補(bǔ)充3-交換新技術(shù)

1、第十一章 交換新技術(shù)11.1 軟交換技術(shù)11.2 光交換技術(shù)111.1 軟交換技術(shù)11.1.1 軟交換的概念11.1.2 軟交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)11.1.3 軟交換協(xié)議11.1.4 軟交換的應(yīng)用211.1.1 軟交換的概念一、引入背景在電信界，一方面，由于電話網(wǎng)具有覆蓋范圍大的優(yōu)點，人們在電話網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。但數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長出人意料，故數(shù)據(jù)網(wǎng)迅速發(fā)展，以減輕對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的壓力。另一方面，隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)的迅速發(fā)展，人們也開始嘗試傳話音等傳統(tǒng)PSTN業(yè)務(wù)。與傳統(tǒng)電話相比，分組網(wǎng)(IP/ATM)傳送話音具有成本低、利潤高、價格便宜等很多優(yōu)勢，分組電話逐漸成為發(fā)展方向之一，但它需要與PSTN實現(xiàn)互通。3 在傳統(tǒng)

2、的基于TDM的PSTN話音網(wǎng)中，給用戶提供的各項功能或提供的業(yè)務(wù)都直接與交換機(jī)有關(guān)，業(yè)務(wù)和控制都由交換機(jī)來完成的。這種技術(shù)使每個用戶的話音信號在64Kb/s的信道上傳輸，雖然保證了話音質(zhì)量，但交換機(jī)需要提供的功能和交換機(jī)提供的新業(yè)務(wù)都需要在每個交換結(jié)點來完成。 在傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)中，采用依靠交換機(jī)和信令提供業(yè)務(wù)的方式，必須在交換機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和交換機(jī)的信令標(biāo)準(zhǔn)中對開放的每項業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范。如要增加新業(yè)務(wù)，首先需修訂標(biāo)準(zhǔn)再對交換機(jī)進(jìn)行改造，每提供一項新業(yè)務(wù)都需要較長的時間周期。 引入背景（續(xù)）4引入背景（續(xù)） 2004年2月的ITU-TSG13會議給出了NGN（ Next Generation N

3、etwork ）的基本定義：1）NGN是基于分組技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)；2）能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)；3）能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術(shù)；4）業(yè)務(wù)功能與底層傳送相關(guān)技術(shù)相互獨立；5）能夠使用戶自由接入不同的業(yè)務(wù)提供商；6）能夠支持通用移動性，從而向用戶提供一致的和無處不在 的業(yè)務(wù)。 將具有提供話音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體等各種業(yè)務(wù)的綜合性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的交換機(jī)功能模塊分離為獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，軟交換技術(shù)將廣泛應(yīng)用其中，并成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心。 5二、基本概念 軟交換是一種功能實體，為NGN提供具有實時性要求的業(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

4、，軟交換是實現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機(jī)的“呼叫控制”功能的實體，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業(yè)務(wù)的基本呼叫控制。 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)元上的軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，包含呼叫選路、管理控制、連接控制（建立會話、拆除會話）、信令互通（如從SS7到IP）。6三、軟交換的好處（1）與電路交換機(jī)相比，軟交換成本低。（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網(wǎng)絡(luò)中，也可集中起來，以適合不同的網(wǎng)絡(luò)需求。（3）軟交換采用開放式標(biāo)準(zhǔn)

5、接口，易于和不同網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信，具有很好的兼容性、互操作性和互通性。（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5類交換機(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，運營者可以把新型業(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。711.1.2 軟交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)特征以軟交換為核心的網(wǎng)絡(luò)具有三大特征: (1) 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立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個部件可以按相應(yīng)的功能劃分各自獨立發(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

6、據(jù)業(yè)務(wù)的需要自由組合各部分的功能產(chǎn)品來組建網(wǎng)絡(luò)；部件間協(xié)議接口的標(biāo)準(zhǔn)化可以實現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)的互通。8 (2) 二是基于業(yè)務(wù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)，其功能特點是：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)真正獨立于網(wǎng)絡(luò)，靈活有效地實現(xiàn)業(yè)務(wù)的提供；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。 (3) 三是基于統(tǒng)一協(xié)議的和基于分組的網(wǎng)絡(luò)，因為現(xiàn)有的信息網(wǎng)絡(luò)，無論是電信網(wǎng)、計算機(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)平臺來生長信息基礎(chǔ)設(shè)施，但近幾年隨著IP的發(fā)展，才使人們真正認(rèn)識到電信網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及有線電視網(wǎng)絡(luò)將最終匯集到統(tǒng)一的

7、IP網(wǎng)絡(luò)，即人們通常所說的“三網(wǎng)”融合大趨勢。91011122基本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Private Branch Exchange，用戶級交換機(jī)遠(yuǎn)程接入服務(wù)器133網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實例下圖所示為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、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。14二、軟交換的對外接口 軟交換作為一個開放的實體，與外部的接口必需采用開放的協(xié)議。下圖所示為軟交換與外部的接口的實例。媒體網(wǎng)關(guān)151媒體網(wǎng)關(guān)（MG）與軟交換間的接口 媒體網(wǎng)關(guān)用于軟交換對媒體網(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 Pr

8、otocol，MGCP），IP設(shè)備控制協(xié)議（Internet Protocol Device Control，IPDC）或H.248（MeGaCo）協(xié)議。2信令網(wǎng)關(guān)（SG）與軟交換間的接口信令網(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。 163軟交換間的接口該接口實現(xiàn)不同軟交換間的交互。此接口可使用SIP-T或H.323協(xié)議。 4軟交換與應(yīng)用/業(yè)務(wù)層之間的接口該接口提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應(yīng)用平臺、各種功能服務(wù)器等的接口，實現(xiàn)對各種增值業(yè)務(wù)、管理業(yè)務(wù)和三方應(yīng)用的

9、支持。1711.1.3 軟交換協(xié)議軟交換的實現(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。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。現(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業(yè)務(wù)等方面。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有H.323，MGCP及SIP等。18一、H.323 為了能在不保證QoS的分組交換網(wǎng)絡(luò)上展開多媒體會議，由ITU的第15研究組SG-16于1996年通過H.323建議的第一版，并在1998年提出了H.323的第二版。 H.323制定了無QoS（服務(wù)質(zhì)

10、量）保證的分組網(wǎng)絡(luò)PBN（packet Based Networks）上的多媒體通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這些分組網(wǎng)絡(luò)主宰了當(dāng)今的桌面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括基于TCP/IP、IPX分組交換的以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)、FDDI技術(shù)。因此，H.323標(biāo)準(zhǔn)為LAN、WAN、Internet上的多媒體通信應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)和保障。19二、會話發(fā)起協(xié)議（SIP） SIP （Session Initiation Protocol）是由IETF（Internet工程任務(wù)組）提出的IP電話信令協(xié)議。 SIP用于發(fā)起會話，它能控制多個參與者參加的多媒體會話的建立和終結(jié)，并能動態(tài)調(diào)整和修改會話屬性，如會話帶寬要求、傳輸?shù)拿襟w類型（

11、語音、視頻和數(shù)據(jù)等）、媒體的編解碼格式、對組播和單播的支持等。20（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。（2）SIP會話請求過程和媒體協(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。 （3）H.323為實現(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，必要時對頭域進(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)。（4）H.323進(jìn)行集中、層次式控制。21三、媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）MGCP是由T

12、elecordia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。2211.1.4 軟交換的應(yīng)用軟交換的核心競爭力主要在軟件方面，它既可以作為獨立的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)用在各個領(lǐng)域。2311.2 光交換技術(shù)光纖有著巨大的頻帶資源和優(yōu)異的傳輸性能，是

13、實現(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，運行速率也越來越高。2411.2.1 光交換的概念光交換和ATM交換一樣，是寬帶交換的重要組成。11.2.2 光交換元件1半導(dǎo)體光開關(guān)通常，半導(dǎo)體光放大器用來對輸入的光信號進(jìn)行光放大，并且通過控制放大器的偏置信號來控制其放大倍數(shù)。252耦合波導(dǎo)開關(guān)半導(dǎo)體光放大器只有一個輸入端和一個輸出端，而耦合波導(dǎo)開關(guān)除有一個控制電極以外，還有

14、兩個輸入端和兩個輸出端。3硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)圖11.12所示為一個22硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)器件的示意結(jié)構(gòu)圖。26圖11.12 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)示意結(jié)構(gòu)及邏輯表示274波長轉(zhuǎn)換器另一種用于光交換的器件是波長轉(zhuǎn)換器，如圖11.13所示，包括直接波長轉(zhuǎn)換和外調(diào)制器波長轉(zhuǎn)換兩種。5光存儲器在全光系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)光信息的處理，光信號的存儲顯得極其重要。6空間光調(diào)制器2811.2.3 光交換網(wǎng)絡(luò)一、空分光交換網(wǎng)絡(luò)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)成時分光交換單元和波分光交換單元。291光纖型空分光

15、交換其最基本單元是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)。2自由空間型光交換上述光纖型空分交換網(wǎng)絡(luò)的光通道是由光波導(dǎo)組成的，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。30二、時分光交換網(wǎng)絡(luò)在電時分交換方式中，普遍采用存儲器作為交換的核心設(shè)施，把時分復(fù)用信號按一種順序?qū)懭氪鎯ζ鳎缓笤侔戳硪环N順序讀取出來，這樣便完成了時隙交換。三、波分光交換網(wǎng)絡(luò)密集波分復(fù)用是光纖通信中的一個趨勢。它利用光纖的寬帶特性，在1550 nm波段的低損耗窗口中復(fù)用多路光信號，大大提高了光纖的通信容量。31目前實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換

16、有三種主要方案。一種是利用O/E/O波長變換器，即光信號首先被轉(zhuǎn)換為電信號，再用電信號來調(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。32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。33四、復(fù)合光交換網(wǎng)絡(luò)空分+時分，空分+波分，空分+時分+波分等都是常用的復(fù)合光交換方式。圖11.22所示為TST和STS兩種結(jié)構(gòu)的空分+時分光交換單元，其中，空間復(fù)用的時分光交換模塊T由N個時隙交換器（TSI）構(gòu)成，時間復(fù)用的空分光交換模塊S可由LiNbO3光開關(guān)、InP光開關(guān)和半導(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）構(gòu)成。34五、混合型光交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進(jìn)行多級鏈路連接，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數(shù)隨出入端口數(shù)的平方增加，同時會引起光插入損耗、噪聲和串音的增加，因而需要加入光放大器，從而會使交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得很龐大且控制很復(fù)雜。3511.2.4 新的光