Öffentliches Fernsprechwählnetz

Das öffentliche Telefonnetz ( PSTN ) bietet Infrastruktur und Dienste für die öffentliche Telekommunikation . Das öffentliche Telefonnetz ist das Aggregat der weltweit leitungsvermittelten Telefonnetze , die von nationalen, regionalen oder lokalen Telefonisten 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 öffentliche Telefonnetz in seinem Kernnetz fast vollständig digital und umfasst Mobilfunk- ^[1] und andere Netze sowie Festnetztelefone. ^[1]

Der technische Betrieb des öffentlichen Telefonnetzes entspricht den von der ITU-T festgelegten Standards . Diese Standards ermöglichen es verschiedenen Netzwerken in verschiedenen Ländern, nahtlos miteinander zu verbinden. Die Standards E.163 und E.164 bieten einen einzigen globalen Adressraum für Telefonnummern. Durch die Kombination der miteinander verbundenen Netzwerke und des einheitlichen Nummerierungsplans können sich Telefone auf der ganzen Welt gegenseitig wählen.

Die Kommerzialisierung des Telefons begann 1876 mit Instrumenten, die paarweise für den privaten Gebrauch zwischen zwei Standorten betrieben wurden. Benutzer, die mit Personen an mehreren Standorten kommunizieren wollten, verfügten über so viele Telefone, wie für diesen Zweck erforderlich waren. Das Benachrichtigen eines anderen Benutzers über den Wunsch, einen Telefonanruf zu tätigen, wurde erreicht, indem laut in den Sender gepfiffen wurde, bis der andere Teilnehmer den Alarm hörte. Bald wurden den Stationen Glocken zur Signalisierung hinzugefügt , sodass ein Begleiter nicht mehr auf das Pfeifen warten musste.

Spätere Telefone nutzten das Austauschprinzip, das bereits in Telegraphennetzen angewendet wurde. Jedes Telefon wurde an eine Telefonzentrale angeschlossen, die für eine Stadt oder ein Gebiet eingerichtet wurde. Für die Kommunikation außerhalb dieser Austauschfläche, Stämme wurden zwischen den Börsen installiert. Netzwerke wurden hierarchisch gestaltet, bis sie sich über Städte, Länder, Kontinente und Ozeane erstreckten.

Durch die Automatisierung wurde die Impulswahl zwischen dem Telefon und der Vermittlungsstelle eingeführt, sodass jeder Teilnehmer direkt einen anderen Teilnehmer wählen konnte, der mit derselben Vermittlungsstelle verbunden war. Ferngespräche über mehrere Vermittlungsstellen erforderten jedoch eine manuelle Umschaltung durch die Betreiber. Später ermöglichte eine ausgefeiltere Adressensignalisierung, einschließlich Mehrfrequenzsignalisierungsmethoden , direkt gewählte Ferngespräche durch Teilnehmer, die bis zum Ende des 20. Jahrhunderts im SS7-Netzwerk ( Signaling System 7 ) gipfelten , das die Anrufe zwischen den meisten Vermittlungsstellen kontrollierte.

Das Wachstum des öffentlichen Telefonnetzes bedeutete, dass Teletraffic Engineering- Techniken eingesetzt werden mussten, um den Benutzern QoS-Garantien ( Quality of Service ) zu bieten . Die Arbeit von AK Erlang legte die mathematischen Grundlagen der Methoden fest, die zur Bestimmung der Kapazitätsanforderungen und der Konfiguration der Ausrüstung sowie der Anzahl der Mitarbeiter erforderlich sind, die für die Erbringung eines bestimmten Servicelevels erforderlich sind.

In den 1970er Jahren begann die Telekommunikationsbranche mit der Implementierung paketvermittelter Netzwerkdatendienste unter Verwendung des X.25- Protokolls, das über einen Großteil der End-to-End-Geräte transportiert wurde, wie sie bereits im öffentlichen Telefonnetz verwendet wurden.

In den 1980er Jahren begann die Branche mit der Planung digitaler Dienste unter der Annahme, dass sie weitgehend dem Muster von Sprachdiensten folgen würden, und konzipierte leitungsvermittelte End-to-End-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. Digitale Technologien wie DSL , ISDN , FTTx und Kabelmodems sind in diesem Teil des Netzwerks jedoch häufiger geworden.

Einige große private Telefonnetze sind normalerweise aus militärischen Gründen nicht mit dem öffentlichen Telefonnetz verbunden. Es gibt auch private Netzwerke, die von großen Unternehmen betrieben werden und nur über begrenzte Gateways mit dem öffentlichen Telefonnetz verbunden sind , z. B. eine große Nebenstellenanlage (PBX).

Die Aufgabe, die Netze aufzubauen und Dienstleistungen an Kunden zu verkaufen, lag bei den Netzbetreibern . Das erste Unternehmen, das zur Erbringung von PSTN-Diensten gegründet wurde, war die Bell Telephone Company in den USA.

In einigen Ländern fiel die Aufgabe der 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 . Beispielsweise hat das General Post Office im Vereinigten Königreich eine Reihe privater Unternehmen zu einer einzigen verstaatlichten Gesellschaft zusammengeführt . In den letzten Jahrzehnten wurden diese staatlichen Monopole durch Privatisierung aufgelöst oder verkauft . ^{[ Klarstellung erforderlich ] [ Zitieren erforderlich ]}

In den meisten Ländern verfügt die Zentrale über eine Regulierungsbehörde, die sich mit der Überwachung der Bereitstellung von PSTN-Diensten in diesem Land befasst. Ihre Aufgabe kann beispielsweise darin bestehen, sicherzustellen, dass Endkunden für Dienstleistungen, bei denen möglicherweise Monopole bestehen, nicht überfordert werden. Diese Aufsichtsbehörden können auch die Preise regeln, die zwischen den Betreibern für die gegenseitige Beförderung des Verkehrs erhoben werden .

Netzwerktopologie

Die PSTN-Netzwerkarchitektur musste sich im Laufe der Jahre weiterentwickeln, um eine zunehmende Anzahl von Teilnehmern, Anrufen, Verbindungen in andere Länder, Direktwahl usw. zu unterstützen. Das von den USA und Kanada entwickelte Modell wurde von anderen Nationen übernommen und an die lokalen Märkte angepasst.

Das ursprüngliche Konzept bestand darin, dass die Telefonvermittlungen in Hierarchien angeordnet sind. Wenn ein Anruf in einem lokalen Cluster nicht bearbeitet werden kann, wird er zur Weiterleitung an eine höhere Stelle weitergeleitet. Dies reduzierte die Anzahl der Verbindungsleitungen, die zwischen Betreibern über große Entfernungen erforderlich waren, und hielt auch den lokalen Verkehr getrennt.

In modernen Netzen sind die Kosten für Übertragung und Ausrüstung jedoch niedriger, und obwohl noch Hierarchien existieren, sind sie mit möglicherweise nur zwei Schichten viel flacher.

Digitale Kanäle

Die meisten automatisierten Telefonvermittlungen verwenden eher digitales Schalten als mechanisches oder analoges Schalten. Die Amtsleitungen, die die Vermittlungsstellen verbinden, sind ebenfalls digital und werden als Schaltungen oder Kanäle bezeichnet. Es werden jedoch immer noch analoge Zweidrahtschaltungen verwendet, um die letzte Meile von der Vermittlungsstelle mit dem Telefon im Haus zu verbinden (auch als Teilnehmeranschluss bezeichnet ). Um einen typischen Anruf von einem Anrufer zu einem angerufenen Teilnehmer zu führen , wird das analoge Audiosignal mit einer Abtastrate von 8 kHz und einer Auflösung von 8 Bit unter Verwendung einer speziellen Art nichtlinearer Pulscodemodulation, bekannt als G.711, digitalisiert . Der Anruf wird dann über Telefonvermittlungen von einem Ende zum anderen übertragen. Der Anruf wird unter Verwendung eines Anrufaufbauprotokolls (normalerweise ISUP ) zwischen den Telefonvermittlungen im Rahmen einer allgemeinen Routing-Strategie umgeschaltet .

Der Anruf wird über das öffentliche Telefonnetz über einen 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 Telefonvermittlung. Ein DS0 wird auch als Zeitschlitz bezeichnet, da DS0s in Zeitmultiplexgeräten (TDM) zusammengefasst werden, um Kommunikationsverbindungen mit höherer Kapazität zu bilden.

Eine DS1-Schaltung ( Digital Signal 1 ) überträgt 24 DS0s auf einer nordamerikanischen oder japanischen T-Carrier- Leitung (T1) oder 32 DS0s (30 für Anrufe plus zwei für Framing und Signalisierung) auf einer E-Carrier- Leitung (E1), die in verwendet wird die meisten anderen Länder. In modernen Netzwerken wird die Multiplexfunktion so nah wie möglich am Endbenutzer verschoben, normalerweise in Schränke am Straßenrand in Wohngebieten oder in große Geschäftsräume.

Diese aggregierten Schaltungen werden vom anfänglichen Multiplexer über einen Satz von Geräten, die zusammen als Zugangsnetzwerk bekannt sind, zum Austausch übertragen . Das Zugangsnetz und der Austauschverkehr verwenden eine synchrone optische Übertragung, beispielsweise SONET- und SDH-Technologien ( Synchronous Digital Hierarchy ), obwohl einige Teile noch die ältere PDH- Technologie verwenden.

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

Auswirkungen auf IP-Standards

Die Sprachqualität über PSTN-Netze wurde als Benchmark für die Entwicklung des TIA-TSB-116-Standards der Telecommunications Industry Association zu Empfehlungen zur Sprachqualität für IP-Telefonie verwendet, um akzeptable Pegel für Audioverzögerung und Echo zu bestimmen. ^[2]

• Verwaltetes einrichtungsbasiertes Sprachnetzwerk

• Einfacher alter Telefondienst (POTS)
• Über Nettoverlust