.jpg/1280px-BDUK_Broadband_(14626513882).jpg)
Телефонная станция , также известная как телефонный коммутатор или центральный офис , является важнейшим компонентом в телефонной сети общего пользования (PSTN) или крупных корпоративных телекоммуникационных системах. Она облегчает соединение телефонных абонентских линий или виртуальных каналов цифровой системы, позволяя совершать телефонные звонки между абонентами.
Терминология, используемая в телекоммуникациях, со временем развивалась, при этом телефонная станция и центральный офис часто использовались как взаимозаменяемые, последний термин произошел от Bell System . Центральный офис обычно относится к объекту, в котором размещается внутреннее заводское оборудование для одной или нескольких телефонных станций, каждая из которых обслуживает определенный географический регион. Этот регион иногда называют зоной обмена. В Северной Америке термин « проводной центр» может использоваться для обозначения местоположения центрального офиса, указывая на объект, который обеспечивает телефон тональным сигналом . [ 1] Операторы телекоммуникационных услуг также определяют центры тарифов для целей бизнеса и выставления счетов, которые в крупных городах могут охватывать кластеры центральных офисов для указания географических местоположений для расчетов измерения расстояния.
В 1940-х годах Bell System в Соединенных Штатах и Канаде ввела общенациональную систему нумерации , которая идентифицировала центральные офисы с помощью уникального трехзначного кода, а также трехзначного кода зоны плана нумерации (код NPA или код зоны), что сделало коды центральных офисов отличительными в пределах каждой зоны плана нумерации. Эти коды служили префиксами в телефонных номерах абонентов. В середине 20-го века наблюдались аналогичные организационные усилия в телефонных сетях по всему миру, стимулируемые появлением международных и трансокеанских телефонных линий и прямого набора номера клиентом.
Для корпоративных или корпоративных приложений частная телефонная станция называется частной телефонной станцией (PBX), которая подключается к телефонной сети общего пользования. PBX обслуживает телефоны организации и любые частные арендованные линии, обычно расположенные в больших офисных помещениях или на территории организаций. Более мелкие установки могут использовать PBX или телефонную систему с ключом, управляемую секретарем, обслуживая телекоммуникационные потребности предприятия.
_(14569847558).jpg/1280px-Bell_telephone_magazine_(1922)_(14569847558).jpg)
.jpg/1280px-Telephone_switchboard_cross-switching_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_V,_1903).jpg)
В эпоху электрического телеграфа его основными пользователями были почтовые отделения, железнодорожные станции, наиболее важные правительственные центры (министерства), фондовые биржи, очень немногие общенациональные газеты, крупнейшие международные корпорации и богатые люди. [2] Несмотря на то, что телефонные устройства существовали до изобретения телефонной станции, их успешное и экономичное функционирование было бы невозможно при той же схеме и структуре современного телеграфа, поскольку до изобретения коммутатора телефонной станции первые телефоны были жестко подключены и общались только с одним другим телефоном (например, из дома человека в его офис [3] ).
Телефонная станция — это телефонная система для небольшой географической области, обеспечивающая коммутацию (взаимосвязь) абонентских линий для звонков между ними. Телефонные станции пришли на смену небольшим телефонным системам, которые соединяли своих пользователей прямыми линиями между всеми абонентскими станциями. Телефонные станции сделали телефонию доступной и удобной технологией для повседневного использования и дали толчок к созданию новой отрасли промышленности.
Как и в случае с изобретением самого телефона , честь «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 . [4] [5] [6] [7] [8] Первая экспериментальная телефонная станция была основана на идеях Пушкаша и была построена Bell Telephone Company в Бостоне в 1877 году. [9] Первая в мире государственная телефонная станция открылась 12 ноября 1877 года во Фридрихсберге недалеко от Берлина под руководством Генриха фон Стефана . [10] Джордж У. Кой спроектировал и построил первую коммерческую телефонную станцию в США, которая открылась в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, в январе 1878 года, а первая телефонная будка была построена в соседнем Бриджпорте . [11] Коммутатор был построен из «болтов с кареткой, ручек от крышек чайников и проволоки для суеты» и мог обрабатывать два одновременных разговора. [12] Чарльзу Глиддену также приписывают создание телефонной станции в Лоуэлле, штат Массачусетс, с 50 абонентами в 1878 году.
В Европе другие ранние телефонные станции были расположены в Лондоне и Манчестере , обе из которых открылись по патентам Белла в 1879 году. [13] В Бельгии первая международная телефонная станция Белла появилась год спустя (в Антверпене ).
В 1887 году Пушкаш представил мультиплексный коммутатор . [ неопределенно ] . [14]
Более поздние коммутаторы состояли из одной или нескольких сотен коммутационных панелей, обслуживаемых операторами коммутатора . Каждый оператор сидел перед вертикальной панелью, содержащей банки ¼-дюймовых разъемов tip-ring-sleeve (3-проводных), каждый из которых был локальным окончанием телефонной линии абонента . Перед панелью разъемов находилась горизонтальная панель с двумя рядами коммутационных шнуров, каждая пара которых была подключена к цепи шнура .
Когда вызывающий абонент поднимал трубку, местный шлейфный ток зажигал сигнальную лампу около гнезда. [15] Оператор отвечал, вставляя задний шнур ( ответный шнур ) в гнездо абонента и переключая гарнитуру в цепь, чтобы спросить: «Номер, пожалуйста?» Для местного вызова оператор вставлял передний шнур пары ( звонковый шнур ) в местное гнездо вызываемого абонента и начинал цикл звонка. Для междугороднего вызова оператор подключался к магистральной линии, чтобы подключиться к другому оператору в другом блоке плат или в удаленном центральном офисе. В 1918 году среднее время завершения соединения для междугороднего вызова составляло 15 минут. [15]
Ранние ручные коммутаторы требовали от оператора управления клавишами прослушивания и клавишами вызова, но к концу 1910-х и 1920-м годам достижения в технологии коммутаторов привели к появлению функций, которые позволяли автоматически отвечать на вызов немедленно, как только оператор вставлял шнур ответа, и звонок автоматически начинался, как только оператор вставлял шнур вызова в гнездо вызываемого абонента. Оператор отключался от цепи, что позволяло ему обрабатывать другой вызов, в то время как вызывающий абонент слышал звуковой сигнал обратного вызова, так что этому оператору не приходилось периодически сообщать, что он продолжает звонить по линии. [16]
В методе «ringdown» исходящий оператор звонил другому промежуточному оператору, который звонил вызываемому абоненту, или передавал вызов другому промежуточному оператору. [17] Эта цепочка промежуточных операторов могла завершить вызов только в том случае, если промежуточные соединительные линии были доступны между всеми центрами одновременно. В 1943 году, когда военные вызовы имели приоритет, вызов через всю страну США мог занять до 2 часов для запроса и планирования в городах, где использовались ручные коммутаторы для междугородных вызовов.
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 состоит из 10 уровней или банков, каждый из которых имеет 10 контактов, расположенных полукругом. При использовании с дисковым телефонным номеронабирателем каждая пара цифр заставляла вал центральной контактной «руки» шагового переключателя сначала подниматься (храповой) на один уровень вверх для каждого импульса в первой цифре, а затем качаться горизонтально в контактном ряду с одним небольшим поворотом для каждого импульса в следующей цифре.
Позже шаговые переключатели были организованы в группы, первой ступенью которых был искатель линии . Если одна из сотни абонентских линий (двухсот линий в более поздних искателях линии) снимала трубку «с трубки», искатель линии подключал абонентскую линию к свободному первому селектору, который возвращал абоненту тональный сигнал готовности к приему набираемых цифр. Диск абонента пульсировал примерно с 10 импульсами в секунду, хотя скорость зависела от стандарта конкретной телефонной администрации.
АТС на основе коммутатора Строуджера в конечном итоге были оспорены другими типами коммутаторов , а позднее и технологией кросс-бара . Эти конструкции коммутаторов обещали более быстрое переключение и принимали импульсы между коммутаторами быстрее, чем типичные 10 pps для Строуджера — обычно около 20 pps. Позднее многие также приняли DTMF «тоны касания» или другие системы тональной сигнализации.
Переходная технология (от импульса к DTMF) имела преобразователи для преобразования DTMF в импульс, чтобы подавать на старые переключатели Strowger, панельные или кроссовые. Эта технология использовалась вплоть до середины 2002 года.
Многие термины, используемые в телекоммуникационных технологиях, различаются по значению и использованию в различных англоговорящих регионах. Для целей данной статьи даны следующие определения:
Первоначально центральный офис был основным коммутатором в городе, а другие коммутаторы обслуживали части области. Термин стал означать любую коммутационную систему, включая ее объекты и операторов. Он также обычно используется для здания, в котором размещается коммутационное и связанное с ним внутризаводское оборудование. На телекоммуникационном жаргоне США центральный офис (CO) — это телефонный коммутатор класса 5 общего оператора , в котором соединительные линии и местные линии завершаются и коммутируются. [18] В Великобритании телефонный коммутатор означает здание коммутатора, а также является названием телефонного коммутатора.
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 соединяет звонок, вставляя вызывной шнур в гнездо, соответствующее линии вызываемого клиента. Если линия вызываемого абонента находится на другом коммутаторе в том же офисе или в другом центральном офисе, оператор подключается к магистрали для коммутатора или офиса назначения и просит отвечающего оператора (известного как оператор "B") соединить звонок.
Большинство городских АТС предоставляли услуги общей батареи , что означало, что центральный офис обеспечивал питание абонентских телефонных цепей для работы передатчика, а также для автоматической сигнализации с дисковыми дисками . В системах общей батареи пара проводов от абонентского телефона к АТС переносит 48 В (номинальный) потенциал постоянного тока от телефонной компании через проводники. Телефон представляет собой разомкнутую цепь, когда он находится в состоянии «трубка положена» или «холостой ход». [19]
Когда телефон абонента снят с трубки, он создает электрическое сопротивление на линии, которое заставляет ток течь через телефон и провода к центральному офису. В ручном коммутаторе этот ток протекал через катушку реле и приводил в действие зуммер или лампу на коммутаторе оператора, сигнализируя оператору о необходимости обслуживания. [19]
В крупнейших городах потребовалось много лет, чтобы перевести каждый офис на автоматическое оборудование, например, на панельный коммутатор . В течение этого переходного периода, как только номера были стандартизированы до формата 2L-4N или 2L-5N (двухбуквенное название АТС и четыре или пять цифр), стало возможным набрать номер, расположенный на ручной АТС, и подключиться без обращения за помощью к оператору. Политика Bell System гласила, что клиенты в крупных городах не должны беспокоиться о типе офиса, звонят ли они в ручной или автоматический офис.
Когда абонент набирал номер ручной станции, оператор в офисе назначения отвечал на звонок, увидев номер на индикаторе , и соединял звонок, подключая шнур к исходящей линии и вызывая станцию назначения. Например, если клиент, звонящий с TAylor 4725, набирал номер, обслуживаемый ручной АТС, например, ADams 1383-W, звонок был завершен, с точки зрения абонента, точно так же, как звонок на LEnnox 5813, в автоматизированной АТС. Буквы групповой линии W, R, J и M использовались только в ручных АТС с групповыми линиями с разъемами на линию.
В отличие от формата листинга MAin 1234 для автоматизированного офиса с двумя заглавными буквами, офис с ручным управлением, имеющий такие листинги, как Hillside 834 или East 23, можно было распознать по формату, в котором вторая буква не была заглавной.
В сельской местности, а также в самых маленьких городах, было ручное обслуживание, а сигнализация осуществлялась с помощью магнетотелефонов , которые имели рукоятку для генератора сигналов. Чтобы предупредить оператора или другого абонента на той же линии, абонент поворачивал рукоятку, чтобы сгенерировать вызывной ток. Коммутатор реагировал прерыванием цепи, которая опускала металлическую пластину над гнездом линии абонента и издавала звуковой сигнал. Сухие батареи, обычно две большие ячейки N°. 6 в телефоне абонента, обеспечивали постоянный ток для передатчика. Такие магнетосистемы использовались в США вплоть до 1983 года, как в небольшом городке Брайант-Понд, Вудсток, штат Мэн .
Во многих системах магнето в небольших городах были партийные линии , где от двух до десяти или более абонентов делили одну линию. При вызове участника оператор использовал кодовый звонок, отличительную последовательность сигналов звонка , например, два длинных звонка, за которыми следовал один короткий звонок. Каждый на линии мог слышать сигналы и мог подхватывать и контролировать разговоры других людей.
Автоматические телефонные станции , которые обеспечивали коммутируемый сервис , были изобретены Элмоном Строуджером в 1888 году. Впервые использованные в коммерческих целях в 1892 году, они не получили широкого распространения до первого десятилетия 20-го века. Они устранили необходимость в операторах коммутатора , которые завершали соединения, необходимые для телефонного звонка . Автоматизация заменила операторов-людей электромеханическими системами, а телефоны были оснащены диском, с помощью которого звонящий передавал номер телефона назначения в автоматическую коммутационную систему.
Телефонная станция автоматически определяет состояние снятой трубки телефона , когда пользователь снимает трубку с рычага или люльки. В это время станция выдает тональный сигнал ответа станции , чтобы указать пользователю, что станция готова к приему набранных цифр. 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 соединения называется надзором. Дополнительные функции, такие как оборудование для выставления счетов, также могут быть включены в обмен.
Служба набора Bell System реализовала функцию под названием автоматическая идентификация номера (ANI), которая облегчала такие услуги, как автоматическое выставление счетов, бесплатные номера 800 и служба 9-1-1 . При ручном обслуживании оператор знает, откуда исходит вызов, по свету на поле гнезда коммутатора. До ANI междугородние звонки помещались в очередь оператора, и оператор спрашивал номер вызывающего абонента и записывал его в бумажную квитанцию на оплату.
Ранние коммутаторы представляли собой электромеханические системы, использующие двигатели, приводы вала, вращающиеся переключатели и реле . Некоторые типы автоматических коммутаторов включали коммутатор Строуджера или пошаговый коммутатор, All Relay, панельный коммутатор , поворотную систему и перекрестный коммутатор .
Схемы, соединяющие коммутаторы, называются магистралями . До появления Signalling System 7 электромеханические коммутаторы Bell System в Соединенных Штатах первоначально общались друг с другом по магистралям, используя различные напряжения постоянного тока и сигнальные тоны, которые сегодня заменены цифровыми сигналами.
Некоторые сигналы передавали набранные цифры. Ранняя форма, называемая Panel Call Indicator Pulsing, 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 дискового набора , но отправляемых по магистральным линиям между переключателями.
В магистралях Bell System было принято использовать 20 импульсов в секунду между коммутаторами и тандемами. Это было вдвое больше, чем скорость набора номера телефоном Western Electric/Bell System. Использование более высокой частоты импульсов делало использование магистрали более эффективным, поскольку коммутатор тратил в два раза меньше времени на прослушивание цифр. DTMF не использовался для сигнализации магистрали.
Многочастотный (MF) был последним из доцифровых методов. Он использовал другой набор тонов, посылаемых парами, как DTMF. Набору номера предшествовал специальный сигнал keypulse (KP), за которым следовал сигнал start (ST). Вариации схемы тонов Bell System MF стали стандартом CCITT . Похожие схемы использовались в Америке и некоторых европейских странах, включая Испанию. Цифровые строки между коммутаторами 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 офисного кода (экономия двух цифр на вызов). Это увеличило доход на линию и сократило количество цифровых приемников, необходимых для коммутатора. Каждая задача в электромеханических коммутаторах выполнялась в больших металлических частях оборудования. Каждое сокращение времени установления вызова на долю секунды означало меньше стоек оборудования для обработки трафика вызовов.
Примерами сигналов, сообщающих о контроле или ходе вызова, являются сигналы E и M , сигналы SF и сигналы robbed-bit. В физических (не несущих) магистральных линиях E и M магистрали были четырехпроводными. Например, для пятидесяти магистралей потребовалось бы сто пар кабеля между коммутаторами. Проводники в одной общей конфигурации цепи назывались наконечник, кольцо, ухо (E) и рот (M). Наконечник и кольцо были парой, передающей голос, и были названы в честь наконечника и кольца на трехпроводных шнурах на пульте ручного оператора.
В двухсторонних соединительных линиях с сигнализацией E и M происходило квитирование, чтобы предотвратить столкновение двух коммутаторов путем набора вызовов на одной и той же соединительной линии в одно и то же время. Изменяя состояние этих выводов с заземления на -48 вольт, коммутаторы проходили через протокол квитирования. Используя изменения напряжения постоянного тока, локальный коммутатор отправлял сигнал о готовности к звонку, а удаленный коммутатор отвечал подтверждением (подмигиванием), чтобы продолжить набор номера. Это делалось с помощью релейной логики и дискретной электроники.
Эти изменения напряжения в магистральной цепи вызывали щелчки или треск, которые были слышны абоненту, когда электрическое рукопожатие проходило через свой протокол. Другое рукопожатие, чтобы начать отсчет времени для целей выставления счетов, вызывало второй набор щелчков, когда вызываемый абонент отвечал.
Вторая распространенная форма сигнализации для контроля называлась одночастотной или SF-сигнализацией . Наиболее распространенная форма использовала устойчивый тон 2600 Гц для идентификации канала как неактивного. Магистральная схема, слышащая тон 2600 Гц в течение определенного времени, переходила в неактивное состояние. (Требование длительности уменьшало ложные сигналы .) Некоторые системы использовали частоты тонов более 3000 Гц, особенно на SSB -мультиплексных микроволновых радиорелейных линиях .
В системах цифровой передачи T-carrier биты в потоке данных T-1 использовались для передачи контроля. Благодаря тщательному проектированию присвоенные биты не изменяли качество голоса существенно. Ограбленные биты транслировались в изменения состояний контактов (открытие и закрытие) электроникой в оборудовании банка каналов. Это позволяло передавать сигналы постоянного тока E и M или импульсы набора номера между электромеханическими переключателями по цифровому носителе, который не имел непрерывности постоянного тока.
Установки Bell System обычно имели тревожные звонки, гонги или колокольчики для оповещения о тревогах, привлекающих внимание к неисправному элементу переключателя. Система карточек сообщений о неисправностях была подключена к общим элементам управления переключателями. Эти системы сообщений о неисправностях прокалывали картонные карточки с кодом, который регистрировал характер неисправности.
Электромеханические коммутационные системы требовали источников электроэнергии в виде постоянного тока (DC), а также переменного кольцевого тока (AC), которые вырабатывались на месте с помощью механических генераторов. Кроме того, телефонные коммутаторы требовали регулировки многих механических частей. В отличие от современных коммутаторов, цепь, соединяющая набранный номер через электромеханический коммутатор, имела непрерывность постоянного тока в пределах зоны локальной телефонной станции через металлические проводники.
Проектирование и процедуры обслуживания всех систем включали методы, позволяющие избежать того, чтобы абоненты испытывали необоснованные изменения в качестве обслуживания или чтобы они замечали сбои. Различные инструменты, называемые make-busy , подключались к электромеханическим переключающим элементам при сбоях и во время ремонта. Make-busy идентифицировал работающую часть как используемую, заставляя коммутационную логику обходить ее. Похожий инструмент назывался инструментом TD. Просроченным абонентам временно отказывали в обслуживании (TDed). Это осуществлялось путем подключения инструмента к офисному оборудованию абонента в системах Crossbar или линейной группе в пошаговых коммутаторах. Абонент мог принимать звонки, но не мог совершать исходящие вызовы.
Офисы Strowger Step-by-Step в Bell System требовали постоянного обслуживания, например, уборки. Индикаторные лампы на отсеках для оборудования предупреждали персонал о таких состояниях, как перегоревшие предохранители (обычно белые лампы) или постоянный сигнал (зависшее состояние снятия трубки, обычно зеленые индикаторы). Офисы Step были более подвержены сбоям в одной точке, чем новые технологии.
Координатные станции использовали больше общих, общих цепей управления. Например, цифровой приемник (часть элемента, называемого исходным регистром ) подключался к вызову ровно на столько времени, чтобы собрать набранные абонентом цифры. Архитектура координатной станции была более гибкой, чем архитектура ступенчатых станций. Более поздние системы координатной станции имели системы оповещения о неполадках на основе перфокарт. К 1970-м годам автоматическая идентификация номера была модернизирована почти для всех пошаговых и координатных коммутаторов в Bell System.
Электронные коммутационные системы постепенно эволюционировали поэтапно от электромеханических гибридов с хранимым программным управлением до полностью цифровых систем. Ранние системы использовали герконовые реле - коммутируемые металлические пути под цифровым управлением. Тестирование оборудования, переназначение телефонных номеров, блокировки цепей и подобные задачи выполнялись путем ввода данных на терминале.
Примерами таких систем были коммутатор Western Electric 1ESS , Northern Telecom SP1 , Ericsson AXE, Automatic Electric EAX-1 и EAX-2, Philips PRX /A, ITT Metaconta, British GPO/BT TXE и несколько других похожих конструкций. Ericsson также разработала полностью компьютеризированную версию своей перекрестной станции ARF под названием ARE. Они использовали перекрестную коммутационную матрицу с полностью компьютеризированной системой управления и предоставляли широкий спектр передовых услуг. Локальные версии назывались ARE11, а тандемные версии были известны как ARE13. Они использовались в Скандинавии, Австралии, Ирландии и многих других странах в конце 1970-х и в 1980-х годах, когда их заменили цифровые технологии.
Эти системы могли использовать старые электромеханические методы сигнализации, унаследованные от коммутаторов с крестовой и пошаговой схемой. Они также ввели новую форму передачи данных: две станции 1ESS могли связываться друг с другом с помощью канала передачи данных, называемого Common Channel Interoffice Signaling (CCIS) . Этот канал передачи данных был основан на CCITT 6, предшественнике SS7 . В европейских системах обычно использовалась сигнализация R2.
Первые концепции цифровой коммутации и передачи были разработаны различными лабораториями в Соединенных Штатах и в Европе, начиная с 1930-х годов. [ необходима цитата ] Первый прототип цифрового коммутатора был разработан Bell Labs в рамках проекта ESSEX, в то время как первая настоящая цифровая АТС, объединенная с цифровыми системами передачи, была разработана LCT (Laboratoire Central de Telecommunications) в Париже. [ необходима цитата ] Первым цифровым коммутатором, размещенным в общедоступной сети в Англии, был Empress Exchange в Лондоне , который был разработан исследовательскими лабораториями Главного почтамта . [ необходима цитата ] Это был тандемный коммутатор, который соединял три АТС Строуджера . Первым коммерческим развертыванием полностью цифровой локальной коммутационной системы стала система E10 компании Alcatel , которая начала обслуживать клиентов в Бретани на северо-западе Франции в 1972 году. [ необходима цитата ]
Яркие примеры цифровых коммутаторов включают в себя:
Цифровые коммутаторы кодируют идущую речь в 8000 временных срезов в секунду. ( Частота дискретизации 8 кГц). В каждом временном срезе создается цифровое PCM- представление звука. Затем цифровые PCM-сигналы отправляются на принимающий конец линии, где происходит обратный процесс с использованием ЦАП ( цифро-аналогового преобразователя ) для создания звука для принимающего телефона. Другими словами, когда кто-то использует телефон, голос говорящего «кодируется» с использованием PCM для переключения, а затем реконструируется для человека на другом конце. Голос говорящего задерживается в этом процессе на небольшую долю секунды — он не «живой», он реконструируется — задерживается всего на минуту.
Отдельные местные телефонные линии подключаются к удаленному концентратору . Во многих случаях концентратор располагается в том же здании, что и коммутатор. Интерфейс между удаленными концентраторами и телефонными коммутаторами был стандартизирован ETSI как протокол V5 . Концентраторы используются, поскольку большинство телефонов простаивают большую часть дня, поэтому трафик от сотен или тысяч из них может быть сконцентрирован только в десятках или сотнях общих соединений.
Некоторые телефонные коммутаторы не имеют концентраторов, напрямую подключенных к ним, а используются для соединения вызовов между другими телефонными коммутаторами. Эти сложные машины называются коммутаторами "carrier-level" или тандемными коммутаторами .
Некоторые здания телефонных станций в небольших городах содержат только удаленные или спутниковые коммутаторы и размещаются на «родительском» коммутаторе, обычно находящемся в нескольких километрах. Удаленный коммутатор зависит от родительского коммутатора для маршрутизации. В отличие от цифрового кольцевого оператора , удаленный коммутатор может маршрутизировать вызовы между местными телефонами самостоятельно, без использования каналов связи к родительскому коммутатору.
Телефонные коммутаторы являются небольшим компонентом большой сети. Основная часть, с точки зрения расходов, обслуживания и логистики телефонной системы, — это внешняя установка , то есть проводка за пределами центрального офиса. В то время как в середине 20-го века многие абоненты обслуживались с помощью групповых линий, целью было то, чтобы каждая абонентская телефонная станция была подключена к индивидуальной паре проводов из коммутационной системы.
Типичный центральный офис может иметь десятки тысяч пар проводов, которые появляются на клеммных колодках, называемых главным распределительным щитом (MDF). Компонентом MDF является защита: предохранители или другие устройства, которые защищают коммутатор от молнии, коротких замыканий 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 была записана от руки карандашом в бухгалтерских книгах.
Чтобы сократить расходы на внешнюю установку, некоторые компании используют устройства « усиления пар » для предоставления телефонных услуг абонентам. Эти устройства используются для предоставления услуг там, где существующие медные мощности были исчерпаны или, размещаясь по соседству, могут сократить длину медных пар, позволяя предоставлять цифровые услуги, такие как цифровая сеть с интеграцией услуг (ISDN) или цифровая абонентская линия (DSL).
Каналы передачи данных с усилением пар или цифровые кольцевые каналы (DLC) располагаются за пределами центрального офиса, как правило, в большом районе, удаленном от центрального офиса. DLC часто называют абонентскими кольцевыми каналами (SLC) по названию фирменного продукта Lucent .
DLC могут быть сконфигурированы как универсальные (UDLC) или интегрированные (IDLC). Универсальные DLC имеют два терминала, центральный офисный терминал (COT) и удаленный терминал (RT), которые функционируют аналогично. Оба терминала взаимодействуют с аналоговыми сигналами, преобразуют их в цифровые сигналы и передают на другую сторону, где выполняется обратное.
Иногда транспортировка осуществляется отдельным оборудованием. В Integrated DLC COT устраняется. Вместо этого RT подключается цифровым способом к оборудованию в телефонном коммутаторе. Это уменьшает общее количество необходимого оборудования.
Коммутаторы используются как в местных центральных офисах, так и в междугородных центрах. В коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) существует два основных типа : телефонные коммутаторы класса 4 , предназначенные для платных или коммутируемых соединений, и телефонные коммутаторы класса 5 или абонентские коммутаторы, которые управляют соединениями с абонентских телефонов. С 1990-х годов гибридные коммутационные системы класса 4/5, которые выполняют обе функции, стали обычным явлением.
Другим элементом телефонной сети является время и синхронизация. Коммутационное, передающее и биллинговое оборудование может быть подчинено очень высокоточным стандартам 10 МГц , которые синхронизируют события времени с очень близкими интервалами. Оборудование стандартов времени может включать стандарты на основе рубидия или цезия и приемник глобальной системы позиционирования .
Междугородние коммутаторы могут использовать более медленный и эффективный алгоритм распределения коммутаторов, чем местные центральные офисы , поскольку они имеют почти 100% использования своих входных и выходных каналов. Центральные офисы имеют более 90% своей пропускной способности каналов неиспользованными.
Традиционные телефонные коммутаторы соединяли физические цепи (например, пары проводов), в то время как современные телефонные коммутаторы используют комбинацию коммутации с разделением пространства и времени. Другими словами, каждый голосовой канал представлен временным интервалом (например, 1 или 2) на физической паре проводов (A или B). Чтобы соединить два голосовых канала (например, 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 проходит по электронным спискам текущих соединений. Использование обоих типов коммутации делает современный коммутатор намного меньше, чем мог бы быть пространственный или временной коммутатор сам по себе.
Структура коммутатора представляет собой нечетное число слоев меньших, более простых подкоммутаторов. Каждый слой соединен между собой сетью проводов, которая идет от каждого подкоммутатора к набору следующего слоя подкоммутаторов. В некоторых конструкциях физический (пространственный) коммутационный слой чередуется со слоем коммутации времени. Слои симметричны, поскольку в телефонной системе вызывающие абоненты также могут быть вызваны . В других конструкциях используется только коммутация времени на протяжении всего коммутатора.
Подкоммутатор с временным разделением считывает полный цикл временных интервалов в память, а затем записывает его в другом порядке, также под управлением циклической компьютерной памяти. Это вызывает некоторую задержку сигнала.
Пространственно-разделительный субпереключатель переключает электрические пути, часто используя некоторый вариант неблокируемого переключателя с минимальным охватом или кроссоверного переключателя .
Композитные коммутаторы по своей природе отказоустойчивы. Если субкоммутатор выходит из строя, управляющий компьютер может обнаружить сбой во время периодического теста. Компьютер отмечает все соединения с субкоммутатором как «используемые». Это предотвращает новые вызовы и не прерывает установленные вызовы. После завершения установленных вызовов субкоммутатор становится неиспользуемым и может быть отремонтирован. После успешного прохождения следующего теста коммутатор возвращается к полной работе.
Чтобы предотвратить разочарование из-за непредвиденных сбоев, все соединения между уровнями в коммутаторе распределяются с использованием списков (очередей) «первым пришел — первым вышел ». В результате, если соединение неисправно или шумно, а клиент кладет трубку и перезванивает, он получит другой набор соединений и подкоммутаторов. Распределение соединений по принципу «последним пришел — первым вышел » (стек) может привести к непрерывной череде очень раздражающих сбоев.
Центральная АТС почти всегда является единственной точкой отказа для местных звонков. По мере увеличения емкости отдельных коммутаторов и оптоволокна , которое их соединяет, потенциальный сбой, вызванный разрушением одного местного офиса, будет только увеличиваться. Несколько волоконных соединений могут использоваться для обеспечения избыточности голосовых и информационных соединений между коммутационными центрами, но требуется тщательное проектирование сети, чтобы избежать ситуаций, когда основное волокно и его резервное копирование проходят через один и тот же поврежденный центральный офис, что является потенциальным отказом общего режима . [20]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )