公用交换电话网（PSTN）

6.1 公用交换电话网（PSTN）
电话网是最早建立起来的一种通信网，自从1876年贝尔发明电话，1891年史端乔发明自动交换机以来，随着先进通信手段的不断出现，电话网已经成为人们日常生活、工作所必需的传输媒体。

6.1.1    PSTN概述
             1．PSTN的基本概念
             公用交换电话网即PSTN（Public Switched Telephone Network），它是以电路交换为信息交换方式，以电话业务为主要业务的电信网。PSTN同时也提供传真等部分简单的数据业务。
组建一个公用交换电话网需要满足以下的基本要求：
             （1）保证网内任一用户都能呼叫其它每个用户，包括国内和国外用户，对于所有用户的呼叫方式应该是相同的，而且能够获得相同的服务质量；
             （2）保证满意的服务质量，如时延、时延抖动、清晰度等。话音通信对于服务质量有着特殊的要求，这主要决定于人的听觉习惯；
             （3）能适应通信技术与通信业务的不断发展；能迅速的引入新业务，而不对原有的网络和设备进行大规模的改造；以及在不影响网络正常运营的前提下利用新技术，对原有设备进行升级改造；
             （4）便于管理和维护：由于电话通信网中的设备数量众多、类型复杂、而且在地理上分布于很广的区域内，因此要求提供可靠、方便而且经济的方法对它们进行管理与维护。甚至建设与电话网平行的网管网。
             2．PSTN的组成
             一个PSTN网由以下几个部分组成：
             （1）传输系统：以有线（电缆、光纤）为主，有线和无线（卫星、地面和无线电）交错使用，传输系统由PDH过渡到SDH、DWDM；
             （2）交换系统：设于电话局内的交换设备----交换机，已逐步程控化、数字化，由计算机控制接续过程；
             （3）用户系统：包括电话机、传真机等终端以及用于连接它们与交换机之间的一对导线（称为用户环路），用户终端已逐步数字化、多媒体化和智能化，用户环路数字化、宽带化。
             （4）信令系统：为实现用户间通信，在交换局间提供以呼叫建立、释放为主的各种控制信号。
             PSTN网的传输系统将各地的交换系统连接起来，然后，用户终端通过本地交换机进入网络，构成电话网。
             3．PSTN的分类
             按所覆盖的地理范围，PSTN可以分为本地电话网、国内长途电话网和国际长途电话网。
             （1）本地电话网：包括大、中、小城市和县一级的电话网络，处于统一的长途编号区范围内，一般与相应的行政区划相一致；
             （2）国内长途电话网：提供城市之间或省之间的电话业务，一般与本地电话网在固定的几个交换中心完成汇接。我国的长途电话网中的交换节点又可以分为省级交换中心和地（市）级交换中心两个等级，它们分别完成不同等级的汇接转换；
             （3）国际长途电话网：提供国家之间的电话业务，一般每个国家设置几个固定的国际长途交换中心。
             4．PSTN网络的特征
             PSTN网是一个设计用于话音通信的网络，采用电路交换与同步时分复用技术进行话音传输，PSTN的本地环路级是模拟和数字混合的，主干级是全数字的；其传输介质以有线为主。

6.1.2    PSTN网络结构
             1．PSTN的网络结构
             PSTN网络结构主要包括两类：平面结构和分级结构。
             (1) 平面结构
             ① 星型网络：在星型网络中可以把中心节点作为交换局，而把周围节点看作是终端；也可以把所有的节点均看作交换局，此时中心节点即成为了汇接局。星型网络结构的优点是节省网络传输设备，而缺点是可靠性差，单一传输链路没有备份；
             ② 网状网络：网状网络实际上就是节点之间“个个相连”的网络。这种组网方式需要的传输设备较多，尤其当节点数量增加时，线路设备数量急剧增加。网状网络的冗余度高，可靠性比较高，但也需要复杂的控制系统；
             ③ 环型网络：环型网络可以以较少的设备连接所有的节点，而且当组成双向环时可以提供一定的冗余度。环型网络在电话通信网中的应用不多；
             (2) 分层结构
             分层结构适合用于不同等级交换节点的互联中，多用于长途网中。
             2．PSTN长途网
             (1) 我国历史上的长途网结构
v我国电话网最早为五级结构，长途网分为四级。一级交换中心之间互联形成网状网络，其他级别的交换中心逐级汇接。这种五级等级结构的电话网在我国电话网络发展的初级阶段，在电话网由人工向自动、模拟向数字过渡的过程中起到过重要作用。但是，在通信事业飞速发展的时代，由于经济的发展，非纵向话务流量日趋增多，新技术、新业务不断涌现，五级网络结构存在的问题日趋明显，在全网服务质量方面主要表现在：
             ①转接段数多，造成接续时延长、传输损耗大、接通率低。比如，跨两个地区或县用户之间的呼叫，需要经过多级长途交换中心转接；
             ②可靠性差，多级长途网一旦某节点或某段链路出现故障，会造成网络局部拥塞。
             此外，从全网的网络管理、维护运行来看，区域网络划分越小、交换等级越多，网络管理工作就越复杂。同时，级数过多的网络结构不利于新业务的开展。
             (2) 长途两级网的等级结构
             目前，我国的电话长途网已由四级向两级结构转变。长途两级网的等级结构如图6-1所示。DC1构成长途两级网的高平面网（省际平面）；DC2构成长途网的低平面网（省内平面）然后逐步向无级网和动态无级网过渡。

图6-1 两级长途电话网的等级结构

长途两级网将网内长途交换中心分为两个等级，省际（包括直辖市）交换中心以DC1表示；地市级交换中心以DC2表示。DC1以网状网相互连接，与本省各地市的DC2以星形方式连接；本省各地市的DC2之间以网状或不完全网状相连，同时辅以一定数量的直达电路与非本省的交换中心相连。
             各级长途交换中心的职能为：
             (1) DC1的职能主要是汇接所在省的省际长途来去话话务，以及所在本地网的长途终端话务；
             (2) DC2的职能主要是汇接所在本地网的长途终端来去话话务。
             今后，我国的长途网将进一步形成由一级长途网和本地网所组成的二级网络，实现长途无级网。这样，我国的电话网将由三个层面（长途电话网平面、本地电话网平面和用户接入平面）组成。
             3．PSTN本地网
             本地电话网简称本地网，是在统一编号区范围内，由若干端局或由若干个端局和汇接局及局间中继线和话机终端等组成的电话网。本地网用来疏通本长途编号区范围内，任何两个用户间的电话呼叫和长途发话、去话业务。
             在20世纪90年代中期，我国开始组建以地市级以上城市为中心的扩大的本地网，这种扩大的本地网将城市周围的郊县与城市划在同一个长途编号区内，其话务量集中流向中心城市。
             本地网内可以设置端局和汇接局。端局通过用户线和用户相连，其职能是负责疏通本局用户的去话和来话话务。汇接局与所管辖的端局相连，以疏通这些端局间的话务；汇接局还与其他的汇接局相连，疏通不同汇接区间的端局的话务。根据需要，汇接局还可与长途交换中心相连，用来疏通本汇接区内的长途转接话务。
             由于各中心城市的行政地位、经济发展及人口的不同，扩大的本地网交换设备容量和网络规模相差很大，所以网络结构可以分成以下两种：
             (1) 网状网
             网状网中所有端局彼此互联，端局之间设置直达电路，如图6-2所示。这种网络结构适用于本地网内交换局数目不是太多的情况。

图 6 2 本地电话网的网状网结构

(2) 二级网
本地网若采用网状网，其电话交换局之间通过中继线相连。中继线是公用的，利用效率较高，通过的话务量也比较大，因此提高了网络利用率，降低了线路成本。当交换局数量较多时，采用网状网结构导致局间中继线数量急剧增加。此时采用分区汇接制，把电话网分为若干个“汇接区”，在汇接区内设置汇接局，下设若干个端局，端局通过汇接局汇集，构成二级本地电话网。

6.1.3    PSTN编号计划
             编号计划是指本地网、国内长途网、国际长途网、特种业务以及一些新业务等的各种呼叫所规定的号码编排和规程。电话网中的编号计划是使电话网正常运行的一个重要的规程，交换设备应该适应上述各项接续的编号需求。
            编号计划主要包括本地电话用户编号和长途电话用户两部分内容。
             (1) 本地电话用户编号方法
             同一长途编号范围内的用户均属于同一个本地网。在一个本地网内，号码的长度要根据本地电话网的长远规划容量来确定。
             本地电话网的一个用户号码由两部分组成：

局号可以是1位（用P表示）、2位（用PQ表示）、3位（用PQR表示）或4位（用PQRS表示）；用户号为4位（用ABCD表示）。因此,如果号长为七位，则本地电话网的号码可以表示为“PQRABCD”，本地电话网的号码长度最长为8位。
(2) 长途电话用户编号方法
长途电话包括国内长途电话和国际长途电话。国内长途电话号码的组成为：

国内长途字冠是拨国内长途电话的标志，在全自动接续的情况下用‘0’代表。长途区号是被叫用户所在本地网的区域号码，全国统一划分为若干个长途编号区，每个长途编号区都编上固定的号码，这个号码的长度为1～4位长，即。如果从用户所在本地网以外的任何地方呼叫这个用户，都需要拨这个本地网的固定长途区域号。
国际长途电话号码的组成为：

国际长途呼叫除了拨上述国内长途号码中的长途区号和本地号码外，还需要增拨国际长途字冠和国家号码。国际长途字冠是拨国际长途电话的标志，在全自动接续的情况下用“00”代表。国家号码为1～3位，即。如果从用户所在国家以外的任何地方呼叫这个用户，都需要拨这个国家的国家号码。
             从上面可以看出，长途区号、国家号码都采用了不等位编号方式。这不但可以满足对于号码容量的要求，而且可以使长途电话号码的长度不超过10位，国际长途电话号码的长度不超过12位（不包括国际长途字冠）。
             3. 举例
             下列逻辑寻址起到了建立连接的作用，该连接起端在美国一个物理地点，终端位于中国北京海淀区学院路某大学：0086-10-6225-1111
             –    0086：00表示该呼叫是跨国呼叫，86是中国的国家号码；
             –    10：表示该呼叫的长途区域号，10是北京的长途区号
             –    6225：表示一个特定的海淀区交换局的交换机；
             –    1111：表示端口及电路标识，与本地环路（用户线）有关，该用户线与位于北京某大学校园内某个物理位置的终端设备有关。

6.1.4    PSTN网络业务
             PSTN的设计决定了它所支持的业务，它使用基于64kbit/s的窄带信道，采用一系列的电路交换机，为支持基本的语音通信打下了基础。随着交换机智能化的提高，PSTN可以提供一些特色服务。在传统结构中，单个交换机具有智能，交换机制造商和运营商关系紧密，只有获得了该交换机针对某项业务专门开发的专用软件，才能开展该项新业务。随着智能网的出现，将呼叫处理和业务处理相分离，使得新业务可以非常方便的开展。
             目前PSTN网络可以为用户提供下列业务：
             (1) 接入业务
             接入业务的主要范围是中继线、按键电话系统的商用线路、集中式小交换机业务、线路租用和住宅用户线路。
             ①    中继线用来连接PBX（用户小型交换机），有三种主要的形式：第一种是双向本地交换中间线，在这种方式下，数据流可以双向流动；第二种是直接拨入（DID）中继线，这种中继线只为了输入呼叫设计，可以将拨打的号码直接打到用户电话机，不需要接线员的参与，像是一条直达的专用线路；第三种是直接向外拨号（DOD）中继线，这种中继线主要用于呼叫输出，在拨打想通话的号码前先拨一个接入码，当有外线拨号音时，就表明在使用DOD中继线。
             ②    按键电话系统的网络终端和本地交换机的商用线路连接。
             ③    想将本地交换机像PBX一样使用时，可以按月租集中式用户小交换机中继线。
             ④    大公司常常租用昂贵的线路接入网络。
             ⑤    普通用户则通过住宅用户线路接入网络。
             用户线可以是模拟设施或数字载波设备。传统的模拟传输称为老式电话业务（POTS）。使用双绞线的数字业务有：
             ①    T-1接入（1.5Mbit/s）、E-1接入（2.048Mbit/s）、J-1接入（1.544Mbit/s）。
             ②    窄带ISDN（N-ISDN）业务，包括普通用户和小公司使用的基本速率接口（BRI）和大公司使用的基群速率接口（PRI）。
             ③    xDSL用户线和用于因特网重要业务接入以及多媒体使用的高速数字用户线路。
             (2) 专用传输业务
             传输业务是网络交换、传输和支持源端与终端接入设备间信息传输有关的业务。专用传输业务包括租用线路、外部交换（FX）线路和楼外交换（OPX）。
             ①    租用线路中的两个地点或设备总是使用相同的传输路径。而且线路为租用方所独享。
             ②    FX线路可以使长途呼叫听起来和本地呼叫一样。使用FX不是按照外部呼叫的次数来收费而是按月付费，并且使用FX线路时，要平衡好降低成本和确保高质量服务之间的关系。
             ③    OPX用于分布环境，如一个城市的政府部门，和离PBX距离较远的一些设施，这时不适合使用普通电缆。它租用的线路连接PBX和楼外地点就像是PBX的一部分，通过它能使用PBX的所有功能。
             (3) 交换传输业务
             交换传输业务主要有公用交换传输业务和专用交换传输业务：
             ①    公用交换传输业务包括市话呼叫、长途呼叫、免费呼叫、国际呼叫、辅助查号、协助呼叫和紧急呼叫。
             ②    专用交换传输业务是在用户端设备（CPE）和传输上进行配置后才能使用。基于CPE的业务允许在PBX上增加电话系统的功能，称作电子汇接网。通过使用载波交换专用业务，集中式小交换机用户可以对多个市话交换机进行分割和性能扩展，这样可以在这些位置间转接业务。
             (4) 虚拟专用网业务（VPN）
             VPN起源于电路交换网，前身是20世纪80年代早期，AT&T的软件定义网络（SDN）。VPN是一个概念，而不是技术平台或某种网络技术。它定义了一种网络，在这种网络中，共享业务服务设备的用户流量是各自独立的，共享的用户越多，成本越低。VPN的目的是降低租用线路的高额成本，同时提供高质量的服务并保证专用流量。
             VPN基础设施包括载波公用网、网络控制点和业务管理系统。计算机可以控制通过网络的流量，使VPN用起来象专用网一样方便。可以通过专用接入、线路租用和载波交换接入等方式接入VPN。网络控制节点是用户专用VPN信息的集中式数据库，可以对呼叫进行过滤并根据用户的要求进行呼叫处理。业务管理系统用于建立和维护VPN数据库，还允许用户编程来实现自己的特殊应用。这样VPN就成为PSTN领域中一种建立专用语音网的低成本方式。
             (5) 增值业务
             凭借公用电信网的资源和其它通信设备而开发的附加通信业务，其实现的价值使原有网路的经济效益或功能价值增高，故称之为电信增值业务。有时称之为增强型业务。
增值业务广义上分成两大类：一是以增值网(VAN)方式出现的业务。增值网可凭借从公用网租用的传输设备，使用本部门的交换机、计算机和其它专用设备组成专用网，以适应本部门的需要。例如租用高速信息组成的传真存储             转发网、会议电视网、专用分组交换网、虚拟专用网(VPN)等；二是以增值业务方式出现的业务。是指在原有通信网基本业务(电话、电报业务)以外开发的业务，如数据捡索、数据处理、电子数据互换、电子信箱、电子查号和电子文件传输等等业务。
             在增值业务中，一些业务可以由终端设备或交换设备来提供，例如录音电话和缩位拨号。而另一些业务则需要采用智能网设备或其他设备，不仅需要对信息进行基本的传输和交换，而且还需要对这些信息进行一些智能化的处理，比如对信息进行存储和处理，根据不同条件选择不同的呼叫，按要求进行多种方式的计费，等等。这种业务称为智能业务。智能业务和非智能业务并没有严格的界限。
             目前我国电信网上开放的增值业务主要分为电话业务和非电话业务，其中电话业务有：
             ①    被叫集中付费业务（800号业务）。一些大的公司为了招揽生意，向其用户提供免费呼叫，通话费记在被叫用户的账上。
             ②    呼叫卡业务。呼叫卡业务的用户需要先向通信公司申请一个帐号，存入一定数额款项后即可以使用任何一部电话进行呼叫，通话费从其帐号上扣除。
             ③    虚拟专用网业务。虚拟专用网是通过公用网来提供专用网的特性和功能。
             ④    附加计费业务。这种业务是针对那些通过电话网向用户提供有偿信息服务的业务提供者。这种业务可以根据业务的性质收费，附加计费业务的附加收费除了少部分作为通信公司的服务费，大部分归业务的提供者。
             ⑤    个人号码业务。智能网可以给用户分配一个个人号码，用户可以将所处位置的电话的电话号码与这个个人号码绑定，这样其他用户只要拨打这个个人号码就可以接通被绑定的电话。
             电话业务还有通用号码业务、联网应急电话业务、大众呼叫业务、被叫付费呼叫转移业务以及一些个人化业务等等。彩铃就是个人化业务中一个最好应用。
             非电话的增值业务有：
             ①    电子信箱。也称电子邮件。电子信箱为用户提供存取、传送文电、数据、图表或其它形式的书面信息，它通常通过分组交换数据网传送，也可通过电话网或用户电报网来实现。
             ②    可视图文。这种业务通过公用电话网与分组交换网上的数据库互连，可以按需检索各类文字、图像(彩色)信息，也可用作电子信箱的终端设备。
             ③    电子数据互换(EDI)。是采用计算机按照规定的格式和协议进行贸易或信息交换的手段，故也称之为“无纸贸易”，
             ④    传真存储转发。是通过计算机将用户的传真信号进行存储、转发或具有传真检索信息功能的设备，为用户提供高性能的传真业务。通常利用专线或公用分组网为电话网上的用户提供遇忙重发、多址或广播传送、定时投送、语音提示查询以及传真/电传转换等业务。
             ⑤    在线数据库检索。是通过电信网络将数据终端或PC机与各种信息数据库相连，在检索软件的支持下，用户可方便、迅速地获取所需要的信息和数据。
             ⑥    国际互联网(Internet)。它是全球最大的计算机互连网，也是属于利用现有通信网络和计算机资源开放的增值业务，用户可通过电话网、公用分组交换网、电子信箱系统或专线方式进入中国互连网Chinanet，与国内外互连网的用户通信。在该网上可以为用户提供电子信箱、文件传送、数据库检索、远程信息处理、资料查询、多媒体通信、电子会议、图像传输等服务。
             ⑦    语音信息业务。以语音平台为用户提供语音信息业务，如160台人工辅助的信息台、168台自动声讯服务、166台语音信箱，其服务范围遍及新闻、体育、科技、金融、证券、房地产、医疗保健、娱乐、交通、购物指南、旅游、人才交流、热点追踪等各方面。
             其他还有电视会议、视像点播(VOD)等等一些新型增值业务也正在蓬勃发展中

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