Öffentliches Fernsprechwählnetz - Public switched telephone network

Das öffentliche Telefonnetz ( PSTN ) stellt Infrastruktur und Dienste für die öffentliche Telekommunikation bereit . Das PSTN ist die Gesamtheit der leitungsvermittelten Telefonnetze der Welt , die von nationalen, regionalen oder lokalen Telefonanbietern betrieben werden. Diese bestehen aus Telefonleitungen , Glasfaserkabeln , Mikrowellenübertragungsverbindungen , Mobilfunknetzen , Kommunikationssatelliten und Unterwassertelefonkabeln , die alle durch Vermittlungsstellen miteinander verbunden sind, die es den meisten Telefonen ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.

Ursprünglich ein Netz von analogen Festnetztelefonsystemen , ist das PSTN heute in seinem Kernnetz fast vollständig digital und umfasst Mobilfunk- und andere Netze sowie Festnetztelefone.

Der technische Betrieb des PSTN entspricht den von der ITU-T erstellten Standards . Diese Standards ermöglichen eine nahtlose Verbindung verschiedener Netzwerke in verschiedenen Ländern. Die Standards E.163 und E.164 bieten einen einzigen globalen Adressraum für Telefonnummern . Die Kombination der miteinander verbundenen Netze und des einheitlichen Nummerierungsplans ermöglichen es Telefonen auf der ganzen Welt, sich gegenseitig anzuwählen.

Geschichte

Die Kommerzialisierung des Telefons begann 1876 mit paarweise betriebenen Instrumenten für den privaten Gebrauch zwischen zwei Standorten. Benutzer, die mit Personen an mehreren Standorten kommunizieren wollten, hatten dafür so viele Telefone wie nötig. Das Alarmieren eines anderen Benutzers über den Wunsch, einen Telefonanruf aufzubauen , wurde durch ein lautes Pfeifen in den Sender erreicht, bis der andere Teilnehmer den Alarm hörte. Bald wurden den Stationen Glocken zur Signalisierung hinzugefügt , so dass ein Wärter nicht mehr auf das Pfeifen warten musste.

Spätere Telefone machten sich das Vermittlungsprinzip zunutze, das bereits in Telegrafennetzen verwendet wurde. Jedes Telefon war mit einer Telefonzentrale verbunden, die für eine Stadt oder ein Gebiet eingerichtet wurde. Für die Kommunikation außerhalb dieser Austauschfläche, Stämme wurden zwischen den Börsen installiert. Netzwerke wurden hierarchisch aufgebaut, bis sie Städte, Länder, Kontinente und Ozeane umfassten.

Die Automatisierung führte die Impulswahl zwischen dem Telefon und der Vermittlungsstelle ein, so dass jeder Teilnehmer direkt einen anderen Teilnehmer wählen konnte, der mit derselben Vermittlungsstelle verbunden war, aber Ferngespräche über mehrere Vermittlungsstellen erforderten eine manuelle Umschaltung durch die Operatoren. Später ermöglichte eine ausgeklügeltere Adresssignalisierung, einschließlich Mehrfrequenz- Signalisierungsverfahren, Direktwahl-Ferngespräche durch Teilnehmer, die im Signaling System 7 (SS7)-Netzwerk gipfelten, das bis zum Ende des 20. Jahrhunderts Anrufe zwischen den meisten Vermittlungsstellen steuerte.

Das Wachstum des PSTN erforderte den Einsatz von Teletraffic Engineering- Techniken, um den Benutzern die Servicequalität (QoS) zu garantieren. Die Arbeit von AK Erlang hat die mathematischen Grundlagen für Methoden geschaffen, die erforderlich sind, um den Kapazitätsbedarf und die Konfiguration von Geräten und die Anzahl des Personals zu bestimmen, die für die Erbringung eines bestimmten Servicelevels erforderlich ist.

In den 1970er Jahren begann die Telekommunikationsindustrie mit der Implementierung von paketvermittelten Netzwerkdatendiensten unter Verwendung des X.25- Protokolls, das über einen Großteil der End-to-End-Ausrüstung transportiert wurde, wie sie bereits im PSTN verwendet wurde.

In den 1980er Jahren begann die Branche mit der Planung digitaler Dienste unter der Annahme, dass sie weitgehend dem gleichen Muster wie Sprachdienste folgen würden, und konzipierte durchgängige leitungsvermittelte Dienste, die als Broadband Integrated Services Digital Network (B-ISDN) bekannt sind. Die Vision von B-ISDN wurde von der disruptiven Technologie des Internets überholt .

An der Wende des 21. Jahrhunderts, die ältesten Teile des Telefonnetzes verwenden immer noch analoge Technologie für die letzte Meile Schleife um die Endbenutzer. Allerdings sind in diesem Teil des Netzwerks digitale Technologien wie DSL , ISDN , FTTx und Kabelmodems verbreiteter geworden.

Mehrere große private Telefonnetze sind normalerweise für militärische Zwecke nicht an das PSTN angeschlossen. Es gibt auch private Netze, die von großen Unternehmen betrieben werden und die nur über begrenzte Gateways mit dem PSTN verbunden sind , wie z. B. eine große private Nebenstellenanlage (PBX).

Betreiber

Den Netzbetreibern oblag der Aufbau der Netze und der Verkauf von Dienstleistungen an die Kunden . Das erste Unternehmen, das gegründet wurde, um PSTN-Dienste anzubieten, war die Bell Telephone Company in den Vereinigten Staaten.

In einigen Ländern fiel die Bereitstellung von Telefonnetzen jedoch der Regierung zu, da die erforderlichen Investitionen sehr hoch waren und die Bereitstellung von Telefondiensten zunehmend zu einem wesentlichen öffentlichen Versorgungsunternehmen wurde . So hat beispielsweise das General Post Office im Vereinigten Königreich eine Reihe von Privatunternehmen zu einem einzigen verstaatlichten Unternehmen zusammengeschlossen . In den letzten Jahrzehnten wurden diese staatlichen Monopole aufgebrochen oder durch Privatisierung verkauft .

Verordnung

In den meisten Ländern verfügt die Zentrale über eine Regulierungsbehörde , die die Bereitstellung von PSTN-Diensten in diesem Land überwacht. Ihre Aufgaben können beispielsweise darin bestehen, sicherzustellen, dass Endkunden für Dienste, bei denen möglicherweise Monopole bestehen, keine zu hohen Gebühren zahlen. Diese Regulierungsbehörden können auch die Preise regulieren, die zwischen den Betreibern erhoben werden, um den Verkehr des anderen zu befördern .

Technologie

Netzwerktopologie

Die PSTN-Netzwerkarchitektur musste sich im Laufe der Jahre weiterentwickeln, um eine steigende Anzahl von Teilnehmern, Anrufen, Verbindungen in andere Länder, Direktwahl usw. zu unterstützen. Das von den Vereinigten Staaten und Kanada entwickelte Modell wurde von anderen Nationen mit Anpassungen für lokale Märkte übernommen.

Das ursprüngliche Konzept bestand darin, dass die Telefonzentralen in Hierarchien angeordnet sind, sodass, wenn ein Anruf nicht in einem lokalen Cluster bearbeitet werden kann, er zur Weiterleitung an einen höher gelegenen weitergeleitet wird. Dies reduzierte die Anzahl der erforderlichen Verbindungsleitungen zwischen den Betreibern über große Entfernungen und hielt auch den lokalen Verkehr getrennt.

In modernen Netzen sind die Übertragungs- und Ausrüstungskosten jedoch niedriger und obwohl es noch Hierarchien gibt, sind diese viel flacher, mit vielleicht nur zwei Schichten.

Digitale Kanäle

Die meisten automatisierten Telefonvermittlungen verwenden digitale Vermittlung statt mechanischer oder analoger Vermittlung. Die Leitungen, die die Vermittlungsstellen verbinden, sind ebenfalls digital und werden als Leitungen oder Kanäle bezeichnet. Für die Verbindung der letzten Meile von der Vermittlungsstelle zum Telefon im Haus (auch Teilnehmeranschluss genannt ) werden jedoch nach wie vor analoge Zweidrahtleitungen verwendet . Um einen typischen Telefonanruf von einem Anrufer zu einem Angerufenen zu übertragen , wird das analoge Audiosignal mit einer Abtastrate von 8 kHz mit 8-Bit-Auflösung unter Verwendung einer speziellen Art der nichtlinearen Pulscodemodulation, bekannt als G.711, digitalisiert . Der Anruf wird dann über Telefonzentralen von einem Ende zum anderen übertragen. Der Anruf wird geschaltet , um ein Rufaufbau - Protokoll verwendet ( in der Regel ISUP ) zwischen den Telefonvermittlungsstellen unter einer Gesamt Routing - Strategie .

Der Anruf wird über das PSTN mit einem 64- kbit/s- Kanal übertragen, der ursprünglich von Bell Labs entwickelt wurde . Der Name dieses Kanals lautet Digital Signal 0 (DS0). Die DS0-Schaltung ist die grundlegende Granularität der Leitungsvermittlung in einer Telefonzentrale. Ein DS0 wird auch als Zeitschlitz bezeichnet, da DS0s in Zeitmultiplex- (TDM) -Geräten zusammengefasst werden , um Kommunikationsverbindungen mit höherer Kapazität zu bilden.

Eine Digital Signal 1 (DS1)-Schaltung trägt 24 DS0s auf einer nordamerikanischen oder japanischen T- Carrier-(T1)-Leitung oder 32 DS0s (30 für Anrufe plus zwei für Framing und Signalisierung) auf einer E-Carrier (E1) -Leitung , die in . verwendet wird die meisten anderen Länder. In modernen Netzen wird die Multiplexing-Funktion so nah wie möglich an den Endverbraucher verlegt, meist in Schränke am Straßenrand in Wohngebieten oder in große Geschäftsräume.

Diese aggregierten Schaltungen werden vom anfänglichen Multiplexer über eine Gruppe von Geräten, die kollektiv als Zugangsnetz bekannt ist, an die Vermittlungsstelle übermittelt . Das Zugangsnetz und der Verkehr zwischen Vermittlungsstellen verwenden eine synchrone optische Übertragung, beispielsweise SONET- und Synchronous Digital Hierarchy (SDH)-Technologien, obwohl einige Teile noch die ältere PDH- Technologie verwenden.

Innerhalb des Zugangsnetzes sind eine Reihe von Referenzpunkten definiert. Die meisten davon sind hauptsächlich für ISDN von Interesse, aber einer – der V-Referenzpunkt – ist von allgemeinem Interesse. Dies ist der Bezugspunkt zwischen einem primären Multiplexer und einer Vermittlungsstelle. Die Protokolle an diesem Bezugspunkt wurden in ETSI- Bereichen als V5-Schnittstelle standardisiert .

Auswirkungen auf IP-Standards

Die Sprachqualität über PSTN-Netzwerke wurde als Maßstab für die Entwicklung des TIA-TSB-116-Standards der Telecommunications Industry Association für Sprachqualitätsempfehlungen für IP-Telefonie verwendet, um akzeptable Pegel von Audioverzögerung und Echo zu bestimmen.

Siehe auch

Verweise