В известном гимне поется: «Весь мир насилья мы разрушим: До основанья, а затем: Мы наш, мы новый мир построим…».
В телефонии этот принцип не работает. Каждое новое поколение оборудования интегрируется с предыдущими, дабы молодой человек со своего новейшего смартфона мог позвонить на деревню дедушке, в которой стоит древняя сельская АТС.
До недавнего времени в Москве сохранялось более 1.5 миллионов абонентов, подключенных к АТС координатного типа, построенных на аналоговых реле, регистрах и маркерах.
О том, как за 3 месяца 150 московских АТС удалось переключить в IP-сегмент, будет данная статья.
Немного истории или почему в телефонном номере 7 цифр
Некоторые связывают это с магией, приписывая семерке сакральный смысл. Кто-то говорит, что человека лучше всего запоминает последовательности до 7 знаков.
Но в действительности, это было определено в первой половине ХХ века, когда инженеры пришли к заключению, что оптимальная емкость городской АТС не должна превышать 10.000 номеров. В этом случае достигался оптимум стоимости коммутационного оборудования и кабельного хозяйства (медных абонентских и межстанционных линий).
В небольших городах была введена 5-значная нумерация: первая цифра – индекс АТС, потом номер тысячи, сотни, десятка и единицы для абонентской линии внутри этой АТС. При этом все АТС были связаны по принципу «каждая с каждой».
В более крупных городах стали вводить специальные Узлы входящей связи (УВС), определяющие районы. К таким УВС абоненты не подключались, они работали как транзит для приема входящих вызовов к Районной станции (РАТС), таким образом получилась 6-значная нумерация.
В самых больших городах были введены Узлы исходящей связи (УИС), которые аккумулировали исходящий телефонный трафик от АТС своего района и направляли его на нужные направления. Это сформировало 7-значную нумерацию.
Вся эта сложная система требовалась для того, чтобы уменьшить объемы закопанных в землю кабелей, и для увеличения загруженности межстанционных соединительных линий.
Аналоговые станции
До появления цифровых станций, вся коммутация строилась по принципу ступеней: на каждом этапе (ступени) искалась свободная линия в нужном направлении.
Первая ступень – АИ (абонентского искания) нужна для получения «ответа станции» и начала набора номера. Далее идут ступени группового искания: ГИ1, ГИ2, ГИ3 для поиска маршрута по первым цифрам номера к другим АТС или внутри данной АТС. Потом ступени CD и AB выполняют поиск самой телефонной линии вызываемого абонента по последним цифрам номера.
Первые АТС были построены с использованием декадно-шаговых искателей (которые искали свободные телефонные каналы в пучке линий). Декадные искатели, как не сложно догадаться, управлялись декадным (импульсным) набором с телефона. Такие станции появились в конце 1940х, но до сих пор работают в достаточном количестве на просторах нашей Родины. Даже в Москве и Санкт-Петербурге последние АТС-ДШ были демонтированы только в XXI веке.
Но все же их число не велико и постепенно сокращается, а вот наиболее популярных АТС координатного типа в России остается на порядок больше. И процесс их модернизации – реальная сложность в силу больших финансовых и временных затрат.
Модернизация
Замена аналоговой телефонной станции на цифровую, как правило, влечет за собой полный демонтаж существующей АТС, включая абонентский кросс и установку нового цифрового коммутатора. Процесс может занимать до месяца, а окупаемость превышать 20 лет, если станция расположена в спальном районе или сельской местности, где абоненты не используют дополнительные виды обслуживания (типа переадресации или конферц-связи).
Но сохранение пережитков прошлого века на сети так же, выливается для оператора в сонм проблем: поддержание работоспособности станции, которая занимает несколько этажей, требует оплаты электроэнергии, содержания штата специальных инженеров. Учет стоимости местных разговоров без применения дополнительного оборудования вообще не возможем (в СССР плата взымалась только за междугородние звонки). Кроме этого, продвинутые абоненты постепенно мигрируют к альтернативным и мобильным операторам.
В связи с этим, появилась задача дешевой и быстрой модернизации координатных АТС.
Для этого мы разработали комплекс Медиатор Плана Нумерации (МПН), который с одной стороны подключался к аналоговому оборудованию АТС, а с другой включался в сеть IP-телефонии, интегрируясь в современную иерархию NGN/IMS.
Мы воспользовались тем, что аналоговые АТС строятся по принципу ступеней. Когда абонент делает исходящий вызов, сразу после ступени абонентского искания (АИ) расположены Исходящие Шнуровые Комплекты (ИШК) – они генерируют «длинный гудок» и принимают набор номера. При входящей связи на абонента, перед АИ установлены Входящие Шнуровые Комплекты (ВШК) – через них происходит выбор абонента по последним трем цифрам номера, и они же формируют вызывное напряжение в абонентскую линию.
Вместо этих аналоговых модулей нами были установлены новые, но взаимодействующие со ступенью АИ по тем же многопроводным интерфейсам, имитируя старые ИШК и ВШК. Точно так же, новые модули генерируют «Ответ станции», принимают набор номера, посылают вызывной сигнал, но содержат внутри себя аналого-цифровой преобразователь, позволяющий передавать голос по цифровым каналам.
Сложность была в том, что обычно, цифровая АТС представляет собой набор телекоммуникационных плат, установленных в корзины. Для подключения линий, корзины набиваются соответствующими модулями плюс одна управляющая плата, как на рисунке ниже (управляющая плата — справа). Сигналы управления к модулям передаются по задней стенке корзины.
Типовая координатная АТС не такая компактная. Она состоит из множества двухметровых шкафов, расположенных в зале 300 кв. м. А интересующие нас шкафы с ИШК и ВШК равномерно распределены по этой площади и перспектива тащить кучи кабелей к единой корзине была не очень радужной.
В связи с этим, мы придумали отказаться от управления новыми модулями непосредственно через корзину. Цифровые ИШК и ВШК мы решили разместить прямо в шкафах аналоговой АТС, а сигналы управления передавать по цифровым TDM-трактам. Вместо сотен проводов от каждого шкафа потребовалось прокинуть только по одной двух-парке.
На фото приведен внешний вид обновленных модулей. Конструктив был разработан специально под установку в шкафы аналоговой станции. Выше и ниже модулей – еще не демонтированные аналоговые блоки.
Все ИШК и ВШК были подключены цифровыми трактами к управляющим платам ITG, которые из цифровых трактов с временным разделением каналов, осуществляют преобразование в IP. Модули ITG, кроме управления, выполняют функции медиа-шлюза, стыкующего TDM-сеть с IP-сетью.
Над всем этим расположена пара серверов, реализующих мониторинг и управление оборудованием МПН и взаимодействие с центральным коммутатором IP-сети (IMS-ядром). Они же выполняют функции пограничного контроллера сессий, чтобы одна АТС для ядра выглядела как единый маршрут. Схематично, оборудование МПН отмечено на рисунке синим цветом:
Немного подробностей
Не обошлось без совсем неожиданных сложностей. Первая – это определение номера абонента. При снятии трубки, абонент подключается к ИШК, причем к одному ИШК может выйти 2000 абонентов. Для определения номера, используется специальный блок АОН, который выдает цифры номера при получении тональной частоты 500 Гц. Раньше номер АОН запрашивался только при выходе на межгород, а для местных соединений он не требовался. Теперь же, все вызовы стали проходить через IMS-ядро и вызовы с номером «anonymous» стали недопустимы. Потребовалось провести очень кропотливую работу, как с нашей стороны, так и со стороны инженеров оборудования АОН для того, чтобы обеспечить 100%-ую распознаваемость сигналов. Сигналы, естественно, аналоговые, передаваемые многочастотным кодом.
Вторая сложность – это спаренные абоненты. Уникальное изобретение советских телефонистов, которое позволило подключить два телефона по одной медной паре. В этом случае, спаренные телефоны отличаются только номером тысячи или сотни. Сопряжение абонентов производится через диодную развязку. А для входящего вызова, вызывное напряжение поляризуется относительно либо провода «а», либо провода «б». Модернизация АТС не предполагала вмешательства в абонентский кросс, и нам пришлось реализовать работу с этим архаизмом, доработав решение на аппаратном и программном уровне. Были установлены блоки, поляризующие, при входящем вызове, звонковое напряжение относительно провода «а» или провода «б».
Третья сложность, или лучше сказать, задача – организация системы мониторинга и обслуживания. Плюс обучение обслуживающего персонала. Станционные инженеры, которые (под час) 20 лет проработали с аналоговыми модулями должны были научиться работать с «цифрой», понять базовые принципыTDM- и IP-телефонии. На это потребовалось около 1 месяца, даже было выпущено учебное пособие при участии СПбГУТ, но в результате, все прошло успешно.
Что получилось в итоге?
1. Большая часть аналогового оборудования в Москве была демонтирована. Транзитные узлы (УИС и УВС) демонтированы полностью.
2. За счет сохранения небольшой части аналогового оборудования, не потребовалось влезать в абонентский кросс, т.е. вместо того чтобы перепаивать 10.000 двухпроводок, нам надо было переключить стандартные колодки в 45 шкафах ИШК и ВШК.
3. Длительность переключения одной АТС на новую схему составляла в среднем 3 дня. 153 АТС в Москве были переключены примерно за 3 месяца.
4. Теперь все абоненты получили доступ к благам цифровой телефонии, включая DTMF-набор, цифровой АОН, дополнительные виды обслуживания и т.д.
5. Для оператора, аналоговые абоненты стали полностью цифровыми с возможностью формирования счетов, управлением услугами, включением/отключением по единым принципам из IMS-ядра.
6. Потребление электроэнергии упало. Число обслуживающего персонала снизилось. Отток абонентов уменьшился.
Вместо заключения
Выполненная модернизация, безусловно, является временной, поскольку сохраняет часть (хотя и небольшую) аналогового оборудования. Однако, является примечательным техническим решением, позволяющим решить важные тактические задачи и сосредоточиться на стратегических, таких как внедрение PON, которое теперь так активно внедряется в Москве.
Автор: Nikolia
