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 del sistema de conmutación. SPC fue la tecnología habilitadora de los sistemas de conmutación electrónica (ESS) desarrollados en Bell System en la década de 1950, y puede considerarse la tercera generación de tecnología de conmutación. El control de programas almacenados fue inventado en 1954 por la científica de los Laboratorios Bell Erna Schneider Hoover , quien razonó que el software de computadora podía controlar la conexión de llamadas telefónicas. [1] [2] [3]
Propuesto y desarrollado en la década de 1950, el SPC se introdujo en la producción de sistemas de conmutación electrónica en la década de 1960. La centralita privada (PBX) 101ESS fue un sistema de conmutación de transición en Bell System para brindar servicios ampliados a clientes comerciales que, de otro modo, todavía contarían con un conmutador de oficina central electromecánico. El primer interruptor de oficina central con SPC se instaló en Morris, Illinois, en una prueba de conmutación electrónica en 1960, seguido por el primer interruptor 1ESS de Western Electric en Succasunna, Nueva Jersey en 1965. Otros ejemplos de sistemas de conmutación de tercera generación basados en SPC incluyen el GPO británico TXE (varios fabricantes), Metaconta 11 (ITT Europa) y AKE, ARE. Las versiones predigitales (década de 1970) de la central telefónica AX de Ericsson y Philips PRX eran sistemas a gran escala en la red telefónica pública conmutada (PSTN).
SPC permite funciones de llamadas sofisticadas . A medida que estos intercambios evolucionaron, aumentaron la confiabilidad y la versatilidad.
Los intercambios de segunda generación, como los interruptores Strowger , de panel , giratorios y de barra transversal, se construyeron exclusivamente a partir de componentes de conmutación electromecánicos con control lógico combinacional y no tenían control de software de computadora. La primera generación fueron los cuadros manuales operados por asistentes y operadores.
Los sistemas de barras transversales posteriores también utilizaron control por computadora en las matrices de conmutación y también pueden considerarse sistemas SPC. Los ejemplos incluyen Ericsson ARE 11 (local) y ARE 13 (tránsito), así como los interruptores North Electric NX-1E y D, y el ITT Metaconta 11, que alguna vez se encontraron en Europa occidental y en muchos países del 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 finales de la década de 1990.
La adición de multiplexación por división de tiempo (TDM) disminuyó 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 viables y totalmente digitales surgieron en la década de 1970, y los primeros sistemas, como el francés Alcatel E10 y la canadiense Nortel DMS, entraron en producción durante esa década. Otros sistemas ampliamente adoptados estuvieron disponibles a principios de los años 1980. Estos incluyeron Ericsson AX 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 de diseño alemán, el ITT System 12 (posteriormente rebautizado como Alcatel S12) y NEC NEAX, todos que fueron ampliamente utilizados en todo el mundo. Los británicos desarrollaron el Sistema X (telefonía) , y a principios de los años 1980 también surgieron otros sistemas más pequeños.
Algunos conmutadores digitales, en particular el 5ESS y las primeras versiones del Ericsson AX 10, continuaron usando etapas concentradoras analógicas, utilizando tecnologías similares a SPC, en lugar de conexiones directas a las tarjetas de línea digitales que contienen 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 especializados basada en hardware fueron reemplazadas por conmutadores de software y tecnologías VoIP de voz sobre IP .
La característica principal del control de programas almacenados es una o múltiples unidades de procesamiento digital ( computadoras con programas almacenados ) que ejecutan un conjunto de instrucciones de computadora ( programas ) almacenadas en la memoria del sistema mediante el cual se establecen, mantienen y terminan las conexiones telefónicas en los canales asociados. circuitos electrónicos.
Una consecuencia inmediata del control de programas almacenados es la automatización de las funciones de la central y la introducción de una variedad de nuevas funciones telefónicas para los abonados.
Una central telefónica debe funcionar de forma continua y 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 totalmente electrónicos, en los que la red de conmutación también era electrónica. En 1960 se instaló un sistema de prueba con control de programas almacenados en Morris, Illinois. Utilizaba un almacén de puntos voladores con un tamaño de palabra de 18 bits para el almacenamiento semipermanente de programas y parámetros, y una memoria de barrera para la memoria de trabajo de acceso aleatorio. . [4] El primer sistema de conmutación electrónica del mundo para uso en producción, el ESS número 1 , fue encargado por AT&T en Succasunna, Nueva Jersey , en mayo de 1965. En 1974, AT&T había instalado 475 sistemas ESS número 1. En la década de 1980, SPC desplazó a la conmutación electromecánica en la industria de las telecomunicaciones, por lo que el término perdió todo excepto interés histórico. Hoy en día, SPC es un concepto integral en todas las centrales automáticas, debido a la aplicación universal de las computadoras y la tecnología de microprocesadores.
Los intentos de sustituir las matrices de conmutación electromecánicas por conmutadores semiconductores de punto de cruce no tuvieron éxito inmediato, especialmente en sistemas de intercambio de gran tamaño. Como resultado, muchos sistemas de conmutación por división de espacio utilizaban redes de conmutación electromecánica con SPC, mientras que las centrales privadas automáticas (PABX) y las centrales públicas más pequeñas utilizaban 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 las décadas de 1960 y 1970 utilizaban casi invariablemente control centralizado. Aunque muchos diseños de intercambio actuales continúan utilizando SPC centralizado, con la llegada de potentes microprocesadores y chips VLSI de bajo costo, como matrices lógicas programables (PLA) y controladores lógicos programables (PLC), el SPC distribuido se generalizó a principios del siglo XXI.
En el control centralizado, todo el equipo de control es reemplazado por una unidad central de procesamiento. Debe poder procesar de 10 a 100 llamadas por segundo , dependiendo de la carga del sistema. [ cita necesaria ] Las configuraciones multiprocesador son comunes y pueden funcionar en varios modos, como en configuración de carga compartida, en modo dúplex síncrono, o un procesador puede estar en modo de espera.
El modo de funcionamiento en espera es el más sencillo de una configuración de procesador dual. Normalmente un procesador está en modo de espera. El procesador en espera se pone en línea sólo cuando falla el procesador activo. Un requisito importante de esta configuración es la capacidad del procesador en espera para reconstituir el estado del sistema de intercambio cuando asume el control; medios para determinar cuáles de las líneas o troncales de abonado están en uso.
En centrales pequeñas, esto puede ser posible escaneando las señales de estado tan pronto como el procesador de reserva entre en acción. En tal caso sólo se perturban las llamadas que se estaban estableciendo en el momento del fallo. En los intercambios grandes no es posible escanear todas las señales de estado en un tiempo significativo. Aquí el procesador activo copia periódicamente el estado del sistema en el almacenamiento secundario. Cuando se produce la conmutación, se carga el estado reciente de la memoria secundaria. En este caso sólo se ven afectadas las llamadas que cambian de estado entre la última actualización y el fallo. No es necesario duplicar el almacenamiento secundario compartido y bastaría con una simple redundancia a nivel de unidad. El conmutador 1ESS fue un ejemplo destacado.
En el modo de operación dúplex síncrono, se proporciona acoplamiento de hardware entre dos procesadores que ejecutan el mismo conjunto de instrucciones y comparan los resultados continuamente. Si se produce una discrepancia, se identifica el procesador defectuoso y se pone fuera de servicio en unos pocos milisegundos. Cuando el sistema funciona normalmente, los dos procesadores tienen los mismos datos en la memoria 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 de cambio. 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 la llamada, que se suspende temporalmente. Cuando se retira un procesador, el otro procesador funciona de forma independiente. Cuando el procesador defectuoso se repara y se 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 se produzca una falla del comparador solo debido a una falla transitoria que no se muestra incluso 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 carga compartida, 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 esta forma, 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 estos procesadores detectan y controlan. Dado que los procesadores manejan las llamadas de forma independiente, tienen memorias separadas para almacenar datos de llamadas temporales. Aunque se pueden compartir programas y datos semipermanentes, se mantienen en memorias separadas con fines de redundancia.
Existe un enlace entre procesadores a través del cual los procesadores intercambian información necesaria para la coordinación mutua y para verificar el "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 defectuoso normalmente se pierden. Compartir 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 ambos. La figura muestra un dispositivo de exclusión de hardware que, cuando lo configura uno de los procesadores, prohíbe el acceso a un recurso particular por parte del otro procesador hasta que el primer procesador lo restablezca.
El SPC distribuido es más disponible y más confiable que el SPC centralizado. La función de control es compartida por muchos procesadores dentro del intercambio. Utiliza microprocesadores de bajo coste . El control de cambios puede descomponerse horizontal o verticalmente para el procesamiento distribuido. [5]
En la descomposición vertical, todo el intercambio 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 duplicarse en cada bloque.
En la descomposición horizontal cada procesador realiza sólo una o sólo algunas funciones de intercambio.