張征+李漪+高原

摘要：程控交換技術(shù)歷經(jīng)20余年的發(fā)展，解決了大容量自動(dòng)化話務(wù)控制問(wèn)題。然而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，單純的話務(wù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能夠滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)多樣性和帶寬需求的劇增，從而大容量智能交換以及大數(shù)據(jù)交換技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。利用數(shù)字高速交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)能夠承載業(yè)務(wù)類(lèi)型和業(yè)務(wù)量逐漸增大，為用戶帶來(lái)了極為豐富的多媒體服務(wù)。本文主要對(duì)程控交換網(wǎng)絡(luò)的歷史進(jìn)行簡(jiǎn)要的回顧，并對(duì)當(dāng)前具有發(fā)展前景的NGN智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：通信工程；程控網(wǎng)絡(luò)；智能交換；云交換；大數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.3969/i.issn.1003-6970.2015.06.016

本文著錄格式：張征，李漪，高原，程控交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能云交換技術(shù)綜述和展望U].軟件，2015，36（6）：88-91

ReviewandOutlookofSwitchingNetworkTechnologyandIntelligentCloudSwitching

ZhangZhengl，LiYj2，GaoYuan3[Abstract]：Withtherapiddevelopmentofmodernswitchingtechnologyinrecent20years，theautomaticcontrolofvoicedatahasbeensolved.However，thedevelopmentofinternettechnologyhasbroughtnewchallengetotraditionalswitchingnetworkfortheincreasingcomplexityandbandwidth，whichisthereasonthattheswitchingtechnologywithcapacityanddataenhancementhasbeenraised.Theutilizationofdigitalhighspeedswitchingtechnologyhasbroughtsignificantsupporttovarietiesofmultimediaserviceandtheabilityofdatatransmissionandservicehasbeenincreased.Inthiswork，wereviewthehistoryofswitchingtechnol-ogyinbrief，andlookaheadthefutureNGNswitchingnetworkandintelligentswitchingnetwork.

[Keywords]：Communicationtheory；Switchingtheory；Intelligentswitching；Cloudswitching；Bigdata

0引言

隨著交換技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)字程控交換系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)寬帶化、智能化的需求。尤其是近些年大容量、低延遲的光通信技術(shù)的發(fā)展，使得基于IP技術(shù)的分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)和WGN智能交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸登上主流舞臺(tái)，提供高速穩(wěn)定的多種混合業(yè)務(wù)的支撐平臺(tái)。從技術(shù)上講，交換技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的可靠通信是十分簡(jiǎn)單的，但是隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的高速蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的程控交換機(jī)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)多種混合業(yè)務(wù)的交換以及傳輸，造成了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率低下以及較為嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題。隨著下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）以及大數(shù)據(jù)的興起，交換網(wǎng)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)為基于內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)分法提供了技術(shù)基礎(chǔ)和支撐，使得交換網(wǎng)能夠突破傳統(tǒng)的OSI七層體系架構(gòu)，以傳輸內(nèi)容為基礎(chǔ)，通過(guò)跨層協(xié)同技術(shù)使得待傳輸數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確有效的利用網(wǎng)絡(luò)信息，選擇最優(yōu)路徑進(jìn)行傳輸，同時(shí)利用中間節(jié)點(diǎn)的智能緩存及轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，大幅降低網(wǎng)絡(luò)的帶寬負(fù)載，從而達(dá)到智能化高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

本論文從歷史出發(fā)，對(duì)交換技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的回顧，指陳了當(dāng)前交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸以及問(wèn)題，并基于前沿的下一代智能網(wǎng)絡(luò)以及大數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)提出了展望和設(shè)想。

1數(shù)字程控交換技術(shù)回顧

1965年，美國(guó)首次研究成功了2000門(mén)空分程控電話交換機(jī)[1-3]，該模擬話務(wù)系統(tǒng)解放了傳統(tǒng)的人T接線系統(tǒng)，大大提高了話音業(yè)務(wù)的接通成功率和速度。中國(guó)在80年代左右，也成功白行研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的程控電話交換機(jī)，用于市話、長(zhǎng)途和軍用話務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，電話交換由傳統(tǒng)的不穩(wěn)定的“機(jī)電”方式向更加穩(wěn)定、魯棒的“程控”方式演變，是20世紀(jì)話務(wù)系統(tǒng)的一次重大變革。程控電話交換機(jī)就是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制話務(wù)交換，利用電子控制手段，用數(shù)字程序控制電話的接續(xù)工作?，F(xiàn)代程控電話交換機(jī)主要采用數(shù)字時(shí)分方案，利用通用微處理機(jī)和分布控制等方式，使用模塊化和結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)方法完成話務(wù)的切換和接續(xù)。1970年，法國(guó)開(kāi)通了世界上第一部程控?cái)?shù)字交換機(jī)，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)和大規(guī)模集成電路，其可控話務(wù)量和接通率指標(biāo)均達(dá)到當(dāng)時(shí)的先進(jìn)水平。由于程控交換的靈活性與可靠性，基于程控交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也開(kāi)始嶄露頭角，如ISDN專線和ADSL[4]（注：數(shù)字程控交換機(jī)完成數(shù)模線路切換，并接洽后端數(shù)字服務(wù)。）

2基于IP網(wǎng)絡(luò)的新一代智能交換技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前，信息技術(shù)的高速發(fā)展使得人們對(duì)高速率、高清晰度的多媒體業(yè)務(wù)的需求逐漸增大。諸如1080p高清影視，視頻會(huì)議等新型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)逐漸增多[5]，傳統(tǒng)模擬話務(wù)業(yè)務(wù)受到極大的沖擊。而基于IP網(wǎng)的新一代交換技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，可以在滿足傳統(tǒng)話務(wù)業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，承載更多高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如IP電視、高速互聯(lián)網(wǎng)接入、智能醫(yī)療、智慧家居等等。

基于IP技術(shù)的下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NGN（NextGenerationNetwork）是從傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡(luò)，逐漸邁向以IP數(shù)據(jù)為主的高容量、智能化網(wǎng)絡(luò)，它承載了原有電路交換網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù)，利用IP網(wǎng)絡(luò)承載多種業(yè)務(wù)，從而以減輕PSTN網(wǎng)絡(luò)的重荷。事實(shí)上，NGN是基于TDM（TimeDivisionMultiplexing，時(shí)分復(fù)用）的PSTN語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)和基于IP/ATM的分組網(wǎng)絡(luò)融合的產(chǎn)物，它使得在新一代網(wǎng)絡(luò)上語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)成為了可能。

基于IP網(wǎng)絡(luò)的NGN主要包含以下結(jié)構(gòu)：

1）業(yè)務(wù)交換中心。用戶端局將所有的業(yè)務(wù)功能都上傳到匯接層，將匯接層作為核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)交換中心，將網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)話音數(shù)據(jù)、智能控制、維護(hù)中心匯聚在一起，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)效率。

2）用戶數(shù)據(jù)中心[6]。該中心主要功能是存儲(chǔ)用戶的個(gè)人信息和用戶的個(gè)性化需求（如帶寬、速率、業(yè)務(wù)種類(lèi)等），實(shí)現(xiàn)用戶智能業(yè)務(wù)屬性分類(lèi)與分析，并實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)通信與端局的控制分離，能夠有效解決目前固定電話程控交換網(wǎng)上無(wú)法開(kāi)展的多媒體通信服務(wù)和用戶簽約類(lèi)的服務(wù)。

3）智能業(yè)務(wù)中心。該中心主要負(fù)責(zé)用戶多媒體業(yè)務(wù)的匯聚、分析和后臺(tái)支撐，借助強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持和保障，對(duì)同一用戶的不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，并通過(guò)匯接層完成支持，實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的智能業(yè)務(wù)覆蓋，對(duì)于通話網(wǎng)絡(luò)中的端局就無(wú)需升級(jí)就能完成通話的功能。

3未來(lái)智能交換網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用展望

當(dāng)前，NGN網(wǎng)絡(luò)使得新一代程控交換網(wǎng)絡(luò)能夠承載更多類(lèi)型的數(shù)據(jù)，提供更大的傳輸速率和帶寬。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，更多新技術(shù)和新方法的應(yīng)用將使得智能交換網(wǎng)絡(luò)的性能得到極大提升。

1.高帶寬支持‘7。9]：NGN必須要有寬帶接人技術(shù)的支持，因?yàn)橹挥薪尤刖W(wǎng)的帶寬瓶頸被打開(kāi)，各種寬帶服務(wù)與應(yīng)用才能開(kāi)展起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)容量的潛力才能真正發(fā)揮。隨著終端處理能力的大幅提升，多種終端應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求越來(lái)越高。為了滿足多種應(yīng)用的需求，未來(lái)交換網(wǎng)絡(luò)將采用更多新技術(shù)來(lái)滿足傳輸速率的需求。未來(lái)高速數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)接人方式主要包括：一是基于以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)（EPON）的光纖到戶（FTTH），即當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要城市和軍用網(wǎng)絡(luò)使用的多模光纖技術(shù)，其傳輸帶寬可達(dá)lOGbps，是未來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)速率的重要手段；二是自由空間光系統(tǒng)（FreeSpaceOpticsCommunication），該系統(tǒng)作為有線光系統(tǒng)的延伸，提供無(wú)線的傳輸解決方案，用于替代傳統(tǒng)的WIFI等無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方案。當(dāng)前可見(jiàn)光（LiFi）無(wú)線通信試驗(yàn)系統(tǒng)的可達(dá)速率已經(jīng)達(dá)到2Gbps，未來(lái)采用多光源技術(shù)以及先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)后將有望超過(guò)lOGbps；三是無(wú)線局域網(wǎng)（WiFi）和第五代移動(dòng)通信技術(shù)，基于802.llac協(xié)議和LSAS的MIMOOFDM系統(tǒng)，將能夠支持1.2Gbps的傳輸速率，為智能交換技術(shù)奠定物理層基礎(chǔ)。

2.智能交換支持[10-11]：當(dāng)前OSI七層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)嚴(yán)重制約了系統(tǒng)性能的發(fā)揮，基于跨層優(yōu)化和虛擬層部署的新型智能軟交換技術(shù)將逐步取代現(xiàn)有技術(shù)，成為未來(lái)的交換網(wǎng)絡(luò)的核心。智能交換方案將網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)解耦，即服務(wù)器端并不關(guān)心用戶使用分配的帶寬來(lái)打電話、上網(wǎng)看電影或者下載軟件，僅僅關(guān)心該線路是否滿足預(yù)設(shè)的服務(wù)質(zhì)量需求，通過(guò)層之間的協(xié)同和數(shù)據(jù)透?jìng)鞴δ?，智能化的決策如何分配傳輸帶寬，如何從鄰近節(jié)點(diǎn)獲取需要的數(shù)據(jù)等。

3.增強(qiáng)安全服務(wù)[12]：當(dāng)前，交換網(wǎng)絡(luò)除了承載傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)外，還額外承擔(dān)眾多的多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如個(gè)人網(wǎng)上銀行業(yè)務(wù)、電子郵件、社交網(wǎng)絡(luò)等涉及個(gè)人信息的多媒體數(shù)據(jù)，且近些年來(lái)，類(lèi)似的數(shù)據(jù)泄密事件時(shí)有發(fā)生。針對(duì)嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，NGN交換服務(wù)將提供額外的安全服務(wù)保障方案，通過(guò)可信路由、密鑰設(shè)計(jì)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)虛鏈路等方案增強(qiáng)交換網(wǎng)絡(luò)的安全性，保護(hù)個(gè)人隱私和數(shù)據(jù)。

4.大數(shù)據(jù)支持[13]：當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)研究的興起帶動(dòng)了未來(lái)大數(shù)據(jù)交換的支持。傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)或者路由器并不關(guān)心傳輸數(shù)據(jù)的類(lèi)型、內(nèi)容以及用戶群信息，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)上傳輸帶寬的極大浪費(fèi)。例如，當(dāng)某個(gè)新影片上映時(shí)，很多用戶會(huì)請(qǐng)求該影片的數(shù)據(jù)，從而使得網(wǎng)絡(luò)負(fù)載急劇增大。如圖1所示，基于大數(shù)據(jù)的云交換技術(shù)，可以對(duì)該類(lèi)型的數(shù)據(jù)傳輸行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)全網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合（有線網(wǎng)，衛(wèi)星網(wǎng)，廣電網(wǎng)，移動(dòng)網(wǎng)），從而得出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)類(lèi)型和流向趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，提前規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)資源，從而大幅度提升網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間和帶寬利用率。4結(jié)論

本文論述了交換技術(shù)的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)程控交換系統(tǒng)進(jìn)行了深入淺出的分析，并進(jìn)行了未來(lái)的智能交換與云交換技術(shù)展望。從最開(kāi)始的模擬話務(wù)交換，到后來(lái)的數(shù)字程控交換以及智能交換，網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)種類(lèi)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量和業(yè)務(wù)安全性有了顯著的提升。未來(lái)NGN智能交換網(wǎng)絡(luò)也將朝著更高速率、更智能化以及更安全的方向長(zhǎng)足發(fā)展。

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