式又分為空分和時分交換機?？辗纸粨Q是指通話雙方的線路接通后直到通話完成為止，線路始終處于物理接通狀態(tài)，通話完成后還要在物理上拆除連接，恢復(fù)原始狀態(tài)，空分交換機在話路部分中傳送和交換的為模擬語音信號，因而又稱為程控模擬交換機。時分交換則在話路部分中傳送和交換的為數(shù)字語音信號，因而使用時分交換的交換機又被稱為程控數(shù)字交換機。
1970年，法國拉尼翁開通了第一臺真正意義上的程控數(shù)字電話交換機E-10。其控制部分直接由計算機完成，而接續(xù)部分則完全實現(xiàn)了PCM數(shù)字語音編碼信號的時分交換，標志著交換技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬交換進入數(shù)字交換時代。隨后世界各國開始大力研發(fā)，直到80年代，程控數(shù)字電話交換機開始在世界上普及。
1982年，我國福建福州引進并開通了日本富士通的F-150萬門程控電話交換機。很快，程控電話如星火燎原般出現(xiàn)在中國其他城市，一舉改變了當(dāng)時中國城市電話通信落后的現(xiàn)狀，開創(chuàng)了我國通信發(fā)展的新紀元。
20世紀90年代后，我國逐漸出現(xiàn)了一批自行研制的、大中型容量的、具有國際先進水平的數(shù)字程控局用交換機，以“巨大中華”為代表，典型的如華為的C＆C08系列、大唐的SP30系列、中興的ZXJ系列、巨龍的HJD04等，這些交換機的出現(xiàn)，表明在窄帶交換機領(lǐng)域，我國的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)達到了世界水平。與此同時，伴隨計算機的普及，互聯(lián)網(wǎng)逐漸興起并迅速發(fā)展擴大。
程控數(shù)字交換與數(shù)字傳輸相結(jié)合，構(gòu)成了綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN），它通過普通的銅纜，以更高的速率和質(zhì)量傳輸語音和數(shù)據(jù)，不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)交換機提供的基本語音通信業(yè)務(wù)，還能實現(xiàn)傳真、數(shù)據(jù)、圖像信息等交換。隨著技術(shù)的不斷進步，電話交換技術(shù)由從空分變成了時分，再到頻分（波分），通信介質(zhì)也由電纜轉(zhuǎn)換為光纜。
NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)）
隨著交換技術(shù)的發(fā)展及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長，電信網(wǎng)和電話交換機不再僅提供基本的語音通信業(yè)務(wù)，而是出現(xiàn)多種多樣的電信新業(yè)務(wù)，需要服務(wù)更多的數(shù)據(jù)傳送。于是，進入21世紀后，傳統(tǒng)電話交換機開始逐漸淘汰。2017年12月21日，中國電信最后一臺程控交換機在上海退網(wǎng)，標志著程控交換退出歷史舞臺，并以全光網(wǎng)絡(luò)、全IP 組網(wǎng)開啟高速新時代。
NGN，即Next Generation Network（下一代網(wǎng)絡(luò)），最顯著的交換特點就是軟交換技術(shù)，相對于硬交換，其交換機的體系結(jié)構(gòu)開始從封閉的集成化架構(gòu)向開放的分布式結(jié)構(gòu)發(fā)展，軟交換技術(shù)將呼叫控制、媒體傳輸、業(yè)務(wù)邏輯相分離，各實體之間通過標準的協(xié)議進行連接和通信。簡單說來，它將不同的功能實體拆分開各司其職，靈活調(diào)度，有利于功能和容量擴展。從技術(shù)角度來說，軟交換技術(shù)是程控交換機技術(shù)發(fā)展的又一里程碑。如今，以語音為主的交換機，逐漸退居二線，而以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的分組交換機，慢慢占據(jù)主導(dǎo)地位。
IMS(IP Multimedia Subsystem)即IP多媒體系統(tǒng)也是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式，它能夠滿足終端客戶更新穎、更多樣化的多媒體業(yè)務(wù)需求，是解決移動與固網(wǎng)融合，引入語音、數(shù)據(jù)、視頻三重融合等差異化業(yè)務(wù)的重要方式。
2011年7月，中國電信通過部署IMS系統(tǒng)為包括上海、山東、江蘇、浙江、新疆和四川等六省份用戶提供多媒體服務(wù)，將語音、視頻和其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等不同類型媒體整合到IP平臺上，邁出了網(wǎng)絡(luò)IP化轉(zhuǎn)型的堅實一步。
回顧通信的發(fā)展，每一次飛速進步都與信息技術(shù)的升級密切相關(guān)。從聽得見到聽得好，電話交換技術(shù)歷經(jīng)百年滄桑，不斷更新?lián)Q代，為人們帶來了更加高效、穩(wěn)定、安全和豐富的信息服務(wù)體驗。展望未來，期待交換技術(shù)出現(xiàn)更加顛覆性的突破，給人們的生產(chǎn)生活帶來更多便利與機遇。
參考資料：
1、中國電信：《中國電話交換機大事簡記》，作者：程京生；
2、人民郵電報：《交換機技術(shù)的發(fā)展歷程》；
3、鮮棗課堂：《通信交換的百年滄桑：更新與迭代，從聽的到到聽的好》；
4、中國科普博覽：《數(shù)字交換點滴》《時分多路通信》《程控交換技術(shù)》。
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