程控交换原理课程综述

1、课 程 综 述课程名称 程控交换原理 任课教师 查长军 班级 12通信工程 姓名 呵 呵 学号 1202343546 日期 2015.11.14 交换技术发展与展望摘要：交换技术有电路交换和分组交换两种不同的方式， 本文简要回顾了交换技术的产生和发展，对演进过程中的各种交换技术进行了介绍，并着重介绍了 ATM 交换技术。还对比较有发展前途的软交换和光交换进行了阐述，最后对交换技术的发展方向进行了探讨。关键字：电路交换；分组交换；ATM 交换；软交换；光交换 引言交换技术首先应用于电话通信领域，电话机的发明促进了交换技术的萌芽和发展。从1892年开通世界上第1部步进制史端乔式电话交换机算起， 自

2、动交换技术的发展已超过 100年，如今，交换技术已广泛应用于公用电信网、各种专用网和计算机通信网，交换系统已成为通信和信息领域不可缺少的重要设施。100年来，陆续出现了多种交换方式。图1所示的各种交换方式分布在一条连续线上。最左端的为电路交换（CS），也可称为电路传递模式（CTM）或同步传递模式（STM）。最右端为分组交换（PS），也可称为分组传递模式（PTM）。电路交换与分组交换是两种截然不同的交换方式，代表两大范畴的传递模式，因此处于连续线的两端。从两端向中间靠拢，表明两种交换方式特性的接近。处于连接线中央的 ATM 交换属于异步传递模式，可以看成是分组交换与电路交换的结合，兼具两者的特点

3、。本文将结合各种交换方式，说明交换技术的发展，重点则在于 ATM 交换。图 1 各种交换模式1 电路交换1.1 传统电路交换电路交换是最早出现的交换方式，包括最古老的人工电话交换和当前先进的数字程控交换，都普遍采用电路交换方式。纵横制交换机不仅是机电制自动交换机中最完善的一种，其公共控制方式的采用更为程控方式创造了契机。第 1 部程控交换机于 1965 年开通 ,不久即出现数字程控交换机，并逐渐成为发展的主流。由于微处理机的迅速发展，为分布式控制创造了条件，S1240、5ESS 是两种不同的分布式系统结构，前者基于功能分担，后者基于容最分担。电路交换要在通信的用户间建立专用的物理连接，控制较简

4、明，可用于实时交换;但由于是固定分配带宽，资源利用率不高灵活性较差。1.2 多速率电路交换多速率电路交换方式可以为不同的业务提供不同的带宽，包括基本速率及其整数倍。为此，在交换节点内部的交换网络及其控制必须适应多速率交换的要求。由于控制较复杂，速率类型不能太多， 又不适应突发性业务， 因此多速率电路交换不能很好地满足多种业务不同的带宽要求，未得到广泛应用。N-ISDN 交换机中的 N*64kbit/s 的交换可以看成是多速率电路交换的一种应用 ,基本速率为 64kbit/s，实现时保证时隙顺序整合性。1.3 快速电路交换为了克服电路交换固定分配带宽的缺点，提高灵活性，在1982年提出了快速电路

5、交换方式。其基本思路是只在信息要传送时才分配带宽和有关资源，实际上是为呼叫建立虚电路，而非物理连接。当有信息发送时，才激活虚电路，建立物理连接。突发交换与其基本相似，有时两者不加区别。快速电路交换虽然也提高了带宽利用率，但控制远比传统的电路交换复杂，灵活性又比不上快速分组交换，亦未得到广泛应用。然而值得注意的是，高速宽带电路交换目前仍在进一步研究，并已出现不少快速宽带电路交换的原型结构，有些已经实用。高速宽带电路交换适用的范围是交叉连接和视频分配。2 分组交换报文交换（MS）与电路交换不同，不需要建立通信双方的物理连接，而采用存储转发方式，也可称为存储转发交换。公用网的电报自动交换是报文交换的

6、典型应用，有的专用数据网也采用该交换方式。分组交换也采用存储转发方式，但与报文交换不同的是：将用户要传送的信息分割为若干个分组，每个分组中的分组头含有可供选路的信息和其它控制信息。因此，分组交换的时延小于报文交换。分组交换可提供两种服务方式：面向连接的虚电路方式与无连接的数据报方式，通常采用前者。从技术发展来看，分组交换系统大致可以划分为3代：第1代实质上是用计算机来完成PS功能。吞吐量受限于计算机的速度，设置前端机（FEP）可有所改善；第2代采用共享媒体（总线或环形）将FEP互连。计算机主要用于虚电路的建立，不再成为系统的“瓶颈”，吞吐量受到媒体的带宽限制。第2代分组交换系统在80年代得到了

7、充分发展；第3代则采用空分的互联网络来取代共享媒体这一“瓶颈”，增强并行处理功能，显著提高吞吐量，实际上已进人快速分组交换技术。通常的分组交换是基于 X.25 协议。帧交换（FS）不涉及X.25 的第3层，简化了协议,加快了处理速度，与帧交换相比，帧中继进一步简化了协议，非但不涉及第3层，第,2层也只保留了链路层的核心功能。快速分组交换（FPS）可理解为尽量简化的协议，只有核心网络功能，提供高速、高吞吐量、低时延服务的交换方式。FPS 往往是指 ATM 交换，但广义的FPS包括帧中继（FR）与信元中继（CR）。帧中继采用可变长度帧，适用于LAN互联。图 2 交换方式分类3 ATM 交换3.1

8、早期的研究80 年代初，随着宽带业务的逐步发展及业务发展的某些不确定性，人们迫切要求找到一种灵活性与适应性强的交换方式， 能兼具电路交换与分组交换的优点。 快速分组交换与异步时分交换的结合，导致了 ATM 交换方式的产生。1983年 ,美国Turner J. 等人提出了FPS的原理， 研制了原型机。 稍后， 法国CoudreuseJ.P.提出了 ATD 交换的概念，并在法国 CNET 研制了演示模型。FPS 源自分组交换，但简化了协议；ATD 源自电路交换，但采用标记复用。由于发展背景不同，两者存在着一些差异：（1）ATD源自STD，位于开放系统互连（OSI）第1层，控制头功能减至最小化，只用

9、来识别呼叫连接；FPS源自PS，控制头中含有其它功能。（2）ATD采用固定长度的分组，信息域长度在8-32字节范围内；FPS为可变长度帧，平均约100字节左右。（3）ATD用于数据、视频和话音的综合交换，侧重于视频；FPS则主要用于高速数据交换。FPS和ATD的概念提出后，很多设备制造公司、邮电管理部门和标准化组织很快表示了强烈的兴趣。法国的CNET、Alcatel、比利时的 BTM、美国的 AT&T 等均进行了深人的研究、模拟和试验.1985年以来，CCITT也开始了这种新交换方式的研究，开始曾称之为新传递模式。1987年，决定采用信元来表示分组。一个重要的研究课题是采用固定长度信元

10、，还是采用可变长度信元，以及确定信元的长度和信头的长度。这些问题与带宽的利用效率、交换速度和实现的复杂性，以及网络性能等重要因素均有密切关系。1988 年决定采用固定长度信元，定名为 ATM，并确认 B-ISDN 将基于 ATM。1990 年，制定了关于 ATM 的一些建议，并在以后的研究期中不断深化和完善了建议内容。3.2 公用 ATM 交换网和交换系统从80年代后期到90年代初期，不少计算机和通信领域的厂商致力于ATM技术的研究和ATM交换系统的开发。随着宽带业务的发展和ATM技术的逐渐成熟，ATM交换技术的应用开始从专用网扩大到公用网，其标志是公用网大容量交换系统的纷纷推出和一些共用AT

11、M宽带网的运行。1994年8月投入运营的美国卡罗来纳信息高速公路（NCIH）是美国第一个在州的范围内采用ATM和SONET的公用ATM宽带网，被看作未来的国家基础信息设施（NII）的雏形，可支持ATM信元业务（CRS）、交换型多兆比特数据业务（SMDS）、帧中继业务（FRS）以及电路仿真业务（CES）。公用网ATM骨干交换系统必须具有高吞吐最和可扩展性。可扩展性包括交换网络（吞吐能力）和处理机系统（处理能力）两方面，而且这两方面应独立扩展，以适应各种业务特性的要求，应能支持各种接口、业务和连接类型，包括由信令支撑的交换虚连接（SVC）；还应具有能保证服务质量（QOS）的业务流控制功能；而且应能

12、适应智能网CS-3的发展。3.3 ATM 交换的控制机理ATM 交换结构是实现 ATM 交换的核心，其控制机理在很大程度上影响到交换系统以及 ATM交换网的性能。因此，从ATM交换技术一开始出现，ATM交换结构及其控制机理。就是研究的热点，一些新的研究进展目前仍时有出现。这里作一概括性介绍。（1） 拓扑结构（2） 排队策略（3） 选路控制（4） 竞争消除（5） 组播实现4 软交换技术及其应用随着计算机和通信技术的不断发展，在一个公共的分组网络中需要承载话音、数据、图像等多种业务， 在这样的业务驱动和网络融合的趋势下， 诞生了下一代网络( NGN) 模型。作为NGN的核心技术，软交换的发展越来越

13、受到关注。我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是: 软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计赞等功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。它就是把呼叫控制功能从媒体网关(传输层)中分离出来，通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话、拆除会话)和信令互通。其结果就是把呼叫传输与呼叫控制分离开，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面， 使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来，实现业务转移。 软交换可以支持非常灵活的

14、网络体系结构，从而适应各种网络环境。它既可以为所有。媒体提供基本业务和补充业务，也可以与其他的增强业务节点结合，形成新的产品形态。软交换正是具有这种灵活性，使得它可以应用在各个领域。5 光交换技术由于光通信具有带宽资源大、损耗小、抗干扰能力强等优点，人们投入了大量的精力研究光通信， 使得光通信得到迅速的发展。 光通信网络能够保证大量的信息在网内无阻塞的传送，消除信息传输的电子瓶颈，具有电信号传输不可比拟的优点，于是，人们提出了全光网的概念。全光网络( 全光通信网络)是指光信息流在网络中传输及交换时始终以光的形式存在，而不必经过光/电、电/ 光变换，消除了节点处的电子瓶颈，信息从源节点到目的节点

15、的传输过程中始终在光域内。在全光网中，信号的交换、选路和传输等都以光的形式进行，可以充分发挥光通信的优点。使得光网络成为下一代高速宽带网络的必然选择。目前，全光网主要应用于核心网和城域网两层。而在接入网部分，仍然是以电信号为主。全光网和接入网之间通过光网络单元( ONU )连接。随着全光网中光传输和光交换技术的发展，全光网将从核心网、城域网向接入网扩展。光交换技术指不经过任何光/电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。光交换技术具有很大的发展潜力，是全光网络的核心技术。光交换有两种类型:光路光交换和分组光交换。光路光交换可以通过 OADM(光分叉利用器)、OXC(光交叉连接设备)等来

16、实现，而分组光交换对光部件的性能要求比较高，技术不成熟。分组光交换中控制部分的逻辑处理功能还是靠电信号来完成，也就是电控光交换。随着新的光器件研究的发展，电控光交换必然被光控光交换所代替。6 交换技术的发展趋势通信技术的快速发展，使得与之密切相关的交换技术也得到越来越多的关注。特别是对未来通信发展起重要作用的一些交换技术， 各个国家研究的投入也比较多。 从早期的电路交换、分组交换，到现在常用的 IP 与 ATM 技术的结合，以及近期研究的热点软交换和光交换，交换技术得到了快速的更新。未来交换技术的应用必定是多种技术的融合， IP 与 ATM 相结合的技术由于和互联网密切相关，将会继续得到广泛的

17、应用。而网内信息量的不断增加，要求大的信息量能用较快速度传输，在这种情况下，软交换和光交换就能够发挥它们的优势，满足这种要求。未来网络的发展趋势是多种网络形式的并存， 各种网络中的交换技术也会混合使用。 各种交换技术不断的更新，不断的融合，互补的发展，进而满足人们不同的需求。它的灵活性,能够很好的和其他技术结合，所以能够得到比较广泛的应用，是人们研究的一个热点，也是近期的主要发展趋势。长期来看，随着信息量传输的增大，光交换的优势将得到发挥，如果光交换技术能够解决技术上的一些问题，它的应用将更为广阔。短期来看，下一代网络核心的软交换技术由于它的灵活性，能够很好的和其他技术结合，所以能够得到比较广泛的应用，是人们研究的一个热点，也是近期的主要发展趋势。长期来看，随着信息量传输的增大，光交换的优势将得到发挥，如果光交换技术能够解决技术上的一些问题，它的应用将更为广阔。7 结束语交换技术作为通信技术中一项重要的技术，它随着通信技术的迅速发展而不断的发展完善。交换技术在其发展过程中，对于不同的业务,不断提