El control de programa almacenado ( SPC ) es una tecnología de telecomunicaciones para centrales telefónicas . Su característica es que el sistema de conmutación está controlado por un programa informático almacenado en una memoria en el sistema de conmutación. SPC fue la tecnología que permitió los sistemas de conmutación electrónicos (ESS) desarrollados en el Sistema Bell en la década de 1950, y puede considerarse la tercera generación de tecnología de conmutación. El control de programa almacenado fue inventado en 1954 por la científica de Bell Labs Erna Schneider Hoover , quien razonó que el software de computadora podía controlar la conexión de las llamadas telefónicas. [1] [2] [3]
El SPC, propuesto y desarrollado en la década de 1950, se introdujo en los sistemas de conmutación electrónica de producción en la década de 1960. La centralita privada (PBX) 101ESS fue un sistema de conmutación de transición en el sistema Bell para proporcionar servicios ampliados a los clientes comerciales que de otro modo todavía eran atendidos por un conmutador de oficina central electromecánico. El primer conmutador de oficina central con SPC se instaló en Morris, Illinois, en una prueba de conmutación electrónica en 1960, seguido por el primer conmutador Western Electric 1ESS en Succasunna, Nueva Jersey, en 1965. Otros ejemplos de sistemas de conmutación de tercera generación basados en SPC incluyen el GPO TXE británico (varios fabricantes), Metaconta 11 (ITT Europa) y el AKE, ARE. Las versiones predigitales (década de 1970) de la central telefónica AXE de Ericsson y Philips PRX eran sistemas a gran escala en la red telefónica pública conmutada (PSTN).
El SPC permite funciones de llamadas sofisticadas . A medida que evolucionaron las centrales telefónicas, aumentaron la confiabilidad y la versatilidad.
Las centrales de segunda generación, como las de Strowger , las de panel , las rotativas y las de barra transversal , se construían exclusivamente a partir de componentes de conmutación electromecánicos con control lógico combinacional y no tenían control de software informático. La primera generación eran las centrales manuales operadas por asistentes y operadores.
Los sistemas de barras cruzadas posteriores también utilizaron el control por computadora en las matrices de conmutación y también pueden considerarse sistemas SPC. Algunos ejemplos incluyen el Ericsson ARE 11 (local) y el ARE 13 (tránsito), así como los conmutadores North Electric NX-1E y D y el ITT Metaconta 11, que alguna vez se encontraron en toda Europa occidental y en muchos países de todo el mundo. La tecnología SPC que utiliza matrices de conmutación analógicas se eliminó en gran medida en la década de 1980 y había desaparecido de la mayoría de las redes modernas a fines de la década de 1990.
La incorporación de la multiplexación por división de tiempo (TDM) redujo el tamaño de los subsistemas y aumentó drásticamente la capacidad de la red telefónica. En la década de 1980, la tecnología SPC dominaba la industria de las telecomunicaciones.
Los conmutadores totalmente digitales y viables surgieron en la década de 1970, con los primeros sistemas, como la serie francesa Alcatel E10 y la canadiense Nortel DMS que entraron en producción durante esa década. Otros sistemas ampliamente adoptados estuvieron disponibles a principios de la década de 1980. Estos incluyeron Ericsson AXE 10, que se convirtió en la plataforma de conmutación más popular del mundo, el Western Electric 5ESS utilizado en los EE. UU. y en muchos otros países, el Siemens ESWD diseñado en Alemania, el ITT System 12 (más tarde rebautizado como Alcatel S12) y NEC NEAX, todos los cuales fueron ampliamente utilizados en todo el mundo. Los británicos desarrollaron System X (telefonía) , y otros sistemas más pequeños también surgieron a principios de la década de 1980.
Algunos conmutadores digitales, en particular el 5ESS y las primeras versiones del Ericsson AXE 10, continuaron utilizando etapas de concentración analógicas, utilizando tecnologías similares a SPC, en lugar de conexiones directas a las tarjetas de línea digitales que contenían el CODEC .
A principios del siglo XXI, la industria comenzó a utilizar una quinta generación de conmutación telefónica, a medida que la multiplexación por división de tiempo (TDM) y la conmutación de circuitos digitales basada en hardware especializado fueron reemplazadas por conmutadores de software y tecnologías de voz sobre IP ( VoIP) .
La característica principal del control de programa almacenado es una o varias unidades de procesamiento digital ( computadoras con programa almacenado ) que ejecutan un conjunto de instrucciones de computadora ( programa ) almacenadas en la memoria del sistema mediante el cual se establecen, mantienen y terminan las conexiones telefónicas en los circuitos electrónicos asociados.
Una consecuencia inmediata del control de programas almacenados es la automatización de las funciones de intercambio y la introducción de una variedad de nuevas características de telefonía para los suscriptores.
Una central telefónica debe funcionar continuamente sin interrupción en todo momento; implementa un diseño tolerante a fallas . Las primeras pruebas de electrónica y computadoras en los subsistemas de control de una central tuvieron éxito y dieron como resultado el desarrollo de sistemas completamente electrónicos, en los que la red de conmutación también era electrónica. Un sistema de prueba con control de programa almacenado se instaló en Morris, Illinois en 1960. Utilizaba una tienda de puntos flotantes con un tamaño de palabra de 18 bits para el almacenamiento semipermanente de programas y parámetros, y una memoria de rejilla de barrera para la memoria de trabajo de acceso aleatorio. [4] El primer sistema de conmutación electrónico del mundo para uso en producción, el No.1 ESS , fue encargado por AT&T en Succasunna, Nueva Jersey , en mayo de 1965. Para 1974, AT&T había instalado 475 sistemas No. 1ESS. En la década de 1980, SPC desplazó a la conmutación electromecánica en la industria de las telecomunicaciones, por lo que el término perdió todo interés excepto el histórico. Hoy en día, el SPC es un concepto integral en todos los intercambios automáticos, debido a la aplicación universal de la tecnología de computadoras y microprocesadores.
Los intentos de sustituir las matrices de conmutación electromecánicas por conmutadores de punto de cruce de semiconductores no tuvieron éxito de inmediato, sobre todo en los sistemas de centralitas de gran escala. Como resultado, muchos sistemas de conmutación por división de espacio utilizaron redes de conmutación electromecánicas con SPC, mientras que las centrales automáticas privadas (PABX) y las centrales públicas más pequeñas utilizaron dispositivos de conmutación electrónicos. Las matrices electromecánicas fueron sustituidas a principios del siglo XXI por dispositivos totalmente electrónicos.
Las implementaciones de control de programas almacenados pueden organizarse en enfoques centralizados y distribuidos. Los primeros sistemas de conmutación electrónica (ESS) desarrollados en los años 1960 y 1970 casi invariablemente usaban control centralizado. Aunque muchos diseños de centrales actuales continúan usando control SPC centralizado, con la llegada de microprocesadores potentes de bajo costo y chips VLSI como la matriz lógica programable (PLA) y los controladores lógicos programables (PLC), el control SPC distribuido se generalizó a principios del siglo XXI.
En el control centralizado, todo el equipo de control se reemplaza por una unidad central de procesamiento. Debe ser capaz de procesar de 10 a 100 llamadas por segundo , dependiendo de la carga del sistema. [ cita requerida ] Las configuraciones de multiprocesador son comunes y pueden funcionar en varios modos, como en configuración de carga compartida, en modo dúplex sincrónico o un procesador puede estar en modo de espera.
El modo de funcionamiento en espera es el más simple de una configuración de dos procesadores. Normalmente, un procesador está en modo de espera. El procesador en espera se pone en línea solo cuando falla el procesador activo. Un requisito importante de esta configuración es la capacidad del procesador en espera de reconstruir el estado del sistema de intercambio cuando asume el control; es decir, determinar cuáles de las líneas o troncales de abonado están en uso.
En las centrales pequeñas, esto puede ser posible escaneando las señales de estado tan pronto como se pone en funcionamiento el procesador de reserva. En tal caso, solo se alteran las llamadas que se están estableciendo en el momento de la falla. En las centrales grandes, no es posible escanear todas las señales de estado en un tiempo significativo. Aquí, el procesador activo copia el estado del sistema periódicamente en la memoria secundaria. Cuando se produce la conmutación, se carga el estado reciente de la memoria secundaria. En este caso, solo se ven afectadas las llamadas que cambian de estado entre la última actualización y la falla. No es necesario duplicar la memoria secundaria compartida y bastaría con una redundancia simple a nivel de unidad. El conmutador 1ESS fue un ejemplo destacado.
En el modo de funcionamiento dúplex sincrónico, se proporciona un acoplamiento de hardware entre dos procesadores que ejecutan el mismo conjunto de instrucciones y comparan los resultados de forma continua. Si se produce una discrepancia, se identifica el procesador defectuoso y se lo retira del servicio en unos pocos milisegundos. Cuando el sistema funciona con normalidad, los dos procesadores tienen los mismos datos en las memorias en todo momento y reciben simultáneamente información del entorno de intercambio. Uno de los procesadores controla realmente el intercambio, pero el otro está sincronizado con el primero pero no participa en el control del intercambio. Si el comparador detecta una falla, los procesadores se desacoplan y se ejecuta un programa de verificación de forma independiente para encontrar el procesador defectuoso. Este proceso se ejecuta sin perturbar el procesamiento de llamadas, que se suspende temporalmente. Cuando se retira un procesador, el otro procesador funciona de forma independiente. Cuando se repara el procesador defectuoso y se lo pone en servicio, el contenido de la memoria del procesador activo se copia en su memoria y los dos se sincronizan y se habilita el comparador.
Es posible que un fallo del comparador se produzca únicamente debido a un fallo transitorio que no se muestra ni siquiera cuando se ejecuta el programa de verificación. En tal caso, existen tres posibilidades:
Cuando se retira un procesador, se lo somete a pruebas exhaustivas para identificar una falla marginal.
En la operación de reparto de carga, una llamada entrante se asigna aleatoriamente o en un orden predeterminado a uno de los procesadores, que luego maneja la llamada hasta su finalización. De este modo, ambos procesadores están activos simultáneamente y comparten la carga y los recursos de forma dinámica. Ambos procesadores tienen acceso a todo el entorno de intercambio que es detectado y controlado por estos procesadores. Dado que las llamadas son manejadas independientemente por los procesadores, tienen memorias separadas para almacenar datos de llamadas temporales. Aunque los programas y los datos semipermanentes se pueden compartir, se guardan en memorias separadas para fines de redundancia.
Existe un enlace entre procesadores a través del cual los procesadores intercambian información necesaria para la coordinación mutua y la verificación del "estado de salud" del otro. Si el intercambio de información falla, uno de los procesadores que lo detecta se hace cargo de toda la carga, incluidas las llamadas que ya están configuradas por el procesador que falla. Sin embargo, las llamadas que estaba estableciendo el procesador que falla generalmente se pierden. El uso compartido de recursos requiere un mecanismo de exclusión para que ambos procesadores no busquen el mismo recurso al mismo tiempo. El mecanismo puede implementarse en software o hardware o en ambos. La Figura muestra un dispositivo de exclusión de hardware que, cuando lo configura uno de los procesadores, prohíbe el acceso a un recurso en particular por parte del otro procesador hasta que lo restablezca el primer procesador.
El SPC distribuido es más accesible y más confiable que el SPC centralizado. La función de control es compartida por muchos procesadores dentro de la central. Utiliza microprocesadores de bajo costo . El control de la central puede descomponerse horizontal o verticalmente para el procesamiento distribuido. [5]
En la descomposición vertical, todo el sistema se divide en varios bloques y se asigna un procesador a cada bloque. Este procesador realiza todas las tareas relacionadas con ese bloque específico. Por lo tanto, el sistema de control total consta de varias unidades de control acopladas entre sí. Para lograr redundancia, los procesadores pueden estar duplicados en cada bloque.
En la descomposición horizontal, cada procesador realiza sólo una o sólo algunas funciones de intercambio.