Јавна комутирана телефонска мрежа

Јавна комутирана телефонска мрежа (ЈКТМ) (|public switched telephone network, PSTN) - збир од светските телефонски мрежи со комутација на кола кои ги водат национални, регионални или локални оператори и кои обезбедуваат инфраструктура и услуги за јавните телекомуникациски услуги. ЈКТМ се состои од телефонски линии, оптички кабли, микробранови врски за пренос, клеточни мрежи, комуникациски сателити и подморски телефонски кабли, сите споени преку комутациски центри, со што се овозможува кој било телефон во светот да комуницира со кој било друг телефон.
Техничкото функционирање на ЈКТМ се заснова на стандардите воведени од МУТ-Т. Овие стандарди овозможуваат различните мрежи во различните земји да се поврзат. Стандардите Е.163 и Е.164 ја дефинираат единствената нумерација на телефонската мрежа. Комбинацијата од поврзаните мрежи и единствениот нумерациски план овозможуваат телефоните ширум светот да можат да се бираат меѓу себе.
1 Историја
Првите телефони не биле во мрежа туку биле поврзани во парови. Корисниците кои сакале да зборуваат со други луѓе требало да имаат толку телефони колку што сакале да бидат поврзани со други луѓе. Корисникот кој сакал да зборува со спротивната страна силно свирел во примопредавателот додека другата страна не слушнела.
Многу брзо, на телефонот му било додадено ѕвонче за сигнализирање, па било олеснето барањето за комуникација. Подоцна телефоните го искористиле принципот кој се користел во телеграфските централи, па така секој телефон бил поврзан до локалната телефонска централа, а пак овие од своја страна меѓусебно биле поврзани со преносници. Мрежите биле поврзани на хиерархиски начин.
1.1 Мануелни централи
Првата телефонска централа е пуштена во работа во 1878 година во Њу Хејвен, Конектикат, САД. Почетните телефонски централи биле мануелни, поврзувањето меѓу корисниците го вршеле оператори наречени телефонисти. За да оствари повик корисникот ѕвонел од својот телефон што давало индикација на мануелната централа (паѓала метална плочка, наречена клапна, кај телефонистот), телефонистот се јавувал, а корисникот му соопштувал со кого сака да оствари телефонска врска. Телефонистот истото го остварувал со рачно преспојување со посебни гајтани на повикувачот до повиканиот. Мануелниот начин на остварување на врските изискувал голема работна сила а со тоа и големи трошоци за истата, долго време на воспоставување на врските, ја нарушувал приватноста на разговорите, и тешко можел да се справи со нараснатиот телефонски сообраќај, па се истражувале начини за автоматизација на овој процес.
1.2 Автоматски централи
1.2.1 Електромеханички централи
Првата автоматска телефонска централа била конструирана со бирачи „чекор по чекор“ според патентот на Страуџер и била пуштена во работа во 1892 година во Ла Порт, САД. Во Македонија првите автоматски телефонски централи се пуштени во сообраќај во 1940 година во Скопје и Куманово.
Одлика на првите централи по системот „чекор по чекор“ е принципот на директно управување, односно органите во телефонската централа ги управувал корисникот директно од телефонскиот апарат. Со воведување на централизиран орган „регистер“, чија основна функција е да ги складира сигналите за адресирање, и „маркер“ чија функција е да воспостави пат, управувањето е подобрено.
Во 1919 година шведските инженери Бетуландер и Полмгрен го патентирале координатниот бирач познат и како кросбар бирач, кој иако и понатаму бил електромеханички склоп, имал значително подобрени перформанси во однос на другите електромеханички бирачи. Истиот почнува масовно да се користи дури во четириесеттите години на XX век и попознати централи кои користеле координатни бирачи биле АРФ на Ериксон, Пентаконта на ИТТ, No1 на АТ&Т. Во Македонија биле во употреба системите АРФ и Искра58. Истите се задржале во употреба до почетокот на XXI век.
1.2.2 Полуелектронски централи
Појавата на транзисторот и развојот на сметачите довеле до развој на програмски управуваните комутациски системи. Првата програмски управувана централа била пуштена во 1964 година во Саксони, Њу Џерси, САД од компанијата АТ&Т. Во Македонија беа во употреба програмски управувани комутациски системи од типовите Метаконта и AXE и беа воведени во седумдесеттите и почетокот на осумдесеттите години.
1.2.3 Дигитални централи
Следната генерација на телефонски централи се базирале на принципот на дигитален пренос врз основа на импулсно-кодната модулација дефиниран во1937 година од Ривс. Првата дигитална централа била пуштена во сообраќај во 1970 година во Перос-Гирек, Бретања, Франција, а во Македонија дигитални централи се воведени на почетокот на деведесеттите години на XX век. Истите биле од типовите EWSD на Сименс и Е10 на Алкател. Истите беа во употреба до јануари 2014 година
1.3 Нумерација
Како предуслов на автоматизацијата била воведена нумерација на корисниците, односно на секој корисник му е доделен еден единствен број во рамките на централата наречен „претплатнички број“. Со автоматизацијата во меѓумесниот сообраќај биле воведени „преноснички кодови“ за одредени географски подрачја, па повикувачот кога сака да избере претплатник во друго нумерациско подрачје, пред да го избере претплатничкиот број на повиканиот, треба да ја избере претставката за меѓумесно бирање и преносничкиот код на нумерациското подрачје на кое му припаѓа истиот. Националните планови за нумерација ги регулираат структурата, должината и намената на броевите за пристап до јавните телефонски мрежи и телефонски услуги. начините на бирање, доделување на броевите. Во Македонија Планот за нумерација на јавните комуникациски мрежи и услуги на Република Македонија е во надлежност на Агенцијата за електронски комуникации (АЕК).
Во автоматско одвивање на меѓународниот телефонски сообраќај доделени се „кодови на држави“, а секоја држава во својот национален план определува претставка за меѓународно бирање. Во Македонија меѓународната претставка е 00. Препораките Е.164 на Меѓународната унија за телекомуникации (МУТ) ги даваат структурата и функциите на броевите, нивната географска распределба, глобалните услуги, мрежите и ресурси за испробување.
1.4 Сигнализација
Автоматизацијата вовела импулсно (декадно) бирање како од претплатниците до централата, така и меѓу централите. Подоцна биле развиени побрзи и посигурни системи за сигнализација како што била мултифреквенциската сигнализација (DTMF, Y, R2), за да на крајот од XX век се стигне до SS7 сигнализацијата.
1.5 Димензионирање на телефонскиот сообраќај
Растот на ЈКТМ довело до потреба од воведување на техники за димензионирање на телефонскиот сообраќај за да им се гарантира на корисниците одреден квалитет на услугата. А. К. Ерланг ги создал математичките основи на методите потребни за да се одредат капацитивните барања и конфигурација на опремата за да се испорача специфицираното ниво на услуга
1.6 Пакетски мрежи
Во седумдесеттите години телекомуникациската индустрија почна да имплементира пакетска комутирана мрежа за податочни услуги користејќи го протоколот X.25 , при што како транспорт во голема мера се користеше опрема која веќе се користеше за ЈКТМ.
1.7 Дигитална мрежа на широкопојасни интегрирани услуги
Во осумдесеттите години индустријата почна да планира дигитални услуги со претпоставка дека во голема истите ќе го следат урнекот на говорните услуги, и беше конципирана визија за услуги од крај до крај со комутација на кола, познати како Дигитална мрежа на широкопојасни интегрирани услуги (B-ISDN, Broadband Integrated Digital Network). Визијата на Дигитална мрежа на широкопојасни интегрирани услуги беше надмината со семрежната технологија.
1.8 Претплатничка мрежа
На преминот на XXI век, најстарите делови на телефонската мрежа сè уште користат аналогна технологија за последниот дел (локалната јамка) на крајниот корисник.
Дигиталните услуги сè повеќе стигнуваат до крајните корисници користејќи ДПЛ, Оптика до домот, кабелски модеми и др.
2 Оператори
Мрежните оператори ја имаат задачата за градење на мрежите и продажба на услугите на корисниците.
Во одредени земји, оваа улога ја имала владата со оглед дека потребната инвестиција била многу голема и обезбедувањето на телефонската услуга станувала битна јавна услуга. Во последните децении овие државни монополи се разбиени или продадени преку приватизација.
3 Регулатива
Во најголемиот број земји, владата има регулатор кој го надгледува обезбедувањето на ЈКТМ услугите во земјата. Нивните задачи варираат во зависност од тоа дали во конкретната земја постои монопол или во игра се повеќе оператори.
Во Македонија Агенцијата за електронски комуникации (АЕК) е независен регулатор на пазарите за електронски комуникации.
4 Технологија
4.1 Мрежна топологија
Во текот на годините мрежната архитектура на ЈКТМ мораше да еволуира за да го поддржи растечкиот број на претплатници, повици, врски меѓу земји, директно бирање, итн.
Оригиналниот концепт бил телефонските централи да се подредени во хиерархии, така што ако повикот не може да се реализира локално тој се проследува на повисоко ниво. На овој начин се ограничува потребниот број на преносници за поврзување меѓу централите и го одделува локалниот сообраќај.
Во модерните мрежи трошокот за опрема и пренос е помал и иако хиерархиите сè уште постојат, истите се многу порамни, најчесто со две нивоа.
Во Македонија постоеја четири нивоа на хиерархија: ниво на крајна централа, ниво на јазолна централа, ниво на главна централа, ниво на транзитна централа и ниво на меѓународна централа. Со воведувањето на дигиталните централи на ниво на главна централа во средината на деведесеттите години, со нивните можности за исфрлање на оддалечени степени со широк капацитивен дијапазон, нивоата на крајните и јазолните централи се надминаа.
4.2 Дигитални канали
Најголемиот број на телефонски централи на почетокот на XXI век користеа дигитална комутација наместо механичка или аналогна. Преносниците кои ги поврзуваа централите исто така се дигитални, наречени кола или канали. Сепак аналогните двожични кола сè уште се користат за да се поврзе последниот дел од централата до телефонот во домот (познат и како локална јамка). За реализација на типичен телефонски повик од повикувачот до повиканиот, аналогниот аудио сигнал се дигитизира со земање одбироци со брзина од 8 kHz со 8-битна резолуција користејќи посебен вид на нелинеарна импулсно-кодна модулација позната како G.711. Потоа повикот се пренесува од едниот до другиот крај преку телефонските централи. Повикот се комутира користејќи сигнален протокол (вообичаено ISUP) меѓу телефонските централи според одредена стратегија на насочување.
Повикот се пренесува низ ЈКТМ користејќи 64 kbit/s канал кој оригинално дизајниран од лабораториите Бел. Овој канал е основната гранула на комутацијата на колона во телефонските централи. Овој канал е познат и како временски исечок бидејќи истиот се агрегира во опрема за мултиплексирање со временска распределба (МВР) за да се формираат комуникациски врски со поголем капацитет.
Следното повисоко ниво е Е1 колото кое носи 32 64 kbit/s канали (24 според американските стандарди). Во модерните мрежи, функцијата на мултиплексирање се доближува што е можно поблиску до крајниот корисник.
Овие кола се пренесуваат од првичниот мултиплексер до централата преку опрема која е дел од пристапната мрежа. Пристапната мрежа и преносот меѓу централите користат технологија на синхрон оптички пренос, на пример Синхрона дигитална хиерархија (СДХ), иако некаде може да биде затекната и постарата технологија на плезиохрона дигитална хиерархија (ПДХ).
5 Влијание на ИП стандардите
Квалитетот на говорот преку мрежите на ЈКТМ беше користен како референтно ниво за развој на стандардите за квалитетот на говорот за препораките за ИП телефонија, да се определат прифатливи нивоа на доцнење и ехо на говорот.