交换机发展史

交换机发展史电报的发明，把人们想要传递的信息以每秒30万公里的速度传向远方。这是人类信息史上划时代的创举。但久而久之，人们又有点不满足了。因为发一份电报，需要先拟好电报稿，然后再译成电码，交报务员发送出去；对方报务员收到报文后，得先把电码译成文字，然后投送给收报人。这不仅手续繁多，而且不能及时地进行双向信息交流；要得到对方的回电，还需要等较长的时间。人们对电报的不满，促使科学家们开始新的探索。最早提出远距离传送话筒接力传送信息的建议。虽然这种方法不太切合实际，但休斯为这种通话方式所取的名字——“电话”，却一直沿用至今。19世纪30年代之后，人们开始探索用电磁现象来传送音乐和话音的方法，其中最有成就的要算是贝尔和格雷了。亚历山大.格雷厄姆.贝尔，1847年生于英国苏格兰，他的祖父亲毕生都从事聋哑人的教育事业，由于家庭的影响，他从小就对声学和语言学有浓厚的兴趣。开始，他的兴趣是在研究电报上。有一次，当他在做电报实验时，偶然发现了一块铁片在磁铁前振动会发出微弱声音的现象，而且他还发现这种声音能通过导线传向远方。这给贝尔以很大的启发。他想，如果对着铁片讲话，不也可以引起铁片的振动吗?。这就是贝尔关于电话的最初构想。贝尔发明电话的努力得到了当时美国著名的物理学家约瑟夫.亨利的鼓励。亨利对他说：“你有一个伟大发明的设想，干吧！”当贝尔说到自已缺乏电学知识时，亨利说：“学吧”。在亨利的鼓舞下，贝尔开始了实验，一次不小心把瓶内的硫酸溅到了自已的腿上，他疼痛得喊叫起来：“沃森先生，快来帮我啊！”想不到，这一句极普通的话，竟成了人类通过电话传送的第一句话音。正在另一个房间工作的贝尔先生的助手沃森，是第一个从电话里听到电话声音的人。贝尔在得知自已试验的电话已经能够传送声音时，热泪盈眶。当天晚上，他写给母亲的信中预言：“朋友们各自留在家里，不用出门也能互相交谈的日子就要到来了！”1877年，也就是贝尔发明电话后的第二年，在波士顿设的第一条电话线路开通了，这沟通了查尔期?威廉期先生的各工厂和他在萨默维尔私人住宅之间的联系。也就在这一年，有人第一次用电话给《波士顿环球报》发送了新闻消息，从此开始了公众使用电话的时代。说到电话的发明，还有一段鲜为人知的故事。由于贝尔1876年3月10日所使用的这部电话机的送话器，在原理上与另一位电话发明家格雷的发明雷同，因而格雷便向法院提出起诉。一场争夺电话发明权的诉讼案便由此展开，并一直持续了十多年。最后，法院根据贝尔的磁石电话与格雷的液体电话有所不同，而且比格雷早几个小时提交了专利申请等这些因素，作出了现在大家已经知道结果的判决，电话发明权案至此画上句号。尽管如此，电话仍然是一个时代的产物，它凝聚着包括贝尔在内的许多电话发明家的智慧和汗水。从人工交换到自动交换第一个研究发明自动电话的人是一个名叫阿尔蒙.B.史端乔的美国人，他是美国堪萨斯城一家殡仪馆的老板。他发觉，电话局的话务员不知是有意还是无意，常常把他的生意电话接到他的竞争者那里，使他的多笔生意因此丢掉。为此他大力恼火，发誓要发明一种不要话务员接线的自动接线设备。从1889年到1891年，他潜心研究一种能自动接线的交换机，结果他成功了。1891年3月10日，他获得了发明“步进制自动电话接线器”的专利权。1892年11月3日，用史端乔发明的接线器制成的“步进制自动电话交换机”在美国印第安纳州的拉波特城投入使用，这便是世界上第一个自动电话局。从此，电话通信跨入了一个新时代。但是自动电话的大踏步发展是在20世纪。到20世纪20年代，世界上还只有15％的电话是自动电话。随着自动电话技术的发展和进步，到20世纪50年代，世界上已有77％的电话是自动电话了。史端乔发明的自动电话交换机的制式，为什么叫做“步进制”？这是因为它是靠电话用户拨号脉冲直接控制交换机的机械作一步一步动作的。例如，用户拨号“1”，发出一个脉冲（所谓“脉冲”，就是一个很短时间的电流），这个脉冲使接线器中的电磁铁吸动一次，接线器就向前动作一步。用户拨号码“2”，就发出两个脉冲，使电磁铁吸动两次，接线器就向前动作两步，余类推。所以，这种交换机就叫做“步进制自动电话交换机”。1919年，瑞典的电话工程师帕尔姆格伦和贝塔兰德发明了一种自动接线器，叫做“纵横制接线器”，并申请了专利。1929年，瑞典松兹瓦尔市建成了世界上第一个大型纵横制电话局，拥有3500个用户。“纵横制”的名称来自纵横接线器的构造，它由一些纵棒、横棒和电磁装置构成，控制通过电磁装置的电流可吸动相关的纵棒和横棒动作，使得纵棒和横棒在某个交叉点接触，从而实现接线的工作。“纵横制”和“步进制”都是利用电磁机械动作接线的，所以它们同属于“机电制自动电话交换机”。但是纵横制的机械动作很小，又采用贵重金属的接触点，因此比步进制交换机的动作噪声小、磨损和机械维修工作量也小，而且工作寿命也较长。另外，纵横制与步进制的控制方式也不同。步进制是由用户拨号直接控制它的机械动作的，叫做“直接控制式”；而纵横制是用户拨号要通过一个公共控制设备间接地控制接线器动作，因而叫做“间接控制式”。公共控制设备的功能就好比是人工电话交换中的话务员，担任着接收用户拨发的电话号码的任务，并进行存储、计数、转发等工作。它模仿话务员的工作过程，但是接线速度比人工快得多。公共控制设备是：由许多电子器件组成的一个极为复杂的电子电路。这种，““间接控制方式”“比”“直接控制方式””有明显的优点。例如，它的工作比较灵活，便于在有多个电话局组成的电话网中实现灵活的交换，便于实现长途电话自动化，还便于配合使用新技术、开放新业务等等。因而，它的出现使自动电话交换技术提高到一个新的水平。走过模拟，迈向数字电信通信按传送信号的方式不同，可分为模拟通信和数字通信两大类。电话是模拟通信，因为传送说话声音的电信号是“模仿”说话人的声音变化的；而电报是数字通信，因为它传送的是只有“有”和“无”两种状态的脉冲组合信号。常见的模拟通信有电话、电视等，常见的数字通信有电报、数据通信（计算机通信）等。过去，数字通信在整个通信中只占很小的比重。近年来，随着电子计算机的日益广泛应用，数字通信的需求急剧增长。同时由于大规模和超大规模集成电路的迅速发展以及计算机技术、数字信号处理技术的日益发展，电话通信技术也在一步步向数字化的方向发展。所谓电话的数字化就是在电话传送时先把模拟的电话信号变换成数字信号，在接收时再把数字信号恢复成模拟信号。这样做看起来是增加了变换的过程，但是在现代技术条件下，这样做能提高电话通信的质量和效率，而且还更为经济。实现电话通信数字化的技术叫做“脉冲编码调制”技术。脉码调制技术的应用现在已经遍及全世界，到1990年已经出现了在一对线上能传送30240路电话的脉码调制系统。脉码调制技术使电话通信得以向高速、大容量、长距离的方向发展，它正在逐步取代模拟通信。电话通信数字化后，使电话网不仅可以通电话，而且可以在数字化的电话网中传送各种通信，使电话网成为所谓的“综合业务数字网”（简称ISDN）。这又是20世纪电信的一大成就。程控交换技术自动电话交换由“机电”方式向“程控”方式演变，是20世纪电话通信的又一次重大变革。程控电话交换机就是电子计算机控制的电话交换机。它是利用电子计算机技术，用预先编好的程序来控制电话的接续工作。1965年5月，美国贝尔系统的1号电子交换机问世，它是世界上第一部开通使用的程控电话交换机。但这还不是时分数字式的，而是所谓“空分”的。什么叫“空分”？空分就是用户在打电话时要占用一对线路，也就是要占用一个空间位置，一直到打完电话为止。过去机电式的交换机都是空分方式的。从1965年到1975年这10年间，绝大部分程控交换机都是空分的、模拟的。为什么不直接实现数字化呢？这是因为交换机中的两大部分，即公共控制设备部分和通话电路接续部分中，随着电子器件、集成电路和电子计算机技术的发展解决公共控制设备的电子化、实现计算机控制比较顺利；而想要把通话接续部分的金属接点换成电子接点却比较困难，因为没有一种电子接点的开关性能（即开关断开时的电阻与接通时的电阻之比）能比得上金属接触点。1970年，法国开通了世界上第一部程控数字交换机，采用时分复用技术和大规模集成电路。随后世界各国都大力开发。进入80年代，程控数字电话交换机开始在世界上普及。程控数字交换与数字传输相结合，可以构成综合业务数字网，不仅实现电话交换，还能实现传真、数据、图像通信等的交换。程控数字交换机处理速度快，体积小、容量大，灵活性强，服务功能多，便于改变交换机功能，便于建设智能网，向用户提供更多、更方便的电话服务。因此，它已成为当代电话交换的主要制式。天宇茫茫网无边无线电话是20世纪的重大发明。无线电通信虽是1895年发明的，但无线电话却是在20世纪初发明了真空三极管之后才出现的。1915年首次成功地实现了跨越大西洋的无线电话通信；1927年在美国和英国之间开通了商用无线电话。当时的越洋无线电话通信是利用短波无线电波能从电离层折射返回地面这一特性。30年代发现了超短波，40年代发现了微波。超短波和微波都不能从电离层反射，具有直线传播的特性，能穿过电离层；它们在地面上只能以视线距离传播。人们利用这种特性开发了多路无线接力通信。超短波接力通信可以传送30路以下的电话；微波接力通信可以传送几千路电话，还可以用来传送彩色电视。所谓接力通信，就是在直线视距范围（在地面平原地区约50千米）内设立一个中继站进行接收转发。通信距离越长，设立的中继站越多。卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站或卫星转发器的微波通信。卫星通信可以在大面积范围内进行高质量的通信，已经成为全球远距离和洲际通信的重要手段之一。70年代后期出现的蜂窝式移动电话系统，是无线电话的重大发展，迅速在世界各国投入使用。90年代人们提出了覆盖整个地球的低地球轨道卫星移动电话系统，把移动电话系统的基站设在卫星上，可覆盖整个地球，使用户能在任何时间、任何地点与任何人进行通信的“个人通信”成为可能。滚滚长江东逝水1)数字程控交换机(SPC)于70年代末开始大规模商业化，这使得RSC的概念发展为RSU(不带本地交换)、RSM（带本地交换）两部分。2)由于接入网概念普遍为电信运营和设备供应商所接受，加上数/模混合网时代的来临，PCM数字复用传输设备从更高程度减少了RSU（或RSM）与主控设备之间的实践连接数量，并作为一种过渡性的网关接口设备较好地解决了数/模混合网中模拟设备与数字设备之间的互连互通问题。3)一些新崛起的中小企业开始涉足RSU及PCM复用设备的生产制造，并展开了与传统的具有垄断地位的大电信设备供应商之间的竞争。运营者注意到这种竞争将给自己带来可观的经济利益，并可在一定程度上摆脱传统设备供应商的制约，于是在CCITT上公开支持这种竞争并希望通过标准化程序使之获得稳定的发展。4)CCITT相关工作组在80年代初先后提出了V1、V2、V3、V4共4种数字接口的一般性建议。5)运营者、传统设备供应商、新的竞争者之间的错综复杂的经济利益关系，使得上述4种数字接口建议工作最终未能取得广泛的认同。6)80年代中期世界范围内反垄断呼声高涨，新诞生的中小企业对其发展严重受制于传统的大型供应商的局面日益不满，加之发达国家反垄断法的出台，导致了电信界对接入网接口规范化和标准化要求的提出。7)80年代后期，在各方面的推动下，ITU-T开始着手制定标准化程度较高的数字接口规范--V5.X，并对接入网作了较为科学的界定（尽管还存在不少值得商榷和明显疏漏的问题）。8)V5.X促使接入网设备长期被处在垄断地位的大制造商自然控制的局面出现崩溃，运营业可以从设备供应商之间的竞争中获得更多的好处（包括经济的、技术的）。但是，随着网络规模的急速膨胀，运营业的网络管理（特别是由于接入网中物理节点显著增加）及许多相关问题日趋复杂化，网管危机开始出现。9)TMN（电信管理网）概念的提出是运营业为在多设备供应商环境下寻求高效管理能力解决网管问题的又一新的努力。10)由于历史的原因，大制造商不愿再为失去市场份额和利润水平保持沉默，转而在接入