電話交換機

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電話交換機(でんわこうかんき)とは、電話回線を相互接続し電話網を構成するための交換機である。2000年代に入り、VoIPへの置き換えが開始されたため、日本ではNTTなど電気通信事業者(キャリヤ)向けの電話交換機はほとんど製造されておらず、事務所工場などの内線電話用(自営設備)の構内交換機が製造されている。

手動の交換台の時代から、最初に発明されたステップ・バイ・ステップ交換機、クロスバー交換機を経て、デジタル交換機に至るまでの間、交換機は段階的に、かつ大幅に小型化された。そして、従来交換機が陣取っていた場所は空きスペースとなり、現在はコロケーション(co-location=共同の設置場所)スペースとして、ADSLなどの他の電気通信事業者などに貸し出されている。

歴史[編集]

各方式を開発された順番に記載する。

交換機間の情報伝送方式[編集]

電話番号輻輳処理・料金計算などのための交換機間の情報伝送方式には、次のようなものがある。

共通チャネル形信号方式[編集]

通話チャネルと同じ伝送路に多重化された別のチャネルで制御信号を送受信するものである。ISDNのDチャネルを用いる場合、「Dチャネル共通線信号方式」と呼ばれる。

遠隔多重加入者線伝送装置 (Remote Subscriber Line Terminating Module) ・内線電話交換機と加入者交換機との間に用いられている。

特徴[編集]

  • 同じ伝送路を用いるため低コスト化が可能である。
  • 制御チャネルが多数の通話チャネルで共用できる。

共通線信号方式[編集]

制御信号を、通話路とは物理的に別の伝送路で、送受信するものである。事業用のデジタル交換機・電子交換機相互間で用いられている。代表的なものにNo.7共通線信号方式がある。

特徴[編集]

  • 制御線が多数の通話路で共用できる。
  • 個別線信号方式と比較して多くの情報のやり取りができ、多機能化が可能である。
  • 物理的に別の伝送路を用いるため管理が煩雑である。
  • 通話路の断絶時でも接続操作が行われて課金される可能性もある。

個別線信号方式[編集]

通話路と同じ伝送路で制御信号を送受信するものである。多周波数 (Multi Frequency) 信号が事業用クロスバー交換機相互間に、DTMFモデムを用いるものが内線電話交換機と加入者交換機との間に用いられていた。デジタル交換機に置き換えが完了して以降は使われていない。

特徴[編集]

  • 共通線信号方式と比較して単純な情報のやり取りしかできない。
  • 物理的に同じ伝送路を用いるため管理が単純である。
  • 通話路の断絶時は接続操作が行われない。
  • 音声信号を用いるため交換機などの不正操作が行われる場合がある。

デジタル交換機[編集]

デジタル交換機は、制御信号や通話信号を全てデジタル信号で処理し中継交換するものである。ISDN網の構築に用いられている。 電子交換機(後述)は、通話信号をアナログのまま処理していたが、デジタル交換機はPCM伝送される通話信号をPCMのまま交換することに最大の特色がある。

1980年前後に各国で開発が発表され、順次導入されていった。日本では、1982年に東京大手町局において運用が開始され、以降、2000年代に至っても、なお主力の交換機として活躍している。

制御方式[編集]

中央処理[編集]

電子交換機と同じく、ソフトウェアを書き換えるだけで機能の追加を行うことの出来る蓄積プログラム方式である。各機能を処理するため、優先順位つきの時分割多重化処理が行われている。

保守運用[編集]

自動故障検知・予備系切替えが行われる。遠隔保守・統計機能などのオペレータ向けヒューマンマシンインターフェースも充実している。

信号処理[編集]

通話路の監視・信号の処理、呼び出し音話中音などの音声信号の発生をデジタル回路で行っている。

通話路[編集]

通話路制御方式として、時分割 (Time Division) が用いられる。時分割により多重化された伝送路をハイウエイ (High Way) と呼び、回線交換操作に時間スイッチと空間スイッチとが用いられる。

  • 時間スイッチ (Time Switch) : 時分割多重化された信号を一時的に半導体メモリに蓄え、時間的位置を入れ替えることで交換操作を行う。
  • 空間スイッチ (Space Switch) : イメージとしては物理的なスイッチやセレクタに近い。入力された信号を時間位置ごとに別の出力回線に振り分けることで交換操作を実現する。

通話路スイッチを多段構成する場合は、多重化されるチャネル数が増大するにつれて網の使用能率が上昇するTST(時間SW - 空間SW - 時間SW)の構成が用いられる。

特徴[編集]

  • 完全にデジタル化されているため伝送・交換による音質などの低下が少ない。
  • 回線交換部分を含めて集積回路化され機械動作部分が少ないため信頼性が高く、低消費電力である。
  • RSBM・RTを用いた時分割多重化による集線で、伝送路の有効利用が可能である。
  • デジタル回路になった通話路スイッチからは大電力を供給できないため、各加入者線に個別にBORSCHT機能[1]を持たせている。

交換機形式[編集]

D60形、改D60形、D70形、改D70、DMS-10形、DMS-100形など

ATM交換機[編集]

ATM交換機は音声や動画、FAX等の情報を非同期転送モードにより同じ回線で送ることが出来る。従来の交換機技術の延長で開発された。一時期は次世代の主流になると期待されたが、ルーターを介したIPベースの通信網の方が優れていたため広範な普及には至らず現在では限定的な普及に留まっている。

電子交換機[編集]

電子交換機は、それまでの#クロスバー交換機#ステップバイステップ交換機といった電磁機械的制御と異なり、制御回路にマイクロプロセッサ等の電子回路を利用する交換機である。ただし、情報は依然としてアナログ信号で中継交換されていた。クロスバー交換機との最大の違いは、布線論理(ワイヤードロジック)からソフトウェア制御になったことであるが、扱う信号はアナログ信号のままであるため、通話品質がクロスバーと比較して向上したとは言い難い。

米国ベル研究所によって開発され、1965年に公衆交換電話網用として実用化、日本では1972年にD10形交換機が銀座局などで運用を開始した。

制御方式[編集]

中央処理[編集]

実質的にはコンピュータそのものであり、蓄積プログラム制御されている。ソフトウェアを書き換えることで機能の追加改訂を行うことが出来る。

入出力[編集]

通話路の監視・信号の処理、呼び出し音・話中音などの音声信号の発生を、加入者線間で共用されているトランクと呼ばれるアナログ回路で共通制御している。また、BORSCHT機能を加入者線間で共用している。

特徴[編集]

クロスバーと比較して、以下の特徴をあげることが出来る。

  • ソフトウェア制御になったため、各種の電話サービスを低コストかつ短期間で実装出来るようになった。
  • 電磁回路から電子回路による制御になったため、制御動作がきわめて高速になり、また制御装置が小型化された。

通話路[編集]

通話路制御方式として空間分割 (Space Division) を用い、通話路スイッチを多段構成して多くの回線を接続している。また、通話路スイッチとして小型のリレーである多接点封止形スイッチ (Sealed Multi-Contact Matrix) を用いている。

交換機形式[編集]

D10形(大規模局用)、D20形・D30形(中小規模局用)など

開発者[編集]

エイモス・エドワード・ジョエル

クロスバー交換機[編集]

リレー「クロスバースイッチ」を用いる交換機。各バーとリレー、回線を流れるダイヤルパルス・DTMFなどの電話番号情報は全てアナログ信号である。クロスバー交換機は、それらを一時的に記憶し通話・課金制御を行う。

1926年にスウェーデンエリクソン製のものが世界で初めて使用開始された。

日本では、1955年に群馬県の高崎局において米国製のクロスバー交換機が導入され、これが日本国内初のクロスバー交換局となった。翌年、日本国産のクロスバー交換機が開発され、日本全国の電話局に順次設置された。

制御方式[編集]

布線論理方式である。つまり、全ての動作ロジックはハードウェアで決定されている。共通制御回路で電話番号などの制御情報を一時的に記憶し通話路制御などを行っている。

特徴[編集]

ステップバイステップでは不可能だったこととして、以下の特徴をあげることが出来る。

  • 伝送路の有効利用のための制御が可能である。
  • 制御回路の配線を変更することで、付加機能の変更が可能である。

通話路[編集]

通話路としてクロスバースイッチ(腕木式)が用いられる。

交換機形式[編集]

C8形、C82形、C63形、C400形、C460形、C4・5形、C2、C1形等

開発者[編集]

加藤 善男 他

ステップ・バイ・ステップ交換機[編集]

ステップ・バイ・ステップ(SxS)交換機は、発信電話機のダイヤルパルスによる直接制御で、ソレノイドラチェット機構で駆動されるワイパー(可動接点)が上昇回転しながら、順次二次、三次セレクターへと接続していき、特定の相手先電話に接続する仕組みの電話交換機。このSxS交換機に対応した電話機は、10pps (Pulse per second) のダイヤルパルス黒電話(3号・4号・600-A1・650-A1など)であり、クロスバー交換機以降に使われるようになった20ppsの電話機は対応していない。また、クロスバー機以降の機能であるプッシュ回線機能も備えていない。

米国のStrowger(en:Almon Brown Strowger)によって1887年から1891年に開発されATM社によって製作されたA型と、ドイツジーメンス・ウント・ハルシュケが1889年に開発したH型とがある。Strowgerはこんにちでは発明家とみなされているが、交換機の発明に関しては、当時営んでいた葬儀屋業が、ライバル業者の奥方が電話交換手で、電話を横取りされて妨害されていたことから発明に及んだものである、と逸話的に(英語版ではanecdotallyとしている)言い伝えられている。

日本では、1926年に京橋電話局がステップバイステップ方式であるA形交換機を導入し、最初の自動交換局として開局した。20世紀に入ると、磁石式とは異なり発電機を回す必要のない共電式の導入が始まったが、1923年の関東大震災で電話基盤が壊滅的な打撃を受けたことを契機として、自動交換機の大幅導入が決定されたのである。当時、ステップバイステップ方式以外にも自動交換を実現する方式はあったが、ステップバイステップ方式はそれらの中で震動に強い構造であったことが決め手の一つになったと言われる。

以降、ステップバイステップ交換機は大都市を中心に設置され、ダイヤル即時自動化に貢献したが、次のような欠点もあり、次第にクロスバー交換機に取って替わられることとなった。

  • 中継回線選択機能がなくスター形着信タンデム網構成となり中継回線の利用効率が悪い。
  • 比較的大型の部品を多数使用するため回線あたりの設置面積が大きく局舎の収容能力が逼迫する。
  • 機械駆動部分が多く接続操作に時間がかかる。
  • 保守の工数が大きく機械寿命も短い。

制御方式[編集]

クロスバー以降の自動交換機と異なり、その機械構造自体が制御機能を規定している。布線論理方式と言えなくはないが、逆に「制御方式として特記すべきものはない」とも言える。何より、交換手不要の自動交換を実現出来ることが最大の特徴と言える。(そもそも、論理回路の概念が発見される以前に発明された)

交換機形式[編集]

  • A形
  • H形
  • T形(国産)

手動[編集]

(参考)

手動の時代には、発呼者の要求に従って「交換台」の交換手が通話路・課金制御を行っていた。所定の手続きにより、電話線のジャックを「ひも回線」と呼ばれるケーブルで接続する。6.3mm(1/4インチ)径の標準フォーンプラグとジャックがそのように呼ばれたのは、これのために作られたことに由来する。

単座席
1人の交換手が取り扱う小規模のもの。
単式複座席
回線を区分して収容した交換台を複数並べたもの。他の交換台に収容された回線との接続は複数の交換手が共同で取り扱うため効率が悪い。
複式複座席
1つの回線を複数の交換台に複式で収容し、交換台間の共同操作の確率を低くしたもの。

通話トラフィックの増大により交換手の負担が過重となったことや、通話の秘密保持などの理由から、自動交換機の開発へと進んだ。なお、大企業等の内線電話の交換手は、電話局の交換手より長く残存した。

使用目的による分類[編集]

  • 構内専用交換機 (PAX : Private Automatic eXchange) : 公衆交換回線に接続されず専用線や内線電話網のみに接続されるもの。
  • 内線交換機 (PBX : Private automatic Branch eXchange) : 内線電話網・専用回線と公衆回線とを相互に接続するもの。
  • 電話事業者用交換機 : NTTなどの電話事業者が公衆回線交換に用いる大型の交換機。公衆回線どうしを接続するもの。

階梯による分類[編集]

現在、電話事業者の持つ交換網は巨大であり、そのため、交換網はレイヤ構造となっている。そのレイヤ構造の各層(階梯)において、交換機の機能は異なる。

加入者階梯交換機[編集]

加入者線、いわゆる電話線を直接接続(加入者の収容)し、回線交換を制御する交換機であり、交換網の最下層に相当する。LS (Local Switch) とも呼ばれる。例えば、NTT DoCoMoでは、MLSと呼ばれる最下階梯の交換機があるが、これはMobile Local Switchを略したものである。

中継階梯交換機[編集]

ある交換網の中において、交換機間を接続する。TS (Toll Switch) とも呼ばれる。 1つのLSはその地域にある多くの加入者を収容しているので、その地域内の相互通話はLSのみで可能であるが、別のLSに収容されている加入者と通話するには、TSを通じて回線交換する必要がある。全てのLSを直に接続すると、接続数がきわめて膨大になるため、必要時のみ、その間を取り持つ、というのがTSの存在意義である。

関門階梯交換機[編集]

交換網間を接続する。GS (Gateway Switch) とも呼ばれる。機能的にはTS機能を含む。ある交換網が別の交換網と相互接続したい時、その関門 (POI) に設置される。TS機能の他に、信号変換の機能を持つ事が多い。

給電方式による分類[編集]

歴史的に見て、電話は磁石式から共電式へと発達したが、携帯電話や高機能電話の出現により、共電式はむしろ過去のものとなりつつある。

脚注[編集]

  1. ^ (B:Battery Feed(電力供給)、O:OverVoltage Protection(過電圧保護)、R:Ringing(呼出信号送出)、S:Supervisor(監視)、C:Codec(符号化/復号)、H:Hybrid(2線-4線変換)、T:Test(加入者試験))

関連項目[編集]