程控交換網絡技術及智能云交換技術綜述和展望

張征+李漪+高原

摘要：程控交換技術歷經20余年的發展，解決了大容量自動化話務控制問題。然而隨著互聯網技術的發展，單純的話務網絡已經不能夠滿足日益增長的網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據交換技術應運而生。利用數字高速交換技術，網絡能夠承載業務類型和業務量逐漸增大，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絡的歷史進行簡要的回顧，并對當前具有發展前景的NGN智能網絡技術以及大數據智能網絡技術進行了總結和展望。

關鍵詞：通信工程；程控網絡；智能交換；云交換；大數據

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，程控交換網絡技術及智能云交換技術綜述和展望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

隨著交換技術的高速發展，傳統數字程控交換系統已經不能夠滿足日益增長的業務寬帶化、智能化的需求。尤其是近些年大容量、低延遲的光通信技術的發展，使得基于IP技術的分組數據交換網和WGN智能交換網絡技術逐漸登上主流舞臺，提供高速穩定的多種混合業務的支撐平臺。從技術上講，交換技術對于實現大量數據的可靠通信是十分簡單的，但是隨著網絡和多媒體技術的高速蓬勃發展，傳統的程控交換機已經無法適應多種混合業務的交換以及傳輸，造成了網絡的傳輸效率低下以及較為嚴重的網絡擁塞問題。隨著下一代網絡（NGN）以及大數據的興起，交換網迎來了新的發展機遇。大數據和機器學習技術為基于內容的網絡分法提供了技術基礎和支撐，使得交換網能夠突破傳統的OSI七層體系架構，以傳輸內容為基礎，通過跨層協同技術使得待傳輸數據能夠準確有效的利用網絡信息，選擇最優路徑進行傳輸，同時利用中間節點的智能緩存及轉發技術，大幅降低網絡的帶寬負載，從而達到智能化高效的網絡傳輸。

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

1數字程控交換技術回顧

1965年，美國首次研究成功了2000門空分程控電話交換機[1-3]，該模擬話務系統解放了傳統的人T接線系統，大大提高了話音業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權的程控電話交換機，用于市話、長途和軍用話務網絡。

隨著計算機技術的高速發展，電話交換由傳統的不穩定的“機電”方式向更加穩定、魯棒的“程控”方式演變，是20世紀話務系統的一次重大變革。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，用數字程序控制電話的接續工作。現代程控電話交換機主要采用數字時分方案，利用通用微處理機和分布控制等方式，使用模塊化和結構程序的設計方法完成話務的切換和接續。1970年，法國開通了世界上第一部程控數字交換機，采用時分復用技術和大規模集成電路，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，基于程控交換的數據網絡服務也開始嶄露頭角，如ISDN專線和ADSL[4]（注：數字程控交換機完成數模線路切換，并接洽后端數字服務。）

2基于IP網絡的新一代智能交換技術現狀

當前，信息技術的高速發展使得人們對高速率、高清晰度的多媒體業務的需求逐漸增大。諸如1080p高清影視，視頻會議等新型網絡業務逐漸增多[5]，傳統模擬話務業務受到極大的沖擊。而基于IP網的新一代交換技術應運而生，可以在滿足傳統話務業務和低速數據業務的基礎上，承載更多高速數據業務，如IP電視、高速互聯網接入、智能醫療、智慧家居等等。

基于IP技術的下一代互聯網技術NGN（NextGenerationNetwork）是從傳統的以電路交換為主的PSTN網絡，逐漸邁向以IP數據為主的高容量、智能化網絡，它承載了原有電路交換網絡的所有業務，利用IP網絡承載多種業務，從而以減輕PSTN網絡的重荷。事實上，NGN是基于TDM（TimeDivisionMultiplexing，時分復用）的PSTN語音網絡和基于IP/ATM的分組網絡融合的產物，它使得在新一代網絡上語音、視頻、數據等綜合業務成為了可能。

基于IP網絡的NGN主要包含以下結構：

1）業務交換中心。用戶端局將所有的業務功能都上傳到匯接層，將匯接層作為核心網的業務交換中心，將網絡中的傳統話音數據、智能控制、維護中心匯聚在一起，簡化網絡結構同時提高網絡效率。

2）用戶數據中心[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、業務種類等），實現用戶智能業務屬性分類與分析，并實現用戶側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）智能業務中心。該中心主要負責用戶多媒體業務的匯聚、分析和后臺支撐，借助強大的數據庫支持和保障，對同一用戶的不同類型的數據進行分析和管理，并通過匯接層完成支持，實現整個通信網絡的智能業務覆蓋，對于通話網絡中的端局就無需升級就能完成通話的功能。

3未來智能交換網絡的應用展望

當前，NGN網絡使得新一代程控交換網絡能夠承載更多類型的數據，提供更大的傳輸速率和帶寬。隨著網絡技術的高速發展，更多新技術和新方法的應用將使得智能交換網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的支持，因為只有接入網的帶寬瓶頸被打開，各種寬帶服務與應用才能開展起來，網絡容量的潛力才能真正發揮。隨著終端處理能力的大幅提升，多種終端應用對網絡帶寬的要求越來越高。為了滿足多種應用的需求，未來交換網絡將采用更多新技術來滿足傳輸速率的需求。未來高速數字傳輸網絡接人方式主要包括：一是基于以太網無源光網（EPON）的光纖到戶（FTTH），即當前國內主要城市和軍用網絡使用的多模光纖技術，其傳輸帶寬可達lOGbps，是未來提升網絡速率的重要手段；二是自由空間光系統（FreeSpaceOpticsCommunication），該系統作為有線光系統的延伸，提供無線的傳輸解決方案，用于替代傳統的WIFI等無線數據傳輸方案。當前可見光（LiFi）無線通信試驗系統的可達速率已經達到2Gbps，未來采用多光源技術以及先進檢測技術后將有望超過lOGbps；三是無線局域網（WiFi）和第五代移動通信技術，基于802.llac協議和LSAS的MIMOOFDM系統，將能夠支持1.2Gbps的傳輸速率，為智能交換技術奠定物理層基礎。

2.智能交換支持[10-11]：當前OSI七層網絡架構嚴重制約了系統性能的發揮，基于跨層優化和虛擬層部署的新型智能軟交換技術將逐步取代現有技術，成為未來的交換網絡的核心。智能交換方案將網絡控制服務和數據傳輸服務解耦，即服務器端并不關心用戶使用分配的帶寬來打電話、上網看電影或者下載軟件，僅僅關心該線路是否滿足預設的服務質量需求，通過層之間的協同和數據透傳功能，智能化的決策如何分配傳輸帶寬，如何從鄰近節點獲取需要的數據等。

3.增強安全服務[12]：當前，交換網絡除了承載傳統的話音業務外，還額外承擔眾多的多媒體數據業務，如個人網上銀行業務、電子郵件、社交網絡等涉及個人信息的多媒體數據，且近些年來，類似的數據泄密事件時有發生。針對嚴峻的網絡安全威脅，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絡的安全性，保護個人隱私和數據。

4.大數據支持[13]：當前，網絡大數據研究的興起帶動了未來大數據交換的支持。傳統的交換網絡中，交換機或者路由器并不關心傳輸數據的類型、內容以及用戶群信息，這就導致了網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據，從而使得網絡負載急劇增大。如圖1所示，基于大數據的云交換技術，可以對該類型的數據傳輸行為進行預測，對全網數據節點和網絡進行融合（有線網，衛星網，廣電網，移動網），從而得出網絡數據類型和流向趨勢的預測，提前規劃網絡資源，從而大幅度提升網絡的響應時間和帶寬利用率。4結論

本文論述了交換技術的歷史和發展現狀，對程控交換系統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展望。從最開始的模擬話務交換，到后來的數字程控交換以及智能交換，網絡承載的業務種類、業務數據量和業務安全性有了顯著的提升。未來NGN智能交換網絡也將朝著更高速率、更智能化以及更安全的方向長足發展。

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