1、程控交换与通信网,专业：电子与通信工程,任课教师：程细柱,第十一章 交换新技术,（一）教学内容：简要介绍软交换技术和光交换技术 。（二）教学目标与要求：通过对本课的学习，使学生对软交换技术和光交换技术有所了解 。 （三）教学重点与难点：软交换技术和光交换技术。 （四）教学方法：讲授法。,11.1 软交换技术 11.2 光交换技术,11.1 软交换技术,11.1.1 软交换的概念 一、引入背景传统的基于TDM的PSTN话音网，虽然可以提供64kbit/s的业务，但业务和控制都是由交换机来完成的。,二、基本概念软交换是一种功能实体，为下一代网络（Next Generation Network，NG
2、N）提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同；而软交换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。,软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包含呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）、信令互通（如从SS7到IP）。,三、基本功能软交换可以提供Internet业务卸载的功能，就是把拨号业务在进入5类交换机
3、之前直接交换到ISP网络或Internet网上，而话音业务不受影响，继续向下传送。 四、软交换的好处（1）与电路交换机相比，软交换成本低。,（2）可以灵活选择软交换的配置模式，功能块可以分布在整个网络中，也可集中起来，以适合不同的网络需求。 （3）软交换采用开放式标准接口，易于和不同网关、交换机、网络节点通信，具有很好的兼容性、互操作性和互通性。 （4）利用软交换进行建网，不仅成本低，而且能够很方便地用软交换转移，处理那些对5类交换机来说太复杂的业务；还可以很方便地进行大规模网络升级，运营者可以把新型业务下载到数据网络上，只把话音业务在传统交换机上传输。,11.1.2 软交换的网络结构 一、网
4、络系统结构 1基于软交换的网络特征以软交换为核心的网络具有三大特征：一是采用开放的网络构架体系，将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展；,部件间的协议接口基于相应的标准；部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，用户可以根据业务的需要自由组合各部分的功能产品来组建网络；部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。二是基于业务驱动的网络，其功能特点是：业务与呼叫控制分离，呼叫与承载分离；分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供；,用户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终端类型，使得业务和应用的提供有较
5、大的灵活性。三是基于统一协议的和基于分组的网络，因为现有的信息网络，无论是电信网、计算机网和有线电视网不可能以其中某一网络为基础平台来生长信息基础设施，但近几年随着IP的发展，才使人们真正认识到电信网络、计算机网络及有线电视网络将最终汇集到统一的IP网络，即人们通常所说的“三网”融合大趋势。,2基本的网络结构 3网络结构实例图11.2所示为Bridgewater提供的IP与PSTN融合的结构图，其中的智能业务节点、各种数据库以及信令网关所完成的功能就是软交换。,图11.2 Bridgewater提供的IP与PSTN融合的结构图,二、软交换的对外接口软交换作为一个开放的实体，与外部的接口必需采用
6、开放的协议。图11.4所示为软交换与外部的接口的实例，实际的接口可能与此有所不同。,图11.4 软交换的对外接口,1媒体网关（MG）与软交换间的接口媒体网关用于软交换对媒体网关的承载控制资源控制及管理。此接口可使用媒体网关控制协议（Media Gateway Control Protocol，MGCP），IP设备控制协议（Internet Protocol Device Control，IPDC）或H.248（MeGaCo）协议。,2信令网关（SG）与软交换间的接口信令网关用于传递软交换和信令网关间的信令信息。此接口可使用信令控制传输协议（Signaling Control Transmiss
7、ion Protocol，SCTP）或其他类似协议。 3软交换间的接口该接口实现不同软交换间的交互。此接口可使用SIP-T或H.323协议。,4软交换与应用/业务层之间的接口该接口提供访问各种数据库、三方应用平台、各种功能服务器等的接口，实现对各种增值业务、管理业务和三方应用的支持。,11.1.3 软交换协议软交换的实现过程主要就是通过网关发出信令，控制话音/数据业务通路。有关软交换的标准协议是网络融合的关键。现在的标准工作主要涉及：互操作性；媒体控制协议（如MGCP，H.248），软交换机之间的通信（如SIP），扩展业务平台的协议和API；符合国际电话连接标准；安全标准；利用软交换传送高级业
8、务等方面。相关的标准主要有H.323，MGCP及SIP等。,一、H.3231996年ITU通过H.323规范时，是作为H.320的修改版（H.320是ISDN和电路交换网上的会议电视协议），用于LAN上的会议电视。 二、会话发起协议（SIP）会话发起协议（Session Initiation Protocol，SIP）是由IETF（Internet工程任务组）提出的IP电话信令协议。,SIP用于发起会话，它能控制多个参与者参加的多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，如会话带宽要求、传输的媒体类型（语音、视频和数据等）、媒体的编解码格式、对组播和单播的支持等。（1）SIP是基于文本
9、的协议，而H.323采用基于ASN.1和压缩编码规则的二进制方法表示其消息。,（2）SIP会话请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，因此呼叫建立时间短，而在 H.323中呼叫建立过程和进行媒体参数等协商的信令控制过程是分开进行的。 （3）H.323为实现补充业务定义了专门的协议，如H.450.1，H.450.2和H.450.3等，而SIP只要充分利用已定义的头域，必要时对头域进行简单扩展就能很方便地支持补充业务或智能业务。 （4）H.323进行集中、层次式控制。,三、媒体网关控制协议（MGCP）MGCP是由Telecordia公司（原Bellcore公司）根据分离网关结构要求提出的，是在综合简
10、单网关控制协议（Simple Gateway Control Protocol，SGCP）和IP设备控制（Internet Protocol Device Control，IPDC）协议的基础上形成的，如图11.8所示为分离网关结构模型。,11.1.4 软交换的应用软交换的核心竞争力主要在软件方面，它既可以作为独立的NGN网络部件，分布在网络的各处，为所有媒体提供基本业务和补充业务，也可以与其他的增强业务节点结合，形成新的产品形态。正是软交换的灵活性，使得它可以应用在各个领域。,11.2 光交换技术,光纤有着巨大的频带资源和优异的传输性能，是实现高速率、大容量传输的最理想的物理媒质。随着波分复
11、用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术的成熟，一根光纤中能够传输几百吉比特/秒（Gbit/s）到太比特/秒（Tbit/s）的数字信息，这就要求通信网中交换系统的规模越来越大，运行速率也越来越高。,11.2.1 光交换的概念光交换和ATM交换一样，是宽带交换的重要组成。 11.2.2 光交换元件 1半导体光开关通常，半导体光放大器用来对输入的光信号进行光放大，并且通过控制放大器的偏置信号来控制其放大倍数。,2耦合波导开关半导体光放大器只有一个输入端和一个输出端，而耦合波导开关除有一个控制电极以外，还有两个输入端和两个输出端。 3硅衬底平面光波导开关图1
12、1.12所示为一个22硅衬底平面光波导开关器件的示意结构图。,图11.12 硅衬底平面光波导开关示意结构及逻辑表示,4波长转换器另一种用于光交换的器件是波长转换器，如图11.13所示，包括直接波长转换和外调制器波长转换两种。 5光存储器在全光系统中，为了实现光信息的处理，光信号的存储显得极其重要。 6空间光调制器,11.2.3 光交换网络 一、空分光交换网络空间光开关（Space Optical Switch）是光交换中最基本的功能开关。它可以直接构成空分光交换单元，也可以与其他功能开关一起构成时分光交换单元和波分光交换单元。,1光纤型空分光交换其最基本单元是22的光交换模块，在输入端具有两根
13、光纤，在输出端也具有两根光纤，可以完成平行连接和交叉连接两种状态。 2自由空间型光交换上述光纤型空分交换网络的光通道是由光波导组成的，光波导材料的光通道带宽受到材料特性的限制，远远没有发挥光的并行性、高密度性的特点。,二、时分光交换网络在电时分交换方式中，普遍采用存储器作为交换的核心设施，把时分复用信号按一种顺序写入存储器，然后再按另一种顺序读取出来，这样便完成了时隙交换。 三、波分光交换网络密集波分复用是光纤通信中的一个趋势。它利用光纤的宽带特性，在1550 nm波段的低损耗窗口中复用多路光信号，大大提高了光纤的通信容量。,目前实现波长转换有三种主要方案。一种是利用O/E/O波长变换器，即光
14、信号首先被转换为电信号，再用电信号来调制可调谐激光器，调节可调谐激光器的输出波长，即可完成波长转换功能。这种方案技术最为成熟，容易实现，且光电变换后还可进行整形、放大处理，但因电光变换、整形和放大处理，失去了光域的透明性，带宽也受检测器和调制器的限制。,第二种是利用行波半导体放大器的饱和吸收特性、半导体光放大器交叉增益调制效应或交叉相位调制效应来实现波长变换。第三种是利用半导体光放大器中的四波混频效应来实现波长变换，此方案具有高速率、宽带宽和良好的光域透明性等优点。,四、复合光交换网络空分+时分，空分+波分，空分+时分+波分等都是常用的复合光交换方式。图11.22所示为TST和STS两种结构的
15、空分+时分光交换单元，其中，空间复用的时分光交换模块T由N个时隙交换器（TSI）构成，时间复用的空分光交换模块S可由LiNbO3光开关、InP光开关和半导体光放大器门型光开关（它们的开关速率都可达到纳秒（ns）数量级）构成。,五、混合型光交换网络设计大规模交换网络的一种方法是进行多级链路连接，在基于空分交换的大规模交换网络中，交换元件的容量过小将引起链路级数随出入端口数的平方增加，同时会引起光插入损耗、噪声和串音的增加，因而需要加入光放大器，从而会使交换网络的结构变得很庞大且控制很复杂。,11.2.4 新的光交换技术 1热光交换技术它是采用可调节热量的聚合体波导，由分布于聚合体堆中的薄膜加热元素控制光交换的技术。 2液晶光交换技术它是利用液晶片、极化光束分离器或光束调相器等器件来实现光交换的技术。,3声光交换技术它是基于声光技术，通过在光介质中加入横向声波，将光线从一根光纤准确地引导到另一根光纤的交换技术。 4微机电光交换技术目前已经开发出多种微机电（Micro-Electro-Mechanical，MEM）交换机，它们是利用微机电（MEM）技术，在空闲的空间内调节光束；采用了不同类型的特殊微光器件，这些器件由小型化的机械系统激活。,
