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 スイッチング システム( 5XB スイッチ) は、ベル研究所が設計し、 1947 年からウェスタン エレクトリックが製造した電話交換機用の電話スイッチです。1990 年代初頭に電子交換システムに置き換えられるまで、ベル システムでは主に公衆交換電話網(PSTN)のクラス 5 電話スイッチとして使用されていました。派生型は、地方でクラス 4 とクラス 5 を組み合わせたシステムとして、またTWXスイッチとして使用されていました。

5XBはもともと、電話回線が数千回線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]通常の開始サイズは3000～5000回線でしたが、システムには基本的に無制限の成長能力がありました。初期の1XB都市クロスバーは、小規模な設置では非現実的なほど高価で、^[2]大規模なトランクグループの処理が困難でした。5XBは1950年代にワイヤスプリングリレーに変更され、 ^[3] 1960年代には数万回線の交換機にサービスを提供できるようにアップグレードされました。1972年に生産が開始された最終的な5Aクロスバーバリアントは、990回線と1960回線のサイズのみで利用でき、^{[4]通常は大規模な交換機のように現場で組み立てられるのではなく、1つの}パレットで配送されました。

5XB はコールバック原理を導入しました。この原理では、回線からディジット レシーバーへの最初の集中スイッチ トレインが通話完了時に完全にドロップされるため、そのリンクはすぐにこの通話または別の通話に再利用できます。^[5]これは、通話が接続されると元のスイッチ トレインが単純に構築および拡張され、完全に新しいスイッチ トレイン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のファブリックではなく、着信と発信にまったく同じ 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部分としてではなく「サービス」として使用されるという全体的な効果がありました。

すべての回線はラインリンクフレーム（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に接続されます。加入者からの通話はラインリンクフレームで発信され、トランクリンクフレームを通過して宛先に向かいます。^[6]

ライン リンク フレーム (LLF) は、2 つ以上のベイにある 10x20 クロスバー スイッチの層です。最初のベイのスイッチは、水平方向の倍数、つまり「バンジョー ワイヤ」が半分にカットされており、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ています。10 個のジャンクタ スイッチのそれぞれには、10 個の垂直方向に 10 個のジャンクタがあり、その 10 個のレベルはそれぞれ、LLF の 10 個のライン スイッチの 1 つにライン リンクとして配線されています。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、何百ものラインに対して完全に利用できます。ラインの数、つまりライン集中率 (LCR) は、予想される占有率に合わせて設計されました。

この最初の混合ベイの各回線スイッチには、9 つ​​の垂直回線に 9 つの回線があり、10 番目の垂直回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 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 個の回線スイッチが 200 回線を伝送します。したがって、回線集中率は 2.9:1 で、LLF の最小サイズは 290 回線です。オプションで、さらに 10 個のスイッチとさらに 200 回線などがある別のフレームがあり、すべてが同じ 100 回線リンクを共有するため、最大回線集中率は 5.9:1 になります。回線回路は1XBのものとよく似ており、回線リレーが交換機にトリップ状態を警告し、スイッチ垂直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。

制御の目的で、LLF のスイッチ上の加入者回線は 50 の垂直グループに分割され、10 個のスイッチのそれぞれに 5 つの回線ユニットがあります。各垂直グループは 10 回線の 5 つの垂直ファイルに分割されます。これは、サービス クラス、または後のCentrexオフィスでの顧客グループ識別が垂直ファイルの 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、はしごの上に立ち、 LLF の上部にある サービス クラスデータ フィールドを再配線するのに多くの時間を費やしました。

5XB のキャリアの後半では、補助回線リンク (ALL) フレームの使用により、ジャンクタ グループのサイズと、最大規模のオフィスのリンク効率が向上しました。ALL は 10 個のジャンクタ スイッチを備えたベイで、通常どおり左半分と右半分に分かれています。片方の半分には、そのレベルに偶数番号の LLF の回線リンクがあり、その垂直方向に隣接する奇数番号の LLF のジャンクタがあります。もう片方の半分はその逆です。この方法により、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 はメイトのジャンクタを使用できます。これらは奇数と偶数であるため、ジャンクタはトランク ジャンクタ スイッチの反対側に表示され、メイトのトランク リンクにもアクセスできます。ALL を介した接続は、トラフィック量が多い期間にのみ使用されました。

ジャンクタは、LLF からジャンクタ グループ化フレームを介してトランク リンク フレーム (TLF) のトランク ジャンクタ スイッチのレベルに配線されます。以前の設計とは異なり、ジャンクタには監視リレーやその他のアクティブなハードウェアがなく、そのような機能はすべてトランク回路に割り当てられています。TLF の基本設計には、水平方向の倍数が半分に分割された 10 個のジャンクタ スイッチ (つまり、200 個のジャンクタ) と、10 個のトランク スイッチへの 200 個のトランク リンクがあります。トランク スイッチのバンジョー配線は分割されていませんが、弁別器レベルのトリックによって 2 つのレベルが他の 8 つの使用を倍増するために割り当てられ、各トランク スイッチが 16 個のトランクを 20 個のトランク リンクに接続できるようになりました。この結果、TLF のトランク集中比 (TCR) は 0.8:1 になります。この程度の分散では、必要なトランクの種類の種類に対してトランクの出現数が少なすぎることが判明しました。 1970 年代末の 5XB オフィスには、12 レベルのタイプ C トランク スイッチがあり、そのうち 2 つを識別に使用して、TCR を統一していました。

TLF には LLF の 2 倍のリンク、ジャンクタ スイッチ、ジャンクタがあるため、常に LLF の数は TLF の 2 倍になります。最初の設計では、最大数は TLF が 10 個、LLF が 20 個で、10x20 と呼ばれていましたが、最初はほとんど達成されませんでした。1950 年代後半に、複数のトランク ジャンクタ スイッチ ベイ (ETL と SETL) が追加され、各 TLF がより多くのジャンクタにアクセスできるようになりました。最初の拡張バージョンでは、各オフィスに 20x40 が配置され、1960 年代には最大 30x60 に達しました。4 ステージ レイアウトは規模が大きくなるにつれて効率が徐々に低下し、 8 ステージの1ESS スイッチが開発中であったため、その時点で開発は停止しました。

回線からトランクへのチャネルは、回線リンク、ジャンクタ、トランク リンクの 3 つのスイッチング ファブリック リンクで構成されます。10x20 以上のオフィスでは、0 から 9 の番号が付けられた 10 個のチャネルが、任意の回線から任意のトランクに使用できます。回線ジャンクタ スイッチ番号とトランク ジャンクタ スイッチ番号は、チャネル番号と同じです。マーカーのロジックは、各種類の 10 個のリンクを比較して、クリアなチャネルを取得します。チャネルがない場合は不一致と呼ばれ、別のトランクまたは別の回線が選択されるか、ALL が存在する場合はそれが使用されるか、またはあきらめて発信者に再試行させることになります。

以前の設計と同様に、着信呼の監視は、交換ネットワークのすぐ外側のエントリ ポイントにある着信トランク回路と呼ばれるリレー セットによって処理されます。以前の設計とは異なり、発信トランク回路が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が簡素化され、回線とトランクの間のリンクを提供するワイヤのみになりました。交換ネットワークの外側のエッジに配置される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、それらのリレー 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に完全な制御を与えることができ、E および 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簡素化できます。

このより複雑なトランク回路のおかげで、発信トランクは、以前使用されていたスリーブ テストよりも迅速で用途の広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。特定のグループ内のトランクの FT リードは、それが表示されるトランク リンク フレームの FTC (フレーム テスト コモン) リードにクロス接続され、TLF にそのグループ内に 1 つ以上のアイドル トランクがあることを示します。完了マーカーのルート リレーは、センサー リレーをすべてのトランク リンク フレームに接続します。これにより、マーカーはアイドル トランクがある 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、アイドル トランクの 1 つを選択できます。この 2 段階の方法と、着信トラフィックと発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 つの発信スイッチ 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す。

この方法は、特別な信号を必要とするコイン式電話にはそれほど効率的ではありません。都市部では、コイン式電話用に別のジャンクタを備えた古い交換機によってサービスが提供されていました。5XB が唯一の交換機であった場合、いくつかの回避策が考案されました。通常の電話とコイン式電話がより複雑で高価なコイン式トランクを共有するか、別のルートを確立するか、コイン式トランクをタンデムスイッチ経由で接続し、5XB 自体を独自のタンデムとして動作させました。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りました。1 つは回線をコイン監視トランクに接続するためのもので、もう 1 つはそのトランクを発信トランクに接続するためのものでした。

また、ファブリックはトランクを直接トランクに接続できないため、タンデム コールの効率も悪かったです。代わりに、タンデム コールを行うことができる各着信トランクは、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す。費用を抑えるために、着信トランクはグループに分けられ、そのうちのいくつかはタンデム機能を持ち、いくつかはタンデム機能を持ちませんでした。この複雑さは、個別のタンデム スイッチを購入できるほどの規模の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者との接続は、4 段階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) または発信送信者リンク (OSL) と呼ばれる専用の 1 段階クロスバー ネットワークを介して行われます。レジスタと送信者は 10 個ずつのグループに分かれており、処理可能なトラフィックに応じて、クロスバー スイッチの各レベルに 1 つずつ割り当てられます。異なるトランクは、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 IRL または OSL に接続されます。

以前のシステムでは、着信トランク回路でリレーを使用して呼び出し音を制御し、話中音を返していました。5XB は、10 本のトランクに対応する 10 本の垂直線を備えたクロスバー スイッチである呼び出し選択スイッチ(RSS) を使用します。 ^[7]さまざまなレベルによって、さまざまなトーンと、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 (特にパーティ ラインで役立ちます)。レベル 0 と 1 は、チップ側またはリング側で選択呼び出し音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 スプリング RT リレーは、鳴らされている回線からのオフフックを検出し、RSS 保持マグネットを解放し、シールドされた監視リレーを接続して、リバース バッテリ応答監視が発信側に戻るために使用されます。

コールバック、シングルトレイン、その他の高度な方法では、より高度な制御が必要になりますが、効率が向上し、後の設計の標準になりました。5XB では、数字を受信するレジスタと数字を送信する送信機も分離されています。この複雑さにより、制御回路間でより多くのデータ伝送が必要になりますが、送信機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機に汎用性を持たせる必要がなくなり、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) に接続されます。オリジナルの 5XB では、マーカーはトリップ状態を警告されると、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 間のクリアなパスを識別し、後の処理に必要な情報 (回線機器やサービス クラスなど) を OR にロードして、自身を解放します。次に、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、プレトランスレータを使用して、マーカーを再度呼び出して通話を完了する前に受信する数字の数を決定します。

1960 年代には、より多くのマーカーを備えた、より大規模な 5XB システムが構築されました。コストを節約するために、マーカーは 2 種類に分けられました。1 つは、回線を OR に接続するだけの単純なダイヤル トーン マーカー (DTM) で、もう 1 つは、トランクとの間の通話を完了するための、はるかに複雑で高価な完了マーカー (CM) です。CM には、電話番号の最初の 3 桁 (または別の外国エリア ト​​ランスレータを使用する場合は 6 桁) を変換して、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 CPU 内のデータ バスと目的が似ており、マーカーを周辺機器に接続します。各コネクタは、マーカーが情報と制御信号を交換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 内の各長方形のリード パックは、ダイヤルされた 1 桁を表す 2/5 コードを送信するには、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には多数の大型リレーが必要です。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、要求元の回路と「マーカー」の名前が付けられます。マーカーによって使用が要求されたコネクタには、アウトセンダー コネクタ、ライン リンク コネクタ、トラブル レコーダー コネクタのように、接続先の回路のみの名前が付けられます。

ステップバイステップ方式やその他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ー リンクを選択する優先順位が固定されており、最も優先されるリンクがより頻繁に使用されるため、同じ障害のある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ることです。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おり、次の通話で同じ回路要素が使用される可能性はほとんどありません。したがって、通話中に機器の問題が発生した場合、2 回目の試行はおそらく成功します。

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、共有マーカーには大量の自己チェック回路が組み込まれています。マーカーの数が少ないため実現可能であり、マーカーの正しい機能が重要であったため有益でした。たとえば、数字コードは、5 本の線のうち 2 本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。マーカーに組み込まれた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 カードが作成され、スイッチマンがエラーを検出して原因を診断できるように、障害が記録されます。下のテスト フレームの写真の左下に、カード パンチといくつかのカードが見えます。

以前の設計よりも大幅に、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。この複雑な装置はすべての共通制御機器に配線されており、たとえば、異なる速度、電圧、その他のパラメータで動作するディジット レシーバーの機能を自動的に実行できます。^[8] MTF は、特定の発信トランクを選択でき、マーカーが特定のトランクに異なる回線を選択する機能をテストすることもできます。このテスト設備は、セントレックス、直通電話、その他の技術革新により、変換とトランクの選択のタスクが複雑化するにつれて、より価値のあるものになりました。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、サービスに悪影響を与える可能性のあるインピーダンスの不均衡や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ある。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施した。自動AMAトランスレータ試験フレームは、請求エラーの原因となる配線ミスがないかチェックした。非自動化発信トランク試験パネルは、遠方の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た。各発信トランクは2つのジャックで表され、1つは電圧計と送信回路の試験アクセス用、もう1つはメークビジー操作用である。マスター試験フレームは、必要に応じてメークビジー状態を無効にすることができた。

米国で最初に国際直通電話 ( IDDD ) が利用できた局は、ニューヨークのマンハッタンにある 435 West 50th Street 交換局ビルの 10 階にあった LT-1 交換局でした。その MF 送信機群は、そのサービス特有のデュアル アウトパルス要件に対応していました。その後数年間に導入された都市部の大型 5XB のほとんどには IDDD が搭載され、既存のものにも後から追加されましたが、デュアル アウトパルス機能は省略され、その機能はTSPSによって処理されていました。

また、5XB の優れた汎用性を利用して、サービス パッケージとしてCentrexが発明されました。後に、プログラム制御交換の蓄積により、より広範なサービス機能が可能になりました。Autovonは当初、非階層型ポリグリッド ルーティング システムを実装するために、より複雑なマーカーを備えた 5XB の 4 線バージョンを使用していました。トランク回路には、マルチレベルの優先順位とプリエンプションを実装するための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 年代初めに登場しました。1ESSスイッチはすでにサービスを開始しており、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、まだ広く利用されていなかったため、5XB が交換機として指定されました。すべてのピクチャーフォン回線には 6 本のワイヤがあります。古い通話ペアとビデオ送信ペア、およびビデオ受信ペアです。新しい広帯域スイッチング 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、ワイヤのうち 2 本は接地されているため、2 つのビデオ ペアのクロストークが減少しています。ピクチャーフォンの通話を完了すると、完了マーカーは最初に通話のオーディオ部分が完了される回線またはトランクを選択し、次にオーディオ スイッチとビデオ スイッチの両方をセットアップしました。広帯域リモート スイッチ (WBRS) は、ピクチャーフォン機能が与えられた大規模な交換機からのビデオ範囲外にある回線のビデオ コンセントレータとして、小規模な交換機に設置されました。

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