Обмен телефонами - Telephone exchange

Телефонный оператор вручную подключения вызова с парами корда на телефонный коммутатор
Современный центральный офис с возможностью голосовой связи и широкополосной передачи данных.

АТС , телефонный коммутатор , или центральный офис является телекоммуникационной системой , используемой в коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) или на крупных предприятиях. Он соединяет между собой телефонные абонентские линии или виртуальные цепи цифровых систем для установления телефонных звонков между абонентами.

В исторической перспективе термины электросвязи использовались с разной семантикой с течением времени. Термин « телефонная станция» часто используется как синоним « центральный офис» - термин Bell System . Часто центральный офис определяется как здание, используемое для размещения внутреннего оборудования предприятия, возможно, нескольких телефонных станций, каждая из которых обслуживает определенную географическую зону. Такая зона также называется зоной обмена или обмена. В Северной Америке центральный офис также может быть идентифицирован как центр проводной связи , обозначающий объект, к которому подключен телефон и выдает гудок . Для целей бизнеса и выставления счетов операторы связи определяют тарифные центры , которые в крупных городах могут быть кластерами центральных офисов, для определения определенных географических местоположений для определения измерений расстояния.

В Соединенных Штатах и ​​Канаде Bell System установила в 1940-х годах единую общенациональную систему нумерации для идентификации центральных офисов с помощью трехзначного кода центрального офиса и трехзначного кода зоны плана нумерации (кода NPA или кода города). Коды центрального офиса были уникальными в каждой области плана нумерации. Код NPA и код центрального офиса использовались в качестве префиксов в телефонных номерах абонентов. С развитием международных и трансокеанских телефонных магистралей, особенно в результате прямого набора абонентов, аналогичные попытки систематической организации телефонных сетей предпринимались во многих странах в середине 20-го века.

Для корпоративного или корпоративного использования, частный АТС часто называют учрежденческой АТС (УАТС), когда он имеет связи к коммутируемой телефонной сети общего . УАТС устанавливается на предприятиях, как правило, рядом с большими офисными помещениями или в кампусе организации для обслуживания телефонов организации и любых частных выделенных линий. Меньшие по размеру установки могут развернуть АТС или ключевую телефонную систему в офисе администратора.

История

Диаграмма 1922 года Бостонской биржи 1877 года
1903 ручной переключатель для четырех абонентских линий (вверху) с четырьмя перекрестными переговорными цепями (горизонтальный) и одним стержнем для подключения оператора (T). Самая нижняя поперечина соединяет незанятые станции с землей для включения сигнальных индикаторов (F).

В эпоху электрического телеграфа его основными пользователями были почтовые отделения, железнодорожные станции, наиболее важные правительственные центры (министерства), фондовые биржи, очень немногие общенациональные газеты, крупнейшие корпорации международного значения и богатые люди. Несмотря на то, что телефонные устройства существовали до изобретения телефонной станции, их успех и экономичная работа были бы невозможны при той же схеме и структуре современного телеграфа, что и до изобретения коммутатора телефонной станции, первые телефоны были жестко подключенными. и общались только с одним другим телефоном (например, из дома человека в офис этого человека).

Телефонная станция - это телефонная система для небольшой географической области, которая обеспечивает коммутацию (соединение) абонентских линий для вызовов, совершаемых между ними. Телефонные станции заменили небольшие телефонные системы, которые соединяли своих пользователей прямыми линиями между каждой абонентской станцией. Обмены сделали телефонию доступной и удобной технологией для повседневного использования, и это дало толчок к созданию нового промышленного сектора.

Как и в случае с изобретением самого телефона , звание «первой телефонной станции» имеет несколько претендентов. Одним из первых, кто предложил телефонную станцию, был венгр Тивадар Пушкаш в 1877 году, когда он работал на Томаса Эдисона . Первая экспериментальная телефонная станция была основана на идеях Пушкаша и была построена телефонной компанией Bell в Бостоне в 1877 году. Первая в мире государственная телефонная станция открылась 12 ноября 1877 года в Фридрихсберге недалеко от Берлина под руководством Генрих фон Стефан . Джордж У. Кой спроектировал и построил первую коммерческую телефонную станцию ​​в США, которая открылась в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, в январе 1878 года. Коммутатор был построен из «болтов с кареткой, ручек от крышек чайников и проводов» и мог обрабатывать два одновременных разговора. Чарльзу Глиддену также приписывают создание биржи в Лоуэлле, Массачусетс. с 50 подписчиками в 1878 году.

В Европе другие первые телефонные станции были расположены в Лондоне и Манчестере , обе из которых были открыты в соответствии с патентами Bell в 1879 году. Год спустя в Бельгии была открыта первая международная телефонная станция (в Антверпене ).

В 1887 году Пушкаш представил мультиплексный коммутатор .

Более поздние коммутаторы состояли из от одной до нескольких сотен коммутационных панелей, укомплектованных операторами коммутаторов . Каждый оператор сидел в передней части вертикальной панели , содержащей банку ¼ дюйма наконечник-кольцо-рукав (3-проводник) гнезда, каждый из которых были местное прекращение абонента «ы телефонной линии . Перед панелью разъемов лежит горизонтальная панель, содержащая два ряда патч-кордов, каждая пара подключена к цепи шнура .

Когда вызывающая сторона подняла трубку, ток местной петли зажег сигнальную лампу возле гнезда. Оператор в ответ вставила задний шнур (шнур ответа ) в гнездо абонента и включила свою гарнитуру в цепь, чтобы спросить: «Номер, пожалуйста?» Для местного вызова оператор вставлял передний шнур пары ( шнур звонка ) в локальный разъем вызываемой стороны и запускал цикл звонка. Для междугороднего вызова она подключалась к магистральной линии, чтобы подключиться к другому оператору в другом наборе плат или в удаленном центральном офисе. В 1918 году среднее время установления соединения для междугороднего разговора составляло 15 минут.

Ранние ручные коммутаторы требовали, чтобы оператор управлял клавишами прослушивания и клавишами вызова, но к концу 1910-х и 1920-х годов достижения в технологии коммутаторов привели к появлению функций, которые позволяли автоматически отвечать на вызов, когда оператор вставлял шнур ответа, и звонок автоматически начнется, как только оператор вставит вызывной шнур в гнездо вызываемого абонента. Оператор будет отключен от цепи, что позволит ей обработать другой вызов, в то время как вызывающий абонент услышит звуковой сигнал обратного вызова, так что этому оператору не придется периодически сообщать, что он продолжает звонить по линии.

В методе обратного вызова исходный оператор вызывает другого промежуточного оператора, который вызовет вызываемого абонента, или передает его другому промежуточному оператору. Эта цепочка промежуточных операторов могла бы завершить вызов, только если бы промежуточные магистральные линии были доступны между всеми центрами одновременно. В 1943 году, когда приоритет был отдан военным вызовам, звонок из США по пересеченной местности мог занять до 2 часов, чтобы запросить и запланировать в городах, которые использовали ручные коммутаторы для междугородных звонков.

10 марта 1891 года Алмон Браун Строуджер , гробовщик из Канзас-Сити, штат Миссури , запатентовал шаговый переключатель , устройство, которое привело к автоматизации коммутации телефонных цепей. Хотя было много расширений и адаптаций этого первоначального патента, наиболее известный из них состоит из 10 уровней или банков, каждый из которых имеет 10 контактов, расположенных полукругом. При использовании с поворотным телефонным переключателем каждая пара цифр заставляла стержень центрального контакта «рука» шагового переключателя делать первую ступень (храповик) на один уровень вверх для каждого импульса в первой цифре, а затем качаться горизонтально в контакте. ряд с одним небольшим поворотом для каждого импульса в следующей цифре.

Позже пошаговые переключатели были организованы в группы, первой ступенью которых был лайнфайдер . Если на одной из сотен абонентских линий (двести линий в более поздних линейных искателях) приемник был поднят "трубка снята", линейный искатель подключал абонентскую линию к свободному первому селектору, который возвращал абоненту тональный сигнал готовности, чтобы показать, что это было готов к приему набранных цифр. Набор номера абонента пульсирует с частотой около 10 импульсов в секунду, хотя скорость зависит от стандарта конкретной телефонной администрации.

Обмены, основанные на переключателе Строуджера, в конечном итоге были оспорены другими типами обменов, а затем и технологией перекладин . Эти схемы обмена обещали более быстрое переключение и будут принимать импульсы между переключателями быстрее, чем типичные 10 pps для Strowger - обычно около 20 pps. Позже многие также приняли " тональные сигналы" DTMF или другие системы тональной сигнализации.

Переходная технология (от импульса к DTMF) предусматривала преобразователи для преобразования DTMF в импульсный сигнал для подачи на более старые переключатели Strowger, панели или перекладины. Эта технология использовалась еще в середине 2002 года.

Здание биржи в Мишкольце, Венгрия

Терминология

Многие термины, используемые в телекоммуникационных технологиях, различаются по значению и использованию в разных англоязычных регионах. Для целей данной статьи даны следующие определения:

  • Ручное обслуживание - это телефонное обслуживание, при котором телефонный оператор-человек направляет вызовы в соответствии с инструкциями абонента с помощью телефонного аппарата без набора номера.
  • Услуга набора - это когда телефонная станция направляет вызовы, интерпретируя набираемые абонентом цифры.
  • Телефонный коммутатор является коммутационным оборудованием обмена.
  • Провод центр является площадью обслуживаемой определенным переключателем или центральным офисом.
  • Концентратор является устройство , которое концентрирует трафик, будь то удаленным или совмещенный с переключателем.
  • Состояние " трубка снята" представляет собой схему, которая используется, например, во время телефонного разговора.
  • На крючке состояние представляет собой холостой контур, то есть не телефонный вызов не выполняется.

Центральный офис первоначально был основной обмен в городе с другими биржами Запасных частей области. Этот термин стал обозначать любую систему коммутации, включая ее оборудование и операторов. Он также обычно используется в зданиях, в которых размещается коммутационное и связанное с ним внутреннее оборудование предприятия. На телекоммуникационном жаргоне Соединенных Штатов центральный офис (CO) - это обычный телефонный коммутатор класса 5 центра коммутации операторов связи, в котором соединительные линии и местные шлейфы завершаются и коммутируются. В Великобритании телефонная станция означает здание телефонной станции , а также телефонный коммутатор.

Обмен услуг вручную

Коммутатор АТС 1924

При ручном обслуживании клиент снимает трубку и просит оператора соединить звонок с запрошенным номером. При условии, что номер находится в том же центральном офисе и расположен на коммутаторе оператора, оператор подключает вызов, вставляя шнур вызова в гнездо, соответствующее линии вызываемого абонента. Если линия вызываемой стороны находится на другом коммутаторе в том же офисе или в другом центральном офисе, оператор подключается к соединительной линии для коммутатора или офиса назначения и просит отвечающего оператора (известного как оператор "B") подключиться. звонок.

Большинство городских АТС предоставляли услуги с общей батареей , а это означало, что центральный офис обеспечивал питание абонентских телефонных цепей для работы передатчика, а также для автоматической сигнализации с помощью поворотных переключателей . В системах с общей батареей пара проводов от абонентского телефона до коммутатора несет потенциал 48 В (номинальное) постоянного тока от конца телефонной компании через проводники. При положенной трубке или в режиме ожидания телефон показывает обрыв .

Когда телефон абонента находится в режиме снятия трубки, на линии возникает электрическое сопротивление, которое заставляет ток течь по телефону и проводам в центральный офис. В распределительном щите с ручным управлением этот ток протекал через катушку реле и приводил в действие зуммер или лампу на распределительном щите оператора, сигнализируя оператору о необходимости обслуживания.

В крупнейших городах потребовалось много лет, чтобы переоборудовать каждый офис на автоматическое оборудование, например, панельный выключатель . В течение этого переходного периода после того, как номера были стандартизированы до формата 2L-4N или 2L-5N (двухбуквенное имя обмена и четыре или пять цифр), появилась возможность набирать номер, находящийся в ручном коммутаторе, и подключаться без запроса помощь оператора. Политика Bell System гласила, что клиентам в крупных городах не нужно беспокоиться о типе офиса, звонят ли они в ручной или автоматический офис.

Когда абонент набирал номер ручной станции, оператор в офисе назначения отвечал на вызов, увидев номер на индикаторе , и соединял вызов, вставив шнур в исходящую цепь и позвонив на станцию ​​назначения. Например, если абонент, звонящий с TAylor 4725, набирал номер, обслуживаемый ручной АТС, например ADams 1383-W, с точки зрения абонента, звонок был завершен точно так же, как звонок в LEnnox 5813, в автоматическом обмене. Буквы W, R, J и M партийной линии использовались только при ручном обмене с партийными линиями jack-per-line.

Монреальская телефонная станция ( ок.  1895 г. )

В отличие от формата списка MAin 1234 для автоматизированного офиса с двумя заглавными буквами, офис с ручным управлением, имеющий такие записи, как Hillside 834 или East 23, распознавался по формату, в котором вторая буква не была заглавной.

В сельских районах, как и в самых маленьких городах, обслуживание осуществлялось вручную, а сигнализация осуществлялась с помощью магнитотелефонов , которые имели рукоятку для генератора сигналов. Чтобы предупредить оператора или другого абонента на той же линии, абонент повернул рукоятку для генерирования вызывного тока. Коммутатор отреагировал прерыванием цепи, в результате чего металлический язычок упал над разъемом абонентской линии и прозвучал зуммер. Батареи с сухими элементами , обычно два больших N °. 6 ячеек в абонентском телефоне обеспечивали постоянный ток для передатчика. Такие магнито-системы использовались в США еще в 1983 году, например, в небольшом городке Брайант-Понд, Вудсток, штат Мэн .

Многие магнито-системы в небольших городах имели партийные линии , от двух до десяти или более абонентов, разделяющих одну линию. При вызове абонента оператор использовал кодовый звонок, отличительную последовательность сигналов звонка , например, два длинных звонка, за которыми следует один короткий звонок. Все на линии могли слышать сигналы, а также улавливать и контролировать разговоры других людей.

Ранний автоматический обмен

Здание сельской телефонной станции в Австралии

Автоматические телефонные станции , которые предоставляли услуги набора номера , были изобретены Алмоном Строуджером в 1888 году. Впервые использовавшиеся в коммерческих целях в 1892 году, они не получили широкого распространения до первого десятилетия 20-го века. Они устранили необходимость в людях- операторах коммутаторов, которые выполняли соединения, необходимые для телефонного разговора . Автоматизация заменила людей-операторов электромеханическими системами, а телефоны были оснащены циферблатом, с помощью которого вызывающий абонент передавал телефонный номер пункта назначения в систему автоматической коммутации.

Телефонный обмен автоматически определяет условие поднятия трубки из телефона , когда пользователь снимает трубку с рычага телефона или люльки. В это время коммутатор выдает гудок , чтобы указать пользователю, что коммутатор готов принять набранные цифры. Импульсы или тональные сигналы DTMF, генерируемые телефоном, обрабатываются, и устанавливается соединение с телефоном назначения в пределах той же станции или с другой удаленной станцией.

Обмен поддерживает соединение до тех пор, пока одна из сторон не повесит трубку. Этот мониторинг состояния подключения называется наблюдением. Дополнительные функции, такие как оборудование для выставления счетов, также могут быть включены в биржу.

В службе набора Bell System реализована функция, называемая автоматическим определением номера (ANI), которая упрощает такие услуги, как автоматическое выставление счетов, бесплатные номера 800 и услуга 9-1-1 . При ручном обслуживании оператор знает, откуда поступает вызов, по свету на поле разъема коммутатора. До ANI междугородные вызовы помещались в очередь оператора, и оператор запрашивал номер вызывающей стороны и записывал его в бумажном билете.

Ранние обмены представляли собой электромеханические системы, в которых использовались двигатели, приводы валов, поворотные переключатели и реле . Некоторые типы автоматических переключений были переключателем Strowger или пошаговым переключателем, All Relay, XY, панельным переключателем , поворотной системой и перекрестным переключателем .

Электромеханическая сигнализация

Цепи, соединяющие переключатели, называются магистралями . Перед Signaling System 7 , Bell System электромеханические переключатели в Соединенных Штатах первоначально общались друг с другом по стволам , используя различные напряжения постоянного тока и сигнальных тонов, замененных сегодня цифровыми сигналами.

Некоторая сигнализация передавала набранные цифры. Ранняя форма, называемая пульсирующим индикатором вызова панели, использовала четвертичные импульсы для установления вызовов между панельным переключателем и ручным коммутатором. Вероятно, наиболее распространенной формой передачи набранных цифр между электромеханическими переключателями была отправка импульсов набора , эквивалентных импульсам поворотного переключателя , но передаваемых по магистральным каналам между переключателями.

В соединительных линиях Bell System обычно использовалось 20 импульсов в секунду между переключателями перекладин и тандемами перекладин. Это вдвое больше, чем у телефонных номеров Western Electric / Bell System. Использование более высокой частоты пульсации сделало использование магистрали более эффективным, поскольку коммутатор потратил вдвое меньше времени на прослушивание цифр. DTMF не использовался для передачи сигналов по магистрали.

Многочастотность (MF) была последним из доцифровых методов. Он использовал другой набор тонов, отправленных парами, например DTMF. Набору номера предшествовал специальный импульсный сигнал (KP), за которым следовало начало (ST). Варианты тональной схемы Bell System MF стали стандартом CCITT . Подобные схемы использовались в Северной и Южной Америке и в некоторых европейских странах, включая Испанию. Строки цифр между переключателями часто сокращались для дальнейшего улучшения использования.

Например, один коммутатор может отправлять только последние четыре или пять цифр телефонного номера . В одном случае семизначным номерам предшествовала цифра 1 или 2, чтобы различать два кода города или офисные коды (экономия двух цифр на звонок). Это повысило доход от каждой магистрали и уменьшило количество приемников цифр, необходимых в коммутаторе. Каждая задача в электромеханических переключателях решалась большими металлическими деталями. Каждая дробная секунда сокращения времени установления вызова означала, что меньше стоек оборудования для обработки трафика вызовов.

Примеры сигналов, сообщающих о контроле или прохождении вызова, включают сигнализацию E и M, сигнализацию SF и сигнализацию с отнятыми битами. В физических (не несущих) магистральных цепях E и M магистрали были четырехпроводными. Например, для 50 соединительных линий потребуется 100-парный кабель между коммутаторами. Проводники в одной общей схеме были названы наконечником, кольцом, ухом (E) и устьем (M). Наконечник и кольцо были парой, несущей голос, и названы в честь наконечника и кольца на трех проводных шнурах на ручном пульте оператора.

В двухсторонних соединительных линиях с сигнализацией E и M было выполнено рукопожатие, чтобы предотвратить столкновение обоих коммутаторов путем одновременного набора вызовов по одной и той же соединительной линии. Изменяя состояние этих выводов с земли на -48 В, переключатели выполняли протокол установления связи. Используя изменения напряжения постоянного тока, локальный коммутатор отправит сигнал для подготовки к вызову, а удаленный коммутатор ответит подтверждением (подмигиванием), чтобы продолжить импульсный набор номера. Это было сделано с помощью релейной логики и дискретной электроники.

Эти изменения напряжения в магистральной цепи вызовут хлопки или щелчки, которые слышны для абонента, когда электрическое квитирование проходит через его протокол. Другое рукопожатие, чтобы начать отсчет времени для выставления счетов, вызвало второй набор щелчков при ответе вызываемой стороны.

Вторая распространенная форма сигнализации для наблюдения была названа одночастотной сигнализацией или сигнализацией SF . В наиболее распространенной форме использовался устойчивый тон 2600 Гц, чтобы идентифицировать магистраль как незанятую. Магистральные цепи, слышащие тон 2600 Гц в течение определенного времени, не работают. (Требование продолжительности уменьшило фальсификацию .) В некоторых системах использовались тональные частоты выше 3000 Гц, в частности, в микроволновых радиореле с мультиплексированием с частотным разделением каналов SSB .

В системах цифровой передачи с T-несущей биты в потоке данных T-1 использовались для контроля передачи. При тщательном проектировании присвоенные биты существенно не изменили качество голоса. Ограбленные биты преобразовывались в изменения в состояниях контактов (размыкание и замыкание) электроникой в ​​аппаратном обеспечении банка каналов. Это позволяло передавать сигналы постоянного тока E и M или импульсы набора между электромеханическими переключателями по цифровой несущей, которая не имела непрерывности постоянного тока.

Шум

Особенностью электромеханического коммутационного оборудования является то, что обслуживающий персонал может слышать механический грохот Strowger, панельных переключателей или поперечных реле. В периоды интенсивного использования может быть трудно разговаривать в коммутаторе центрального офиса из-за грохота вызовов, обрабатываемых на большом коммутаторе. Например, в День матери в США или в пятницу вечером около 17:00 металлический грохот может вызвать необходимость в повышенных тонах. Для маркеров с проволочными пружинами эти шумы напоминали град, падающий на металлическую крышу.

В предрассветное воскресное утро обработка звонков может замедлиться до такой степени, что можно будет слышать отдельные звонки, которые набираются и устанавливаются. Были также шумы от воющих инверторов мощности и жужжащих звенящих генераторов. Некоторые системы имели непрерывный ритмичный «щелчок-щелчок-щелчок» от проволочных пружинных реле, которые подавали сигналы изменения порядка (120 изображений в минуту) и занятости (60 изображений в минуту).

В установках Bell System обычно использовались сигнальные колокола, гонги или колокольчики для оповещения о сигналах тревоги, привлекающих внимание к неисправному переключающему элементу. Для переключения общих элементов управления была подключена система аварийных сообщений. Эти системы сообщений о неисправностях прокалывали картонные карты с помощью кода, который фиксировал характер неисправности. Технология язычкового реле в хранимой программе управления обменом наконец успокоила окружающую среду.

Задачи обслуживания

Панель ручного тестирования в электромеханической коммутационной станции, укомплектованной техническим специалистом

Электромеханические коммутационные системы требовали источников электричества в виде постоянного тока (DC), а также переменного кольцевого тока (AC), которые генерировались на месте с помощью механических генераторов. Кроме того, телефонные переключатели требовали регулировки многих механических частей. В отличие от современных коммутаторов, цепь, соединяющая набранный вызов через электромеханический переключатель, имела непрерывность постоянного тока в пределах локальной коммутационной зоны через металлические проводники.

В процедурах проектирования и обслуживания всех систем использовались методы, позволяющие избежать неоправданных изменений качества обслуживания абонентами или замеченных ими сбоев. Разнообразные инструменты, называемые вспомогательными, вставлялись в элементы электромеханического переключателя при выходе из строя и во время ремонта. При включении определено, что деталь, над которой идет работа, используется как используемая, в результате чего логика переключения перемещается вокруг нее. Подобный инструмент назывался TD-инструментом. Абонентам, просрочившим оплату, было временно отказано в обслуживании (TDed). Это было достигнуто путем подключения инструмента к офисному оборудованию абонента в системах Crossbar или линейной группе в пошаговых переключателях. Абонент мог принимать звонки, но не мог дозвониться.

Поэтапные офисы в системе Bell System на базе Строуджера требовали постоянного обслуживания, например, уборки. Световые индикаторы на отсеках для оборудования предупреждают персонал о таких условиях, как перегоревшие предохранители (обычно белые лампы) или постоянный сигнал (состояние заедания трубки, обычно зеленые индикаторы). Step-офисы были более подвержены одноточечным сбоям, чем новые технологии.

В офисах Crossbar использовалось больше общих схем управления. Например, приемник цифр (часть элемента, называемого исходным регистром ) будет подключен к вызову ровно столько, чтобы собрать набранные цифры абонента. Ригельная архитектура была более гибкой, чем ступенчатые кабинеты. Более поздние системы перекладин имели системы оповещения о неисправностях на основе перфокарт. К 1970-м годам автоматическая идентификация номера была модернизирована почти для всех пошаговых и перекрестных переключателей в системе Bell.

Электронные переключатели

Электронные коммутационные системы постепенно эволюционировали от электромеханических гибридов с сохраненным программным управлением до полностью цифровых систем. Ранние системы использовали герконовые реле- переключаемые металлические цепи с цифровым управлением. Тестирование оборудования, переназначение телефонных номеров, блокировка цепей и аналогичные задачи выполнялись путем ввода данных на терминал.

Примеры этих систем включают коммутатор Western Electric 1ESS , Northern Telecom SP1 , Ericsson AX, Automatic Electric EAX-1 и EAX-2, Philips PRX / A, ITT Metaconta, серию British GPO / BT TXE и несколько других аналогичных конструкций. Эрикссон также разработал полностью компьютеризированную версию своей коммутационной панели ARF под названием ARE. В них использовалась матрица коммутационных панелей с полностью компьютеризированной системой управления и предоставлялся широкий спектр дополнительных услуг. Местные версии назывались ARE11, а тандемные версии назывались ARE13. Они использовались в Скандинавии, Австралии, Ирландии и многих других странах в конце 1970-х и в 1980-х годах, когда на смену им пришли цифровые технологии.

Эти системы могут использовать старые методы электромеханической сигнализации, унаследованные от переключающих планок и пошаговых переключателей. Они также представили новую форму передачи данных: два коммутатора 1ESS могут обмениваться данными друг с другом с помощью канала передачи данных, который называется Common Channel Interoffice Signaling (CCIS) . Этот канал передачи данных был основан на CCITT 6, предшественнике SS7 . В европейских системах обычно использовалась сигнализация R2.

Цифровые переключатели

Типичная спутниковая УАТС со снятой передней крышкой

Первые концепции цифровой коммутации и передачи были разработаны различными лабораториями в США и Европе, начиная с 1930-х годов. Первый прототип цифрового коммутатора был разработан Bell Labs в рамках проекта ESSEX, а первый настоящий цифровой коммутатор, объединенный с системами цифровой передачи, был разработан LCT (Laboratoire Central de Telecommunications) в Париже. Первым цифровым коммутатором, который был помещен в сеть общего пользования в Англии, был Empress Exchange в Лондоне, разработанный исследовательскими лабораториями Главпочтамта . Это был тандемный переключатель, который соединял три биржи Строуджера . Первым коммерческим развертыванием полностью цифровой системы локальной коммутации была система Alcatel E10, которая начала обслуживать клиентов в Бретани на северо-западе Франции в 1972 году.

Яркие примеры цифровых переключателей включают в себя:

  • Ericsson «s AX АТС является наиболее широко используется цифровой коммутации платформы в мире и могут быть найдены по всей Европе и в большинстве стран по всему миру. Он также очень популярен в мобильных приложениях. Эта высокомодульная система была разработана в Швеции в 1970-х годах в качестве замены очень популярной линейки поперечных переключателей Ericsson ARF, ARM, ARK и ARE, используемых во многих европейских сетях с 1950-х годов.
  • Alcatel-Lucent унаследовал три из самых знаковых в мире цифровых коммутационных систем: Alcatel E10, 1000-S12 и Western Electric 5ESS .
Alcatel разработал систему E10 во Франции в конце 1960-х и 1970-х годах. Это широко используемое семейство цифровых коммутаторов было одним из первых коммутаторов TDM, которые широко использовались в сетях общего пользования. Абоненты были впервые подключены к коммутаторам E10A во Франции в 1972 году. Эта система используется во Франции, Ирландии, Китае и многих других странах. Он претерпел множество изменений, а текущие версии даже интегрированы во все IP- сети.
Alcatel также приобрела ITT System 12, купив европейские подразделения ITT. Система S12 и системы E10 были объединены в единую платформу в 1990-х годах. Система S12 используется в Германии, Италии, Австралии, Бельгии, Китае, Индии и многих других странах по всему миру.
Наконец, когда Alcatel и Lucent объединились, компания приобрела Lucent в 5ESS и 4ESS систем , используемых на всей территории Соединенных Штатов Америки и во многих других странах.
  • Nokia Siemens Networks EWSD, изначально разработанный Siemens , Bosch и DeTeWe для немецкого рынка, используется во всем мире.
  • Nortel, затем Genband , а теперь Ribbon Communications DMS100 и другие версии очень популярны у операторов по всему миру.
  • GTD-5 EAX, разработанный GTE Automatic Electric, GTD-5 был приобретен Lucent, который стал Alcatel-Lucent, который затем стал Nokia.
  • NEC NEAX используется в Японии, Новой Зеландии и многих других странах.
  • Marconi System X, первоначально разработанная GPT и Plessey, представляет собой тип цифровой АТС, используемый BT Group в телефонной сети общего пользования Великобритании.
Цифровая АТС ( Nortel DMS-100 ), используемая оператором для предоставления услуг местной и междугородной связи во Франции . Каждый коммутатор обычно обслуживает 10 000–100 000+ абонентов в зависимости от географической области.

Цифровые переключатели кодируют происходящую речь в 8000 квантов времени в секунду. ( Частота дискретизации 8 кГц). В каждом временном интервале создается цифровое представление звука в формате PCM . Затем цифровые сигналы PCM отправляются на принимающий конец линии, где происходит обратный процесс с использованием ЦАП ( цифро-аналоговый преобразователь ) для создания звука для принимающего телефона. Другими словами, когда кто-то пользуется телефоном, голос говорящего «кодируется» с помощью PCM для переключения, а затем реконструируется для человека на другом конце. Голос говорящего при этом задерживается на малую долю секунды - он не "живой", он реконструируется - задерживается только на минутку.

К удаленному концентратору подключены индивидуальные телефонные линии местной связи . Во многих случаях концентратор располагается в том же здании, что и коммутатор. Интерфейс между удаленными концентраторами и телефонными коммутаторами стандартизирован ETSI как протокол V5 . Концентраторы используются, потому что большинство телефонов простаивают большую часть дня, следовательно, трафик от сотен или тысяч из них может быть сконцентрирован только в десятках или сотнях общих соединений.

Некоторые телефонные коммутаторы не имеют напрямую подключенных к ним концентраторов, а используются для соединения вызовов между другими телефонными коммутаторами. Эти сложные машины называются коммутаторами "операторского уровня" или тандемными коммутаторами .

В некоторых зданиях телефонных станций в небольших городах есть только удаленные или спутниковые коммутаторы, и они размещены на «родительском» коммутаторе, обычно на расстоянии нескольких километров. Удаленный коммутатор зависит от родительского коммутатора для маршрутизации. В отличие от несущей цифровой петли , удаленный коммутатор может сам маршрутизировать вызовы между локальными телефонами без использования соединительных линий к родительскому коммутатору.

Карта расположения центров проводки в США
Карта расположения центральных офисов в США

Место коммутатора в сети

Телефонные коммутаторы - это небольшой компонент большой сети. Основная часть с точки зрения затрат, обслуживания и логистики телефонной системы находится за пределами завода , то есть проводка за пределами центрального офиса. Хотя в середине 20 века многие абоненты обслуживались по партийным линиям, цель заключалась в том, чтобы каждая абонентская телефонная станция была подключена к отдельной паре проводов от системы коммутации.

Типичный центральный офис может иметь десятки тысяч пар проводов, которые появляются на клеммных колодках, называемых главным распределительным щитом (MDF). Составной частью МДФ является защита: предохранители или другие устройства, защищающие выключатель от молнии, короткого замыкания с линиями электропередач или других посторонних напряжений. В типичной телефонной компании большая база данных отслеживает информацию о каждой паре абонентов и состоянии каждой перемычки. До компьютеризации записей Bell System в 1980-х годах эта информация писалась от руки карандашом в бухгалтерских книгах.

Чтобы сократить расходы на внешнее оборудование, некоторые компании используют устройства « парного выигрыша » для предоставления абонентам телефонных услуг. Эти устройства используются для предоставления услуг там, где существующие медные мощности исчерпаны, или, располагаясь по соседству, могут уменьшить длину медных пар, обеспечивая такие цифровые услуги, как цифровая сеть с интегрированными услугами (ISDN) или цифровая абонентская линия (DSL).

Парные несущие или несущие цифровой петли (DLC) расположены за пределами центрального офиса, обычно в большом районе, удаленном от CO. DLC часто называют несущими абонентского шлейфа (SLC) в честь запатентованного продукта Lucent .

DLC могут быть сконфигурированы как универсальные (UDLC) или интегрированные (IDLC). Универсальные DLC имеют два терминала, терминал центрального офиса (COT) и удаленный терминал (RT), которые работают одинаково. Оба терминала взаимодействуют с аналоговыми сигналами, преобразуются в цифровые сигналы и передаются на другую сторону, где выполняется обратное.

Иногда транспортировка осуществляется отдельным оборудованием. В интегрированном DLC исключается COT. Вместо этого RT подключается цифровым способом к оборудованию в телефонном коммутаторе. Это снижает общее количество необходимого оборудования.

Коммутаторы используются как в местных центральных офисах, так и в центрах дальней связи . В коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) есть два основных типа: телефонные коммутаторы класса 4, предназначенные для платных или межкоммутаторных соединений, и телефонные коммутаторы или абонентские коммутаторы класса 5 , которые управляют подключениями с абонентских телефонов. С 1990-х годов стали обычным явлением гибридные коммутационные системы класса 4/5, которые выполняют обе функции.

Другой элемент телефонной сети - время и время. Коммутационное, передающее и биллинговое оборудование может быть подчинено стандартам с очень высокой точностью 10 МГц, которые синхронизируют временные события с очень близкими интервалами. Оборудование для эталонов времени может включать в себя эталоны на основе рубидия или цезия и приемник глобальной системы позиционирования .

Дизайн переключателя

Коммутаторы для дальней связи могут использовать более медленный и более эффективный алгоритм распределения коммутаторов, чем местные центральные офисы , поскольку они почти на 100% используют свои входные и выходные каналы. В центральных офисах неиспользовано более 90% пропускной способности каналов.

Традиционные телефонные коммутаторы соединяют физические цепи (например, пары проводов), в то время как современные телефонные коммутаторы используют комбинацию коммутации с пространственным и временным разделением. Другими словами, каждый голосовой канал представлен временным интервалом (скажем, 1 или 2) на физической паре проводов (A или B). Чтобы соединить два голосовых канала (скажем, A1 и B2) вместе, телефонный коммутатор обменивается информацией между A1 и B2. Он переключает как временной интервал, так и физическое соединение. Для этого он обменивается данными между временными интервалами и соединениями 8000 раз в секунду под управлением цифровой логики, которая циклически просматривает электронные списки текущих соединений. Использование обоих типов переключения делает современный переключатель намного меньше, чем мог бы быть сам по себе пространственный или временной переключатель.

Структура коммутатора представляет собой нечетное число слоев меньших, более простых subswitches. Каждый уровень соединен сетью проводов, идущих от каждого переключателя к набору следующего уровня переключателей. В некоторых схемах физический (пространственный) уровень коммутации чередуется с уровнем временной коммутации. Уровни симметричны, потому что в телефонной системе вызывающие абоненты также могут быть вызваны . В других конструкциях используется только временное переключение во всем коммутаторе.

Подпереключатель с временным разделением считывает полный цикл временных интервалов в память, а затем записывает их в другом порядке, также под управлением циклической памяти компьютера. Это вызывает некоторую задержку сигнала.

Подпереключатель с пространственным разделением переключает электрические пути, часто используя какой-либо вариант неблокирующего переключателя минимального диапазона или кроссовера .

Отказоустойчивость

Комбинированные переключатели по своей природе отказоустойчивы. Если субпереключатель выходит из строя, управляющий компьютер может определить отказ во время периодической проверки. Компьютер помечает все подключения к вспомогательному переключателю как «используемые». Это предотвращает новые вызовы и не прерывает установленные вызовы. Когда установленные вызовы заканчиваются, субкоммутатор перестает использоваться, и его можно отремонтировать. Когда следующий тест завершится успешно, коммутатор вернется в режим полной работы.

Чтобы предотвратить разочарование из-за незаметных сбоев, все соединения между уровнями в коммутаторе распределяются с использованием списков (очередей) « первым пришел - первым обслужен» . В результате, если соединение неисправно или зашумлено, и клиент кладет трубку и повторно набирает номер, он получит другой набор соединений и вспомогательных переключателей. Лифо (стек) распределение соединений может вызвать постоянную строку очень неприятных сбоев.

Пожарное и аварийное восстановление

АТС на Второй авеню, Нью-Йорк, место пожара на Нью-Йоркской телефонной станции в 1975 году .

Центральная телефонная станция почти всегда является единственной точкой отказа для местных вызовов. По мере увеличения пропускной способности отдельных коммутаторов и оптического волокна, соединяющего их, потенциальные нарушения, вызванные разрушением одного местного офиса, будут только увеличиваться. Множественные оптоволоконные соединения могут использоваться для обеспечения избыточности голосовых и информационных соединений между коммутационными центрами, но необходимо тщательно спроектировать сеть, чтобы избежать ситуаций, когда основное оптоволокно и его резервное соединение проходят через один и тот же поврежденный центральный офис в качестве потенциального отказа общего режима .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки