程控交換網(wǎng)絡技術(shù)及智能云交換技術(shù)綜述和展望

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，解決了大容量自動化話務控制問題。然而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，單純的話務網(wǎng)絡已經(jīng)不能夠滿足日益增長的網(wǎng)絡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)應運而生。利用數(shù)字高速交換技術(shù)，網(wǎng)絡能夠承載業(yè)務類型和業(yè)務量逐漸增大，為用戶帶來了極為豐富的多媒體服務。本文主要對程控交換網(wǎng)絡的歷史進行簡要的回顧，并對當前具有發(fā)展前景的NGN智能網(wǎng)絡技術(shù)以及大數(shù)據(jù)智能網(wǎng)絡技術(shù)進行了總結(jié)和展望。

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

中圖分類號：TN929.3

文獻標識碼：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的業(yè)務寬帶化、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)絡技術(shù)逐漸登上主流舞臺，提供高速穩(wěn)定的多種混合業(yè)務的支撐平臺。從技術(shù)上講，交換技術(shù)對于實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的可靠通信是十分簡單的，但是隨著網(wǎng)絡和多媒體技術(shù)的高速蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的程控交換機已經(jīng)無法適應多種混合業(yè)務的交換以及傳輸，造成了網(wǎng)絡的傳輸效率低下以及較為嚴重的網(wǎng)絡擁塞問題。隨著下一代網(wǎng)絡（NGN）以及大數(shù)據(jù)的興起，交換網(wǎng)迎來了新的發(fā)展機遇。大數(shù)據(jù)和機器學習技術(shù)為基于內(nèi)容的網(wǎng)絡分法提供了技術(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)，通過跨層協(xié)同技術(shù)使得待傳輸數(shù)據(jù)能夠準確有效的利用網(wǎng)絡信息，選擇最優(yōu)路徑進行傳輸，同時利用中間節(jié)點的智能緩存及轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，大幅降低網(wǎng)絡的帶寬負載，從而達到智能化高效的網(wǎng)絡傳輸。

本論文從歷史出發(fā)，對交換技術(shù)進行了簡要的回顧，指陳了當前交換網(wǎng)絡發(fā)展的瓶頸以及問題，并基于前沿的下一代智能網(wǎng)絡以及大數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡提出了展望和設想。

1數(shù)字程控交換技術(shù)回顧

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

隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，電話交換由傳統(tǒng)的不穩(wěn)定的“機電”方式向更加穩(wěn)定、魯棒的“程控”方式演變，是20世紀話務系統(tǒng)的一次重大變革。程控電話交換機就是通過計算機控制話務交換，利用電子控制手段，用數(shù)字程序控制電話的接續(xù)工作。現(xiàn)代程控電話交換機主要采用數(shù)字時分方案，利用通用微處理機和分布控制等方式，使用模塊化和結(jié)構(gòu)程序的設計方法完成話務的切換和接續(xù)。1970年，法國開通了世界上第一部程控數(shù)字交換機，采用時分復用技術(shù)和大規(guī)模集成電路，其可控話務量和接通率指標均達到當時的先進水平。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)絡服務也開始嶄露頭角，如ISDN專線和ADSL[4]（注：數(shù)字程控交換機完成數(shù)模線路切換，并接洽后端數(shù)字服務。）

2基于IP網(wǎng)絡的新一代智能交換技術(shù)現(xiàn)狀

當前，信息技術(shù)的高速發(fā)展使得人們對高速率、高清晰度的多媒體業(yè)務的需求逐漸增大。諸如1080p高清影視，視頻會議等新型網(wǎng)絡業(yè)務逐漸增多[5]，傳統(tǒng)模擬話務業(yè)務受到極大的沖擊。而基于IP網(wǎng)的新一代交換技術(shù)應運而生，可以在滿足傳統(tǒng)話務業(yè)務和低速數(shù)據(jù)業(yè)務的基礎(chǔ)上，承載更多高速數(shù)據(jù)業(yè)務，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，逐漸邁向以IP數(shù)據(jù)為主的高容量、智能化網(wǎng)絡，它承載了原有電路交換網(wǎng)絡的所有業(yè)務，利用IP網(wǎng)絡承載多種業(yè)務，從而以減輕PSTN網(wǎng)絡的重荷。事實上，NGN是基于TDM（TimeDivisionMultiplexing，時分復用）的PSTN語音網(wǎng)絡和基于IP/ATM的分組網(wǎng)絡融合的產(chǎn)物，它使得在新一代網(wǎng)絡上語音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務成為了可能。

基于IP網(wǎng)絡的NGN主要包含以下結(jié)構(gòu)：

1）業(yè)務交換中心。用戶端局將所有的業(yè)務功能都上傳到匯接層，將匯接層作為核心網(wǎng)的業(yè)務交換中心，將網(wǎng)絡中的傳統(tǒng)話音數(shù)據(jù)、智能控制、維護中心匯聚在一起，簡化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)同時提高網(wǎng)絡效率。

2）用戶數(shù)據(jù)中心[6]。該中心主要功能是存儲用戶的個人信息和用戶的個性化需求（如帶寬、速率、業(yè)務種類等），實現(xiàn)用戶智能業(yè)務屬性分類與分析，并實現(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)上無法開展的多媒體通信服務和用戶簽約類的服務。

3）智能業(yè)務中心。該中心主要負責用戶多媒體業(yè)務的匯聚、分析和后臺支撐，借助強大的數(shù)據(jù)庫支持和保障，對同一用戶的不同類型的數(shù)據(jù)進行分析和管理，并通過匯接層完成支持，實現(xiàn)整個通信網(wǎng)絡的智能業(yè)務覆蓋，對于通話網(wǎng)絡中的端局就無需升級就能完成通話的功能。

3未來智能交換網(wǎng)絡的應用展望

當前，NGN網(wǎng)絡使得新一代程控交換網(wǎng)絡能夠承載更多類型的數(shù)據(jù)，提供更大的傳輸速率和帶寬。隨著網(wǎng)絡技術(shù)的高速發(fā)展，更多新技術(shù)和新方法的應用將使得智能交換網(wǎng)絡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，因為只有接入網(wǎng)的帶寬瓶頸被打開，各種寬帶服務與應用才能開展起來，網(wǎng)絡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，多種終端應用對網(wǎng)絡帶寬的要求越來越高。為了滿足多種應用的需求，未來交換網(wǎng)絡將采用更多新技術(shù)來滿足傳輸速率的需求。未來高速數(shù)字傳輸網(wǎng)絡接人方式主要包括：一是基于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)（EPON）的光纖到戶（FTTH），即當前國內(nèi)主要城市和軍用網(wǎng)絡使用的多模光纖技術(shù)，其傳輸帶寬可達lOGbps，是未來提升網(wǎng)絡速率的重要手段；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，提供無線的傳輸解決方案，用于替代傳統(tǒng)的WIFI等無線數(shù)據(jù)傳輸方案。當前可見光（LiFi）無線通信試驗系統(tǒng)的可達速率已經(jīng)達到2Gbps，未來采用多光源技術(shù)以及先進檢測技術(shù)后將有望超過lOGbps；三是無線局域網(wǎng)（WiFi）和第五代移動通信技術(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]：當前OSI七層網(wǎng)絡架構(gòu)嚴重制約了系統(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)，成為未來的交換網(wǎng)絡的核心。智能交換方案將網(wǎng)絡控制服務和數(shù)據(jù)傳輸服務解耦，即服務器端并不關(guān)心用戶使用分配的帶寬來打電話、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設的服務質(zhì)量需求，通過層之間的協(xié)同和數(shù)據(jù)透傳功能，智能化的決策如何分配傳輸帶寬，如何從鄰近節(jié)點獲取需要的數(shù)據(jù)等。

3.增強安全服務[12]：當前，交換網(wǎng)絡除了承載傳統(tǒng)的話音業(yè)務外，還額外承擔眾多的多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務，如個人網(wǎng)上銀行業(yè)務、電子郵件、社交網(wǎng)絡等涉及個人信息的多媒體數(shù)據(jù)，且近些年來，類似的數(shù)據(jù)泄密事件時有發(fā)生。針對嚴峻的網(wǎng)絡安全威脅，NGN交換服務將提供額外的安全服務保障方案，通過可信路由、密鑰設計、點對點虛鏈路等方案增強交換網(wǎng)絡的安全性，保護個人隱私和數(shù)據(jù)。

4.大數(shù)據(jù)支持[13]：當前，網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)研究的興起帶動了未來大數(shù)據(jù)交換的支持。傳統(tǒng)的交換網(wǎng)絡中，交換機或者路由器并不關(guān)心傳輸數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容以及用戶群信息，這就導致了網(wǎng)絡上傳輸帶寬的極大浪費。例如，當某個新影片上映時，很多用戶會請求該影片的數(shù)據(jù)，從而使得網(wǎng)絡負載急劇增大。如圖1所示，基于大數(shù)據(jù)的云交換技術(shù)，可以對該類型的數(shù)據(jù)傳輸行為進行預測，對全網(wǎng)數(shù)據(jù)節(jié)點和網(wǎng)絡進行融合（有線網(wǎng)，衛(wèi)星網(wǎng)，廣電網(wǎng)，移動網(wǎng)），從而得出網(wǎng)絡數(shù)據(jù)類型和流向趨勢的預測，提前規(guī)劃網(wǎng)絡資源，從而大幅度提升網(wǎng)絡的響應時間和帶寬利用率。4結(jié)論

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

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