電話はなぜつながるのか

Size: px

Start display at page:

Download "電話はなぜつながるのか"

みがねあわび
5 years ago
Views:

1 本資料について本資料は下記著書を基にして作成されたものです. 文書の内容の正確さは保障できないため, 正確な知識を求める方は原文を参照してください. 著書名 : 電話はなぜつながるのか著者 : 米田正明出版社 : 日経 BP 社発行年月日 :2006 年 9 月 19 日 1

2 Logo 電話はなぜつながるのか渡邊研究室山中裕司

3 電話とは声を使って相手と会話手紙電子メールお互いが同時に話せるトランシーバー無線不特定多数の人と話せる糸電話 NTT 電話 IP 電話携帯電話 3

4 NTT 電話電話ネットワーク - 電話交換機のネットワークにつながっていれば経路を決めるだけでどんな人にもたどり着ける電話交換機 4

5 音の伝え方電話機と電話交換機が電気回路になっている音の伝わり方空気中空気の振動銅線電子の振動空気の揺れ方を電子の揺れ方にコピーすればよい 5

6 音の伝え方 2 原理 - 電磁誘導を利用 - コイルと磁石で電子の動きを作り出す振動板を使えば音をコピーできる実際 - 電話線上を流れる直流電流の強弱を変えることで音を表す 6

7 電話局までの道のり電話局は全国に約 7000 ヶ所 ( 内約 1600 ヶ所に電話交換機 ) 減衰による音質の低下を避けるために効率的に配置屋内配線き線電話局架空ケーブル引き落としケーブル保安器地中ケーブル 7

8 ダイヤルダイヤルするとピポパかツツツと音を出す - 二つの音の混合 1209Hz 1336Hz 1477Hz Hz Hz Hz * 0 941Hz 8

9 電話交換機が手をつなぐダイヤル後電話交換機同士がつながるどうやってつながるのか? 9

10 共通線信号共通線電話交換機同士でメッセージをやり取りする専用のケーブル共通線で送るデータは変調を使って 0 1 に変える音声回線共通線 10

11 11 共通線信号フレームのフォーマット B I B BIN F FSN F I B LI P R I SIO SIF CK F フラグ検査番号サービス情報オクテット信号情報表示部優先度信号長再送ビット送信側が付けるシリアル番号再送信要求ビット受信側が付ける受信了のシリアル番号フラグ内容確認書データの中身再送関連の制御情報

12 共通信号線のメッセージ電話交換機がお互いに会話するメッセージ ISUP メッセージの種類コード内容含まれる主な情報発信側着信側 IAM 指定の相手まで回線の接続を要求する発信者電話番号着信者電話番号 ACM IAM に対する返答と着信ユーザーの状態の通知話し中などの着ユーザーに関する情報着信側発信側 CPG 呼び出し中などの途中経過を知らせる呼び出し中などの情報 ANM 相手先が電話に出たことを知らせる - 発信側着信側 REL RLC 通話回線の開放を要求当該回線が開放したことを REL 送信側に通知切断の理由など - 12

13 次の電話交換機を見つける次の電話交換機と対応付けたトランスレータを調べる - トランスレータの中から次の電話交換機を探す中継ケーブル No 中継ケーブル No 相手の電話番号以外中継ケーブルの番号 No.1 No.1 No.2 対向電話交換機の信号局コード

14 回線の予約空いている回線を予約する空いている回線と発信者の加入者線を電話交換機の内部線で連結する CIC 番号は多重した多くの回線のうちどの回線かを識別する番号実際に電話代を課金し始めるのは相手が電話に応答したときだからそれまでは直結しない CIC 番号

15 メッセージを送る IAM メッセージを STP に送る STP( 信号中継交換機 ) - 共通線信号網を構成する装置 STP IAM メッセージ 15

16 電話がつながるまで 1ACM メッセージ 1ACM メッセージ中継交換機 16

17 電話がつながるまで 2CPG メッセージ 2CPG メッセージ 2 ルルルル中継交換機 2 リーンリーン 17

18 電話がつながるまで 3ANM メッセージ 3ANM メッセージ中継交換機 3 ガチャ! 18

19 音をデジタルデータに変換する音を波形グラフで表して刻々と高さの目盛りを読み取ってデジタル情報に置き換える PCM という仕組みで音を変換する一秒間に 8000 回のサンプリング PCMμ-Law という方式で小さい音はなるべく細かく大きい音は大雑把に数値化 19

20 音声の送り方データと音の違いデータ : 間違いなく確実に音 : 早く遅れずに時分割多重 - 複数の回線を一つの高速な伝送路に時間的に区切って束ねる方法 - あたかも自分たちだけが回線を占有しているように使える A B C 64kbps C B A C 192kbps B A C B A 64kbps a b c タイムスロット 20

21 電話交換機のスイッチ電話交換機のスイッチは時間と空間の組み合わせ時間スイッチ - データを載せる時間を入れ替える空間スイッチ - 接点という物理的な空間を開け閉めする時間スイッチと空間スイッチを組み合わせることで全体のスイッチ容量を飛躍的に大きくする 21

22 22 時間スイッチと空間スイッチ時間スイッチと空間スイッチを組み合わせてデジタル音声を効率的に振り分ける I A H H A I D F E D E F D E F E G B B G E B A C A B C A B C C F D D F C H G I G H I G H I 時間スイッチ時間スイッチ時間スイッチ空間スイッチ時間スイッチ時間スイッチ時間スイッチ

23 信頼性を高める仕組み伝送装置 - 多重化装置クロスコネクトからできている伝送装置の存在は電話交換機からは見えない伝送装置多重化装置多重化装置クロスコネクト仮想的な光ファイバ = パス 23

24 パス多重化装置 - 多くの電話回線を混雑させずに同時処理する装置クロスコネクト - 複数のパスを内部スイッチで振り分ける装置クロスコネクト 24

25 電話を切るまで 1 受話器を置く中継交換機 25

26 電話を切るまで 2REL メッセージ 2REL メッセージ中継交換機 26

27 電話を切るまで 3RLC メッセージ 3RLC メッセージ中継交換機 27

28 IP 電話 IP 電話とは - IP という技術を使った電話 -IP 異なるネットワーク間で互いにやり取りできるようにするための通信ルール -IP 電話アダプタを使う NTT 電話と IP 電話の違い -NTT 電話は信号と音声を送るネットワークが別だが IP 電話は 2 つとも同じ IP ネットワークを使う信号 IP 電話アダプタ IP ネットワーク音声 28

29 IP ネットワークの通り道 NTT 電話のときの CIC 番号と違いポート番号を使用する最初にポート番号を通知し合って音声の通り道を作る私のポート番号は 5001 番です私のポート番号は 6001 番です IP ネットワーク音声の通り道ポート番号 :5001 番ポート番号 :6001 番 29

30 データの送り方 SIP -2 つ以上のクライアント間でセッションを確立するための通信プロトコル SIP サーバー -IP アドレスと電話番号をまとめて保持している仲介人電話番号 IP アドレス SIP サーバー INVITE X Y INVITE IP ネットワーク IP アドレス :X IP アドレス :Y

31 SIP メッセージ IP パケットに SIP メッセージを入れて送る INVITE SIP メッセージ UDP ヘッダー IP ヘッダーデータ部あて先 (SIP サーバーの中の SIP プログラム ) と送信元 ( 自分 ) のポート番号などあて先 (SIP サーバー ) と送信先 ( 自分 ) の IP アドレスなど SIP サーバーへパケットのヘッダー IP パケット 31

32 SIP メッセージの種類リクエストの種類 INVITE BYE CANSEL ACK REGISTER 返答の種類 200 OK 100 Trying 180 Ringing 183 Session Progress 302 Moved 400 Bad Request 486 Busy 意味セッションへの招待セッションを終了セッションを強制終了手続き終了の確認自分の情報を登録要求意味成功しました処理中です呼び出し中です処理中ですこの人に聞いてください不正リクエストです話し中 32

33 声を IP パケットに入れる NTT 電話の音声回線を流れるのは音声だけだが IP 電話は IP ネットワークを使っているので音声以外のパケットも流れる RTP というプロトコルのヘッダーを付ける音声 RTP UDP I P 送信元識別子タイムススタンプシーケンス番号符号化方式やバージョン情報など 33

34 シーケンス番号とタイムスタンプシーケンス番号 -IPパケットに順番に割り振った番号タイムスタンプ - 元の音声波形のどの部分かを相対的な位置で示す値 IP ネットワークこのタイミングで再生 34

35 IP 電話がつながるまで電話番号上記以外 IP アドレス X Y リダイレクトサーバーリダイレクトサーバー SIP サーバー INVITE INVITE IP ネットワーク Z 35

36 IP 電話がつながるまで電話番号上記以外 IP アドレス X Y リダイレクトサーバーリダイレクトサーバー 180 Ringing SIP サーバー IP ネットワーク 180 Ringing Z ルルルルリーンリーン 36

37 IP 電話がつながるまで電話番号上記以外 IP アドレス X Y リダイレクトサーバーリダイレクトサーバー BYE Ringing OK SIP サーバー IP ネットワーク BYE Ringing OK Z 37

38 IP 電話がつながるまで電話番号上記以外 IP アドレス X Y リダイレクトサーバーリダイレクトサーバー ACK BYE Ringing OK SIP サーバー IP ネットワーク ACK BYE Ringing OK Z 38

39 IP 電話がつながるまで電話番号上記以外 IP アドレス X Y リダイレクトサーバーリダイレクトサーバー BYE Ringing OK SIP サーバー IP ネットワーク BYE Ringing OK Z ガチャ! 39

40 IP 電話がつながるまで電話番号上記以外 IP アドレス X Y リダイレクトサーバーリダイレクトサーバー ACK BYE Ringing OK SIP サーバー IP ネットワーク ACK BYE Ringing OK Z 40

41 携帯電話携帯電話ならではの基本機能 1. 無線で通信する機能 2. どこでも使えるための仕組み 3. メールなどのデータ通信の仕組みネットワーク構成セル無線基地局 RNC 41

42 ネットワーク構成無線基地局 - 携帯電話機から届いた電波を受けたり携帯電話機に向けて電波を出したりする装置 -NTT ドコモの FOMA で全国に約 4 万ヶ所 RNC( 無線ネットワーク制御装置 ) - 無線基地局とRNCを結ぶ光ファイバ部分の音声の通り道を管理 - 通話中にユーザーが移動して別の無線基地局のエリアに移ると別の無線基地局と切りかえるハンドオーバーと呼ぶ仕組みを備えている 42

43 音声の送り方 ATM 方式 - デジタル化した音声を ATM セルという 53 バイトの入れ物に入れ VCI という音声の通り道を表す番号を付けて送る方法時分割多重方式 C B A C B A タイムスロット ATM 多重方式 C V C 3 A V C 1 A V C 1 B V C 2 B V C 2 C V C 3 ATM セル 43

44 音をデジタルデータに変換する FOMA では AMR という方法を使っている AMR -1 秒間の音声を4.75k~12.2kビットまで8 段階で変えられる -こちらが話しているときはビットの量を増やし黙っているときには減らすという調節をする 44

45 どうやって多くの人の音声を同時に送るか CDMA - 複数の発信者の音声信号にそれぞれ異なる符号を乗算しすべての音声信号を合成して 1 つの周波数を使って送る受け手は自分と会話している相手の符号を合成信号に乗算することにより相手の音声信号のみを取り出すことができる誰が好き? お腹空いた先生に叱られたトランペット音変換装置風鈴音変換装置 FAX 音変換装置パラッパラ ~ チリンチリンピーヒョロロ音が混ざるパチラピーッパヒョロリロラントランペット音変換装置風鈴音変換装置 FAX 音変換装置誰が好き? お腹空いた先生に叱られた 45

46 どこでも使える仕組み携帯電話の電源を入れたり場所を移動したりすると携帯電話がその都度ネットワークに新しい現在地を知らせる携帯電話ネットワークは位置情報をネットワークセンターの位置情報データベースであるホームメモリーに書き込む全国を数十に分けたページングエリアでユーザーの位置情報を表す 46

47 携帯電話のダイヤルからつながるまでローミング番号 - 暫定的に割り当てられる場所を特定できる電話番号携帯電話会社の共通線信号網 3 ローミング番号を使って回線の接続を要求 4 エリア全体に呼び出し 1 相手の電話番号をダイヤル 2 ホームメモリーに問い合わせてローミング番号を取得ホームメモリー 47

48 電話はなぜつながるのか終わり 48

ic3_lo_p29-58_0109.indd

ic3_lo_p29-58_0109.indd 第 2 章ネットワーク 2-1 接続ここではに接続するネットワークおよびセキュリティの基本について学習します 2-1-1 通信速度ネットワークの通信速度は bps( ビーピーエス ) (bits per second の略 ) という単位で表します日本語ではビット毎秒であり 1 秒間に転送できるデータ量を表しますビットとはデータ量の単位であり 8ビットが 1 バイトに相当しますバイトもデータ量の単位であり