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Una central telefónica , también conocida como conmutador telefónico u oficina central , es un componente crucial en la red telefónica pública conmutada (PSTN) o en los sistemas de telecomunicaciones de grandes empresas. Facilita la interconexión de líneas de abonados telefónicos o circuitos virtuales de sistemas digitales, posibilitando llamadas telefónicas entre abonados.
La terminología utilizada en telecomunicaciones ha evolucionado con el tiempo; central telefónica y oficina central a menudo se usan indistintamente; este último término se originó en Bell System . Una oficina central generalmente se refiere a una instalación que alberga el equipo interno de la planta para una o varias centrales telefónicas, cada una de las cuales atiende a una región geográfica específica. Esta región a veces se conoce como la zona de intercambio. En América del Norte, el término centro de cableado puede usarse para indicar la ubicación de una oficina central, lo que indica una instalación que proporciona un teléfono con tono de marcado . [1] Los operadores de telecomunicaciones también definen centros de tarifas con fines comerciales y de facturación, que en las grandes ciudades pueden abarcar grupos de oficinas centrales para especificar ubicaciones geográficas para los cálculos de medición de distancias.
En la década de 1940, el Bell System de Estados Unidos y Canadá introdujo un sistema de numeración a nivel nacional que identificaba las oficinas centrales con un código único de tres dígitos, junto con un código de área del plan de numeración de tres dígitos (código NPA o código de área), haciendo que las centrales códigos de oficina distintivos dentro de cada área del plan de numeración. Estos códigos sirvieron como prefijos en los números de teléfono de los suscriptores. A mediados del siglo XX se produjeron esfuerzos organizativos similares en las redes telefónicas de todo el mundo, impulsados por la llegada de líneas telefónicas internacionales y transoceánicas y la marcación directa para los clientes.
Para aplicaciones corporativas o empresariales, una central telefónica privada se denomina centralita privada (PBX), que se conecta a la red telefónica pública conmutada. Un PBX sirve a los teléfonos de una organización y a cualquier circuito de línea privada alquilada, normalmente situado en grandes espacios de oficinas o campus organizacionales. Las configuraciones más pequeñas pueden utilizar un PBX o un sistema telefónico clave administrado por una recepcionista, que satisfaga las necesidades de telecomunicaciones de la empresa.
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En la era del telégrafo eléctrico, sus principales usuarios eran las oficinas de correos, las estaciones de ferrocarril, los centros gubernamentales más importantes (ministerios), las bolsas de valores, muy pocos periódicos de distribución nacional, las mayores corporaciones de importancia internacional y los individuos ricos. [2] A pesar de que los dispositivos telefónicos existían antes de la invención de la central telefónica, su éxito y funcionamiento económico habrían sido imposibles con el mismo esquema y estructura del telégrafo contemporáneo, como antes de la invención de la central telefónica, principios los teléfonos estaban cableados y comunicados con un solo otro teléfono (por ejemplo, desde la casa de un individuo hasta su negocio [3] ).
Una central telefónica es un sistema telefónico para un área geográfica pequeña que proporciona la conmutación (interconexión) de líneas de abonados para las llamadas realizadas entre ellas. Las centrales telefónicas reemplazaron a los pequeños sistemas telefónicos que conectaban a sus usuarios con líneas directas entre todas y cada una de las estaciones de suscriptores. Las centrales hicieron de la telefonía una tecnología disponible y cómoda para el uso diario y dieron impulso a la creación de un nuevo sector industrial.
Al igual que con la invención del teléfono en sí, el honor de ser la "primera central telefónica" tiene varios pretendientes. Uno de los primeros en proponer una central telefónica fue el húngaro Tivadar Puskás en 1877 mientras trabajaba para Thomas Edison . [4] [5] [6] [7] [8] La primera central telefónica experimental se basó en las ideas de Puskás y fue construida por la Bell Telephone Company en Boston en 1877. [9] La primera central telefónica estatal del mundo La central telefónica administrada se inauguró el 12 de noviembre de 1877 en Friedrichsberg, cerca de Berlín, bajo la dirección de Heinrich von Stephan . [10] George W. Coy diseñó y construyó la primera central telefónica comercial de EE. UU. que se inauguró en New Haven, Connecticut, en enero de 1878, y la primera cabina telefónica se construyó en las cercanías de Bridgeport . [11] La centralita se construyó con "pernos de carro, manijas de tapas de teteras y alambre de polisón" y podía manejar dos conversaciones simultáneas. [12] A Charles Glidden también se le atribuye el establecimiento de un intercambio en Lowell, MA. con 50 suscriptores en 1878.
En Europa, otras centrales telefónicas tempranas tenían su sede en Londres y Manchester , las cuales abrieron bajo patentes de Bell en 1879. [13] Bélgica tuvo su primera central telefónica internacional Bell (en Amberes ) un año después.
En 1887 Puskás introdujo el cuadro de distribución múltiplex . [ impreciso ] . [14]
Las centrales posteriores consistieron en entre uno y varios cientos de tableros de enchufes atendidos por operadores de centralita . Cada operador se sentaba frente a un panel vertical que contenía bancos de conectores de ¼ de pulgada con punta, anillo y manguito (3 conductores), cada uno de los cuales era la terminación local de la línea telefónica de un abonado . Delante del panel de conectores hay un panel horizontal que contiene dos filas de cables de conexión, cada par conectado a un circuito de cables .
Cuando una persona que llamaba levantaba el receptor, la corriente del circuito local encendía una lámpara de señal cerca del conector. [15] El operador respondió insertando el cable trasero ( cable de respuesta ) en el conector del suscriptor y encendió sus auriculares en el circuito para preguntar: "¿Número, por favor?" Para una llamada local, el operador insertó el cable frontal del par ( cable de timbre ) en el conector local de la persona llamada e inició el ciclo de timbre. Para una llamada de larga distancia, el operador se conectaba a un circuito troncal para conectarse con otro operador en otro banco de placas o en una oficina central remota. En 1918, el tiempo medio para completar la conexión de una llamada de larga distancia era de 15 minutos. [15]
Las primeras centralitas manuales requerían que el operador operara teclas de escucha y teclas de timbre, pero a finales de los años 1910 y 1920, los avances en la tecnología de las centralitas llevaron a funciones que permitían que la llamada fuera respondida automáticamente inmediatamente cuando el operador insertaba el cable de respuesta, y el timbre se hacía automáticamente. comenzará tan pronto como el operador inserte el cable de timbre en el conector de la persona llamada. El operador sería desconectado del circuito, lo que le permitiría manejar otra llamada, mientras la persona que llama escucharía una señal audible de devolución de llamada, de modo que ese operador no tendría que informar periódicamente que seguía llamando a la línea. [dieciséis]
En el método de llamada , el operador de origen llamaba a otro operador intermedio que llamaría al abonado llamado, o lo pasaba a otro operador intermedio. [17] Esta cadena de operadores intermedios podría completar la llamada sólo si estuvieran disponibles líneas troncales intermedias entre todos los centros al mismo tiempo. En 1943, cuando las llamadas militares tenían prioridad, una llamada a través de Estados Unidos podía tardar hasta 2 horas en solicitarse y programarse en ciudades que utilizaban centralitas manuales para llamadas de pago.
El 10 de marzo de 1891, Almon Brown Strowger , un empresario de pompas fúnebres de Kansas City, Missouri , patentó el interruptor paso a paso , un dispositivo que condujo a la automatización de la conmutación de circuitos telefónicos. Si bien hubo muchas ampliaciones y adaptaciones de esta patente inicial, la más conocida consta de 10 niveles o bancos, cada uno con 10 contactos dispuestos en semicírculo. Cuando se usaba con un dial telefónico giratorio , cada par de dígitos hacía que el eje de la "mano" del contacto central del interruptor escalonado subiera (trinquete) un nivel por cada pulso en el primer dígito y luego oscilara horizontalmente en un contacto. fila con una pequeña rotación por cada pulso en el siguiente dígito.
Posteriormente se dispusieron interruptores escalonados en bancos, cuya primera etapa era un buscador de línea . Si una de hasta cien líneas de abonado (doscientas líneas en buscadores de línea posteriores) tenía el receptor "descolgado", un buscador de línea conectaba la línea del abonado a un primer selector libre, que devolvía al abonado un tono de marcado para mostrar que era listo para recibir dígitos marcados. El dial del abonado pulsaba a unas 10 pulsaciones por segundo, aunque la velocidad dependía del estándar de la administración telefónica en particular.
Los intercambios basados en el interruptor Strowger finalmente fueron desafiados por otros tipos de intercambio y más tarde por la tecnología de barra cruzada . Estos diseños de intercambio prometían una conmutación más rápida y aceptarían pulsos entre conmutadores más rápidos que los típicos 10 pps del Strowger (normalmente alrededor de 20 pps). Posteriormente, muchos también aceptaron "tonos táctiles" DTMF u otros sistemas de señalización por tonos.
Una tecnología de transición (de pulso a DTMF) tenía convertidores para convertir DTMF a pulso, para alimentar interruptores Strowger, de panel o de barra transversal más antiguos. Esta tecnología se utilizó hasta mediados de 2002.
Muchos términos utilizados en la tecnología de las telecomunicaciones difieren en significado y uso entre las distintas regiones de habla inglesa. A los efectos de este artículo se hacen las siguientes definiciones:
Una oficina central originalmente era un intercambio principal en una ciudad con otros intercambios en partes del área. El término pasó a significar cualquier sistema de conmutación, incluidas sus instalaciones y operadores. También se utiliza generalmente para edificios que albergan equipos de conmutación y equipos internos relacionados de la planta . En la jerga de telecomunicaciones de Estados Unidos , una oficina central (CO) es un conmutador telefónico de Clase 5 de un centro de conmutación de operador común en el que se terminan y conmutan troncales y bucles locales . [18] En el Reino Unido, una central telefónica significa un edificio de centralita y también es el nombre de un conmutador telefónico.
Con el servicio manual , el cliente descuelga el auricular y le pide al operador que conecte la llamada a un número solicitado. Siempre que el número esté en la misma central y ubicado en la centralita del operador, éste conecta la llamada enchufando el cable de timbre en la toma correspondiente a la línea del cliente llamado. Si la línea del abonado llamado está en una centralita diferente en la misma oficina, o en una oficina central diferente, el operador se conecta a la troncal de la centralita u oficina de destino y le pide al operador que responde (conocido como operador "B") que se conecte. la llamada.
La mayoría de las centrales urbanas proporcionaban servicio de batería común , lo que significa que la oficina central proporcionaba energía a los circuitos telefónicos del abonado para el funcionamiento del transmisor, así como para la señalización automática con diales giratorios . En los sistemas de batería común, el par de cables desde el teléfono de un abonado hasta la central transportan un potencial de CC de 48 V (nominal) desde el extremo de la compañía telefónica a través de los conductores. El teléfono presenta un circuito abierto cuando está colgado o inactivo. [19]
Cuando el teléfono de un abonado está descolgado, presenta una resistencia eléctrica a través de la línea que hace que la corriente fluya a través del teléfono y los cables hasta la oficina central. En un tablero de distribución operado manualmente, esta corriente fluía a través de una bobina de relé y activaba un timbre o una lámpara en el tablero de distribución del operador, indicándole que realizara el servicio. [19]
En las ciudades más grandes, se necesitaron muchos años para convertir todas las oficinas en equipos automáticos, como un panel interruptor . Durante este período de transición, una vez que los números se estandarizaron al formato 2L-4N o 2L-5N (nombre de la central de dos letras y cuatro o cinco dígitos), fue posible marcar un número ubicado en una central manual y conectarse sin solicitarlo. asistencia del operador. La política de Bell System establecía que los clientes de las grandes ciudades no deberían preocuparse por el tipo de oficina, ya sea que llamaran a una oficina manual o automática.
Cuando un suscriptor marcaba el número de una estación manual, un operador en la oficina de destino respondía la llamada después de ver el número en un indicador y conectaba la llamada enchufando un cable en el circuito de salida y haciendo sonar la estación de destino. Por ejemplo, si un cliente de marcación que llama desde TAylor 4725 marcó un número atendido por una central manual, por ejemplo, ADams 1383-W, la llamada se completó, desde la perspectiva del suscriptor, exactamente como una llamada a LEnnox 5813, en una central automatizada. Las letras de línea compartida W, R, J y M solo se usaron en intercambios manuales con líneas compartidas de gato por línea.
A diferencia del formato de listado MAin 1234 para una oficina automatizada con dos letras mayúsculas, una oficina manual, con listados como Hillside 834 o East 23, era reconocible por el formato en el que la segunda letra no estaba en mayúscula.
Las zonas rurales, así como los pueblos más pequeños, contaban con servicio manual y la señalización se realizaba con magnetoteléfonos , que contaban con una manivela para el generador de señalización. Para alertar al operador, o a otro suscriptor en la misma línea, el suscriptor giraba la manivela para generar una corriente de timbre. La centralita respondió interrumpiendo el circuito, lo que dejó caer una pestaña de metal sobre el conector de línea del abonado y hizo sonar un timbre. Pilas secas , normalmente dos grandes N°. 6 celdas en el teléfono del abonado proporcionaban corriente continua para el transmisor. Estos sistemas magnéticos se utilizaban en Estados Unidos todavía en 1983, como en la pequeña ciudad de Bryant Pond, Woodstock, Maine .
Muchos sistemas magnéticos de ciudades pequeñas presentaban líneas compartidas , en las que entre dos y diez o más suscriptores compartían una sola línea. Al llamar a una parte, el operador utilizaba un código de timbre, una secuencia de señal de timbre distintiva , como dos timbres largos seguidos de uno corto. Todos en la línea podían escuchar las señales y captar y monitorear las conversaciones de otras personas.
Las centrales automáticas , que proporcionaban servicio de marcado , fueron inventadas por Almon Strowger en 1888. Se utilizaron comercialmente por primera vez en 1892, pero no se generalizaron hasta la primera década del siglo XX. Eliminaron la necesidad de operadores de centralita humanos que completaran las conexiones necesarias para una llamada telefónica . La automatización reemplazó a los operadores humanos por sistemas electromecánicos y los teléfonos estaban equipados con un dial mediante el cual quien llamaba transmitía el número de teléfono de destino al sistema de conmutación automática.
Una central telefónica detecta automáticamente una condición de descolgado del teléfono cuando el usuario retira el auricular del interruptor o soporte. La central proporciona tono de marcado en ese momento para indicar al usuario que la central está lista para recibir los dígitos marcados. Los pulsos o tonos DTMF generados por el teléfono se procesan y se establece una conexión con el teléfono de destino dentro de la misma central o con otra central distante.
El intercambio mantiene la conexión hasta que una de las partes cuelga. Este seguimiento del estado de la conexión se denomina supervisión. También se pueden incorporar al intercambio características adicionales, como equipos de facturación.
El servicio de marcado de Bell System implementó una función llamada identificación automática de números (ANI) que facilitó servicios como facturación automatizada, números 800 gratuitos y servicio 9-1-1 . En servicio manual, el operador sabe dónde se origina una llamada mediante la luz en el campo de tomas de la centralita. Antes de ANI, las llamadas de larga distancia se colocaban en una cola de operador y el operador preguntaba el número de la persona que llamaba y lo registraba en un ticket de peaje en papel.
Los primeros intercambios eran sistemas electromecánicos que utilizaban motores, ejes de transmisión, interruptores giratorios y relés . Algunos tipos de intercambios automáticos fueron el interruptor Strowger o interruptor paso a paso, All Relay, interruptor de panel , sistema rotativo y el interruptor de barra transversal .
Los circuitos que interconectan interruptores se denominan troncales . Antes del Signaling System 7 , los interruptores electromecánicos Bell System en los Estados Unidos se comunicaban originalmente entre sí a través de troncales utilizando una variedad de voltajes de CC y tonos de señalización, reemplazados hoy por señales digitales.
Algunas señales comunicaban los dígitos marcados. Una forma inicial llamada Pulsación del indicador de llamada del panel utilizaba pulsos cuaternarios para configurar llamadas entre un interruptor de panel y una centralita manual. Probablemente la forma más común de comunicar los dígitos marcados entre interruptores electromecánicos era enviar pulsos de marcado , equivalentes a los impulsos de un dial giratorio , pero enviados a través de circuitos troncales entre interruptores.
En las troncales Bell System, era común usar 20 pulsos por segundo entre interruptores de barra transversal y tándems de barra transversal. Esto fue el doble de la velocidad de marcación telefónica de Western Electric/Bell System. El uso de una frecuencia de pulsaciones más rápida hizo que la utilización de la troncal fuera más eficiente porque el conmutador pasaba la mitad de tiempo escuchando los dígitos. DTMF no se utilizó para señalización troncal.
La multifrecuencia (MF) fue el último de los métodos predigitales. Utilizaba un conjunto diferente de tonos enviados en pares como DTMF. La marcación fue precedida por una señal de pulso de tecla especial (KP) y seguida de un inicio (ST). Las variaciones del esquema de tonos Bell System MF se convirtieron en un estándar del CCITT . Se utilizaron esquemas similares en América y en algunos países europeos, incluida España. Las cadenas de dígitos entre conmutadores a menudo se abreviaban para mejorar aún más la utilización.
Por ejemplo, un conmutador podría enviar sólo los últimos cuatro o cinco dígitos de un número de teléfono . En un caso, los números de siete dígitos estaban precedidos por un dígito 1 o 2 para diferenciar entre dos códigos de área o códigos de oficina (un ahorro de dos dígitos por llamada). Esto mejoró los ingresos por troncal y redujo la cantidad de receptores de dígitos necesarios en un conmutador. Cada tarea en los interruptores electromecánicos se realizaba en grandes piezas metálicas de hardware. Cada fracción de segundo de corte en el tiempo de establecimiento de llamadas significaba menos bastidores de equipos para manejar el tráfico de llamadas.
Ejemplos de señales que comunican supervisión o progreso de llamada incluyen señalización E y M , señalización SF y señalización de bits robados. En los circuitos troncales E y M físicos (no portadores), los troncales eran de cuatro cables. Cincuenta troncales requerirían un cable de cien pares entre conmutadores, por ejemplo. Los conductores en una configuración de circuito común se denominaron punta, anillo, oreja (E) y boca (M). La punta y el anillo eran el par portador de la voz y recibían el nombre de la punta y el anillo de los tres cables conductores de la consola del operador manual.
En troncales bidireccionales con señalización E y M , se producía un protocolo de enlace para evitar que ambos conmutadores colisionaran al marcar llamadas en la misma troncal al mismo tiempo. Al cambiar el estado de estos cables de tierra a −48 voltios, los interruptores pasaron por un protocolo de protocolo de enlace. Usando cambios de voltaje de CC, el interruptor local enviaría una señal para prepararse para una llamada y el interruptor remoto respondería con un reconocimiento (un guiño) para continuar con el marcado por impulsos. Esto se hizo con lógica de relé y electrónica discreta.
Estos cambios de voltaje en el circuito troncal provocarían estallidos o clics que serían audibles para el suscriptor a medida que el protocolo de enlace eléctrico avanzaba por su protocolo. Otro apretón de manos, para comenzar a cronometrar a efectos de facturación, provocó una segunda serie de ruidos metálicos cuando la persona llamada respondió.
Una segunda forma común de señalización para supervisión se denominó señalización de frecuencia única o SF . La forma más común de esto utilizaba un tono constante de 2600 Hz para identificar una troncal como inactiva. Los circuitos troncales que escuchan un tono de 2600 Hz durante un período determinado quedarían inactivos. (El requisito de duración redujo las falsificaciones ). Algunos sistemas utilizaban frecuencias de tono superiores a 3000 Hz, particularmente en relés de radio de microondas multiplexados por división de frecuencia SSB .
En los sistemas de transmisión digital con portadora T , se utilizaron bits dentro del flujo de datos T-1 para transmitir supervisión. Gracias a un diseño cuidadoso, los bits apropiados no cambiaron apreciablemente la calidad de la voz. Los bits robados se tradujeron en cambios en los estados de contacto (aperturas y cierres) mediante la electrónica del hardware del banco de canales. Esto permitió enviar señales E y M de corriente continua, o pulsos de marcación, entre interruptores electromecánicos a través de una portadora digital que no tenía continuidad de CC.
Las instalaciones de Bell System generalmente tenían campanas de alarma, gongs o campanillas para anunciar alarmas que llamaban la atención sobre un elemento de interruptor defectuoso. Se conectó un sistema de tarjeta de informe de problemas para cambiar los elementos de control comunes. Estos sistemas de notificación de problemas perforaban tarjetas de cartón con un código que registraba la naturaleza de un fallo.
Los sistemas de conmutación electromecánicos requerían fuentes de electricidad en forma de corriente continua (DC), así como corriente alterna en anillo (AC), que se generaban in situ con generadores mecánicos. Además, los interruptores telefónicos requerían ajustes de muchas piezas mecánicas. A diferencia de los interruptores modernos, un circuito que conecta una llamada marcada a través de un interruptor electromecánico tenía continuidad de CC dentro del área de la central local a través de conductores metálicos.
Los procedimientos de diseño y mantenimiento de todos los sistemas involucraron métodos para evitar que los suscriptores experimentaran cambios indebidos en la calidad del servicio o que notaran fallas. Se conectaron una variedad de herramientas conocidas como make-busy a elementos de interruptores electromecánicos en caso de falla y durante las reparaciones. Una disponibilidad identificó la pieza en la que se estaba trabajando como en uso, lo que provocó que la lógica de conmutación la evitara. Una herramienta similar se llamó herramienta TD. A los suscriptores morosos se les negó temporalmente el servicio (TDed). Esto se lograba conectando una herramienta al equipo de oficina del abonado en sistemas Crossbar o grupo de líneas en conmutadores paso a paso. El abonado podía recibir llamadas pero no podía marcar.
Las oficinas paso a paso basadas en Strowger en Bell System requerían un mantenimiento continuo, como limpieza. Las luces indicadoras en los compartimentos de equipos alertaban al personal sobre condiciones tales como fusibles quemados (generalmente lámparas blancas) o una señal permanente (condición de descolgado atascado, generalmente indicadores verdes). Las oficinas de Step eran más susceptibles a fallas de un solo punto que las tecnologías más nuevas.
Las oficinas con barra transversal utilizaban circuitos de control más compartidos y comunes. Por ejemplo, un receptor de dígitos (parte de un elemento llamado Registro de origen ) estaría conectado a una llamada el tiempo suficiente para recopilar los dígitos marcados por el suscriptor. La arquitectura de barras transversales era más flexible que las oficinas escalonadas. Los sistemas de barras transversales posteriores tenían sistemas de notificación de problemas basados en tarjetas perforadas. En la década de 1970, la identificación automática de números se había adaptado a casi todos los interruptores paso a paso y de barra transversal del sistema Bell.
Los sistemas de conmutación electrónicos evolucionaron gradualmente en etapas desde híbridos electromecánicos con control de programa almacenado hasta sistemas totalmente digitales. Los primeros sistemas utilizaban circuitos metálicos conmutados por relés de lengüeta bajo control digital. Las pruebas de equipos, reasignaciones de números de teléfono, bloqueos de circuitos y tareas similares se realizaron mediante la entrada de datos en una terminal.
Ejemplos de estos sistemas incluyeron el conmutador Western Electric 1ESS , Northern Telecom SP1 , Ericsson AXE, Automatic Electric EAX-1 y EAX-2, Philips PRX /A, ITT Metaconta, la serie británica GPO/BT TXE y varios otros diseños similares. Ericsson también desarrolló una versión totalmente computarizada de su intercambio de barras transversales ARF llamada ARE. Estos utilizaban una matriz de conmutación de barra transversal con un sistema de control totalmente computarizado y proporcionaban una amplia gama de servicios avanzados. Las versiones locales se denominaron ARE11, mientras que las versiones tándem se conocieron como ARE13. Se utilizaron en Escandinavia, Australia, Irlanda y muchos otros países a finales de los años 1970 y principios de los años 1980, cuando fueron reemplazados por la tecnología digital.
Estos sistemas podrían utilizar los antiguos métodos de señalización electromecánica heredados de los interruptores de barra transversal y paso a paso. También introdujeron una nueva forma de comunicación de datos: dos centrales 1ESS podrían comunicarse entre sí mediante un enlace de datos llamado Señalización entre oficinas de canal común (CCIS) . Este enlace de datos se basó en CCITT 6, un predecesor de SS7 . En los sistemas europeos normalmente se utilizaba la señalización R2.
Los primeros conceptos de conmutación y transmisión digitales fueron desarrollados por varios laboratorios en los Estados Unidos y Europa a partir de la década de 1930. [ cita necesaria ] El primer prototipo de conmutador digital fue desarrollado por Bell Labs como parte del proyecto ESSEX, mientras que el primer intercambio digital verdadero que se combina con sistemas de transmisión digital fue diseñado por LCT (Laboratoire Central de Telecommunications) en París. [ cita necesaria ] El primer conmutador digital que se colocó en una red pública en Inglaterra fue el Empress Exchange en Londres , que fue diseñado por los laboratorios de investigación de la Oficina General de Correos . [ cita necesaria ] Era un interruptor tándem que conectaba tres intercambios Strowger . El primer lanzamiento comercial de un sistema de conmutación local totalmente digital fue el sistema E10 de Alcatel , que comenzó a prestar servicio a clientes en Bretaña, en el noroeste de Francia, en 1972. [ cita necesaria ]
Ejemplos destacados de conmutadores digitales incluyen:
Los interruptores digitales codifican el habla en 8.000 intervalos de tiempo por segundo. (Una frecuencia de muestreo de 8 kHz). En cada segmento de tiempo, se realiza una representación PCM digital del sonido. Luego, las señales PCM digitales se envían al extremo receptor de la línea, donde se produce el proceso inverso utilizando un DAC ( convertidor de digital a analógico ) para producir el sonido para el teléfono receptor. En otras palabras, cuando alguien usa un teléfono, la voz del hablante se "codifica" usando PCM para la conmutación y luego se reconstruye para la persona al otro lado. La voz del hablante se retrasa en el proceso una pequeña fracción de segundo (no está "en vivo", está reconstruida), se retrasa sólo un minuto.
Las líneas telefónicas de bucle local individuales están conectadas a un concentrador remoto . En muchos casos, el concentrador está ubicado en el mismo edificio que el conmutador. La interfaz entre concentradores remotos y conmutadores telefónicos ha sido estandarizada por ETSI como protocolo V5 . Se utilizan concentradores porque la mayoría de los teléfonos están inactivos la mayor parte del día, por lo que el tráfico de cientos o miles de ellos puede concentrarse en sólo decenas o cientos de conexiones compartidas.
Algunas centralitas telefónicas no tienen concentradores conectados directamente, sino que se utilizan para conectar llamadas entre otras centralitas telefónicas. Estas complejas máquinas se denominan interruptores de "nivel de operador" o interruptores en tándem .
Algunos edificios de centrales telefónicas en ciudades pequeñas albergan únicamente conmutadores remotos o satelitales , y están alojados en un conmutador "principal", generalmente a varios kilómetros de distancia. El conmutador remoto depende del conmutador principal para el enrutamiento. A diferencia de un operador de bucle digital , un conmutador remoto puede enrutar llamadas entre teléfonos locales, sin utilizar troncales al conmutador principal.
Los conmutadores telefónicos son un pequeño componente de una gran red. Una parte importante, en términos de gasto, mantenimiento y logística del sistema telefónico, es la planta externa , que es el cableado fuera de la oficina central. Si bien a mediados del siglo XX muchos suscriptores contaban con líneas compartidas, el objetivo era que cada estación telefónica de suscriptor estuviera conectada a un par de cables individuales del sistema de conmutación.
Una oficina central típica puede tener decenas de miles de pares de cables que aparecen en bloques de terminales llamados marco de distribución principal (MDF). Un componente del MDF es la protección: fusibles u otros dispositivos que protegen el interruptor de rayos, cortocircuitos con líneas eléctricas u otros voltajes extraños. En una compañía telefónica típica, una gran base de datos rastrea información sobre cada par de suscriptores y el estado de cada puente. Antes de la informatización de los registros de Bell System en la década de 1980, esta información se escribía a mano con lápiz en los libros de contabilidad.
Para reducir el gasto de la planta externa, algunas empresas utilizan dispositivos de " ganancia de par " para proporcionar servicio telefónico a los suscriptores. Estos dispositivos se utilizan para brindar servicio donde las instalaciones de cobre existentes se han agotado o, al ubicarlos en un vecindario, pueden reducir la longitud de los pares de cobre, permitiendo servicios digitales como la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) o la línea de abonado digital (DSL).
Los portadores de bucle digital (DLC) o de ganancia de par están ubicados fuera de la oficina central, generalmente en un vecindario grande distante del CO. Los DLC a menudo se denominan portadores de bucle de abonado (SLC), en honor a un producto propiedad de Lucent .
Los DLC se pueden configurar como universales (UDLC) o integrados (IDLC). Los DLC universales tienen dos terminales, una terminal de oficina central (COT) y una terminal remota (RT), que funcionan de manera similar. Ambos terminales interactúan con señales analógicas, las convierten a señales digitales y las transportan al otro lado donde se realiza lo inverso.
A veces, el transporte se realiza mediante equipos separados. En un DLC Integrado se elimina el COT. En cambio, el RT se conecta digitalmente al equipo en el conmutador telefónico. Esto reduce la cantidad total de equipo requerido.
Los conmutadores se utilizan tanto en oficinas centrales locales como en centros de larga distancia . Hay dos tipos principales en la red telefónica pública conmutada (PSTN), los conmutadores telefónicos de Clase 4 diseñados para conexiones de pago o de conmutador a conmutador, y los conmutadores telefónicos de Clase 5 o conmutadores de abonado, que gestionan las conexiones desde los teléfonos de los abonados. Desde la década de 1990, los sistemas de conmutación híbridos Clase 4/5 que cumplen ambas funciones se han vuelto comunes.
Otro elemento de la red telefónica es el tiempo y la sincronización. Los equipos de conmutación, transmisión y facturación pueden estar sujetos a estándares de 10 MHz de muy alta precisión que sincronizan eventos temporales en intervalos muy cortos. Los equipos de estándares de tiempo pueden incluir estándares basados en Rubidio o Cesio y un receptor del Sistema de Posicionamiento Global .
Los conmutadores de larga distancia pueden utilizar un algoritmo de asignación de conmutadores más lento y eficiente que las oficinas centrales locales , porque tienen una utilización cercana al 100% de sus canales de entrada y salida. Las oficinas centrales tienen más del 90% de la capacidad de su canal sin utilizar.
Los conmutadores telefónicos tradicionales conectaban circuitos físicos (por ejemplo, pares de cables), mientras que los conmutadores telefónicos modernos utilizan una combinación de conmutación por división de espacio y tiempo. En otras palabras, cada canal de voz está representado por un intervalo de tiempo (digamos 1 o 2) en un par de cables físicos (A o B). Para conectar dos canales de voz (digamos A1 y B2) juntos, el conmutador telefónico intercambia la información entre A1 y B2. Cambia tanto la franja horaria como la conexión física. Para ello, intercambia datos entre las franjas horarias y las conexiones 8.000 veces por segundo, bajo el control de una lógica digital que recorre listas electrónicas de las conexiones actuales. El uso de ambos tipos de conmutación hace que un interruptor moderno sea mucho más pequeño de lo que podría ser un interruptor espacial o temporal por sí solo.
La estructura de un conmutador es un número impar de capas de subconmutadores más pequeños y simples. Cada capa está interconectada por una red de cables que va desde cada subconmutador hasta un conjunto de la siguiente capa de subconmutadores. En algunos diseños, una capa de conmutación física (espacial) se alterna con una capa de conmutación temporal. Las capas son simétricas, porque en un sistema telefónico también se puede llamar a las personas que llaman . Otros diseños utilizan únicamente conmutación de tiempo durante todo el cambio.
Un subconmutador de división de tiempo lee un ciclo completo de intervalos de tiempo en una memoria y luego lo escribe en un orden diferente, también bajo el control de una memoria de computadora cíclica. Esto provoca cierto retraso en la señal.
Un subinterruptor de división de espacio conmuta rutas eléctricas, a menudo utilizando alguna variante de un interruptor de extensión mínima sin bloqueo o un interruptor cruzado .
Los interruptores compuestos son inherentemente tolerantes a fallas. Si falla un subinterruptor, la computadora controladora puede detectar la falla durante una prueba periódica. La computadora marca todas las conexiones al subconmutador como "en uso". Esto evita nuevas llamadas y no interrumpe las llamadas establecidas. Cuando finalizan las llamadas establecidas, el subconmutador deja de utilizarse y puede repararse. Cuando la siguiente prueba tiene éxito, el interruptor vuelve a su funcionamiento completo.
Para evitar la frustración por fallas no detectadas, todas las conexiones entre capas en el conmutador se asignan mediante listas (colas) de primero en entrar, primero en salir . Como resultado, si una conexión es defectuosa o ruidosa y el cliente cuelga y vuelve a marcar, obtendrá un conjunto diferente de conexiones y subconmutadores. Una asignación de conexiones de último en entrar, primero en salir (pila) podría provocar una serie continua de fallos muy frustrantes.
Una central es casi siempre un único punto de falla para las llamadas locales. A medida que aumente la capacidad de los conmutadores individuales y de la fibra óptica que los interconecta, las posibles perturbaciones causadas por la destrucción de una oficina local sólo se magnificarán. Se pueden utilizar múltiples conexiones de fibra para proporcionar redundancia a las conexiones de voz y datos entre centros de conmutación, pero se requiere un diseño de red cuidadoso para evitar situaciones en las que una fibra principal y su respaldo pasen por la misma oficina central dañada como una posible falla de modo común . [20]
