現(xiàn)代交換技術(shù)第9章

1、第九章 交換新技術(shù)n軟交換技術(shù)光交換技術(shù)9.1 軟交換技術(shù)n9.1.1 軟交換的概念n一、引入背景n傳統(tǒng)的基于TDM的PSTN話音網(wǎng)，雖然可以提供64kbit/s的業(yè)務(wù)，但業(yè)務(wù)和控制都是由交換機(jī)來完成的。n二、基本概念n 軟交換是一種功能實(shí)體，為下一代網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Network，NGN）提供具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能，是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心。簡單地看，軟交換是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機(jī)的“呼叫控制”功能的實(shí)體，但傳統(tǒng)的“呼叫控制”功能是和業(yè)務(wù)結(jié)合在一起的，不同的業(yè)務(wù)所需要的呼叫控制功能不同；而軟交換則是與業(yè)務(wù)無關(guān)的，這要求軟交換提供的呼叫控制功能是各種

2、業(yè)務(wù)的基本呼叫控制。n軟交換的基本含義就是把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)（傳輸層）中分離出來，通過服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)上的軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，包含呼叫選路、管理控制、連接控制（建立會(huì)話、拆除會(huì)話）、信令互通（如從SS7到IP）。n三、基本功能n軟交換可以提供Internet業(yè)務(wù)卸載的功能，就是把撥號(hào)業(yè)務(wù)在進(jìn)入交換機(jī)之前直接交換到Internet網(wǎng)上，而話音業(yè)務(wù)不受影響，繼續(xù)向下傳送。n四、軟交換的好處n（1）與電路交換機(jī)相比，軟交換成本低。n（2）可以靈活選擇軟交換的配置模式，功能塊可以分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，也可集中起來，以適合不同的網(wǎng)絡(luò)需求。n（3）軟交換采用開放式標(biāo)準(zhǔn)接口，易于和不同網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)

3、節(jié)點(diǎn)通信，具有很好的兼容性、互操作性和互通性。n（4）利用軟交換進(jìn)行建網(wǎng)，不僅成本低，而且能夠很方便地用軟交換轉(zhuǎn)移，處理那些對(duì)交換機(jī)來說太復(fù)雜的業(yè)務(wù)；還可以很方便地進(jìn)行大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，運(yùn)營者可以把新型業(yè)務(wù)下載到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上，只把話音業(yè)務(wù)在傳統(tǒng)交換機(jī)上傳輸。n9.1.2 軟交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)n一、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n1基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)特征n以軟交換為核心的網(wǎng)絡(luò)具有三大特征：一是采用開放的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系，將傳統(tǒng)交換機(jī)的功能模塊分離成為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個(gè)部件可以按相應(yīng)的功能劃分各自獨(dú)立發(fā)展； 部件間的協(xié)議接口基于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；部件化使得原有的電信網(wǎng)絡(luò)逐步走向開放，用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要自由組合各部分的功能產(chǎn)品來組

4、建網(wǎng)絡(luò)；部件間協(xié)議接口的標(biāo)準(zhǔn)化可以實(shí)現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)的互通。二是基于業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，其功能特點(diǎn)是：業(yè)務(wù)與呼叫控制分離，呼叫與承載分離；分離的目標(biāo)是使業(yè)務(wù)真正獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)，靈活有效地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的提供；n用戶可以自行配置和定義自己的業(yè)務(wù)特征，不必關(guān)心承載業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)形式以及終端類型，使得業(yè)務(wù)和應(yīng)用的提供有較大的靈活性。三是基于統(tǒng)一協(xié)議的和基于分組的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楝F(xiàn)有的信息網(wǎng)絡(luò)，無論是電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)不可能以其中某一網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)平臺(tái)來發(fā)展信息基礎(chǔ)設(shè)施，但近幾年隨著IP的發(fā)展，才使人們真正認(rèn)識(shí)到電信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及有線電視網(wǎng)絡(luò)將最終匯集到統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡(luò)，即人們通常所說的“三網(wǎng)”融合大趨勢。n2.基于軟交

5、換的NGN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)n2基本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)n接入層n負(fù)責(zé)將各種不同的網(wǎng)絡(luò)和終端接入軟交換網(wǎng)絡(luò)，將各種業(yè)務(wù)量進(jìn)行集中，并利用公共的傳送平臺(tái)傳送到目的地。n傳送層n對(duì)各種不同的業(yè)務(wù)和媒體流提供公共的傳送平臺(tái)，多采用基于分組的傳送方式 。n控制層n完成呼叫控制、路由、認(rèn)證、資源管理的功能n業(yè)務(wù)層n在呼叫控制的基礎(chǔ)上向最終用戶提供各種增值業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的管理功能。3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)例n圖9.1所示為Bridgewater提供的IP與PSTN融合的結(jié)構(gòu)圖，其中的智能業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、各種數(shù)據(jù)庫以及信令網(wǎng)關(guān)所完成的功能就是軟交換。數(shù)據(jù)庫信令網(wǎng)關(guān)智能業(yè)務(wù)點(diǎn)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備AAA/RADIUS服務(wù)器資源管理服務(wù)管理開放式接口HTM

6、L賬單 AMAAPISS7 over IPA/NISUP接入線中繼電路IPSNMPRADIUSMEGACO-P圖圖9.1 Bridgewater提供的提供的IP與與PSTN融合的結(jié)構(gòu)圖融合的結(jié)構(gòu)圖n二、軟交換的對(duì)外接口n軟交換作為一個(gè)開放的實(shí)體，與外部的接口必需采用開放的協(xié)議。圖9.2所示為軟交換與外部的接口的實(shí)例，實(shí)際的接口可能與此有所不同。計(jì)費(fèi)中心網(wǎng)管中心策略服務(wù)器Radius(AAA)網(wǎng)守SNMPCOPSRadiusSIP/APISIP-TSIGTRANH.248RAS應(yīng)用服務(wù)器SCP軟交換SG軟交換MGPSTN/ISDN圖圖9.2 軟交換的對(duì)外接口軟交換的對(duì)外接口n1媒體網(wǎng)關(guān)（MG）與

7、軟交換間的接口n媒體網(wǎng)關(guān)用于軟交換對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)的承載控制資源控制及管理。此接口可使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（Media Gateway Control Protocol，MGCP），IP設(shè)備控制協(xié)議（Internet Protocol Device Control，IPDC）或H.248（MeGaCo）協(xié)議。n2信令網(wǎng)關(guān)（SG）與軟交換間的接口n信令網(wǎng)關(guān)用于傳遞軟交換和信令網(wǎng)關(guān)間的信令信息。此接口可使用信令控制傳輸協(xié)議（Signaling Control Transmission Protocol，SCTP）或其他類似協(xié)議。 n3軟交換間的接口n該接口實(shí)現(xiàn)不同軟交換間的交互。此接口可使用SIP-T或H

8、.323協(xié)議。 n4軟交換與應(yīng)用/業(yè)務(wù)層之間的接口n該接口提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應(yīng)用平臺(tái)、各種功能服務(wù)器等的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種增值業(yè)務(wù)、管理業(yè)務(wù)和三方應(yīng)用的支持。三.軟交換的主要功能n媒體介入功能n軟交換通過H.248協(xié)議將各種媒體網(wǎng)關(guān)介入軟交換系統(tǒng)n呼叫控制功能n軟交換為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能n業(yè)務(wù)提供功能n軟交換系統(tǒng)兼顧現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的互通和下一代網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展。提供現(xiàn)有PSTN/ISDN交換機(jī)提供的全部業(yè)務(wù)；提供現(xiàn)有智能網(wǎng)的業(yè)務(wù)；提供開放的 、標(biāo)準(zhǔn)的API或協(xié)議，實(shí)現(xiàn)第三方業(yè)務(wù)的快速接入。n互連互通功能n軟交換能夠同時(shí)支持H.323協(xié)議和會(huì)話起始協(xié)議（SIP）兩種協(xié)議體系結(jié)

9、構(gòu)，實(shí)現(xiàn)兩種體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的互通。n9.1.3 軟交換協(xié)議n軟交換的實(shí)現(xiàn)過程主要就是通過網(wǎng)關(guān)發(fā)出信令，控制話音/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通路。n有關(guān)軟交換的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵?，F(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)工作主要涉及：互操作性；媒體控制協(xié)議（如MGCP，H.248），軟交換機(jī)之間的通信（如SIP），擴(kuò)展業(yè)務(wù)平臺(tái)的協(xié)議和API；符合國際電話連接標(biāo)準(zhǔn)；安全標(biāo)準(zhǔn)；利用軟交換傳送高級(jí)業(yè)務(wù)等方面。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有H.323，MGCP及SIP等。n一、H.323n1996年ITU通過H.323規(guī)范時(shí)，是作為H.320的修改版（H.320是ISDN和電路交換網(wǎng)上的會(huì)議電視協(xié)議），用于LAN上的會(huì)議電視。n二、會(huì)話發(fā)起協(xié)議（SIP）

10、n會(huì)話發(fā)起協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）是由IETF（Internet工程任務(wù)組）提出的IP電話信令協(xié)議。nSIP用于發(fā)起會(huì)話，它能控制多個(gè)參與者參加的多媒體會(huì)話的建立和終結(jié)，并能動(dòng)態(tài)調(diào)整和修改會(huì)話屬性，如會(huì)話帶寬要求、傳輸?shù)拿襟w類型（語音、視頻和數(shù)據(jù)等）、媒體的編解碼格式、對(duì)組播和單播的支持等。n（1）SIP是基于文本的協(xié)議，而H.323采用基于ASN.1和壓縮編碼規(guī)則的二進(jìn)制方法表示其消息。n（2）SIP會(huì)話請(qǐng)求過程和媒體協(xié)商過程等是一起進(jìn)行的，因此呼叫建立時(shí)間短，而在 H.323中呼叫建立過程和進(jìn)行媒體參數(shù)等協(xié)商的信令控制過程是分開進(jìn)行的。 n（3

11、）H.323為實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充業(yè)務(wù)定義了專門的協(xié)議，如H.450.1，H.450.2和H.450.3等，而SIP只要充分利用已定義的頭域，必要時(shí)對(duì)頭域進(jìn)行簡單擴(kuò)展就能很方便地支持補(bǔ)充業(yè)務(wù)或智能業(yè)務(wù)。n（4）H.323進(jìn)行集中、層次式控制。n三、媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）nMGCP是由Telecordia公司（原Bellcore公司）根據(jù)分離網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)要求提出的，是在綜合 簡 單 網(wǎng) 關(guān) 控 制 協(xié) 議（Simple Gateway Control Protocol，SGCP）和IP設(shè)備控制（Internet Protocol Device Control，IPDC）協(xié)議的基礎(chǔ)上形成的。n9.1.4 軟

12、交換的應(yīng)用n軟交換的核心競爭力主要在軟件方面，它既可以作為獨(dú)立的NGN網(wǎng)絡(luò)部件，分布在網(wǎng)絡(luò)的各處，為所有媒體提供基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，也可以與其他的增強(qiáng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)結(jié)合，形成新的產(chǎn)品形態(tài)。正是軟交換的靈活性，使得它可以應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。9.2 光交換技術(shù)n光纖有著巨大的頻帶資源和優(yōu)異的傳輸性能，是實(shí)現(xiàn)高速率、大容量傳輸?shù)淖罾硐氲奈锢砻劫|(zhì)。隨著波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術(shù)的成熟，一根光纖中能夠傳輸幾百吉比特/秒（Gbit/s）到太比特/秒（Tbit/s）的數(shù)字信息，這就要求通信網(wǎng)中交換系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，運(yùn)行速率也越來越高。n9.2.1 光交換

13、的概念n光交換和ATM交換一樣，是寬帶交換的重要組成。n9.2.2 光交換元件n1半導(dǎo)體光開關(guān)n通常，半導(dǎo)體光放大器用來對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行光放大，并且通過控制放大器的偏置信號(hào)來控制其放大倍數(shù)。n2耦合波導(dǎo)開關(guān)n半導(dǎo)體光放大器只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，而耦合波導(dǎo)開關(guān)除有一個(gè)控制電極以外，還有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。n3硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)n圖9.3所示為一個(gè)22硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)器件的示意結(jié)構(gòu)圖。波導(dǎo)芯Si 襯底薄膜倒相級(jí)(a) 沿 AB 線截面B包層A4 交叉連接平行連接2(b) 邏輯表示314231圖圖9.3 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)示意結(jié)構(gòu)及邏輯表示硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)示意結(jié)構(gòu)及邏輯表示n

14、4波長轉(zhuǎn)換器n另一種用于光交換的器件是波長轉(zhuǎn)換器，包括直接波長轉(zhuǎn)換和外調(diào)制器波長轉(zhuǎn)換兩種。n5光存儲(chǔ)器n在全光系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)光信息的處理，光信號(hào)的存儲(chǔ)顯得極其重要。n6空間光調(diào)制器n9.2.3 光交換網(wǎng)絡(luò)n一、空分光交換網(wǎng)絡(luò)n空間光開關(guān)（Space Optical Switch）是光交換中最基本的功能開關(guān)。它可以直接構(gòu)成空分光交換單元，也可以與其他功能開關(guān)一起構(gòu)成時(shí)分光交換單元和波分光交換單元。n1光纖型空分光交換n其最基本單元是22的光交換模塊，在輸入端具有兩根光纖，在輸出端也具有兩根光纖，可以完成平行連接和交叉連接兩種狀態(tài)。n2自由空間型光交換n上述光纖型空分交換網(wǎng)絡(luò)的光通道是由光波導(dǎo)組

15、成的，光波導(dǎo)材料的光通道帶寬受到材料特性的限制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮光的并行性、高密度性的特點(diǎn)。自由空間型光交換器采用一種在空間無干涉地控制光路徑的光交換方式。n二、時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò)n在電時(shí)分交換方式中，普遍采用存儲(chǔ)器作為交換的核心設(shè)施，把時(shí)分復(fù)用信號(hào)按一種順序?qū)懭氪鎯?chǔ)器，然后再按另一種順序讀取出來，這樣便完成了時(shí)隙交換。對(duì)于時(shí)分光交換，是按時(shí)間順序安排的時(shí)分復(fù)用各路光信號(hào)進(jìn)入時(shí)分交換網(wǎng)絡(luò)后，在時(shí)間上進(jìn)行存儲(chǔ)或時(shí)延，對(duì)時(shí)序有選擇地重新安排后輸出。即基于光分復(fù)用的時(shí)隙交換。n三、波分光交換網(wǎng)絡(luò)n密集波分復(fù)用即信號(hào)通過不同的波長，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)通路，由波長開關(guān)進(jìn)行交換。它利用光纖的寬帶特性，在1550 nm

16、波段的低損耗窗口中復(fù)用多路光信號(hào)，大大提高了光纖的通信容量。n目前實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換有三種主要方案。一種是利用O/E/O波長變換器，即光信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再用電信號(hào)來調(diào)制可調(diào)諧激光器，調(diào)節(jié)可調(diào)諧激光器的輸出波長，即可完成波長轉(zhuǎn)換功能。這種方案技術(shù)最為成熟，容易實(shí)現(xiàn)，且光電變換后還可進(jìn)行整形、放大處理，但因電光變換、整形和放大處理，失去了光域的透明性，帶寬也受檢測器和調(diào)制器的限制。n第二種是利用行波半導(dǎo)體放大器的飽和吸收特性、半導(dǎo)體光放大器交叉增益調(diào)制效應(yīng)或交叉相位調(diào)制效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)波長變換。第三種是利用半導(dǎo)體光放大器中的四波混頻效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)波長變換，此方案具有高速率、寬帶寬和良好的光域透明性等優(yōu)點(diǎn)。n四、復(fù)合光交換網(wǎng)絡(luò)n空分+時(shí)分，空分+波分，空分+時(shí)分+波分等都是常用的復(fù)合光交換方式。其中，空間復(fù)用的時(shí)分光交換模塊T由N個(gè)時(shí)隙交換器（TSI）構(gòu)成，時(shí)間復(fù)用的空分光交換模塊S可由鈮酸鋰（LiNbO3）光開關(guān)、半導(dǎo)體光放大器、門型光開關(guān)（它們的開關(guān)速率都可達(dá)到納秒（ns）數(shù)量級(jí)）構(gòu)成。n五、混合型光交換網(wǎng)絡(luò)n設(shè)計(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進(jìn)行多級(jí)鏈路連接，在基于空分交換的大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)中，交換元件的容量過小將引起鏈路級(jí)數(shù)隨出入端口數(shù)的平方增加，同時(shí)會(huì)引起光插入損耗、噪聲和串音的增加，因而需要加入光放大器，從而會(huì)使交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得很龐大且控制很復(fù)雜。n9.2.4 新的光交換技