Общая телефонная сеть мира (Obshchaya telefonnaya set' mira)

Введение

Совокупность всех общедоступных телефонных сетей.

Общедоступная коммутируемая телефонная сеть (PSTN) представляет собой совокупность телефонных сетей мира, эксплуатируемых национальными, региональными или местными операторами связи. Она обеспечивает инфраструктуру и услуги для общедоступной телефонии. PSTN состоит из телефонных линий, волоконно-оптических кабелей, линий микроволновой связи, сотовых сетей, спутников связи и подводных телефонных кабелей, соединенных между собой коммутационными центрами, такими как центральные узлы, сетевые тандемы и международные шлюзы, обеспечивающими связь между пользователями телефонов. Изначально представляя собой сеть фиксированной аналоговой телефонной связи, PSTN в своей основной сети практически полностью цифровизирована и включает в себя мобильные и беспроводные сети, которые в настоящее время переходят на использование протокола Интернет для передачи трафика PSTN. Техническая эксплуатация PSTN соответствует международным стандартам, разработанным ITU-T. Эти стандарты берут начало в развитии местных телефонных сетей, прежде всего в Bell System в Соединенных Штатах и в сетях европейских членов ITU. Стандарт E.164 обеспечивает единое глобальное адресное пространство в виде телефонных номеров. Сочетание взаимосвязанных сетей и глобального плана нумерации позволяет телефонам по всему миру соединяться друг с другом.

История

Коммерциализация телефона началась вскоре после его изобретения, приборы использовались парами для частного общения между двумя точками. Пользователи, желающие связаться с абонентами в нескольких местах, использовали столько телефонов, сколько требовалось для этой цели. О желании установить телефонный разговор сообщали громким свистом в передатчик, пока другая сторона не услышит сигнал. Вскоре на станции добавили звонки для сигнализации. Позже телефонные системы стали использовать принцип коммутации, уже применявшийся в телеграфных сетях. Каждый телефон подключался к телефонной станции, установленной для города или района. Для связи за пределами этой зоны коммутации между станциями прокладывались магистральные линии. Сети строились иерархически, охватывая города, штаты и международные расстояния. Автоматизация внедрила импульсный набор номера между телефоном и станцией, позволяя каждому абоненту напрямую связываться с другим абонентом, подключенным к той же станции, но для междугородних звонков через несколько станций требовалось ручное переключение операторами. Впоследствии, более сложные методы адресной сигнализации, включая многочастотную сигнализацию, позволили абонентам осуществлять прямые междугородние звонки, что привело к созданию сети Сигнальной системы №7 (SS7), которая к концу 20-го века контролировала звонки между большинством станций. Рост PSTN стал возможен благодаря методам инженерного анализа телетрафика, обеспечивающим качество обслуживания (QoS) в сети. Работы А. К. Эрланга заложили математические основы методов, необходимых для определения требований к пропускной способности и конфигурации оборудования, а также численности персонала, необходимого для обеспечения заданного уровня обслуживания. В 1970-х годах телекоммуникационная отрасль начала внедрять услуги передачи данных в сетях с коммутацией пакетов, используя протокол X.25, который передавался по большей части оборудования, уже использовавшегося в PSTN. В 1980-х годах отрасль начала планировать цифровые услуги, предполагая, что они будут развиваться по схожей схеме с голосовыми услугами, и разработала услуги с коммутацией каналов от конца до конца, известные как Широкополосная интегрированная сеть цифровых услуг (B ISDN). Концепция B ISDN была вытеснена прорывной технологией Интернета. На рубеже 21-го века старейшие части телефонной сети все еще использовали аналоговую широкополосную технологию для обеспечения передачи аудиочастотного сигнала на последнем участке до конечного пользователя. Однако цифровые технологии, такие как DSL, ISDN, FTTx и кабельные модемы, постепенно внедрялись в эту часть сети, в основном для обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет. По состоянию на 2023 год операторы по всему миру выводят из эксплуатации поддержку аналоговой телефонной связи и ISDN, переходя на голосовую связь через IP (Voice over IP) посредством доступа в Интернет, предоставляемого через DSL, кабельные модемы или оптоволокно до помещения, что позволяет избежать затрат и сложности, связанных с поддержанием двух отдельных технологических инфраструктур для PSTN и доступа в Интернет. Некоторые крупные частные телефонные сети не подключены к PSTN, как правило, в военных целях. Существуют также частные сети, принадлежащие крупным компаниям, которые подключены к PSTN только через ограниченные шлюзы, такие как большая частная автоматическая телефонная станция (PBX).

Commercialization of the telephone began shortly after its invention, with instruments operated in pairs for private use between two locations. Users who wanted to communicate with persons at multiple locations had as many telephones as necessary for the purpose. Alerting another user of the desire to establish a telephone call was accomplished by whistling loudly into the transmitter until the other party heard the alert. Bells were soon added to stations for signaling. Later telephone systems took advantage of the exchange principle already employed in telegraph networks. Each telephone was wired to a telephone exchange established for a town or area. For communication outside this exchange area, trunks were installed between exchanges. Networks were designed in a hierarchical manner until they spanned cities, states, and international distances. Automation introduced pulse dialing between the telephone and the exchange so that each subscriber could directly dial another subscriber connected to the same exchange, but long distance calling across multiple exchanges required manual switching by operators. Later, more sophisticated address signaling, including multi frequency signaling methods, enabled direct dialed long distance calls by subscribers, culminating in the Signalling System 7 (SS7) network that controlled calls between most exchanges by the end of the 20th century. The growth of the PSTN was enabled by teletraffic engineering techniques to deliver quality of service (QoS) in the network. The work of A. K. Erlang established the mathematical foundations of methods required to determine the capacity requirements and configuration of equipment and the number of personnel required to deliver a specific level of service. In the 1970s, the telecommunications industry began implementing packet switched network data services using the X.25 protocol transported over much of the end to end equipment as was already in use in the PSTN. In the 1980s, the industry began planning for digital services assuming they would follow much the same pattern as voice services and conceived end to end circuit switched services, known as the Broadband Integrated Services Digital Network (B ISDN). The B ISDN vision was overtaken by the disruptive technology of the Internet. At the turn of the 21st century, the oldest parts of the telephone network still used analog baseband technology to deliver audio frequency connectivity over the last mile to the end user. However, digital technologies such as DSL, ISDN, FTTx, and cable modems were progressively deployed in this portion of the network, primarily to provide high speed Internet access. as of 2023, operators worldwide are in the process of retiring support for both last mile analog telephony and ISDN, and transitioning voice service to Voice over IP via Internet access delivered either via DSL, cable modems or fibre to the premises, eliminating the expense and complexity of running two separate technology infrastructures for PSTN and Internet access. Several large private telephone networks are not linked to the PSTN, usually for military purposes. There are also private networks run by large companies that are linked to the PSTN only through limited gateways, such as a large private branch exchange (PBX).

Операторы

Задача создания сетей и продажи услуг клиентам была возложена на операторов связи. Первой компанией, зарегистрированной для предоставления услуг PSTN, стала Bell Telephone Company в Соединенных Штатах. Однако в некоторых странах создание телефонных сетей было поручено государству, поскольку требуемые инвестиции были очень значительными, а телефонная связь все больше становилась жизненно важной общественной услугой. Например, в Великобритании General Post Office объединила ряд частных компаний в единую национализированную компанию. В последние десятилетия эти государственные монополии были расформированы или проданы в рамках приватизации.

Топология сети

Архитектура PSTN развивалась со временем, чтобы поддерживать растущее число абонентов, объём вызовов, направления, функции и технологии. Принципы, разработанные в Северной Америке и Европе, были приняты другими странами с адаптацией к местным рынкам. Важной концепцией было то, что телефонные станции организованы в иерархическую структуру, поэтому, если вызов не может быть обработан в локальном узле, он передаётся на более высокий уровень для дальнейшей маршрутизации. Это уменьшало количество необходимых магистральных соединений между операторами на больших расстояниях и обеспечивало разделение локального трафика. Современные технологии внесли упрощения.

Цифровые каналы

Большинство автоматизированных телефонных станций используют цифровую коммутацию, а не механическую или аналоговую. Магистральные линии, соединяющие станции, также цифровые и называются каналами или цепями. Однако аналоговые двухпроводные цепи по-прежнему используются для подключения «последней мили» от станции до телефона в доме (также называемой локальной линией). Для передачи типичного телефонного вызова от вызывающего абонента к вызываемому аналоговый аудиосигнал оцифровывается с частотой дискретизации 8 кГц и разрешением 8 бит, используя специальный тип нелинейной импульсно-кодовой модуляции, известный как G.711. Затем вызов передается от одного конца к другому через телефонные станции. Коммутация вызова осуществляется с использованием протокола установки соединения (обычно ISUP) между телефонными станциями в соответствии с общей стратегией маршрутизации. Вызов передается по PSTN с использованием канала 64 кбит/с, первоначально разработанного Bell Labs. Это канал, известный как Digital Signal 0 (DS0). Цепь DS0 является базовой единицей гранулярности коммутации цепей на телефонной станции. DS0 также известен как временной слот, поскольку DS0 агрегируются в оборудовании мультиплексирования с разделением по времени (TDM) для формирования линий связи большей пропускной способности. Цифровая цепь Signal 1 (DS1) несет 24 DS0 на североамериканской или японской линии T-несущей (T1) или 32 DS0 (30 для вызовов и два для обрамления и сигнализации) на линии E-несущей (E1), используемой в большинстве других стран. В современных сетях функция мультиплексирования перемещается как можно ближе к конечному пользователю, обычно в шкафы у дороги в жилых районах или в крупные офисные помещения. Эти агрегированные цепи передаются от исходного мультиплексора к станции через набор оборудования, коллективно известного как сеть доступа. В сети доступа и межстанционной передаче используются технологии синхронной оптической передачи, такие как SONET и Synchronous Digital Hierarchy (SDH), хотя в некоторых частях все еще используется более старая технология PDH. Сеть доступа определяет ряд опорных точек. Большинство из них представляют интерес в основном для ISDN, но одна из них, опорная точка V, представляет более общий интерес. Это опорная точка между первичным мультиплексором и станцией. Протоколы в этой опорной точке были стандартизированы в областях ETSI как интерфейс V5.

Most automated telephone exchanges use digital switching rather than mechanical or analog switching. The trunks connecting the exchanges are also digital, called circuits or channels. However analog two wire circuits are still used to connect the last mile from the exchange to the telephone in the home (also called the local loop). To carry a typical phone call from a calling party to a called party, the analog audio signal is digitized at an 8 kHz sample rate with 8 bit resolution using a special type of nonlinear pulse code modulation known as G.711. The call is then transmitted from one end to another via telephone exchanges. The call is switched using a call set up protocol (usually ISUP) between the telephone exchanges under an overall routing strategy. The call is carried over the PSTN using a 64 kbit/s channel, originally designed by Bell Labs. The name given to this channel is Digital Signal 0 (DS0). The DS0 circuit is the basic granularity of circuit switching in a telephone exchange. A DS0 is also known as a timeslot because DS0s are aggregated in time division multiplexing (TDM) equipment to form higher capacity communication links. A Digital Signal 1 (DS1) circuit carries 24 DS0s on a North American or Japanese T carrier (T1) line, or 32 DS0s (30 for calls plus two for framing and signaling) on an E carrier (E1) line used in most other countries. In modern networks, the multiplexing function is moved as close to the end user as possible, usually into cabinets at the roadside in residential areas, or into large business premises. These aggregated circuits are conveyed from the initial multiplexer to the exchange over a set of equipment collectively known as the access network. The access network and inter exchange transport use synchronous optical transmission, for example, SONET and Synchronous Digital Hierarchy (SDH) technologies, although some parts still use the older PDH technology. The access network defines a number of reference points. Most of these are of interest mainly to ISDN but one, the V reference point, is of more general interest. This is the reference point between a primary multiplexer and an exchange. The protocols at this reference point were standardized in ETSI areas as the V5 interface.

Влияние на стандарты ИС

Качество голосовой связи в сетях PSTN было взято за основу при разработке стандарта TIA TSB 116 Ассоциации телекоммуникационной промышленности, содержащего рекомендации по качеству голоса для IP-телефонии, с целью определения допустимых уровней задержки и эхосигнала.

Регулирование

В большинстве стран правительство имеет регулирующий орган, отвечающий за предоставление услуг PSTN. Этот орган регулирует технические стандарты, юридические требования и устанавливает задачи по оказанию услуг, например, для обеспечения того, чтобы конечные потребители не переплачивали за услуги, где могут существовать монополии. Эти регулирующие органы также могут регулировать тарифы, взимаемые операторами друг с другом за передачу трафика.

Выход на пенсию

В Соединенном Королевстве отключается медная POTS и PSTN на базе ISDN в пользу SIP-телефонии, завершение процесса намечено на декабрь 2025 года. Подробнее см. статью об отключении PSTN в Великобритании. Голосовая телефония продолжит соответствовать стандартам E.163 и E.164, как и современная мобильная связь, а интерфейс для конечных пользователей останется без изменений. Ряд других европейских стран, включая Эстонию, Германию, Исландию, Нидерланды, Испанию и Португалию, уже отключили или планируют отключить свои сети PSTN. Аналогичный переход происходит и в странах других континентов.