公衆交換電話網

公衆交換電話網( PSTN )は、国、地域、または地方の電話事業者によって運営されている世界中の電話網の集合体です。公衆電話のインフラストラクチャとサービスを提供します。PSTN は、電話回線、光ファイバー ケーブル、マイクロ波伝送リンク、携帯電話ネットワーク、通信衛星、海底電話ケーブルで構成され、中央局、ネットワークタンデム、国際ゲートウェイなどの交換センターによって相互接続されており、電話ユーザーが互いに通信できるようにします。

もともとは固定回線アナログ電話システムのネットワークであったPSTNは、コアネットワークがほぼ完全にデジタル化されており^、モバイルネットワークとワイヤレスネットワークも含まれており、^現在これらすべてが^{インターネット}プロトコルを使用してPSTNトラフィックを伝送するように移行しています。^[1]

PSTNの技術的運用は、ITU-Tによって国際的に公布された標準に準拠しています。これらの標準は、主に米国のベルシステムとヨーロッパのITUメンバーのネットワークにおけるローカル電話ネットワークの開発に由来しています。E.164標準は、電話番号の形式で単一のグローバルアドレス空間を提供します。相互接続されたネットワークとグローバル電話番号計画の組み合わせにより、世界中の電話が相互に接続できます。^[2]

電話の商業化は発明後すぐに始まり、2 か所間での私的使用のために 2 台で操作される機器として始まりました。複数の場所にいる人と通信したいユーザーは、その目的に必要な数の電話機を持っていました。電話をかけたいことを他のユーザーに知らせるには、相手が警告を聞くまで送信機に向かって大きな口笛を吹きました。すぐに、合図のためにベルが電話局に追加されました。

その後の電話システムは、電信ネットワークですでに採用されていた交換原理を利用しました。各電話は、町や地域に設置された電話交換機に配線されました。この交換エリア外との通信のために、交換機間にトランクが設置されました。ネットワークは、都市、州、そして国際的な距離にまで及ぶまで、階層的に設計されました。

自動化により、電話と交換機の間にパルス ダイヤルが導入され、各加入者は同じ交換機に接続された別の加入者に直接ダイヤルできるようになりましたが、複数の交換機にまたがる長距離通話には、オペレータによる手動の切り替えが必要でした。その後、多重周波数信号方式などのより洗練されたアドレス信号により、加入者による長距離通話の直接ダイヤルが可能になり、20 世紀末までにほとんどの交換機間の通話を制御する 信号システム 7 (SS7) ネットワークが完成しました。

PSTN の成長は、ネットワークでサービス品質(QoS) を提供するテレトラフィック エンジニアリング技術によって可能になりました。AK Erlangの研究により、容量要件と機器の構成、および特定のレベルのサービスを提供するのに必要な人員数を決定するために必要な方法の数学的基礎が確立されました。

1970 年代に、電気通信業界は、PSTN で既に使用されていたエンドツーエンド機器の多くを介して転送されるX.25プロトコルを使用して、パケット交換ネットワークデータ サービスを実装し始めました。これらは、公衆データ ネットワーク、または公衆交換データ ネットワークとして知られるようになりました。

1980 年代、業界では、デジタル サービスが音声サービスとほぼ同じパターンに従うと想定して計画を開始し、ブロードバンド総合デジタル サービス ネットワーク(B-ISDN) として知られるエンドツーエンドの回線交換サービスを考案しました。B-ISDN の構想は、インターネットの破壊的な技術によって覆されました。

21 世紀初頭、電話ネットワークの最も古い部分では、エンドユーザーへのラストマイルのオーディオ周波数接続を提供するために、依然としてアナログ ベースバンド テクノロジが使用されていました。しかし、主に高速インターネット アクセスを提供するために、このネットワーク部分にDSL、ISDN、FTTx、ケーブル モデムなどのデジタル テクノロジが徐々に導入されました。

2023 年現在^{[アップデート]}、世界中の通信事業者はラストマイルのアナログ電話と ISDN の両方のサポートを廃止し、音声サービスをDSL、ケーブルモデム、または光ファイバー経由で配信されるインターネットアクセスによるVoice over IPに移行するプロセスにあり、PSTN とインターネットアクセスの 2 つの別個の技術インフラストラクチャを運用するコストと複雑さを排除します。

いくつかの大規模な私設電話網は、通常は軍事目的のため、PSTN にリンクされていません。また、大規模な構内交換機(PBX)などの限られたゲートウェイを通じてのみ PSTN にリンクされている、大企業が運営する私設網もあります。

ネットワークを構築し、顧客にサービスを販売する仕事は、ネットワーク オペレータに委ねられました。PSTN サービスを提供するために設立された最初の会社は、米国の ベル電話会社でした。

しかし、一部の国では、必要な投資額が非常に大きく、電話サービスの提供がますます重要な公共事業になりつつあったため、電話ネットワークの提供は政府に委ねられました。たとえば、英国の郵便局は、いくつかの民間企業を統合して単一の国有企業を形成しました。最近の数十年間で、これらの国営独占は民営化によって分割または売却されました。^{[3] [4] [5]}

PSTN のアーキテクチャは、加入者数、通話量、接続先、機能、テクノロジの増加に対応するために、時間の経過とともに進化してきました。北米とヨーロッパで開発された原則は、現地の市場に合わせて調整され、他の国々でも採用されました。

重要な概念は、電話交換機が階層構造になっていることです。そのため、ローカルクラスタで通話を処理できない場合は、上位のクラスタに渡されてルーティングされます。これにより、長距離のオペレータ間で必要な接続トランクの数が減少し、ローカルトラフィックも分離されました。現代の技術により、簡素化がもたらされました。

ほとんどの自動電話交換機は、機械式またはアナログ交換機ではなく、デジタル交換機を使用しています。交換機を接続するトランクもデジタルであり、回線またはチャネルと呼ばれます。ただし、交換機から家庭内の電話機までのラストマイル(ローカルループとも呼ばれます)を接続するために、依然としてアナログ 2 線式回線が使用されています。発信者から着信者への一般的な電話通話を伝送するために、アナログ音声信号は、 G.711と呼ばれる特殊なタイプの非線形パルス符号変調を使用して、 8 kHz のサンプルレートと 8 ビットの解像度でデジタル化されます。次に、通話は電話交換機を介して一方の端からもう一方の端に送信されます。通話は、全体的なルーティング戦略に基づいて、電話交換機間のコールセットアッププロトコル (通常はISUP ) を使用して切り替えられます。

通話は、元々ベル研究所によって設計された 64 kbit/sチャネルを使用して PSTN 経由で行われます。このチャネルの名前は、デジタル信号 0 (DS0) です。DS0 回線は、電話交換機における回線交換の基本的な粒度です。DS0 は、より大容量の通信リンクを形成するために時分割多重(TDM) 装置 で集約されるため、タイムスロットとも呼ばれます。

デジタル信号1 (DS1) 回線は、北米または日本のT キャリア(T1) 回線では 24 個の DS0 を伝送し、他のほとんどの国で使用されているE キャリア(E1) 回線では 32 個の DS0 (通話用に 30 個、フレーミングとシグナリング用に 2 個) を伝送します。現代のネットワークでは、多重化機能はエンド ユーザーにできるだけ近い場所、通常は住宅街の道路脇のキャビネットや大規模なビジネス施設に移動されています。

これらの集約された回線は、アクセス ネットワークと呼ばれる一連の機器を介して、最初のマルチプレクサから交換機に伝送されます。アクセス ネットワークと交換機間トランスポートでは、SONETや同期デジタル階層(SDH) テクノロジなどの同期光伝送が使用されますが、一部の部分では古いPDHテクノロジがまだ使用されています。

アクセス ネットワークは、多数の参照ポイントを定義します。これらのほとんどは主に ISDN に関係しますが、V 参照ポイントはより一般的な関係があります。これは、プライマリ マルチプレクサと交換機の間の参照ポイントです。この参照ポイントのプロトコルは、ETSI領域でV5 インターフェイスとして標準化されました。

PSTNネットワークの音声品質は、IPテレフォニーの音声品質に関する米国電気通信工業会（TIA）のTIA-TSB-116標準の開発におけるベンチマークとして使用され、オーディオ遅延とエコーの許容レベルを決定しました。 ^[6]

ほとんどの国では、政府にPSTN サービスの提供を専門とする規制機関があります。この機関は、技術基準、法的要件を規制し、独占が存在する可能性があるサービスでエンド カスタマーに過剰な料金が請求されないようにするなどのサービス タスクを設定します。これらの規制機関は、オペレーターが互いのトラフィックを運ぶために請求される料金を規制することもあります。

英国では、銅線 POTS および ISDN ベースの PSTN がSIP 電話に取って代わられ、当初の完了日は 2025 年 12 月でしたが、現在は 2027 年 1 月に延期されています。英国の PSTN スイッチオフを参照してください。音声電話は、現在の携帯電話と同様に、 E.163およびE.164標準に従い続け、エンドユーザーへのインターフェイスは同じままです。

エストニア、ドイツ、アイスランド、オランダ、スペイン、ポルトガルを含む他のいくつかのヨーロッパ諸国も、PSTNネットワークを廃止したか、廃止を計画しています。^{[7] [8] [9]}

他の大陸の国々でも同様の移行が行われています。^[8]

• 国番号一覧
• 管理された施設ベースの音声ネットワーク
• フリーキング
• 従来の電話サービス(POTS)
• 純損失による