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交換技術…伝送技術と多対多通信を支える基盤技術 4

2013-03-27 17:22:24 | 日記


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3.1 通話路スイッチ網

通話路スイッチ網は、制御装置からの指示により発呼者と被呼者の通話路を形成、切断、復旧するものです。

通話路スイッチ網は、交換機のハード量に占める割合が大きいため、これを以下に効率的な構成にするかが交換機の構成上大きなポイントとなります。


3.2 制御装置

制御装置は、監視信号や選択信号の情報を翻訳し、分析した結果をもとに被呼者の識別や出線選択、必要選択信号などの情報の送出および通話路形成の動作指示などを行うもので、その構成は制御方法によって大きく異なります。

図8(a)の共通制御方式は、通話路スイッチ網を構成する複数スイッチに対して共通に制御回路が設けられています。

個別制御方式は、制御機能の面で融通性に欠けるため最近ではほとんど使われていません。


図8 制御装置の構成

共通制御方式には、機能の実現方法によって布線論理回路というハードウエアで制御機能をつくる布線論理制御方式(wired logic control)と、コンピュータとほぼ同様の蓄積論理回路を採用し、ソフトウエアで制御回路をつくる蓄積プログラム制御方式(stored program control)があります。

前者の代表例としてはクロスバ交換機が、後者の代表例として電子交換機およびディジタル交換機があります。

蓄積プログラム制御方式の制御装置の構成は、図9に示すように通話路スイッチ網を駆動する通話路制御装置、その通話路制御装置や信号装置を制御する中央制御装置は、記憶装置に格納されている交換機の制御手順が記述されたプログラムを読み出し、その命令を実行して制御します。


図9 ディジタル交換機制御装置の構成


3.3 加入者回路

通常、加入者回路は発呼信号や終話信号など加入者線の状態を監視しています。

ディジタル交換機の場合には、通話路スイッチ網が電子部品で構成されているため、アナログ交換機のように呼出信号のような大電力信号を通話路スイッチ網経由で送出することはできません。

そこで、ディジタル交換機ではアナログ端末機器を収容する加入者回路に「通話電流供給機能(B)」、「過電圧保護機能(O)」、「呼出信号送出機能(R)」、「監視機能(S)」、「アナログ信号/ディジタル信号変換機能(C)、「2線4線変換機能(H)」および「試験引込み機能(T)」の "BORSCHT" (ボルシュトと呼ぶ)という7つの機能を持たせています。


3.4 トランク回路

トランク回路は、応答信号や終話信号などの回線の状態を監視するとともに通話電流を供給します。

ディジタル交換機の場合、ハードウエアとしてのトランク回路はなく、回線の監視は信号装置で行います。


3.5 信号装置

信号装置は、端末機器や他交換機と発信音、選択信号などの送受信を行います。


3.6 交換用ソフトウエア

交換用ソフトウエアは、図10に示すようにシステム部、局データ部および加入者データ部から構成されています。

システム部は、交換システムが同じであればそれぞれの交換機で共通に使用できます。

システム部に属するシステムプログラムは、交換機の制御手順を記述したプログラムで、システムデータは交換システムにより一義的に定まるデータです。


図10 交換用ソフトウエアの構成


局データおよび加入者データは、交換システムが同じでも交換機ごとに異なるデータです。

交換機が設置される交換局によって設備の規模や回線の設定方法、電話番号の割付方法などが異なります。

これを局条件といい、この局条件を記述したデータを局データといいます。

加入者データは、それぞれ端末機器固有の電話番号、通話路スイッチ網に収容されている端子位置(収容位置)、端末信号種別(ダイヤル式/プッシュ式)、サービス種別など利用者の属性を記述したデータです。


4.交換機の接続動作

電話をかける動作は、端末機器の受話器を取り上げてダイヤルする、相手とつながって話をする、話が終わって受話器を下ろす、という順序になります。

これに対応した交換機の接続動作を、発呼者と被呼者が別々の交換機に収容されている場合を例に図11に示します。


図11 交換機の接続動作 (1/2)


図11 交換機の接続動作 (2/2)


[出典]

(1) 電気通信研究会:伝送交換設備及び設備管理、日本理工出版会(2000-2)

以上、交換機の機能および構成の概要についてまとめました。

次回は各構成要素の仕組みについてまとめる予定です。

交換技術…伝送技術と多対多通信を支える基盤技術 3

2013-03-27 17:19:50 | 日記
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機能


内容

発信規制  非常に多くの呼が一度に発生し、交換機が処理できる限界を大幅に超えると正常な交換動作が行われなくなるので、通話の確保が必要な一部を除いて発信呼を受け付けないよう規制する機能

入呼規制  発信規制と同様の条件で入呼の待ち合わせが多くなり、正常な交換動作が行われなくなるので他交換機から入呼を受け付けないよう規制する機能

出接続規制  ある地域または特定の利用者へのトラヒックが集中し、輻輳が発生することで他の地域や利用者への呼に影響を与える場合、ネットワーク全体に輻輳が波及することを防ぐためにその地域または利用者への呼を規制する機能


(2)課金機能

 課金とは、定められた料金制に従って、通信ネットワークが扱った通信に応じて適切、正確に料金を算定できるよう、料金データを収集・蓄積することです。

交換機は、発信されるすべての呼について、どの利用者から発信された呼で、どの利用者へ着信し、何分あるいは何秒通話しているかなどの情報を、伝送路の繋ぎ替えの過程で知ることができます。

このため、一般的に課金機能は交換機に配置しています。

例えば、NTTでは、通話するたびに電話番号ごとに設けられた度数計(メータ)へ、通話の距離と時間に応じて通話度数を加算していきます。

この度数を元に、1度数当たりの単位料金を乗じて、通話料金を算出し、利用者に請求することになります。


(3)各種サービス機能

 ネットワークが提供している色々なサービスのうちで、交換機によって実現されるものが多くあります。

これは、交換機が繋ぎ替えを行う過程で機能を追加すれば簡単に実現できるからです。

例えば、NTTのネットワークで実現されているサービスの一例は表2のとおりです。

表2 NTTのネットワークで提供しているサービス(例)


サービスの分類

サービス項目


発信の利便化

 可変短縮ダイヤル

 国際自即


着信の利便化

 自動通知案内

 でんわばん

 自動着信転送


通話中の利便化

 キャッチホン


3.交換機の構成

交換機は、図5の機能ブロック図に対応して図7に示すように、通信路を形成するための装置として次のものがあります。

①通話路スイッチ網

伝送路の変化や情報を分析して接続動作を行わせるための装置

②制御装置

端末機器や他交換機と信号を送受する装置

③ 加入者線ごとに発呼信号などを検出する加入者回路

④ 回線ごとに終話信号などを検出するトランク回路

⑤ 端末機器と呼出信号などの送受を行う信号装置

⑥ 他交換機と選択信号などの送受を行う信号装置

⑦交換用ソフトウエア

電子交換機やディジタル交換機において、交換機の制御手順を記憶するソフトウエア

図7 交換機の基本機能と装置構成

交換技術…伝送技術と多対多通信を支える基盤技術 2

2013-03-27 17:17:57 | 日記


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(4)伝送路の開放

通話が終了すると、次の通話ができるように伝送路を空きの状態にしておかなければなりません。

そのためには、通話の終了を検出して通話路を切断し復旧する機能が必要になります。

前者を終話検出機能、後者を通話路切断機能と呼んでいます。


(a) 終話検出機能

通話中も交換機は加入者線を監視しており、通話が終了すると終話信号を検出します。

終話信号は受話器を端末機器にかけることにより、加入者線に電流がなくなることで検出されます。


(b) 通話路切断機能

通話の終了を検出した交換機は通話路を切断し、復旧します。

交換機が必要とするこれらの基本機能と交換動作との関連は図4のようになります。

また、図4の交換動作に必要な機能を見ると、本質的に同じまたは密接な関係にある機能が繰り返されて交換動作が行われていることがわかります。

これらの機能をまとめると次のように3つに大別できます。

・ 端末機器や他交換機との信号の送受を行う機能

・ 交換動作に必要な情報を識別して動作指示する機能

・ 通話路を形成する機能


図4 交換動作と基本機能

図5に交換機の機能ブロック図を示します。


図5 交換機の機能ブロック

2.2 付加機能


(1)ネットワーク制御機能

(a) 迂回制御機能

通信システムの信頼性を確保するために、伝送路が切断されても通信の確保ができるよう、大規模なネットワークでは発信交換機と着信交換機の間には複数のルートが設定されています。

図6に示すように、①ルートと②ルートの2つのルートがあると、それらのルート選択方法を決める機能が必要になります。

例えば、①ルートのトラヒックが多い場合は、②ルートを選択する必要があります。

このように①ルートから②ルートに迂回する機能を迂回制御機能といいます。

通信ネットワークにおいて、幾つかのルートの中からどのルートを選択していくかは、回線の使用効率や信頼性の向上に深く係わる重要な問題です。


図6 迂回制御機能

(b) 輻輳制御機能

社会的事件、災害、電話リクエストなどで非常に多くの呼が集中発生した場合や、中継用の伝送路が切断された場合などに交換機が処理できる限界を大幅に超えるトラヒックが発生し、輻輳が生じることがあります。

また、1つの交換機が輻輳すると、対向している周辺の交換機にも影響を与えることがあります。

これは輻輳している交換機向けの呼の待ち合わせ時間が長くなり呼の渋滞が起こり、周辺の交換機自体も輻輳に陥るためです。

次々と周辺の交換機に波及すると輻輳が雪だるま的に大きくなり、ネットワーク全体を麻痺させる危険が生じる場合もあります。

このような輻輳状態を回避するために予測を上回るトラヒックが発生すると、これを制御し、ネットワーク全体への影響を抑えるようにします。

これを輻輳制御といい、表1に示すように主に3つの機能があります。

表1 輻輳制御

交換技術…伝送技術と多対多通信を支える基盤技術 1

2013-03-27 17:11:18 | 日記


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技術講座(交換技術)
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技術講座

[技術分野■ADSL■無線■光ファイバー■衛星通信■CATV■伝送技術■交換技術■データ通信■ネットワーク技術■ルーティング技術]


[技術講座(交換―1)]              (2002/10/04作成)


交換技術は伝送技術とともに多対多通信を支える基盤技術です。今回は交換機の機能および構成の概要についてまとめました。

1.交換機の役割

 電話のように多くの人が相互に通信する多対多の通信システムは、図1に示すように各送信者と受信者の間に1対1の通信システムを多数設けることで実現されます。

図1のシステムは、常時すべての相手と通信できると言う意味で、多対多の通信システムの理想と言えますが、伝送路などを各送信者と受信者の間に専用に設ける必要があるため、不経済となります。

図1 多対多の通信システム

 交換機の役割は、この欠点を克服しネットワークを経済的に構成するために、伝送路の共用を図るとともに発信者が希望する相手だけと通信できるように、伝送路の繋ぎ替えを行うことです。

例えば、図2に示すように利用者Aの伝送路とAが通話を希望する相手の伝送路の間に交換機により通話路を形成すれば、利用者AはB、C、Dのいずれの利用者と通話するときでも同じAの伝送路を使い、希望する相手だけと通話できます。

図2 電話の通信システム

 このように、交換機の役割は多くの発信者の要求に従って迅速かつ正確に伝送路を繋ぎ替えることで、この動作を交換動作と呼びます。


2.交換機の機能

 交換機の機能は、「迅速かつ正確に伝送路を繋ぎ替える」役割を実現することです。

そのために配置される基本機能と、基本機能の配置に伴い経済的・技術的に有利にするため交換機に配置される付加機能に大別されます。

後者の代表例にはネットワーク制御機能、課金機能およびサービス機能があります。


2.1 基本機能

 交換機が発信者の要求に従って、伝送路の繋ぎ替えを行うためには、図3に示すような機能が必要になります。

図3 交換機の基本機能

(1)通話要求検出

 交換動作を行うためには、まず第一にどの発信者からの通話の要求があるのか知る必要があります。

交換機は、常時、利用者の伝送路(加入者線)を監視しています。

通話を要求する利用者(発呼者)が端末機器の受話器を上げると加入者線に電流が流れ、交換機はこれを検出し通話を要求している発呼者を識別します。

これを一般に発呼検出と呼んでいます。


(2)要求内容の分析

 次に、発呼者の要求内容を知る必要があります。

発呼者がダイヤルする相手先番号(選択番号)を受信し、通話を希望する相手(被呼者)を識別して、被呼者への回線を選択します。

これらの機能はそれぞれ選択信号受信機能、翻訳機能、出線選択機能と呼ばれます。


(a) 選択信号受信機能

 交換機が発呼者に対し被呼者の電話番号をダイヤルするように発信音(ダイヤルトーン:通常ツーと言う連続音)を送出します。

その後発呼者から送られてくる選択信号を受信し、これを記憶する機能です。


(b) 翻訳機能

 受信した選択信号を接続に適した情報に翻訳し、被呼者の収容されている加入者線の位置(収容位置)を識別する機能です。

また、選択信号の翻訳の結果被呼者が他交換機に収容されている場合は、その交換機への伝送路(回線)を選択し、被呼者の電話番号を送って被呼者と接続する必要があります。


(c) 出線選択機能

 被呼者が収容されている他交換機につながる回線を選択するために、まず選択信号によりその回線のルートを識別します。

回線のルートは他交換機へ向かう回線群ごとに決められています。

この識別機能をルート識別と言い、その回線群の中から空いている1回線を選択する機能を出線選択と言います。

出線が選択されると、次に述べる伝送路の繋ぎ替えにより他交換機と接続のうえ選択信号を送出します。


(3)要求内容に基づく伝送路の繋ぎ替え

 発呼者の要求内容を識別すると、交換機の本来の役割である発呼者と被呼者の加入者線を繋ぎかえるための通話路の形成が可能になります。

通話路の形成の準備を終えると、被呼者に呼び出し信号(リンギング:通常リ―ン・リ―ンというベル音を鳴動させるための16Hz信号)を送出し、被呼者に着信を知らせます。

被呼者が受話器を取り応答すると、通話路を形成し発呼者と被呼者の通話を可能とします。

これらの機能をそれぞれ呼出信号送出機能、応答検出機能、通話路形成機能と呼びます。

(a) 呼出信号送出機能

 被呼者に着信があることを知らせるための呼出信号を送出し、発呼者には被呼者を呼出し中であることを呼出音(リングバックトーン:通常ルルル------の繰返し音)を送出して知らせます。

また、通話中であれば、話中音(ビジートーン:通常ツーツーという早い繰返し音)を発呼者に送出します。


(b) 応答検出機能

 被呼者に呼出信号を送出している間、交換機は被呼者の加入者線の状態を監視しており、被呼者が受話器を上げると応答信号としてこれを検出します。


(c) 通話路形成機能

 被呼者が応答すると、発呼者と被呼者の加入者線を接続するために、交換機の通話路を形成して両者の通話を可能とします。

交換機(Switch Board, Exchange)

2013-03-27 17:03:48 | 日記

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交換機 - Wikipedia
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交換機


交換機(こうかんき、英:Switch Board, Exchange)は、多対多の電気通信において、発信者の要求に従って伝送路間の接続を切り替え通信回線を構成する通信機器である。

最初期の交換機は、電話機からダイヤルすると、そのダイヤル信号を直接交換機が受け、順次接続していった。

この方式は、電話番号と発信-着信間の経路が一対一となる。

そのため、途中の経路が多くなり、また、冗長性にも欠けるという難点があった。

その後、番号を一旦交換機に格納し、空きの回線を選ぶクロスバ方式の交換機が利用されるようになった。

現在では、交換機間は共通線信号方式という、通話と制御信号を分離した方式が利用されている。


[編集] 種類

非同期伝送 (ATM:Asynchronous Transfer Mode) 交換機

同期デジタルハイアラーキ (SONET/SDH : Synchronous Optical NETwork/Synchronous Digital Hierarchy) 交換機

フレームリレー交換機

パケット交換機

電話交換機


[編集] 交換機の役割

交換設備を用いず相互間の専用線のみで多対多の通信システムを構築した場合、N個の端末を接続するためにN2の伝送路が必要である。端末間の伝送路を共用し効率を高めるために交換機が使用される。


[編集] 交換機の機能

次のような機能がある。


[編集] 加入者回線接続機能

加入者回線接続機能は、頭文字から「BORSCHT」と呼ばれる。

Battery feed

-48Vで通話のための電流供給を行う。

Over voltage protection

過電圧保護

Ringing

16Hz75Vの呼出信号を送出する。

Supervision

ループの開閉を監視し、発呼・ダイヤル信号受信・終話を行う。

Coder/Decoder

アナログ-デジタルの相互変換

Hybrid

2線-4線の相互変換

Test

回線試験


[編集] 中継回線制御機能

経路選択

伝送路の効率的な運用のために経路選択を行う。

輻輳処理

通信集中時に優先通信用の帯域の確保、優先順位の低い通信の制限を行う。


[編集] 管理機能

故障検出

故障を検出し、代替機への切換え・縮退運転・警報を発するなどの動作を行う。

料金計算

サービス種別・通信時間・通信距離などを積算し料金計算を行う。


[編集] 回線交換の動作

回線交換の場合次のような動作が行われる。

発呼検出

選択信号受信

翻訳

出線選択

呼出信号送出

応答検出

通話路形成

終話検出

通話路開放


[編集] 通話路網の構成

通話路網は、通信回線を相互接続し伝送情報を通過させる回路網である。回路の構成により次の二つに分けられる。


[編集] 非閉塞スイッチ回路網

非閉塞スイッチ回路網は、出線に空きがあれば必ず接続が可能な回路網。M個の入線とN個の出線を相互接続する場合にM×N個の接点が必要である。

極小規模な回路網に用いられる。


[編集] 閉塞スイッチ回路網

閉塞スイッチ回路網は、出線に空きがあっても、内部接続に空がない内部閉塞でも接続が不可能になる場合がある回路網。非閉塞スイッチ回路網をリンクにより多段接続した構成が一般的である。

接点数を節約するために、大規模な回路網で用いられる。


[編集] 関連項目

交換工学

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カテゴリ:
通信機器
電話交換機
電子工学