Английское существительное «communication» переводится как «связь», а «telecommunication» означает средство общения, то есть обмен информацией на расстоянии.

Термин «телефония» первоначально употреблялся применительно к системам электросвязи, ориентируясь на передачу речевой информации в реальном масштабе времени. В процессе эволюции телефонная сеть стала составной частью инфраструктуры цифровых телекоммуникаций, в которой речь - лишь один из типов передаваемой информации.

Термин «коммутация» (switching) означает «включение/отключение». Сектор стандартизации международного союза электросвязи МСЭ-Т (ITU-T) определил коммутацию, как «соединение одного определенного из множества входов системы с одним определенным из множества ее выходов, организуемое на время, необходимое для обмена информацией между ними». Это определение относится к технологии коммутация каналов.

В технологии «коммутация каналов» различают однокоординатную и многокоординатную коммутацию. При однокоординатной коммутации соединительные линии в некоторой системе отделены друг от друга по одному разделительному признаку: время; пространство, частота, комбинация частот.

При многокоординатной коммутации используются два и более разделительных признака.

 Коммутация каналов  подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами ( узлы коммутации-УК).

При использовании технологии КК выполняются два основных требования:

- время установления соединения должно быть существенно меньше сеанса связи;

- задержка при передаче информации должна быть минимальной (это-«диалоговые сети»).

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал между абонентами, для чего в сеть передается адрес вызываемого абонента. Этот адрес проходит через УК и настраивает их на последующую передачу данных.

Так как УК, а также соединяющие их каналы, должны обеспечить одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов, то в сетях, использующих технологию коммутации каналов, применяют технику мультиплексирования абонентских каналов.

В настоящее время используются две техники КК:

- техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing – FDM);

- техника мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing - TDM).

Коммутация каналов может быть аналоговой и цифровой. При аналоговой коммутации между конечными точками коммутируемого канала сигнал передается в аналоговом виде. При цифровой коммутации соединение устанавливается при помощи определенных операций над цифровыми сигналами.

При коммутации пакетов (КП) все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами.

Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов сети с коммутацией каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

Обе технологии коммутации используются при решении проблемы передачи информации на расстояние, к чему всегда стремилось человечество. Для этого сначала использовались сигнальные костры. Кроме оптической сигнализации применялась и звуковая: деревянные барабаны, выстрелы из ружей и пушек. Позже изобрели голубиную почту и фельдъегерскую связь.

Первая попытка создать прибор для передачи звуков на расстояние была предпринята Иоганном Филиппом Рейсом в 1861 г. Именно он ввел термин «телефон» и наглядно продемонстрировал возможность переносить тональные сигналы на расстояние с помощью электрического тока. Однако, его разработка не получила широкого распространения из-за технического несовершенства.

15 лет спустя, 14 февраля 1876 г. Александр Грехем Белл зарегистрировал патент «Усовершенствования в телеграфии».

В 1878 г. был изобретен стержневой угольный микрофон. В США в г. Нью–Хевен (Коннектикут), начала действовать первая телефонная станция. Это был ручной коммутатор, который стоил 28,5 долларов и обслуживал 21 абонента. Через 12 лет общее количество телефонов в США достигало 233 тысячи.

Не остались в стороне от изобретений в области телефонии и русские инженеры и техники: П.М.Голубицкий усовершенствовал микрофон с угольным порошком, предложил способ питания микрофонов от центральной батареи и ввел в схему телефонного аппарата конденсатор для разделения цепей переменного и постоянного тока.

В 1882 г. в Москве была построена первая телефонная станция. В нее было включено всего лишь 26 телефонных аппаратов.

1 апреля 1886 г. в Киеве была введена в эксплуатацию первая станция на 60 номеров, смонтированная Главным управлением почт и телеграфа. Уже к 1890 г. в 95 городах России действовали телефонные станции.

В 1887 г. инженер К.М. Мостицкий разработал АТС малой емкости.

Алман Строуджер изобрел автоматический телефонный коммутатор декадно-шагового типа, емкостью 99 абонентов. Он также запатентовал это изобретение на имя основанной им же в 1892 г. компании Strowger Automatic Telephone Exchange Company.

В 1892 г. в г. Лапорт (США) была построена первая АТС, в которой в качестве коммутационных приборов использовались искатели - подъемно-вращательные движения щеток, декадно-шаговые искатели (ДШИ).

АТС с ДШИ получили развитие в станциях машинной системы, где использовались искатели на 300-500 линий. В 1896 г. Строуджер изобрел телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем. До 1906 г. телефонные сети были 100% ручные.

Начиная с примитивных устройств, коммутационная техника развивалась быстрыми темпами. И уже в 1916 г. центральная московская телефонная сеть имела емкость 60 000 номеров.

Следующим шагом в развитии коммутационной техники стало создание АТС, где в качестве коммутационных приборов использовались многократные координатные соединители (МКС): АТСК, АТСК-У, АТСК-100/2000, АТСК-50/200. Для управления соединениями применялись общие релейные устройства: маркеры и регистры. Поэтому АТС данного типа называются системами коммутации с косвенным или регистровым управлением. ДШ АТС являются системами коммутации с непосредственным управлением, так как импульсы набора номера с телефонного аппарата абонента поступают непосредственно в соответствующие коммутационные приборы станции.

1960 -1965 г. в США появились первые квазиэлектронные АТС (КЭ АТС), в которых коммутация разговорного тракта осуществлялась быстродействующими электромеханическими преобразователями (герконами, ферридами и построенными на них соединителями), а устройства управления были выполнены на основе электронных устройств.

Управляющие устройства в станциях данного типа представляли собой специализированные электронные управляющие машины (ЭУМ). То есть КЭ АТС являются станциями с программным управлением. На телефонных сетях России использовались следующие системы данного типа: КЭ АТС «Квант», КЭ АМТС «Кварц», КЭ АТС «Исток».

Перечисленные системы коммутации являются аналоговыми, так как в их коммутационном поле выполняется только пространственная коммутация аналоговых сигналов. Широкого развития КЭ АТС не получили, т.к. в 80-е гг. ХХ века появились ЦСП и ЦСК, что позволило осуществить передачу телефонных сигналов в цифровом виде.

В 1970 г. в Ланьоне (Франция) была установлена первая цифровая АТС, являвшаяся европейской разработкой (Е10). В настоящее время на телефонных сетях России действуют следующие ЦСК: EWSD, Alcatel 1000S12, 5ESS, SI-2000, АЛС, АХЕ-10 и т.д.

Существенным преимуществом цифровых систем коммутации (ЦСК) перед аналоговыми является возможность передавать, коммутировать и обрабатывать электрические сигналы различных видов связи (телефонные, телеграфные, передачи данных и т.д.) одним и тем же цифровым способом.

Таким образом, эволюцию систем коммутации можно представить структурной схемой, показанной на рис. 1.1.

Рис. 1.1 - Эволюция систем коммутации

Сеть электросвязи (ЭС) - представляет собой совокупность технических средств, предназначенных для передачи/приёма одного или нескольких видов сообщений: телефонных, телеграфных, факсимильных, данных и других видов документальных сообщений, включая обмен информацией между ЭВМ, телевизионное, звуковое и иные виды радио- и проводного вещания.  

В настоящее время в сетях электросвязи используются три среды передачи:

- медный (металлический) кабель, по которому сигнал передается при помощи электрического тока;

- радиоэфир: сигнал передается в виде электромагнитной волны;

- оптоволоконный кабель: сигнал передается в виде оптической (световой) волны.

Простейшие схемы сетей связи между пользователями показаны на рис.1.2 -рис.1.4. Недостатком схемы, представленной на рис. 1.2, является возможность связи только двух пользователей через одну среду передачи.

Рис.1.2 - Схема сети связи при соединении двух пользователей

Этот недостаток устранили системы передачи (системы уплотнения), позволившие разделить общий ресурс среды передачи(частоту, время, пространство) между несколькими пользователями. 

Рис. 1.3 - Схема сети связи при соединении нескольких пользователей

Главный недостаток такой схемы - необходимость создания большого числа каналов связи в среде передачи. Например, необходимое число каналов для связи между любой парой пользователей в соответствии с формулой:

V= N·(N-1)/2 ,                                                 (1.1)

где N - число пользователей сети электросвязи,

при N= 100 составит 4950 каналов.

Этот недостаток позволило преодолеть создание систем коммутации, которые дали возможность использовать ресурсы среды передачи для связи двух пользователей только в течение сеанса связи. В остальное время данный ресурс может использоваться другими пользователями.

Рис. 1.4 - Схема сети для коммутируемой связи нескольких пользователей

Таким образом, сеть связи можно представить в виде следующей условной схемы:

Сеть связи = среда передачи(СрП) + системы передачи(СП) +

+ системы коммутации (СК).

Принципы построения ЕСЭ РФ

Классификация сетей, входящих в состав единой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ), приведена на рис. 1.5.

Рис. 1.5 - Классификация сетей, входящих в состав ЕСЭ РФ

Классификация сетей по категориям:

- сети общего пользования предоставляют услуги без ограничения любым пользователям;

- сети ограниченного пользования:

а) технологические сети (ведомственные, корпоративные сети);

б) сети специального назначения (для управления, нужд обороны, нужд МЧС);

в) выделенные сети связи (не имеют выхода на сеть связи общего пользования).

Классификация сетей по функциональным признакам (рис. 1.6):

- транспортные сети;

- сети доступа.

Транспортные сеть связи обеспечивает передачу информации в едином виде и включает в себя междугородную(магистральную) и зоновые(региональные) сети связи.

Рис. 1.6 - Разделение сетей по функциональному назначению

Сеть доступа обеспечивает унифицированное подключение различных абонентских терминалов к единой транспортной сети и состоит из абонентских линий (на металлических или оптических кабелях или радиоканалах) с подключенными к ним абонентскими оконечными устройствами местных станций коммутации, соединяющих их линий передачи и линий передачи к узлам транспортной сети. Сеть доступа является местной сетью.

По территориальному признаку и назначению первичные и вторичные сети подразделяются на магистральную (междугородную - для вторичных сетей), внутризоновые (зоновые) и местные сети, а также международные сети.

Магистральные, внутризоновые и часть местных цифровых наложенных первичных сетей являются основой транспортной цифровой сети связи РФ. Местные и первичные сети на участке «местный узел - оконечное устройство» являются сетью доступа (рис. 1.7).

Рис. 1.7 - Транспортная сеть и сеть доступа на ЕСЭ РФ