Ручные коммутаторы

Как это обычно бывало в истории техники, решение представлен­ной на рис. 1.1 проблемы оказалось весьма простым и было найде­но в городе Нью-Хэвен, Коннектикут, где в 1878 году была открыта первая телефонная станция. Этот ручной коммутатор стоил 28, 5 дол­ларов и обслуживал 21 абонента. Оператор коммутатора прослуши­вал все телефонные соединения, чтобы определить момент оконча­ния разговора.

Экономическое обоснование применения телефонных коммута­торов связано с невозможностью соединить всех абонентов по прин­ципу «каждый с каждым». В случае малого числа абонентов, скажем N=5, такое соединение вполне представимо и изображено на рис. 1.2.

Рис. 1.2 Соединение " каждый с каждым" для 5 абонентов

Для того чтобы представить себе, сколько нужно иметь линий в се­ти с N=10 абонентами, достаточно взглянуть на рис. 1.3, который на­глядно иллюстрирует для этого случая формулу N(N - 1)/2.

Возможность связи любой пары абонентов при значительно мень­шем числе соединительных линий в сети обеспечили ручные комму­таторы (рис.1.4), количество которых быстро увеличивалось, и хотя компании Western Union, а не Bell принадлежало вначале большин­ство установленных телефонов, сеть Bell System быстро разраста­лась за счет установки ручных телефонных станций и вскоре опере­дила сети Western.

Рис. 1.4 Первая Петербургская ручная телефонная станция

В те годы Россия, по-видимому, в гораздо меньшей степени, чем теперь, отставала от США, потому что спустя всего 4 года ручные городские телефонные станции начали действовать в Петербурге, Москве, Одессе и Риге. Согласно первому проекту Петербургской телефонной сети представленную на рис. 1.4 главную телефонную станцию "... предполагалось устроить в Петербурге в доме Гансена, по Невскому проспекту, против Казанского собора, № 26, откуда бу­дут направлены семь магистральных линий, группами от 10 до 120 проводов; по Казанской улице; к Николаевскому мосту и на Василь­евский остров; к Исаакиевской площади; к Троицкому мосту; к Алек­сандровскому мосту и на Выборгскую сторону; по Невскому проспек­ту к Знаменской площади и к Министерству Внутренних дел...".

В Москве первая телефонная станция была построена в 1882 г. и по­мещалась на Кузнецком мосту. В нее было включено всего лишь 26 телефонных аппаратов. На станциях были установлены однопровод-ные коммутаторы Гилеланда (рис.1.5), оборудованные сигнальны­ми клапанами, индуктором для вызова абонентов, микрофоном и те­лефоном для переговоров оператора с абонентом или с другой те­лефонисткой. Вызов станции абонентом отмечался открытием двер­цы вызывного клапана. При вставлении штепселя в одно из гнезд происходило соединение между соответствующими вертикальной и горизонтальной полосами, к которым были подключены линии або­нентов. В каждый такой коммутатор, кроме 50 абонентских линий, могло быть включено до 90 соединительных линий для связи с дру­гими коммутаторами данной станции. От каждого коммутатора, че­рез сделанные в потолке квадратные отверстия, пучок из 50 изоли­рованных проводников поднимался к башне, установленной на кры­ше здания телефонной станции. Вначале для проводов использова­ли стальную проволоку диаметром 2.2 мм. Позднее применяли брон­зовую (!) проволоку диметром 1.25 и 1.4 мм.

Рис. 1.5 Коммутаторная доска системы Гилеланда

Каждая линия оканчивалась абонентским пунктом, содержавшим аппарат МБ системы Белла с микрофоном Блека, индуктор и звонок Гилеланда и гальваническую батарею. Весьма поучительна инструк­ция пользования первыми телефонными аппаратами:

Абонентам предоставляется возможность пользоваться услугами телефонной станции с 8 часов утра до 11 часов вечера.

При разговоре по телефону, чтобы собеседник лучше вас понимал, повышать го­лос не требуется, слова следует выговаривать отчетливо, не слишком замедляя темп речи.

В состоянии покоя (отсутствие связи) телефонная трубка должна висеть на крюч­ке - только при этом условии может быть приведен в действие вызывной звонок.

В целях быстрого и надежного обслуживания телефонная станция рекомендует абоненту следовать приведенным ниже указаниям.

1. Абонент «А» желает разговаривать с абонентом «Б». Для этого «А», прежде всего, вызывает телефонную станцию, для чего в течение 2-3 сек нажимает на кноп­ку, затем снимает трубку с крючка и прикладывает ее к уху. После ответа «Станция слушает, что вам угодно?» «А» просит соединить его с... (называет имя абонента «Б»). Телефонная станция либо говорит «Вызываю» и предоставляет требуемое соединение, либо сообщает «Ваш абонент занят, а когда он освободится, вам позво­нят». В последнем случае «А» отвечает, что он понял телефониста, и снова вешает трубку на крючок, где она висит до следующего звонка. Когда звонок зазвонит, трубка снимается, снова прикладывается к уху, и абонент уведомляет телефонную стан­цию о своей готовности словами «Вас слушает...». Телефонная станция сообщает: «Абонент... свободен, вызывайте». «А» вызывает «Б» при помощи повторного нажа­тия кнопки, не отнимая при этом трубки от уха. После того как «А» услышит: «Б» слу­шает, кто говорит?», он начинает разговор словами: «Говорит «А». Конец отдельных сообщений, фраз, вопросов и т.п. подчеркивается словами: «Пожалуйста, отвечай­те» или «Я кончил». Об окончании разговора «А» уведомляет станцию, нажимая в последний раз на кнопку.

2. Вызывают абонента «Б». После того как зазвенел звонок, «Б» снимает теле­фонную трубку с крючка и, держа ее возле уха, говорит: «У телефона «Б», кто гово­рит?». После этого «А» называет себя (см. п. 1) и начинает разговор».

Со временем количество телефонов росло, и операторы испы­тывали трудности, выясняя, кто есть кто. Им необходимо было знать наизусть по фамилиям и именам до нескольких тысяч абонентов. В 1879 году одному врачу пришла мысль использовать в своем офи­се систему нумерации для ведения картотеки пациентов, после чего и местная телефонная компания стала использовать номера вместо имен абонентов. Так родился телефонный номер, а что с этим номе­ром случилось дальше, подробно рассматривается в разделе учеб­ного курса по сетям связи, посвященном нумерации.

Таким образом, на ручных телефонных станциях (РТС) действия, необходимые для установления соединения, были распределены между абонентами и оператором. С переходом от системы МБ к сис­теме ЦБ эти действия распределились следующим образом: або­нент вызывает станцию, снимая микротелефонную трубку с рычага аппарата. После ответа оператора абонент устно передаёт ему ин­формацию о нужном абоненте, т. е. называет его номер. В конце свя­зи вызывавший абонент передаёт на станцию сигнал отбоя, вешая микротелефонную трубку на рычаг аппарата. Вызываемый абонент, отвечая на вызов, снимает микротелефонную трубку и этим даёт на станцию сигнал ответа. Окончив разговор, он кладёт или вешает микротелефон на рычаг аппарата, давая этим сигнал отбоя. На стан­ции оператор подключается к линии вызывающего абонента, при­нимает от него информацию о номере вызываемого абонента, оты­скивает на коммутаторе гнездо, в которое включена линия этого або­нента, проверяет, не занята ли она, подключается к линии, если она свободна, посылает вызов, соединяет между собой линии вызываю­щего и вызываемого абонентов, а после получения от абонентов сигнала отбоя производит разъединение.

Когда вызывающий абонент снимает трубку с рычага своего те­лефонного аппарата, возле гнезда, по крайней мере на одном ком­мутаторе загорается сигнальная лампа. Оператор вводит штепсельную вилку на одном конце коммутационного шнура в гнездо абонен­та А, подсоединяет головной телефон и говорит: «Номер, пожалуй­ста». Абонент А сообщает номер абонента Б оператору, тот вводит вилку штепселя на другом конце того же коммутационного шнура в гнездо абонента Б и, перекидывая переключатель, производит ком­мутацию, в результате чего телефон абонента Б звонит (в дальней­шем эта процедура усложнилась в тех случаях, когда гнездо абонен­та Б оказывалось не на том же коммутаторе, что и гнездо абонента А). Когда абонент Б отвечает, звонок прекращается, оператор отклю­чается и может обслуживать другой вызов. Когда абонент А вешает трубку, оператор вынимает штепсельные вилки коммутационного шнура из обоих гнезд.

Конфигурация штепсельного электрического соединителя пока­зана на рисунке 1.6. Штепсель показан в левой части рисунка, его сечение - в центре, а сечение гнезда - в правой части. На рис.1.6 незаштрихованные участки представляют проводящий металл, а за­штрихованные участки - изоляцию. Проводящие участки обозначе­ны как головка, шейка и корпус (tip, ring, and sleeve). Эти элементы штепселя выполнены как коаксиальные цилиндры. Когда штепсель вставляется в гнездо, образуется электрический контакт каждого цилиндра штепселя с соответствующим коаксиальным цилиндром в гнезде. То, что этот контакт является пружинным, на рис. 1.6 не показано. Шнур содержит три провода, которые подключаются к го­ловке, шейке и корпусу штепселя на том и другом конце шнура. Элек­трический сигнал, несущий абонентские данные, передается по двум проводам, подключенным на том и другом конце шнура к головке (tip) и шейке (ring) штепселя. Провод, подключенный на каждом кон­це шнура к корпусу штепселя (sleeve), несет сигнал постоянного тока для включения сигнальной лампы на коммутаторе. Названия «tip» и «ring» служат также для обозначения двух проводов линии между телефоном и телефонной станцией, а первые буквы этих названий -Т и R - для обозначения клемм внутри телефона, к которым подклю­чаются провода линии.

Заметим, что термины «tip, ring и sleeve» пережили ручной ком­мутатор и продолжают использоваться в настоящее время как на­звания трех проводов а, b и с в электромеханических АТС.

Рис. 1.6 Штепсельный электрический соединитель Далее в книге будет показано, что абонент АТС выполняет, по существу, те же функции, что и абонент РТС. Он вызывает станцию, снимая микротелефон с рычага, и дает сигнал отбоя, опуская мик­ротелефон на рычаг. По-иному на станцию передаётся лишь инфор­мация, идентифицирующая вызываемого абонента: вызывающий абонент АТС использует для этой цели установленный на его теле­фонном аппарате номеронабиратель, который преобразует набирае­мый номер в серии импульсов тока. Количество серий соответству­ет числу цифр в номере вызываемого абонента, а число импульсов в каждой серии - очередной цифре этого номера. Что же касается функций оператора РТС, то они выполняются на АТС автоматически­ми приборами. При вызове со стороны абонента АТС к его линии подключаются устройства для приема информации о набираемом номере. При этом вызывающему абоненту передается зуммерный сигнал Ответ станции, означающий готовность станции к приему номера. В соответствии с принятым номером коммутационные уст­ройства отыскивают линию вызываемого абонента. Затем проверя­ется состояние этой линии. Если она свободна, то со станции в ап­парат вызываемого абонента посылается индукторный ток - сигнал вызова, и одновременно в аппарат вызывающего абонента переда­ётся зуммерный сигнал Контроль посылки вызова. После ответа вызываемого абонента в коммутационных приборах замыкается цепь разговорного тракта. При отбое абонентов разговорный тракт нару­шается и коммутационные устройства возвращаются в исходное состояние. Если же линия вызываемого абонента оказалась заня­той другим соединением, со станции в аппарат вызывающего або­нента передаётся зуммерный сигнал Занято.

Строительство и эксплуатация городских телефонных сетей в важнейших городах России с самого начала выполнялись телефон­ной компанией Белла. Однако в 1885 г. русское правительство при­няло решение строить городские телефонные сети не только по до­говорам с компанией Белла, но также силами и средствами Главно­го управления почт и телеграфа. Первая станция на 60 номеров, смонтированная силами Главного управления, была введена в экс­плуатацию 1 апреля 1886 г. в Киеве. В дальнейшем Главное управле­ние почт и телеграфа строило собственные станции в Харькове, Ка­зани, Астрахани, Курске и других городах.

Все эти станции были импортными, а точнее - разработанными иностранными компаниями, которые имели официальный статус «отечественного производителя». Для получения такого статуса тре­бовалось иметь в составе акционерного капитала телефонной ком­пании хотя бы ничтожную часть русского капитала и устав, зарегист­рированный в установленном порядке. Это давало иностранным фирмам такие же права и преимущества в производстве и сбыте телефонной продукции, какие имели в стране чисто российские предприятия. В частности, они имели право получать казённые во­енные заказы, которые часто сопровождались правительственны­ми дотациями. Наибольшую роль в развитии телефонного производ­ства России имели заводы Русского акционерного общества «Л.М. Эриксон и К°» и акционерного общества «Н.К. Гейслер и К°». Шведская фирма «Л.М. Эриксон» стала основным поставщиком те­лефонного оборудования для русских правительственных телефон­ных сетей и для царской армии и флота ещё в начале 90-х годов про­шлого века. Со временем, из-за изменений таможенной политики, фирма открыла в 1897 г. в Петербурге на Васильевском острове сбо­рочную и монтажную мастерскую, а в 1900 - 1902 гг. построила в Пе­тербурге на Выборгской стороне первый в стране телефонный за­вод, называемый сегодня «Красная заря» (рис.1.7).

Рис. 1.7 Построенный РАО " Л.М.Эриксон и К⁰" завод " Красная заря" (1914 г.)

В 1874 г. телеграфный механик Н. К. Гейслер открыл в Петербурге небольшую электромеханическую мастерскую по ремонту телеграф­ной аппаратуры, которая с 1884 г. стала выпускать телефонные ком­мутаторы, изобретённые Л. X. Иозефом, а в 1895 г. совместно с аме­риканской фирмой «Вестерн Электрик К°» и на ее деньги построила в Петербурге телефонно-телеграфный завод, который стал произ­водить телефонную аппаратуру Берлинского филиала американской «Вестерн Электрик К°» - фирмы «Цвитуш и KV Чрезвычайно инте­ресна многолетняя борьба компании Гейслера с упоминавшимися в начале параграфа разработками Е.В. Колбасьева за право теле­фонизации боевых кораблей российского флота, во время которой проводились многократные сравнительные испытания телефонов Колбасьева и Гейслера на броненосце «Александр III» и судне «Евро­па», принимались взаимоисключающие решения Морского управления кораблестроения и снабжения и Морского технического ко­митета и т.п. По драматизму все это не уступало сегодняшним тен­дерам на поставку телекоммуникационной техники, однако выгодно отличалось от них вниманием к техническим аспектам и, что особен­но удивительно, завершилось победой отечественной разработки.

И еще одна компания, тоже получившая статус отечественного производителя, - немецкая фирма «Акционерного общества русских электротехнических заводов Сименс и Гальске» - подключилась к те­лефонному производству. В 1853 г эта фирма построила в Петер­бурге первый в России электротехнический завод, который произ­водил телеграфные аппараты Морзе, Юза и Бодо, динамо-машины, электродвигатели и приборы железнодорожной сигнализации, а за­тем стал заводом им. Козицкого. В 1912 г. в Петербурге был открыт другой электротехнический завод фирмы «Сименс-Шуккерт», на­званный позже заводом «Электросила» имени Кирова. Кроме того, фирма «Сименс и Гальске» построила в Петербурге кабельный за­вод, ставший затем заводом «Севкабель».

Все три эти компании и сегодня выпускают телефонное оборудо­вание, все они снова, 100 лет спустя, получили в России статус оте­чественных производителей, причем во второй раз от них не потре­бовалось никакого вклада в градостроительство Петербурга (день­ги, вероятно, были потрачены на что-то более важное). Но вернемся к тому, что было в первый раз.

В 1900 г. закончился срок концессии, предоставленной ранее ком­пании Белл на эксплуатацию Московской, Петербургской, Одесской и Рижской телефонных сетей. В результате новых торгов контракт на эксплуатацию Московской городской телефонной сети был за­ключен со Шведско-Датско-Русским акционерным обществом. Дальнейшая реконструкция сети, имевшей к тому времени 2860 те­лефонов, выполнялась шведской фирмой «Л.М. Эриксон». Этот кон­тракт был заключен на 18 лет, начиная с 1 ноября 1901 г., и завер­шился относительно удачно: не дожидаясь национализации, Швед­ско-Датско-Русское акционерное общество в феврале 1917 года продало правительству России права на эксплуатацию МГТС, и до июля 1994 года сеть являлась собственностью государства. Впро­чем, в 1901 году предугадать грядущую насильственную национали­зацию и ее вечных спутниц - разруху и техническую отсталость - не могли даже лидеры организовавшей их политической партии, и те­лефонные сети развивались практически теми же темпами, что и в других развитых странах. В январе 1905 г. в Москве была запу­щена новая телефонная станция емкостью 40 тысяч номеров. В этой станции был применен групповой принцип, согласно которому все коммутаторное оборудование станции делилось на коммутаторы группы А и коммутаторы группы Б. В многократное поле коммутаторов группы А включались линии абонентов с номерами от 1 до 20000, в многократное поле коммутаторов группы Б - линии абонентов с но­мерами от 20001 до 40000. Абонентские телефонные аппараты были снабжены двумя кнопками. Сняв микротелефонную трубку, абонент, чтобы вызвать оператора, обслуживавшего нужную группу, нажимал соответствующую кнопку.

Телефонные сети России продолжали интенсивно развиваться вплоть до 1917 г., достигнув емкости в 232 тыс. номеров. Влияние последовавших в российской истории событий на российскую же телефонию прекрасно иллюстрирует подписанный председателем Совета Народных Комиссаров В.И. Лениным 13 июля 1918 г. декрет «О пользовании московскими городскими телефонами». Согласно этому декрету была организована специальная комиссия, которая занималась распределением телефонов между потребителями. В первую очередь обеспечивались советские учреждения и предпри­ятия. У частных лиц квартирные телефоны сохранялись в исключи­тельных случаях и с обязательным предоставлением возможности пользоваться аппаратом всем, проживающим в том же доме. На ок­раинах, где телефоны имелись не во всех домах, жители «приписы­вались» к ближайшему телефону, получая через местные Советы особые карточки на право пользования им.

Нетрудно понять, как этот декрет повлиял, говоря сегодняшним языком, на инвестиционный климат в российских телефонных се­тях. За 5 лет к 1922 году телефонная емкость сократилась почти втрое и составила 89 тыс. номеров.

Остальной мир в это время беспокоила совсем другая проблема -экономическая неэффективность расширения емкости телефонной сети путем увеличения количества и/или усовершенствования руч­ных коммутаторов, управляемых телефонистками-операторами. Кста­ти, первыми телефонными операторами РТС, вопреки расхожему мнению, которое отражает и более поздний рис. 1.4, были особы муж­ского пола. В США их даже называли весьма значаще: «switchmen» -«человек-переключатель». Этот подход, вероятно, заимствован из телеграфии, где в России, например, женщины могли занимать долж­ности телеграфистов только в Петрограде и в Финляндии, а лишь с 1871 г. -повсеместно. В дальнейшем профессия телефонного опе­ратора стала, в основном, женской профессией, причем отнюдь не простой. Из-за отсутствия многократного поля, в тех случаях, когда один из абонентов, включенных, например, в первый коммутатор, тре­бовал соединения с абонентом, включенным в пятый коммутатор, те­лефонистка первого коммутатора соединяла его по соединительной линии с телефонисткой пятого коммутатора и громко сообщала ей о номере, с которым требуется соединение. По мере роста емкости РТС становилось все больше таких соединений, в которых участвова­ли две телефонистки, что создавало большой шум, вело к увеличе нию количества ошибок в соединениях, ужесточало требования к от­бору телефонисток: на эту должность стали принимать девушек вы­сокого роста и незамужних, «дабы лишние думы и заботы не при­водили к лишним ошибкам». Существует историческая версия, соглас­но которой именно нарушение одной телефонисткой обета безбра­чия и послужило причиной изобретения А. Строуджером первой ав­томатической телефонной станции в 1891 году.