Fino agli anni ´50 la commutazione automatica era utilizzata fondamentalmente solo a livello locale. Basti pensare che l´Italia, Paese di avanguardia in questo settore, raggiunse la piena automazione del servizio locale solo a metà degli anni ´60 (pur avendo raggiunto il 92% di automazione già nel 1951(*)), sebbene il primo commutatore automatico sia stato attivato a La Porte (USA) nel 1892 utilizzando il sistema brevettato da Strowger il 10 marzo 1891. Il servizio interurbano avveniva per la gran parte attraverso le allora famose “telefoniste” e la teleselezione(*), avviata in Italia inizialmente a livello provinciale − regionale (vedi per maggiori dettagli il § 4.2) fu completata a livello nazionale solo nel 1970, a seguito della Convenzione 1968 tra SIP e lo Stato. Anche in questo l´Italia fu un Paese all´avanguardia. Basti ricordare che in USA la prima chiamata in teleselezione a lunga distanza avvenne nel 1951(*) e che il processo di diffusione sull´intero territorio fu particolarmente lungo (si completò solo nel corso degli anni ´70)(*).

Ciò derivava fondamentalmente dalla difficoltà ed onerosità di realizzare collegamenti a lunga distanza di adeguata qualità: solo gli sviluppi dell´elettronica avrebbero permesso di cominciare ad annullare le distanze.

Di fatto fino agli anni ´50 la rete telefonica era quindi costituita da tante isole interconnesse attraverso le “telefoniste” utilizzando esili collegamenti di pochi circuiti.

In questo scenario, il confinamento della commutazione a livello locale ha fatto sì che siano state realizzate ed abbiano potuto diffondersi sul territorio tecnologie molto diverse: all´interno di ogni area locale la tecnologia era uniforme o comunque “compatibile” ma forti erano le difficoltà da superare per l´interconnessione diretta tra i diversi sistemi senza passare per le “telefoniste”.

Questi primi sistemi di commutazione erano realizzati interamente attraverso tecnologie elettromeccaniche di diversa concezione. Fondamentalmente nel corso degli anni furono sviluppati due tipi di sistemi di commutazione elettromeccanici così definiti:

Alla fine degli anni ´60 i progressi dell´elettronica in generale e la realizzazione dei primi computer indicavano chiaramente che la commutazione elettromeccanica stava diventando obsoleta anche in funzione delle crescenti esigenze delle reti di telecomunicazioni.

In particolare i sistemi passo-passo risultavano inadatti a soddisfare, nelle centrali di transito, i requisiti tecnici posti dalla teleselezione in termini di flessibilità negli istradamenti e nella tassazione, oltre che nella possibilità di introdurre la selezione a tastiera multifrequenze negli apparecchi telefonici, introdotta negli USA a partire dal 1963. Da notare che questa prestazione non solo era appetibile di per sé all´utenza (rispetto alla vecchia selezione a disco combinatore(*)) ma avrebbe permesso di ridurre i tempi di formazione del collegamento (dalla selezione del numero da parte del chiamante al primo squillo del telefono del chiamato) che erano particolarmente alti in una rete mista con sistemi passo-passo e a registro(*).

Inoltre, la prospettiva di realizzare gli organi comuni con la tecnologia elettronica risultava di grande interesse per realizzare un insieme di servizi sia per l´utente sia per il gestore(*).

Si scontrarono però due diverse “filosofie”. Per usare il linguaggio diffuso in quegli anni: passare dalla commutazione elettromeccanica a quella semielettronica o a quella completamente elettronica ed in particolare numerica.

Nel primo caso solo la parte di comando veniva realizzata in modo elettronico, nella maggior parte dei casi sostanzialmente con dei computer specializzati dotati di adeguato software, pur esso specializzato, (da qui il termine di centrali a programma registrato, in inglese Stored Program Control (SPC) telephone exchange), mentre la rete di connessione continuava ad essere realizzata con tecniche elettromeccaniche aggiornate (aldilà della specifica soluzione, si trattava di una evoluzione dei multiselettori crossbar dei sistemi elettromeccanici a registro)(*).

Nel caso completamente elettronico anche la rete di connessione doveva essere elettronica e, tralasciando sistemi soltanto di interesse storico, doveva essere realizzata secondo gli stessi principi della trasmissione numerica PCM che in quegli anni aveva cominciato a diffondersi a livello urbano e quindi a divisione di tempo e numerica. Ciò avrebbe permesso un interfacciamento diretto delle linee di trasmissione con le centrali di commutazione, realizzando così la rete integrata numerica (IDN = Integrated Digital Network). Da notare tra l´altro che la commutazione numerica è intrinsecamente “a quattro fili” (vedi Capitolo 1) e quindi realizza di per sé il requisito delle centrali di transito di alto livello. Questo comportò la possibilità di realizzare in seguito con un unico sistema di commutazione tutte le diverse funzioni e permise l´installazione di “centrali combinate”.

Più in dettaglio, nelle centrali numeriche la rete di connessione è costituita da due tipi di elementi (detti stadi) diversamente combinati tra di loro a seconda dell´architettura dello specifico sistema:

Due sono le architetture di riferimento della rete di connessione numerica che per molti anni si sono confrontate con vivaci discussione tra i tecnici:

L´orientamento verso una delle due architetture era basata sulla valutazione, in termini prospettici, del costo delle memorie rispetto a quello dei punti di commutazione elettronici. Con la tecnologia disponibile negli anni ´60 la scelta cadeva in generale sull´architettura STS, mentre con la drammatica riduzione dei costi delle memorie nel tempo diventarono convenienti architetture TST.

Come si è visto precedentemente, la tecnologia elettronica disponibile negli anni ´60 rendeva economicamente interessanti i sistemi di trasmissione PCM in quanto questa soluzione permetteva di condividere lo stesso codificatore e decodificatore per molte giunzioni (24-30 canali). Abbiamo anche visto che solo negli anni ´80 la progressiva riduzione del costo dei componenti elettronici digitali, con il passaggio dai componenti discreti ai microchip, portò alla convenienza di adottare un codec (codificatore + decodificatore) individuale per canale. Negli anni ´60-70, questa situazione rappresentava un ostacolo insormontabile per realizzare centrali locali completamente numeriche nelle quali cioè la codifica PCM avvenisse a livello della singola linea d´utente. Per questa ragione pratica i primi sistemi di commutazione numerica locale impiegavano nella parte più periferica, detta stadio di linea, che si interfaccia con le linee d´utente e ne concentra il traffico, soluzioni non PCM. Tra le varie soluzioni adottate, si cita in particolare quella che impiegava la modulazione PAM (Pulse Amplitude Modulation), un sistema a divisione di tempo (come il PCM) che realizzava a livello di singola linea d´utente (attiva, ossia impegnata in un collegamento) le funzioni di campionamento e multiplazione e realizzava invece la funzione codec a livello centralizzato all´uscita verso lo stadio detto di gruppo.

Il primo esperimento in campo di centrale semielettronica, a programma registrato, fu condotto dal Bell System tra il 1958 e il 1962(*) a Morris, Illinois,utilizzando nel comando la tecnologia a valvole(*).

Questo esperimento fu seguito dalla prima grande centrale pubblica (1ESS)(*), messa in servizio dalla Western Electric, la manifatturiera del Bell System, nel maggio 1965 a Succasunna. In questa centrale la tecnologia a valvole era stata sostituita dai transistor. 1ESS ebbe grande sviluppo (varie centinaia di central(*)) per applicazioni sia locali sia di transito a 2 fili(*) e, come tutti gli altri sistemi di commutazione di successo, fu oggetto di numerosi aggiornamenti, tecnologici e di servizio.

Nel frattempo nel 1963 era entrata in servizio, sempre da parte del Bell System (Western Electric) il sistema 101ESS, un piccolo centralino privato (PABX) con una capacità di 200 linee, completamente elettronico con commutazione PAM.

Una decina di anni dopo la messa in servizio della prima centrale 1ESS, precisamente nel 1976, il Bell System realizzò e mise in servizio il sistema 4ESS: la prima grande centrale di transito numerica PCM (come abbiamo già visto. intrinsecamente a 4 fili). Con questa realizzazione si dimostrò definitivamente la maturità della commutazione numerica anche dal punto di vista industriale(*).

Tuttavia il Bell System tardò di molti anni a introdurre le tecniche numeriche anche a livello delle centrali locali. Infatti solo nel 1982 entrò in servizio la prima centrale 5ESS e la sua diffusione sul territorio fu inizialmente lenta Le ragioni di questa ritardata strategia del Bell System, che fino ad allora era stato il faro di tutto il comparto delle telecomunicazioni mondiali, sono varie e interconnesse. Nel seguito sono sintetizzate quelle più probabili:

La divestiture fornì così alla canadese Northern Telecom(*) l´opportunità di sostenere i propri significativi sviluppi dei sistemi di commutazione numerici avendo come sbocco una quota importante (50% e oltre) del mercato USA.

In Europa la situazione fu variegata perché mentre i vari costruttori con mercati anche internazionali (Ericcson. ITT, Siemens) seguirono inizialmente la strada indicata dal Bell System, i principali gestori (che salvo SIP del Gruppo STET e Telefonica erano organi dello Stato) guardavano con crescente interesse alla commutazione numerica.

In particolare nel 1957 in Francia venne presa la decisione di incoraggiare gli studi sulla commutazione interamente elettronica nella prospettiva di rendere disponibile un sistema industrializzato in una decina di anni. In tale quadro venne assegnato al CNET (il centro di ricerca del gestore) il ruolo di stimolo della ricerca e di coordinamento dell´industria nazionale che nel giro di tre anni venne fatta progressivamente aderire al consorzio Socotel (Société Mixte pour le Développement de la Technique de Commutation dans le domaine des Télécommunications) che, per statuto, operò fino alla fine del 1970. Nel perseguire la nuova missione CNET aprì nel 1962 un nuovo laboratorio a Lannion (Bretagna) che sviluppò e mise in servizio la prima centrale numerica (stadio di gruppo PCM e stadi di linea PAM) a livello mondiale nel febbraio 1970 (Progetto Platon). Altre seguirono nei mesi successivi finché, sempre nell´ambito del progetto Platon, Alcatel ingegnerizzò il sistema e lo produsse come E10 a partire dal 1972(*).

In Inghilterra il British Post Office (BPO) seguì un approccio analogo realizzando, in collaborazione con l´industria nazionale, vari esperimenti di centrali basate sulla tecnologia numerica, il primo dei quali si concretizzò nel 1968 nella centrale numerica di transito di Empress. Sulla base di questi esperimenti venne sviluppato il System X entrato in servizio per la prima volta nel 1980.

In Germania il gestore statale (ora Deutsche Telekom) aveva il primario obiettivo di mantenere, anche con il nuovo sistema di commutazione, il principio dell´unificazione del sistema di commutazione realizzato da tempo per il sistema elettromeccanico (del tipo passo-passo) facendo in modo che il sistema sviluppato dalla Siemens fosse prodotto anche dal suo secondo fornitore (SEL del Gruppo ITT). In questo quadro Siemens avviò lo sviluppo del sistema EWS inizialmente concepito come sistema semielettronico. La sua realizzazione incontrò però considerevoli difficoltà con conseguenti ritardi(*), che portarono alla decisione di reimpostare il sistema su base numerica PCM (con conseguente cambio della designazione in EWSD) per allinearsi alle tendenze che si stavano consolidando in Europa e nel mondo. Contemporaneamente il gestore rinunciò anche al principio del sistema unico, accettando che il secondo fornitore (ITT) fornisse il sistema 1240 che aveva autonomamente realizzato.

In Italia (vedi § 5.2) il Gruppo STET decise, non senza contrasti protratti negli anni, di fare della rete numerica, ed in particolare della commutazione numerica, la propria bandiera in una strategia che comprendeva sia il gestore SIP (nata alla fine del 1964 dalla fusione delle 5 concessionarie nella SIP idroelettrica appena nazionalizzata) sia la manifatturiera SIT Siemens divenuta poi Italtel (vedi § 4.3). In questo quadrò approvò il progetto Proteo(*) della manifatturiera di Gruppo e le ricerche dello CSELT (il Centro di Ricerca di Gruppo) nella commutazione numerica e, in generale, nelle tecnologie numeriche che si sono esaminate in precedenza. CSELT realizzò nel 1971 la prima centrale sperimentale numerica italiana. STET incoraggiò anche gli autonomi sviluppi della Telettra che sviluppò la centrale numerica di transito DTN che venne messa in servizio nel 1976 con il nome AFDT nell´ambito della Rete Fonia e Dati (vedi § 5.2) della SIP e trovò applicazione, come DTN, anche in campo internazionale (Al Khartüm).

Nella Tabella 1 sono raccolte le informazioni relative alla messa in servizio dei principali sistemi di commutazione elettronici. Non sono compresi gli sviluppi, pur significativi, giapponesi data la completa chiusura di quel mercato fino al 1990(*).

Tabella 1 Sintesi dei principali sistemi di commutazione a programma registrato in Nord America ed Europa

Con il termine segnalazione si intendono le modalità (con linguaggio moderno si direbbe “i protocolli”) secondo i quali le centrali di commutazione dialogano tra di loro per realizzare la connessione da chiamante a chiamato.

Nei sistemi di commutazione elettromeccanici passo-passo la segnalazione nativa era realizzata semplicemente attraverso “criteri” elettrici applicati sui fili metallici che collegano i selettori delle diverse centrali in modo da azionare propriamente i sensori costituiti da relè. Alquanto più sofisticata era la segnalazione che si poteva utilizzare nelle più evolute centrali elettromeccaniche a registro per la possibilità di trasmettere informazioni tra i registri delle centrali sotto forma di combinazioni di frequenze acustiche (segnalazione multifrequenze). In ogni caso l´introduzione di sistemi di trasmissione in alta frequenza (a divisione di frequenza o PCM) rendeva necessario inserire costosi traslatori che traducessero i criteri elettrici in segnali trasferibili attraverso i mezzi trasmissivi.

L´avvento dei sistemi a programma registrato permise alla segnalazione di fare un salto concettuale e passare dallo scambio di segnali elettrici (“criteri” o “frequenze”) ad un sistema specializzato di trasmissione dati che permettesse lo scambio diretto delle informazioni tra i comandi delle centrali. Nacque così la segnalazione su canale comune, così chiamata per sottolineare che su un unico circuito di segnalazione veniva scambiata la segnalazione relativa a una pluralità di circuiti. Nell´ambito di questo nuovo concetto si affermò presto l´idea che l´insieme dei protocolli della segnalazione su canale comune doveva essere tale da permettere la realizzazione di una vera e propria rete (la rete di segnalazione) che permettesse lo scambio di informazioni tra i comandi delle centrali indipendentemente dal fatto che fossero o meno collegate direttamente da dei circuiti di conversazione. In questo modo sarebbe stato possibile realizzare servizi per l´utenza che richiedono la cooperazione tra le diverse centrali, ad esempio quelli basati sulla trasmissione del numero del chiamante(*).

Per evitare il risorgere delle sostanziali incompatibilità proprie dei preesistenti sistemi di commutazione elettromeccanici, era necessario che i protocolli del sistema di segnalazione su canale comune fossero definiti con uno standard, riconosciuto ed adottato internazionalmente.

Il primo sistema di segnalazione su canale comune fu il CCITT n. 6, che fu adottato in una versione nazionale (CCISS) dal Bell System nella rete a lunga distanza dell´AT&T coinvolgendo rapidamente tutte le centrali di quel livello: le 4ESS, le 1ESS di transito verso la lunga distanza, ed anche le vecchie centrali elettromeccaniche Crossbar N. 4 nelle quali, come già detto, gli organi di comando più centralizzati erano stati sostituiti da un elaboratore (ETS). Tale sistema non trovò però ampia applicazione al di fuori di quella sopraindicata, sia per motivi oggettivi (struttura dei messaggi troppo legata a quella degli elaboratori utilizzati dall´AT&T nelle sue prime centrali 4ESS, e ottimizzazione per circuiti di segnalazione a soli 2,4 kbit/s da realizzare con modem su circuiti trasmissivi analogici) sia nella convinzione diffusa tra gli operatori Europei che si dovesse definire un sistema concepito in modo da poter soddisfare tutti i requisiti che sarebbero sorti nell´era della rete numerica integrata.

Nacque così nel 1980 il Sistema di segnalazione n.7(*)(*), ottimizzato per circuiti di segnalazione a 64 kbit/s propri di un circuito PCM, adottato in tutto il mondo a livello sia internazionale sia nazionale (con limitati adattamenti alle specifiche esigenze locali)(*). Il sistema di segnalazione n. 7 è diventato parte integrante del concetto di rete numerica integrata, il suo impiego è stato esteso alle comunicazioni mobili e tutte le centrali numeriche lo implementarono. Solo l´evoluzione in atto della rete di telecomunicazioni verso una rete totalmente IP (internet) porterà alla sua obsolescenza insieme a tutta la rete numerica così come descritta in queste pagine(*).

Nella fase di impostazione delle caratteristiche di base dei sistemi di segnalazione su canale comune, ed in particolare del n. 7, per alcuni anni ci fu una significa dialettica tra gli esperti di software delle centrali di commutazione e quelli di segnalazione, in merito all´opportunità di definire i protocolli di segnalazione in modo che l´impegno dei circuiti utilizzati per realizzare la connessione avvenisse solo dopo aver verificato che la destinazione (tipicamente l´utente chiamato) fosse libero e disponibile, al fine di evitare l´occupazione dei circuiti quando la connessione non poteva andare a buon fine. Una variante ancora più aggressiva e potenzialmente più efficace, ipotizzava di differire l´impegno dei circuiti alla risposta dell´utente chiamato. Sebbene questa impostazione non fosse concettualmente del tutto nuova nel campo della commutazione costituendo in qualche modo l´estensione all´intera rete del principio della selezione coniugata adottato nelle centrali crossbar (vedi § 3.1) e potesse essere opportunamente realizzato per le chiamate locali che si svolgevano tra utenti della stessa centrale, non trovò il consenso tra gli esperti di segnalazione per una serie di ragioni che possono essere così sintetizzate:

Peraltro il sistema n. 7 prevede anche messaggi non riferiti al circuito sia per scopi gestionali sia per specifiche applicazioni. A tal fine, il sistema n. 7 introdusse tra i suoi principi informatori quello di inserire in ogni messaggio una etichetta costituita fondamentalmente da tre elementi: 1) codice della centrale di destinazione, 2) codice della centrale di partenza e 3) numero del circuito od altro riferimento a seconda dell´applicazione (detta User Part). Questa impostazione facilitò la realizzazione della cosiddetta rete intelligente basata sull´interazione delle centrali di commutazione con dei nuovi elementi di rete, detti “Service Control Points”(*), che hanno rappresentato, a livello di intera rete telefonica, il passaggio dalla logica centralizzata (nel comando di ciascuna centrale) alla logica distribuita. Esempi di servizi particolarmente rilevanti in termini di utilizzo e realizzati con la “rete intelligente” sono il numero verde e il tele-vot(*).

E´ grazie a questa impostazione aperta e strutturata a livelli(*) che il sistema n.7 ha permesso di realizzare l´ampia gamma di servizi(*) che caratterizzano la moderna rete telefonica e di essere stato adottato anche per le reti radiomobili.