电话通信网络的演变和发展
汤庭龙
2004/06/22
电话通信发展百余年来，出现了许多网络名称，如公共交换电话网、综合业务数字网、智能网、同步网、信令网、电信管理网、城域网、接入网等，本文拟对这些网络的含义、作用、发展过程以及相互关系作些介绍。
公共交换电话网（PSTN）
电话通信进入多局制时代后，出现了网的概念。经过近百年的发展，特别是长途直拨实现以后，已建成一个全球范围的规模十分庞大的公共交换电话网，通达全球各个角落，用户数超过10亿。这样庞大的电话网，实际上是由国际网、国内长途网和本地网组成的。
国际网 各国（地区）指定若干个交换局作为国际接口局，这些国际接口局组成了国际网。国际接口局既属于国际网，又分别属于各个国家（地区）的内部网。我国指定北京、上海和广州各2个交换局作为国际接口局，国内用户要和国外用户通话，来去话都必须经这些国际接口局转接。当然少量边境地区至国外邻近地区的旁路国际电话除外。
全球共有几百个国际接口局，由于国际传输代价高昂，不能做到这些国际接口局个个互连直达，因此，有些通话要经过转接，如我国至拉丁美洲要经美国转接。
国内长途网 我国国内网分长途和本地2级。20世纪70年代，我国对长途网分成5级，即大区中心C1、省中心C2、地级中心C3、县中心C4、端局C5。全国分8个大区，即北京、上海、南京、武汉、广州、成都、沈阳和西安。国内任意2个地点之间的通话，某些情况下转接次数可多达10次以上，这实在太多了。当然某些场合如话务量高可设旁路路由减少转接次数。但总的来讲，转接次数多的问题制约了我国电话通信的发展。20世纪90年代中后期，我国对长途网的结构作了改革，由5级减少为3级，将C1和C2合并，称为DC1，C3和C4合并，称为DC2，C5称为端局，转接次数大为减少。这个改革已于20世纪末、21世纪初完成，对于提高国内电话通信质量起了很大作用。
本地网 在电话通信不很发达时代，只有市话网的概念。一般只能在一个城市的市区自动拨号，对郊区则和长途一样要先挂号，话务员找出被叫用户后才能通话。农村也像郊区一样要人工接通，或者根本不通电话。随着电话发展，情况有了改变，不但长途电话可以直接拨通，连郊区也可直拨了，农村电话也大为发展，从乡乡通电话，到村村、户户都通电话，也都是直拨，人工电话一去不复还。这样，逐步出现了本地网的概念。目前本地网是指一个城市或一个地区，在其范围内分配有一个长途区号，能全部实现自动拨号，当然要包括郊区和农村。随着本地网的建成，已没有市话、郊区电话和农村电话之分。现在，我国已在全国建成几百个本地网，全部实现直拨。
在一个本地网内，由于地域大、局数多，往往难以做到交换机个个互连直达，而是必须通过转接，于是出现了划分汇接区和设置汇接局的概念。只起转接作用不设用户级的交换机称为纯汇接局，一般只在大型电话网中采用。如上海本地网设6个汇接区，每个区设2个话务量为2万欧伦以上的大型纯汇接局。我国各地情况不尽相同，某些地方可能在市区不分汇接区，不设汇接局，只对郊区电话汇接，等等。
注意，这里讲的国内组网方式是中国的情况，其他国家的组网方式是各不相同的。
综合业务数字网（ISDN）
ISDN是在综合数字网（IDN）的基础上实现的。IDN指网内交换全部采用数字程控交换机，传输全部实现数字化。在IDN的基础上，再实现用户到交换机数字化，在用户端采用标准终端，实现多种业务，就是ISDN（当然是窄带ISDN）。
ISDN和PSTN是同一个网，在PSTN实现IDN的基础上，对网内交换机进行升级，增加具有ISDN功能的用户级，就实现了ISDN。可对全网交换机进行升级，也可只对局部升级，升级后的交换机具有ISDN功能，可开通ISDN用户。
ISDN有2B+D和30B+D两种应用。前者提供2个B通道和1个D通道，B通道速率为64kbit/s，D通道速率为16kbit/s，总码率为144kbit/s。2个B通道可合起来以128kbit/s速率上网，也可作为2个通道（各64kbit/s）分别为2个电话使用，D通道传输用户公共信令。后者提供30个B通道和1个64kbit/s的公共信令D通道，30B+D一般作为小交换机用，可实现多个2B+D的交换，当然也可以把其中6个B（共384kbit/s）捆挷起来开通会议电视，或把24个B捆挷成H11（1 536kbit/s）、30个B捆挷成H12（1 920kbit/s）等。
ISDN除实现通话外，还可实现数据传输、可视电话、高速（G4）传真、高速（128kbit/s）上网等多种业务。2B+D的应用最多可接8个终端，同时可有2个终端通信，还具有多种补充业务，如子地址、来电显示、来电显示限制、被接线显示、被接线显示限制、多用户号码、暂停、恢复、用户至用户信令，等等。
ISDN发展并不理想，国内外情况基本相同，开始发展强劲，后来就停滞了。我国从1996年开始ISDN商用，1999年B通道数只发展到近百万个，但当时的电话用户已上亿，可见ISDN的容量是很小的，至2000年ISDN就停止发展了，某些很好的ISDN补充业务（如用户至用户信令，可在ISDN用户间传送数据），甚至还未来得及推出。
ISDN也采用七号信令，其用户部分采用ISUP（综合业务数字网用户部分），和普通电话的TUP（电话用户部分）有所不同。网内ISUP和TUP并存造成一些麻烦，影响电话通信质量。由于ISUP功能丰富，且包含TUP全部功能，所以我国已在全国电话网上用ISUP取代TUP。目前的PSTN，虽然ISDN用户只占少数，大部分是POTS（普通电话业务）用户，但网内局间信令已全部采用七号信令的ISUP。
智能网（IN）
智能网和PSTN也是同一个网，其推出的目的是便于各种智能业务的推广应用。程控交换机的应用，使许多智能业务得到推广应用。在推广过程中，遇到的麻烦是要对为数众多的程控交换机修改软件。智能网的设想是，对网内某些交换机进行升级，使其成为SSP（业务交换点），另设SCP（业务控制点），SCP只和SSP连接，实现新的智能业务时，只在SSP和SCP中修改、增加软件，其他交换机不需改动软件，只要连接至SSP就能实现新的智能业务。这减少了很多工作量，因而大大推动了各种智能业务的推广应用。
智能网除SSP、SCP外，还需IP（智能外设），负责数字语音信号的存储和播送，以及某些数字信号音的发送和接收。另外还有SMS（业务管理系统），包括SMP（业务管理点）、SMAP（业务管理接入点）、SDP（业务数据库）和SCEP（业务生成环境点）等，都是一些计算机，负责智能网业务的生成、运行和管理。
智能网的概念起始于20世纪50至60年代美国的800（被叫付费）业务，后来逐步演变至采用七号信令INAP（智能网应用部分）的智能网。智能网在SCP和SSP间以及SCP和IP间用到INAP；网内其他交换机接到SSP则用ISUP，当然也可用TUP，甚至于可不用七号信令而用MFC（中国一号信令）；SCP、IP和SMS各设备间一般应用TCP/IP（传输控制协议/网际协议）。20世纪80年代以来，国际上智能网发展较快，开放了很多智能网业务。我国是在20世纪90年代中期开始发展智能网的，至今已建成全国性的骨干智能网，以及各省、直辖市的地方智能网。智能网开通的业务有300（电话卡）、800（被叫付费）、600（虚拟专用网）、4008（主叫和被叫分摊付费）、上网呼叫等待、宽域Cen*9鄄trex、181（大众呼叫、电话投票）、700（通用个人通信）、AD（广告）等业务。
值得一提的是关于智能平台的应用。将SCP、IP集合在SSP内就成为一个智能平台，其他交换机接至这个平台，可用ISUP、TUP，甚至于用MFC，不再需要INAP就能提供智能业务。一般不同的智能业务用不同的智能平台实现。国内各地应用的智能平台有很多，如201校园卡平台、号码携带平台、声讯平台（如168）等。智能平台是对智能网（即SCP、SSP等）的一个补充，国内很多城市同时有智能网和各种应用的智能平台，以满足多种智能业务应用和发展的需要。
随网络发展的电话号码
长途直拨实现以前，电话号码只有本地意义。电话号码的位数取决于电话发达的程度。如上海经过近50年的发展，至20世纪50年代才发展至5位号码，当时电话用户为7.8万户，可见5位号码已非常紧张。那个时候拨打某些特殊服务的电话号码国内各地也不统一，如上海查号拨04，火警拨09等。
随着电话发展，电话号码的位数要增加，称之为升位。上海于1957年升至不是真正意义上的6位，以解燃眉之急。20世纪80年代前后，我国电话开始大发展，升位城市剧增，上海率先于1989年升至7位，1995年升至8位。国内其他城市也都升位，目前已趋于稳定。少量大城市升至8位，大量为7位，还有极少数是6位。
20世纪70年代开始，我国逐步实现长途直拨，并对特殊服务的电话号码作了统一规定，如查号为114，火警为119，匪警为110等。
我国规定的长途直拨规则是，打国际电话先拨国际字冠00，再拨国家码、国内电话号码。国家码由ITU-T（国际电信联盟电信标准部）规定。打国内长途电话先拨国内字冠0，再拨长途区号、本地号码。长途区号一开始规定1至4位4种，现已改成2位和3位2种（除西藏极少数地区4位改3位未完成外，其余均已完成）。2位区号只有1和2开头，用于北京、上海、天津、广州等特大城市，总数不能超过20个（目前在用的只有10个），后面的本地号码为8位。3位区号后面的本地号码大多为7位，也有少数城市已改成8位（如杭州、宁波、温州等）。在1997年以前，ITU-T规定一个国家的号码包括国家码在内不能超过12位，1997年以后放宽至15位，因此我国3位区号的城市实现8位拨号（总长2+3+8＝13）在1997年后是可行的。
上面所述的PSTN、ISDN、IN是采用统一的电话号码系统的，相互之间不会重复，甚至于根据电话号码就可知道是什么服务。如800…、600…，一看就知道这是智能网的免费电话业务、虚拟专用网业务。PSTN和ISDN的号码比较难分，有的根据前几位（PQRS或PQR）就可知道是ISDN用户还是POTS用户，有的则难于区分，但无论如何它们是不会重复的。
电话号码有等位制和不等位制的区别。发端市话局根据拨号前几位就能知道这次拨号是几位的，是等位制，否则是不等位制。国际和国内长途电话是不等位制的，本地电话应是等位制的。但近几年来本地电话也出现不等位的情况，如179…等。近年来短号码（比本地网号码位数少的号码）的应用出现了一些混乱，目前信息产业部正在对此进行整顿。短号码统一安排为以9开头的5位或6位号码。
保证网络正常运行的支撑网
同步网、信令网和电信管理网是对PSTN、ISDN和IN进行支撑的三大网络，对确保这些网络的正常运行起重要的作用。
同步网 从PCM（脉码调制）传输开始，有了同步要求。所谓同步，是要求相互联系、共同工作的各个单元（如数字程控交换机、数字传输设备等），其时钟的主振频率保持一致。如不能保持一致，则在数字通信中将产生滑码（slip）。频率相差愈大，滑码发生愈严重。滑码对图像、数据传送的影响比对语音来得严重。同步的目的就是要使频率尽可能一致，使滑码的发生降至最低限度，以达到满意的图像、数据和语音的通信效果。起初是用网同步的方法来进行同步的，将交换局分为不同的级别，以国际局为最高级，时钟采用高精度的原子钟，然后逐级对DC1、DC2、本地网汇接局、端局下控，通过在上级局到达下级局的传输码流中提取时钟，然后用锁相办法，使下级局的时钟同步于上级局。这种网同步方法应该说也解决了同步问题，特别在IDN建网初期，一般都是采用这种方法的。后来发现这种网同步方法有缺陷，那就是数字码流经过长途传输以后，往往产生抖动，且无法除去，造成额外滑码的发生，使同步受到影响。后来就进行了改进，即从网同步到同步网。后者也是采用主从同步办法，但不用码流提取办法，而用专线将高精度时钟下送，至各地后将抖动除去，得到良好的时钟后就地控制，从而达到完全同步的目的。我国已经完成了同步网的建设，在北京、武汉建立高精度的铯原子钟，送至各省，然后再送至各地、市中心，在地、市中心以BITS（大楼综合定时供应系统）向各种数字通信设备（如交换机）供应良好的时钟，达到同步的目的。
国际局之间一般采用准同步方法，即各国都在其国际接口局采用原子钟，精度可达10-11。不需要采用任何同步方法，它们已经接近同步了，所以称为准同步。
上面所述的我国同步网，是电信重组以前的情况。电信重组出现多个运营商后情况有变化，中国电信、中国网通、中国移动、中国联通等运营商将自建高精度原子钟，相互间实行准同步。但对其内部网，还是以上述同步网方法实现的。
信令网 在随路信令年代，没有信令网的概念。采用局间公共信令后，逐步形成信令网。由于目前六号公共信令已无应用，所以信令网实际上是指七号公共信令网。
七号信令的应用有直联和准直联两种方式。后者指经过STP（信令转接点）转发。STP有结合式和独立式两种。在开始应用七号信令时，都采用直联，后来采用结合式STP。随着七号信令的大规模采用，独立式STP开始应用。独立式STP大量应用后，就形成了信令网，当然并不排斥网内同时使用一些结合式STP以及直联。
信令网也分国际信令网和国内信令网。国际信令网负责国际电话网内的信令消息传送；国内信令网负责国内电话网内的信令消息传送。我国国内信令网采用2级STP方式，即HSTP和LSTP。HSTP各省、直辖市设1对；LSTP则根据需要各本地网设1对或多对，也可几个本地网合用1对LSTP。国内跨省打通电话，七号信令消息的传送，一般要经过2个HSTP和2个LSTP。注意，在电信重组出现多个运营商后，情况有所变化。如中国电信和中国网通将分割原有的信令网，各自将所属的HSTP以及LSTP组成自己的信令网；中国移动另行自建HSTP、LSTP等。
通常称SP（信令点）至STP的链路为A链路；多对STP时各对STP间为B链路；本对STP间为C链路；不同等级STP间（如HSTP和LSTP间）为D链路；多对STP时SP接至他对STP称为E链路；SP直联称为F链路。通常E链路不用；B、D链路最重要，它们全阻时的后果十分严重。对七号信令网的冗余措施必须给予充分重视，这对电话网的安全运行是极其重要的。
电信管理网 程控交换机应用前，维护是分散进行的。维护人员分散在各个设备处。程控交换机入网应用后，实行了集中维护。程控交换机软件复杂，在出故障时，要求维护人员有较高的技术水平，但在正常时，维护人员却无事可做。可见分散维护将造成高水平技术人员的浪费，或者维护人员因技术水平有限而无法解决问题。实行集中维护可克服这个矛盾。程控交换机实行集中维护，建立维护中心，显现出了很大的优越性。很快其他设备如数字传输设备、电源空调设备等也都实行集中维护，建立相应的各种维护中心。
在维护中心，除对设备进行维护外，还可对它们进行监测，这既可收集到很多有用的数据，又可及时发现故障。如对交换机，可发现拥塞并及时采取措施予以解决。因此，后来在维护中心的基础上，逐步发展了电信管理网的概念，建立了网管中心。我国规定网管分3级：第一级是全国性的，负责监管全国网的运行质量；第2级是省级的，负责监管省内网；第三级是地、市级的。各种设备的维护中心则接入相应级的网管中心。各级网管中心对收集的数据进行汇总和整理，除用于对本级网管中心进行管理和采取措施，还将与上一级网管中心有关的数据向上送，以便上一级网管中心进行管理和采取措施。如省级网管中心将省际中继的数据向全国级网管中心送，等等。电信重组后，对中国电信或中国网通来说，全国级网管中心应改为集团公司级。
电信管理网的各级网管中心，其硬件都是一些计算机系统，软件是专门为电信管理网的各项要求而开发的。实践证明，电信管理网在确保相关电信网安全、有效运行方面起了非常重要的作用。
城域网和接入网
直至20世纪60年代，电话通信是通信中的主要手段，其他如数据通信等很少，当时用得较多的如电报和用户电传（现均已淘汰），都是利用电话通路进行传送的，且业务量比起电话来小很多。所以当时传输网络的建设是根据电话通信的发展需求来进行的。随着银行、海关等单位业务的发展，需要传送大量数据，各种数据通信手段如DDN（数字数据网）、FR（帧中继）以及X.25分组交换网应运而生，且发展很快，但它们都是利用电话通信传输网中的传输设备进行传送的。这就是说，电话通信的传输网同时为电话和数据通信服务，建设传输网时，同时考虑电话和数据的需要。20世纪90年代以来，因特网业务迅速发展，各种宽带通信如电视点播、远程教育和远程医疗也大量发展，它们都需要解决传输问题。电话通信的传输网已不能满足需要，于是城域网就发展起来了。
首先建立的是ATM（异步传送模式）城域网。它的组成分骨干节点和边缘节点2级：若干个骨干节点分布在城内各点，以STM-4或STM-16相连；若干个边缘节点接至一个骨干节点，以STM-1或STM-4相连，边缘节点可接用户，以STM-1相连。这样就形成了一个城域网，城内任意两点可进行宽带通信。ADSL（非对称数字用户线）通过DSLAM（数字用户线接入复用器）接至边缘节点，通过ATM城域网上网，成功地解决了用户宽带上网的需求。ITU-T原先对ATM期望很高，想发展成B-ISDN，但B-SIDN的发展并未成功。
20世纪90年代中期以后，IP发展很快，IP城域网应运而生。IP城域网一般由2级路由器组成，和ATM城域网相似，不过由路由器代替骨干节点和边缘节点而已。IP城域网的建立同样是为了解决2个用户间的宽带通信，例如用户通过以太网接至IP城域网的路由器，然后通过城域网完成宽带上网。
ATM和IP同样都是包交换（即分组交换），应用同样的光纤媒介和SDH（同步数字系列）传输技术，只不过是协议不同而已。今后怎样变化现在还很难说，有的说主要发展IP，ATM要淘汰，有的说还不一定。目前国内是2个并存，各有用途。
接入网是指从交换设备至用户的传送系统。传统的接入方式是用一对铜线实现的，这种接入方式维持了一个世纪，而且至今仍大量存在。20世纪90年代初，ITU-T对接入网作了定义，明确接入网是一个与业务无关的透明传输网络，同时制定了交换机与接入网之间的V5.X（V5.1和V5.2）接口建议。我国在20世纪90年代中后期，大力推进V5.2的应用。在交换机端置备了V5.2接口，最多可将16个E1接至用户端，实现接入网。在这个接入网中，用光纤环、ONU（光网络单元）和OLT（光线路终端）向用户提供电话通信和数据通信。这种V5.2接口的接入网曾风行一时，但后来因维护管理困难以及其他宽带接入发展等原因停止发展，甚至于面临淘汰拆除的命运。除V5.X接口的接入网外，还有很多其他接入技术，如xDSL（ADSL、VDSL、HDSL）等目前得到很大发展。另外值得注意是，CATV（有线电视）、HFC（混合光纤同轴网）、有源和无源光网络、无线接入（包括WLAN、蓝牙等）等接入技术还都在发展着。由此可见，接入网种类繁多，技术复杂，但都在向提供宽带多媒体通信的方向发展。接入网的发展方向是三网（电话网、有线电视网和计算机网）融合，但技术难度和管理难度都很大。接入网之后还有用户驻地网（CPN）的概念。CPN是指UNI（用户网络接口）到用户终端之间的传输和线路等相关设备。CPN可以是一个居民小区，也可以是一栋或几栋相邻的办公楼。通常，CPN属于用户拥有的网络；接入网则属于电信运营商。
中国电信网