第5クロスバースイッチングシステム

ナンバーファイブクロスバー交換システム（5XBスイッチ）は、ベル研究所が設計し、ウェスタン・エレクトリック社が1947年から製造を開始した電話交換機用の電話交換機です。ベルシステムでは、主に公衆交換電話網（PSTN）のクラス5電話交換機として使用されていましたが、1990年代初頭に電子交換システムに置き換えられました。地方では、クラス4とクラス5を組み合わせたシステムや、 TWXスイッチとして使用されるバリエーションもありました。

5XB は、当初、電話回線が数千本しかない町や小都市にクロスバー交換の利点をもたらすことを目的としていました。^{[ 1 ]}一般的な開始規模は 3000 ～ 5000 回線でしたが、このシステムは基本的に無制限の拡張能力を持っていました。初期の1XB都市型クロスバーは、小規模な設置では非現実的に高価であり、^{[ 2 ]}大規模なトランク グループの処理に困難がありました。5XB は1950 年代にワイヤー スプリング リレーに変換され^{[ 3 ]}、1960 年代には数万回線の交換局に対応するためにその他のアップグレードが行われました。1972 年の製造開始となった最終型の5A クロスバーは、990 回線と 1960 回線のサイズのみで利用可能で^{[ 4 ]}、大規模な交換局で通常行われる現場での組み立てではなく、一般的に 1 つのパレットで納品されました。

5XB ではコールバック原理が導入され、通話完了時に回線からデジタル受信機への初期集中スイッチトレインが完全に切断され、そのリンクがすぐにこの通話または別の通話に再利用できるようになりました。^{[ 5 ]}これは、通話が接続されるにつれて元のスイッチトレインが単純に構築され拡張され、完全に新しいものに置き換えられるのではなく、以前のクロスバー システムとは対照的です。また、以前のシステムで行われていた別々のファブリックではなく、着信通話と発信通話でまったく同じ 4 段階のスイッチングファブリックを使用します。これらの開発により、スイッチファブリックが全体的に簡素化され、以前のほとんどのシステムの場合のように通話の不変の部分としてではなく、「サービス」として使用できるようになりました。

すべての回線は回線リンクフレーム（LLF）で終端され、すべてのトランクとほとんどのサービス回線はトランクリンクフレーム（TLF）で終端されます。各TLFは、少なくとも10個のジャンクタによってすべてのLLFに接続されています。加入者からの通話は回線リンクフレームで発信され、宛先に向かう途中でトランクリンクフレームを通過します。^{[ 6 ]}

ラインリンクフレーム

ラインリンクフレーム（LLF）は、2つ以上のベイに配置された10x20クロスバースイッチの階層構造です。最初のベイのスイッチは、水平方向のマルチプル、つまり「バンジョーワイヤ」が半分に切断され、各スイッチがラインスイッチとジャンクタスイッチに分割されます。10個のジャンクタスイッチはそれぞれ10個の垂直線上に10個のジャンクタを持ち、各レベルはラインリンクとして配線され、LLFの10個のラインスイッチのいずれかに接続されます。したがって、ラインリンクフレームは100個のジャンクタを終端します。各ジャンクタは、100個のラインリンクを介して、数百本のラインすべてに完全に接続できます。ライン数、つまりライン集中比（LCR）は、想定される使用率に合わせて設計されています。

この最初の混合ベイにある各回線スイッチは、9本の垂直線に9本の回線を持ち、10本目の垂直線はテスト用に予約されています。これらのスイッチの90本の回線に加えて、各LLFには少なくとも1つの単純な回線スイッチベイがあり、さらに10本の回線スイッチで200本の回線が伝送されます。したがって、LLFの最小サイズは290本で、回線集中比は2.9:1です。オプションで、さらに10本のスイッチと200本の回線を持つ別のフレームがあり、これらはすべて同じ100本の回線リンクを共有しているため、最大回線集中比は5.9:1になります。回線回路は1XBのものとよく似ており、回線リレーで交換機にトリップ状態を通知し、スイッチ垂直線の垂直オフノーマル接点がカットオフリレーとして機能します。

制御目的で、LLFのスイッチ上の加入者回線は、10個のスイッチそれぞれに5回線ユニットずつ、合計50回線の垂直グループに分割されます。各垂直グループは、10回線からなる5つの垂直ファイルに分割されます。これは、サービス等級、または後のCentrexオフィスにおける顧客グループ識別情報が、垂直ファイル内の10回線すべてで共有されるため重要です。Centrexオフィスのスタッフは、 LLF上部のサービス等級データフィールドの配線をやり直すために、はしごに登って多くの時間を費やしました。

5XBの運用後期には、補助回線リンク（ALL）フレームの使用により、最大規模の局のジャンクタグループサイズ、ひいてはリンク効率が向上しました。ALLは、通常通り左右に分割された10個のジャンクタスイッチを備えたベイです。一方の半分には、レベル方向に偶数番号のLLFの回線リンクが、垂直方向に隣接する奇数番号のLLFのジャンクタが配置され、もう一方の半分はその逆になっています。この仕組みにより、マーカーが最初の試行でアイドルパスを見つけられなかった場合、各LLFは対応するLLFのジャンクタを使用できます。これらのLLFは奇数と偶数であるため、ジャンクタは幹線ジャンクタスイッチの反対側に配置され、対応する幹線リンクにもアクセスできます。ALLを介した接続は、トラフィック量の多い期間のみ使用されました。

以前の設計と同様に、着信通話の監視は、交換ネットワークのすぐ外側の入口に設置された着信トランク回路と呼ばれるリレーセットによって行われます。以前の設計とは異なり、発信トランク回路は同等の発信機能に使用されます。つまり、以前のクロスバーシステムと同じ名前を持つジャンクタは簡素化され、回線とトランク間のリンクを提供するワイヤのみになります。交換ネットワークの外側端に配置された発信トランク回路は、発信側の監視を担当します。異なる発信トランクは異なる場所に接続され、異なる通話に使用されるため、リレーセットは特定の種類のシグナリングや通話メータリング（自動メッセージアカウンティングを参照）またはその他の特殊性に特化できます。したがって、TSPSトランクはオペレーターに完全な制御権を与えることができ、E&Mシグナリングトランクは専用長距離回線に必要な種類のシグナリングを実行でき、ローカル発信トランクはよりシンプルにすることができます。

このより複雑なトランク回路のおかげで、送信トランクは、以前使用されていたスリーブテストよりも迅速かつ汎用性の高い方法で選択されます。各トランク回路は、アイドル状態を示すためにFTリードに接地を提供します。特定のグループのトランクのFTリードは、そのグループに1つ以上のアイドル状態のトランクがあることを示すために、そのグループに現れるトランクリンクフレームのFTC（フレームテスト共通）リードに相互接続されます。完了マーカー内のルートリレーは、センサリレーをすべてのトランクリンクフレームに接続し、マーカーがアイドル状態のトランクを持つTLFを選択し、トランクリンクコネクタ（TLC）を介してそのトランクに接続して、それらのアイドル状態のトランクの1つを選択できるようにします。この2段階の方法と、受信トラフィックと送信トラフィックの混合により、トラフィックがより均等に分散され、トランクグループを1つまたは2つの送信スイッチフレームに制限していた以前の方法でよく発生していたリンク輻輳の問題が軽減されました。

この方法は、特別な信号伝送が必要な公衆電話には効率が悪い。都市部では、公衆電話専用のジャンクタを備えた旧式の交換機が使用されていた。5XB が唯一の交換機である地域では、いくつかの回避策が考案された。通常の電話と公衆電話は、より複雑で高価な公衆電話回線を共有するか、別々のルートが確立されるか、または5XB 自体がタンデムスイッチとして機能するタンデムスイッチを介して公衆電話回線が接続された。この最後のケースでは、通話は交換ファブリックを介して 2 つの接続を使用する必要があった。1 つは回線を公衆電話監視用回線に接続するため、もう 1 つはその回線を発信回線に接続するためである。

また、ファブリックはトランク同士を直接接続できないため、タンデム通話の効率も低下しました。そのため、タンデム通話が可能な着信トランクはそれぞれ、回線であるかのように回線リンクフレームの外観を持つ必要がありました。コスト削減のため、着信トランクはグループ分けされ、タンデム機能を持つものと持たないものが分けられました。この複雑な仕組みは、専用のタンデムスイッチを導入できる規模の大きな場所では回避されました。

トランクと着信レジスタおよび発信送信機との接続は、4 段構成の音声ファブリックを介して行われるのではなく、それぞれ着信レジスタ リンク (IRL) または発信送信機 リンク (OSL) と呼ばれる専用の単段クロスバー ネットワークを介して行われます。レジスタと送信機は 10 台ずつのグループに分けられ、処理できるトラフィック量に応じて適切な数のクロスバー スイッチの各レベルに 1 台ずつ割り当てられます。使用するシグナリングの種類 (IRDP、IRRP (パネル スイッチを参照)、またはIRMF)に応じて、異なるトランクが異なる IRL または OSL に接続されます。

従来のシステムでは、着信トランク回路のリレーを使用して呼び出し音を制御し、ビジートーンを返していました。5XB では、呼び出し選択スイッチ(RSS) を使用しています。これは、10 本のトランクに対応する 10 本の垂直線を持つクロスバー スイッチです。^{[ 7 ]}さまざまなレベルにより、さまざまなトーン、さまざまな持続時間とリズムの呼び出し電流が提供されます (パーティ ラインに特に役立ちます)。レベル 0 と 1 は、チップ側またはリング側での選択呼び出しの極性を設定するための識別レベルとして使用されます。特に感度の高いワイヤー スプリング RT リレーを使用して、呼び出し中の回線からオフフックを検出し、RSS ホールド マグネットを解除し、シールド監視リレーを作動させて、逆バッテリー応答監視を発信側に返します。

コールバック、シングルトレイン、その他の高度な方式では、より高度な制御が必要となりますが、効率が向上し、後の設計では標準となりました。5XBでは、数字を受信するレジスタと数字を送信する送信レジスタが分離されています。この複雑さにより、制御回路間のデータ伝送量が増加しますが、送信レジスタの保持時間が大幅に短縮され、以前のシステムのように大規模で多数の複雑な送信レジスタに汎用性を組み込むことなく、全体的な効率と汎用性が向上します。

発信レジスタ（OR）はトランクリンクフレーム（TLF）に配線されています。オリジナルの5XBでは、マーカーはトリップ状態を通知されると、トランクを選択するのと同じメカニズムでORを選択し、回線とOR間のクリアパスを識別し、後続の処理に必要な情報（回線設備やサービス種別など）をORにロードして、自身を解放します。その後、ORは数字（ロータリーまたはトーン）を受信し、リードリレーパックに格納し、プリトランスレータを使用して受信する数字の数を決定してから、マーカーを再度呼び出して通話を完了します。

1960年代には、より多くのマーカーを備えた大規模な5XBシステムが構築されました。コスト削減のため、マーカーは2種類に分けられました。1つは、回線をORに接続するだけのシンプルなダイヤルトーンマーカー（DTM）、もう1つは、トランクへの発信またはトランクからの発信を完了するための、はるかに複雑で高価な補完マーカー（CM）です。CMには、他の機能の中でも特に、電話番号の最初の3桁（または、別の海外地域翻訳機を使用する場合は6桁）を翻訳して、正しい発信トランクと処理を識別する機能があります。

コネクタは、コンピュータのCPU内部のデータバスと同様の目的で、マーカーを周辺機器に接続します。各コネクタは、マーカーが情報や制御信号を交換するために使用するすべてのリード線を接続するために、それぞれ30個の接点を持つ大型リレーで構成されています。たとえば、OR内の長方形のリードパックはそれぞれ、ダイヤルされた1桁を表す5つのうち2つのコードを送信するために、発信レジスタマーカーコネクタを介して5本のリード線で接続する必要があります。速度を上げるために、転送は完全に並列で行われるため、多数のワイヤを接続するために多数の大型リレーが必要になります。周辺回路の動作要求に応答するコネクタには、ORMCやIRMCのように、要求元の回路名と「マーカー」名が付けられます。マーカーによって使用が要求されたコネクタには、送信コネクタ、回線リンクコネクタ、トラブルレコーダーコネクタのように、接続先の回路名のみが使用されます。

ステップバイステップ方式などの初期のシステムの欠点の1つは、トランクまたはセレクタリンクの選択優先順位が固定されており、最も優先されるリンクが頻繁に使用されるため、同じ故障したハードウェアがサービスから削除されるまで、繰り返しの通話試行がブロックされてしまうことです。5XBマーカーは、優先順位をローテーションするように設計されているため、次の通話で同じ回線要素が使用される可能性は非常に低くなります。したがって、通話中に機器の問題が発生しても、2回目の試行で成功する可能性が高いです。

部品の故障からユーザーを保護するという意図的な設計上の決定により、共有マーカーには自己チェック回路が多数搭載されています。マーカーの数が少ないため、これは実現可能であり、マーカーの正常な動作が極めて重要であったため、有益でした。例えば、数字コードは、5つのラインのうち正確に2つがアクティブになっていることを確認するためにチェックされます。マーカーの内蔵自己テスト回路がエラーを検出すると、テストステーションで大きなパンチカードが生成され、故障が記録されます。これにより、スイッチマンが故障を検出し、原因を診断するのに役立ちます。カードパンチといくつかのカードは、下のテストフレーム写真の左下に写っています。

以前の設計よりも、テスト設備はマスターテストフレーム（MTF）に集中化されています。この複雑な機器はすべての共通制御機器に配線されており、たとえば、デジタル受信機が異なる速度、電圧、その他のパラメータで動作する能力を自動的にテストできます。^{[ 8 ]} MTFは、特定の発信トランクを選択でき、マーカーが異なる回線を特定のトランクに選択する能力をテストすることもできます。セントレックス、直接距離ダイヤル、その他のイノベーションにより、変換とトランク選択のタスクがより複雑になったため、このテスト設備の価値が高まりました。回線のテストに使用する場合、MTFは変換をテストし、電圧計テストを実行してインピーダンスの不均衡やサービスを損なう可能性のあるその他の電気的状態を検出できます。^{[ 9 ]}

その他の試験装置には、回線絶縁試験フレームと自動トランク試験フレームが含まれます。後者はテレタイプテープリーダーを介して操作され、5 レベルのパンチテープにエンコードされた指示に基づいてトランク試験を実行しました。自動 AMA トランスレータ試験フレームは、課金エラーの原因となる可能性のある配線ミスをチェックしました。非自動発信トランク試験パネルは、遠隔オフィスへのトランクの電圧計と信号チェックを可能にし、^{[ 10 ]} MTF をこの面倒な作業から解放します。各発信トランクは 2 つのジャックで表されます。1 つは電圧計と送信回路のテストアクセス用、もう 1 つはビジー操作用です。マスター試験フレームは、必要に応じてビジー状態をオーバーライドすることができました。

米国で初めて国際直通ダイヤル（IDDD）に対応した交換局は、ニューヨーク州マンハッタンの西50丁目435番地にある交換局ビルの10階にあるLT-1交換局でした。この交換局のMF送信機群は、このサービス特有の二重出力パルス要件に対応していました。その後数年間に新設された大規模な都市型5XB交換局のほとんどがIDDDに対応しており、既存の交換局にも一部後付けされましたが、ほとんどの交換局は二重出力パルス機能を省略し、その機能はTSPSが担っていました。

5XBの優れた汎用性を活かし、Centrexはサービスパッケージとして開発されました。後に、プログラム内蔵制御交換方式により、より広範なサービス機能が実現しました。Autovonは当初、5XBの4線式バージョンを使用し、より複雑なマーカーを用いて非階層型ポリグリッドルーティングシステムを実装しました。トランク回線には、多段階の優先順位とプリエンプションを実装するために、追加のロジックとデータストレージが組み込まれていました。

ピクチャーフォンは1970年代初頭に登場しました。1ESSスイッチは既に運用を開始しており、高度なサービスのためのより洗練された基盤を提供していましたが、まだ広く普及していなかったため、5XBが交換機として指定されました。ピクチャーフォンの回線はそれぞれ6本の線で構成されています。従来の音声ペアに加え、映像伝送ペアと映像受信ペアです。新しい広帯域交換ファブリックは、タイプBクロスバースイッチの6線バージョンを使用して設計され、2本の線が接地されているため、2つの映像ペア間のクロストークが低減されます。ピクチャーフォン通話を完了すると、完了マーカーはまず通話の音声部分を完了する回線またはトランクを選択し、次に音声スイッチと映像スイッチの両方を設定します。広帯域リモートスイッチ（WBRS）は、ピクチャーフォン機能が追加された大規模交換局から映像範囲外の回線の映像集中装置として、小規模交換局に設置されました。

• パネルスイッチ
• 1XBスイッチ
• 1ESSスイッチ

• 5XBの歴史