電信網絡交換技術的發展及趨勢

許曉文 逄成香

（1、中國聯合網絡通信有限公司安達市分公司，黑龍江 安達 151400 2、中國聯合網絡通信有限公司綏化市分公司，黑龍江 綏化 152000）

1 網絡交換技術發展歷程

1.1 電路交換技術

網絡交換技術共經歷了四個發展階段，電路交換技術、報文交換技術、分組交換技術和ATM技術。公眾電話網（PSTN網）和移動網（包括GSM網和CDMA網）采用的都是電路交換技術，它的基本特點是采用面向連接的方式，在雙方進行通信之前，需要為通信雙方分配一條具有固定帶寬的通信電路，通信雙方在通信過程中將一直占用所分配的資源，直到通信結束，并且在電路的建立和釋放過程中都需要利用相關的信令協議。這種方式的優點是在通信過程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬，并且實時性強，時延小，交換設備成本較低，但同時帶來的缺點是網絡的帶寬利用率不高，一旦電路被建立不管通信雙方是否處于通話狀態，分配的電路都一直被占用。

1.2 分組交換技術

電路交換技術主要適用于傳送和話音相關的業務，這種網絡交換方式對于數據業務而言，有著很大的局限性。首先數據通信具有很強的突發性，峰值比特率和平均比特率相差較大，如果采用電路交換技術，若按峰值比特率分配電路帶寬則會造成資源的極大浪費，如果按照平均比特率分配帶寬，則會造成資源的極大浪費，如果按照平均比特率分配帶寬，則會造成數據的大量丟失。其次是和語音業務比較起來，數據業務對時延沒有嚴格的要求，但需要進行無差錯的傳輸，而語音信號可以有一定程度的失真但實時性一定要高。分組交換技術就是針對數據通信業務的特點而提出的一種交換方式，它的基本特點是面向無連接而采用存儲轉發的方式，將需要傳送的數據按照一定的長度分割成許多小段數據，并在數據之前增加相應的用于對數據進行選路和校驗等功能的頭部字段，作為數據傳送的基本單元即分組。采用分組交換技術，在通信之前不需要建立連接，每個節點首先將前一節點送來的分組收下并保存在緩沖區中，然后根據分組頭部中的地址信息選擇適當的鏈路將其發送至下一個節點，這樣在通信過程中可以根據用戶的要求和網絡的能力來動態分配帶寬。分組交換比電路交換的電路利用率高，但時延較大。

1.3 報文交換技術

報文交換技術和分組交換技術類似，也是采用存儲轉發機制，但報文交換是以報文作為傳送單元，由于報文長度差異很大，長報文可能導致很大的時延，并且對每個節點來說緩沖區的分配也比較困難，為了滿足各種長度報文的需要并且達到高效的目的，節點需要分配不同大小的緩沖區，否則就有可能造成數據傳送的失敗。在實際應用中報文交換主要用于傳輸報文較短、實時性要求較低的通信業務，如公用電報網。報文交換比分組交換出現的要早一些，分組交換是在報文交換的基礎上，將報文分割成分組進行傳輸，在傳輸時延和傳輸效率上進行了平衡，從而得到廣泛的應用。

1.4 ATM技術

ATM技術將面向連接機制和分組機制相結合，在通信開始之前需要根據用戶的要求建立一定帶寬的連接，但是該連接并不獨占某個物理通道，而是和其他連接統計復用某個物理通道，同時所有的媒體信息，包括語音、數據和圖像信息都被分割并封裝成固定長度的分組在網絡中傳送和交換。ATM另一個突出的特點就是提出了保證QoS的完備機制，同時由于光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道，所以可以將流量控制和差錯控制移到用戶終端，網絡只負責信息的交換和傳送，從而使傳輸時延減少，ATM非常適合傳送高速數據業務。從技術角度來講，ATM幾乎無懈可擊，但ATM技術的復雜性導致了ATM交換機造價極為昂貴，并且在ATM技術上沒有推出新的業務來驅動ATM市場，從而制約了ATM技術的發展。

2 電路交換技術和分組交換技術的融合

2.1 綜合交換機技術

雖然ATM技術沒有讓人們實現"綜合業務"的夢想，但人們一直在尋找一種途徑試圖實現在一個網絡上提供各種業務，電信運營商也希望能夠充分利用現網資源，盡量為用戶提供豐富的業務。首先提出的技術就是綜合交換機技術，主要是通過對現有的電路交換網絡進行改造，來達到同時支持電路交換和寬帶交換（包括ATM交換和IP交換）的目的。許多廠家也先后開發了綜合交換機，并且相關的行業標準《綜合交換機技術規范》也已經制定和頒布。綜合交換機具有窄帶交換機的功能，同時還要具有寬帶交換機的功能。目前的綜合交換機的實現方式主要有兩種：一種是采用混合交換節點的方式，在交換機內部配置有多個獨立交換矩陣，即電路交換矩陣、ATM和IP分組交換模塊，傳統的PSTN呼叫還主要由電路交換模塊進行處理，和寬帶相關的業務則交由寬帶分組處理模塊進行處理，當兩個模塊之間需要交互時需要進行協議轉換。另一種是采用融合交換節點的方式，綜合交換機內部基本上只有一個單一的ATM或IP交換矩陣，例如上海貝爾的寬帶交換機S12P3S即直接采用ATM技術作為核心交換技術，所有的媒體信息都轉換成ATM信元在交換機內部進行處理，對外則同時支持電路交換網、ATM網和IP網。

2.2 IP電話技術

IP電話技術目前已經成為人們比較熟悉的業務，主要采用H.323系列協議，包括負責呼叫建立的信令協議H.225和負責建立媒體通道的H.245協議，語音業務采用RTP分組的方式在IP網中進行傳輸。IP電話的語音質量雖然沒有傳統電路交換網向用戶提供的語音質量高，但H.323協議被普遍認為是目前在分組網上支持語音、圖像和數據業務最成熟的協議，目前在IP電話領域得到廣泛應用。世界上有很多利用H.323協議組建的VoIP網絡正在運營。但H.323的有些缺點也很明顯。首先，H.323協議中的呼叫控制信令是以Q.931為基礎的。Q.931協議是一種基于UNI接口的協議，協議本身比較簡單，沒有關于NNI接口的定義。這在專用網內實現計算機－計算機的呼叫沒有問題，但要提供全國性業務及PSTN-to-PSTN連接則必須依賴NNI接口。其次，H.323網絡中使用的是集中式的網關，網關要同時處理媒體流和信令流，在處理能力上也限制了H.323網絡的發展。目前，ITU-T借鑒IETF相關規范的經驗，在進一步擴展和修訂H.323系列協議。另外，和SIP相比較，H.323協議的可擴展性較差，并且為了在H.323網絡提供類似在電路交換網絡上向用戶提供的業務，許多廠家都對H.323協議進行了擴展，所以不同廠家的H.323設備之間的互聯也是一個H.323網絡發展所面臨的一個重要問題。

3 軟交換技術

采用軟交換技術組建電信網絡正在從試驗階段走向商用階段，國內外的各個運營商都對軟交換技術傾注了極大的熱情，希望能夠利用軟交換技術來達到拓展業務種類、增加市場份額的目的。從標準的角度來講，國內外的標準機構都在加緊制定和軟交換技術相關的一系列技術規范，標準上不僅將軟交換技術作為固定網絡發展的核心技術，而且移動網絡也將軟交換技術作為未來網絡的核心技術。軟交換技術從提出、發展到完善和成熟，還需要經歷技術的考驗和市場的考驗。但從技術的角度來講，軟交換技術的提出有著深厚的歷史背景和技術背景，可以預見，軟交換技術必定會成為未來網絡發展過程中一個重要技術。

[1]張瑞寧.淺析電信網絡化發展戰略.煤2003-04-30期刊.

[2]韓寧娟.電信網絡交換技術的發展及趨勢.山西焦煤科技 2005-12-30期刊.