现代交换技术论文
现代交换技术论文
浅谈光交换技术与其应用
本门课程主要介绍了在现代通信网络中使用的各种交换技术的原理、相关协议和应用。由浅及深的向大家介绍并讲解了目前网络中常用的各种交换技术和数据通信中使用的关键技术原理；电话通信中使用的电路交换技术；电信网信令系统；数据通信中使用的分组交换技术和帧中继技术；宽带交换中使用的ATM技术；计算机网络中使用的二层交换、IP交换和MPLS技术；光交换技术以及最新的软交换及NGN技术等问题。
随着通信技术和计算机技术的不断发展，人们要求网络能够提供多种业务，而传统的电路交换技术已经满足不了用户对于各种新业务的要求，因此各种交换技术应运而生，以满足人们不同的业务要求。经过几个月来的不断学习，查阅资料，下面从光交换的分类、技术特点以及光交换方式三方面浅谈一下光交换技术与其应用。
光交换技术是全光通信网中的核心技术,在全光通信网络技术中发挥着重要的作用。随着现代科学技术的不断发展,在现代通信网中,实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是宽带通信网未来的发展目标。光交换技术作为全光通信网中的一个重要支撑技术,在全光通信网中发挥着重要的作用。
光交换的分类
光交换是指不经过任何光/电转换,将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。具体来说，光交换可分为光路光交换和分组光交换2类。（1）光路光交换
OCS基于波长上下话路OADM(OpticalAddDropMultiplexer)和交叉连接OXC(0PticalCrossConnect),采用波长路由方式,通过控制平面的双向信令传输建立链路和分配波长,实质是一种光的电路交换方式。
在DWDM网络中,光路交换以波长交换的形式实现,即在相邻节点间的每一条链路上,一个波长对应一个用于交换的光通道。波长交换的优点是速度快、对数据速率及格透明,适合SDH网络。另外,OCS与多协议标签交换MPLS(MultiProtocolLabelSwitching)结合的多协议波长交换MPLS(MuItiprotocolLambdaSwitching)技术可以实现智能、动态的波长连接路由和保护。但是。OCS采用波长作为网络资源的处理粒度,当波长数有限时。为避免拥塞不得不将一部分数据进行光/电/光转换,若采用动态带宽分配机制,则链路的建立时间较长。另外。由于OCS的本质是电路交换,有着电路交换的固有缺点;在连接建立到数据传输的过程中,所有的中间节点必须维持信道资源直到信道拆除为止,在此过程中。纵使资源没有被占用,其余数据也无法利用它们,大大降低了带宽利用率。（2）时分光交换
光分组变换(0PS,OpticalPaeketSwitchhag)以光分组作为最小的交换颗粒,采用单向预约机制,在进行数据传输前不需要建立路由、分配资源。分组头含有目的地址,分组序列等控制信息,分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输,网络节点需要缓存净荷,等待带分组目的地的分组头的处理,以确定路由。光分组交换有很高的资源利用率,和很强的适应突发数据的能力,全光的分组交换是光交换的未来的发展方向。
OPS的核心节点的结构包括复用/解复用器、输入和输出接口以及内部的缓冲器和控制器。输入接口完成的功能有:(1)对输入的数据信号整形定时和再生,藉以形成完善质量的信号以便进行后续的处理和交换;(2)检测信号的漂移和抖动;(3)使每一分组的开头和末尾、信头和有效负载都安排适当;(4)使分组获取同步并与交换的时隙对准;(5)将信头分出,并传送给控制器,由它进行处理;(6)将外部WDM传输波长转换为内部交换机盘使用的波长。输出接口必须完成的功能有:对输出信号整形、定时和再生,以克服由交换机盘引起的串扰和损伤,恢复信号的质量;给信息有效负载加上新的信头;分组的描绘和再同步;按需要将内部波长转换为外部用的波长;由于信号在交换机盘内路程不同、插损不同,因而信号功率也不同,需要均衡输出功率。
光交换技术的特点
随着通信网络逐渐向全光平台发展,网络的优化、路由、保护和自愈功能在光
通信领域中越来越重要。光交换技术能够保证网络的可靠性和提供灵活的信号路由平台,尽管现有的通信系统部采用电路交换技术,但发展中的全光网络却需要由纯光交换技术来完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。光交换技术为进入节点的高速信息流提供动态光域处理。仅将属于该节点及其子网的信息上下路并交由电交换设备继续处理,其优势有:可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题;可以大量节省建网和网络升级成本。如果采用全光网技术,将使网络的运行费用节省70%,设备费用节省90%;可以大大提高网络的重构灵活性和生存性,以及加快网络恢复的时间。
光交换的方式及应用
光信号的分割复用方式有3种:空分、时分和波分。相应也有空分、时分和波分3种光交换。分别完成空分信道、时分信道和波分信道的交换。这3种变换方式的特点和其实现方案各不相同。若光信号同时采用2种及以上交换方式则称复合光交换。（1）空分光交换
空分光交换是空间域上将光信号进行交换。基本原理是将光交换元件组成门阵列开关,并适当控制门阵列开关。即可在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路。因其交换元件的不同可分为机械型、光电转换型、复合波导型、全反射型和激光二极管门开关等,如耦合波导型交换元件铌酸钾,它是一种电光材料,具有折射牢随外界电场的变化而发生变化的光学特性。以铌酸钾为基片,在基片上进行钛扩散,以形成折射率逐渐增加的光波导,即光通路,再焊上电极后即可将它作为光交换元件使用。当将两条很接近的波导进行适当的复合。通过这两条波导的光束将发生能量交换。能量交换的强弱随复合系数。平行波导的长度和两波导之间的相位差变化,只要所选取的参数适当,光束就在波导上完全交错,如果在电极上施加一定的电压,可改变折射率及相位差。由此可见,通过控制电极上的电压,可以得到平行和交叉两种交换状态。（2）时分光交换
时分复用是通信网中普遍采用的一种复用方式。光时分复用和电时分复用类似,也是把一条复用信道划分成若干个时隙,每个基带数据光脉冲流分配占用一个
时隙,N个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。
要完成时分光交换,必须有时隙交换器实现将输入信号一帧任一时隙交换到另一时隙输出的功能。完成时隙交换必须有光缓存器,把时分复用信号按一定顺序写入储存器,然后按一种顺序读出米,这样便完成了时隙交换。利用光纤延时线的光时分交换的工作原理:首先把时分复用的光信号经过光分路器,使它的每条出线上同时都只有某一时隙的光信号;然后让这些信号分别经过不同的光延时器件,使其获得不同的时间延迟;最后,再把这些信号经过一个光合路器重新复合起来,就完成了时分交换。（3）波分光交换
一般来说,在光波复用系统中其源端和目的端都采用相同的波长来传递信号,否则将在多路复用中,每个终端都将增加终端设备的复杂性。波分光交换所需波长交换器是先用分解复用器将光波分信道空间分割开,对每个波长信道分别进行波长交换(w/c),然后再把它们复用起来,经由一条光纤输出。
密集波分复用是光纤通信中的一种趋势,它利用光纤的宽带特性,在1550nm波段的低损耗窗口中复用多路光信号,大大提高光纤的通信容量。
扩展阅读：现代交换技术论文
软交换技术发展现状
1.软交换基本概念
软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以太网的电话，通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（CallManager、CallServer），实现PBX（PrivateBrancheXchange，用户级交换机）功能（IPPBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IPPBX应用获得了巨大成功。受到IPPBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch（软交换）技术应运而生。
软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，ISC
（InternationalSoftSwitchConsortium）的成立更加快了软交换技术的发展步伐，软交换相关标准和协议得到了IETF、ITU－T等国际标准化组织的重视。根据国际SoftSwitch论坛ISC的定义，SoftSwitch是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统。因此，软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。
软交换的技术定义可以描述为：
它是一种提供了呼叫控制功能的软件实体
它支持所有现有的电话功能及新型会话式多媒体业务
它采用标准协议（如SIP、H.323、MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN以及各种其它的数据及ITU协议）
它提供了不同厂商的设备之间的互操作能力它与下列一种或多种组件配套使用媒体网关信令网关
特性服务器（例如提供CLASS业务）应用服务器（例如提供多媒体业务）
媒体服务器（如提供数据流媒体、会议和广告等业务）管理、供应和收费/计费接口。
也许从业务角度来看，可以给出一个更形象的定义：软交换是一种针对与传统电话业务和新型多媒体业务相关的网络和业务问题的解决方案。它能够减少资本和运营支出，提高收入。
软交换技术是一个分布式的软件系统，可以在基于各种不同技术、协议和设备的网络之间提供无缝的互操作性，其基本设计原理是设法创建一个具有很好的伸缩性、接口标准性、业务开放性等特点的分布式软件系统，它独立于特定的底层硬件/操作系统，并能够很好地处理各种业务所需要的同步通信协议，在一个理想的位置上把该架构推向摩尔曲线轨道。并且它应该有能力支持下列基本要求：
（1）独立于协议和设备的呼叫设备的呼叫处理和/同步会晤管理应用的开发。
（2）在其软交换网络中能够安全地执行多个第三方应用而不存在由恶意或错误行为的应用所引起的任何有害影响。
（3）第三方硬件销售商能增加支持新设备和协议的能力。
（4）业务和应用提供者能增加支持全系统范围的策略能力而不会危害其性能和安全。
（5）有能力进行同步通信控制，以支持包括帐单、网络管理和其他运行支持系统的各种各样的后营业室系统。
（6）支持运行时间捆绑或有助于结构改善的同步通信控制网络的动态拓扑。
（7）从小到大的网络可伸缩性和支持彻底的故障恢复能力。
软交换的实现目标是在媒体设备和媒体网关的配合下，通过计算机软件编程的方式来实现对各种媒体流进行协议转换，并基于分组网络（IP/ATM）的架构实现IP网、ATM网、PSTN网等的互连，以提供和电路交换机具有相同功能并便于业务增值和灵活伸缩的设备。
软交换所使用的主要协议软交换体系涉及协议非常众多，包括H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、
MGCP、BICC、PRI、BRI等。国际上，IETF、ITU－T、SoftSwitchOrg等组织对软交换及协议的研究工作一直起着积极的主导作用，许多关键协议都已制定完成，或趋于完成。这些协议将规范整个软交换的研发工作，使产品从使用各厂家私有协议阶段进入使用业界共同标准协议阶段，各家之间产品互通成为可能，真正实现软交换产生的初衷提供一个标准、开放的系统结构，各网络部件可独立发展。在软交换的研究进展方面，我国处于世界同步水平。信息产业部“网络与交换标准研究组”在1999年下半年就启动了软交换项目的研究，目前已完成了《软交换设备总体技术要求》。
2.软交换现状
下一代网络（NGN）是一个建立在IP技术基础上的新型公共电信网络，它将话音、数据、视频等多种业务集于一体。建设下一代网络是电信竞争的需要。随着通信技术的飞速发展和电信市场的逐步开放，电信业的一个最重要的发展趋势就是业务运营和网络运营的分离，由网络运营商提供可靠、高效的基础承载平台，由业务提供商提供各种应用，他们与设备制造商三足鼎立，共同推动了电信业的繁荣和进步。软交换技术是下一代网络的核心技术，软交换思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等众家之长，形成分层、全开放的体系架构，作为下一代网络的发展方向，软交换不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合。
目前，欧洲电信运营商对于软交换（下一代网络）的发展和应用大体上采用比较务实和谨慎的态度，运营商都是根据自身网络的实际情况和业务的发展来采取对策。德国电信聚焦海外市场，积极开拓国际IP网的话音业务，并在新技术投入使用之前，注重新技术和新设备的试验和评估。201*年开始在国际网络进行软交换的试验，放置了一台软交换机和4个媒体网关开展IP网络提供语音业务、呼叫中心业务和VPN业务的试验，其软交换的标准采用SIP－T协议。英国电信则逐步地在长途网和本地网实现分组话音，本地网有5个节点开展了软交换实验，部分已经商用，并且试验规模在逐步扩展。在提供话音质量的保证方面，英国电信已在其承载网络内全面采用ATM技术。比利时电信认为201*年以后引入NGN比较适当，但目前需注意跟踪技术和设备的发展，比利时电信的技术部门在NGN方面重点研究未来分组话音网络的体系架构和需求、开展NGN技术培训、建立NGN实验室，为开展现场试验进行技术准备。一些北美电信运营商也正在积极开展有利于软交换提供话音业务的试验，有些运营商已经开始提供商用业务。
201*年3月，中国电信下一代网络（NGN）试验项目在北京、上海、广州、深圳4城市启动。中国电信与北电网络、爱立信、西门子、中兴通讯、上海贝尔5厂家签订了下一代网络试验工程设备合同。合同涉及金额近1亿元人民币。根据中国电信与北电网络签署的合同，在北京、上海、广州和深圳4城市部署北电网络的SUCCESSIｏN下一代网络解决方案。NGN网络全国试验网项目涉及的技术面、提供的业务量、网络覆盖的广度、深度均在全球首屈一指。在设备制造商方面，特别值得一提的是加拿大北电网络，其NGN产品为SUCCESSIｏN（继往开来）解决方案，于1999年在BT－SPAIN首次正式商用，迄今为止，在全球超过24个国家的40多个网络中得到试验或商用。其商用客户中包括VEｒIｚｏN、SPｒINT、中国电信、香港宽频（HＫBN）、新世界电信（NEWWｏｒLDTEL）及铁通等。
SUCCESSIｏN的应用类型包括了长途及汇接（C4）业务、本地接入（C5）及多媒体业务、无线汇接及3G核心网业务以及有线电视多网合一业务。目前几种解决方案已经在实际网络中运用。其中，VEｒIｚｏN的软交换本地汇接网络包含2个软交换节点及70多个媒体网关，每个节点每天处理超过1100万次呼叫。SPｒINT作为全美第一个实现TDM端局以软交换替换的运营商，其第一期工程（350万线）全部采用北电的SUCCESSIｏN方案。香港宽频应用SUCCESSIｏN本地IAD接入方案，在短短的1７个月时间内，已拥有16万用户，是全球最大的基于以太网IAD接入的NGN网络，目前运营稳定良好。在最近的市场调研报告中，北电网络列全球软交换市场份额第一，也是全球VｏIP和VｏATM媒体网关市场份额第一。
目前，许多电话交换设备供应商和数据设备供应商均推出了自己的软交换设备，国内厂商包括中兴、华为和大唐；国外厂商包括阿尔卡特、北方电讯、西门子、朗讯、Cisco、Sonus、UT斯达康等公司。各厂商提供的软交换设备均遵从软交换技术的总体架构，只是在具体实现方式上存在着一些差异。软交换技术的产生是为了构件一个“全业务网”，即在同一个网上实现语音、数据、多媒体视频流业务的融合；并且为了实现这个目的，将呼叫控制和业务功能在功能实体上进行了分离。但目前各厂家提供的软交换系统在业务提供上与上述目标还存在一定的差距，还需要经历一个不断发展和完善的过程。目前，语音业务仍旧在通信业务中占据主导地位，也是各电信运营商盈利的主要来源，软交换网实现多业务的融合，应首先能够提供至少与PSTN相同的语音业务。因此，各设备厂商也将对语音业务的支持列为首要任务。
3.存在的问题目前虽然不少厂家推出了软交换的解决方案,各运营商也在积极进行相关的试验,但新技术的应用需要相当长的时间来完善。从目前厂家所提供的解决方案来看，目前存在的主要问题如下：
（1）国际上尚无大型网络的组网和运营经验。传统电信网经过长期的运营积累，在网络组织方面已经具有相当成熟的经验；而基于软交换的NGN网络组织目前国内外尚无成熟的经验，是采用基于软交换的全平面结构，还是采用分区域选路结构等，在技术和实践方面都有待进一步的探索。
（2）协议尚未做到兼容性，标准还在发展之中。不同厂家的软交换在技术标准的选用及协议的兼容性方面还难以做到相互兼容。BICC协议、SIP－T协议和H．248协议也在发展之中，协议的选项需要运营商根据业务的需要来进一步确定。
（3）API没有成熟的产品。基于开放的业务平台，采用标准的API接口为网络运营商提供新业务开创了未来美好的前景，但是相应的产品仍在探索和研发之中。
（4）业务开发问题。标准、开放的API接口能够快速、灵活地提供丰富的业务，这是软交换体系的一个优势所在，但目前厂家能够提供的业务多集中为基本语音业务及补充业务、IN类业务、PINT业务、多媒体终端之间的同步浏览、统一消息、多媒体会议等，究竟什么业务才是运营商手中的杀手业务，才能真正带来收益，是目前运营商和设备商在共同苦思冥想的问题，目前并未出现使人眼前为之一亮的业务。
（5）网络安全和网络Qos问题。目前业界还没有一个非常完善的方法来解决网络安全性的问题，只能通过要求TG、软交换等网络设备应具备一定的反入侵能力以增强系统的安全性，用户账号、密码等用户数据的安全则只能采用加密的方式解决。在网络Qos方面，IETF组织已经提出了多种服务模型和机制来满足Qos的需求，其中比较著名的有综合业务模型（INTSEｒV）、区分业务模型（DIFFSEｒV）、MPLS技术、流量工程等，具体这些方案如何组合使用、可行性如何，效果如何，有待研究。
（6）商业模型。软交换应用的商业模型有待深入研究。
以上问题的存在并不会阻碍软交换技术的应用，相反运营商会与设备供应商一起冷静地解决这些问题，并积极进行试验，不断加以完善。
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