Введение
Система коммутации 5ESS — это электронная телефонная система коммутации 5-го класса, разработанная компанией Western Electric для American Telephone and Telegraph Company (AT&T) и компании Bell System в Соединенных Штатах. Она была введена в эксплуатацию в 1982 году, а последний аппарат был произведен в 2003 году.
История
5ESS поступил на рынок под названием Western Electric No. 5 ЭСС. Он начал работу в Сенеке, штат Иллинойс, 25 марта 1982 года и предназначался для замены системы электронного переключения №1 (1ESS и 1AESS) и других электромеханических систем в 1980-х и 1990-х годах. 5ESS также использовался в качестве телефонного коммутатора класса 4 или как гибридный коммутатор класса 4/класса 5 на рынках, слишком малых для 4ESS. Примерно половина всех центральных офисов США обслуживается коммутаторами 5ESS. 5ESS также экспортировался и производился за пределами США по лицензии. Версия 5ESS–2000, представленная в 1990-х годах, увеличила пропускную способность коммутационного модуля (SM) за счет большего количества периферийных модулей и большего количества оптических каналов связи от SM к модулю связи (CM). Последующая версия, 5ESS–R/E, разрабатывалась в конце 1990-х годов, но не была выпущена на рынок. Другой версией был 5E–XC. Технология 5ESS была передана в подразделение AT&T Network Systems после разделения Bell System в 1984 году. Это подразделение было продано AT&T в 1996 году и стало Lucent Technologies, а после преобразования в Alcatel Lucent в 2006 году было приобретено Nokia в 2016 году. Коммутатор 5ESS до сих пор широко используется в общедоступной коммутируемой телефонной сети (PSTN) в Соединенных Штатах и других странах, но постепенно заменяется более современными системами пакетной коммутации. В 2021 году в эксплуатации находились также несколько коммутаторов 5ESS, принадлежащих Военно-морскому флоту США.
Архитектура
Коммутатор 5ESS имеет три основных типа модулей: административный модуль (AM) содержит центральные компьютеры; модуль связи (CM) является центральным коммутатором с разделением по времени в системе; и модуль коммутации (SM) составляет основную часть оборудования на большинстве станций. SM выполняет мультиплексирование, аналоговое и цифровое кодирование, а также другие функции для взаимодействия с внешним оборудованием. Каждый модуль оснащен контроллером – небольшим компьютером с дублированными процессорами и памятью, как и большинство оборудования станции, для обеспечения резервирования. Распределенные системы снижают нагрузку на центральный административный модуль (AM) или главный компьютер. Электропитание для всех схем распределяется напряжением –48 В постоянного тока (номинальное) и локально преобразуется в логические уровни или телефонные сигналы.
Модуль переключения
Каждый коммутационный модуль (SM) обрабатывает от нескольких сотен до нескольких тысяч телефонных линий или нескольких сотен транковых соединений, либо их комбинацию. Каждый из них оснащен собственными процессорами, также называемыми модульными контроллерами, которые выполняют большинство процессов обработки вызовов, используя собственные платы памяти. Первоначально планировалось использовать периферийные процессоры Intel 8086, но они оказались недостаточно производительными, и система была внедрена с процессорами серии Motorola 68000. Одновременно с этим название шкафа, в котором размещается оборудование, было изменено с Interface Module на Switching Module. Периферийные устройства располагаются на полках в SM. На большинстве станций в основном используются линейные блоки (LU) и цифровые транковые блоки (DLTU). Каждый SM имеет локальные цифровые сервисные устройства (LDSU) для предоставления различных услуг линиям и транкам в SM, включая генерацию и обнаружение сигналов. Глобальные цифровые сервисные устройства (GDSU) предоставляют менее востребованные услуги для всей станции. Временной интерчангер (TSI) в SM использует оперативную память для задержки каждого речевого отсчета, чтобы он поместился во временной слот, который будет передавать вызов через станцию другому или, в некоторых случаях, тому же SM. T-каналы, первоначально по одному на карту, а в более поздних моделях обычно по два, завершаются в цифровых транковых блоках (DLTU), которые концентрируют свои каналы DS0 в TSI. Они могут обслуживать как межстанционные транки, так и абонентские линии, используя интегрированную систему абонентского доступа. Сигналы DS3 с более высокой пропускной способностью также могут коммутироваться в блоках цифровой сети SONET (DNUS) без демультиплексирования до DS1. Новые SM оснащены интерфейсами DNUS (DS3) и оптическим OIU (OC12) с большой пропускной способностью. SM имеют карты с интерфейсом Dual Link (DLI) для подключения к коммуникационным модулям с помощью многомодовых оптических волокон для коммутации по времени к другим SM. Эти соединения могут быть короткими, например, в пределах одного здания, или соединять SM в удаленных местах. Вызовы между линиями и транками конкретного SM не обязательно должны проходить через CM, а удаленно расположенный SM может функционировать как распределенный коммутатор, управляемый из центрального AM. Каждый SM имеет два контура модуля контроллера/временного интерчангер (MCTSI) для обеспечения резервирования. В отличие от DMS 100 от Nortel, который использует отдельные линейные карты с кодеком, большинство линий подключены к двухступенчатым аналоговым концентраторам разделения пространства или линейным блокам, которые соединяют до 512 линий, по мере необходимости, с 8-канальными картами, каждая из которых содержит 8 кодеков, и с высокоуровневыми сервисами для вызова и тестирования. Обе ступени концентрации размещены на одной плате GDX (Gated Diode Access). Каждая плата GDX обслуживает 32 линии, 16 линий A и 32 линии B. Ограниченная доступность позволяет экономить средства за счет неполностью заполненных матриц. Линейный блок может иметь до 16 плат GDX, соединенных с каналами общими B-линиями, но в офисах с более высокой загрузкой линий устанавливается меньшее количество плат GDX. Линии ISDN обслуживаются отдельными линейными картами в блоке ISLU (Integrated Services Line Unit).
Административный модуль
Административный модуль (AM) — это мини-ЭВМ с двойным процессором серии AT&T 3B, работающая под управлением UNIX RTR. AM содержит жесткие диски и накопители на магнитной ленте, используемые для загрузки и резервного копирования программного обеспечения центрального и периферийного процессоров, а также переводов. Изначально дисковые накопители представляли собой несколько 300-мегабайтных SMD-устройств с несколькими пластинами в отдельном корпусе. В настоящее время они состоят из нескольких избыточных многогигабайтных SCSI-накопителей, каждый из которых размещен на отдельной плате. Накопители на магнитной ленте изначально были полудюймовыми открытыми катушками с плотностью записи 6250 бит на дюйм, которые в начале 1990-х годов были заменены на 4-мм цифровые аудиокассеты. Административный модуль построен на платформе 3B21D и используется для загрузки программного обеспечения на многочисленные микропроцессоры во всей системе коммутации, а также для обеспечения высокоскоростных функций управления. Он обеспечивает передачу сообщений и интерфейс для управляющих терминалов. AM в системе 5ESS состоит из процессорного блока 3B20x или 3B21D, включая устройства ввода/вывода, диски и накопители на магнитной ленте. После загрузки программного обеспечения в 5ESS и активации системы коммутации, коммутация пакетов происходит без дальнейшего участия 3B21D, за исключением функций биллинга, требующих передачи записей на диск для хранения. Благодаря дуплексной аппаратной архитектуре процессора, с одной активной и одной резервной стороной, отказ одной стороны процессора не обязательно приведет к потере коммутации.
Модуль связи
Модуль связи (CM) формирует центральный временной коммутатор станции. 5ESS использует топологию «время-пространство-время» (TST), в которой временные интервальные коммутаторы (TSI) в коммутационных модулях назначают каждому телефонному вызову временной интервал для маршрутизации через CM. CM выполняют коммутацию с разделением по времени и поставляются парами; каждый модуль (шкаф) относится к комплексу сетевого оборудования и синхронизации (ONTC) 0 или 1, что приблизительно соответствует коммутационным плоскостям в других конструкциях. Каждый SM имеет четыре оптоволоконных соединения, два из которых подключены к CM, относящемуся к ONTC 0, и два – к ONTC 1. Каждое оптоволоконное соединение состоит из двух многомодовых оптических волокон с ST-коннекторами для подключения к приемопередатчикам, подключенным к проводке задней панели с каждого конца. CM принимают мультиплексированные по времени сигналы по принимающему волокну и отправляют их в соответствующий SM назначения по передающему волокну.
Очень компактный цифровой обмен
Очень компактный цифровой узел (VCDX) был разработан на базе 5ESS 2000 и предлагался преимущественно телефонным компаниям, не входящим в Bell System, как недорогой и эффективный способ предоставления услуг ISDN и других цифровых сервисов в аналоговом коммутационном центре. Это позволило избежать капитальных затрат на полную модернизацию аналогового коммутатора в цифровой для обслуживания всех его линий, когда многие из них не требовали этого и оставались линиями POTS. Примером может служить (бывший) телефонный коммутатор GTE/Verizon класса 5 – GTD 5 EAX. Как и Western Electric 1ESS/1AESS, он обслуживал в основном средние и крупные узлы связи. Автономный VCDX также мог использоваться в качестве коммутатора для очень небольших узлов связи (CDX – автоматическая телефонная станция районного масштаба) с количеством линий менее ~400. Однако для небольших узлов связи, вмещающих от 400 до 4000 линий, эту функцию обычно выполняли RSM (5ESS "Remote SM"), ORM или Wired ORM. Управление RSM осуществлялось по линиям T1, подключенным к блоку DLTU. Первые две линии T1 обеспечивали управление RSM и были необходимы для внесения любых изменений. RSM мог поддерживать до 10 линий T1. В офисе могло быть несколько RSM. ORM мог подключаться как напрямую по оптоволокну, так и по коаксиальному кабелю (в последнем случае – Wired ORM). RSM или ORM могли иметь многие из тех же периферийных устройств, что и полноценный коммутатор 5ESS. RSM имел ограниченный радиус действия и мог обслуживать части более крупной городской территории или сельские офисы. ORM или Wired ORM могли располагаться в любом месте с технической точки зрения и были предпочтительнее RSM после появления ORM. И RSM, и ORM часто использовались в качестве узла связи класса 5 для небольших и средних городов, обслуживаемых с 5ESS, расположенного в крупном городе. Wired ORM подключался через коаксиальный кабель от блока MUX и подавался на TRCU, который преобразовывал коаксиальный сигнал для подключения к DLI. Также существовал ORM с радиусом действия 3 км, который использовался при выделении нового офиса или при переходе участка от другого офиса. Расстояние до центрального офиса в этом случае составляло 3 км, а подключение осуществлялось напрямую по оптоволокну. Как и в случае с любым SM, размер определялся количеством временных слотов, необходимых для каждого периферийного устройства. ORM соединялись по DS3, RSM – по линиям T1. VCDX также использовался в качестве крупной частной автоматической телефонной станции (PBX). Небольшие населенные пункты с количеством линий менее 400 также могли быть оснащены блоками SLC 96 или Anymedia. Автономный VCDX имеет один модуль коммутации и не имеет модуля связи. Рабочая станция Sun Microsystems SPARC, работающая под управлением UNIX Solaris (операционная система), выполняет эмуляцию системы MERT OS процессора 3B20/21D, выступая в качестве административного модуля VCDX. VCDX использует стандартные источники телефонного питания центральной станции (которые представляют собой очень большие источники бесперебойного питания) и имеет подключения к системе цифрового кросс-соединения центральной станции для доступа к T1 и т.д.
Сигнализация
5ESS имеет две различные архитектуры сигнализации: кольцо общего сетевого интерфейса (CNI) и сигнализацию SS7, основанную на блоке коммутации пакетов (PSU).
Программное обеспечение
Для разработки 5ESS потребовалось пять тысяч сотрудников, которые создали 100 миллионов строк исходного кода системы, преимущественно на языке C, а также 100 миллионов строк файлов заголовков и makefile. Эволюция системы продолжалась 20 лет, при этом одновременно часто разрабатывались три релиза, каждый из которых занимал около трех лет. Изначально 5ESS предназначалась только для использования в США, а выход на международный рынок потребовал создания полноценной системы разработки и команды, параллельно с американской версией. Системы разработки представляли собой мейнфреймы на базе Unix. В пиковый период было задействовано около 15 таких систем. Использовались машины для разработки, симуляторы и сборки и т.д. Рабочие места разработчиков до середины 1990-х годов были оснащены многооконными терминалами (версиями Blit, разработанными Bell Labs), после чего были внедрены рабочие станции Sun. Разработчики продолжали подключаться к серверам для работы, используя X11 на своих рабочих станциях в качестве многооконной среды. Управление исходным кодом осуществлялось с помощью SCCS, с использованием строк "#feature" для разделения исходного кода между релизами, а также для разделения функциональности, специфичной для США или международного рынка, и т.п. Настройка текстовых редакторов vi и Emacs позволяла разработчикам работать с соответствующим представлением файла, скрывая неприменимые к текущему проекту части. Система запросов на изменения использовала SCCS MR для создания именованных наборов изменений, связанных с системой IMR (первоначальный запрос на изменение), которая использовала исключительно числовые идентификаторы. Имя MR формировалось из префикса подсистемы, номера IMR, последовательности символов MR и символа, обозначающего релиз или "загрузку". Например, для подсистемы gr (generic retrofit) первый MR, созданный для IMR 2371242 и предназначенный для загрузки 'F', имел бы имя gr2371242aF. Система сборки использовала простой механизм конфигурации, который инициировал генерацию makefile. Система всегда выполняла полную сборку, но использовала результаты контрольных сумм для определения, действительно ли файл был изменен, прежде чем обновлять дерево каталогов выходных файлов сборки. Это значительно сокращало время сборки при редактировании основной библиотеки или файла заголовка. Разработчик мог добавлять значения в перечисление, но если это не влияло на результат сборки, то последующие зависимости от этого результата не требовали повторной перелинковки или пересборки библиотек.
ОАМП
Система администрируется через набор "каналов" телетайпов, также называемых системной консолью, таких как канал TEST и канал обслуживания. Как правило, конфигурирование выполняется либо через интерфейс командной строки (CLI) под названием RCV:APPTEXT, либо через программу с меню. RCV расшифровывается как "Недавние изменения/Проверка", и доступ к нему осуществляется через Систему управления коммутацией. Однако большинство заявок на обслуживание администрируются через Центр администрирования памяти недавних изменений (RCMAC). На международном рынке этот терминальный интерфейс локализован для обеспечения языковых и наименований команд, соответствующих конкретному региону, на экране и в распечатках.