Электронная система коммутации номер один ( 1ESS ) была первой крупномасштабной телефонной станцией с управлением хранимой программой (SPC) или системой электронной коммутации в системе Bell . Он был изготовлен компанией Western Electric и впервые введен в эксплуатацию в Суккасуне , штат Нью-Джерси , в мае 1965 года. [1] Коммутационная структура состояла из матрицы герконовых реле , управляемой проволочными пружинными реле , которые, в свою очередь, управлялись центральным процессором ( ПРОЦЕССОР).
Коммутатор центрального офиса 1AESS представлял собой совместимую с вилкой версию 1ESS с большей емкостью и более быстрым процессором 1A, который включал существующий набор команд для совместимости программирования и использовал меньшие переключатели Remreed , меньшее количество реле и специальное дисковое хранилище . [2] Находился в эксплуатации с 1976 по 2017 год.
План коммутации голосовой связи был аналогичен плану более раннего коммутатора 5XB , поскольку он был двунаправленным и использовал принцип обратного вызова. [ необходимы разъяснения ] [ нужна ссылка ] Однако самые большие матричные коммутаторы с полным доступом (линейные сети 12А имели частичный доступ) в системе имели размер 8x8, а не 10x10 или 20x16. Таким образом, для создания достаточно больших групп специалистов в большом офисе потребовалось восемь этапов, а не четыре . Поскольку в новой системе точки пересечения стоят дороже, а коммутаторы дешевле, стоимость системы была сведена к минимуму за счет меньшего количества точек пересечения, объединенных в большее количество коммутаторов. Структура была разделена на линейные сети и магистральные сети с четырьмя этапами и частично сложена, чтобы обеспечить возможность соединения между линиями или между линиями и между магистралями, не превышая восьми этапов коммутации.
Традиционная реализация неблокируемого коммутатора с минимальным охватом , способного одновременно подключать входные потребители к выходным потребителям — при этом соединения инициируются в любом порядке — матрица соединений масштабируется на . Поскольку это непрактично, статистическая теория используется для проектирования оборудования, которое может соединять большинство вызовов и блокировать другие, когда трафик превышает расчетную мощность. Эти блокирующие выключатели являются наиболее распространенными на современных телефонных станциях. Обычно они реализуются в виде меньших коммутационных фабрик в каскаде. Во многих случаях рандомизатор используется для выбора начала пути через многоступенчатую структуру, чтобы можно было получить статистические свойства, предсказанные теорией. Кроме того, если система управления способна перестраивать маршрутизацию существующих соединений при поступлении нового соединения, полная неблокирующая матрица требует меньше точек переключения.
Каждая четырехэтапная линейная сеть (LN) или магистральная сеть (TN) была разделена на соединительные кадры коммутации (JSF) и либо линейные коммутационные кадры (LSF) в случае линейной сети, либо магистральные коммутационные кадры (TSF) в случае Магистральная сеть. Ссылки были обозначены A, B, C и J для Junctor. A Ссылки были внутренними по отношению к LSF или TSF; Ссылки B соединяли LSF или TSF с JSF, C были внутренними по отношению к JSF, а ссылки J или соединители соединялись с другой сетью на коммутаторе.
Все JSF имели коэффициент концентрации, равный единице, то есть количество каналов B внутри сети равнялось количеству переходов в другие сети. Большинство LSF имели коэффициент концентрации линий (LCR) 4: 1; то есть линий было в четыре раза больше, чем звеньев B. В некоторых городских районах использовался LSF 2:1. Каналы B часто умножались для получения более высокого LCR, например 3:1 или (особенно в пригороде 1ESS) 5:1. Линейные сети всегда имели 1024 узла, организованных в 16 сеток, каждая из которых коммутировала 64 узла на 64 канала B. Для целей управления в каждом из четырех LJF были сгруппированы четыре сетки.
TSF имела концентрацию единства, но TN могла иметь больше TSF, чем JSF. Таким образом, их каналы B обычно умножались, чтобы получить коэффициент концентрации магистрали (TCR) 1,25: 1 или 1,5: 1, причем последнее особенно распространено в офисах 1A. ФБО и JSF были идентичны, за исключением их положения в структуре и наличия девятого уровня тестового доступа или уровня без тестирования в JSF. Каждый JSF или TSF был разделен на 4 двухэтапные сетки.
Ранние TN имели четыре JSF, всего 16 сеток, 1024 J-звеньев и такое же количество B-звеньев, с четырьмя B-звеньями от каждой сетки магистрального соединителя к каждой сетке магистрального коммутатора. Начиная с середины 1970-х годов, в более крупных офисах каналы B были подключены по-другому: только по два канала B от каждой магистральной соединительной сети к каждой магистральной коммутационной сети. Это позволило создать более крупную TN с 8 JSF, содержащими 32 сетки, соединяющими 2048 узлов и 2048 каналов B. Таким образом, соединительные группы могли бы быть больше и эффективнее. Эти TN имели восемь TSF, что давало TN коэффициент концентрации стволов, равный единице.
Внутри каждого LN или TN каналы A, B, C и J считались от внешнего окончания до внутреннего. То есть для магистрали коммутатор Stage 0 магистрали мог подключать каждую магистраль к любому из восьми каналов A, которые, в свою очередь, были подключены к коммутаторам Stage 1 для подключения их к каналам B. Магистральные распределительные сети также имели переключатели Этапа 0 и Стадии 1: первый для подключения каналов B к каналам C, а второй для соединения каналов C с J, также называемых Соединителями. Соединители были собраны в кабели, по 16 витых пар на каждый кабель, образующие подгруппу соединительных узлов, идущую к групповому фрейму соединительных узлов, где они подключались к кабелям, ведущим к другим сетям. Каждая сеть имела 64 или 128 подгрупп и была связана между собой одной или (обычно) несколькими подгруппами.
Исходная коммутационная структура 1ESS Ferreed была упакована в виде отдельных переключателей 8x8 или других размеров, связанных с остальной частью речевой матрицы и схем управления с помощью проводных соединений. [3] [4] [5] Путь передачи/приема аналогового голосового сигнала осуществляется через ряд герконов с магнитной фиксацией (очень похожих на реле с фиксацией ). [6]
Гораздо меньшие по размеру точки пересечения Remreed, представленные примерно в то же время, что и 1AESS, были упакованы в виде ячеек четырех основных типов. Соединительные сети типа 10А и Магистральные сети 11А представляли собой коробку размером примерно 16x16x5 дюймов (40x40x12 см) с шестнадцатью переключателями 8x8 внутри. Линейные сетки типа 12A с LCR 2:1 имели ширину всего около 5 дюймов (12 см) и включали восемь линейных переключателей 4x4 Stage 0 с ферродами и размыкающими контактами для 32 линий, подключенных внутри к четырем переключателям 4x8 Stage 1, подключаемым к B-link. Линейные сетки типа 14A с LCR 4:1 имели размеры около 16x12x5 дюймов (40x30x12 см) с 64 линиями, 32 A-звеньями и 16 B-звеньями. Коробки были соединены с остальной частью сети и схемами управления с помощью вставных разъемов. Таким образом, рабочему приходилось работать с гораздо более крупным и тяжелым оборудованием, но ему не приходилось разматывать и перематывать десятки проводов.
Два контроллера в каждом фрейме соединительного узла имели доступ к своим соединительным узлам без проверки через свой F-переключатель, девятый уровень переключателей этапа 1, который можно было открывать или закрывать независимо от точек пересечения в сети. При настройке каждого вызова через фабрику, но перед подключением фабрики к линии и/или соединительной линии, контроллер может подключить точку тестового сканирования к проводам разговора для обнаружения потенциалов. О токе, протекающем через точку сканирования, будет сообщено программному обеспечению технического обслуживания, в результате чего телетайп выдаст сообщение «Ложное пересечение и заземление» (FCG) с указанием пути. Затем программное обеспечение обслуживания сообщит программе завершения вызова повторить попытку с другим соединительным устройством.
В результате чистого теста FCG программное обеспечение завершения вызова дало команду реле «А» в магистральной цепи работать, подключив его передающее и тестовое оборудование к коммутационной фабрике и, следовательно, к линии. Затем для исходящего вызова точка сканирования соединительной линии будет сканировать наличие линии со снятой трубкой. Если короткое замыкание не было обнаружено, программное обеспечение выдаст команду на печать «Ошибки контроля» (SUPF) и повторит попытку с другим соединителем. Аналогичная контрольная проверка проводилась при ответе на входящий вызов. Любой из этих тестов может предупредить о наличии плохой точки пересечения.
Сотрудники могли изучить массу распечаток, чтобы определить, какие соединения и точки пересечения (из миллиона точек пересечения в некоторых офисах) приводят к сбою вызовов с первой попытки. В конце 1970-х годов каналы телетайпа были собраны вместе в Центрах управления коммутацией (SCC), позднее — в системе Центра управления коммутацией , каждый из которых обслуживал дюжину или более станций 1ESS и использовал свои собственные компьютеры для анализа этих и других видов отчетов о сбоях. Они создали так называемую гистограмму (на самом деле диаграмму рассеяния ) частей структуры, где сбоев было особенно много, обычно указывающих на конкретную плохую точку пересечения, даже если она давала сбой спорадически, а не постоянно. Местные рабочие смогут затем отключить соответствующий выключатель или сеть и заменить их.
Когда сама точка пересечения тестового доступа зависала в закрытом состоянии, это приводило к спорадическим сбоям FCG во всех сетях, протестированных этим контроллером. Поскольку J-звенья были подключены извне, персонал распределительного помещения обнаружил, что такие неисправности можно обнаружить, задействовав обе сети, заземлив измерительные выводы контроллера, а затем проверив все 128 J-звеньев, 256 проводов, на наличие заземления.
Учитывая ограничения аппаратного обеспечения 1960-х годов, произошел неизбежный сбой. Несмотря на то, что система была обнаружена, она была разработана для соединения вызывающего абонента с неправильным человеком, а не для отключения, перехвата и т. д. [7]
Компьютер получал входные данные от периферийных устройств через магнитные сканеры, состоящие из ферродовых датчиков, по принципу аналогичных памяти на магнитных сердечниках , за исключением того, что выход управлялся обмотками управления, аналогичными обмоткам реле . Конкретно феррод представлял собой трансформатор с четырьмя обмотками. Две небольшие обмотки проходили через отверстия в центре ферритового стержня. Импульс на обмотке опроса индуцировался в обмотке считывания, если феррит не был магнитно-насыщенным . Обмотки управления большего размера, если через них протекал ток, насыщали магнитный материал, тем самым отделяя обмотку опроса от обмотки считывания, которая возвращала бы нулевой сигнал. Обмотки опроса из 16 ферродов ряда были подключены последовательно к драйверу, а обмотки считывания из 64 ферродов столбца были подключены к усилителю считывания. Проверьте цепи, чтобы убедиться, что ток опроса действительно протекает.
Сканеры представляли собой линейные сканеры (LSC), универсальные магистральные сканеры (USC), соединительные сканеры (JSC) и мастер-сканеры (MS). Первые три сканировали только для контроля , а все остальные задания по сканированию выполняли мастера-сканеры. Например, приемник DTMF , установленный в рамке разной соединительной линии, имел восемь точек сканирования по запросу, по одной для каждой частоты, и две контрольные точки сканирования, одна из которых сигнализировала о наличии действительной комбинации DTMF, чтобы программное обеспечение знало, когда следует просмотреть точки сканирования частоты, а другой — для контроля контура. Точка супервизорного сканирования также обнаруживала импульсы набора номера, а программное обеспечение подсчитывало импульсы по мере их поступления. Каждая цифра, когда она становилась действительной, сохранялась в программном накопителе для передачи в регистр происхождения.
Ферроды устанавливались парами, обычно с разными обмотками управления, так что один мог контролировать распределительную сторону магистрали, а другой — удаленный офис. Компоненты внутри блока соединительных линий, включая диоды, определяют, например, выполняет ли он обратную сигнализацию батареи в качестве входящей соединительной линии или обнаруживает обратную батарею от удаленной соединительной линии; т.е. был исходящий транк.
Линейные ферроды также поставлялись парами, из которых четный номер имел контакты, вынесенные на переднюю часть корпуса в наконечниках, подходящих для намотки проводов , чтобы обмотки можно было связать для подачи сигнала запуска по контуру или заземления . В оригинальной упаковке 1ESS все ферроды LSF были собраны вместе и отделены от линейных выключателей, в то время как в более поздней упаковке 1AESS каждый феррод располагался в передней части стальной коробки, содержащей линейный переключатель. Линейное оборудование с нечетными номерами невозможно было запустить с земли, поскольку их ферроды были недоступны.
Компьютер управлял реле с магнитной фиксацией с помощью распределителей сигналов (SD), упакованных в рамы Universal Trunk, Junctor или в рамки Miscellaneous Trunk, в соответствии с которыми они имели нумерацию USD, JSD или MSD. Первоначально SD представляли собой контактные деревья из 30-контактных проволочных пружинных реле , каждое из которых приводится в действие триггером. Каждое реле с магнитной фиксацией имело один передаточный контакт, предназначенный для отправки импульса обратно на SD при каждом срабатывании и отпускании. Импульсный генератор в SD обнаружил этот импульс, чтобы определить, что действие произошло, или же предупредил программное обеспечение обслуживания о необходимости распечатать отчет FSCAN . В более поздних версиях 1AESS SD были твердотельными с несколькими точками SD на каждую печатную плату, как правило, на той же полке или смежной полке с магистральным блоком.
Некоторыми периферийными устройствами, которым требовалось более быстрое время отклика, такими как передатчики импульсов набора номера, управляли через центральные распределители импульсов, которые в противном случае в основном использовались для включения (предупреждения) контроллера периферийных цепей о приеме команд от адресной шины периферийного устройства.
Дублирующий центральный процессор Гарвардской архитектуры или CC (Central Control) для 1ESS работал на частоте примерно 200 кГц . Он состоял из пяти отсеков высотой два метра каждый и общей длиной около четырех метров на один CC. Упаковка была в карточках размером примерно 4х10 дюймов (10х25 сантиметров) с краевым разъемом сзади. Проводка объединительной платы представляла собой провода, покрытые ватой , а не ленты или другие кабели. Логика ЦП была реализована с использованием дискретной диодно-транзисторной логики . На одной твердой пластиковой карте обычно размещались компоненты, необходимые для реализации, например, двух вентилей или триггера .
Большая часть логики была отдана диагностическим схемам. Можно запустить диагностику ЦП, которая попытается выявить неисправные карты. При сбоях одной карты вероятность успеха первой попытки ремонта составляла 90% или выше. Множественные сбои карт не были редкостью, и процент успешных ремонтов с первого раза быстро падал.
Конструкция ЦП была довольно сложной — для повышения пропускной способности использовалось трехстороннее чередование выполнения инструкций (позже названное конвейером команд ). Каждая инструкция будет проходить фазу индексации, фазу фактического выполнения инструкции и фазу вывода. Пока инструкция проходила фазу индексации, предыдущая инструкция находилась в фазе выполнения, а инструкция, предшествующая ей, находилась в фазе вывода.
Во многих инструкциях набора команд данные могут быть дополнительно замаскированы и/или повернуты. Для таких эзотерических функций существовали отдельные инструкции, как « найти первый установленный бит (самый правый установленный бит) в слове данных, при необходимости сбросить бит и сообщить мне его положение». Наличие этой функции в виде атомарной инструкции (а не ее реализации в виде подпрограммы ) значительно ускорило сканирование запросов на обслуживание или свободных цепей. Центральный процессор был реализован как иерархический конечный автомат .
Память имела длину слова 44 бита для хранения программ, из которых шесть бит предназначались для исправления ошибок Хэмминга , а один использовался для дополнительной проверки четности. В результате для инструкции оставалось 37 бит, из которых обычно 22 бита использовались для адреса. Для того времени это было необычайно широкое наставление.
Хранилища программ также содержали постоянные данные и не могли быть записаны онлайн. Вместо этого алюминиевые карты памяти, также называемые твисторными плоскостями, [5] пришлось извлекать группами по 128 штук, чтобы их постоянные магниты могли быть записаны в автономном режиме с помощью моторизованного записывающего устройства, что является улучшением по сравнению с немоторизованным записывающим устройством с одной картой, используемым в проекте Nike . Все кадры памяти, все шины, а также все программное обеспечение и данные имели полное двойное модульное резервирование . Двойные CC работали синхронно , и обнаружение несоответствия запускало автоматический секвенсор для изменения комбинации CC, шин и модулей памяти до тех пор, пока не была достигнута конфигурация, которая могла пройти проверку работоспособности . Шины представляли собой витые пары , по одной паре для каждого бита адреса, данных или управления, соединенные в CC и в каждом кадре хранилища с помощью соединительных трансформаторов и заканчивающиеся нагрузочными резисторами на последнем кадре.
Хранилища вызовов представляли собой память системы для чтения и записи, содержащую данные о текущих вызовах и другие временные данные. У них было 24-битное слово, из которых один бит предназначался для проверки четности . Они работали аналогично памяти на магнитном сердечнике , за исключением того, что феррит представлял собой листы с отверстием для каждого бита, а через это отверстие проходили совпадающие провода адреса тока и считывания. Первые Call Stores вмещали 8 килослов в рамке шириной около метра и высотой два метра.
Отдельная память программ и память данных работали в противофазе, причем фаза адресации хранилища программ совпадала с фазой выборки данных хранилища вызовов и наоборот. Это привело к дальнейшему перекрытию и, следовательно, к более высокой скорости выполнения программы, чем можно было ожидать от низкой тактовой частоты.
Программы в основном писались в машинном коде. Ошибки, которые раньше оставались незамеченными, стали заметными, когда 1ESS была внедрена в большие города с интенсивным телефонным трафиком, что отложило полное внедрение системы на несколько лет. Временные исправления включали сеть сервисных каналов (SLN), которая выполняла примерно ту же работу, что и переключатель входящей регистрации и переключатель выбора звонка коммутатора 5XB , тем самым уменьшая нагрузку на ЦП и уменьшая время ответа на входящие вызовы, а также сигнальный процессор (SP) или периферийный компьютер только с одним отсеком для выполнения простых, но трудоемких задач, таких как определение времени и подсчет импульсов набора номера. 1AESS устранил необходимость в SLN и SP.
Полудюймовый ленточный накопитель предназначался только для записи и использовался только для автоматического учета сообщений . Обновления программы выполнялись путем отправки партии карточек магазина программ с написанным на них новым кодом.
Программа Basic Generic включала постоянные «аудиты» для исправления ошибок в регистрах вызовов и других данных. При возникновении критического аппаратного сбоя в процессоре или периферийных устройствах, например, когда оба контроллера корпуса коммутатора линии выходят из строя и не могут принимать команды, машина прекращает соединение вызовов и переходит в «фазу регенерации памяти», «фазу повторной инициализации». ", или сокращенно "Фаза". Фазы были известны как фазы 1, 2, 4 или 5. Меньшие фазы очищали только регистры вызовов, которые находились в нестабильном состоянии и еще не подключены, и занимали меньше времени.
Во время фазы система, обычно ревущая звуками срабатывания и отпускания реле, затихала, поскольку ни одно реле не получало приказов. Телетайп модели 35 звонил в колокольчик и печатал серию букв «П», пока длилась фаза. Для сотрудников центрального офиса это могло быть пугающим временем, поскольку проходили секунды, а затем, возможно, минуты, пока они знали, что абоненты, поднявшие трубку, будут в полной тишине до тех пор, пока фаза не закончится, и процессор не придет в себя и не возобновит соединение вызовов. Более крупные этапы занимали больше времени, очищая все регистры вызовов, тем самым отключая все вызовы и обрабатывая любую линию со снятой трубкой как запрос на гудок. Если автоматизированные этапы не смогли восстановить работоспособность системы, применялись ручные процедуры для выявления и изоляции неисправного оборудования или шин. [8]
Большинство из тысяч офисов 1ESS и 1AESS в США были заменены в 1990-х годах на DMS-100 , 5ESS Switch и другие цифровые коммутаторы, а с 2010 года также на пакетные коммутаторы . По состоянию на конец 2014 года в сети Северной Америки оставалось чуть более 20 установок 1AESS, которые были расположены в основном в прежних штатах BellSouth компании AT&T и юго-западных штатах Bell компании AT&T, особенно в районе метро Атланты, штат Джорджия, в районе метро Сент-Луиса, штат Миссури, и в Район метро Даллас/Форт-Уэрт, Техас. В 2015 году AT&T не продлила контракт на поддержку с Alcatel-Lucent (теперь Nokia ) для все еще находящихся в эксплуатации систем 1AESS и уведомила Alcatel-Lucent о своем намерении вывести их все из эксплуатации к 2017 году. В результате Alcatel-Lucent демонтировала последняя лаборатория 1AESS в Нейпервилле Bell Labs в 2015 году и объявила о прекращении поддержки 1AESS. [9] [10] В 2017 году AT&T завершила удаление оставшихся систем 1AESS, переведя клиентов на коммутаторы с другими более новыми технологиями, обычно с коммутаторами Genband только с транкингом TDM.
Последний известный коммутатор 1AESS находился в Одессе, штат Техас (Одесский федеральный центр связи Линкольна ODSSTXLI). Примерно 3 июня 2017 года он был отключен от обслуживания и подключен к коммутатору пакетов Genband G5/G6.
Электронная система коммутации № 1 с функциями передачи данных (ESS ADF № 1) представляла собой адаптацию электронной системы коммутации номер один для создания системы коммутации сообщений с сохранением и пересылкой . Для передачи телетайпных сообщений и сообщений использовались как одиночные, так и многостанционные линии . Он был создан в ответ на растущую потребность в быстрой и экономичной доставке данных и печатных копий. [11]
АПД ESS № 1 имел большое количество функций, в том числе: [12]
Хотя 1ESS знала, когда произошел сбой, она была разработана для соединения вызывающего абонента с неправильным человеком, а не для более разрушительной реакции на ошибку ... вызывающий абонент, думая, что она просто ошиблась в наборе номера, вешает трубку и пытается еще раз ...сохранилась иллюзия безошибочной телефонной системы.
