PSTN (nyilvános kapcsolt telefonhálózat): a technológia definíciója és működése

A PSTN, azaz a nyilvános kapcsolt telefonhálózat (Public Switched Telephone Network) a modern távközlés alapköve volt évtizedekig, amely lehetővé tette a hangkommunikációt világszerte. Ez a robusztus és kiterjedt infrastruktúra a telefonálás hajnalától kezdve a digitális korszak küszöbéig dominálta a globális kommunikációt, alapvetően megváltoztatva az emberek közötti interakciót és a gazdasági működést. Lényegében egy világméretű hálózati infrastruktúráról van szó, amely analóg és digitális jeleket egyaránt továbbít, és az előfizetők közötti telefonhívások felépítésére és lebonyolítására szolgál. Működésének alapja a áramkörkapcsolás, ami azt jelenti, hogy minden hívás során egy dedikált, fizikai összeköttetés jön létre a hívó és a hívott fél között, ami a hívás ideje alatt fenntartva marad.

A PSTN története és evolúciója

A PSTN története szorosan összefonódik a telefon feltalálásával. Alexander Graham Bell 1876-os találmánya után gyorsan megkezdődött a telefonhálózatok kiépítése. Kezdetben a hívásokat manuálisan, telefonközpontokban dolgozó operátorok kapcsolták. Az előfizetők felhívták a központot, megmondták, kivel szeretnének beszélni, és az operátor kézzel, kábelekkel hozta létre az összeköttetést a két fél között.

Az 1890-es években jelent meg az automatikus telefonközpont, amely forradalmasította a telefonálást. Almon Strowger találmánya, a Strowger-kapcsoló tette lehetővé, hogy az előfizetők maguk tárcsázzák a kívánt számot, kiküszöbölve az operátorok szükségességét. Ez a mechanikus kapcsolórendszer volt a PSTN automatizálásának első lépése, és alapjaiban határozta meg a hálózat felépítését a 20. század nagy részében. A Strowger-rendszer fokozatosan terjedt el, és az 1920-as évekre már széles körben alkalmazták.

A 20. század során a PSTN folyamatosan fejlődött. A mechanikus kapcsolókat felváltották az elektromechanikus kapcsolók (pl. keresztbaros rendszerek), majd az 1960-as évektől a digitális kapcsolóközpontok. A digitális átállás hatalmas lépést jelentett a hálózat kapacitása, sebessége és megbízhatósága szempontjából. A hangjeleket analógról digitálisra alakították, ami lehetővé tette a multiplexelést és a hatékonyabb átvitelt a trunk vonalakon.

A digitális átállás kulcsfontosságú eleme volt a PCM (Pulzus Kód Moduláció) technológia bevezetése. Ez a módszer a hanghullámokat mintavételezi, kvantálja és bináris adatokká alakítja, lehetővé téve a digitális tárolást és továbbítást. Ez a lépés nemcsak a hangminőséget javította, hanem megnyitotta az utat az integrált szolgáltatású digitális hálózatok (ISDN) és később az IP-alapú kommunikáció előtt is.

A PSTN évszázados fejlődése a kezdeti kézi kapcsolásoktól a modern digitális rendszerekig a mérnöki innováció és az emberi kommunikációs igények tükörképe.

A PSTN alapvető komponensei és hálózati architektúrája

A PSTN egy komplex hálózat, amely számos összetevőből épül fel, amelyek együttesen biztosítják a zökkenőmentes telefonkommunikációt. Ezek a komponensek hierarchikus felépítésben működnek együtt, lehetővé téve a helyi, regionális és nemzetközi hívások lebonyolítását.

Végberendezések és a helyi hurok

A PSTN-hez való csatlakozás a felhasználói oldalon a telefonkészülékkel kezdődik. Ez a készülék alakítja át a hangot elektromos jellé és fordítva. A telefonkészülék egy helyi hurokkal (local loop) csatlakozik a legközelebbi telefonközponthoz. A helyi hurok általában egy réz alapú sodrott érpár, amely az előfizető otthonától vagy irodájától a szolgáltató helyi kapcsolóközpontjáig (central office vagy exchange) húzódik. Ez a fizikai kapcsolat biztosítja az analóg hangjel átvitelét, és ezen keresztül kapja a telefon a működéséhez szükséges áramot is (ún. „tápfeszültség a vonalon”).

A helyi hurok a „utolsó mérföld”, amely az előfizetőt a hálózathoz köti. Bár az utolsó mérföld jellemzően analóg maradt sokáig, a digitális átállás és az ADSL technológia térnyerése révén a rézvezetéken keresztül digitális adatátvitelre is lehetőség nyílt, de a telefon funkciója továbbra is az analóg jelátvitelre épült.

Kapcsolóközpontok (telefonközpontok)

A kapcsolóközpontok (más néven telefonközpontok vagy exchange-ek) a PSTN szívét képezik. Ezek az intelligens eszközök felelősek a hívások irányításáért és felépítéséért. A kapcsolóközpontok hierarchikus rendszerben működnek:

• Helyi kapcsolóközpontok (Local Exchanges/Central Offices): Ezek vannak a legközelebb az előfizetőkhöz, és közvetlenül csatlakoznak a helyi hurkokhoz. Egy adott földrajzi terület előfizetőinek hívásait kezelik, és továbbítják azokat a hálózaton belül.
• Tandem kapcsolóközpontok (Tandem Exchanges): Ezek a központok a helyi kapcsolóközpontok közötti forgalmat kezelik, különösen olyan esetekben, amikor két helyi központ között nincs közvetlen összeköttetés. A tandem központok hatékonyabbá teszik a hálózatot, csökkentve a szükséges közvetlen összeköttetések számát.
• Tranzit kapcsolóközpontok (Transit Exchanges/Toll Centers): Ezek a magasabb szintű központok a távolsági és nemzetközi hívásokat irányítják. Nagy kapacitású trunk vonalakon keresztül csatlakoznak egymáshoz és a regionális, illetve nemzetközi hálózatokhoz.

Ez a hierarchikus struktúra biztosítja a skálázhatóságot és a hatékony hívásirányítást a világméretű hálózatban. Minden kapcsolóközpont egyedi címmel rendelkezik, amely a telefonhívások útválasztásához szükséges.

Trunk vonalak és jelzésrendszer

A trunk vonalak (trunk lines) nagy kapacitású összeköttetések, amelyek a kapcsolóközpontokat kötik össze egymással. Ezek a vonalak kezdetben rézvezetékek voltak, majd koaxiális kábelek, mikrohullámú rádiókapcsolatok, végül pedig optikai szálas kábelek váltották fel őket. A trunk vonalakon keresztül több száz vagy akár több ezer telefonhívás is továbbítható egyidejűleg, köszönhetően a multiplexelési technikáknak (például időosztásos multiplexelés, TDM).

A jelzésrendszer (signaling system) kulcsfontosságú a hívások felépítéséhez, lebonyolításához és lezárásához. Ez a rendszer felelős az információk (például tárcsázott szám, hívás állapota, számlázási adatok) továbbításáért a hálózat különböző pontjai között. Két fő típusa volt:

• Sávon belüli jelzés (In-band signaling): A jelzésinformációk ugyanazon a csatornán továbbítódtak, mint a hang. Például a tárcsázó hangok (DTMF – Dual-Tone Multi-Frequency) vagy a régebbi impulzusos tárcsázás. Ennek hátránya volt, hogy a hívás során a jelzések zavarhatták a hangkommunikációt.
• Sávon kívüli jelzés (Out-of-band signaling): Ez a modern megközelítés, ahol a jelzésinformációk egy külön, dedikált csatornán továbbítódnak, elkülönítve a hangforgalomtól. A legfontosabb sávon kívüli jelzésrendszer az SS7 (Signaling System No. 7).

Az SS7 a PSTN gerincét képező jelzésrendszer. Ez egy komplex protokollcsalád, amely lehetővé teszi a hálózati elemek (kapcsolók, adatbázisok) közötti kommunikációt. Az SS7 kezeli a hívásfelépítést, a hívásirányítást, a szolgáltatások aktiválását (pl. hívásátirányítás, hívásvárakoztatás), a számlázást és a hálózati menedzsmentet. Mivel külön hálózaton fut, rendkívül gyors és hatékony, és lehetővé tette a fejlett telekommunikációs szolgáltatások megjelenését.

Az analóg és digitális átvitel a PSTN-ben

A PSTN az idők során jelentős átalakuláson ment keresztül az analógról a digitális technológiára. Ez a változás alapjaiban javította a hálózat teljesítményét és képességeit.

Analóg átvitel

A PSTN eredetileg teljes mértékben analóg hálózat volt. A telefon mikrofonja a hanghullámokat elektromos jelekké alakította, amelyek közvetlenül, analóg formában továbbítódtak a rézvezetékeken keresztül. A helyi hurok (az előfizető és a helyi központ között) ma is gyakran analóg maradt sok helyen, még a digitális központok korában is. Az analóg jelek azonban érzékenyek a zajra és a távolság növekedésével romlik a minőségük, ami jelerősítőket (repeater) tett szükségessé a hosszú távú átvitelhez.

Az analóg kapcsolóközpontok elektromechanikus eszközök voltak, amelyek fizikai kapcsolatokat hoztak létre a vonalak között. A hívás felépítésekor a tárcsázott számot vagy impulzusok (régebbi tárcsázós telefonok), vagy DTMF hangok (nyomógombos telefonok) formájában érzékelte a központ, és ez alapján hozta létre a fizikai áramkört.

Digitális átalakulás

Az 1960-as években kezdődött meg a PSTN digitális átalakulása. Ennek oka a hatékonyság, a minőség és a kapacitás növelésének igénye volt. A kulcsfontosságú technológia a Pulzus Kód Moduláció (PCM) volt, amely a hangot digitális adatokká alakítja. A PCM a következőképpen működik:

1. Mintavételezés: A hanghullámot másodpercenként 8000 alkalommal mintavételezik (Nyquist-Shannon tétel alapján a 4 kHz-es hangfrekvencia sávszélesség kétszerese szükséges).
2. Kvantálás: Minden mintát egy diszkrét értékre kerekítenek (általában 256 szintre, 8 biten).
3. Kódolás: A kvantált értékeket bináris kódokká alakítják.

Ezáltal egy telefonhívás másodpercenként 64 kilobites (kbps) digitális adatfolyammá alakul (8000 minta/másodperc * 8 bit/minta = 64 kbps). Ezt a 64 kbps-os csatornát DS0 (Digital Signal 0)-nak nevezik.

A digitális átvitel lehetővé tette a Időosztásos Multiplexelés (TDM) alkalmazását. A TDM-mel több DS0 csatornát lehetett egyetlen fizikai vonalon továbbítani. Például:

• T1 vonal (Észak-Amerika): 24 DS0 csatorna (24 * 64 kbps = 1.536 Mbps) + 8 kbps jelzés, összesen 1.544 Mbps.
• E1 vonal (Európa és a világ nagy része): 30 DS0 csatorna (30 * 64 kbps = 1.920 Mbps) + 2 * 64 kbps jelzés, összesen 2.048 Mbps.

Ezek a digitális trunk vonalak jelentősen megnövelték a hálózat kapacitását és csökkentették a költségeket. A digitális kapcsolóközpontok pedig már nem fizikai áramköröket kapcsoltak, hanem digitális adatfolyamokat irányítottak, ami sokkal gyorsabb és rugalmasabb hívásfelépítést tett lehetővé.

Az ISDN (Integrált Szolgáltatású Digitális Hálózat) volt a digitális PSTN kiterjesztése az előfizetői végpontig. Az ISDN lehetővé tette a hang és adat egyidejű digitális átvitelét ugyanazon a vonalon, magasabb sebességgel és jobb minőséggel, mint a hagyományos analóg modemek. Bár az ISDN sosem vált annyira elterjedtté, mint ahogy azt remélték, fontos lépcsőfok volt a teljesen digitális hálózatok felé vezető úton.

A hívásfelépítés folyamata a PSTN-ben

A PSTN-ben történő hívásfelépítés egy összetett, de rendkívül hatékony folyamat, amely számos lépésből áll, a tárcsázástól a beszélgetés végéig.

1. A telefon felemelése (off-hook): Amikor az előfizető felemeli a telefonkagylót, a helyi hurokon keresztül áram áramlik a telefonba a kapcsolóközpontból. Ez a „horogról le” állapotot jelzi a központnak, ami válaszként tárcsahangot (dial tone) küld a telefonra, jelezve, hogy a hálózat készen áll a szám fogadására.

2. Szám tárcsázása: Az előfizető tárcsázza a hívni kívánt telefonszámot. Ha régebbi, tárcsázós telefonról van szó, impulzusokat küld, ha nyomógombos telefonról, akkor DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency) hangokat. Ezek a hangok a helyi hurkon keresztül jutnak el a helyi kapcsolóközponthoz.

3. Szám elemzése és útválasztás: A helyi kapcsolóközpont fogadja és elemzi a tárcsázott számot. Ez alapján dönti el, hogy a hívás helyi, távolsági vagy nemzetközi.
* Helyi hívás: Ha a hívott fél ugyanazon a helyi kapcsolóközponton keresztül csatlakozik, a központ közvetlenül felépíti az áramkört.
* Távolsági/Nemzetközi hívás: Ha a hívott fél egy másik központhoz tartozik, a helyi központ továbbítja a hívást egy magasabb szintű kapcsolóközpontnak (tandem vagy tranzit központ), amely felelős a hívás útválasztásáért a hálózaton keresztül a célközpont felé. Az útválasztás az SS7 jelzésrendszer segítségével történik.

4. Hívásfelépítés és jelzés: Az SS7 hálózat segítségével a kapcsolóközpontok kommunikálnak egymással. Az SS7 üzenetek tartalmazzák a hívó és hívott fél adatait, valamint a hívás állapotát. Amikor a hívás elérte a hívott fél helyi kapcsolóközpontját, az ellenőrzi, hogy a hívott vonal szabad-e.
* Ha a vonal szabad, a hívott fél telefonja csengeni kezd, és a hívó fél felé csengő hangot (ringback tone) küld a hálózat.
* Ha a vonal foglalt, a hívó fél foglalt jelzést kap.
* Ha a szám nem létezik, vagy valamilyen hiba van, hibaüzenetet kap a hívó fél.

5. Válasz (on-hook): Amikor a hívott fél felemeli a kagylót, a telefonja szintén „horogról le” állapotba kerül. Ezt jelzi a hívott fél kapcsolóközpontja az SS7 hálózaton keresztül a hívó fél kapcsolóközpontjának. Ekkor megszakad a csengő hang, és létrejön a dedikált áramkör a két fél között.

6. Beszélgetés: A hívás ideje alatt a dedikált áramkör fennáll. A hangjelek analóg formában haladnak a helyi hurkon, majd digitálisra alakulnak (PCM) a helyi központban, és digitális trunk vonalakon továbbítódnak a hálózaton keresztül a célközpontig, ahol visszaalakulnak analóg jellé a hívott fél helyi hurkán.

7. Hívásbontás (on-hook): Amikor bármelyik fél leteszi a telefont, az „horogra fel” állapotba kerül. Ezt a változást érzékeli a kapcsolóközpont, és SS7 üzenetben jelzi a másik fél központjának. Amikor mindkét fél letette a telefont, a dedikált áramkör bontásra kerül, és a hálózati erőforrások felszabadulnak a következő hívás számára. A számlázási információk is rögzítésre kerülnek ebben a fázisban.

Ez az áramkörkapcsolásos modell biztosítja, hogy a hívás ideje alatt a teljes sávszélesség kizárólag a két kommunikáló fél rendelkezésére álljon, garantálva a hangminőséget és a megbízhatóságot.

PSTN számozási terve és irányítása

A PSTN globális működéséhez elengedhetetlen egy egységes és hierarchikus számozási terv, valamint egy kifinomult hívásirányítási rendszer. Ezek biztosítják, hogy bármely telefonhívás eljusson a világ bármely pontjára.

Nemzetközi számozási terv (E.164)

A telefonszámok egységesítését az ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization Sector) által kidolgozott E.164 szabvány írja elő. Ez a szabvány határozza meg a nemzetközi telefonszámok formátumát. Az E.164 szerint egy telefonszám legfeljebb 15 számjegyből állhat, és a következőképpen épül fel:

Országkód (Country Code, CC) + Nemzeti célkód (National Destination Code, NDC) + Előfizetői szám (Subscriber Number, SN)

Például, Magyarország esetében: +36 (országkód) 20/30/70 (mobilhálózatok NDC-je) vagy 1/20/30/40/50/60/70/80/90 (földrajzi NDC-k) XXXXXXX (előfizetői szám).

Az országkódok (CC) 1, 2 vagy 3 számjegyből állhatnak. A nemzeti célkód (NDC) általában a területkódot vagy a mobilhálózat előtagját jelöli. Az előfizetői szám (SN) pedig az adott területen belüli egyedi azonosító. Ez a hierarchia teszi lehetővé a hívások pontos irányítását a nemzetközi hálózatban.

Hívásirányítási elvek

A hívásirányítás (call routing) az a folyamat, amely során a PSTN eldönti, mely útvonalon keresztül továbbítja a hívást a hívó féltől a hívott félhez. Ez a folyamat a kapcsolóközpontokban zajlik, és az SS7 jelzésrendszerrel szorosan együttműködik.

A hívásirányítás alapvető elvei:

1. Legrövidebb út elv: A hálózat igyekszik a lehető legrövidebb úton továbbítani a hívást, minimalizálva a késleltetést és a hálózati erőforrások felhasználását.
2. Terheléselosztás: Ha több lehetséges útvonal is létezik, a hálózat eloszlathatja a forgalmat közöttük, hogy elkerülje a túlterhelést egy adott vonalon vagy kapcsolóközpontban.
3. Útvonal-redundancia: A PSTN-t úgy tervezték, hogy rendkívül megbízható legyen. Ezért számos redundáns útvonalat tart fenn. Ha egy vonal vagy egy kapcsolóközpont meghibásodik, a hívások automatikusan átirányíthatók egy alternatív útvonalra.
4. Költségalapú útválasztás: Különösen a távolsági és nemzetközi hívások esetében a szolgáltatók optimalizálhatják az útválasztást a költségek minimalizálása érdekében, például olcsóbb tranzit szolgáltatókon keresztül.

A kapcsolóközpontok egy routing táblázatot használnak, amely tartalmazza az összes lehetséges célállomásra vonatkozó útválasztási információkat. Amikor egy számot tárcsáznak, a központ lekérdezi ezt a táblázatot, és az első néhány számjegy alapján meghatározza a következő kapcsolóközpontot, ahová továbbítani kell a hívást. Ez a folyamat addig ismétlődik, amíg a hívás el nem éri a célközpontot.

A számozási terv és a hívásirányítás komplexitása ellenére a PSTN képes volt másodpercek alatt felépíteni a hívásokat a világ bármely pontjára, ami a 20. század egyik legnagyobb mérnöki vívmánya volt.

A PSTN számozási rendszere és hívásirányítása a globális kommunikáció gerincét képezte, lehetővé téve a zökkenőmentes összeköttetést kontinensek és kultúrák között.

A PSTN megbízhatósága és karbantartása

A PSTN egyik legkiemelkedőbb tulajdonsága a rendkívüli megbízhatósága és robusztussága. Ezt a tervezés és a karbantartás során alkalmazott szigorú elvek biztosították, amelyek a folyamatos, megszakítás nélküli szolgáltatásnyújtásra összpontosítottak.

Redundancia és hibatűrés

A PSTN-t a kezdetektől fogva redundánsra tervezték. Ez azt jelenti, hogy a hálózatban számos tartalék útvonal és berendezés található, amelyek átvehetik a működést hiba esetén. Például:

• Több útvonal a kapcsolóközpontok között: A kapcsolóközpontok gyakran több trunk vonalon keresztül csatlakoznak egymáshoz. Ha az egyik vonal megszakad, a forgalom automatikusan átirányítható a többi, működő vonalra.
• Redundáns berendezések a központokban: A kulcsfontosságú kapcsolóközpontokban a vezérlőrendszerek, tápegységek és egyéb kritikus komponensek gyakran duplázva vannak. Ha az elsődleges egység meghibásodik, a tartalék azonnal átveszi a szerepét, minimális szolgáltatáskieséssel.
• Gyűrűs topológiák: Bizonyos hálózati szegmensek, különösen az optikai kábelek, gyakran gyűrűs topológiában épültek ki. Ez azt jelenti, hogy az adat két irányból is eljuthat a célba. Ha a gyűrű egy ponton megszakad, az adatok továbbra is eljutnak a másik irányból.

Ez a hibatűrő tervezés biztosította, hogy a PSTN képes legyen ellenállni természeti katasztrófáknak, berendezés-meghibásodásoknak és egyéb zavaroknak, miközben fenntartja a kommunikációt, különösen a vészhelyzeti szolgáltatások számára.

Karbantartás és felügyelet

A PSTN megbízhatóságához hozzájárult a szigorú karbantartási protokollok és a folyamatos felügyelet. A távközlési vállalatok hatalmas mérnöki és technikusi csapatokat tartottak fenn, akik a hálózat állapotát figyelték, és azonnal reagáltak a problémákra.

• Proaktív karbantartás: Rendszeres ellenőrzések és megelőző karbantartások történtek a berendezések élettartamának meghosszabbítása és a hibák megelőzése érdekében.
• Valós idejű hálózati felügyelet: A hálózati operációs központok (NOC – Network Operations Center) éjjel-nappal figyelték a hálózat teljesítményét, a forgalmi mintákat és a potenciális hibajelzéseket.
• Gyors reagálás: Hiba esetén a technikusok gyorsan a helyszínre érkeztek, hogy elhárítsák a problémát. A modularitás és a szabványosított alkatrészek segítették a gyors javítást.

A PSTN-t úgy tervezték, hogy még áramkimaradás esetén is működjön. A kapcsolóközpontok hatalmas akkumulátorbankokkal és dízelgenerátorokkal voltak felszerelve, amelyek napokig képesek voltak árammal ellátni a rendszert. A hagyományos vezetékes telefonok (a modern, vezeték nélküli vagy VoIP adapteres telefonokkal ellentétben) közvetlenül a telefonvonalról kapták az áramot, így akkor is működtek, ha a házban elment az áram.

Ez a szintű megbízhatóság és folytonosság elengedhetetlen volt a kritikus szolgáltatások, mint a mentők, tűzoltók és rendőrség számára, akik a PSTN-re támaszkodtak a vészhelyzeti kommunikációban.

PSTN előnyei és hátrányai (történelmi kontextusban)

A PSTN a maga idejében forradalmi volt, de mint minden technológiának, voltak korlátai is, amelyek végül utat engedtek az újabb megoldásoknak.

Előnyei

A PSTN számos előnnyel rendelkezett, amelyek a globális távközlés domináns platformjává tették:

• Rendkívüli megbízhatóság és folytonosság: Ahogy már említettük, a PSTN-t a maximális rendelkezésre állásra tervezték. A redundáns rendszerek, az akkumulátoros tartalék tápellátás és a vonalról táplált telefonok biztosították a működést még áramszünet esetén is.
• Kiváló hangminőség (a maga idejében): Az áramkörkapcsolás garantálta a dedikált sávszélességet minden hívás számára, ami stabil és tiszta hangminőséget eredményezett, késés és torzítás nélkül.
• Univerzális lefedettség és hozzáférés: A PSTN volt az első globális kommunikációs hálózat, amely a világ szinte minden lakott pontjára eljutott. Szabványosított volt, így bármelyik telefonról lehetett hívást indítani a világ bármely más telefonjára.
• Egyszerűség a végfelhasználó számára: A telefon használata rendkívül egyszerű volt, nem igényelt technikai tudást. Csak fel kellett emelni a kagylót és tárcsázni.
• Biztonság (fizikai lehallgatás szempontjából): Bár az SS7 hálózatnak voltak sebezhetőségei, magát a hangátvitelt a dedikált áramkörök miatt nehezebb volt tömegesen lehallgatni, mint a csomagkapcsolt hálózatokat.
• Vészhelyzeti kommunikáció alapja: A 112/911 típusú segélyhívások megbízhatóan működtek a PSTN-en keresztül, pontos helymeghatározással (különösen a vezetékes telefonoknál).

Hátrányai

A PSTN alapvető architekturális korlátai azonban egyre nyilvánvalóbbá váltak a digitális kor beköszöntével:

• Korlátozott sávszélesség: A PSTN elsődlegesen hangátvitelre épült, ami viszonylag alacsony sávszélességet igényel (64 kbps egy DS0 csatornához). Az adatátvitel (modemek, faxok) ezen a hálózaton keresztül rendkívül lassú volt a modern internet sebességeihez képest.
• Rugalmatlanság és magas költségek: Az áramkörkapcsolásos modell azt jelentette, hogy egy dedikált áramkör foglalt volt a hívás teljes időtartama alatt, még akkor is, ha éppen nem történt adatátvitel (pl. csendes pillanatokban). Ez ineffektív erőforrás-felhasználást eredményezett. A fizikai infrastruktúra kiépítése és karbantartása rendkívül drága volt.
• Nem alkalmas adatátvitelre (eredetileg): Bár modemek segítségével lehetett adatot továbbítani, a PSTN nem volt ideális hálózat az internetes forgalomhoz. A csomagkapcsolt hálózatok sokkal hatékonyabbak az adatok továbbításában.
• Skálázhatósági korlátok: A fizikai kapcsolók és a dedikált áramkörök miatt a hálózat bővítése és új szolgáltatások bevezetése lassú és költséges folyamat volt.
• Későbbi fejlesztések nehézsége: Az analóg „utolsó mérföld” miatt a digitális szolgáltatások (pl. szélessávú internet) bevezetése kihívást jelentett, és gyakran külön infrastruktúrát igényelt (pl. ADSL, kábelmodem, optikai hálózatok).

Ezek a hátrányok vezettek ahhoz, hogy a 21. század elejére a PSTN fokozatosan átadja helyét az IP-alapú, csomagkapcsolt hálózatoknak.

Az IP-alapú kommunikáció térnyerése és a PSTN hanyatlása

A 20. század végén és a 21. század elején a PSTN dominanciája hanyatlani kezdett, ahogy az IP-alapú kommunikáció, különösen a VoIP (Voice over Internet Protocol), egyre inkább tért hódított. Ez a váltás alapjaiban változtatta meg a távközlés arculatát.

A VoIP technológia

A VoIP a hangkommunikációt IP-csomagokká alakítja, és az interneten vagy más IP-hálózaton keresztül továbbítja. Ellentétben a PSTN áramkörkapcsolásos modelljével, a VoIP csomagkapcsolt (packet-switched) hálózatot használ. Ez azt jelenti, hogy a hangadatok kis, önálló csomagokra bomlanak, amelyek a hálózatban a legoptimálisabb útvonalon haladnak, és a célállomáson állnak össze újra. Ennek számos előnye van:

• Hatékonyabb erőforrás-felhasználás: Csak akkor történik adatátvitel, amikor valójában beszéd van, a csendes pillanatokban nem foglalnak le feleslegesen sávszélességet.
• Költséghatékonyabb: Az IP-hálózatok kiépítése és karbantartása olcsóbb, mint a dedikált PSTN infrastruktúra. A hívások díja is jelentősen csökkent, gyakran ingyenessé vált a hálózatokon belül (pl. Skype, Messenger hívások).
• Rugalmasság és új szolgáltatások: Az IP-alapú kommunikáció könnyedén integrálható más adatszolgáltatásokkal (videó, üzenetküldés, webes együttműködés), ami új, konvergens szolgáltatások megjelenését tette lehetővé.
• Skálázhatóság: Az IP-hálózatok könnyebben skálázhatók, és nagyobb kapacitást tudnak kezelni.

PSTN-VoIP átjárók és a „mindent IP-re” trend

A PSTN és a VoIP hálózatok közötti átmenet fokozatos volt. Kezdetben PSTN-VoIP átjárókat (gateways) használtak, amelyek lehetővé tették a hívások zökkenőmentes átirányítását a két típusú hálózat között. Ezek az átjárók alakították át az analóg/digitális PSTN hangjeleket IP-csomagokká és fordítva.

A távközlési szolgáltatók fokozatosan elkezdték modernizálni hálózataikat, és a régi, TDM-alapú kapcsolóközpontokat felváltották szoftver alapú, IP-kompatibilis „softswitch”-ekkel és NGN (Next Generation Network) architektúrákkal. A „mindent IP-re” (All-IP) trend azt jelenti, hogy a szolgáltatók hosszú távú célja az összes kommunikációs szolgáltatás (hang, adat, videó) egyetlen, IP-alapú hálózaton keresztül történő nyújtása. Ez magában foglalja a PSTN teljes lekapcsolását és a hagyományos vezetékes telefonok VoIP-alapú alternatívákkal való felváltását.

Ez az átállás nemcsak technológiai, hanem gazdasági szempontból is indokolt volt, hiszen a régi PSTN infrastruktúra fenntartása egyre költségesebbé vált, miközben a VoIP sokkal hatékonyabb és innovatívabb megoldásokat kínált.

A PSTN szerepe napjainkban

Bár a PSTN dominanciája véget ért, és számos országban már megkezdődött a hálózat lekapcsolása, továbbra is van szerepe a modern telekommunikációban, elsősorban legacy alkalmazások és kritikus szolgáltatások terén.

Vészhelyzeti szolgáltatások

A PSTN továbbra is kulcsfontosságú a vészhelyzeti szolgáltatások (például 112 Európában, 911 Észak-Amerikában) számára. A vezetékes telefonokról indított hívások rendkívül pontosan beazonosíthatók, mivel a hívás a fizikai helyi hurokhoz van rendelve. Bár a VoIP és a mobilhívások is képesek vészhelyzeti számokat hívni, a helymeghatározás náluk bonyolultabb lehet. Ezért sok országban a szabályozó hatóságok továbbra is fenntartják a PSTN-hez való hozzáférést a vészhelyzeti központok számára.

Fax, modem és riasztórendszerek

Számos régebbi technológia továbbra is a PSTN-re támaszkodik:

• Faxgépek: A faxkommunikáció a PSTN analóg vonalain keresztül történik. Bár léteznek IP-alapú faxmegoldások (FoIP), sok vállalkozás és intézmény továbbra is hagyományos faxot használ.
• Modemek: A betárcsázós internet (dial-up) már nagyrészt eltűnt, de bizonyos ipari vagy speciális alkalmazások (pl. POS terminálok, távoli eszközvezérlés) még mindig használhatnak modemet a PSTN-en keresztül.
• Riasztórendszerek és lifttelefonok: Sok régebbi biztonsági és riasztórendszer, valamint a liftekben található vészhelyzeti telefonok a PSTN vonalakat használják a kommunikációra, mivel azok megbízhatóbbnak bizonyultak áramszünet esetén is.
• ATM-ek: Egyes bankautomaták is a PSTN-en keresztül kommunikálnak, bár ez is egyre inkább IP-alapúvá válik.

Legacy rendszerek és átmeneti megoldások

Sok vállalat és intézmény rendelkezik olyan legacy rendszerekkel, amelyek a PSTN-hez való csatlakozást igénylik. Az átállás az All-IP hálózatokra időigényes és költséges folyamat, ezért a PSTN még egy ideig fennmarad, mint átmeneti megoldás. A szolgáltatók gyakran kínálnak analóg telefon adaptereket (ATA), amelyek lehetővé teszik a hagyományos telefonkészülékek IP-alapú hálózatokhoz való csatlakoztatását, így a felhasználóknak nem kell azonnal új telefonokat vásárolniuk.

A PSTN tehát egyre inkább egy régi technológiává válik, amelynek szerepe minimálisra csökken, de bizonyos speciális területeken még egy ideig nélkülözhetetlen marad, amíg a teljes migráció az IP-alapú megoldásokra be nem fejeződik.

Biztonsági szempontok a PSTN-ben

Bár a PSTN-t rendkívül megbízhatóra tervezték, a biztonsági aspektusok az idő múlásával, különösen az SS7 hálózat térnyerésével, egyre nagyobb figyelmet kaptak. A fizikai biztonság mellett a jelzésrendszer sebezhetőségei is aggodalomra adtak okot.

Fizikai biztonság

A PSTN infrastruktúra jelentős részét fizikai eszközök alkotják: rézkábelek, kapcsolóközpontok, elosztó dobozok. Ezek védelme kulcsfontosságú volt a szolgáltatás folytonosságához. A kapcsolóközpontok szigorúan őrzött, fizikai hozzáféréssel védett épületekben helyezkedtek el. A kábeleket gyakran föld alá fektették, vagy megerősített oszlopokra szerelték, hogy minimalizálják a rongálás vagy a természeti károk kockázatát. A fizikai beavatkozás, mint a kábelek elvágása, azonnali szolgáltatáskiesést okozhatott egy adott területen.

A lehallgatás a PSTN-en viszonylag nehézkes volt nagy volumenben. Minden híváshoz egy dedikált áramkör tartozott, így a lehallgatáshoz fizikailag rá kellett csatlakozni a vonalra. Bár ez nem volt lehetetlen, a tömeges lehallgatás rendkívül erőforrásigényes és feltűnő volt.

SS7 sebezhetőségek

Az SS7 jelzésrendszer, amely a PSTN gerincét képezi, a 21. században vált a biztonsági aggodalmak forrásává. Mivel az SS7 egy olyan protokoll, amelyet a távközlési szolgáltatók közötti bizalomra építettek, bizonyos sebezhetőségek merültek fel, amelyek kihasználhatók voltak, ha egy rosszindulatú szereplő hozzáférést szerzett az SS7 hálózathoz.

Az SS7 hálózat sebezhetőségei lehetővé tehetik:

• Hívások lehallgatását: Bár a hang maga a beszélgetés során titkosítatlanul továbbítódik, az SS7 üzenetek manipulálásával át lehet irányítani a hívásokat, vagy „man-in-the-middle” támadásokat lehet végrehajtani a beszélgetések lehallgatására.
• SMS-ek lehallgatását és manipulálását: Az SMS-ek továbbítása is az SS7 hálózaton keresztül történik, így azok is sebezhetőek lehetnek.
• Helymeghatározást: Az SS7 üzenetek tartalmazhatnak információkat a mobiltelefonok helyzetéről (különösen a 2G/3G hálózatokban), ami lehetővé teheti a telefonok valós idejű nyomon követését.
• Számlázási csalásokat: Az SS7 manipulálásával hamis hívásokat lehet kezdeményezni vagy a számlázási információkat megváltoztatni.
• Szolgáltatásmegtagadási (DoS) támadásokat: A hálózati erőforrások túlterhelésével szolgáltatáskiesést lehet okozni.

Ezek a sebezhetőségek nem a PSTN alapvető hangátviteli mechanizmusából fakadnak, hanem a modernizált, digitális jelzésrendszerből, amely a mobilhálózatokban is széles körben elterjedt. A szolgáltatók folyamatosan dolgoznak ezeknek a biztonsági réseknek a kijavításán és a hálózat védelmének megerősítésén.

Szabályozás és a PSTN

A PSTN működése és fejlődése szorosan összefonódott a szigorú szabályozással, amelyet a kormányok és a nemzetközi szervezetek alakítottak ki. Ennek célja a szolgáltatás minőségének, elérhetőségének és a verseny tisztességességének biztosítása volt.

Univerzális szolgáltatási kötelezettség

Számos országban a távközlési szolgáltatókra univerzális szolgáltatási kötelezettség (Universal Service Obligation, USO) vonatkozott. Ez azt jelentette, hogy kötelesek voltak alapvető telefonkommunikációs szolgáltatást biztosítani a lakosság minden tagja számára, függetlenül attól, hogy mennyire távoli vagy gazdaságilag kevésbé jövedelmező területről volt szó. Ennek célja az volt, hogy mindenki hozzáférhessen a létfontosságú kommunikációs eszközhöz.

Ez a kötelezettség jelentős befektetéseket igényelt a szolgáltatóktól a hálózat kiterjesztéséhez és fenntartásához, még a kevésbé profitábilis területeken is. Gyakran az állami támogatások vagy a hálózati díjak részei fedezték az USO költségeit.

Összekapcsolási megállapodások (Interconnection Agreements)

A PSTN globális jellege megkövetelte, hogy a különböző szolgáltatók hálózatai képesek legyenek egymással kommunikálni. Ezt az összekapcsolási megállapodások (interconnection agreements) biztosították. Ezek a megállapodások szabályozták a hívásforgalom átadását a szolgáltatók között, és meghatározták azokat a díjakat (interconnection fees), amelyeket a hívást kezdeményező szolgáltató fizetett a hívott fél szolgáltatójának a hívás célba juttatásáért.

A szabályozó hatóságok felügyelték ezeket a megállapodásokat, hogy biztosítsák a tisztességes versenyt és megakadályozzák a monopolhelyzetek kihasználását. Az összekapcsolási díjak jelentős bevételi forrást jelentettek a távközlési vállalatok számára, és hosszú ideig a PSTN üzleti modelljének alapját képezték.

Számozási tervek és hívásdíjak szabályozása

Az országos számozási tervek (például az E.164 szabványon alapuló nemzeti tervek) is szigorú szabályozás alá estek, hogy biztosítsák a telefonszámok egyediségét és a hívások megfelelő irányítását. A hívásdíjakat is gyakran szabályozták, különösen a távolsági és nemzetközi hívások esetében, hogy megakadályozzák a túlzott árazást és biztosítsák az elérhetőséget a lakosság számára.

A szabályozás célja az volt, hogy a PSTN mint alapvető közszolgáltatás megbízhatóan és méltányosan működjön mindenki számára. A digitális átállással és az IP-alapú kommunikáció térnyerésével a szabályozási környezet is változott, alkalmazkodva az új technológiákhoz és üzleti modellekhez.

A PSTN jövője és a teljes lekapcsolás

A PSTN jövője a fokozatos lekapcsolás. A világ számos országa már megkezdte, vagy tervezi a hagyományos nyilvános kapcsolt telefonhálózat fokozatos megszüntetését, és a teljes átállást az IP-alapú hálózatokra. Ez a folyamat a „PSTN sunset” vagy „All-IP migráció” néven ismert.

A migráció okai

A PSTN lekapcsolásának számos oka van:

• Fenntartási költségek: A régi PSTN infrastruktúra fenntartása rendkívül drága. A régi elektromechanikus és digitális kapcsolóközpontok alkatrészei nehezen beszerezhetők, a karbantartásukhoz szükséges szaktudás pedig egyre ritkább.
• Hatékonyság: Az áramkörkapcsolásos hálózat kevésbé hatékony, mint a csomagkapcsolt IP-hálózatok, különösen az adatátvitel és a forgalomkezelés szempontjából.
• Innováció hiánya: A PSTN korlátozott képességekkel rendelkezik az új, konvergens szolgáltatások (videóhívások, multimédiás üzenetek, felhőalapú kommunikáció) támogatására, amelyek az IP-hálózatokon könnyedén megvalósíthatók.
• Egyszerűsítés: Egyetlen, IP-alapú hálózat üzemeltetése egyszerűbb és költséghatékonyabb, mint két különálló (hang és adat) hálózat fenntartása.

A lekapcsolás folyamata

A lekapcsolás általában szakaszosan zajlik. A szolgáltatók először leállítják a régi PSTN szolgáltatások értékesítését az új előfizetők számára, majd fokozatosan migrálnak a meglévő ügyfelek IP-alapú alternatívákra (pl. VoIP, FTTH – Fiber To The Home, ahol a telefon is IP alapon működik). Ez magában foglalhatja a hagyományos vezetékes telefonok helyett analóg telefon adapterek (ATA) vagy IP-telefonok biztosítását.

Néhány ország, például Németország, már befejezte a PSTN lekapcsolását, míg mások, mint az Egyesült Királyság vagy az Egyesült Államok, 2025-2030 körüli dátumokat céloznak meg a teljes átállásra. Magyarországon a szolgáltatók szintén a teljes IP-alapú hálózatra való átálláson dolgoznak, fokozatosan kivezetve a régi PSTN technológiát.

A PSTN öröksége azonban továbbra is él. Az általa bevezetett alapelvek, mint a számozási tervek, a hívásirányítási logikák és a megbízhatóság iránti igény, továbbra is befolyásolják a modern távközlési hálózatok tervezését és működését. Bár a fizikai infrastruktúra eltűnik, a PSTN az emberi kommunikáció alapvető átalakításának szimbóluma marad.

Jellemző	PSTN (analóg/digitális TDM)	VoIP (IP-alapú)
Átviteli mód	Áramkörkapcsolás (dedikált csatorna)	Csomagkapcsolás (megosztott hálózat)
Hangminőség	Stabil, dedikált sávszélesség miatt	Változó, hálózati torlódástól függően (de ma már kiváló)
Sávszélesség-igény	64 kbps/hívás (DS0)	Alacsonyabb (tömörítés és inaktív időszakok kihasználása miatt)
Költségek	Magas infrastruktúra és fenntartási költségek	Alacsonyabb, meglévő adathálózaton fut
Rugalmasság	Alacsony (nehezen bővíthető, új szolgáltatások bevezetése lassú)	Magas (könnyen skálázható, új szolgáltatások integrálhatók)
Funkcionalitás	Alapvető hanghívások, fax, modem	Hang, videó, chat, konferencia, integrált kommunikáció
Tápellátás áramszünet esetén	Működik (központ akkumulátor + vonali táp)	Nem működik (router és telefon adapter áramot igényel)
Helymeghatározás vészhelyzetben	Rendkívül pontos (fizikai vonalhoz kötött)	Bonyolultabb (IP-cím, Wi-Fi, GPS adatok alapján)