下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵交換技術(shù) - 現(xiàn)代交換技術(shù)論文參考模板

1、下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵交換技術(shù)摘要近年來，由于通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對新業(yè)務(wù)需求的增加，給通信事業(yè)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)，當(dāng)前迫切需要一個(gè)能夠?qū)⒄Z音、數(shù)據(jù)和圖像融合在一起的網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)正在從電路交換向以軟交換為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。下一代網(wǎng)絡(luò)NGN(Next Generation Network)是一個(gè)綜合性的開放網(wǎng)絡(luò)，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，以軟交換技術(shù)為核心。NGN需要得到許多新技術(shù)的支持，關(guān)鍵技術(shù)是軟交換技術(shù)、高速路由/交換技術(shù)、大容量光傳送技術(shù)和寬帶接入技術(shù)。隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動數(shù)據(jù)、移動計(jì)算及移動多媒體運(yùn)作需要的第四代移動通信開始興起，2013年12月4日下午，工

2、業(yè)和信息化部向中國聯(lián)通、中國電信、中國移動正式發(fā)放了第四代移動通信業(yè)務(wù)牌照（TD-LTE），此舉標(biāo)志著中國電信產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入了4G時(shí)代，這將大大有利于下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，下一代網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成為越來越重要的話題之一。本文探討的是下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵交換技術(shù)：軟交換技術(shù)和光交換技術(shù)，及其所支持的下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】 軟交換 光交換 光纖通信 下一代網(wǎng)絡(luò) NGN1 / 19一、下一代網(wǎng)絡(luò)(Next Generation Network)1、NGN概述NGN是下一代網(wǎng)絡(luò)的簡稱，國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU-T對NGN的定義如下：NGN是基于分組的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供電信業(yè)務(wù)；利用多種寬帶能力和QoS保證

3、的傳送技術(shù)；其業(yè)務(wù)相關(guān)功能與其傳送技術(shù)相獨(dú)立。NGN使用戶可以自由接入到不同的業(yè)務(wù)提供商；NGN支持通用移動性。NGN具有以下特點(diǎn)：NGN屬于電信網(wǎng)絡(luò)，支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)；支持實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)，同時(shí)應(yīng)支持業(yè)務(wù)的個(gè)性化、業(yè)務(wù)的移動性；分組傳送；控制功能從承載、呼叫/會話、應(yīng)用/業(yè)務(wù)中分離；業(yè)務(wù)提供與網(wǎng)絡(luò)分離，提供開放接口；利用各基本的業(yè)務(wù)組成模塊，提供廣泛的業(yè)務(wù)和應(yīng)用(包括實(shí)時(shí)、流、非實(shí)時(shí)和多媒體業(yè)務(wù))；具有端到端QoS和透明的傳輸能力；通過開放接口與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通；具有通用移動性；允許用戶自由地接入不同業(yè)務(wù)提供商；支持多樣標(biāo)志體系，并能將其解析為IP地址以用于IP網(wǎng)絡(luò)路由；同一業(yè)務(wù)具有

4、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)特性；融合固定與移動業(yè)務(wù)；業(yè)務(wù)功能獨(dú)立于底層傳送技術(shù)；適應(yīng)所有管理要求，如應(yīng)急通信、安全性和私密性等要求。 2、NGN的主要支持技術(shù) NGN需要得到許多新技術(shù)的支持，如:采用軟交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)的交換；采用IP技術(shù)承載各種業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合；采用IPv6技術(shù)解決地址問題，提高網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量；采用MPLS(多協(xié)議標(biāo)簽交換)實(shí)現(xiàn)I層和多種鏈路層協(xié)議(ATM/FR、PPP、以太網(wǎng)，或SDH、光波)的結(jié)合；采用OTN(光傳輸網(wǎng))和光交換網(wǎng)絡(luò)解決傳輸和高帶寬交換問題；采用寬帶接入手段解決“最后一公里”的用戶接入問題。因此實(shí)現(xiàn)NGN的關(guān)鍵技術(shù)是軟交換技術(shù)、高速路由/交換技術(shù)、大容量光傳送技術(shù)

5、和寬帶接入技術(shù)。其中軟交換技術(shù)是NGN的核心技術(shù)。軟交換(Soft Switch)又稱為呼叫代理(Agent)、呼叫服務(wù)器或媒體網(wǎng)關(guān)控制。是把呼叫傳輸與呼叫控制分離開，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面，使業(yè)務(wù)提供者可以自由地將傳輸業(yè)務(wù)與控制協(xié)議結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移，使軟交換能無縫地軟統(tǒng)一于通信數(shù)據(jù)、傳真、視頻等多媒體業(yè)務(wù)。更重要的是，軟交換采用了開放式應(yīng)用程序接口(API)，允許在交換機(jī)制中靈活引入新業(yè)務(wù)。軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫與控制的核心，其核心思想是硬件軟件化，通過軟件來實(shí)現(xiàn)原來交換機(jī)的控制接續(xù)和業(yè)務(wù)處理等功能，各實(shí)體間通過標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議進(jìn)行連接和通信，便于在NGN中更快地實(shí)現(xiàn)各類

6、復(fù)雜的協(xié)議，更方便地提供業(yè)務(wù)。 二、軟交換1、軟交換概述軟交換是一種功能實(shí)體，為下一代網(wǎng)絡(luò)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。軟交換技術(shù)是NGN網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)提供呼叫控制和連接控制功能。軟交換技術(shù)獨(dú)立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等主要功能，同

7、時(shí)可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。12、軟交換的提出軟交換的概念最早起源于美國。當(dāng)時(shí)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶采用基于以太網(wǎng)的電話，通過一套基于PC服務(wù)器的呼叫控制軟件（Call Manager、Call Server），實(shí)現(xiàn)PBX（Private Branch eXchange，用戶級交換機(jī)）功能（IP PBX）。對于這樣一套設(shè)備，系統(tǒng)不需單獨(dú)鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，而只通過與局域網(wǎng)共享就可實(shí)現(xiàn)管理與維護(hù)的統(tǒng)一，綜合成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的PBX。由于企業(yè)網(wǎng)環(huán)境對設(shè)備的可靠性、計(jì)費(fèi)和管理要求不高，主要用于滿足通信需求，設(shè)備門檻低，許多設(shè)備商都可提供此類解決方案，因此IP PB

8、X應(yīng)用獲得了巨大成功。受到IP PBX成功的啟發(fā)，為了提高網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)營效益，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更加趨于合理、開放，更好的服務(wù)于用戶。業(yè)界提出了這樣一種思想：將傳統(tǒng)的交換設(shè)備部件化，分為呼叫控制與媒體處理，二者之間采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（MGCP、H248）且主要使用純軟件進(jìn)行處理，于是，Soft Switch（軟交換）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。13、軟交換的發(fā)展軟交換概念一經(jīng)提出，很快便得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)同和重視，ISC（International Soft Switch Consortium）的成立更加快了軟交換技術(shù)的發(fā)展步伐，軟交換相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議得到了IETF、ITUT等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的重視。根據(jù)國際Soft Swit

9、ch論壇ISC的定義，Soft Switch是基于分組網(wǎng)利用程控軟件提供呼叫控制功能和媒體處理相分離的設(shè)備和系統(tǒng)。因此，軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)（傳輸層）中分離出來，通過軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，從而實(shí)現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面。軟交換主要提供連接控制、翻譯和選路、網(wǎng)關(guān)管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和呼叫詳細(xì)記錄等功能。與此同時(shí)，軟交換還將網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)能力封裝起來，通過標(biāo)準(zhǔn)開放的業(yè)務(wù)接口和業(yè)務(wù)應(yīng)用層相連，可方便地在網(wǎng)絡(luò)上快速提供新的業(yè)務(wù)。思科系統(tǒng)亞太區(qū)NGN/VoIP首席技術(shù)顧問殷康認(rèn)為，盡管“軟交換”是NGN討論的熱點(diǎn)

10、，但是人們對它的概念仍然有些似是而非。他說：“軟交換這個(gè)術(shù)語可以說是從Soft switch翻譯而得。Soft switch這一術(shù)語借用了傳統(tǒng)電信領(lǐng)域PSTN網(wǎng)中的硬交換機(jī)switch的概念，所不同的是強(qiáng)調(diào)其基于分組網(wǎng)上呼叫控制與媒體傳輸承載相分離的含義。國內(nèi)一開始有人將Soft switch譯為軟交換。但是軟交換這個(gè)翻譯術(shù)語含義不夠十分明晰，單從字面上看很難使人理解它究竟是設(shè)備系統(tǒng)概念還是體系概念?！币罂抵赋?，我國電信業(yè)歷來將名詞屬性的、設(shè)備概念范疇的switch譯為“交換機(jī)”，而將動名詞屬性的switching 譯為“交換”。X25 switch譯為X25交換機(jī)，ATM switch譯為A

11、TM交換機(jī)，L2/L3 switch 譯為二層/三層交換機(jī)。因此他建議，為學(xué)術(shù)研討的嚴(yán)肅性， 應(yīng)該將soft switch更為確切地譯為“軟交換機(jī)”。這只是翻譯概念上的問題。不過從某一方面來說，對于軟交換概念的模糊，也反映了產(chǎn)業(yè)界對于軟交換認(rèn)識上在某些方面依舊存在偏差，存在著過分強(qiáng)調(diào)某一方面的能力，或者是過分夸大了軟交換功能的情況。甚至可以說在很長的一段時(shí)間，軟交換被人為地“神話”了，它被認(rèn)為是一種代表著通信行業(yè)的未來，似乎無所不能的技術(shù)。軟交換是一種正在發(fā)展的概念，包含許多功能。其核心是一個(gè)采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議和應(yīng)用編程接口（API）的開放體系結(jié)構(gòu)。這就為第三方開發(fā)新應(yīng)用和新業(yè)務(wù)敞開了大門。軟交換

12、體系結(jié)構(gòu)的其它重要特性還包括應(yīng)用分離（de-coupling of applications）、呼叫控制和承載控制。24、軟交換的技術(shù)定義(1) 軟交換的技術(shù)定義可以描述為：(2) 它是一種提供了呼叫控制功能的軟件實(shí)體(3) 它支持所有現(xiàn)有的電話功能及新型會話式多媒體業(yè)務(wù)(4) 它采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（如SIP、H.323、MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN以及各種其它的數(shù)據(jù)及ITU協(xié)議）(5) 它提供了不同廠商的設(shè)備之間的互操作能力(6) 它與一種或多種組件配套使用(7) 軟交換是一種針對與傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)和新型多媒體業(yè)務(wù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)問題的解決方案。它能夠減少資本和運(yùn)營支出，提高收入

13、。15、軟交換的原理目標(biāo)軟交換技術(shù)是一個(gè)分布式的軟件系統(tǒng)，可以在基于各種不同技術(shù)、協(xié)議和設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)之間提供無縫的互操作性，其基本設(shè)計(jì)原理是設(shè)法創(chuàng)建一個(gè)具有很好的伸縮性、接口標(biāo)準(zhǔn)性、業(yè)務(wù)開放性等特點(diǎn)的分布式軟件系統(tǒng)，它獨(dú)立于特定的底層硬件/操作系統(tǒng)，并能夠很好地處理各種業(yè)務(wù)所需要的同步通信協(xié)議，在一個(gè)理想的位置上把該架構(gòu)推向摩爾曲線軌道。并且它應(yīng)該有能力支持下列基本要求：（1）獨(dú)立于協(xié)議和設(shè)備的呼叫設(shè)備的呼叫處理和/同步會晤管理應(yīng)用的開發(fā)。（2）在其軟交換網(wǎng)絡(luò)中能夠安全地執(zhí)行多個(gè)第三方應(yīng)用而不存在由惡意或錯誤行為的應(yīng)用所引起的任何有害影響。（3）第三方硬件銷售商能增加支持新設(shè)備和協(xié)議的能力。（4

14、）業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供者能增加支持全系統(tǒng)范圍的策略能力而不會危害其性能和安全。（5）有能力進(jìn)行同步通信控制，以支持包括帳單、網(wǎng)絡(luò)管理和其他運(yùn)行支持系統(tǒng)的各種各樣的后營業(yè)室系統(tǒng)。（6）支持運(yùn)行時(shí)間捆綁或有助于結(jié)構(gòu)改善的同步通信控制網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)拓?fù)?。?）從小到大的網(wǎng)絡(luò)可伸縮性和支持徹底的故障恢復(fù)能力。軟交換的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是在媒體設(shè)備和媒體網(wǎng)關(guān)的配合下，通過計(jì)算機(jī)軟件編程的方式來實(shí)現(xiàn)對各種媒體流進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并基于分組網(wǎng)絡(luò)（IP/ATM）的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)、ATM網(wǎng)、PSTN網(wǎng)等的互連，以提供和電路交換機(jī)具有相同功能并便于業(yè)務(wù)增值和靈活伸縮的設(shè)備。16、軟交換的交換協(xié)議軟交換所使用的主要協(xié)議軟交換體系涉及協(xié)議非

15、常眾多，包括H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。國際上，IETF、ITUT、Soft Switch Org等組織對軟交換及協(xié)議的研究工作一直起著積極的主導(dǎo)作用，許多關(guān)鍵協(xié)議都已制定完成，或趨于完成。這些協(xié)議將規(guī)范整個(gè)軟交換的研發(fā)工作，使產(chǎn)品從使用各廠家私有協(xié)議階段進(jìn)入使用業(yè)界共同標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議階段，各家之間產(chǎn)品互通成為可能，真正實(shí)現(xiàn)軟交換產(chǎn)生的初衷提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)部件可獨(dú)立發(fā)展。在軟交換的研究進(jìn)展方面，我國處于世界同步水平。信息產(chǎn)業(yè)部“網(wǎng)絡(luò)與交換標(biāo)準(zhǔn)研究組”在1999年下半年

16、就啟動了軟交換項(xiàng)目的研究，已完成了軟交換設(shè)備總體技術(shù)要求。下面對幾個(gè)主要協(xié)議做一簡單介紹。（1）248/MEGACOH248和MEGACO協(xié)議均稱為媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，應(yīng)用在媒體網(wǎng)關(guān)和H248/MEGACO與軟交換設(shè)備之間。兩個(gè)協(xié)議的內(nèi)容基本相同，只是H248是由ITU提出來的，而MEGACO是由IEFT提出來的，且是雙方共同推薦的協(xié)議。它們引入了Termination（終端）和Context（關(guān)聯(lián)）兩個(gè)抽象概念。在Termination（終端）中，封裝了媒體流的參數(shù)、MODEM和承載能力參數(shù)，而Context（關(guān)聯(lián)）則表明了在一些Termination（終端）之間的相互連接關(guān)系。H248/ME

17、GACO通過Add、Modify、Subtract、Move等8個(gè)命令完成對Termination（終端）和Context（關(guān)聯(lián)）之間的操作，從而完成了呼叫的建立和釋放。（2）控制協(xié)議媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）是由IEFT提出來的，是簡單網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（SGCP）和IP設(shè)備控制協(xié)議（IPDC）相結(jié)合的產(chǎn)物。MEGACO協(xié)議是對MGCP協(xié)議的進(jìn)一步改進(jìn)、完善和提高，MGCP協(xié)議可以說是一個(gè)比較成熟的協(xié)議，協(xié)議的內(nèi)容與MEGACO協(xié)議比較相似。軟交換系統(tǒng)設(shè)備大都支持該協(xié)議，其不足也慢慢表現(xiàn)出來，將來可能要被H248/MEGACO協(xié)議所取代。在軟交換系統(tǒng)中，MGCP協(xié)議與H248/MEGACO協(xié)議一

18、樣，應(yīng)用在媒體網(wǎng)關(guān)和MGCP終端與軟交換設(shè)備之間，通過此協(xié)議來控制媒體網(wǎng)關(guān)和MGCP終端上的媒體/控制流的連接、建立和釋放。（3）初始協(xié)議會話初始協(xié)議（SIP）是IETF提出的在IP網(wǎng)上進(jìn)行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議。以Internet協(xié)議（HTTP）為基礎(chǔ)，遵循Internet的設(shè)計(jì)原則，基于對等工作模式。利用SIP可實(shí)現(xiàn)會話的連接、建立和釋放，并支持單播、組播和可移動性。此外，SIP如果與SDP配合使用，可以動態(tài)地調(diào)整和修改會話屬性，如通話帶寬、所傳輸?shù)拿襟w類型及編解碼格式。其具體內(nèi)容可參見IETFRFC 2543bis。在軟交換系統(tǒng)中，SIP協(xié)議主要應(yīng)用于軟交換與SIP終端之間，也有的廠

19、家將SIP協(xié)議應(yīng)用于軟交換與應(yīng)用服務(wù)器之間，提供基于SIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的增值業(yè)務(wù)?？偟膩碚f，SIP協(xié)議主要應(yīng)用于語音和數(shù)據(jù)相結(jié)合的業(yè)務(wù)，以及多媒體業(yè)務(wù)之間的呼叫建立與釋放。三、光交換1、光纖通信簡介光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng)歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖采用光纖通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個(gè)國家已宣布不再建設(shè)電纜通信線路，而致力于發(fā)展光纖通信中國光纖通信已進(jìn)入實(shí)用階段光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并列為20世紀(jì)90年代的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)

20、據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長，對大容量（超高速和超長距離）光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。2、光交換的發(fā)展光纖只是解決傳輸問題，還需要解決光的交換問題。過去，通信網(wǎng)都是由金屬線纜構(gòu)成的，傳輸?shù)氖请娮有盘?，交換是采用電子交換機(jī)。通信網(wǎng)除了用戶末端一小段外，都是光纖，傳輸?shù)氖枪庑盘?。合理的方法?yīng)該采用光交換。但由于光開關(guān)器件不成熟，只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網(wǎng)的交換，即把光信號變成電信號，用電子交換后，再變還光信號。顯然是不合理的辦法，是效率不高和不經(jīng)濟(jì)的。正在開發(fā)大容量的光開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò)，特別是所謂ASON-自動交換光網(wǎng)絡(luò)。通常在光網(wǎng)里傳輸?shù)男畔?，一般速度都是xGbps的，電子

21、開關(guān)不能勝任。一般要在低次群中實(shí)現(xiàn)電子交換。而光交換可實(shí)現(xiàn)高速XGbDs的交換。當(dāng)然，也不是說，一切都要用光交換，特別是低速，顆粒小的信號的交換，應(yīng)采用成熟的電子交換，沒有必要采用不成熟的大容量的光交換。當(dāng)前，在數(shù)據(jù)網(wǎng)中,信號以“包”的形式出現(xiàn)，采用所謂“包交換”。包的顆粒比較小，可采用電子交換。然而，在大量同方向的包匯總后，數(shù)量很大時(shí)，就應(yīng)該采用容量大的光交換。自動交換的光網(wǎng)，稱為ASON，是進(jìn)一步發(fā)展的方向。3、光交換的方式光信號復(fù)用一般有空分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用三種方式，相應(yīng)的也有空分交換、時(shí)分交換和波分交換來完成三種復(fù)用信道的交換.空分交換是將交換空間域上的光信號，其基本的功能組件

22、是空間光開關(guān)。空間光開關(guān)原理是將光交換元件組成門陣列開關(guān)，可以在多路輸入與多路輸出的光纖中任意的建立通路。其可以構(gòu)成空分光交換單元，也可以和其他類型的開關(guān)一起構(gòu)成時(shí)分或者波分的交換單元?？辗止忾_關(guān)一般有光纖型和空間型兩種，空分交換的是交換空間的劃分。時(shí)分復(fù)用是通信網(wǎng)絡(luò)中常用的信號復(fù)用方式，將一條信道分為若干個(gè)不同的時(shí)隙，每個(gè)光路信號分配占用不同的時(shí)隙，將一個(gè)基帶信道擬合為高速的光數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。時(shí)分交換需要使用時(shí)隙交換器來實(shí)現(xiàn)。時(shí)隙交換器將輸入信號依序?qū)懭牍饩彺嫫?，然后按照既定順序讀出，這樣就實(shí)現(xiàn)了一幀中的任一時(shí)隙交換到另外的一個(gè)時(shí)隙而輸出，完成了時(shí)序交換的程序。一般雙穩(wěn)態(tài)激光器可以用來作為光

23、緩存器，但是它只能按位輸出，不能滿足高速交換和大容量的需求。而光纖延時(shí)線是一種使用較多的時(shí)分交換設(shè)備，將時(shí)分復(fù)用的光路信號輸入到光分路器中，使得其每條輸出通路上都只有某個(gè)相同時(shí)隙的光信號，然后將這些經(jīng)過不同光延時(shí)線的信號組合起來，經(jīng)過了不同延時(shí)線的信號獲得了不同的時(shí)間延遲，最后組合起來正好符合了信號復(fù)用前的原信號，從而完成時(shí)分交換。在光傳輸系統(tǒng)中波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，一般在光波分復(fù)用系統(tǒng)中，源端和目的端都需要使用同樣波長的光來傳輸信號，如非如此多路復(fù)用復(fù)用時(shí)每個(gè)復(fù)用終端都需要使用額外的復(fù)用設(shè)備，這樣就增加了系統(tǒng)的使用成本和復(fù)雜度3.因此如果在波分復(fù)用系統(tǒng)中，在中間傳輸節(jié)點(diǎn)上使用波分光交換，

24、就可以滿足不額外增加器件實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用系統(tǒng)的源端與目的端互通，并且可以節(jié)約系統(tǒng)資源，提高資源利用率。波分光交換系統(tǒng)首先將光波信號用分解器分割為多個(gè)進(jìn)行波分光交換所需的波長信道，在對每個(gè)信道都進(jìn)行波長交換，最后將得到的信號復(fù)用后組成一個(gè)密集的波分復(fù)用信號，由一條光纜輸出，這就利用光纖寬帶的特性，在損耗低的波段復(fù)用多路光信號，大大提高了光纖信道的利用率，提高了通信系統(tǒng)容量?；旌辖粨Q技術(shù)則是在大規(guī)模的通信網(wǎng)絡(luò)中使用多種交換技術(shù)混合組成的多級鏈路的光路連接。由于在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中需要將多路信號分路后再接入不同的鏈路，使得波分復(fù)用的優(yōu)勢無法發(fā)揮，因此需要在各級的連接鏈路中使用波分復(fù)用技術(shù)，然后再在各級鏈路交換

25、時(shí)使用空分交換技術(shù)完成鏈路間的銜接，最后再目的端再用波分交換技術(shù)輸出相應(yīng)的光信號，進(jìn)行信號合并最后分路輸出。常用的混合使用的交換技術(shù)有空分-時(shí)分混合、空分-波分混合、空分-時(shí)分-波分混合等幾種。4、全光網(wǎng)交換技術(shù)全光交換的實(shí)現(xiàn)第一步，首先要利用基于電路交換方式的光分插復(fù)用(OADM)和光交叉連接(OXC)技術(shù)實(shí)現(xiàn)波長交換，然后再進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光分組交換4.波長交換是以波長為單位進(jìn)行光域的電路交換，波長交換是為光信號提供端到端的路由和分配波長信道。進(jìn)行波長交換的關(guān)鍵是要使用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，即光分插復(fù)用或者光交叉連接。光分插復(fù)用的工作原理是以全光的方式在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中分出和插入所需的波長通路。其主要的

26、組成元件有復(fù)用器和解復(fù)用器，以及光開關(guān)和可調(diào)諧波器等。光分插復(fù)用的工作原理和同步數(shù)字系統(tǒng)(SDH)中分插復(fù)用器的功能類似，不過一個(gè)是在時(shí)域，而另一個(gè)是作用在光域。而光交叉連接則是和同步數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)字交叉連接器(DXC)作用相似，不過是實(shí)現(xiàn)在光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的波長通路的交叉連接。光波長交換本質(zhì)上任然是效率不高的光交換方式，其面向連接的屬性使其對已經(jīng)建立的波長通道不能實(shí)現(xiàn)再次分配以實(shí)現(xiàn)利用效率最大化，即使通信處于閑置狀態(tài)。而光分組交換能夠以極小的交換粒度實(shí)現(xiàn)帶寬資源的復(fù)用，提高光網(wǎng)絡(luò)的通信效率。光分組交換目前一般有光透明包交換(OTPS)、光突發(fā)交換(OBS)和光標(biāo)記交換(OMPLS)技術(shù)。光透明包

27、交換主要特點(diǎn)是分組長度固定，采用同步交換的方式，需要對所有輸入分組在時(shí)間上同步，因此增大了技術(shù)難度，增加了使用成本。而光突發(fā)使用了變長度分組，使用傳輸包頭的控制信息和包身的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上分離的傳輸方式，克服了同步時(shí)間的缺點(diǎn)，但是有可能產(chǎn)生丟包的問題。而光標(biāo)記交換則是在IP包在核心網(wǎng)絡(luò)的接入處添加標(biāo)記進(jìn)行重新封包，并在核心網(wǎng)內(nèi)部根據(jù)標(biāo)記進(jìn)行路由選擇的方法。雖然光交換的方式對數(shù)字傳輸速率要求較高(一般10Gb/s以上)的通信場合更為合適，可以實(shí)現(xiàn)更低的傳輸成本和更大的系統(tǒng)容量;但當(dāng)系統(tǒng)要求的傳輸速率要求較低(指2.5Gb/s以下)、連接配置方式較為靈活時(shí)，使用舊式的光電轉(zhuǎn)換的方式接入可能更為合

28、適。因此在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)應(yīng)用場景選擇合適的系統(tǒng)部署。隨著未來通信網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和全光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，光交換技術(shù)也會以更加新穎和更有效率的方式為通信網(wǎng)絡(luò)的全光化做出貢獻(xiàn)，成為社會發(fā)展和人們生活中的重要部分。5、光交換技術(shù)概要密集波分復(fù)用技術(shù)的進(jìn)步使得一根光纖上能夠承載上百個(gè)波長信道，傳輸帶寬最高記錄已經(jīng)達(dá)到了T比特級。同時(shí)，現(xiàn)有的大部分情況是光纖在傳輸部分帶寬幾乎無限200Tb/s，窗口200nm。相反，在交換部分，僅僅只有幾個(gè)Gb/s，這是因?yàn)殡娮拥谋菊魈匦灾萍s了它在交換部分的處理能力和交換速度。所以，許多研究機(jī)構(gòu)致力于研究和開發(fā)光交換/光路由技術(shù)，試圖在光子層面上完成網(wǎng)絡(luò)交換工作，消除電

29、子瓶頸的影響。當(dāng)全光交換系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，就足夠可以滿足飛速增長的帶寬和處理速度需求，同時(shí)能減少多達(dá)75%的網(wǎng)絡(luò)成本，具有誘人的市場前景。光信號處理可以是線路級的、分組級的或比特級的。WDM光傳輸網(wǎng)屬于線路級的光信號處理，類似于現(xiàn)存的電路交換網(wǎng)，是粗粒度的信道分割；光時(shí)分復(fù)用OTDM 是比特級的光信號處理，由于對光器件的工作速度要求很高，盡管國內(nèi)外的研究人員做了很大努力，但離實(shí)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x；光分組交換網(wǎng)屬于分組級的光信號處理，和OTDM相比對光器件工作速度的要求大大降低，與WDM相比能更加靈活、有效地提高帶寬利用率。隨著交換和路由技術(shù)在處理速度和容量方面的巨大進(jìn)步，OPS技術(shù)已經(jīng)在一些領(lǐng)域取得

30、了重大進(jìn)展。光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。光路交換又可分成三種類型，即空分（SD）、時(shí)分（TD）和波分/頻分（WD/FD）光交換，以及由這些交換組合而成的結(jié)合型。其中空分交換按光矩陣開關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來廣泛研究的一種方式。日本開發(fā)了兩種空分光交換系統(tǒng)多媒體交換系統(tǒng)和模塊光互連器。兩種系統(tǒng)均采用88二氧化硅光開關(guān)。多媒體光交換系統(tǒng)支持G4傳真、10Mpbs局域網(wǎng)和400Mpbs的高清晰度電視。光時(shí)分交換技術(shù)開發(fā)進(jìn)展很快，交換速率幾乎每年提高一倍。1996年推出了世

31、界上第一臺采用光纖延遲線和44鈮酸鋰光開關(guān)的32Mpbs時(shí)分復(fù)用交換系統(tǒng)。光波分交換能充分利用光路的寬帶特性，不需要高速率交換，技術(shù)上較易實(shí)現(xiàn)。1997年采用高速M(fèi)I（Michelson Interferometer）波長轉(zhuǎn)換器的20Gbps波分復(fù)用光交換系統(tǒng)問世。采用極短脈沖的超高速ATM光交換機(jī)較為普遍，交換容量可達(dá)64Gpbs，目前已有實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。在光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者來說，非常重要的是減少當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議層的數(shù)目，保留已有功能，并盡量利用現(xiàn)有的光技術(shù)。而光分組交換技術(shù)獨(dú)秀之處在于：大容量、數(shù)據(jù)率和格式的透明性、可配置性等特點(diǎn)，支持未來不同類型數(shù)據(jù)，能提供端到端的光通道或者無連接的傳輸。帶寬利用效率高，能提供各種服務(wù)，滿足客戶的需求。把大量的交換業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到光域，交換容量與WDM傳輸容量匹配，同時(shí)光分組技術(shù)與OXC、MPLS等新技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化與資源的合理利用因而，光分組交換技術(shù)勢必成為下一代全光網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的“寵兒”。四、NPN關(guān)鍵交換技術(shù)的發(fā)展前景1、軟交換的前景電信市場的開放與競爭是運(yùn)營商接受軟交換最根本