Управление с помощью хранимых программ ( SPC ) — телекоммуникационная технология для телефонных станций . Его особенностью является то, что система переключения управляется компьютерной программой, хранящейся в памяти системы переключения. SPC была технологией электронных коммутационных систем (ESS), разработанной в Bell System в 1950-х годах, и ее можно считать третьим поколением коммутационной технологии. Управление хранимыми программами было изобретено в 1954 году ученым Bell Labs Эрной Шнайдер Гувер , которая предположила, что компьютерное программное обеспечение может контролировать соединение телефонных звонков. [1] [2] [3]
Предложенный и разработанный в 1950-х годах, SPC был внедрен в производство электронных коммутационных систем в 1960-х годах. Частная телефонная станция 101ESS (PBX) была переходной системой коммутации в системе Bell, предназначенной для предоставления расширенных услуг бизнес-клиентам, которые в противном случае все еще обслуживались электромеханическим коммутатором центрального офиса. Первый коммутатор центрального офиса с SPC был установлен в Моррисе, штат Иллинойс, в ходе испытаний электронной коммутации в 1960 году, за ним последовал первый коммутатор Western Electric 1ESS в Суккасуне, штат Нью-Джерси, в 1965 году. Другие примеры систем коммутации третьего поколения на основе SPC включают в себя Британский GPO TXE (различные производители), Metaconta 11 (ITT Europe) и AKE, ARE. Доцифровые (1970-е годы) версии телефонной станции AX от Ericsson и Philips PRX представляли собой крупномасштабные системы в коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN).
SPC обеспечивает сложные функции вызова . По мере развития таких обменов надежность и универсальность возрастали.
АТС второго поколения, такие как Strowger , панельные , поворотные и ригельные переключатели, были построены исключительно из электромеханических коммутационных компонентов с комбинационным логическим управлением и не имели никакого компьютерного программного управления. Первое поколение представляло собой ручные распределительные щиты, которыми управляли дежурные и операторы.
Более поздние кросс-системы также использовали компьютерное управление в матрицах переключения и также могут считаться системами SPC. Примеры включают Ericsson ARE 11 (локальный) и ARE 13 (транзитный), а также коммутаторы North Electric NX-1E & D и ITT Metaconta 11, когда-то встречавшиеся по всей Западной Европе и во многих странах мира. Технология SPC с использованием аналоговых коммутационных матриц была в значительной степени прекращена в 1980-х годах и исчезла из большинства современных сетей к концу 1990-х годов.
Добавление мультиплексирования с временным разделением (TDM) уменьшило размеры подсистемы и значительно увеличило пропускную способность телефонной сети. К 1980-м годам технология SPC доминировала в телекоммуникационной отрасли.
Жизнеспособные полностью цифровые коммутаторы появились в 1970-х годах, и в это же десятилетие были запущены в производство первые системы, такие как французская серия Alcatel E10 и канадская серия Nortel DMS. Другие широко распространенные системы стали доступны в начале 1980-х годов. В их число входили Ericsson AX 10, ставшая самой популярной в мире коммутационной платформой, Western Electric 5ESS , используемая в США и во многих других странах, разработанный в Германии Siemens ESWD, ITT System 12 (позже переименованный в Alcatel S12) и NEC NEAX. которые широко использовались во всем мире. Британцы разработали Систему X (телефонию) , а в начале 1980-х годов появились и другие более мелкие системы.
Некоторые цифровые коммутаторы, особенно 5ESS и очень ранние версии Ericsson AX 10, продолжали использовать этапы аналогового концентратора с использованием технологий, подобных SPC, вместо прямого подключения к цифровым линейным картам, содержащим кодек .
В начале XXI века в отрасли началось использование пятого поколения телефонной коммутации, поскольку мультиплексирование с временным разделением каналов (TDM) и специальная аппаратная коммутация цифровых каналов заменяются программными коммутаторами и технологиями VoIP для передачи голоса по IP .
Основной особенностью управления хранимой программой является один или несколько цифровых процессоров ( компьютеров с хранимой программой ), которые выполняют набор компьютерных инструкций ( программ ), хранящихся в памяти системы, с помощью которых телефонные соединения устанавливаются, поддерживаются и завершаются в соответствующих электронная схема.
Непосредственным следствием встроенного программного управления является автоматизация функций телефонной связи и предоставление абонентам множества новых возможностей телефонии.
Телефонная станция должна работать постоянно и без перебоев; он реализует отказоустойчивую конструкцию . Первые испытания электроники и компьютеров в подсистемах управления АТС оказались успешными и привели к разработке полностью электронных систем, в которых коммутационная сеть также была электронной. Пробная система с управлением хранимой программой была установлена в Моррисе, штат Иллинойс, в 1960 году. Она использовала хранилище «летающих пятен» с размером слова 18 бит для полупостоянного хранения программ и параметров, а также память с барьерной сеткой для оперативной памяти с произвольным доступом. . [4] Первая в мире электронная коммутационная система для промышленного использования, ESS №1 , была введена в эксплуатацию компанией AT&T в Суккасунне, штат Нью-Джерси , в мае 1965 года. К 1974 году AT&T установила 475 систем №1ESS. В 1980-х годах SPC вытеснил электромеханическую коммутацию в телекоммуникационной отрасли, поэтому этот термин потерял практически исторический интерес. Сегодня SPC является неотъемлемой концепцией всех автоматических АТС благодаря универсальному применению компьютеров и микропроцессорной техники.
Попытки заменить электромеханические коммутационные матрицы полупроводниковыми перекрестными переключателями не увенчались успехом, особенно для крупномасштабных систем обмена. В результате во многих системах пространственной коммутации использовались электромеханические коммутационные сети с SPC, а в частных АТС (PABX) и небольших общественных АТС использовались электронные коммутационные устройства. Электромеханические матрицы были заменены в начале 21 века полностью электронными устройствами.
Реализации управления хранимыми программами могут быть организованы в централизованный и распределенный подходы. Ранние электронные коммутационные системы (ESS), разработанные в 1960-х и 1970-х годах, почти всегда использовали централизованное управление. Хотя во многих современных конструкциях АТС продолжают использоваться централизованные SPC, с появлением недорогих мощных микропроцессоров и микросхем СБИС, таких как программируемые логические матрицы (PLA) и программируемые логические контроллеры (ПЛК), распределенные SPC получили широкое распространение к началу 21 века.
При централизованном управлении все управляющее оборудование заменяется центральным процессором. Он должен иметь возможность обрабатывать от 10 до 100 вызовов в секунду , в зависимости от нагрузки на систему. [ нужна цитация ] Многопроцессорные конфигурации являются обычным явлением и могут работать в различных режимах, например, в конфигурации распределения нагрузки, в синхронном дуплексном режиме, или один процессор может находиться в режиме ожидания.
Режим ожидания — самый простой из двухпроцессорных конфигураций. Обычно один процессор находится в режиме ожидания. Резервный процессор включается только в случае отказа активного процессора. Важным требованием этой конфигурации является способность резервного процессора восстанавливать состояние системы обмена, когда он берет на себя управление; средство определения того, какие из абонентских линий или соединительных линий используются.
На небольших АТС это может быть возможно путем сканирования сигналов состояния, как только резервный процессор приводится в действие. В таком случае нарушаются только те вызовы, которые устанавливаются в момент сбоя. На крупных АТС невозможно сканировать все сигналы состояния за значительное время. Здесь активный процессор периодически копирует состояние системы во вторичное хранилище. При переключении загружается недавний статус из вторичной памяти. В этом случае затрагиваются только вызовы, которые меняют статус между последним обновлением и сбоем. Общее вторичное хранилище не нужно дублировать, достаточно простого резервирования на уровне устройства. Коммутатор 1ESS был ярким примером.
В синхронном дуплексном режиме работы обеспечивается аппаратная связь между двумя процессорами, которые выполняют один и тот же набор инструкций и непрерывно сравнивают результаты. В случае несоответствия неисправный процессор выявляется и выводится из строя в течение нескольких миллисекунд. Когда система работает нормально, два процессора всегда имеют одни и те же данные в памяти и одновременно получают информацию из среды обмена. Один из процессоров фактически управляет обменом, а другой синхронизируется с первым, но не участвует в управлении обменом. Если компаратор обнаруживает неисправность, процессоры отключаются, и программа проверки запускается независимо для поиска неисправного процессора. Этот процесс выполняется, не нарушая обработку вызовов, которая временно приостанавливается. Когда один процессор вынимается, другой процессор работает независимо. Когда неисправный процессор ремонтируется и вводится в эксплуатацию, содержимое памяти активного процессора копируется в его память, и они синхронизируются, и компаратор включается.
Возможно, что ошибка компаратора возникает только из-за кратковременного отказа, который не отображается даже при запуске программы проверки. В таком случае существуют три возможности:
Когда процессор вынимается, он подвергается тщательному тестированию для выявления незначительного отказа.
При распределении нагрузки входящий вызов назначается случайным образом или в заранее определенном порядке одному из процессоров, который затем обрабатывает вызов до завершения. Таким образом, оба процессора активны одновременно и динамически распределяют нагрузку и ресурсы. Оба процессора имеют доступ ко всей среде обмена, которая распознается и контролируется этими процессорами. Поскольку вызовы обрабатываются процессорами независимо, они имеют отдельную память для хранения временных данных вызовов. Хотя программы и полупостоянные данные могут быть общими, они хранятся в отдельной памяти в целях резервирования.
Существует межпроцессорная связь, по которой процессоры обмениваются информацией, необходимой для взаимной координации и проверки «состояния работоспособности» друг друга. Если при обмене информацией произошел сбой, один из процессоров, обнаруживший это, берет на себя всю нагрузку, включая вызовы, которые уже были установлены отказавшим процессором. Однако вызовы, установленные отказавшим процессором, обычно теряются. Совместное использование ресурсов требует механизма исключения, чтобы оба процессора не искали один и тот же ресурс одновременно. Механизм может быть реализован программно или аппаратно, или и то, и другое. На рисунке показано устройство аппаратного исключения, которое при установке одним из процессоров запрещает доступ к определенному ресурсу другому процессору до тех пор, пока он не будет сброшен первым процессором.
Распределенный SPC более доступен и более надежен, чем централизованный SPC. Функции управления используются многими процессорами внутри станции. Он использует недорогие микропроцессоры . Управление обменом может быть разложено по горизонтали или по вертикали для распределенной обработки. [5]
При вертикальной декомпозиции вся АТС разбивается на несколько блоков и каждому блоку назначается процессор. Этот процессор выполняет все задачи, связанные с этим конкретным блоком. Таким образом, общая система управления состоит из нескольких блоков управления, связанных между собой. Для резервирования процессоры могут быть дублированы в каждом блоке.
При горизонтальной декомпозиции каждый процессор выполняет только одну или только несколько функций обмена.