2.1.6 电话网
电话网是传递电话信息的电信网，是可以进行交互型话音通信、开放电话业务的电信网。电话网经历了由模拟电话网向综合数字电话网的演变。除了电话业务，还可以兼容许多非电话业务。因此电话网可以说是电信网的基础。
1．电话业务的特点
电话网的主要业务是语音业务。语音业务具有的特点是速率恒定且单一、语音对丢失不敏感、语音对实时性要求较高、语音具有连续性。
2．电话网的特点
电话网的特点是采用同步时分复用、采用面向连接的电路交换方式、对用户数据透明传输。
（1）同步时分复用
时分复用（TDM）是将传输信号的时间进行分割，使不同的信号在不同时间内传送，即将整个传输时间分为许多时间间隔（称为时隙、时间片等），每个时间片被一路信号占用。因为数字信号是有限个离散值，所以适合于采用时分多路复用技术，而模拟信号的传输一般采用频分多路复用。时分复用又分为同步时分复用（STDM）和异步时分复用（ATDM）。
1）同步时分复用
同步时分复用采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定时间段，再将每一时间段划分成等长度的多个时隙（时间片），每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。通常，与复用器相连接的是低速设备（如终端），复用器将低速设备送来的在时间上连续的低速率数据经过提高传输速率，将其压缩到对应时隙，使其变为在时间上间断的高速时分数据，以达到多路低速设备复用高速链路的目的。所以，与复用器相连的低速设备的数目及速率受复用群反复用传输速率的限制。
由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定，无论时间片拥有者是否传输数据都占有一定时隙，形成了时隙浪费，其时隙的利用率很低。为了克服同步时分复用的缺点，引入了异步时分复用技术。
2）异步时分复用
异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复用，它能动态地按需分配时隙，避免每个时间段中都出现空闲时隙。
异步时分复用就是只有某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当用户暂停发送数据时不给它分配线路资源（时隙）。线路的空闲时隙可用于其他用户的数据传输。所以，每个用户的传输速率可以高于平均速率（即通过多占时隙），最高可达到线路总的传输能力（即占有所有的时隙）。如线路总的传输能力为28.8Kbit/s，3个用户共用此线路，在同步时分复用方式中，则每个用户的最高速率为9600bit/s，而在异步时分复用方式时，每个用户的最高速率可达28.8Kbit/s。
（2）面向连接
电路交换是一种直接的面向连接的交换方式，它为一对需要进行通信的装置（站）之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可是物理通道又可是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。目前公用电话网广泛使用的交换方式是电路交换，经由电路交换的通信包括三个阶段。
1）电路建立
通过源站点请求完成交换网中对应的所需逐个节点的连接过程，以建立起一条由源站到目的站的传输通道。
2）数据传输
现在，信号可以经建立的链路从发送端传送到接收端，通常为全双工传输。
3）电路拆除
在完成数据或信号的传输后，由源站或目的站提出终止通信，各节点相应拆除该电路的对应连接，释放由原电路占用的节点和信道资源。
电路交换技术的优、缺点及其特点如下。
·优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。
·缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费，即在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。
·特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于突发式的通信，电路交换效率不高。
（3）透明传输
透明是指对用户数据不做任何处理，因为语音数据对丢失不敏感，所以网络中不对用户数据做复杂的控制，比如流量控制、差错控制。
3．电话网的服务质量
决定电话业务质量的主要因素有接续质量、传输质量和稳定质量。
接续质量是指用户通话被接续的速度和难易程度，通常用接续损失（呼损）和接续时延来衡量。
传输质量是指用户接收到的语音信号的清楚逼真程度，可以用响度、清晰度和逼真度来衡量。
稳定质量是指通信网的可靠性，其指标主要有失效率（设备或系统工作时间t后单位时间发生故障的概率）、平均故障间隔时间、平均修复时间（发生故障时进行修复所需的平均时间）等。
（1）接续质量的指标
1）接续呼损
在正常情况下，用户发起呼叫后，由于网络的原因呼叫未能完成而损失的比率，该指标用呼叫损失的次数与总的呼叫次数的比值来规定。其中，总的呼叫次数是指用户发起的有效呼叫次数，但不包括由于主叫用户原因造成的呼叫损失，例如用户拨错号，中途放弃等。呼叫损失的次数是指由于网络原因导致呼叫没有完成的呼叫次数，其中不包括用户忙、用户无应答、用户锁定、用户关机、用户不在覆盖区、用户拒绝等。
2）全程呼损指标分配
如何将全程呼损指标合理地分配到全程接续中的各项设备上，称为呼损分配。数字长途电话网的全程呼损应不大于0.054。数字本地网电话网的全程呼损应不大于0.042。如果在本地呼叫连接中经过三个汇接局，则呼损不大于0.053。
3）接续时延
接续时延是指在一次电话接续过程中，由交换设备进行接续和传递相关信令所引起的时间延迟。接续时延是衡量网络服务质量的一个指标，一般用拨号前时延和拨号后时延两个参数来衡量。
拨号前时延是从主叫用户摘机至听到拨号音瞬间的时间间隔。
拨号后时延是用户或终端设备拨号结束到网络作出响应的时间间隔，即拨号结束至送出回铃音或忙音之间的时间间隔。
（2）传输质量的指标
1）响度
描述的是声音的响亮程度，表示人耳对声音的主观感受。
2）清晰度
描述声音的可辨识程度，能够从话音中辨识出有用的信息。
3）逼真度
描述音色特征的不失真的程度。
（3）稳定质量的指标
1）失效率
系统在单位时间内发生故障的概率，一般用λ来表示。
2）平均故障间隔时间
系统发生相邻两个故障的间隔时间的平均值，记为MTBF，其中MTBF=1/λ。例如，假设同一型号的1000台通信设备，在规定的条件下工作1000小时，其中有10台出现故障。这种通信设备千小时的可靠度R为（1000－10）/1000=0.99。失效率为10/（1000*1000）=1*10－5。平均故障间隔时间与失效率的关系为MTBF=1/λ，因此，MTBF=105 小时。
3）平均故障修复时间
修复一个故障所需要的平均时间，记为MTTR。
注意：平均故障间隔时间MTBF常常与平均无故障时间MTTF发生混淆。两次故障（失败）之间必然有修复行为，因此，MTBF中应包含MTTR。对于可靠度服从指数分布的系统，从任一时刻到达故障的期望时间都是相等的，因此有MTBF=MTTR+MTTF。在实际应用中，MTTR一般都很小，所以通常认为MTBF≈MTTF。
图2-6 五级等级结构
4．电话网的等级结构
在很长的时期内，电话网仍是电信网的基础，是覆盖范围最广、服务用户最多、规模容量最大的一个业务网。随着我国通信事业持续高速发展，电信网规模不断扩大，数字化程度越来越高，网上承载的话务量急剧增加，新技术和新业务相继引入，网络的结构、功能逐渐发生变化，网络结构由多级向少级演变，最终演变为无级网。我国曾经大规模地调整长途区号和升位改号，从侧面反映了网络结构的改变。
（1）等级制电话网
1986年，我国电话网络等级分为五级，由四级长途交换中心和本地电话网交换中心组成。这是根据当时我国长途业务量不大，长途网规模较小和长话网开始由人工向自动过渡的实际情况，从电路的利用率和组网经济性综合考虑确定的。十多年来电话发展的实践证明，在我国电话网发展的初级阶段，采用五级的结构是经济合理的，加速了我国电话网自动化的进程。
通信专家把电话交换网络的各种交换机分成C1、C2、C3、C4、C5几种类型，每种交换机放在交换网中不同的位置，赋予不同的任务。由于每个国家人口数量、经济发展规模不同，C1到C5的分布情况不尽相同。在我们国家，最早是按照C1为大区中心、C2为省中心、C3为地区中心、C4为县中心、C5为端局设计的。在实际的交换网络建设中，C2、C3逐渐退化并最终消失。C1作为国内PSTN核心节点，同时承担着与其他国家和地区交换机的连接工作；C4作为汇接局交换机，作为中继互连、汇聚和分发话务量的交换机；而C5则连接用户终端电话、企业用户级交换机或者接入网，并将所有呼叫送到C4上。
我国电话网采用五级交换等级结构，这是与我国网络发展的初级阶段相适应的，如图2-6所示。
这种结构在电话网从人工向自动、模拟向数字过渡中起到了较好的作用。但随着通信事业持续、高速的发展，网络规模越来越大，数字化程度越来越高，新技术、新业务层出不穷，多级交换结构带来了不少弊端，如转接段数多，接续慢，延时长，传输衰耗大，接通率低，可靠性差，不能满足大容量的发展，不利于新技术新业务的发展等。因此，近几年，我国电话网结构已开始由多级向少级转变，目前已经完成四级长途交换结构向二级交换长途网的过渡，而本地电话网络结构也将进一步优化。如图2-7所示为我国长途电话网的二级结构。
图2-7 我国长途电话网的二级结构
其中，DC1为省级交换中心，设在各省会城市，主要职能是疏通所在省的省际长途来话、去话业务，以及本地网的长途终端业务，在DC1平面上，各DC1局通过骨干路由全互连；而DC2为地区中心，设在各地区城市、主要职能是汇接所在本地网的长途终端业务，在DC2平面上，省内各DC2局间可以是全互连，也可以不是全互连各DC2局通过骨干路由与省城的DC2局相连，同时可根据话务量的需求建设跨省的直达路由。
（2）无级网
无级网是指电话网中的各个节点交换机处于同一等级，不分上下级，且网络中的路由选择方式不是固定的，而是随网上话务的变化或其他因素而变化。最后形成三个层面的电话网，即长途电话网、本地电话网、用户接入网。
（3）本地电话网
本地电话网是指在同一长途编号区范围内，由若干个端局（或者若干个端局和汇接局）及局间中继线、长市中继线、用户线、用户交换机（PABX）、电话机等所组成的电话网。
本地电话网中设置端局（DL）和汇接局（Tm）两个等级的交换中心。其中，端局通过用户线与用户相连，它的职能是疏通本局用户的去话和来话业务。根据服务范围的不同，可以有市话端局、县城端局、卫星城镇端局和农话端局等，分别连接市话用户、县城用户、卫星城镇用户和农村用户。汇接局与本汇接区内的端局相连，同时与其他汇接局相连，它的职能是疏通本汇接区内用户的去话和来话业务，还可疏通本汇接区内的长途话务。有的汇接局还兼有端局职能，称为混合汇接局（Tm/DL）。汇接局可以有市话汇接局、市郊汇接局、郊区汇接局和农话汇接局等几种类型。
在二级网结构中，各汇接局之间相互连接组成网状网，汇接局与其所汇接的端局之间以星形网相连。在业务量较大且经济合理的情况下，任一汇接局与非本汇接区的端局之间或者端局与端局之间也可设置直达电路群。在经济合理的前提下，根据业务需要在端局以下还可设置远端模块、用户集线器或用户交换机，它们只和所从属的端局之间建立直达中继电路群。
二级网中各端局与位于本地网内的长途局之间可设置直达中继电路群，但为了经济合理和安全、灵活地组网，一般在汇接局与长途局之间设置低呼损直达中继电路群，作为疏通各端局长途话务之用。
（4）国际电话网网络结构
国际固定长话网是由各国的长话网互连而成，它类似于由本地网互连而成的国内长话网结构。国际长话网采用三级辐射式网络结构。按照原ITU规定，各国长话网通过国际转接局CT1、CT2、CT3进行互连，构成国际长话网。
·一级国际中心局（CT1）：全世界范围内按地理区域的划分，总共设立7个一级国际中心局，分管各自区域内国家的话务，7个CT1局之间全互连。
·二级国际中心局（CT2）：CT2是为在每个CT1所辖区域内的一些较大国家设置的中间转接局，即将这些较大国家的国际业务或其周边国家国际业务经CT2汇接后送到最近的CT1局。CT2和CT1之间仅连接国际电路。
·三级国际中心局（CT3）：这是设置在每个国家内，连接其国内长话网的国际网关。任何国家均可有1个或多个CT3局，国内长话网经由CT3进入国际长话网进行国际间通话。
5．电话网编号方案
电话交换网的地址编号就是电话号码。电话号码在全球范围内有统一的规范。这种规范很重要，如果号码分配不统一，信息交互就无法完成。电话号码的编号需要遵循两个原则：号码长度必须规范和号码前缀代表某个特定区域或者特定应用。
（1）号码长度必须规范
全球各地的号码长度可以不一致，但是细化到具体的号码，前缀和号码的长度就必须紧密配合，比如已经有了110这个号码，就不允许有11012345这个号码了。这是因为移动电话拨打号码的时候，拨号完毕后还需要按连接按钮，而固定电话则不需要。从统一的角度考虑，号码长度和前缀的结合，能保证交换机在收到号码后不会产生歧义。
（2）号码前缀代表某个特定区域或者特定应用
遵循号码前缀代表某个特定区域或者特定应用原则，一方面方便用户进行拨号，拨打本地区的号码，不用拨本地区的前缀区号；另一方面有利于电话号码的扩展。
根据上述的需求和原则，国际上制定了全球规范，各个国家在国际规范基础上结合自身特点制定本国规范。接下来介绍我国的编号规范。
1）本地网的编号
本地网就是一个城市的电话交换网。本地网中的每个号码位数都是一致的，用户的电话号码随着局数的增加，编号可采用6位、7位或者8位。这时号码是由两部分所组成的：局号和话机号。其中，局号由2~4位数字组成，话机号是4位，如81236666，即由“8123局”和“6666号”两部分组成。虽然分为两部分，但是无论是书写还是拨号，这些数字并不分开。本地网用户进行长途、特种业务等通信时，由首位号区分。首位号码的含义如下。
·1为特种业务号码或移动电话号码的首位号。
·2~8为市话号码的首位号。
·9为社会公众服务号码。
·0为长途全自动的字冠前缀。
2）特种业务号码和特服号码编号
当用户遇到火警，需要迅速报告消防局时，或进行用户故障申报、查询号码等，也需要迅速用电话联系运营商。这类特种业务号码和特服号码不同于普通用户的号码，它们是为电信业务和社会服务而设的，要求接续速度快、准确无误，因此特种业务号码和特服号码的电话号码位数比较少，有利于用户进行拨打和记忆。每个国家对这类号码都有相应的规定，我国的特种业务号码有人们非常熟悉的“1XY”三位编号，例如110、119、120等。
10开头的5位号码是电信运营商保留的特别服务号码，比如中国电信的客服号码10000号、中国联通的10010和中国移动的10086；以10开头的3位号码，都是和国际业务有关的特服号码；部分以13、15和18开通的11位号码，属于移动运营商使用的手机号码段。
3）长途网的编号
长途前缀（“0”）+区号+本地网号码就组成了长途网的编号。我国长途自动电话的前缀为0，市内号码已经在市话网确定了，剩下的就是长途区号。因为我国跨地面积比较大，各个地区政治、经济、电话业务差距很大，所以长途区号长度也会有一定的差别，分别为2位和3位，编号情况如下。
·北京：全国中心，区号编号为10。
·中央直辖市及省间中心：区号为2位，编号为2X，X范围是0~9，例如，武汉是27，广州为20，上海为21，成都为28等，共有10个编号。
·其他地区：区号位3位编号，（3~9）XY，其中X和Y的范围是0~9。
4）国际电话编号
要拨打国际长途，就必须先拨呼叫国际电话的标志号，这个号由国内长话局接收识别后，呼叫接入国际电话网。每个国家的标志号不完全相同。如我国规定为“00”，英国为“010”，比利时为“91”等。这些标志号并不是国际长途区号的组成部分。如果是拨打到美国的电话，在中国拨打，以001开始，而在英国拨打，则从0101开始。
接下来就是国际长途的区号，即国家号码。按照ITU规定，国家号码由1~3位数字组成，第1位数为“世界编号区”，即世界分为若干个编号区，每个编号区配1位号码。世界编号区的划分以及编码分配如下：北美为1，非洲为2，欧洲为3和4，东亚为8等。其中，电话数量多的国家号码为2位数，电话数量少的为3位数，以保证总的电话号码的长度不超过ITU的规定。比如在第3编号区，法国是33，荷兰是31，葡萄牙是351；在第8编号区，中国大陆为86，日本为81，朝鲜为850，柬埔寨为855。