«СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ Допущено Министерством Российской Федерации по связи и информатизации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 200900 – Сети связи и системы коммутации ...»

Б.С. Гольдштейн

СИСТЕМЫ

КОММУТАЦИИ

Допущено Министерством Российской Федерации по связи

и информатизации в качестве учебника для студентов высших

учебных заведений, обучающихся по специальности

200900 – «Сети связи и системы коммутации» и другим

междисциплинарным специальностям по телекоммуникационным

направлениям базового высшего образования.

САНКТ ПЕТЕРБУРГ

«БХВ – Санкт Петербург»

2003 УДК 621.395 У66 ББК 32.88 Гольдштейн Б. С.

Системы коммутации. – СПб.: БХВ – Санкт Петербург, 2003. – 318 с.: ил.

ISBN 5 8206 0108 4 Учебник охватывает широкий спектр вопросов автоматической комму тации и предназначен для студентов телекоммуникационных университе тов и других высших учебных заведений, обучающихся по специальности 200900 – «Сети связи и системы коммутации», а также по специальностям 201000 – «Многоканальные телекоммуникационные системы» и 550400 – «Телекоммуникации» и соответствует программе, утвержденной Управле нием руководящих кадров и учебных заведений Министерства Российской Федерации по связи и информатизации. Он может быть полезен работни кам научно исследовательских, проектных и эксплуатационных организа ций, занимающимся коммутационными узлами и станциями, а также широ кому кругу специалистов, интересующихся теорией автоматической комму тации каналов и практикой применения АТС различных поколений.

Учебник для вузов Рецензенты: профессор С.Н. Степанов (Москва), профессор В.В. Лебедянцев (Новосибирск), профессор В.И. Мейкшан (Новосибирск) ISBN 5 8206 © Гольдштейн Б.С., Boris Goldstein.

Switching Systems. – BHV, St.Petersburg, 2003.

The rapid growth of telecommunications in recent years has necessitated the evolution of telephone switching systems for Public Switched Telephone Net work (PSTN). To operate effectively in this dynamic industry requires an under standing of the evolution central offices principles. The book is intended to fill up a gap in the telecommunications literature by gathering in one place all types of switching systems. The evolution of switching systems is described on the set of examples of Russian PSTN Central Offices.

The book is primarily intended for students, post graduates and engineers involved in the switching nodes area.

Technical edition Copyright © B. Goldstein Содержание Введение

Глава 1 Эволюция автоматической коммутации.......... 1.1 Телекоммуникации

1.2 Телефонные сети общего пользования

1.3 Коммутация

1.4 Методы коммутации

1.5 Эволюция телефонных станций

1.5.1 Исторические предпосылки

1.5.2 Ручные коммутаторы

1.5.3 Автоматическая коммутация

1.5.4 Квазиэлектронные и электронные АТС

1.5.5 Цифровые АТС

1.6 Телефонные аппараты

1.7 Стандартизация в области коммутации

Глава 2 Декадно шаговые АТС

2.1 Основные принципы ДШ АТС

2.2 Искатели

2.3 Вынужденное и свободное искание. Ступени искания.............. 2.3.1 Предварительное искание

2.3.2 Линейное искание

2.3.3 Групповое искание

2.4 Импульсный набор номера

2.5 Межстанционные соединительные линии

Глава 3 Координатные АТС

3.1 Координатные соединители

3.2 Координатные АТС

3.3 Городские координатные станции АТСК и АТСК У

3.4 Сельские координатные АТСК 50/200М

3.5 Координатные АТСК 100/2000

3.6 Координатные АТС типа А 204

3.7 Координатные подстанции ПСК 1000

Глава 4 Принципы цифровой коммутации

4.1 Цифровая телефония

4.2 Цифровые АТС

4.3 Абонентские модули

4.4 Доступ к услугам ISDN

4.5 Коммутационное поле

4.5.1 Пространственная коммутация

4.5.2 Временная коммутация

4.6 Модули соединительных линий, синхронизация и служебные функции

4.7 Управление по записанной программе

Глава 5 Импортные цифровые АТС

5.1 Выбор АТС

5.2 Станции 5ESS. Решения Lucent Technologies

5.3 Система 12

5.4 Система EWSD компании Siemens

5.5 Станция AXE 10 компании Ericsson

5.6 Итальянская платформа Linea UT и стратегия iMSS................ 5.7 Коммутационная платформа NEAX 61 компании NEC............ 5.8 Станции DMS 100

Глава 6 Отечественные АТС с программным управлением

6.1 Первые разработки АТС с программным управлением........... 6.2 Коммутационная платформа АТСЦ 90

6.3 Новые функции цифровых АТС

6.4 Система С 32

6.5 Бета, Сигма, Омега, Кразар и другие

6.6 Развитие отечественных коммутационных платформ............. Глава 7 Абонентский доступ

7.1 Глобальная информационная инфраструктура

7.2 Цифровые абонентские концентраторы и мультиплексоры.. 7.3 Интерфейс V5

7.4 Беспроводный абонентский доступ WLL

7.5 Оптическое волокно в абонентской линии

7.6 Цифровые абонентские линии DSL

Глава 8 Межстанционная сигнализация

8.1 Элементы телефонной сигнализации

8.2 Сигнализация по выделенным сигнальным каналам.............. 8.3 Многочастотная сигнализация

8.4 Общеканальная сигнализация № 7

8.4.1 Подсистема переноса сообщений MTP

8.4.2 Подсистема управления сигнальными соединениями SCCP

8.4.3 Подсистема средств транзакций

8.4.4 Подсистема ISUP

8.5 Сигнализация при конвергенции сетей связи

Глава 9 Программное управление

9.1 Программное обеспечение коммутационных узлов и станций

9.2 Управляющие устройства

9.2.1 Централизованное управление

9.2.2 Иерархическое управление.

9.2.3 Распределенная архитектура

9.3 Основы программирования обслуживания вызовов в реальном времени

9.4 Технологические аспекты разработки программного обеспечения АТС

9.5 Качество ПО

9.6 Программные системы современных АТС

Глава 10 Эксплуатационное управление.................. 10.1 Эволюция функций эксплуатационного управления системами коммутации

10.2 Сопровождение программного обеспечения

10.3 Задачи СОРМ и информационной безопасности.................. 10.4 Расчеты за услуги связи

10.5 Взаимодействие «человек машина»

10.6 Концепция TMN

10.7 Системы эксплуатационной поддержки OSS

Глава 11 Услуги

11.1 Дополнительные услуги АТС

11.2 Интеллектуальная сеть (IN)

11.3 Компьютерная телефония (CTI)

11.4 Конвергенция телефонных услуг и Интернет

Вместо заключения

Литература

Глоссарий

Предметный указатель

Именной указатель

На камне у входа в центр подготовки кадров компании IBM в Эн дикотте, штат Нью Йорк, высечены следующие слова: «Образова ние никогда не достигает точки насыщения». Именно этот девиз сопровождал автора в течение всей работы над настоящим учеб ником, совпавшей по времени с самым разгаром революционных преобразований в автоматической коммутации каналов. Этот же девиз был главным критерием при решении вопросов о том, вклю чать или не включать в учебник материал, посвященный тем или иным технологиям коммутации: не преждевременно ли еще? не ус тарело ли уже?

Другим критерием пропорционального представления материа ла в учебнике послужило количественное соотношение автоматиче ских телефонных станций разных типов, работавших во Взаимоувя занной сети связи страны на момент написания этих строк:

В результате книга организована по принципу компромисса ме жду современной коммутационной техникой и педагогикой, пред полагающей освещение некоторых исторических аспектов эволю ции самых разных технологий. Основное внимание в учебнике уде ляется анализу коммутационной техники связи, принципам построе ния автоматических телефонных станций (АТС) и современным те лекоммуникационным технологиям для телефонных сетей общего пользования (ТфОП), а также перспективным технологиям, исполь зуемым в новых системах коммутации.

Учебник содержит 11 глав, в которых рассматриваются способы построения коммутационных станций, описываются процессы уста новления соединения в АТС, их основные функциональные узлы, эле менты программного управления и т.п.

Первое поколение телефонных станций характеризуется анало говой передачей, ручным способом управления и сигнализации, кроссовой коммутацией. Начиная с 1890 г. и заканчивая 60 ми го дами ХХ века, телефонная инфраструктура развивалась в «электро механическом направлении», характеризующемся телефонами с дисковым номеронабирателем, внутриполосной сигнализацией, управлением с помощью релейных логических схем и автоматиче ским способом коммутации. С середины 60 х годов телефонные станции начинают развиваться в направлении цифровизации: вна чале – цифровая передача, управление с помощью компьютера и внеполосная сигнализация; затем – цифровая коммутация и об щеканальная сигнализация. Краткий исторический экскурс, вместе с некоторыми полезными сведениями общего характера, приводит История автоматической коммутации началась еще в ХIX веке с изобретения А.Стоуджером декадно шаговой АТС, но и сегодня многие АТС такого типа продолжают эксплуатироваться во всепла нетной телефонной сети. Тезисному рассмотрению этих АТС посвя щена глава 2, являющаяся, впрочем, самой краткой в учебнике. Не многим больше места уделено координатным АТС в главе 3. Декад но шаговые и координатные АТС явили собой первые примеры про странственных коммутаторов, и только значительно позже эту тех нологию дополнила (и почти заменила) технология временной ком мутации. Возможно возражение, что технические средства, рассмат риваемые в главах 2 и 3, устарели, и потому их обсуждение ничем не оправдано. Однако это те самые средства, на основе которых суще ствуют сегодняшние (см. приведенную выше таблицу), и наличие которых должны принимать во внимание завтрашние сети электро С начала 1970 х годов произошла вторая революция в сфере ком мутации. Благодаря технологии цифровой передачи стало возмож ным передавать речь в цифровом формате. Как следствие, комму тационные станции тоже постепенно стали цифровыми. Принципы цифровой коммутации изложены в самой объемистой главе 4, а при меры реализации этих принципов – в главах 5 и 6. Здесь автор по считал лучшим способом преподнесения материала – обучение на примерах.

Основные задачи АТС всех типов связаны с обслуживанием сети абонентской сети доступа и с взаимодействием в сети связи. В гла ве 7 рассматривается первая группа этих функций, включая первич ный и базовый доступ ISDN, оборудование абонентского доступа (концентраторы, мультиплексоры, беспроводный доступ), интерфей Межстанционная сигнализация внутри ТфОП (протоколы 2ВСК, 1ВСК, частотные системы сигнализации, стек протоколов ОКС7), взаимодействие ТфОП с ISDN (DSS1, подсистема ISUP, SCCP, TСAP, прикладные протоколы ОКС7), с Интеллектуальной сетью (протокол INAP) и с IP сетями (протоколы H.323, SIP, MEGACO, а также SCTP, M2UA, M2PA, M3UA) и другие протоколы рассмотрены в главе 8. Ис ключение составляет интерфейс с пультом управления системы опе ративно розыскных мероприятий (ПУ СОРМ) по протоколу Х.25, опи сание которого приведено в главе 10, посвященной технической экс плуатации. Естественно, что все эти протоколы сигнализации реа лизуются средствами программного управления АТС, которые рас сматриваются в главе 9.

В главе 11 обосновываются взгляды автора на Интеллектуальную сеть (ИС) как на высшее достижение ТфОП, в рамках которого впер вые было внятно сформулировано отделение телекоммуникацион ных услуг от непосредственного обслуживания телефонных вызовов, созданы новые принципы и средства создания услуг, наполнившие содержанием не связанные с соединением (connectionless) телеком муникационные протоколы и др. Архитектура ИС в традиционной телефонии играет практически ту же роль, что и архитектура ЭВМ фон Неймана сыграла в вычислительной технике, причем значение концепции ИС в контексте происходящей сегодня конвергенции се тей и услуг связи еще до конца не осознано. Некоторые перспектив ные решения и технологии предоставления услуг непосредственно в АТС с помощью компьютерной телефонии и с использованием Ин тернет также рассмотрены в последней главе 11 – хотя сегодняш ние новейшие разработки инфокоммуникационных услуг трудно опи сать не то что в одной главе, но и в целой книге.

Да и другие упоминающиеся в учебнике технологии не рассмат риваются во всех подробностях: задачей книги является предста вить принципы каждой из них и рассказать об основных функциях той или иной технологии. Если читателю потребуется более подроб ная информация, он сможет найти книгу, полностью посвященную интересующей его теме. Есть много книг, содержащих более под робные описания той или иной технологии, например, систем сиг нализации, ISDN, Интеллектуальной сети, IP телефонии, протоколов сети доступа и др. Точно так же, не имея возможности включить в кни гу подробные описания систем коммутации, автор все же попытал ся рассмотреть основные технические идеи и решения, сосредото чив их в главах 5 и 6, полезных, возможно, не только студентам и пре подавателям, но и инженерам, намеревающимся разрабатывать новые коммутационные станции на основе аналогичных решений и/или эксплуатировать и развивать существующее коммутационное оборудование сетей электросвязи.

Учебник предназначен для студентов телекоммуникационных уни верситетов и других высших учебных заведений, обучающихся по специальности 200900 – «Сети связи и системы коммутации», а так же по специальностям 201000 – «Многоканальные телекоммуника ционные системы» и 550400 – «Телекоммуникации», и соответству ет программе, утвержденной управлением руководящих кадров и учебных заведений Министерства Российской Федерации по связи и информатизации. Он может также быть использован работниками эксплуатационных, научно исследовательских и проектных органи заций, занимающимися коммутационными узлами и станциями.

Эта книга стала для автора одной из сложнейших его работ, пото му что технологии, описываемые в ней, очень различны. Индустрия меняется быстро, и по этой причине весьма трудно связно изложить цепочку постоянных новаций, происходящих во всех областях ком мутационной техники. В процессе работы над книгой автор сущест венно повысил уровень собственного образования и надеется, что читатель тоже сможет узнать из нее много нового о таком удивитель ном изобретении как АТС.

Курсы лекций по тематике учебника автору в свое время посчаст ливилось прослушать у профессоров кафедры телефонии Рафаэля Антоновича Авакова, Бориса Самойловича Лившица, Михаила Мар ковича Подвидза, светлая память о которых и определила в даль нейшем как его согласие на руководство кафедрой, так и решение написать эту книгу. Материалы учебника обсуждались с коллегами из ГУТ им. проф. М. А. Бонч Бруевича и из ЛОНИИС, которым автор приносит глубокую благодарность за ценные советы и замечания.

Опыт чтения курсов лекций и учебной работы со студентами (мно гие из которых стали потом моими сотрудниками и на практике про демонстрировали положительные и отрицательные стороны полу ченного образования) позволил систематизировать и структуриро вать материал учебника в контексте эволюционного развития сис тем коммутации, в связи с чем хотелось бы процитировать фразу из одной великой книги: «Многому я научился у своих наставников, еще более – у своих товарищей, но более всего – у своих учеников».

Изобретатель – человек, который создает оригинальное устройство из колес, 1.1 Телекоммуникации Английский глагол to communicate (сообщать, передавать...) про исходит от латинского слова communico, означающего «делать об щим», «общаться», «связывать». Английское существительное com munication переводится как «связь» (в самых разных значениях), а во множественном числе (с «s» на конце) означает систему средств сообщения или общения, не являясь, вообще говоря, техническим термином (сегодня часто встречаются такие выражения, как «по литические коммуникации», «бизнес коммуникации» и т. п.). Сло во телекоммуникации (telecommunications) означает средства об щения (то есть обмена информацией) на расстоянии и подразуме вает совокупность технологий, реализующих разные способы та кого общения.

Рассматриваемые в следующих главах, эти технологии охваты вают механические и, по мере развития телекоммуникаций, все бо лее и более сложные электрические и оптические системы связи.

Такое объединение частично отражает и сложившаяся практически во всех странах мира структура национальных администраций свя зи, определяемая тремя словами почта, телеграф, телефон (Post, Telegraph, Telephone – PTT).

Понятия, обозначаемые терминами телефония и телекоммуни кации, иногда путают. Первый термин вначале употреблялся приме нительно к системам электросвязи, ориентированным на передачу речевой информации в реальном времени, а второй – применитель но к прочим системам электросвязи (включая и те, которые базиру ются на телефонных системах), используемым для обмена дискрет ной информацией (данными) – в том числе между компьютерными системами.

Совокупность устройств и сооружений, обеспечивающих теле фонную связь на некоторой территории, называют телефонной се тью. В состав такой сети входят: коммутационные устройства (авто матические телефонные станции, узловые станции, подстанции, кон центраторы и мультиплексоры), линейные сооружения (абонентские и соединительные линии, каналы междугородной и международной связи), гражданские сооружения (здания телефонных станций, уси лительных пунктов), телефонные аппараты и пульты операторов.

В процессе эволюции телефонная сеть стала составной частью мощ ной инфраструктуры цифровых телекоммуникаций, в которой речь – лишь один из типов передаваемых данных. Это и внесло некоторую путаницу, так как телефонная сеть может рассматриваться как сеть телекоммуникаций, поддерживающая телефонию, а телекоммуни кационная сеть – как телефонная сеть, снабженная средствами под держки обмена мультимедийной информацией. Таким образом, те лефония является одним из видов телекоммуникаций.

1.2 Телефонные сети общего пользования Традиционно различают следующие виды телефонных сетей об щего пользования: городские, сельские, зоновые и междугород ные. Городские телефонные сети (ГТС) обеспечивают телефонную связь на территории более или менее крупного города и его бли жайших пригородов. Сельские телефонные сети (СТС) обеспечи вают телефонную связь в пределах сельских административных районов. Сети этих двух видов объединяет общее название мест ные телефонные сети.

Зоновые телефонные сети – это комплекс сооружений, которые предназначены для связи между абонентами нескольких разных местных телефонных сетей, расположенных на территории одной телефонной зоны. В такой зоне используется единая семизначная зоновая нумерация. Территории телефонных зон часто совпадают с территориями областей, краев и иных административных обра зований.

Междугородная телефонная сеть – это комплекс сооружений, которые предназначены для организации связи между абонентами местных телефонных сетей, расположенных на территории разных телефонных зон.

Все названные сети вместе образуют телефонную сеть общего пользования (ТфОП), входящую во Взаимоувязанную сеть связи страны. Обязательное требование к ТфОП – полная связность меж ду всеми местными, национальными и региональными телефонны ми сетями. Более того, связность между островками телефонии должна предусматриваться (и предусматривалась уже много лет назад) еще и с тем, чтобы любой абонент мог соединяться с любым другим абонентом, получая на национальном и региональном уров нях возможность передачи данных, их коммутации и защиты.

Помимо ТфОП существуют также учрежденческие, ведомственные, корпоративные телефонные сети, которые обеспечивают внутреннюю телефонную связь предприятий, учреждений, корпораций, организа ций. Такие сети могут быть и полностью автономными, но чаще всего они имеют доступ к телефонной сети общего пользования.

Более подробно классификация сетей и описание их структуры приводятся в курсе «Сети связи».

1.3 Коммутация Слово коммутация (switching) означает «включение и отключе ние». Для инженера электрика коммутационный элемент – это уст ройство, которое при работе может переходить в любое из двух со стояний: ВКЛ и ВЫКЛ. Это справедливо и в отношении оптических коммутационных элементов, и в отношении транзисторов, с помо щью которых строятся логические вентили и триггеры для булевых операций, бинарная память и т.п. Кстати, именно на этой базе, с по мощью конечных автоматов, карт Карно и других средств, создают ся коммутационные схемы.

Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU T), определил коммутацию как «соединение од ного (определенного) из множества входов системы с одним (опре деленным) из множества ее выходов, организуемое по запросу и предоставляемое этой паре вход выход на время, которое требу ется для обмена информацией между ними». Иными словами, со единение создается в соответствии с номером линии вызываемого пользователя, набранным вызывающим пользователем, и сохраня ется до тех пор, пока один из них не положит трубку. Пока же это соединение существует, по нему могут передаваться речь, данные или видеоинформация.

Таким образом, получив запрос коммутируемой связи, сеть ус танавливает между вызывающим и вызываемым пользователями (людьми, компьютерами или модемами) соединение, доступное им полностью и безраздельно, но только на время связи. В течение всего этого времени ни один из ресурсов соединения не используется для обслуживания других запросов, а естественные паузы в разговоре или в передаче данных не могут заполняться другими разговорами или другими данными. По окончании связи соединение разрушает ся, после чего сетевые ресурсы, из которых оно было составлено, могут использоваться для создания других соединений.

С учетом приведенных в предыдущем параграфе сведений о се тях связи и введенных в начале этого параграфа понятий, можно ска зать, что коммутация – это процесс последовательного соединения нескольких постоянно существующих независимо один от другого каналов в один составной канал, создаваемый только на время свя зи с тем, чтобы пользователи в конечных точках этого коммутируе мого канала могли общаться между собой, т.е. обмениваться инфор мацией. Компоненты коммутируемого канала выбираются из числа свободных, доступных и находящихся в нужном направлении.

Заметим, что оба приведенных определения относятся только к коммутации каналов. Существует еще и понятие коммутация паке тов, которая лишь упоминается в этой книге, и то несколько позже.

Коммутация каналов может быть аналоговой и цифровой.

Аналоговой коммутацией называется процесс, при котором со единение между конечными точками коммутируемого канала уста навливается посредством операций над аналоговым сигналом (с возможной его дискретизацией, но без преобразования в цифро вую форму). Аналоговая коммутация рассматривается в двух сле дующих главах учебника.

Цифровой коммутацией называется процесс, при котором соеди нение между конечными точками коммутируемого канала устанав ливается с помощью операций над цифровым сигналом без преоб разования его в аналоговый сигнал. Различным аспектам цифровой коммутации каналов посвящены остальные восемь глав.

1.4 Методы коммутации В курсе многоканальной электрической связи рассматриваются классические методы мультиплексирования каналов – пространст венное разделение, временное разделение и частотное разделение.

Если нужно соединить два канала, мультиплексированных одним и тем же методом, то, по очевидным причинам, предпочтительнее выполнить коммутацию этих каналов тем же методом, что и их муль типлексирование. Отсюда и три классических метода коммутации:

• Пространственная коммутация – соединение пространственно разделенных каналов по электромеханической, электронной, цифровой или оптической технологии с использованием комму тационных элементов, построенных на базе той же технологии.

• Временная коммутация предусматривает возможность коммути ровать в пространстве, но когда пространственно коммутируе мый физический тракт достигает своего приемника в коммута ционном поле, приемник получает команду выбирать только те данные, которые соответствуют определенному временному ка налу. Если приемнику и передатчику назначены разные времен ные каналы, требуется временная коммутация, о чем мы еще по • Частотная коммутация применяется, как правило, для коммута ции телевизионных каналов и радиоканалов и в этом учебнике не рассматривается.

Коммутационные узлы и станции представляют собой совокуп ность технических средств, предназначенных для обработки вызо вов, поступающих по абонентским и соединительным линиям сети, для предоставления инициаторам этих вызовов основных и допол нительных услуг связи, а также для учета и для начисления платы за услуги. Данное определение охватывает коммутационные узлы и станции всех типов, используемых во Взаимоувязанной сети свя зи РФ, а именно: городские автоматические телефонные станции (АТС), учрежденческие телефонные станции (УАТС), концентраторы (К), узлы входящего (УВС) и исходящего (УИС) сообщения городских телефонных сетей, узлы спецслужб (УСС), междугородные станции (АМТС), узлы автоматической коммутации (УАК), центральные (ЦС), узловые (УС) и оконечные (ОС) сельские телефонные станции и дру гие устройства распределения информации.

В общем случае, коммутационный узел (станция) содержит ком мутационное поле, предназначенное для соединения входящих и исходящих каналов (линий) на время обмена информацией; управ ляющие устройства, обеспечивающие установление соединения через коммутационное поле, а также прием и передачу управляю щей информации; комплекты (станционные окончания) входящих и исходящих линий; кодовые приемники и передатчики; устройства контроля и диагностики абонентских линий и оборудования самого узла коммутации; источники электропитания; кроссовое оборудо вание и некоторые вспомогательные устройства.

Х. Безир в [15] упрощает вышеизложенное, определяя коммута ционную станцию как совокупность станционных окончаний линий, устройств коммутации и устройств управления одного узла сети, задача которой состоит в установлении, поддержании и разруше нии соединений между входящими и исходящими информационны ми каналами, задаваемыми соответствующими адресами.

Коммутационные узлы и станции классифицируются по способу обслуживания соединений (ручные, полуавтоматические, автомати ческие), по месту, занимаемому в сети связи (оконечные, промежу точные, транзитные, центральные, узловые), по принципу коммута ции (аналоговые, цифровые), по типу оборудования (электромеха нические, квазиэлектронные, электронные).

1.5 Эволюция телефонных станций 1.5.1 Исторические предпосылки Развитие средств связи началось с сигнальных костров и дере вянных барабанов и продолжилось изобретениями голубиной поч ты, фельдъегерской связи, оптического телеграфа Шаппа и других средств, оставшихся элементами «суммы технологий» своего вре мени и важными вехами в истории цивилизации в целом.

В южных регионах России до сих пор сохранились старинные кур ганы, с вершин которых подавались световые сигналы. Днем, когда огонь был виден хуже, сигналом служил столб дыма, для чего сторо жевым казачьим постам, расположенным на южных границах, пред писывалось подбрасывать в костер сырые ветки. Точно так же в 1658 г.

сообщение о появлении у берегов Англии испанского флота было пе редано с юга Англии на север при помощи заранее подготовленных костров. Специальные вышки, на которых всегда лежала куча хворо ста или соломы, строили и в Запорожской Сечи: цепь таких вышек позволяла передавать сигналы на значительные расстояния.

Кроме оптической сигнализации использовалась и звуковая. Ру жья гремят громче барабанов, поэтому в 1796 году известие о нача ле коронации императора Павла I было передано ружейными выстре лами 3000 солдат, расставленных на всем пути от Москвы до Петер бурга. Пушки стреляли еще громче, чем ружья, в связи с чем, в 1838 г., сообщение об отходе первого парохода по новому каналу Эри было послано из Буффало в Нью Йорк посредством пушечных выстрелов.

Сигнал преодолел расстояние в 700 км и поступил в Нью Йорк че Уже в конце XVIII века, после опытов Гальвани и Вольта, положив ших практическое начало науке об электричестве, начались работы, нацеленные на создание электрических средств связи. Первые та кие работы касались передачи телеграфных сообщений. Наиболее примитивный способ телеграфии был основан на том, что две теле графные станции соединяли между собой линиями связи, число ко торых было равно числу знаков алфавита, и каждый провод служил для передачи одного определенного знака. На этом принципе были построены электростатический телеграф Маршалла (Англия, 1753 г.) и электрохимический телеграф Земмеринга (Германия, 1809 г.).

Для уменьшения количества проводов между станциями потре бовалось изыскать более совершенные способы передачи данных, одним из которых явился равномерный шестиэлементный код, соз данный Павлом Львовичем Шиллингом, выпускником Первого ка детского корпуса в Петербурге, ветераном Отечественной войны 1812 года. Более совершенные системы телеграфирования обес печивали получение сообщений в виде печатного текста. Первый буквопечатающий аппарат был изобретен Борисом Семеновичем Якоби, академиком Петербургской Академии наук. Буквопечатаю щие аппараты Якоби успешно работали на подземной кабельной линии между Зимним Дворцом и Главным Управлением путей со общения, затем – на кабельной линии Петербург – Царское Село.

Однако, словно в насмешку над непростой судьбой Б.С. Якоби, контракт на закупку изобретенных ранее им же стрелочных синхрон ных аппаратов, российское правительство Николая I заключило с прусским бизнесменом Вернером фон Сименсом. Здесь, впрочем, нет ничего необычного для истории отечественных телекоммуника ций: у тогдашнего российского правительства всегда были после дователи, с такой же легкостью из века в век, вплоть до наших дней, принимавшие аналогичные решения.

Успехи телеграфии стимулировали разработку идей передачи на расстояние живой человеческой речи. В фантастическом романе князя Владимира Одоевского «4338 год. Петербургские письма», на писанном в 1840 году, люди будущего звонят друг другу по «магне тическому телеграфу». Еще раньше, в 1627 году, «передача звуков на большие расстояния с помощью труб различных форм» упомина лась в другом фантастическом романе – «Новая Атлантида» Френ сиса Кона. Близкая к сегодняшней телефония выдвигалась на идей ном уровне французским ученым Ш. Бурселем в 1854 году. Среди других участников процесса, приведшего к изобретению телефона, следует назвать англичанина Чарльза Уинстона, американцев Мо зеса Фармера, Антонио Меуччи, Эмиля Берлиннера и Элайша Грея.

Первая попытка создать прибор для передачи звуков на расстояние была предпринята Иоганном Филиппом Рейсом в 1861 г. Именно он впервые ввел термин телефон и наглядно продемонстрировал воз можность переносить тональные сигналы на расстояние с помощью электрического тока. Эта разработка, однако, не получила распро странения в силу ее технического несовершенства. И лишь 15 лет спустя, 14 февраля 1876 г., Александр Грехем Белл зарегистриро вал свой патент на изобретение, которое он назвал «Усовершенст вование в телеграфии». Обо всем этом автор уже имел удовольст вие подробно написать в [42, 43, 51]. Там же был отмечен значитель ный вклад, который внесли в разработку принципов действия и кон струкций телефонных устройств российские изобретатели проф.

П.Д. Войнаровский, инженеры Ф.И. Балюкевич, Е.И. Гвоздев, М. Де шевов, Г. Игнатьев, В.М. Нагорский, А.А. Новицкий, М. Махальский, К.А. Мосцицкий, Ю. Охорович, А.А. Столповский и др.

2. Б.С. Гольдштейн В этот список хотелось бы добавить еще несколько фамилий.

Блестящий выпускник физико математического факультета Петер бургского университета Павел Михайлович Голубицкий создал в сво ем имении в селе Тарусса Калужской губернии отечественный про тотип Bell Laboratories, где было сделано немало изобретений в те лефонии и где по его рисункам изготовляли первые телефоны и дру гие электрические приборы, включая знаменитый многополюсный телефон. Он так писал в одном из своих всеподданнейших проше ний: «Стремясь развить дело русской кустарной постройки простых электрических приборов, я поселился для сего в имении покойного отца моего и на свои личные средства устроил мастерскую, которая дает заработок моим ученикам – местным крестьянам...».

Примечательно внедрение телефонии в российском военно мор ском флоте. Огромные заслуги в этом, включая организацию отече ственного производства телефонной аппаратуры и внедрение ее на боевых кораблях флота, принадлежат морскому офицеру Евгению Викторовичу Колбасьеву. Первая телефонная станция Колбасьева состояла из трех телефонов: два – у водолаза (из которых один ис пользовался в качестве микрофона) и один – у старшины команды на корабле. Броненосец «Потемкин», в частности, и многие другие корабли имели телефонные установки Колбасьева, изготовленные и установленные крондштадтской мастерской.

Активно экспериментировал с первыми российскими телефо нами действительный член Русского технического общества под полковник Владимир Борисович Якоби, сын академика Б.С. Якоби.

Он сообщал в своих записках Инженерному корпусу: «...в самое не продолжительное время можно обучить армейских солдат обраще нию с телефонными приборами, так что в случае внедрения тако вых в войсках, это не встретит ни малейшего затруднения».

В 1881 году В.Б. Якоби изобрел миниатюрный телефон, который на зывался «телекаль» и представлял собой, по существу, вибрацион ный телефонный сигнальный прибор. Этот телефонный аппарат с успехом демонстрировался в 1882 году на Второй Петербургской электротехнической выставке, которую отделяло более 100 лет от выставок Норвеком, где демонстрировались миниатюрные мобиль ные телефоны с вибровызовами. Самому же В.Б. Якоби не было суждено увидеть практическое использование своих изобретений:

материальные трудности, и без того слабое здоровье, а также на следственный трудоголизм привели его к преждевременной кон чине в августе 1884 года.

Не все российские изобретения были удобны иностранным кон цессионерам, управлявшим тогда (да и только ли тогда?) электро промышленностью России, что иллюстрируется, например, истори ей микрофона Вредена. Международная телефонная компания Бел ла в 1881 году обязалась приобрести привилегию Р.Р. Вредена на микрофон и внедрить его на телефонных станциях, строившихся в Петербурге и Москве, но, как оказалось впоследствии, целью фир мы было не допустить своим «обязательством» распространения этого изобретения до окончания срока строительства телефонных станций, о чем Р.Р. Вреден писал в феврале 1882 года директору те леграфов: «Так как Вашему превосходительству известно, что... я по телефонному делу состою с Барановым в Международной Белев ской компании, и что они обязались приобрести мою русскую при вилегию на изобретенный мною микрофон, то я считаю долгом зая вить,... что до сих пор... не исполнено ни одного из обязательств в от ношении ко мне, и поэтому покорнейше прошу Ваше превосходи тельство принять участие в охранении интересов русского изобре тателя по телефонии».

Другие, не связанные, как В.Б. Якоби и Е.В. Колбасьев, воинской присягой российские изобретатели, например, С.М. Бердичевский Апостолов и М.Ф. Фрейденберг, после тщетных попыток заинтере совать своими работами отечественные государственные органи зации и коммерческие фирмы, были вынуждены патентовать свои изобретения за границей.

Впрочем, косность и недальновидность отнюдь не являются свой ствами исключительно отечественных госструктур. Крупные теле коммуникационные компании во всем мире грешили (а подчас и те перь грешат) тем же. Иллюстрацией этому может служить продол жающееся с самого начала XXI века беспрецедентное падение ин декса NASDAQ. Более наглядный пример – реакция телекоммуника ционного гиганта XIX века компании Western Union на предложение Белла и его тестя Гардинера Хаббарда приобрести патент на теле фон за 100 000 долларов. Одним из наиболее поучительных доку ментов в истории телефонии является письмо, написанное группой специалистов, которые были уполномочены Western Union составить заключение по поводу этого предложения:

15 ноября 1876 года Президенту компании Western Union Telegraph Co.

Уважаемый мистер Депью:

Наш комитет был образован согласно Вашему указанию для решения вопроса о при обретении патента США 174.465 компанией Western Union Company. Мистер Гарди нер Г. Хаббард и мистер А. Г. Белл, изобретатель, продемонстрировали нам свой при бор, который они называют "телефоном", и изложили свои планы его применения.

Указанный "телефон" предназначен для передачи человеческой речи по телеграф ным проводам. Мы обнаружили, что голос звучит очень слабо и неразборчиво, а при использовании длинных проводов между передатчиком и приемником звук становится еще слабее. С технической точки зрения мы не считаем, что это устройство когда либо сможет передавать понятную речь на расстояние в несколько миль.

Господа Хаббард и Белл хотят установить свои "телефоны" практически в каждом доме или деловом предприятии нашего города. Эта идея абсурдна сама по себе. Более того, с какой стати кто то захочет использовать такое неуклюжее и непрактичное уст ройство, если он может отправить посыльного на местную телеграфную станцию и передать оттуда ясно написанное сообщение в любой большой город Соединенных Специалисты электрики нашей компании на сегодня уже разработали все сущест венные улучшения в области телеграфии, и мы не видим причин, по которым следует поддержать группу неспециалистов с нелепыми и непрактичными идеями, коль ско ро у них нет ни малейшего представления о том, как решить затронутые проблемы.

Финансовые прогнозы мистера Г. Г. Хаббарда, хотя и звучат очень заманчиво, осно ваны на необузданном воображении и на отсутствии понимания технических и эконо мических аспектов существующего положения; при этом игнорируются технические ограничения, присущие их устройству, которое едва ли может быть более чем игруш кой или лабораторной диковинкой. Мистер А. Г. Белл, изобретатель, служит учите лем в школе для плохо слышащих, и для его работы "телефон", возможно, имеет ка кое то значение, но при столь большом количестве недостатков не может всерьез считаться средством связи.

В свете изложенных фактов мы считаем, что предложение мистера Г.Г. Хаббарда о приобретении его патента за 100 000 долларов лишено здравого смысла, поскольку это устройство по своим возможностям не представляет для нас никакого интереса.

Мы не рекомендуем его покупать.

Это легендарное письмо Чаунси Депью является, по видимому, крупнейшей и грубейшей ошибкой во всей истории телекоммуника ционного бизнеса.

В июле 1877 года образовалась компания Bell Telephone Compa ny с Гардинером Хаббардом в качестве президента. Эта компания производила телефоны и продавала их, а также право на их исполь зование. Первые коммерческие аппараты, предложенные Bell Tele phone Company, состояли из цельного куска дерева (черный орех или красное дерево) с элементом, который служил и передатчиком, и приемником. Источником энергии служил, преимущественно, по стоянный магнит, находившийся внутри устройства, а не батарея или внешний источник электропитания. Каждый телефонный аппарат имел прямое соединение с другим аппаратом через частную линию, которую обычно телеграфисты сдавали в аренду телефонной ком пании. В первых рекламных объявлениях пользование двумя теле фонами и соединяющей их линией предлагалось за $20 в год для общественных целей и за $40 в год – для корпоративных; при этом обеспечивалось бесплатное техобслуживание.

Одним из клиентов Bell Telephone была компания New England Telephone Company, образованная в 1878 году. Первую коммерче скую телефонную станцию, о которой речь пойдет ниже, она откры ла в Нью–Хэвене. Тогда, к концу 1877 года, в пользовании находи лось свыше 600 телефонов, а рост популярности изобретения ассо циировался с кабинетами, заполненными телефонами, и со столба ми, увешанными проводами воздушных линий связи (рис.1.1).

В 1880 году компании New England Telephone Company и Bell Tele phone Company слились и образовали American Bell Telephone Com pany, впоследствии – знаменитую AT&T. Компания Western Electric была в то время производителем электрического оборудования для Western Union и находилась под ее корпоративным управлением. В году American Bell тайно купила кон трольный пакет акций Western Elec tric. Этот маневр, который тогда не которые считали грабительским, обеспечил American Bell необходи мые дополнительные производст венные мощности и нанес Western Union сокрушительный удар, от кото рого она фактически так никогда и не оправилась. AT&T выкупила Western Union в 1911 году. В 1908 году прези дентом AT&T стал Теодор Вейл, а к 1911 году AT&T превратилась в Bell System, корпоративная структу ра которой оставалась почти неиз менной до распада компании в году. В 1923 году AT&T создала Bell Telephone Laboratories в качестве сво ей дочерней компании, на которую возлагались исследования и разработки.

Сегодня все воспринимают, как саму собой разумеющуюся, воз можность связаться по телефону с людьми, являющимися пользо вателями самых разных местных и междугородных сетей. Так было не всегда. К 1885 году в США существовало уже более 300 лицензи рованных телефонных компаний, а телефону было всего лишь де вять лет. Начиная с этого времени и по 1907 год, людям часто прихо дилось иметь два телефона: один для связи с абонентами Bell Tele phone Company, а второй – для связи с людьми, жившими в городе, который обслуживала другая телефонная компания. Независимые телефонные компании и компания Bell не «разговаривали» друг с дру гом, между ними отсутствовало какое либо взаимодействие.

В 1910 году компания AT&T выдвинула стратегию взаимоувязанной телефонной связи, и из этой стратегии выросла телефонная сеть об щего пользования. В обмен на предоставление компанией AT&T та кого универсального обслуживания Федеральное правительство США предоставило ей монополию на телефонную связь, которую затем неоднократно отбирало. Большая часть других стран избежа ла этого неудобного периода и с самого начала создавала взаимо увязанные национальные сети, которые, в свою очередь, объедини лись в единую всепланетную сеть связи.

1.5.2 Ручные коммутаторы Как это обычно бывало в истории техники, решение представлен ной на рис. 1.1 проблемы оказалось весьма простым и было найде но в городе Нью Хэвен, Коннектикут, где в 1878 году была открыта первая телефонная станция. Этот ручной коммутатор стоил 28,5 дол ларов и обслуживал 21 абонента. Оператор коммутатора прослуши вал все телефонные соединения, чтобы определить момент оконча ния разговора.

Экономическое обоснование применения телефонных коммута торов связано с невозможностью соединить всех абонентов по прин ципу «каждый с каждым». В случае малого числа абонентов, скажем N=5, такое соединение вполне представимо и изображено на рис.1.2.

Рис. 1.2 Соединение "каждый с каждым" для 5 абонентов Для того чтобы представить себе, сколько нужно иметь линий в се ти с N=10 абонентами, достаточно взглянуть на рис.1.3, который на глядно иллюстрирует для этого случая формулу N(N–1)/2.

Рис. 1.3 Соединение "каждый с каждым" для 10 абонентов Возможность связи любой пары абонентов при значительно мень шем числе соединительных линий в сети обеспечили ручные комму таторы (рис.1.4), количество которых быстро увеличивалось, и хотя компании Western Union, а не Bell принадлежало вначале большин ство установленных телефонов, сеть Bell System быстро разраста лась за счет установки ручных телефонных станций и вскоре опере дила сети Western.

Рис. 1.4 Первая Петербургская ручная телефонная станция В те годы Россия, по видимому, в гораздо меньшей степени, чем теперь, отставала от США, потому что спустя всего 4 года ручные городские телефонные станции начали действовать в Петербурге, Москве, Одессе и Риге. Согласно первому проекту Петербургской телефонной сети представленную на рис.1.4 главную телефонную станцию «... предполагалось устроить в Петербурге в доме Гансена, по Невскому проспекту, против Казанского собора, № 26, откуда бу дут направлены семь магистральных линий, группами от 10 до проводов; по Казанской улице; к Николаевскому мосту и на Василь евский остров; к Исаакиевской площади; к Троицкому мосту; к Алек сандровскому мосту и на Выборгскую сторону; по Невскому проспек ту к Знаменской площади и к Министерству Внутренних дел....».

В Москве первая телефонная станция была построена в 1882 г. и по мещалась на Кузнецком мосту. В нее было включено всего лишь телефонных аппаратов. На станциях были установлены однопровод ные коммутаторы Гилеланда (рис.1.5), оборудованные сигнальны ми клапанами, индуктором для вызова абонентов, микрофоном и те лефоном для переговоров оператора с абонентом или с другой те лефонисткой. Вызов станции абонентом отмечался открытием двер цы вызывного клапана. При вставлении штепселя в одно из гнезд происходило соединение между соответствующими вертикальной и горизонтальной полосами, к которым были подключены линии або нентов. В каждый такой коммутатор, кроме 50 абонентских линий, могло быть включено до 90 соединительных линий для связи с дру гими коммутаторами данной станции. От каждого коммутатора, че рез сделанные в потолке квадратные отверстия, пучок из 50 изоли рованных проводников поднимался к башне, установленной на кры ше здания телефонной станции. Вначале для проводов использова ли стальную проволоку диаметром 2.2 мм. Позднее применяли брон зовую (!) проволоку диметром 1.25 и 1.4 мм.

Рис. 1.5 Коммутаторная доска системы Гилеланда Каждая линия оканчивалась абонентским пунктом, содержавшим аппарат МБ системы Белла с микрофоном Блека, индуктор и звонок Гилеланда и гальваническую батарею. Весьма поучительна инструк ция пользования первыми телефонными аппаратами:

Абонентам предоставляется возможность пользоваться услугами телефонной станции с 8 часов утра до 11 часов вечера.

При разговоре по телефону, чтобы собеседник лучше вас понимал, повышать го лос не требуется, слова следует выговаривать отчетливо, не слишком замедляя темп В состоянии покоя (отсутствие связи) телефонная трубка должна висеть на крюч ке – только при этом условии может быть приведен в действие вызывной звонок.

В целях быстрого и надежного обслуживания телефонная станция рекомендует абоненту следовать приведенным ниже указаниям.

1. Абонент «А» желает разговаривать с абонентом «Б». Для этого «А», прежде всего, вызывает телефонную станцию, для чего в течение 2 3 сек нажимает на кноп ку, затем снимает трубку с крючка и прикладывает ее к уху. После ответа «Станция слушает, что вам угодно?» «А» просит соединить его с... (называет имя абонента «Б»). Телефонная станция либо говорит «Вызываю» и предоставляет требуемое со единение, либо сообщает «Ваш абонент занят, а когда он освободится, вам позво нят». В последнем случае «А» отвечает, что он понял телефониста, и снова вешает трубку на крючок, где она висит до следующего звонка. Когда звонок зазвонит, трубка снимается, снова прикладывается к уху, и абонент уведомляет телефонную стан цию о своей готовности словами «Вас слушает...». Телефонная станция сообщает:

«Абонент... свободен, вызывайте». «А» вызывает «Б» при помощи повторного нажа тия кнопки, не отнимая при этом трубки от уха. После того как «А» услышит: «Б» слу шает, кто говорит?», он начинает разговор словами: «Говорит «А». Конец отдельных сообщений, фраз, вопросов и т.п. подчеркивается словами: «Пожалуйста, отвечай те» или «Я кончил». Об окончании разговора «А» уведомляет станцию, нажимая в последний раз на кнопку.

2. Вызывают абонента «Б». После того как зазвенел звонок, «Б» снимает теле фонную трубку с крючка и, держа ее возле уха, говорит: «У телефона «Б», кто гово рит?». После этого «А» называет себя (см. п. 1) и начинает разговор».

Со временем количество телефонов росло, и операторы испы тывали трудности, выясняя, кто есть кто. Им необходимо было знать наизусть по фамилиям и именам до нескольких тысяч абонентов.

В 1879 году одному врачу пришла мысль использовать в своем офи се систему нумерации для ведения картотеки пациентов, после чего и местная телефонная компания стала использовать номера вместо имен абонентов. Так родился телефонный номер, а что с этим номе ром случилось дальше, подробно рассматривается в разделе учеб ного курса по сетям связи, посвященном нумерации.

Таким образом, на ручных телефонных станциях (РТС) действия, необходимые для установления соединения, были распределены между абонентами и оператором. С переходом от системы МБ к сис теме ЦБ эти действия распределились следующим образом: або нент вызывает станцию, снимая микротелефонную трубку с рычага аппарата. После ответа оператора абонент устно передаёт ему ин формацию о нужном абоненте, т. е. называет его номер. В конце свя зи вызывавший абонент передаёт на станцию сигнал отбоя, вешая микротелефонную трубку на рычаг аппарата. Вызываемый абонент, отвечая на вызов, снимает микротелефонную трубку и этим даёт на станцию сигнал ответа. Окончив разговор, он кладёт или вешает микротелефон на рычаг аппарата, давая этим сигнал отбоя. На стан ции оператор подключается к линии вызывающего абонента, при нимает от него информацию о номере вызываемого абонента, оты скивает на коммутаторе гнездо, в которое включена линия этого або нента, проверяет, не занята ли она, подключается к линии, если она свободна, посылает вызов, соединяет между собой линии вызываю щего и вызываемого абонентов, а после получения от абонентов сигнала отбоя производит разъединение.

Когда вызывающий абонент снимает трубку с рычага своего те лефонного аппарата, возле гнезда, по крайней мере на одном ком мутаторе загорается сигнальная лампа. Оператор вводит штепсель ную вилку на одном конце коммутационного шнура в гнездо абонен та A, подсоединяет головной телефон и говорит: «Номер, пожалуй ста». Абонент A сообщает номер абонента Б оператору, тот вводит вилку штепселя на другом конце того же коммутационного шнура в гнездо абонента Б и, перекидывая переключатель, производит ком мутацию, в результате чего телефон абонента Б звонит (в дальней шем эта процедура усложнилась в тех случаях, когда гнездо абонен та Б оказывалось не на том же коммутаторе, что и гнездо абонента А). Когда абонент Б отвечает, звонок прекращается, оператор отклю чается и может обслуживать другой вызов. Когда абонент A вешает трубку, оператор вынимает штепсельные вилки коммутационного Конфигурация штепсельного электрического соединителя пока зана на рисунке 1.6. Штепсель показан в левой части рисунка, его сечение – в центре, а сечение гнезда – в правой части. На рис.1. незаштрихованные участки представляют проводящий металл, а за штрихованные участки – изоляцию. Проводящие участки обозначе ны как головка, шейка и корпус (tip, ring, and sleeve). Эти элементы штепселя выполнены как коаксиальные цилиндры. Когда штепсель вставляется в гнездо, образуется электрический контакт каждого цилиндра штепселя с соответствующим коаксиальным цилиндром в гнезде. То, что этот контакт является пружинным, на рис. 1.6 не показано. Шнур содержит три провода, которые подключаются к го ловке, шейке и корпусу штепселя на том и другом конце шнура. Элек трический сигнал, несущий абонентские данные, передается по двум проводам, подключенным на том и другом конце шнура к головке (tip) и шейке (ring) штепселя. Провод, подключенный на каждом кон це шнура к корпусу штепселя (sleeve), несет сигнал постоянного тока для включения сигнальной лампы на коммутаторе. Названия «tip»

и «ring» служат также для обозначения двух проводов линии между телефоном и телефонной станцией, а первые буквы этих названий – T и R – для обозначения клемм внутри телефона, к которым подклю чаются провода линии.

Заметим, что термины «tip, ring и sleeve» пережили ручной ком мутатор и продолжают использоваться в настоящее время как на звания трех проводов a, b, и c в электромеханических АТС.

Штепсель (внешний вид) Штепсель (сечение) Гнездо (сечение) Далее в книге будет показано, что абонент АТС выполняет, по су ществу, те же функции, что и абонент PТС. Он вызывает станцию, снимая микротелефон с рычага, и дает сигнал отбоя, опуская мик ротелефон на рычаг. По иному на станцию передаётся лишь инфор мация, идентифицирующая вызываемого абонента: вызывающий абонент АТС использует для этой цели установленный на его теле фонном аппарате номеронабиратель, который преобразует набирае мый номер в серии импульсов тока. Количество серий соответству ет числу цифр в номере вызываемого абонента, а число импульсов в каждой серии – очередной цифре этого номера. Что же касается функций оператора РТС, то они выполняются на АТС автоматически ми приборами. При вызове со стороны абонента АТС к его линии подключаются устройства для приема информации о набираемом номере. При этом вызывающему абоненту передается зуммерный сигнал Ответ станции, означающий готовность станции к приему номера. В соответствии с принятым номером коммутационные уст ройства отыскивают линию вызываемого абонента. Затем проверя ется состояние этой линии. Если она свободна, то со станции в ап парат вызываемого абонента посылается индукторный ток – сигнал вызова, и одновременно в аппарат вызывающего абонента переда ётся зуммерный сигнал Контроль посылки вызова. После ответа вызываемого абонента в коммутационных приборах замыкается цепь разговорного тракта. При отбое абонентов разговорный тракт нару шается и коммутационные устройства возвращаются в исходное состояние. Если же линия вызываемого абонента оказалась заня той другим соединением, со станции в аппарат вызывающего або нента передаётся зуммерный сигнал Занято.

Строительство и эксплуатация городских телефонных сетей в важнейших городах России с самого начала выполнялись телефон ной компанией Белла. Однако в 1885 г. русское правительство при няло решение строить городские телефонные сети не только по до говорам с компанией Белла, но также силами и средствами Главно го управления почт и телеграфа. Первая станция на 60 номеров, смонтированная силами Главного управления, была введена в экс плуатацию 1 апреля 1886 г. в Киеве. В дальнейшем Главное управле ние почт и телеграфа строило собственные станции в Харькове, Ка зани, Астрахани, Курске и других городах.

Все эти станции были импортными, а точнее – разработанными иностранными компаниями, которые имели официальный статус «отечественного производителя». Для получения такого статуса тре бовалось иметь в составе акционерного капитала телефонной ком пании хотя бы ничтожную часть русского капитала и устав, зарегист рированный в установленном порядке. Это давало иностранным фирмам такие же права и преимущества в производстве и сбыте телефонной продукции, какие имели в стране чисто российские предприятия. В частности, они имели право получать казённые во енные заказы, которые часто сопровождались правительственны ми дотациями. Наибольшую роль в развитии телефонного производ ства России имели заводы Русского акционерного общества «Л.М. Эриксон и К°» и акционерного общества «Н.К. Гейслер и К°».

Шведская фирма «Л.М. Эриксон» стала основным поставщиком те лефонного оборудования для русских правительственных телефон ных сетей и для царской армии и флота ещё в начале 90 х годов про шлого века. Со временем, из за изменений таможенной политики, фирма открыла в 1897 г. в Петербурге на Васильевском острове сбо рочную и монтажную мастерскую, а в 1900 – 1902 гг. построила в Пе тербурге на Выборгской стороне первый в стране телефонный за вод, называемый сегодня «Красная заря» (рис.1.7).

Рис. 1.7 Построенный РАО "Л.М.Эриксон и К°" завод "Красная заря" (1914 г.) В 1874 г. телеграфный механик Н. К. Гейслер открыл в Петербурге небольшую электромеханическую мастерскую по ремонту телеграф ной аппаратуры, которая с 1884 г. стала выпускать телефонные ком мутаторы, изобретённые Л. X. Иозефом, а в 1895 г. совместно с аме риканской фирмой «Вестерн Электрик К°» и на ее деньги построила в Петербурге телефонно телеграфный завод, который стал произ водить телефонную аппаратуру Берлинского филиала американской «Вестерн Электрик К°» – фирмы «Цвитуш и К°». Чрезвычайно инте ресна многолетняя борьба компании Гейслера с упоминавшимися в начале параграфа разработками Е.В. Колбасьева за право теле фонизации боевых кораблей российского флота, во время которой проводились многократные сравнительные испытания телефонов Колбасьева и Гейслера на броненосце «Александр III» и судне «Евро па», принимались взаимоисключающие решения Морского управ ления кораблестроения и снабжения и Морского технического ко митета и т.п. По драматизму все это не уступало сегодняшним тен дерам на поставку телекоммуникационной техники, однако выгодно отличалось от них вниманием к техническим аспектам и, что особен но удивительно, завершилось победой отечественной разработки.

И еще одна компания, тоже получившая статус отечественного производителя, – немецкая фирма «Акционерного общества русских электротехнических заводов Сименс и Гальске» – подключилась к те лефонному производству. В 1853 г эта фирма построила в Петер бурге первый в России электротехнический завод, который произ водил телеграфные аппараты Морзе, Юза и Бодо, динамо машины, электродвигатели и приборы железнодорожной сигнализации, а за тем стал заводом им. Козицкого. В 1912 г. в Петербурге был открыт другой электротехнический завод фирмы «Сименс Шуккерт», на званный позже заводом «Электросила» имени Кирова. Кроме того, фирма «Сименс и Гальске» построила в Петербурге кабельный за вод, ставший затем заводом «Севкабель».

Все три эти компании и сегодня выпускают телефонное оборудо вание, все они снова, 100 лет спустя, получили в России статус оте чественных производителей, причем во второй раз от них не потре бовалось никакого вклада в градостроительство Петербурга (день ги, вероятно, были потрачены на что то более важное). Но вернемся к тому, что было в первый раз.

В 1900 г. закончился срок концессии, предоставленной ранее ком пании Белл на эксплуатацию Московской, Петербургской, Одесской и Рижской телефонных сетей. В результате новых торгов контракт на эксплуатацию Московской городской телефонной сети был за ключен со Шведско Датско Русским акционерным обществом.

Дальнейшая реконструкция сети, имевшей к тому времени 2860 те лефонов, выполнялась шведской фирмой «Л.М. Эриксон». Этот кон тракт был заключен на 18 лет, начиная с 1 ноября 1901 г., и завер шился относительно удачно: не дожидаясь национализации, Швед ско Датско Русское акционерное общество в феврале 1917 года продало правительству России права на эксплуатацию МГТС, и до июля 1994 года сеть являлась собственностью государства. Впро чем, в 1901 году предугадать грядущую насильственную национали зацию и ее вечных спутниц – разруху и техническую отсталость – не могли даже лидеры организовавшей их политической партии, и те лефонные сети развивались практически теми же темпами, что и в других развитых странах. В январе 1905 г. в Москве была запу щена новая телефонная станция емкостью 40 тысяч номеров. В этой станции был применен групповой принцип, согласно которому все коммутаторное оборудование станции делилось на коммутаторы группы А и коммутаторы группы Б. В многократное поле коммутато ров группы А включались линии абонентов с номерами от 1 до 20000, в многократное поле коммутаторов группы Б – линии абонентов с но мерами от 20001 до 40000. Абонентские телефонные аппараты были снабжены двумя кнопками. Сняв микротелефонную трубку, абонент, чтобы вызвать оператора, обслуживавшего нужную группу, нажимал соответствующую кнопку.

Телефонные сети России продолжали интенсивно развиваться вплоть до 1917 г., достигнув емкости в 232 тыс. номеров. Влияние последовавших в российской истории событий на российскую же телефонию прекрасно иллюстрирует подписанный председателем Совета Народных Комиссаров В.И. Лениным 13 июля 1918 г. декрет «О пользовании московскими городскими телефонами». Согласно этому декрету была организована специальная комиссия, которая занималась распределением телефонов между потребителями.

В первую очередь обеспечивались советские учреждения и предпри ятия. У частных лиц квартирные телефоны сохранялись в исключи тельных случаях и с обязательным предоставлением возможности пользоваться аппаратом всем, проживающим в том же доме. На ок раинах, где телефоны имелись не во всех домах, жители «приписы вались» к ближайшему телефону, получая через местные Советы особые карточки на право пользования им.

Нетрудно понять, как этот декрет повлиял, говоря сегодняшним языком, на инвестиционный климат в российских телефонных се тях. За 5 лет к 1922 году телефонная емкость сократилась почти втрое и составила 89 тыс. номеров.

Остальной мир в это время беспокоила совсем другая проблема – экономическая неэффективность расширения емкости телефонной сети путем увеличения количества и/или усовершенствования руч ных коммутаторов, управляемых телефонистками операторами. Кста ти, первыми телефонными операторами РТС, вопреки расхожему мнению, которое отражает и более поздний рис.1.4, были особы муж ского пола. В США их даже называли весьма значаще: «switchmen» – «человек переключатель». Этот подход, вероятно, заимствован из телеграфии, где в России, например, женщины могли занимать долж ности телеграфистов только в Петрограде и в Финляндии, а лишь с 1871 г. – повсеместно. В дальнейшем профессия телефонного опе ратора стала, в основном, женской профессией, причем отнюдь не простой. Из за отсутствия многократного поля, в тех случаях, когда один из абонентов, включенных, например, в первый коммутатор, тре бовал соединения с абонентом, включенным в пятый коммутатор, те лефонистка первого коммутатора соединяла его по соединительной линии с телефонисткой пятого коммутатора и громко сообщала ей о номере, с которым требуется соединение. По мере роста емкости РТС становилось все больше таких соединений, в которых участвова ли две телефонистки, что создавало большой шум, вело к увеличе нию количества ошибок в соединениях, ужесточало требования к от бору телефонисток: на эту должность стали принимать девушек вы сокого роста и незамужних, «дабы лишние думы и заботы не при водили к лишним ошибкам». Существует историческая версия, соглас но которой именно нарушение одной телефонисткой обета безбра чия и послужило причиной изобретения А. Строуджером первой ав томатической телефонной станции в 1891 году.

1.5.3 Автоматическая коммутация Эта версия состоит в том, что А. Строуджер, являясь владельцем похоронного бюро в городе Канзас Сити, терпел убытки при полу чении заказов по телефону, т. к. мужем одной из телефонисток РТС Канзас Сити был владелец другой, конкурирующей похоронной ком пании, к которой эта телефонистка и направляла все звонки абонен тов, вызывавших похоронное бюро. Раздосадованный такой корруп цией, Алман Строуджер поклялся навсегда избавить общество от телефонисток и изобрел автоматический телефонный коммутатор декадно шагового типа, емкостью до 99 абонентов, а также запа тентовал это изобретение на имя основанной им же в 1892 году ком пании Strowger Automatic Telephone Exchange Company. Теперь эта компания называется Automatic Electric Company и является произ водственным отделением корпорации General Teelephone and Elec tronics Corporation (GTE).

Первый такой коммутатор А. Строуджер построил в своем гара же. Но это устройство так и не было установлено на телефонной стан ции до 1921 года. Возникло множество проблем с реализацией изо бретения, и устройство было передано в Европу для дальнейшей доработки. После того как изобретение было усовершенствовано, компания Bell начала использовать этот автоматический коммута тор в своих станциях. В 1896 г. Строуджер изобрел телефонный ап парат с дисковым номеронабирателем, который позволял абонен там самим набирать номер и устанавливать связь быстрее, чем опе ратор. Пока не истек (в 1906 году) срок патента Строуджера, теле фонные сети Bell Systems были на 100% ручными и не использовали автоматические станции. Выждав до 1906 года, AT&T избежала не обходимости платить Строуджеру авторские гонорары за патент, но ее первые автоматические телефонные станции были установлены именно компанией Строуджера.

Эти декадно шаговые станции оказались настолько надежными, что многие из них работают еще и сегодня, причем это имеет ме сто не только во Взаимоувязанной сети связи России. В Лос Анже лесе, например, некоторые фешенебельные отели до самого по следнего времени сохраняли свои собственные декадно шаговые коммутаторы.

Отечественная история АТС начинается в 1923 г. с весьма любо пытного решения телефонной подсекции Госплана СССР: «За отсут ствием опыта строительства и эксплуатации АТС построить несколь ко мелких станций». Во исполнение этого решения в 1924 г. в Мос ковской телефонной сети для служебной связи была смонтирована опытная декадно шаговая АТС на 1000 номеров фирмы «Сименс и Гальске» с задействованной емкостью всего 100 номеров.

Переход к автоматической коммутации потребовал выбора ба зовой АТС, в качестве которой рассматривались машинные станции фирмы «Л.М. Эриксон», декадно шаговые станции фирмы «Сименс и Гальске» и станции системы «Ротари» фирмы «Вестерн Электрик».

Основным аргументом в пользу машинных станций «Л.М. Эриксон»

явилась готовность компании не только поставить несколько АТС, но и предоставить ранее экспроприированному у нее же заводу «Красная заря» техническую документацию для производства АТС, а также обучить советских специалистов на своих заводах, что со всей очевидностью иллюстрировало справедливость тезиса вождя мирового пролетариата о готовности капиталистов продать Совет ской России веревку, которой та найдет отнюдь не предусмотрен ное изготовителем и продавцом применение.

Результатом контракта, утвержденного Советом Народных Комис саров 27 октября 1925 г., стало начало строительства в 1926 г. в Рос тове на Дону первой в СССР автоматической телефонной станции машинной системы «Л.М. Эриксон». Эта АТС была сдана в эксплуа тацию в 1929 г., а затем последовали станции в Москве, Новосибир ске, Ташкенте, Смоленске, Ленинграде и других городах.

Споры о выборе типа АТС не прекращались и после пуска в дей ствие первых машинных АТС. В январе 1931 г. вопрос о сравнении разных систем и о пригодности системы «Эриксон» для развития телефонных сетей СССР рассматривался комиссией, организован ной Наркоматом Рабоче крестьянской инспекции с привлечением отраслевой науки и целого ряда специалистов отрасли. Результаты научного анализа имевшегося материала с учетом действительно неплохих данных о первых результатах эксплуатации Ростовской АТС привели комиссию к выводу, что принятая для внедрения в СССР система «Эриксон» не обладает никакими «органическими» недос татками, которые могли бы препятствовать широкому ее внедрению в городских телефонных сетях СССР. Кстати, было бы весьма инте ресно сравнить этот вывод с формулировками аналогичных реше ний в отношении АТС МТ 20, принятых более полувека спустя.

Тем не менее, в середине Второй мировой войны, при обсужде нии вопроса о восстановлении производства АТС, со стороны про мышленности связи стали открыто звучать категорические возра жения против производства машинных АТС из за его технологиче ской сложности и трудоемкости. В результате мнение склонилось в пользу разработки и внедрения АТС декадно шаговой системы.

В 1947 году технический совет Министерства связи СССР офици ально одобрил генеральную схему развития телефонной связи на базе декадно шаговых АТС. Производство такой АТС, названной впо следствии АТС 47, было налажено заводом «Красная заря». С вне дрением в городских телефонных сетях Советского Союза декадно шаговых АТС появилась необходимость в промежуточном оборудо вании для связи между машинными и декадно шаговыми станция ми. Оборудование было разработано в 1947 г. специалистами Науч но исследовательского института телефонной связи (НИИТС, те перь – ЛОНИИС). Авторы этой разработки – П.П. Аверин, Б.Н. Воз несенский, М.Б. Гранат, Я.Г. Кобленц и Д.Ф. Логинов – в 1950 г. полу чили Государственную премию.

Вскоре появилась потребность в радикальном усовершенствова нии ДШ АТС 47, которое было выполнено специалистами ЛОНИИС и завода «Красная заря» и привело к созданию новой станции – АТС 54. Эта станция имела ряд преимуществ перед АТС 47. Даль ность действия по абонентским и соединительным линиям возрос ла, появилась возможность передавать сигналы набора номера по телефонным кабелям длиной до 40 км, а также возможность авто матической междугородной телефонной связи, улучшилось эксплуа тационно техническое обслуживание и уменьшились затраты на него, увеличилась надежность работы оборудования.

Однако и эта модернизация не могла устранить принципиальные недостатки, присущие декадно шаговым станциям. Эффективное развитие растущих городских телефонных сетей сдерживалось, главным образом, малой емкостью контактного поля искателей, и проектировщики вынуждены были идти на заведомо неоптималь ные решения. С автоматизацией междугородной телефонной связи стало существенно проявляться низкое качество разговорного трак та из за нестабильности скользящих контактов искателей, приводив шей к недопустимо высокому уровню шумов. Разнообразные попыт ки улучшить ситуацию, включая даже весьма дорогостоящее нане сение на щетки искателей тонкого слоя благородного металла и по крытие контактных ламелей искателей серебром, не давали требуе Эти недостатки декадно шаговых АТС были устранены в станци ях следующего поколения – координатных. Емкость контактного поля коммутационных приборов таких АТС значительно больше, чем ем кость поля декадно шаговых искателей, а контакты скольжения за менены в них контактами давления, имеющими стабильное сопро тивление и гораздо больший срок службы. Приборы эти строятся в виде матриц, имеющих каждая n входов и m выходов. Матрица мо жет либо формироваться из nm электромагнитных реле, либо вы 3. Б.С. Гольдштейн полняться в виде единой конструкции (многократного координатно го соединителя – МКС). Первый координатный коммутатор изобре ли в Швеции, а в Bell Laboratories разработали сразу три основные разновидности координатных станций. Их называли «координатная станция типа k (XBk)», k= 1, 4 и 5. Координатная станция типа 1 была впервые установлена в 1938 году и имела весьма скромный успех, а координатная станция типа 2 вообще никогда не производилась.

Следующей была разработана координатная междугородная стан ция, названная в США станцией типа 4 и ставшая первой автомати ческой междугородной станцией, предназначенной для замены ра ботавшего тогда ручного оборудования 4A Toll Switchboard. Коорди натная станция типа 5 была впервые установлена в 1948 году, она оказалась очень удачной и популярной в качестве местной АТС.

В СССР первая опытная координатная подстанция емкостью номеров – ПС МКС 100, – разработанная НИИТС (ЛОНИИС) и заво дом «Красная заря», была установлена в Ленинградской городской телефонной сети в 1957 г.

В начале 60 х годов ЛОНИИС, совместно с заводом «Красная заря» и другими предприятиями промышленности связи, под руко водством профессора Бориса Самойловича Лившица приступил к разработке координатной АТС для городских телефонных сетей, которая завершилась созданием АТСК. Этой станции и общим прин ципам работы координатных АТС посвящена глава 3.

1.5.4 Квазиэлектронные и электронные АТС По мере развития технологий стали появляться заменители тра диционных электромеханических коммутационных элементов – элек тронные и магнитные устройства, в которых отсутствовали подвиж ные части, а следовательно, практически исчезали механические повреждения, повышалось быстродействие, снижались габариты и Преимуществами электронных коммутационных элементов были также более высокая технологичность изготовления, большая инте грация компонентов в одном корпусе, возможность использования печатного монтажа и других достижений электроники того времени:

транзисторов, полупроводниковых диодов, магнитных элементов с прямоугольной петлей гистерезиса, твердых интегральных схем и больших интегральных схем (БИС) с высокой степенью интегра ции. Соответственно, электронные АТС, по сравнению с электроме ханическими, имели меньшие габариты, требовали меньших площа дей и кубатуры зданий, меньших затрат на электроэнергию и экс плуатационное обслуживание, обеспечивали более гибкие возмож ности построения телефонных сетей.

На первом этапе достижения электроники стали применяться только в управляющих устройствах АТС, что привело к появлению квазиэлектронных АТС, сочетавших в себе электронное управление и электромеханические коммутационные элементы.

Практически в тот же период, на рубеже 1960 х и 1970 х годов, делаются важнейшие шаги в развитии систем коммутации, связан ные с компьютерной революцией. Компьютеры начинают исполь зовать для преобразования адресной информации, для линейного искания в коммутационном поле и пр., а управление по записан ной программе в квазиэлектронных и электронных АТС стало нор мой. Именно программное управление коммутацией послужило важной предпосылкой зарождения современной теории програм мирования. Многие достижения в теории программирования яви лись результатом исследований и разработок ученых и инженеров телекоммуникационных компаний, в частности, Bell System. Пер вое программное обеспечение коммутации в АТС было реализова но до изобретения современной операционной системы. Програм мы управления коммутацией писались на языке ассемблера, а рас пределением программных сегментов управляли сами разработ чики программ.

Первая телефонная станция с программным управлением роди лась в 1950 х годах в исследовательском центре Bell Laboratories.

Опытный образец системы, названный ESSEX, прошел эксплуатаци онные испытания в 1960 году в Моррисе, штат Илинойс. Однако путь от опытного образца до промышленного производства оказался го раздо труднее, чем ожидалось. Разработка требовала прорыва в об ластях конструирования процессора, языков программирования, компиляции, распределения ресурсов в реальном времени и других усилий, которые впоследствии образовали целые отрасли научной дисциплины, известной теперь как компьютерные науки. Первая ком мерческая коммутационная станция ЕSS1 была введена в эксплуа тацию 30 мая 1965 года в Суккасунне, штат Нью Джерси (кстати, по соседству с первой бруклинской координатной АТС) и обслуживала 200 абонентов. Позже в число подобных разработок вошли ESS и ESS3, а также аналогичные изделия других изготовителей. По мере развития компьютеров детали конструкции этих станций претерпе вали изменения, и на протяжении 20 лет ESS1 переросла в более современную версию 1A ESS.

Название квазиэлектронные АТС предполагает сохранение про странственной аналоговой коммутации с применением механиче ских контактов, но, одновременно, – использование электронных программируемых управляющих устройств. Для построения комму тационного поля в квазиэлектронных АТС применялись быстродей ствующие малогабаритные коммутационные элементы с электриче ским, магнитным или механическим удержанием контактов в рабо чем состоянии. К коммутационным элементам с электрическим удержанием относились герконовые реле и реле типа ESK. Герконы (герметизированные контакты) представляли собой маленькие стек лянные баллоны длиной 20–50 мм и диаметром 3–5 мм, заполнен ные инертным газом и содержащие контактные пружины из магнит ного материала. Контактные поверхности были покрыты золотом или другим неокисляемым металлом. Применение герконов иллюстри рует рис.1.8. Язычковое реле, изображенное на рис. 1.8 а, содержит электромагнитную катушку К, внутри которой помещается один или несколько герконов Г, а для создания замкнутого магнитопровода в реле предусматривается ярмо Я из магнитного материала. При прохождении через обмотку язычкового реле управляющего посто янного тока создается магнитное поле, силовые линии замыкаются через ярмо и контактные пружины, которые при этом притягивают ся друг к другу и образуют контакт. При выключении тока происхо дит размыкание контактов, поскольку контактные пружины возвра щаются в исходное положение благодаря своей упругости.

Из отдельных герконовых реле создавались многократные гер коновые соединители (МГС), представлявшие собой основные ком мутационные блоки. Еще одной разновидностью многократного гер конового соединителя с магнитным удержанием был соединитель на гезаконах – герметизированных запоминающих контактах (в аме риканской литературе такие контакты назывались ремридами, а в японской – меморидами).

Точно так же из отдельных ферридов строились многократные ферридовые соединители (МФС): в каждой точке коммутации имел ся феррид с определенным числом контактов. Схема коммутации разговорного тракта в МФС аналогична схеме коммутации в герко новом соединителе.

Отечественной разновидностью многократного соединителя с магнитным удержанием явился многократный интегральный соеди нитель (МИС), который отличался от МФС тем, что магнит (из полу твердого магнитного материала) в выбираемой точке коммутации работал по принципу безгистерезисного намагничивания. Впрочем, в связистских кругах того времени это обозначение воспринималось исключительно как начало фамилии Леонида Яковлевича Мисуло вина, организатора и директора Рижского отделения ЦНИИС, соз дателя первой советской квазиэлектронной АТС с записанной про граммой ИСТОК для сельских телефонных сетей. К отечественным АТС с программным управлением мы еще вернемся в главе 6.

1.5.5 Цифровые АТС Переход на цифровую передачу и коммутацию немедленно при вел к резкому улучшению качества речи, особенно в тех случаях, ко гда участники соединения были разделены большим расстоянием (для предотвращения потерь передаваемой информации требует ся множество регенераторов, кумулятивный побочный эффект ко торых – значительное искажение сигнала, но цифровой сигнал, в от личие от аналогового, очень легко восстанавливать).

Первой цифровой АТС оказалась не разработка Bell Laboratories, а европейская станция Е10, установленная в 1970 году в Ланьоне, Франция. В американских источниках первой цифровой системой часто называют междугородную станцию 4ESS, созданную в Bell Laboratories и впервые установленную в 1972 году в качестве аль тернативы координатным АМТС типа XB4, а первой городской циф ровой АТС – станцию DMS 10 компании Nortel, тоже установлен ную в 1970 х годах. Что же касается городских станций Bell Labora tories, то первая цифровая АТС типа 5ESS была установлена в на Микропроцессорная революция оказала влияние на архитектуру систем коммутации не только благодаря снижению стоимости управ ляющих компьютеров. Произошел отказ от полностью централизо ванного управления и переход к модульной архитектуре, появились удаленные микропроцессорные модули, разгрузившие основные системы и обеспечившие экономическую эффективность и в стан циях малой емкости, что будет рассмотрено в главе 9.

Удешевление микропроцессорных управляющих устройств никак не повлияло на стоимость разработки цифровых АТС. Разработка одной из наиболее известных станций – 5ЕSS – потребовала 4 тыся чи человеколет и около 500 млн. долларов. Впрочем, вряд ли это оказалось самой сложной и трудоемкой работой Bell Laboratories.

Хотя лаборатории были созданы в 1925 г. для исследований в об ласти телефонной связи, их изобретения продвинули вперед дале ко не только телефонию: в Bell Laboratories были разработаны тран зистор, многочисленные аудио устройства, системы беспроводной радиосвязи, операционная система UNIX и многое, многое другое.

Что же касается цифровых АТС, то им посвящены все главы этого учебника, начиная с главы 4, а конкретные системы рассматривают Однако сейчас настало время рассмотреть наиболее консерва тивный элемент телефонии, взаимодействующий со всеми упомя нутыми в этом параграфе АТС, – аналоговый телефонный аппарат.

1.6 Телефонные аппараты Читатели, уже знакомые с устройством телефонного аппарата из учебного курса физических основ телефонии, могут пропустить этот параграф. Для остальных общее знакомство с работой обычного телефона необходимо для того, чтобы уточнить, каким образом в АТС устанавливаются телефонные соединения. К вопросу о телефонных аппаратах мы, так или иначе, будем обращаться и в следующих гла вах при рассмотрении очередного поколения систем коммутации, а здесь проанализируем основные принципы устройства аналого вого телефона и сигнализацию по абонентскому шлейфу. Отметим, однако, что подробное описание физической конструкции и элек трической схемы телефонного аппарата выходит за рамки учебни ка, а потому в этом параграфе можно ограничиться схематическим описанием телефона.

Классический телефонный аппарат состоит из двух конструктив ных частей, собственно аппарата и телефонной трубки. Обычно в ап парате находится рычаг, на котором лежит трубка в то время, когда аппарат не используется, а при снятии трубки с рычага срабатывает механически связанный с ним переключатель, контакты которого замыкаются. Аппарат и трубку соединяет шнур с проводами, а в бес проводных телефонных аппаратах это соединение обеспечивает маломощный радиоканал. В ранних конструкциях телефонных аппа ратов микрофонную часть располагали в базовом блоке, который оформляли в виде настольного или настенного ящика, а трубка со стояла только из небольшого наушника, который абонент прижимал к уху. У большинства современных аппаратов в телефонной трубке помещаются и наушник, и микрофон, причем физическая конструк ция трубки соответствует форме головы человека.

Самая простая схема телефонного аппарата содержит микрофон, телефон, батарею, магнето и звонок. Микрофон преобразует энер гию акустического поля в электрическую энергию. Первоначально в телефонных аппаратах использовались так называемые угольные микрофоны (carbon microphones), работа которых полностью соот ветствовала изобретению Эдисона. Зернышки угля были насыпаны между двумя параллельно расположенными пластинами, и общее электрическое сопротивление этой конструкции изменялось в за висимости от звукового давления, которое сближало пластины и прижимало зернышки угля друг к другу. Когда звуковая волна оказы вала более сильное давление на угольные частицы, активное сопро тивление микрофона уменьшалось, и сила тока увеличивалась. Та ким способом микрофон превращал акустические колебания в ко лебания электрического тока. Эти основные принципы воздействия звуковых колебаний на ток в абонентском шлейфе сохраняются и теперь, хотя в современных телефонах используются более слож ные и более высококачественные микрофоны.

Переменный ток, генерируемый микрофоном, на другом конце соединения снова преобразуется в звук. Преобразование это вы полняет телефон, который состоит из диафрагмы и электромагнит ной катушки. Через обмотку катушки проходит переменный ток, по лучаемый от микрофона. Этот ток, в свою очередь, создает пере менное магнитное поле, которое вызывает колебания диафрагмы, благодаря чему возникают звуковые волны, близкие к исходным зву ковым колебаниям на передающей стороне.

Для работы микрофона необходим источник постоянного тока – батарея. Если батарея местная, т. е. вмонтирована в телефонный аппарат, то постоянный ток нужно изолировать от линии с перемен ным током, несущим аудиосигнал; делается это с помощью конден сатора или трансформатора. Применение местного источника пи тания имеет очевидные недостатки: использование преобразователя переменного тока бытовой электросети означает, что при повреж дении этой сети телефон прекратит работу, а автономный источник питания в аппарате требует ухода и/или периодической замены.

Кроме того, в аппаратах с местной батареей необходимо иметь спе циальное устройство для вызова станции и для передачи сигнала отбоя после окончания связи. Таким устройством является магне то – небольшая электрическая машина, приводимая в действие пу тем вращения рукоятки и генерирующая переменный ток небольшой частоты (десятки герц) с напряжением порядка сотни вольт.

В применяемом почти повсеместно режиме с централизованным источником питания батарея постоянного тока находится на теле фонной станции и обеспечивает надежное питание всех включен ных в нее телефонных аппаратов. Номинальное напряжение стан ционной батареи равно 60 или 48 вольтам.

И, наконец, в телефоне имеется приемник вызывного сигнала – звонок (вспомним, что речь пока идет о самом простом телефонном аппарате; все знают, что в современных аппаратах для этой цели, как правило, применяют другие электроакустические преобразова тели). Если два телефона связаны друг с другом прямой некоммути руемой линией, то сигналом вызова, поступающего к звонку одного из них, является переменный ток, создаваемый при вращении маг нето второго. При коммутируемой связи звонок вызываемого теле фона получает вызывной сигнал, генерируемый на станции. Чтобы звонок был хорошо слышен, электрический сигнал вызова должен быть достаточно мощным. В станциях российской ТфОП напряже ние этого сигнала составляет приблизительно 90 В при частоте 25 Гц.

Очевидно, что необходимость крутить ручку магнето для вызо ва станции и для того, чтобы оповестить ее об окончании связи, причиняет абоненту ощутимые неудобства. Замена магнето схе мой, содержащей трансформатор и позволяющей использовать для формирования вызывного сигнала напряжение бытовой сети пе ременного тока, избавляет от названных неудобств, но ставит воз можность связи в зависимость от того, насколько надежно работа ет эта сеть. Более совершенные телефонные аппараты, питающие ся от центральной батареи, содержат очень важный элемент, уст раняющий этот недостаток и выполняющий ряд других функций, – рычажный переключатель. В зависимости от того, находится мик ротелефонная трубка на рычаге или нет, переключатель пребывает в одном из двух возможных состояний, каждому из которых соот ветствует определенное положение его контактов, – если трубка на рычаге, цепь потребления тока от станционной батареи разомк нута, а при поднятой трубке эта цепь замкнута. Когда трубка поло жена, контакт рычажного переключателя разомкнут, и ток, потреб ляемый линией от батареи, равен току утечки. Когда абонент сни мает трубку, контакт переключателя замыкается, и потреблять ток начинает микрофонная цепь телефонного аппарата. По изменению тока, потребляемого линией, станция может определить состоя ние рычажного переключателя в аппарате, подключенном к этой линии, благодаря чему обеспечивается вызов станции абонентом и сигнализация об отбое. Нужно заметить, однако, что чем длин нее линия, тем больше ток утечки и тем меньше ток при поднятой трубке. Это обстоятельство затрудняет определение станцией со стояния рычажного переключателя в аппарате абонента, располо женного от нее на большом расстоянии.

Поскольку вызывной сигнал поступает к аппарату, когда трубка находится на рычаге, то есть при разомкнутых контактах рычажного переключателя, звонок подключен к линии независимо от положе ния этих контактов, а чтобы через его обмотку не создавалась цепь постоянного тока, подключение производится через конденсатор.

Обмотка звонка имеет настолько большую индуктивность, что ее шунтирующее влияние на аудиосигнал при снятой трубке практиче ски неощутимо, а при положенной трубке сопротивление обмотки переменному току составляет большую часть сопротивления линии, измеренного со стороны станции. В те времена, когда использова ние «параллельных» телефонов нужно было регистрировать и допол нительно оплачивать, службы ГТС время от времени проверяли со противление каждой абонентской линии, чтобы выявить наличие параллельных телефонных аппаратов. Абоненты, впрочем, могли легко помешать этой проверке, отключая звонок в «нелегальном»

дополнительном телефоне.

Говоря о телефонном аппарате, включаемом в АТС, нужно рас смотреть набор номера и некоторые другие сигналы, передавае мые по абонентской линии. Более подробно эти вопросы освеща ются в книге о сигнализации в сети абонентского доступа [43]. Уп рощенно же абонентская сигнализация – это передача информа ции, необходимой для создания и разрушения соединения двух абонентов телефонной сети. После передачи сигнала об измене нии состояния абонентского шлейфа, которое происходит, когда абонент инициирует вызов, сняв телефонную трубку с рычага, он должен передать на станцию телефонный номер вызываемого або нента (того, кто инициирует вызов, обычно называют абонентом А, а того, кому этот вызов адресован, – абонентом Б). Когда шлейф замыкается, в линии появляется ток, приблизительно, 20 – 50 мА.

Абонентский комплект АТС обнаруживает изменение тока в линии и активизирует аппаратные (сигнальные цепи) или программно аппаратные средства, предназначенные для приема цифр, которые передаст абонент А, и в соответствии с которыми АТС должна бу дет установить соединение. Информация о номере абонента Б мо жет передаваться одним из двух классических способов – шлейф ными импульсами или многочастотными сигналами. Импульсный набор, который иллюстрирует рис.1.9, будет рассмотрен при опи сании АТС декадно шаговой системы. Многочастотный набор под держивается всеми современными телефонными аппаратами; этот способ будет рассмотрен в других главах.

Сигнализация по абонентской линии включает в себя не только рассмотренные выше сигналы, создаваемые и воспринимаемые схе мой телефонного аппарата. Но поскольку именно телефонный ап парат является предметом данного параграфа, остальное мы отло жим на будущее. Здесь же приведем только рис.1.10, на котором изображены фазы передачи сигналов по абонентской линии. Когда станция обнаруживает вызов со стороны абонента А (снята трубка), она передает ему акустический сигнал «ответ станции», который абонент слышит в телефоне своего аппарата и воспринимает как приглашение набрать номер. После набора АТС информирует або нента А о том, что соединение успешно установлено, посылая ему сигналы КПВ (контроль посылки вызова) с одновременной переда чей вызывного сигнала в телефонный аппарат абонента Б. Когда або нент Б отвечает, АТС отключает как вызывной сигнал, так и сигнал КПВ. В конце разговора АТС обнаруживает состояние «трубка поло жена» и разрушает соединение.

1.7 Стандартизация в области коммутации Как и приведенные выше стандартизованные параметры, отно сящиеся к сигнализации по абонентским линиям, практически во всех разделах этого учебника будет упоминаться множество других стандартов: для характеристик качества обслуживания вызовов в АТС, для электрических и логических интерфейсов, для систем син хронизации, систем сигнализации и пр. Здесь же хотелось бы осве тить общие подходы к стандартизации в коммутационной технике.

Прежде всего, следует отметить весьма досадное, но уже много кратно проявившееся и оказавшее влияние на развитие коммутаци онной техники обстоятельство: стандартизация не является только техническим вопросом. Иногда бывает невозможно принять глобаль ные стандарты из за противоположных политических интересов, и часто для Европы, Америки и Японии принимаются разные стан дарты. Европа не хочет принимать американскую технологию, а Аме рика не хочет принимать европейскую. Все это происходит либо из соображений защиты местной промышленности, либо по другим, далеким от техники причинам. Примером такого политического ре шения был выбор в семидесятые годы особого закона кодирования ИКМ для Европы, отличающегося от уже существовавшего амери канского закона кодирования, о чем известно из курса многоканаль ной электросвязи. Более свежими примерами могут служить аме риканские и европейские решения относительно технологий GSM, DAMPS и CDMA для цифровой подвижной связи.

Есть и обратные примеры. Так, стандарт DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), о котором будет сказано в главе 7, и спецификации которого были разработаны ETSI, получил разви тие и в США под названием PWT (Personal Wireless Telecommunica tions). Неоднократно упоминающиеся далее в этой книге стандарты ISDN – еще один крупный проект ETSI и ITU Т, признанный в настоя щее время во всем мире.