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▣ 교환기의 필요성
전화 가입자가 많아지면 회선의 수도 많아질 수밖에 없다. 일반적으로 n사람의 가입자를 연결하려면 n(n-1)/2줄의 회선이 필요하다. 예를 들어 전화기가 두 대라면 전화기 두 대를 연결하는 전화선은 1줄, 세 대면 3줄, 다섯 대면 10줄, 열 대면 45줄, 천만 대면 49조 9,999억 500만 개의 전화선이 필요하게 된다.
따라서 전화 가입자들이 많이 몰려 있는 지역의 중심에 교환대를 설치하고 여기에다 모든 가입자를 연결시켜 서로 접속을 요구하는 사람끼리 교환시켜 주면 선로의 수가 훨씬 줄어들어 경제적이라는 개념으로부터 교환기술이 시작되었다.
<그림 1> 교환기의 기능
▣ 교환기의 개발 과정
1. 수동식 전화기
수동식 교환기는 교환수가 통화를 원하는 가입자를 상대편에 직접 연결시켜 주는 교환 방식인데, 전화기가 늘어남에 따라 많은 인력이 필요하고 통화의 기밀유지가 어렵다는 문제점이 있어 자동교환기가 개발되었다. 수동식 교환기에는 자석식과 공전식이 있다.
<그림 2> 교환기의 발전과정
2. 자동식 교환기
(1) 기계식 교환기
① 스텝 바이 스텝
1889년 미국의 스르토저가 스텝 바이 스텝 방식의 자동교환기를 발명함으로써 전화 교환기는 자동화시대로 돌입하게 되었다.
스텝 바이 스텝 방식의 교환기는 전화 가입자가 돌린 다이얼 신호 숫자에 따라서 셀렉터나 커넥터 가 순차적으로 작동하는 직접제어방식의 교환기이다. 스트로저가 개발한 기계식 자동교환기의 핵심기술인 스위치 구성은 반 원통 모양의 기둥에 수평과 수직으로 10개씩 연결단자가 나와있어 수평 및 수직운동에 의해 목적지 연결 단자와 접속되게 되어 있다.
<그림 3> Step By Step 방식 자동 교환기의 원리
예를 들면, 전화번호 40-1246를 호출하였을 때 최초의 [4]는 1차 셀렉터가 움직여 레벨 4의 접점에 접속시키고 다음의 [0]은 2차 셀렉터가 레벨 0의 접점에 접속시킨다. 번호 [1, 2]는 3차 및 4차 셀렉터가 같은 동작을 하며, 마지막 [4, 6]은 커넥터가 움직여 4단의 여섯번째 접점에 접속되어 상대 회선에 연결시킨다.
스트로저 자동교환기는 발신자 다이얼 펄스에 의해 각 단계식으로 스위치를 접속하는 직접 제어 시스템으로, 개개 제어회로 기능은 간단하지만 시스템 전체로서는 사용 능률이 낮고 동작시간이 길며, 고장 발생률 또한 높은 단점이 있다.
이러한 결점을 극복하기 위해 독일의 지멘스 사가 1955년에 접점 스위치에 귀금속을 사용한 EMD 교환기를 개발 하였다 EMD 기계식 교환기는 단일 방향 회전 운동을 하는 회전 스위치만으로 구성되어 있으며, 접속 속도도 단계식보다 빠른 것이 특징이다.
② 크로스바 교환기
크로스바 교환기는 스텝 바이 스텝 교환기의 직접 제어 방식에 의한 결점을 보완하기 위하여 통화회로망과 공통제어장치를 완전 분리하였는데, 통화로망은 발신자와 착신자의 회선을 접속시키는 곳이고, 공통제어장치는 그 관리를 담당하는 곳이다.
통화회로망에는 수직과 수평이 교차하는 접점에 접속 릴레이를 두어 스위치를 구성하고 있는데, 스위치의 접속과 절단 동작은 공통제어장치를 통해 이루어지며, 공통제어회로를 이용함으로써 스위치 동작의 정확성과 안정성이 높고 수명이 긴 장점이 있다.
이 교환기는 스웨덴에서는 1926년, 미국에서는 1938년부터 실용화되었고, 일본은 1955년부터 실용화하였다.
<그림 4> 크로스바형 자동 교환기 원리
(2) 전자식 교환기
크로스바 교환기는 많은 장점이 있으나 기계적인 접점, 전자식 계전기 등을 사용하기 때문에 교환 속도에 문제점이 있었다. 이를 개량한 거시 전자식 교환기이다.
한편, 크로스바 교환기가 실용화될 당시 컴퓨터가 실용화되었기 때문에 공통제어장치의 역할을 컴퓨터가 대행하게 되었다.
대표적인 전자식 교환기는 미국의 벨 연구소에서 개발한 No1 ESS인데, 1965년에 상용화된 이래 미국에 대량으로 보급되었다. 이 교환기의 특징은 단순히 전자화한 것이 아니라 컴퓨터를 도입해 소프트웨어로 제어(축적프로그램 제어)하는 데 있다.
이 교환기는 아날로그 교환기로서 통화로를 구성하고 있는 스위치부에는 기계식과 마찬가지로 기존의 회선 스위치나 크로스바 스위치 혹은 릴레이를 사용하며, 제어계는 컴퓨터를 이용한 축척 프로그램 방식을 채용하는 방식인데, 이를 반전자 교환방식이라고 한다.
한편, 아날로그 전자 교환기 스위치는 금속 접점이 기계식이어서 이것을 반도체 스위치로 바꾸어 디지털 신호로 바꾸어 디지털 신호로 연결한 것이 디지털 교환기이다(일명 전전자 교환방식이라고도 함).
아날로그 교환기는 내부 제어계에 축적 프로그램 제어기술을 이용하였으나, 통화로계는 릴레이 등 전자부품으로 구성되었으며, 접속 정보도 아날로그 신호인 데 반하여, 디지털 교환기는 제어계가 아날로그 전자 교환기와 거의 같은 기술이나 통화료계는 대폭 진보되어 직접 디지털 신호를 교환하였다.
<그림 5> 디지털 교환기의 구성
동작 속도가 빠른 반도체 스위치 소자를 사용하여 1초에 수천 번 이상의 속도로 짧은 시간 동안만 연결시켜 통신회선을 구성하면 송.수신측에서 원래의 신호를 재생시켜 통화하는 원리를 이용한 것인데, 이 방식에 따라 금속 접점 스위치인 교환 접속하게 한 교환기가 바로 디지털 교환기이다.
디지털 교환기는 프랑스가 1970년에 E10을, 미국이 1976년에 No4ESS를 각각 상용화시켰다.
<그림 6> 교환기술의 발전단계
▣ 국내 교환기 개발
우리나라는 1982년부터 소규모 디지털 전자교환기 연구 개발을 시작하여 1986년에 1만 회선 용량의 농어촌.중소 도시형 TDX-1 디지털 교환기 개발에 최초로 성공하였다. 그후 1986~1989년까지 3년에 걸친 노력으로 2만 회선 이상의 TDX-1B 시스템이 개발되었고, 농어촌 및 중소 도시뿐 아니라 대도시용 디지털 교환기 개발이라는 목표 아래 1987~1991년까지 TDX-10 교환기가 개발되었다. 1992년부터는 고속 동화상 서비스까지도 제공할 수 있는 ATM 교환기 개발을 착수하였다.
<그림 1> 국내 교환기 개발 단계
※ 출처 - http://www.bazi.pe.kr