El Sistema de Conmutación Electrónica Número Uno ( 1ESS ) fue la primera central telefónica o sistema de conmutación electrónica de control de programa almacenado (SPC) a gran escala en el Sistema Bell . Fue fabricado por Western Electric y puesto en servicio por primera vez en Succasunna , Nueva Jersey , en mayo de 1965. [1] La estructura de conmutación estaba compuesta por una matriz de relés de láminas controlada por relés de resorte de alambre que a su vez estaban controlados por una unidad central de procesamiento ( UPC).
El conmutador de oficina central 1AESS era una actualización de mayor capacidad y compatible con enchufes de 1ESS con un procesador 1A más rápido que incorporaba el conjunto de instrucciones existente para compatibilidad de programación y utilizaba conmutadores remreed más pequeños, menos relés y almacenamiento en disco destacado . [2] Estuvo en servicio desde 1976 hasta 2017.
El plan de estructura de conmutación de voz era similar al del conmutador 5XB anterior en cuanto a que era bidireccional y utilizaba el principio de devolución de llamada. [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] Sin embargo, los interruptores matriciales de acceso total más grandes (las rejillas de línea 12A tenían acceso parcial) en el sistema eran 8x8 en lugar de 10x10 o 20x16. Por lo tanto, requirieron ocho etapas en lugar de cuatro para lograr grupos de unión suficientemente grandes en una oficina grande. Como los puntos de cruce son más caros en el nuevo sistema pero los conmutadores son más baratos, el coste del sistema se minimizó con menos puntos de cruce organizados en más conmutadores. La estructura se dividió en Redes de Línea y Redes Troncales de cuatro etapas, y se plegó parcialmente para permitir la conexión línea a línea o troncal a troncal sin exceder las ocho etapas de conmutación.
La implementación tradicional de un conmutador de expansión mínima sin bloqueo capaz de conectar clientes de entrada con clientes de salida simultáneamente (con las conexiones iniciadas en cualquier orden) amplió la matriz de conexión . Como esto no es práctico, la teoría estadística se utiliza para diseñar hardware que pueda conectar la mayoría de las llamadas y bloquear otras cuando el tráfico exceda la capacidad de diseño. Estos interruptores de bloqueo son los más comunes en las centrales telefónicas modernas. Generalmente se implementan como estructuras de conmutación más pequeñas en cascada. En muchos, se utiliza un aleatorizador para seleccionar el inicio de un camino a través del tejido de múltiples etapas para que se puedan obtener las propiedades estadísticas predichas por la teoría. Además, si el sistema de control es capaz de reorganizar el enrutamiento de las conexiones existentes cuando llega una nueva conexión, una matriz completa sin bloqueo requiere menos puntos de conmutación.
Cada red de línea (LN) o red troncal (TN) de cuatro etapas se dividió en tramas de conmutación Junctor (JSF) y tramas de conmutación de línea (LSF) en el caso de una red de línea, o tramas de conmutación troncal (TSF) en el caso de una red troncal. Los enlaces fueron designados A, B, C y J para Junctor. A Los enlaces eran internos de la LSF o TSF; Los enlaces B conectaban LSF o TSF a JSF, los C eran internos a JSF y los enlaces J o Junctors se conectaban a otra red en el intercambio.
Todos los JSF tenían un índice de concentración unitario, es decir, el número de enlaces B dentro de la red era igual al número de uniones con otras redes. La mayoría de los LSF tenían una relación de concentración de línea (LCR) de 4:1; es decir, las líneas eran cuatro veces más numerosas que los enlaces B. En algunas zonas urbanas se utilizó LSF 2:1. Los enlaces B a menudo se multiplicaban para obtener un LCR más alto, como 3:1 o (especialmente en 1ESS suburbano) 5:1. Line Networks siempre tuvo 1024 Junctors, dispuestos en 16 cuadrículas, cada una de las cuales conmutaba 64 Junctors a 64 enlaces B. Se agruparon cuatro cuadrículas con fines de control en cada uno de los cuatro LJF.
TSF tenía una concentración unitaria, pero un TN podría tener más TSF que JSF. Por lo tanto, sus enlaces B generalmente se multiplicaban para lograr una relación de concentración troncal (TCR) de 1,25:1 o 1,5:1, siendo este último especialmente común en las oficinas 1A. Los TSF y los JSF eran idénticos excepto por su posición en la estructura y la presencia de un noveno nivel de acceso a la prueba o un nivel sin prueba en el JSF. Cada JSF o TSF se dividió en 4 cuadrículas de dos etapas.
Las primeras TN tenían cuatro JSF, para un total de 16 redes, 1024 enlaces J y la misma cantidad de enlaces B, con cuatro enlaces B desde cada red Trunk Junctor a cada red Trunk Switch. A partir de mediados de la década de 1970, las oficinas más grandes tenían sus enlaces B cableados de manera diferente, con solo dos enlaces B de cada red de unión troncal a cada red de conmutación troncal. Esto permitió un TN más grande, con 8 JSF que contienen 32 cuadrículas, conectando 2048 uniones y 2048 enlaces B. Así, los grupos de unión podrían ser más grandes y más eficientes. Estos TN tenían ocho TSF, lo que le daba a los TN un índice de concentración de tronco unitario.
Dentro de cada LN o TN, los enlaces A, B, C y J se contaron desde la terminación exterior hasta la interior. Es decir, para una troncal, el conmutador de la Etapa 0 de la troncal podría conectar cada troncal a cualquiera de los ocho enlaces A, que a su vez estaban conectados a los conmutadores de la Etapa 1 para conectarlos a los enlaces B. Las redes Trunk Junctor también tenían interruptores de Etapa 0 y Etapa 1, el primero para conectar enlaces B con enlaces C y el segundo para conectar enlaces C con J, también llamados Junctors. Los Junctors se reunieron en cables, 16 pares trenzados por cable que constituyen un Subgrupo Junctor, que se extiende hasta el Marco de agrupación Junctor donde se conectan a cables a otras redes. Cada red tenía 64 o 128 subgrupos y estaba conectada entre sí mediante uno o (normalmente) varios subgrupos.
La estructura de conmutación 1ESS Ferreed original se empaquetó como interruptores separados de 8x8 u otros tamaños, conectados al resto de la estructura de voz y al circuito de control mediante conexiones enrolladas . [3] [4] [5] La ruta de transmisión/recepción de la señal de voz analógica es a través de una serie de interruptores de lengüeta con enclavamiento magnético (muy similares a los relés de enclavamiento ). [6]
Los puntos de cruce Remreed, mucho más pequeños, introducidos aproximadamente al mismo tiempo que 1AESS, se empaquetaron como cajas de cuadrícula de cuatro tipos principales. Las rejillas Junctor tipo 10A y las rejillas troncales 11A eran una caja de aproximadamente 16x16x5 pulgadas (40x40x12 cm) con dieciséis interruptores de 8x8 en su interior. Las rejillas de línea tipo 12A con LCR 2:1 tenían solo aproximadamente 5 pulgadas (12 cm) de ancho, con ocho interruptores de línea 4x4 Etapa 0 con ferrods y contactos de corte para 32 líneas, conectados internamente a cuatro interruptores 4x8 Etapa 1 que se conectaban a enlaces B. Las cuadrículas de líneas tipo 14A con LCR 4:1 medían aproximadamente 16x12x5 pulgadas (40x30x12 cm) con 64 líneas, 32 enlaces A y 16 enlaces B. Las cajas se conectaron al resto de la estructura y al circuito de control mediante conectores deslizables. Así, el trabajador tenía que manipular un equipo mucho más grande y pesado, pero no tenía que desenvolver y volver a envolver docenas de cables.
Los dos controladores en cada Junctor Frame tenían acceso sin prueba a sus Junctors a través de su interruptor F, un noveno nivel en los interruptores de la Etapa 1 que se podía abrir o cerrar independientemente de los puntos de cruce en la red. Al configurar cada llamada a través de la estructura, pero antes de conectar la estructura a la línea y/o troncal, el controlador podría conectar un punto de exploración de prueba a los cables de conversación para detectar potenciales. La corriente que fluye a través del punto de escaneo se informaría al software de mantenimiento, lo que daría como resultado un mensaje de teletipo "False Cross and Ground" (FCG) que enumera la ruta. Luego, el software de mantenimiento le indicaría al software de finalización de llamadas que intente nuevamente con un conector diferente.
Con una prueba FCG limpia, el software de finalización de llamada le indicó al relé "A" en el circuito troncal que funcionara, conectando su transmisión y hardware de prueba a la estructura de conmutación y, por lo tanto, a la línea. Luego, para una llamada saliente, el punto de exploración de la troncal buscaría la presencia de una línea descolgada. Si no se detectaba el cortocircuito, el software ordenaría la impresión de un "Fallo de supervisión" (SUPF) y volvería a intentarlo con un conector diferente. Se realizó una verificación de supervisión similar cuando se respondió una llamada entrante. Cualquiera de estas pruebas podría alertar de la presencia de un mal punto de cruce.
El personal podía estudiar una gran cantidad de impresiones para encontrar qué enlaces y puntos de cruce (entre, en algunas oficinas, un millón de puntos de cruce) estaban provocando que las llamadas fallaran en los primeros intentos. A finales de la década de 1970, los canales de teleimpresores se reunieron en Centros de Control de Conmutación (SCC), más tarde Sistema de Centro de Control de Conmutación , cada uno de los cuales prestaba servicio a una docena o más de centrales 1ESS y utilizaba sus propias computadoras para analizar estos y otros tipos de informes de fallas. Generaron el llamado histograma (en realidad, un diagrama de dispersión ) de partes de la estructura donde las fallas eran particularmente numerosas, generalmente apuntando a un punto de cruce malo en particular, incluso si fallaba esporádicamente en lugar de consistentemente. Luego, los trabajadores locales podrían ocupar el interruptor o la red correspondiente y reemplazarlo.
Cuando un punto de cruce de acceso de prueba se quedaba bloqueado, causaba fallas esporádicas de FCG en ambas redes que fueron probadas por ese controlador. Dado que los enlaces J estaban conectados externamente, el personal de la sala de conmutación descubrió que tales fallas se podían encontrar ocupando ambas redes, conectando a tierra los cables de prueba del controlador y luego probando los 128 enlaces J, 256 cables, en busca de tierra.
Dadas las restricciones del hardware de la década de 1960, se produjeron fallos inevitables. Aunque se detectó, el sistema fue diseñado para conectar a la persona que llama con la persona equivocada en lugar de desconectarlo, interceptarlo, etc. [7]
La computadora recibía entradas de periféricos a través de escáneres magnéticos, compuestos por sensores Ferrod, similares en principio a la memoria de núcleo magnético, excepto que la salida estaba controlada por devanados de control análogos a los devanados de un relé . En concreto, el ferrod era un transformador con cuatro devanados. Dos pequeños devanados pasaban por agujeros en el centro de una varilla de ferrita. Se inducía un pulso en el devanado de interrogación en el devanado de lectura, si la ferrita no estaba saturada magnéticamente . Los devanados de control más grandes, si la corriente fluía a través de ellos, saturaban el material magnético, desacoplando así el devanado de interrogación del devanado de lectura que devolvería una señal cero. Los devanados de interrogación de 16 ferrods de una fila se conectaron en serie a un controlador, y los devanados de lectura de 64 ferrods de una columna se conectaron a un amplificador sensor. Los circuitos de verificación aseguraron que realmente fluyera una corriente de interrogación.
Los escáneres fueron Line Scanners (LSC), Universal Trunk Scanners (USC), Junctor Scanners (JSC) y Master Scanners (MS). Los primeros tres solo escanearon para supervisión , mientras que Master Scanners realizó todos los demás trabajos de escaneo. Por ejemplo, un receptor DTMF , montado en un marco troncal misceláneo, tenía ocho puntos de escaneo de demanda, uno para cada frecuencia, y dos puntos de escaneo de supervisión, uno para señalar la presencia de una combinación DTMF válida para que el software supiera cuándo mirar el puntos de escaneo de frecuencia, y el otro para supervisar el bucle. El punto de exploración de supervisión también detectó pulsos de marcación, y el software contó los pulsos a medida que llegaban. Cada dígito, cuando se volvió válido, se almacenó en una tolva de software para entregarse al Registro de origen.
Los ferrodos se montaban en pares, generalmente con diferentes devanados de control, de modo que uno podía supervisar un lado de conmutación de un tronco y el otro la oficina distante. Los componentes dentro del paquete de troncal, incluidos los diodos, determinaron, por ejemplo, si realizaba una señalización de batería inversa como una troncal entrante o detectaba una batería inversa desde una troncal distante; es decir, era un baúl saliente.
Los ferrods de línea también se proporcionaron en pares, de los cuales el número par tenía contactos colocados en la parte frontal del paquete en terminales adecuados para enrollar cables para que los devanados pudieran sujetarse para el inicio del bucle o la señalización de inicio a tierra . El paquete original del 1ESS tenía todos los ferrods de un LSF juntos y separados de los interruptores de línea, mientras que el 1AESS posterior tenía cada ferrod en la parte frontal de la caja de acero que contenía su interruptor de línea. Los equipos de líneas impares no pudieron arrancar en tierra, ya que sus ferrods eran inaccesibles.
La computadora controlaba los relés de enclavamiento magnético mediante Distribuidores de Señal (SD) empaquetados en los marcos Troncales Universales, Marcos Junctor o en marcos Troncales Varios, según los cuales estaban numerados como USD, JSD o MSD. Los SD eran originalmente árboles de contactos de relés de resorte de alambre de 30 contactos , cada uno accionado por un flip-flop. Cada relé de enclavamiento magnético tenía un contacto de transferencia dedicado a enviar un pulso de regreso al SD, en cada operación y liberación. El pulsador en el SD detectó este pulso para determinar que la acción había ocurrido, o bien alertó al software de mantenimiento para que imprimiera un informe FSCAN . En versiones posteriores de 1AESS, las SD eran de estado sólido con varios puntos SD por tarjeta, generalmente en el mismo estante o en un estante adyacente al paquete troncal.
Algunos periféricos que necesitaban un tiempo de respuesta más rápido, como los transmisores de pulsos de marcación, se controlaban a través de distribuidores de pulsos centrales, que de otro modo se usaban principalmente para habilitar (alertar) a un controlador de circuito periférico para que aceptara órdenes del bus de direcciones de la unidad periférica.
El procesador central duplicado de arquitectura Harvard o CC (Control Central) para el 1ESS operaba a aproximadamente 200 kHz . Constaba de cinco tramos, cada uno de dos metros de alto y con un total de unos cuatro metros de longitud por CC. El embalaje estaba en tarjetas de aproximadamente 4x10 pulgadas (10x25 centímetros) con un conector de borde en la parte posterior. El cableado del backplane estaba compuesto por alambres recubiertos de algodón , no cintas ni otros cables. La lógica de la CPU se implementó utilizando lógica discreta de diodo-transistor . Una tarjeta de plástico duro normalmente contenía los componentes necesarios para implementar, por ejemplo, dos puertas o un flip-flop .
Se dedicó gran parte de la lógica a los circuitos de diagnóstico. Se podrían ejecutar diagnósticos de CPU que intentarían identificar las tarjetas defectuosas. En los fallos de una sola tarjeta, eran comunes tasas de éxito del primer intento de reparación del 90 % o más. Los fallos múltiples de las tarjetas no eran infrecuentes y la tasa de éxito en la reparación por primera vez disminuyó rápidamente.
El diseño de la CPU era bastante complejo: utilizaba un entrelazado de tres vías de ejecución de instrucciones (más tarde llamado canalización de instrucciones ) para mejorar el rendimiento. Cada instrucción pasaría por una fase de indexación, una fase de ejecución de instrucción real y una fase de salida. Mientras una instrucción pasaba por la fase de indexación, la instrucción anterior estaba en su fase de ejecución y la instrucción anterior estaba en su fase de salida.
En muchas instrucciones del conjunto de instrucciones , los datos se pueden enmascarar y/o rotar opcionalmente. Existían instrucciones únicas para funciones esotéricas como " buscar el primer bit configurado (el bit más a la derecha que está configurado) en una palabra de datos, opcionalmente restablecer el bit y decirme la posición del bit". Tener esta función como una instrucción atómica (en lugar de implementarla como una subrutina ) aceleró drásticamente el escaneo en busca de solicitudes de servicio o circuitos inactivos. El procesador central se implementó como una máquina de estados jerárquica .
La memoria tenía una longitud de palabra de 44 bits para los almacenes de programas, de los cuales seis bits eran para la corrección de errores de Hamming y uno se usaba para una verificación de paridad adicional. Esto dejaba 37 bits para la instrucción, de los cuales normalmente 22 bits se utilizaban para la dirección. Ésta era una palabra de instrucción inusualmente amplia para la época.
Los almacenes de programas también contenían datos permanentes y no se podían escribir en línea. En cambio, las tarjetas de memoria de aluminio, también llamadas planos giratorios, [5] tuvieron que retirarse en grupos de 128 para que sus imanes permanentes pudieran escribirse fuera de línea mediante un escritor motorizado, una mejora con respecto al escritor de tarjetas individuales no motorizado utilizado en el Proyecto Nike . Todos los marcos de memoria, todos los buses y todo el software y los datos eran completamente redundantes y modulares . Los CC duales operaron al unísono y la detección de una falta de coincidencia activó un secuenciador automático para cambiar la combinación de CC, buses y módulos de memoria hasta que se alcanzó una configuración que pudiera pasar una verificación de cordura . Los buses eran pares trenzados , un par para cada dirección, datos o bit de control, conectados en el CC y en cada marco de tienda mediante transformadores de acoplamiento, y terminaban en resistencias terminales en el último marco.
Los almacenes de llamadas eran la memoria de lectura/escritura del sistema y contenían los datos de las llamadas en curso y otros datos temporales. Tenían una palabra de 24 bits , de los cuales un bit era para control de paridad . Funcionaban de manera similar a la memoria de núcleo magnético , excepto que la ferrita estaba en láminas con un orificio para cada bit, y la dirección actual coincidente y los cables de lectura pasaban a través de ese orificio. Los primeros Call Stores contenían 8 kilopalabras , en un marco de aproximadamente un metro de ancho y dos metros de alto.
La memoria de programa separada y la memoria de datos se operaron en antifase, coincidiendo la fase de direccionamiento de Program Store con la fase de búsqueda de datos de Call Store y viceversa. Esto dio como resultado una mayor superposición y, por lo tanto, una velocidad de ejecución del programa mayor de lo que podría esperarse debido a la baja velocidad del reloj.
La mayoría de los programas se escribían en código de máquina. Errores que antes pasaban desapercibidos se hicieron prominentes cuando 1ESS llegó a las grandes ciudades con mucho tráfico telefónico y retrasaron la adopción total del sistema durante algunos años. Las correcciones temporales incluyeron la red de enlace de servicio (SLN), que hizo aproximadamente el trabajo del enlace de registro entrante y el conmutador de selección de timbre del conmutador 5XB , disminuyendo así la carga de la CPU y los tiempos de respuesta para las llamadas entrantes, y un procesador de señal (SP) o Computadora periférica de una sola bahía, para manejar tareas simples pero que requieren mucho tiempo, como la sincronización y el conteo de Dial Pulses. 1AESS eliminó la necesidad de SLN y SP.
La unidad de cinta de media pulgada era sólo de escritura y se utilizaba únicamente para la contabilidad automática de mensajes . Las actualizaciones del programa se ejecutaron enviando una carga de tarjetas de la Tienda de programas con el nuevo código escrito en ellas.
El programa Genérico Básico incluía "auditorías" constantes para corregir errores en los registros de llamadas y otros datos. Cuando ocurría una falla crítica de hardware en el procesador o en las unidades periféricas, como que ambos controladores de un marco de conmutación de línea fallaran y no pudieran recibir órdenes, la máquina dejaría de conectar llamadas y entraría en una "fase de regeneración de memoria", "fase de reinicialización" ", o "Fase" para abreviar. Las Fases se conocían como Fase 1, 2, 4 o 5. Las fases menores solo borraban los registros de llamadas de las llamadas que estaban en un estado inestable y que aún no estaban conectadas, y tomaban menos tiempo.
Durante una fase, el sistema, que normalmente rugía con el sonido de los relés funcionando y soltándose, se quedaba en silencio ya que ningún relé recibía órdenes. El Teletipo Modelo 35 haría sonar su campana e imprimiría una serie de P mientras durase la fase. Para el personal de la oficina central, este podría ser un momento aterrador, ya que pasaron segundos y luego tal vez minutos mientras sabían que los suscriptores que levantaran sus teléfonos recibirían un silencio total hasta que terminara la fase y el procesador recuperara la "cordura" y reanudara la conexión de llamadas. Las fases mayores tomaron más tiempo, borrando todos los registros de llamadas, desconectando así todas las llamadas y tratando cualquier línea descolgada como una solicitud de tono de marcado. Si las fases automatizadas no lograban restaurar la integridad del sistema, existían procedimientos manuales para identificar y aislar hardware o buses defectuosos. [8]
La mayoría de las miles de oficinas 1ESS y 1AESS en EE. UU. fueron reemplazadas en la década de 1990 por DMS-100 , 5ESS Switch y otros conmutadores digitales, y desde 2010 también por conmutadores de paquetes . A finales de 2014, poco más de 20 instalaciones 1AESS permanecían en la red de América del Norte, que estaban ubicadas principalmente en los estados heredados de BellSouth de AT&T y en los estados heredados de BellSouth del sudoeste de AT&T, especialmente en el área metropolitana de Atlanta GA, el área metropolitana de Saint Louis MO y en el Área metropolitana de Dallas/Fort Worth TX. En 2015, AT&T no renovó un contrato de soporte con Alcatel-Lucent (ahora Nokia ) para los sistemas 1AESS aún en funcionamiento y notificó a Alcatel-Lucent su intención de retirarlos todos del servicio para 2017. Como resultado, Alcatel-Lucent desmanteló el último laboratorio 1AESS en la ubicación de Naperville Bell Labs en 2015, y anunció la interrupción del soporte para 1AESS. [9] [10] En 2017, AT&T completó la eliminación de los sistemas 1AESS restantes trasladando a los clientes a otros conmutadores de tecnología más nueva, generalmente con conmutadores Genband con enlace troncal TDM únicamente.
El último conmutador 1AESS conocido estaba en Odessa, TX (Odessa Lincoln Federal wirecenter ODSSTXLI). Se desconectó del servicio alrededor del 3 de junio de 2017 y se pasó a un conmutador de paquetes Genband G5/G6.
El sistema de conmutación electrónica número uno con funciones de datos (ADF ESS número uno) fue una adaptación del sistema de conmutación electrónica número uno para crear un sistema de conmutación de mensajes de almacenamiento y reenvío . Utilizaba líneas de una y varias estaciones para transmitir teletipos y mensajes de datos. Fue creado para responder a una necesidad creciente de entrega rápida y económica de datos y copias impresas. [11]
El ADF ESS número uno tenía una gran cantidad de características, entre ellas: [12]
Aunque el 1ESS sabía cuándo fallaba, fue diseñado para conectar a la persona que llama con la persona equivocada en lugar de reaccionar ante el error de una manera más disruptiva ... la persona que llama, pensando que simplemente había marcado mal, colgaba y volvía a intentarlo. ... se conserva la ilusión de un sistema telefónico infalible.
