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Una central telefónica , también conocida como conmutador telefónico u oficina central , es un componente crucial de la red telefónica pública conmutada (RTPC) o de los sistemas de telecomunicaciones de grandes empresas. Facilita la interconexión de líneas telefónicas de abonados o circuitos virtuales de sistemas digitales, lo que permite realizar llamadas telefónicas entre abonados.
La terminología utilizada en telecomunicaciones ha evolucionado con el tiempo, y los términos central telefónica y oficina central suelen usarse indistintamente; este último término se originó en el Sistema Bell . 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 el área de la central. 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 para 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 distancia.
En la década de 1940, el sistema Bell de Estados Unidos y Canadá introdujo un sistema de numeración a nivel nacional que identificaba a las centrales telefónicas 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), lo que hacía que los códigos de las centrales telefónicas fueran distintivos dentro de cada área del plan de numeración. Estos códigos servían como prefijos en los números de teléfono de los abonados. A mediados del siglo XX se produjeron esfuerzos organizativos similares en las redes telefónicas a nivel mundial, impulsados por la llegada de los troncales telefónicos internacionales y transoceánicos y la marcación directa de los clientes.
En el caso de aplicaciones corporativas o empresariales, una central telefónica privada se denomina centralita privada (PBX), que se conecta a la red telefónica pública conmutada. Una PBX da servicio a los teléfonos de una organización y a cualquier circuito de línea arrendada privada, que normalmente se encuentra en grandes espacios de oficinas o campus de la organización. Las configuraciones más pequeñas pueden utilizar una PBX o un sistema telefónico de teclas administrado por una recepcionista, que atiende 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, ya que antes de la invención de la centralita telefónica, los primeros teléfonos estaban cableados y se comunicaban con un solo teléfono (por ejemplo, desde el hogar de un individuo al negocio de la persona [3] ).
Una central telefónica es un sistema telefónico para un área geográfica pequeña que permite 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 abonado. Las centrales hicieron de la telefonía una tecnología accesible 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 , el honor de ser la "primera central telefónica" tiene varios aspirantes. 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 administrada por el estado del mundo 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 Estados Unidos, que se inauguró en New Haven, Connecticut , en enero de 1878, y la primera cabina telefónica se construyó en la cercana Bridgeport . [11] La centralita se construyó con "pernos de carruaje, 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 una bolsa en Lowell, MA, con 50 suscriptores en 1878.
En Europa, otras centrales telefónicas tempranas estuvieron ubicadas en Londres y Manchester , ambas inauguradas bajo patentes de Bell en 1879. [13] Bélgica tuvo su primera central internacional Bell (en Amberes ) un año después.
En 1887 Puskás introdujo la centralita multiplex . [ vago ] . [14]
Las centrales telefónicas posteriores consistían en uno o 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 había un panel horizontal que contenía dos filas de cables de conexión, cada par conectado a un circuito de cables .
Cuando un interlocutor levantaba el auricular, la corriente del bucle local encendía una lámpara de señal cerca del conector. [15] El operador respondía insertando el cable trasero ( cable de respuesta ) en el conector del abonado y conectaba sus auriculares al circuito para preguntar: "¿Número, por favor?". Para una llamada local, el operador insertaba el cable delantero del par ( cable de llamada ) en el conector local del interlocutor y comenzaba el ciclo de llamada. 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 promedio para completar la conexión para una llamada de larga distancia era de 15 minutos. [15]
Las primeras centralitas manuales requerían que el operador accionara las teclas de escucha y de llamada, pero a finales de la década de 1910 y en la de 1920, los avances en la tecnología de las centralitas dieron lugar a funciones que permitían que la llamada se respondiera automáticamente inmediatamente cuando el operador insertaba el cable de respuesta, y el timbre comenzaba automáticamente tan pronto como el operador insertaba el cable de llamada en el conector de la persona llamada. El operador se desconectaba del circuito, lo que le permitía atender otra llamada, mientras que la persona que llamaba escuchaba una señal audible de llamada de retorno, de modo que ese operador no tenía que informar periódicamente que seguía llamando a la línea. [16]
En el método de llamada de llamada descendente , el operador de origen llamaba a otro operador intermedio que llamaba al abonado llamado o lo pasaba a otro operador intermedio. [17] Esta cadena de operadores intermedios podía completar la llamada sólo si había líneas troncales intermedias disponibles entre todos los centros al mismo tiempo. En 1943, cuando las llamadas militares tenían prioridad, una llamada a través del país en los EE. UU. podía tardar hasta dos horas en solicitarse y programarse en ciudades que utilizaban conmutadores manuales para llamadas con cargo.
El 10 de marzo de 1891, Almon Brown Strowger , un empresario de pompas fúnebres de Kansas City, Missouri , patentó el interruptor de pasos , un dispositivo que condujo a la automatización de la conmutación de circuitos telefónicos. Si bien hubo muchas extensiones y adaptaciones de esta patente inicial, la más conocida consiste en 10 niveles o bancos, cada uno con 10 contactos dispuestos en un semicírculo. Cuando se usaba con un dial telefónico giratorio , cada par de dígitos hacía que el eje de la "mano" de contacto central del interruptor de pasos primero subiera un nivel por cada pulso en el primer dígito y luego oscilara horizontalmente en una fila de contactos con una pequeña rotación por cada pulso en el siguiente dígito.
Los conmutadores de pasos posteriores se dispusieron en bancos, cuya primera etapa era un buscador de líneas . Si una de hasta cien líneas de abonado (doscientas líneas en los buscadores de líneas posteriores) tenía el receptor "descolgado", un buscador de líneas conectaba la línea del abonado a un primer selector libre, que devolvía al abonado un tono de marcado para indicar que estaba listo para recibir los dígitos marcados. El dial del abonado pulsaba a unos 10 pulsos por segundo, aunque la velocidad dependía del estándar de la administración telefónica en particular.
Las centrales basadas en el conmutador Strowger fueron finalmente desafiadas por otros tipos de centrales y, más tarde, por la tecnología de barras cruzadas . Estos diseños de centrales prometían una conmutación más rápida y aceptarían pulsos entre conmutadores más rápidos que los 10 pps típicos del Strowger, normalmente unos 20 pps. En una fecha posterior, muchas también aceptaron "tonos táctiles" DTMF u otros sistemas de señalización por tonos.
Una tecnología de transición (de pulso a DTMF) contaba con convertidores para convertir DTMF a pulso, para alimentar a los 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 establecen las siguientes definiciones:
Una central telefónica era originalmente una centralita principal en una ciudad con otras centrales que prestaban servicio a partes del área. El término pasó a significar cualquier sistema de conmutación, incluidas sus instalaciones y operadores. También se utiliza generalmente para el edificio que alberga la conmutación y el equipo interno relacionado de la planta . En la jerga de las telecomunicaciones de los Estados Unidos , una central telefónica (CO) es un centro de conmutación de operador común, un conmutador telefónico de clase 5 en el que se terminan y conmutan los enlaces troncales y locales . [18] En el Reino Unido, una central telefónica significa un edificio de central telefónica y también es el nombre de un conmutador telefónico.
En el servicio manual , el cliente descuelga el auricular y pide al operador que conecte la llamada al número solicitado. Siempre que el número esté en la misma central y esté ubicado en la centralita del operador, el operador conecta la llamada enchufando el cable de llamada en el conector correspondiente a la línea del cliente llamado. Si la línea del destinatario está en una centralita diferente de la misma oficina o de una centralita diferente, el operador conecta la llamada en el enlace de la centralita u oficina de destino y pide al operador que responde (conocido como operador "B") que 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 de los abonados para el funcionamiento del transmisor, así como para la señalización automática con diales giratorios . En los sistemas de batería común, el par de cables que van desde el teléfono de un abonado hasta la central transportan una tensión de CC nominal de 48 V 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 una centralita operada manualmente, esta corriente fluye a través de una bobina de relé y activa un timbre o una lámpara en la centralita del operador, lo que le indica al operador que debe realizar el servicio. [19]
En las ciudades más grandes, se necesitaron muchos años para convertir cada oficina en un equipo automático, como un conmutador de panel . 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 solicitar la asistencia de un operador. La política del sistema Bell establecía que los clientes de las grandes ciudades no debían preocuparse por el tipo de oficina, ya fuera 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 al circuito de salida y llamando a la estación de destino. Por ejemplo, si un cliente que llamaba desde TAylor 4725 marcaba un número atendido por una central manual, por ejemplo, ADams 1383-W, la llamada se completaba, 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 usaban en centrales manuales con líneas compartidas con conector 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 las ciudades más pequeñas, tenían servicio manual y la señalización se realizaba con teléfonos magneto , que tenían una manivela para el generador de señales. Para alertar al operador, o a otro abonado en la misma línea, el abonado giraba la manivela para generar una corriente de llamada. La centralita respondía interrumpiendo el circuito, lo que hacía caer una pestaña metálica sobre el conector de línea del abonado y hacía sonar un timbre. Las baterías de celdas secas , normalmente dos celdas grandes del N° 6 en el teléfono del abonado, proporcionaban la corriente continua para el transmisor. Estos sistemas magneto se utilizaban en los EE. UU. hasta 1983, como en la pequeña ciudad de Bryant Pond, Woodstock, Maine .
Muchos sistemas de magneto de pueblos pequeños contaban con líneas compartidas , en las que entre dos y diez o más abonados compartían una sola línea. Al llamar a un interlocutor, el operador utilizaba un código de llamada, una secuencia de señal de llamada distintiva , como dos timbres largos seguidos de uno corto. Todos los que estaban en la línea podían oír las señales y captar y monitorear las conversaciones de otras personas.
Las centrales automáticas , que proporcionaban servicio de marcado telefónico , fueron inventadas por Almon Strowger en 1888. Se utilizaron comercialmente por primera vez en 1892 y no se generalizaron hasta la primera década del siglo XX. Eliminaron la necesidad de operadores humanos de centralita 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 la persona que llamaba transmitía el número de teléfono de destino al sistema de conmutación automática.
Una central telefónica detecta automáticamente que el teléfono está descolgado cuando el usuario retira el auricular del gancho o de la base. 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.
La central mantiene la conexión hasta que una de las partes cuelga. Este control del estado de la conexión se denomina supervisión. También se pueden incorporar a la central funciones adicionales, como equipos de facturación.
El servicio de marcación de Bell System implementó una función llamada identificación automática de números (ANI), que facilitaba servicios como facturación automática, números 800 gratuitos y servicio 9-1-1 . En el servicio manual, el operador sabe de dónde proviene una llamada por la luz en el campo de conectores de la centralita. Antes de la 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 boleto de peaje en papel.
Los primeros conmutadores eran sistemas electromecánicos que utilizaban motores, transmisiones por ejes, interruptores rotativos y relés . Algunos tipos de conmutadores automáticos eran el conmutador Strowger o conmutador paso a paso, el All Relay, el conmutador de panel , el sistema rotativo y el conmutador de barra transversal .
Los circuitos que interconectan conmutadores se denominan troncales . Antes del Signalling System 7 , los conmutadores electromecánicos de Bell System en los Estados Unidos se comunicaban entre sí a través de troncales utilizando una variedad de voltajes de CC y tonos de señalización. Hoy en día, esas señales digitales simples han sido reemplazadas por señales digitales codificadas más modernas (que generalmente utilizan código binario).
Algunas señales comunicaban dígitos marcados. Una forma temprana llamada Panel Call Indicator Pulsing (pulsos indicadores de llamadas de panel) utilizaba pulsos cuaternarios para establecer llamadas entre un interruptor de panel y una centralita manual. Probablemente la forma más común de comunicar dígitos marcados entre interruptores electromecánicos era el envío de pulsos de marcado , equivalentes a los pulsos de un dial giratorio , pero enviados a través de circuitos troncales entre interruptores.
En los troncales de Bell System, era común utilizar 20 pulsos por segundo entre los conmutadores de barras cruzadas y los tándems de barras cruzadas. Esto era el doble de la velocidad de los diales telefónicos de Western Electric/Bell System. El uso de la velocidad de pulso más rápida hizo que la utilización de los troncales fuera más eficiente porque el conmutador pasaba la mitad del tiempo escuchando dígitos. No se utilizaba DTMF para la señalización de los troncales.
El sistema multifrecuencia (MF) fue el último de los métodos preinformáticos. Utilizaba un conjunto diferente de tonos enviados en pares, como el DTMF. La marcación era precedida por una señal especial de pulso de tecla (KP) y seguida por una señal de inicio (ST). Las variaciones del esquema de tonos MF del sistema Bell 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 los conmutadores a menudo se abreviaban para mejorar aún más su utilización.
Por ejemplo, un conmutador podía enviar sólo los últimos cuatro o cinco dígitos de un número de teléfono . En un caso, los números de siete dígitos iban 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 mejoraba los ingresos por troncal y reducía la cantidad de receptores de dígitos necesarios en un conmutador. Todas las tareas en los conmutadores electromecánicos se realizaban en grandes piezas metálicas de hardware. Cada fracción de segundo que se cortaba en el tiempo de establecimiento de la llamada significaba menos bastidores de equipos para manejar el tráfico de llamadas.
Entre los ejemplos de señales que comunican supervisión o progreso de llamada se incluyen la señalización E y M , la señalización SF y la señalización de bits robados. En los circuitos troncales físicos (no de portadora) E y M, 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 denominaban punta, anillo, oreja (E) y boca (M). La punta y el anillo eran el par que transportaba la voz y se denominaban así por la punta y el anillo de los tres cables conductores de la consola del operador manual.
En los troncales bidireccionales con señalización E y M , se producía un protocolo de enlace para evitar que ambos conmutadores colisionaran marcando llamadas en el mismo troncal al mismo tiempo. Al cambiar el estado de estos cables de tierra a −48 voltios, los conmutadores pasaban por un protocolo de enlace. Mediante cambios de voltaje de CC, el conmutador local enviaba una señal para prepararse para una llamada y el conmutador remoto respondía con un reconocimiento (un guiño) para continuar con el marcado de pulsos. Esto se hacía con lógica de relé y electrónica discreta.
Estos cambios de voltaje en el circuito troncal provocaban ruidos o chasquidos que el suscriptor podía oír a medida que el protocolo de enlace eléctrico avanzaba. Otro enlace, para iniciar el cronometraje a efectos de facturación, provocaba un segundo conjunto de ruidos cuando la parte llamada respondía.
Una segunda forma común de señalización para supervisión se denominaba señalización de frecuencia única o SF . La forma más común de esta utilizaba un tono constante de 2600 Hz para identificar una troncal como inactiva. Los circuitos de la troncal que escuchaban un tono de 2600 Hz durante una duración determinada se volvían inactivos. (El requisito de duración reducía las falsas señales ). Algunos sistemas utilizaban frecuencias de tono superiores a 3000 Hz, en particular en los relés de radio de microondas multiplexados por división de frecuencia SSB .
En los sistemas de transmisión digital binaria de portadora T , se utilizaban bits dentro del flujo de datos T-1 para transmitir la supervisión. Gracias a un diseño cuidadoso, los bits apropiados no cambiaban la calidad de la voz de forma apreciable. Los bits robados se traducían en cambios en los estados de contacto (aperturas y cierres) mediante la electrónica en el hardware del banco de canales. Esto permitía enviar señales E y M de corriente continua, o pulsos de marcación, entre conmutadores electromecánicos a través de una portadora digital pura que no tenía continuidad de CC.
Las instalaciones de Bell System normalmente tenían campanas de alarma, gongs o carillones para anunciar alarmas que llamaban la atención sobre un elemento de conmutación averiado. Se conectaba un sistema de tarjetas de notificación de problemas a los elementos de control comunes de los conmutadores. Estos sistemas de notificación de problemas perforaban tarjetas de cartón con un código que registraba la naturaleza de una falla.
Los sistemas de conmutación electromecánicos requerían fuentes de electricidad en forma de corriente continua (CC) y corriente alterna (CA), que se generaban in situ con generadores mecánicos. Además, los conmutadores telefónicos requerían el ajuste de muchas piezas mecánicas. A diferencia de los conmutadores modernos, un circuito que conectaba una llamada marcada a través de un conmutador 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 implicaban métodos para evitar que los abonados experimentaran cambios indebidos en la calidad del servicio o que notaran fallos. Una variedad de herramientas denominadas " make-busy " se conectaban a los elementos de conmutación electromecánicos en caso de fallo y durante las reparaciones. Una herramienta de "make-busy" identificaba la pieza en la que se estaba trabajando como en uso, lo que hacía que la lógica de conmutación la esquivara. Una herramienta similar se denominaba herramienta TD. A los abonados morosos se les negaba el servicio temporalmente (TDed). Esto se efectuaba 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 de Strowger, paso a paso, del sistema Bell requerían un mantenimiento continuo, como la limpieza. Las luces indicadoras en los compartimentos de los equipos alertaban al personal sobre situaciones como fusibles fundidos (normalmente lámparas blancas) o una señal permanente (estado de teléfono descolgado, normalmente indicadores verdes). Las oficinas de paso a paso eran más susceptibles a fallos puntuales que las tecnologías más nuevas.
Las oficinas de barras cruzadas utilizaban circuitos de control más compartidos y comunes. Por ejemplo, un receptor de dígitos (parte de un elemento llamado Registro de origen ) se conectaba a una llamada el tiempo justo para recoger los dígitos marcados por el abonado. La arquitectura de barras cruzadas era más flexible que las oficinas de pasos. Los sistemas de barras cruzadas posteriores tenían sistemas de notificación de problemas basados en tarjetas perforadas. En la década de 1970, la identificación automática de números se había incorporado a casi todos los conmutadores de barras cruzadas y de paso a paso del sistema Bell.
Los sistemas de conmutación electrónica fueron evolucionando gradualmente, desde híbridos electromecánicos con control de programa almacenado hasta sistemas totalmente digitales. Los primeros sistemas utilizaban circuitos metálicos conmutados por relés de láminas bajo control digital. Las pruebas de equipos, las reasignaciones de números de teléfono, los bloqueos de circuitos y otras tareas similares se realizaban mediante la introducción de datos en un terminal.
Entre los ejemplos de estos sistemas se incluyen el conmutador Western Electric 1ESS , el Northern Telecom SP1 , el Ericsson AXE, el Automatic Electric EAX-1 y EAX-2, el Philips PRX /A, el ITT Metaconta, la serie British GPO/BT TXE y varios otros diseños similares. Ericsson también desarrolló una versión totalmente informatizada de su centralita de barras cruzadas ARF denominada ARE. Estas utilizaban una matriz de conmutación de barras cruzadas con un sistema de control totalmente informatizado y proporcionaban una amplia gama de servicios avanzados. Las versiones locales se denominaban ARE11, mientras que las versiones en tándem se conocían como ARE13. Se utilizaron en Escandinavia, Australia, Irlanda y muchos otros países a finales de los años 70 y en los 80, cuando fueron sustituidas por tecnología digital.
Estos sistemas podían utilizar los antiguos métodos de señalización heredados de los conmutadores electromecánicos de barras cruzadas y de conmutación paso a paso. También introdujeron una nueva forma de comunicación de datos: dos centrales 1ESS podían comunicarse entre sí mediante un enlace de datos denominado Señalización entre oficinas por canal común (CCIS) . Este enlace de datos se basaba en el CCITT 6, predecesor del SS7 . En los sistemas europeos se utilizaba normalmente la señalización R2.
Los primeros conceptos de conmutación y transmisión digital fueron desarrollados por varios laboratorios en los Estados Unidos y en Europa a partir de la década de 1930. [ cita requerida ] El primer prototipo de conmutador digital fue desarrollado por Bell Labs como parte del proyecto ESSEX, mientras que el primer intercambio digital real que se combinó con sistemas de transmisión digital fue diseñado por LCT (Laboratoire Central de Telecommunications) en París. [ cita requerida ] 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 requerida ] Era un conmutador en tándem que conectaba tres centrales Strowger . El primer lanzamiento comercial de un sistema de conmutación local completamente digital fue el sistema E10 de Alcatel , que comenzó a prestar servicio a clientes en Bretaña, en el noroeste de Francia, en 1972. [ cita requerida ]
Algunos ejemplos destacados de conmutadores digitales incluyen:
Los conmutadores digitales codifican el habla que se está transmitiendo en 8.000 fragmentos de tiempo por segundo (una frecuencia de muestreo de 8 kHz). En cada fragmento de tiempo, se crea una representación PCM digital del sonido. Las señales PCM digitales se envían entonces al extremo receptor de la línea, donde se produce el proceso inverso utilizando un DAC ( convertidor digital a analógico ) para producir el sonido para el teléfono receptor. En otras palabras, cuando alguien utiliza un teléfono, la voz del hablante se "codifica" utilizando PCM para la conmutación y luego se reconstruye para la persona que está en el otro extremo. La voz del hablante se retrasa en el proceso una pequeña fracción de segundo: no está "en vivo", se reconstruye, con un retraso de apenas un minuto.
Las líneas telefónicas locales individuales se conectan a un concentrador remoto . En muchos casos, el concentrador se encuentra ubicado en el mismo edificio que el conmutador. La interfaz entre los concentradores remotos y los conmutadores telefónicos ha sido estandarizada por ETSI como el protocolo V5 . Los concentradores se utilizan 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 solo decenas o cientos de conexiones compartidas.
Algunas centrales telefónicas no tienen concentradores conectados directamente a ellas, sino que se utilizan para conectar llamadas entre otras centrales telefónicas. Estas máquinas complejas se denominan centrales "a nivel de operador" o centrales tándem .
Algunos edificios de centrales telefónicas en pueblos pequeños albergan únicamente conmutadores remotos o satelitales , y están conectados a un conmutador "principal", generalmente a varios kilómetros de distancia. El conmutador remoto depende del conmutador principal para el enrutamiento. A diferencia de una portadora de bucle digital , un conmutador remoto puede enrutar llamadas entre teléfonos locales por sí mismo, sin usar troncales hacia el conmutador principal.
Los conmutadores telefónicos son un pequeño componente de una gran red. Una parte importante, en términos de gastos, mantenimiento y logística del sistema telefónico, corresponde a la planta externa , que es el cableado que se encuentra fuera de la oficina central. Si bien a mediados del siglo XX muchos abonados contaban con líneas compartidas, el objetivo era que cada estación telefónica de abonado estuviera conectada a un par de cables individuales del sistema de conmutación.
Una central telefónica típica puede tener decenas de miles de pares de cables que aparecen en bloques de terminales llamados cuadro de distribución principal (MDF). Un componente del MDF es la protección: fusibles u otros dispositivos que protegen el conmutador contra rayos, cortocircuitos con líneas eléctricas u otros voltajes externos. En una compañía telefónica típica, una gran base de datos rastrea información sobre cada par de abonados 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 abonados. Estos dispositivos se utilizan para proporcionar servicio donde las instalaciones de cobre existentes se han agotado o, al ubicarse en un barrio, pueden reducir la longitud de los pares de cobre, lo que permite servicios digitales como la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) o la línea de abonado digital (DSL).
Los portadores de ganancia de par o de bucle digital (DLC) se ubican fuera de la oficina central, generalmente en un vecindario grande alejado de la CO. Los DLC a menudo se denominan Portadores de bucle de suscriptor (SLC), en honor a un producto propietario 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. Ambas terminales interactúan con señales analógicas, las convierten en señales digitales y las transportan al otro lado, donde se realiza el proceso inverso.
En ocasiones, el transporte se realiza mediante equipos independientes. En un DLC integrado , se elimina el COT. En su lugar, el RT se conecta digitalmente a los equipos del conmutador telefónico. Esto reduce la cantidad total de equipos necesarios.
Los conmutadores se utilizan tanto en las centrales locales como en los centros de larga distancia . Existen 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 abonado. Desde la década de 1990, los sistemas de conmutación híbridos de clase 4/5 que cumplen ambas funciones se han vuelto comunes.
Otro elemento de la red telefónica es la hora y la sincronización. Los equipos de conmutación, transmisión y facturación pueden estar conectados a estándares de 10 MHz de muy alta precisión que sincronizan eventos de tiempo a intervalos muy cercanos. Los equipos de estándares de tiempo pueden incluir estándares basados en rubidio o cesio y un receptor de sistema de posicionamiento global .
Los conmutadores de larga distancia pueden utilizar un algoritmo de asignación de conmutadores más lento y eficiente que las centrales locales , porque utilizan casi el 100 % de sus canales de entrada y salida. Las centrales tienen más del 90 % de la capacidad de sus canales 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 tiempo y espacio . En otras palabras, cada canal de voz está representado por una ranura de tiempo (por ejemplo, 1 o 2) en un par de cables físicos (A o B). Para conectar dos canales de voz (por ejemplo, A1 y B2), el conmutador telefónico intercambia la información entre A1 y B2. Conmuta tanto la ranura de tiempo como la conexión física. Para ello, intercambia datos entre las ranuras de tiempo y las conexiones 8.000 veces por segundo, bajo el control de una lógica digital que recorre cíclicamente listas electrónicas de las conexiones actuales. El uso de ambos tipos de conmutación hace que un conmutador moderno sea mucho más pequeño de lo que podría ser un conmutador de espacio o de tiempo 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 a 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 los que llaman . Otros diseños utilizan únicamente conmutación temporal en todo el conmutador.
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 un cierto retraso en la señal.
Un subinterruptor de división espacial conmuta trayectorias eléctricas, a menudo utilizando alguna variante de un interruptor de extensión mínima sin bloqueo o un interruptor de cruce .
Los conmutadores compuestos son inherentemente tolerantes a fallos. Si un subconmutador falla, la computadora de control 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 es satisfactoria, el conmutador vuelve a funcionar por completo.
Para evitar frustraciones por fallas no detectadas, todas las conexiones entre capas del conmutador se asignan mediante listas (colas) de tipo "primero en entrar, primero en salir". Como resultado, si una conexión falla o genera ruido y el cliente cuelga y vuelve a marcar, obtendrá un conjunto diferente de conexiones y subconmutadores. Una asignación de conexiones de tipo "último en entrar, primero en salir " (pila) puede causar una serie continua de fallas muy frustrantes.
Una central de conmutación es casi siempre un único punto de fallo para las llamadas locales. A medida que aumenta la capacidad de los conmutadores individuales y de la fibra óptica que los interconecta, las posibles interrupciones causadas por la destrucción de una oficina local sólo se magnifican. 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]
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