El sistema de conmutación electrónica número uno ( 1ESS ) fue el primer sistema de conmutación electrónica o central telefónica de control de programa almacenado (SPC) a gran escala del sistema Bell . Fue fabricado por Western Electric y se puso en servicio por primera vez en Succasunna , Nueva Jersey , en mayo de 1965. [1] La estructura de conmutación estaba compuesta por una matriz de relés de láminas controlada por relés de resorte de alambre que, a su vez, eran controlados por una unidad central de procesamiento (CPU).
El conmutador de oficina central 1AESS era una actualización compatible con enchufes y de mayor capacidad del 1ESS con un procesador 1A más rápido que incorporaba el conjunto de instrucciones existente para compatibilidad de programación y usaba conmutadores remotos más pequeños, menos relés y almacenamiento en disco destacado . [2] Estuvo en servicio desde 1976 hasta 2017.
El plan de la estructura de conmutación de voz era similar al del conmutador 5XB anterior en cuanto a que era bidireccional y utilizaba el principio de devolución de llamada. [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] Sin embargo, los conmutadores de matriz de acceso completo más grandes (las cuadrículas de línea 12A tenían acceso parcial) del sistema eran de 8x8 en lugar de 10x10 o 20x16. Por lo tanto, requerían ocho etapas en lugar de cuatro para lograr grupos de conectores lo suficientemente grandes en una oficina grande. Como los puntos de cruce eran más caros en el nuevo sistema, pero los conmutadores más baratos, el costo del sistema se minimizó con menos puntos de cruce organizados en más conmutadores. La estructura se dividió en redes de línea y redes troncales de cuatro etapas, y se plegó parcialmente para permitir la conexión de línea a línea o de troncal a troncal sin exceder las ocho etapas de conmutación.
La implementación tradicional de un conmutador de expansión mínima sin bloqueo capaz de conectar clientes de entrada a clientes de salida simultáneamente (con las conexiones iniciadas en cualquier orden), la matriz de conexión escalada en . Como esto no es práctico, se utiliza la teoría estadística para diseñar hardware que pueda conectar la mayoría de las llamadas y bloquear otras cuando el tráfico exceda la capacidad de diseño. Estos conmutadores de bloqueo son los más comunes en las centrales telefónicas modernas. Por lo general, se implementan como redes de conmutación más pequeñas en cascada. En muchas, se utiliza un aleatorizador para seleccionar el inicio de una ruta a través de la red de múltiples etapas de modo que se puedan obtener las propiedades estadísticas predichas por la teoría. Además, si el sistema de control puede reorganizar el enrutamiento de las conexiones existentes al llegar una nueva conexión, una matriz sin bloqueo completa requiere menos puntos de conmutación.
Cada red de línea (LN) o red troncal (TN) de cuatro etapas se dividió en marcos de conmutadores de unión (JSF) y marcos de conmutadores de línea (LSF) en el caso de una red de línea, o marcos de conmutadores de troncales (TSF) en el caso de una red troncal. Los enlaces se designaron A, B, C y J para los conmutadores de unión. Los enlaces A eran internos a los LSF o TSF; los enlaces B conectaban los LSF o TSF a los JSF, los C eran internos a los JSF y los enlaces J o los conmutadores de unión se conectaban a otra red en la central.
Todos los JSF tenían una relación de concentración unitaria, es decir, la cantidad de enlaces B dentro de la red era igual a la cantidad de conectores de otras redes. La mayoría de los LSF tenían una relación de concentración de línea (LCR) de 4:1; es decir, las líneas eran cuatro veces más numerosas que los enlaces B. En algunas áreas urbanas se usaban LSF de 2:1. Los enlaces B se multiplicaban a menudo para lograr una LCR más alta, como 3:1 o (especialmente en 1ESS suburbano) 5:1. Las redes de línea siempre tenían 1024 conectores, dispuestos en 16 cuadrículas que conmutaban cada una 64 conectores a 64 enlaces B. Se agruparon cuatro cuadrículas con fines de control en cada uno de los cuatro LJF.
Los TSF tenían una concentración unitaria, pero una TN podía tener más TSF que JSF. Por lo tanto, sus enlaces B se multiplicaban habitualmente para obtener una relación de concentración troncal (TCR) de 1,25:1 o 1,5:1, siendo esta última especialmente común en las oficinas 1A. Los TSF y los JSF eran idénticos, excepto por su posición en la estructura y la presencia de un noveno nivel de acceso de prueba o nivel sin prueba en el JSF. Cada JSF o TSF se dividía en 4 cuadrículas de dos etapas.
Las primeras TN tenían cuatro JSF, para un total de 16 redes, 1024 enlaces J y la misma cantidad de enlaces B, con cuatro enlaces B desde cada red de unión troncal a cada red de conmutación troncal. A partir de mediados de la década de 1970, las oficinas más grandes tenían sus enlaces B cableados de manera diferente, con solo dos enlaces B desde cada red de unión troncal a cada red de conmutación troncal. Esto permitió una TN más grande, con 8 JSF que contenían 32 redes, conectando 2048 juntores y 2048 enlaces B. Por lo tanto, los grupos de juntores podían ser más grandes y más eficientes. Estas TN tenían ocho TSF, lo que le daba a la TN una relación de concentración troncal unitaria.
Dentro de cada LN o TN, los enlaces A, B, C y J se contaban desde la terminación externa a la interna. Es decir, para un troncal, el conmutador de la Etapa 0 del troncal podía conectar cada troncal a cualquiera de los ocho enlaces A, que a su vez estaban conectados a los conmutadores de la Etapa 1 para conectarlos a los enlaces B. Las redes de unión de troncal también tenían conmutadores de la Etapa 0 y de la Etapa 1, los primeros para conectar los enlaces B a los enlaces C, y los segundos para conectar los enlaces C a los J, también llamados juntores. Los juntores se agrupaban en cables, 16 pares trenzados por cable que constituían un subgrupo de juntores, que se dirigían al marco de agrupación de juntores donde se conectaban a cables a otras redes. Cada red tenía 64 o 128 subgrupos, y estaba conectada a cada una de las otras redes mediante uno o (normalmente) varios subgrupos.
El tejido de conmutación Ferreed 1ESS original se empaquetó como conmutadores separados de 8x8 u otros tamaños, conectados al resto del tejido de voz y al circuito de control mediante conexiones de envoltura de cables . [3] [4] [5] La ruta de transmisión/recepción de la señal de voz analógica es a través de una serie de interruptores de lengüeta con enclavamiento magnético (muy similares a los relés de enclavamiento ). [6]
Los puntos de cruce Remreed, mucho más pequeños, introducidos aproximadamente al mismo tiempo que el 1AESS, se empaquetaron como cajas de rejilla de cuatro tipos principales. Las rejillas de unión tipo 10A y las rejillas troncales 11A eran una caja de aproximadamente 16x16x5 pulgadas (40x40x12 cm) con dieciséis interruptores de 8x8 en el interior. Las rejillas de línea tipo 12A con LCR 2:1 tenían solo unas 5 pulgadas (12 cm) de ancho, con ocho interruptores de línea de etapa 0 de 4x4 con ferrodes y contactos de corte para 32 líneas, conectados internamente a cuatro interruptores de etapa 1 de 4x8 que se conectaban a enlaces B. Las rejillas de línea tipo 14A con LCR 4:1 tenían aproximadamente 16x12x5 pulgadas (40x30x12 cm) con 64 líneas, 32 enlaces A y 16 enlaces B. Las cajas estaban conectadas al resto de la estructura y los circuitos de control mediante conectores deslizables. De esta manera, el trabajador tenía que manejar un equipo mucho más grande y pesado, pero no tenía que desenrollar y volver a enrollar docenas de cables.
Los dos controladores de cada estructura de empalmes tenían acceso sin necesidad de realizar pruebas a sus empalmes a través de su interruptor F, un noveno nivel en los interruptores de la etapa 1 que se podían abrir o cerrar independientemente de los puntos de cruce de la red. Al configurar cada llamada a través de la estructura, pero antes de conectar la estructura a la línea o al tronco, el controlador podía conectar un punto de escaneo de prueba a los cables de comunicación para detectar potenciales. La corriente que fluye a través del punto de escaneo se informaba al software de mantenimiento, lo que daba como resultado un mensaje de teleimpresora de "Falso cruce y tierra" (FCG) que indicaba la ruta. Luego, el software de mantenimiento le indicaba al software de finalización de llamadas que lo intentara nuevamente con un empalme diferente.
Con una prueba FCG limpia, el software de finalización de llamada le indicó al relé "A" en el circuito troncal que operara, conectando su hardware de transmisión y prueba a la red de conmutación y, por lo tanto, a la línea. Luego, para una llamada saliente, el punto de escaneo del troncal escanearía para detectar la presencia de una línea descolgada. Si no se detectaba el cortocircuito, el software ordenaría la impresión de un "Fallo de supervisión" (SUPF) y volvería a intentarlo con un empalme diferente. Se realizó una verificación de supervisión similar cuando se respondió una llamada entrante. Cualquiera de estas pruebas podría alertar sobre la presencia de un punto de cruce defectuoso.
El personal podía estudiar una gran cantidad de impresiones para encontrar qué enlaces y puntos de cruce (de un millón de puntos de cruce, en algunas oficinas) estaban causando que las llamadas fallaran en los primeros intentos. A fines de la década de 1970, los canales de teleimpresora se agruparon en Centros de Control de Conmutación (SCC), más tarde Sistema de Centro de Control de Conmutación , cada uno de los cuales atendía a una docena o más de centrales 1ESS y usaba sus propias computadoras para analizar estos y otros tipos de informes de fallas. Generaban un llamado histograma (en realidad un diagrama de dispersión ) de partes de la estructura donde las fallas eran particularmente numerosas, generalmente apuntando a un punto de cruce defectuoso en particular, incluso si fallaba esporádicamente en lugar de constantemente. Los trabajadores locales podían entonces ocupar el conmutador o la red apropiados y reemplazarlo.
Cuando un punto de cruce de acceso de prueba se quedaba atascado cerrado, causaba fallas esporádicas de FCG en ambas redes que probaba ese controlador. Como los enlaces J estaban conectados externamente, el personal de la sala de conmutación descubrió que dichas fallas se podían detectar al ocupar ambas redes, conectar a tierra los cables de prueba del controlador y luego probar los 128 enlaces J, 256 cables, en busca de una conexión a tierra.
Dadas las restricciones del hardware de la década de 1960, se produjo un fallo inevitable. Aunque se detectó, el sistema estaba diseñado para conectar a la persona que llamaba con la persona equivocada en lugar de desconectarla, interceptarla, etc. [7]
El ordenador recibía entradas de los periféricos a través de escáneres magnéticos, compuestos por sensores de ferrodes, similares en principio a la memoria de núcleo magnético , excepto que la salida estaba controlada por devanados de control análogos a los devanados de un relé . Específicamente, el ferrodes era un transformador con cuatro devanados. Dos devanados pequeños pasaban por agujeros en el centro de una varilla de ferrita. Se inducía un pulso en el devanado de interrogación en el devanado de lectura, si la ferrita no estaba saturada magnéticamente . Los devanados de control más grandes, si la corriente fluía a través de ellos, saturaban el material magnético, desacoplando así el devanado de interrogación del devanado de lectura que devolvería una señal cero. Los devanados de interrogación de 16 ferrodes de una fila estaban conectados en serie a un controlador, y los devanados de lectura de 64 ferrodes de una columna estaban conectados a un amplificador de detección. Los circuitos de verificación aseguraban que efectivamente fluía una corriente de interrogación.
Los escáneres eran escáneres de línea (LSC), escáneres de troncal universal (USC), escáneres de unión (JSC) y escáneres maestros (MS). Los tres primeros solo escaneaban para supervisión , mientras que los escáneres maestros hacían todos los demás trabajos de escaneo. Por ejemplo, un receptor DTMF , montado en un marco de troncal misceláneo, tenía ocho puntos de escaneo de demanda, uno para cada frecuencia, y dos puntos de escaneo de supervisión, uno para señalar la presencia de una combinación DTMF válida para que el software supiera cuándo mirar los puntos de escaneo de frecuencia, y el otro para supervisar el bucle. El punto de escaneo de supervisión también detectaba pulsos de marcado, y el software contaba los pulsos a medida que llegaban. Cada dígito, cuando se volvía válido, se almacenaba en una tolva de software para ser entregado al registro de origen.
Los ferrorods se montaban en pares, generalmente con diferentes bobinados de control, de modo que uno pudiera supervisar el lado de conmutación de un troncal y el otro la oficina distante. Los componentes dentro del paquete del troncal, incluidos los diodos, determinaban, por ejemplo, si realizaba la señalización de batería inversa como un troncal entrante o detectaba la batería inversa de un troncal distante; es decir, era un troncal saliente.
Los ferrodes de línea también se suministraban en pares, de los cuales el par tenía contactos que se sacaban al frente del paquete en lengüetas adecuadas para enrollar cables , de modo que los devanados se pudieran sujetar para la señalización de inicio de bucle o inicio de tierra . El paquete original 1ESS tenía todos los ferrodes de un LSF juntos y separados de los interruptores de línea, mientras que el 1AESS posterior tenía cada ferrode en la parte delantera de la caja de acero que contenía su interruptor de línea. Los equipos de línea de número impar no podían iniciarse por tierra, ya que sus ferrodes eran inaccesibles.
La computadora controlaba los relés de enclavamiento magnético mediante distribuidores de señal (SD) empaquetados en los marcos de tronco universal, marcos de unión o en marcos de tronco misceláneo, según los cuales se numeraban como USD, JSD o MSD. Los SD eran originalmente árboles de contactos de relés de resorte de cable de 30 contactos , cada uno impulsado por un flipflop. Cada relé de enclavamiento magnético tenía un contacto de transferencia dedicado a enviar un pulso de regreso al SD, en cada operación y liberación. El pulsador en el SD detectaba este pulso para determinar que la acción había ocurrido, o bien alertaba al software de mantenimiento para imprimir un informe FSCAN . En versiones posteriores de 1AESS, los SD eran de estado sólido con varios puntos SD por paquete de circuitos, generalmente en el mismo estante o en un estante adyacente al paquete de tronco.
Algunos periféricos que necesitaban un tiempo de respuesta más rápido, como los transmisores de pulsos de dial, se controlaban a través de distribuidores de pulsos centrales, que de otro modo se utilizaban principalmente para habilitar (alertar) a un controlador de circuito periférico para que aceptara órdenes del bus de direcciones de la unidad periférica.
El procesador central o CC (Central Control) de arquitectura Harvard duplicada para el 1ESS operaba a aproximadamente 200 kHz . Comprendía cinco bahías, cada una de dos metros de alto y con un total de unos cuatro metros de longitud por CC. El empaque estaba en tarjetas de aproximadamente 4x10 pulgadas (10x25 centímetros) con un conector de borde en la parte posterior. El cableado de la placa base estaba formado por cables enrollados en algodón , no cintas u otros cables. La lógica de la CPU se implementaba utilizando lógica discreta de diodos y transistores . Una tarjeta de plástico duro contenía comúnmente los componentes necesarios para implementar, por ejemplo, dos puertas o un flipflop .
Se dedicó una gran parte de la lógica a los circuitos de diagnóstico. Se podían ejecutar diagnósticos de CPU que intentarían identificar las tarjetas defectuosas. En caso de fallas de una sola tarjeta, era común que la tasa de éxito de reparación en el primer intento fuera del 90 % o más. No era raro que fallaran varias tarjetas y la tasa de éxito de reparación en el primer intento disminuyó rápidamente.
El diseño de la CPU era bastante complejo: utilizaba intercalación de tres vías de ejecución de instrucciones (más tarde llamada canalización de instrucciones ) para mejorar el rendimiento. Cada instrucción pasaba por una fase de indexación, una fase de ejecución de instrucción real y una fase de salida. Mientras una instrucción pasaba por la fase de indexación, la instrucción anterior estaba en su fase de ejecución y la instrucción anterior estaba en su fase de salida.
En muchas instrucciones del conjunto de instrucciones , los datos podían enmascararse y/o rotarse opcionalmente. Existían instrucciones individuales para funciones esotéricas como " encontrar el primer bit establecido (el bit más a la derecha que está establecido) en una palabra de datos, opcionalmente restablecer el bit y decirme la posición del bit". Tener esta función como una instrucción atómica (en lugar de implementarse como una subrutina ) aceleró drásticamente el escaneo de solicitudes de servicio o circuitos inactivos. El procesador central se implementó como una máquina de estados jerárquica .
La memoria tenía una longitud de palabra de 44 bits para almacenar programas, de los cuales seis bits se utilizaban para la corrección de errores de Hamming y uno se utilizaba para una comprobación de paridad adicional. Esto dejaba 37 bits para la instrucción, de los cuales normalmente se utilizaban 22 bits para la dirección. Se trataba de una palabra de instrucción inusualmente amplia para la época.
Los almacenes de programas también contenían datos permanentes y no se podían escribir en línea. En su lugar, las tarjetas de memoria de aluminio, también llamadas planos twistores, [5] tenían que ser retiradas en grupos de 128 para que sus imanes permanentes pudieran ser escritos fuera de línea por un escritor motorizado, una mejora con respecto al escritor de tarjeta única no motorizado utilizado en el Proyecto Nike . Todos los marcos de memoria, todos los buses y todo el software y los datos eran completamente redundantes modulares duales . Los CC duales operaban al unísono y la detección de un desajuste activaba un secuenciador automático para cambiar la combinación de CC, buses y módulos de memoria hasta que se alcanzaba una configuración que pudiera pasar una comprobación de cordura . Los buses eran pares trenzados , un par para cada dirección, dato o bit de control, conectados en el CC y en cada marco de almacenamiento mediante transformadores de acoplamiento y terminando en resistencias de terminación en el último marco.
Los Call Stores eran la memoria de lectura/escritura del sistema, que contenía los datos de las llamadas en curso y otros datos temporales. Tenían una palabra de 24 bits , de los cuales un bit era para la comprobación de paridad . Operaban de forma similar a la memoria de núcleo magnético , excepto que la ferrita estaba en láminas con un orificio para cada bit, y los cables de lectura y dirección actuales coincidentes pasaban por ese orificio. Los primeros Call Stores tenían capacidad para 8 kilopalabras , en un marco de aproximadamente un metro de ancho y dos metros de alto.
La memoria de programa y la memoria de datos independientes funcionaban en contrafase, coincidiendo la fase de direccionamiento de Program Store con la fase de obtención de datos de Call Store y viceversa. Esto daba como resultado una mayor superposición y, por lo tanto, una mayor velocidad de ejecución del programa de lo que podría esperarse a partir de la baja velocidad del reloj.
Los programas se escribían principalmente en código de máquina. Los errores que antes pasaban desapercibidos se hicieron evidentes cuando 1ESS se llevó a las grandes ciudades con mucho tráfico telefónico, y retrasaron la adopción total del sistema durante unos años. Las correcciones temporales incluyeron la Red de Enlace de Servicio (SLN), que hacía aproximadamente el trabajo del Enlace de Registro Entrante y el Conmutador de Selección de Timbre del conmutador 5XB , disminuyendo así la carga de la CPU y disminuyendo los tiempos de respuesta para las llamadas entrantes, y un Procesador de Señal (SP) o computadora periférica de una sola bahía, para manejar tareas simples pero que consumen mucho tiempo, como la temporización y el conteo de Pulsos de Marcación. 1AESS eliminó la necesidad de SLN y SP.
La unidad de cinta de media pulgada era de solo escritura y se usaba únicamente para la contabilidad automática de mensajes . Las actualizaciones de programas se ejecutaban enviando una carga de tarjetas de almacenamiento de programas con el nuevo código escrito en ellas.
El programa genérico básico incluía "auditorías" constantes para corregir errores en los registros de llamadas y otros datos. Cuando se producía un fallo crítico de hardware en el procesador o en las unidades periféricas, como que ambos controladores de un cuadro de conmutación de línea fallaran y no pudieran recibir órdenes, la máquina dejaba de conectar llamadas y entraba en una "fase de regeneración de memoria", "fase de reinicialización" o "Fase" para abreviar. Las fases se conocían como Fase 1, 2, 4 o 5. Las fases menores solo borraban los registros de llamadas de las llamadas que estaban en un estado inestable que aún no estaban conectadas, y tardaban menos tiempo.
Durante una fase, el sistema, que normalmente rugía con el sonido de los relés funcionando y liberándose, se quedaba en silencio ya que ningún relé recibía órdenes. El teletipo modelo 35 hacía sonar su campana e imprimía una serie de P mientras duraba la fase. Para el personal de la oficina central, esto podía ser un momento aterrador, ya que pasaban segundos y quizás minutos mientras sabían que los suscriptores que descolgaban sus teléfonos se quedaban en silencio hasta que la fase terminaba y el procesador recuperaba la "cordura" y reanudaba la conexión de llamadas. Las fases más largas tardaban más, borrando todos los registros de llamadas, desconectando así todas las llamadas y tratando cualquier línea descolgada como una solicitud de tono de marcado. Si las fases automatizadas no lograban restablecer la cordura del sistema, existían procedimientos manuales para identificar y aislar el hardware o los buses defectuosos. [8]
La mayoría de las miles de oficinas 1ESS y 1AESS en los EE. UU. fueron reemplazadas en la década de 1990 por DMS-100 , 5ESS Switch y otros conmutadores digitales, y desde 2010 también por conmutadores de paquetes . A fines de 2014, solo quedaban poco más de 20 instalaciones 1AESS en la red de América del Norte, que se ubicaban principalmente en los estados heredados BellSouth de AT&T y Bell Southwestern de AT&T, especialmente en el área metropolitana de Atlanta GA, el área metropolitana de Saint Louis MO y en el área metropolitana de Dallas/Fort Worth TX. En 2015, AT&T no renovó un contrato de soporte con Alcatel-Lucent (ahora Nokia ) para los sistemas 1AESS que aún estaban en funcionamiento y notificó a Alcatel-Lucent su intención de retirarlos todos del servicio en 2017. Como resultado, Alcatel-Lucent desmanteló el último laboratorio 1AESS en la ubicación de Bell Labs en Naperville en 2015 y anunció la interrupción del soporte para 1AESS. [9] [10] En 2017, AT&T completó la eliminación de los sistemas 1AESS restantes al trasladar a los clientes a otros conmutadores de tecnología más nueva, generalmente con conmutadores Genband con trunking TDM únicamente.
El último conmutador 1AESS conocido se encontraba en Odessa, Texas (centro de cableado federal ODSSTXLI de Odessa Lincoln). Se desconectó del servicio alrededor del 3 de junio de 2017 y se conectó a un conmutador de paquetes Genband G5/G6.
El sistema de conmutación electrónica nº 1 con funciones de datos (Nº 1 ESS ADF) fue una adaptación del sistema de conmutación electrónica nº 1 para crear un sistema de conmutación de mensajes de almacenamiento y reenvío . Utilizaba líneas de una o varias estaciones para transmitir mensajes de teletipo y de datos. Fue creado para responder a la creciente necesidad de una entrega rápida y económica de datos y copias impresas. [11]
El ADF ESS n.° 1 tenía una gran cantidad de características, entre ellas: [12]
Aunque el 1ESS sabía cuando fallaba, estaba diseñado para conectar a la persona que llamaba con la persona equivocada en lugar de reaccionar al error de una manera más disruptiva ... la persona que llamaba, pensando que simplemente había marcado mal, colgaba y volvía a intentarlo ... se conservaba la ilusión de un sistema telefónico infalible.
