第七章下一代交換技術授課:彭玲電子系電科教研室第七章下一代交換技術7.1軟交換技術7.2光交換技術7.1軟交換技術

軟交換(Softswitch)的定義：軟交換是提供呼叫控制功能的軟件實體。軟交換在下一代網(wǎng)絡(NextGenerationNetwork,NGN)中起著重要的作用，可以說，軟交換技術的發(fā)展成就了NGN。軟交換是一種功能實體，為NGN提供具有實時性業(yè)務要求的呼叫控制和連接控制功能，是NGN呼叫與控制的核心。傳統(tǒng)的呼叫控制功能是和業(yè)務結合在一起的，不同的業(yè)務所需要的呼叫控制功能不同；軟交換則與業(yè)務無關，軟交換把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(傳輸層)中分離出來，通過軟件實現(xiàn)連接控制、翻譯和選路、網(wǎng)關管理、呼叫控制、帶寬管理等功能，把控制和業(yè)務提供分開。傳統(tǒng)電路交換機的特點：EverythinginOneBox升級維護困難功能單一設備利用率低，經營成本高開放性差業(yè)務開展困難正是由于基于上述模型的PSTN網(wǎng)絡的上述缺點，面對Internet網(wǎng)絡的成功給人們的巨大鼓舞，永遠不滿足于現(xiàn)狀的運營商、設備提供商、企業(yè)家和學者們逐漸開始放開想像的翅膀，企圖從百年枷鎖中解脫出來，以革命的手段創(chuàng)造一個全新的世界。SS7網(wǎng)絡SCP管理系統(tǒng)新業(yè)務計費控制SS7網(wǎng)絡用戶板中繼板時隙交換電路交換模式TDMTDMSCP管理系統(tǒng)計費軟交換模式IPATM軟交換網(wǎng)關網(wǎng)關IPATMH.248/SIPH.248/SIPTDMTDM分組數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)軟交換的設計思想軟交換的設計思想具體而言：交換控制器對應軟交換設備（軟交換機）控制媒體網(wǎng)關之間的媒體分組的交換和路由。交換矩陣對應核心分組網(wǎng)實現(xiàn)所謂的“網(wǎng)絡”即交換。用戶板/中繼板對應媒體網(wǎng)關完成TDM流到IP分組或ATM信元媒體格式相互轉換。NGN概念及應用：它是電信史上的一塊里程碑，標志著新一代電信網(wǎng)絡時代的到來。從發(fā)展的角度來看，NGN在傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN網(wǎng)絡中逐漸邁出了向以分組交換為主的步伐，它承載了原有PSTN網(wǎng)絡的所有業(yè)務，同時把大量的數(shù)據(jù)傳輸卸載（offload）到ATM/IP網(wǎng)絡中以減輕PSTN網(wǎng)絡的重荷，又以ATM/IP技術的新特性增加和增強了許多新老業(yè)務。從這個意義上講，NGN是基于TDM的PSTN語音網(wǎng)絡和基于ATM/IP的分組網(wǎng)絡融合的產物，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。原信息產業(yè)部對軟交換的定義是：軟交換是網(wǎng)絡演進以及下一代分組網(wǎng)絡的核心設備之一，它獨立于傳輸網(wǎng)絡，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由認證、帶寬管理、計費等功能，同時可向用戶提供現(xiàn)有電路交換機所能提供的所有業(yè)務，并向第三方提供可編程能力。軟交換的功能

軟交換設備位于NGN的控制層，提供多種業(yè)務的連接控制、路由、網(wǎng)絡資源管理、計費、認證等功能。軟交換設備與各種媒體網(wǎng)關、終端、應用服務器，以及其他軟交換設備間采用標準協(xié)議相互通信。

軟交換既可以作為獨立的NGN網(wǎng)絡部件分布在網(wǎng)絡的各處，為所有媒體提供基本業(yè)務和補充業(yè)務，也可以與其他增強業(yè)務節(jié)點結合，形成新的產品形態(tài)。圖9-1詳細展示了軟交換的功能結構。圖9-1軟交換的功能結構軟交換主要完成以下功能。

(1)協(xié)議功能：提供支持多種信令協(xié)議(包括H.248、H.323、SIP、RADIUS、SNMP等)的接口，實現(xiàn)PSTN和IP網(wǎng)/ATM網(wǎng)間的信令互通知和不同網(wǎng)關的互操作。

(2)業(yè)務提供功能：除能處理實時業(yè)務外，還具有利用新的網(wǎng)絡服務設施提供各種增值業(yè)務和補充業(yè)務的能力；可以直接與H.248終端、MGCP終端和SIP終端進行連接，提供相應業(yè)務。(3)業(yè)務交換功能：支持業(yè)務控制觸發(fā)的識別以及與SCF間的通信；管理呼叫控制功能和SCF間的信令；按要求修改呼叫/連接處理功能,在SCF控制下處理IN業(yè)務請求；實現(xiàn)業(yè)務交互作用管理。(4)呼叫控制功能和資源控制功能：為基本呼叫的建立、保持和釋放提供控制功能，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等；接收來自業(yè)務交換功能的監(jiān)視請求，并對其中與呼叫相關的事件進行處理；接收來自業(yè)務交換功能的呼叫控制相關信息，支持呼叫的建立和監(jiān)視；支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能；能夠識別媒體網(wǎng)關報告的用戶摘機、撥號和掛機事件；控制媒體網(wǎng)關向用戶發(fā)送各種話音信號等；提供滿足運營商需求的編號方案；具有電話交換設備的呼叫處理功能；對網(wǎng)關設備或IP/ATM網(wǎng)的核心設備進行控制等。(5)網(wǎng)守(Gatekeeper)功能(地址解析)：接入認證與授權、地址解析和帶寬管理功能。

(6)網(wǎng)絡管理功能:主要包括業(yè)務統(tǒng)計和告警等。

(7)互聯(lián)互通功能：可以通過信令網(wǎng)關實現(xiàn)分組網(wǎng)與現(xiàn)有No.7信令網(wǎng)的互通；通過信令網(wǎng)關與現(xiàn)有智能網(wǎng)互通；允許SCF控制VoIP呼叫且對呼叫信息進行操作；通過互通模塊，采用H.323協(xié)議實現(xiàn)與現(xiàn)有H.323體系的IP電話網(wǎng)的互通，采用SIP協(xié)議實現(xiàn)與未來SIP網(wǎng)絡體系的互通；與其他軟交換設備互聯(lián)，可以采用SIP或BICC；提供IP網(wǎng)內H.248終端、SIP終端和MGCP終端之間的互通。當軟交換設備內部不包含信令網(wǎng)關時，軟交換能夠采用SS7/IP協(xié)議與外置的信令網(wǎng)關互通，其主要承載協(xié)議采用SCTP。(8)計費功能：具有采集詳細話單及復式計費功能，并能夠按照運營商的需求將話單傳送到相應的計費中心；當使用記賬卡等業(yè)務時，軟交換具備實時斷線的功能。

(9)媒體網(wǎng)關接入功能：控制媒體網(wǎng)關是否采用語言壓縮，并提供可以選擇的語音壓縮算法，算法應至少包括G.729、G.723等；可以控制媒體網(wǎng)關是否采用回聲抵消技術；可以向媒體網(wǎng)關提供語音包緩存區(qū)的大小，以減少抖動對語音質量帶來的影響。

另外，軟交換控制媒體網(wǎng)關還可能具有與移動業(yè)務相關的功能以及與數(shù)據(jù)/多媒體業(yè)務相關的功能,SIP代理功能,以及H.248終端、SIP終端、MGCP終端的控制和管理功能，No.7信令(即MTP及其應用部分)功能(任選)，H.323終端控制、管理功能(任選)等。軟交換網(wǎng)關

網(wǎng)關的分類和功能：軟交換作為一個開放的實體，與外部的接口必須采用開放的協(xié)議。軟交換功能是通過網(wǎng)關發(fā)出信令，控制語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的互通實現(xiàn)的。軟交換通過各種具體協(xié)議與具體的網(wǎng)絡實體通信。軟交換的功能實體如圖9-3所示。媒體網(wǎng)關控制器通常被稱為“軟交換機(SS)”。(1)信令網(wǎng)關(SG)：是No.7信令網(wǎng)與IP網(wǎng)的邊緣接收和發(fā)送信令消息的信令代理，主要完成信令消息的中繼、翻譯或終接處理。信令網(wǎng)關可以和媒體網(wǎng)關集成在一個物理實體中，處理由媒體網(wǎng)關功能控制的與線路或中繼終端有關的信令消息。

(2)網(wǎng)守(GK)：主要完成用戶認證、地址解析、帶寬管理、計費等功能?？赏ㄟ^RAS(注冊(Registration)、許可(Admission)和狀態(tài)(Status))信令來完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過程。(3)應用服務器(Server)：在IP網(wǎng)內向用戶提供多種智能業(yè)務和增值業(yè)務。目前國際上SoftSwitch論壇將應用服務器置于軟交換之外。軟交換僅完成業(yè)務的控制功能。需要說明的是，一些組成單元可以內置，也可以外置于軟交換體系。電信廠家多將傳統(tǒng)業(yè)務綜合在軟交換之內，而將新的業(yè)務由應用服務器來生成。

(4)媒體網(wǎng)關控制器/呼叫代理(MGC/CA)：負責控制IP網(wǎng)絡的連接(包括呼叫控制功能)。MGC/CA是軟交換的重要組成部分和功能實現(xiàn)部分。其中,MGC是H.248協(xié)議關于MG媒體通道中呼叫連接狀態(tài)的控制部分，可以通過H.248協(xié)議或媒體網(wǎng)關控制協(xié)議(MGCP)對MG進行控制，MGC/CA之間通過H.323或者SIP協(xié)議連接。NGN中，將呼叫控制“智能”部分從MG中抽取出來，由外部的呼叫控制單元MGC來處理。媒體網(wǎng)關控制協(xié)議的模型如圖所示:目前比較成熟的媒體網(wǎng)關控制協(xié)議有MGCP協(xié)議、H.248協(xié)議等。在MGC-MG模型中，這些協(xié)議都工作在主從方式。(5)媒體網(wǎng)關(MG)：用來處理電路交換網(wǎng)和IP網(wǎng)的媒體信息互通。完成不同網(wǎng)絡間不同媒體信息的轉換。信令網(wǎng)關負責將電路交換網(wǎng)的信令轉換成IP網(wǎng)的信令，根據(jù)相應的信令生成IP網(wǎng)的控制信令，在IP網(wǎng)中傳輸。媒體網(wǎng)關的作用主要是負責將各種用戶或網(wǎng)絡的媒體流綜合地接入到IP核心網(wǎng)中。PCM(6)媒體網(wǎng)關與軟交換間的接口：可使用媒體網(wǎng)關控制協(xié)議(MediaGatewayControlProtocol,MGCP)、IP設備控制(InternetProtocolDeviceControl,IPDC)協(xié)議或H.248(Megaco)協(xié)議。

(7)信令網(wǎng)關與軟交換間的接口：可使用信令控制傳輸協(xié)議(SignallingControlProtocol,SCTP)或其他類似協(xié)議。

(8)軟交換間的接口：實現(xiàn)不同軟交換間的交互。此接口可使用SIP-T或H.323協(xié)議。

(9)軟交換與應用/業(yè)務層之間的接口：提供訪問各種數(shù)據(jù)庫、三方應用平臺、各種功能服務器等的接口，實現(xiàn)對各種增值業(yè)務、管理業(yè)務和三方應用的支持。(10)軟交換與應用服務器間的接口：可使用SIP協(xié)議或API(Parlay)，提供對三方應用和各種增值業(yè)務的支持功能。

(11)軟交換與網(wǎng)管中心間的接口：可使用SNMP，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理。

(12)軟交換與智能網(wǎng)的SCP之間的接口：可使用INAP，實現(xiàn)對現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務的支持。

軟交換協(xié)議

軟交換是一個開放的、多協(xié)議的實體，由于歷史原因，NGN系列協(xié)議有些相互補充，有些則相互競爭。經過幾年的發(fā)展，軟交換一些老的協(xié)議在不斷完善成熟或退出，新的協(xié)議也在不斷推出。

1.軟交換互通協(xié)議

軟交換包含非對等和對等兩類協(xié)議。非對等協(xié)議主要指媒體網(wǎng)關控制協(xié)議H.248/Megaco；對等協(xié)議包括SIP、H.323、BICC等。H.248/Megaco與其他協(xié)議配合可完成各種NGN業(yè)務；SIP、H.323則存在競爭關系。由于SIP具有簡單、通用、易于擴展等特性，逐漸發(fā)展成為主流協(xié)議。圖9-14所示為軟交換協(xié)議之間的關系。圖9-14軟交換協(xié)議之間的關系27軟交換協(xié)議體系第三方業(yè)務平臺業(yè)務平臺/SCP用戶/業(yè)務數(shù)據(jù)庫軟交換機媒體網(wǎng)關信令網(wǎng)關SIP、CORBA…信令轉換SIGTRAN（M3UA、M2UA、M2PA、IUA…）SS7、Q.931…智能終端實時媒體傳送（RTP,RTCP）媒體服務器PSTNPCM軟交換機策略服務器COPS網(wǎng)管系統(tǒng)網(wǎng)管接口協(xié)議（SNMP、MML…）數(shù)據(jù)訪問（MAP、LDAP…）業(yè)務調用（INAP、SIP…）呼叫控制（SIP/SIP-T、BICC、H323…）呼叫控制（SIP、H323…）媒體網(wǎng)關控制（MGCP、H248…）API28軟交換協(xié)議分類（1）呼叫控制協(xié)議H323：由ITU-T推出，基于二進制，用于IP電話、視頻通信的協(xié)議體系，軟交換體系中主要應用于軟交換與H323GK、軟交換與H323GW/終端之間、H323終端之間。SIP：由IETF推出的基于文本的會話通信協(xié)議，主要應用于SIP服務器（軟交換）之間、SIP服務器與SIP終端之間、SIP終端之間。SIP-T：SIP協(xié)議的擴展，用于在軟交換機之間透傳ISUP的負載消息，ITU－T對SIP-T作進一步完善，稱為SIP-I。BICC：ITU-T推出的與承載網(wǎng)絡無關的呼叫控制協(xié)議，功能與ISUP類似。29軟交換協(xié)議分類（2）網(wǎng)關控制協(xié)議（主從控制協(xié)議）MGCP:早期使用的網(wǎng)關控制協(xié)議，由IETF制定，應用于軟交換與MG之間。H248/MAGACO:由ITU/IETF共同制定，功能與MGCP類似，但在多媒體業(yè)務實現(xiàn)、協(xié)議維護管理等方面比MGCP有優(yōu)勢。30軟交換協(xié)議分類（3）媒體流傳送協(xié)議RTP：IP實時媒體流傳輸協(xié)議，用于承載各類編碼的語音、視頻信號。RTCP：IP實時媒體流傳輸控制，與RTP同時使用，用于傳送媒體流QOS的反饋信息。31軟交換協(xié)議分類（4）信令傳輸協(xié)議（SIGTRAN)M3UA：適配七號信令MTP3層的消息M2UA/M2PA:：適配七號信令MTP2層的消息IUA:適配ISDNQ.931協(xié)議V5UA:適配V5協(xié)議SCTP:在適配協(xié)議下層提供可靠的傳輸服務,與TCP/UDP并列為IP網(wǎng)的傳輸層協(xié)議。32軟交換協(xié)議分類（5）業(yè)務調用協(xié)議SIP:可應用于軟交換機與應用服務器之間INAP：軟交換（SSF）－SCPCAMEL:軟交換（MobileSSF）－MobileSCP策略控制協(xié)議COPS：用于策略下發(fā)與響應信息上報。網(wǎng)管協(xié)議SNMP:由IETF定義，廣泛應用于計算機界、IP網(wǎng)的網(wǎng)管協(xié)議，在軟交換體系中應用最普遍。Q3:TMN框架內定義的網(wǎng)管接口協(xié)議，適用于ATM網(wǎng)關或部分由電路交換機改造的軟交換。MML：人機命令接口，部分軟交換采用。33軟交換協(xié)議分類（6）數(shù)據(jù)庫訪問協(xié)議：LDAP（LightweightDirectoryAccessProtocol），適用于SIP服務器與數(shù)據(jù)庫之間或軟交換與路由服務器（RS)之間的數(shù)據(jù)訪問。MAP：應用于軟交換機（MSC/VLRSERVER）與HLR之間API的協(xié)議:CORBA：分布對象技術，API常用。SIP：用于基于SIP的API1)MGCP

MGCP(RFC2705定義)稱為媒體網(wǎng)關控制協(xié)議，是IETF較早定義的媒體網(wǎng)關控制協(xié)議，主要從功能的角度定義媒體網(wǎng)關控制器和媒體網(wǎng)關之間的行為。MGCP命令分成連接處理和端點處理兩類，共9條命令，分別是端點配置(EndpointConfiguration)、通報請求(NotificationRequest)、通報(Notify)、創(chuàng)建連接(CreatConnection)、通報連接(NotifyConnection)、刪除連接(DeleteConnection)、審核端點(AuditEndpoint)、審核連接(AuditConnection)、重啟進程(RestartInProgress)。2)H.248/Megaco

H.248/Megaco是在MGCP協(xié)議的基礎上，結合其他媒體網(wǎng)關控制協(xié)議特點發(fā)展而成的一種協(xié)議，它提供控制媒體的建立、修改和釋放機制，同時也可攜帶某些隨路呼叫信令，支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡終端呼叫。該協(xié)議應用在媒體網(wǎng)關和軟交換之間、軟交換與H.248/Megaco終端之間，在構建開放和多網(wǎng)融合的NGN中發(fā)揮著重要作用。

H.248/Megaco因其功能靈活、支持業(yè)務能力強而受到重視，而且不斷有新的附件補充其能力，是目前媒體網(wǎng)關和軟交換之間的主流協(xié)議。目前國內通信標準推薦軟交換和媒體網(wǎng)關之間應用H.248協(xié)議，該協(xié)議共8條命令，分別是添加(Add)、減去(Subtract)、移動(Move)、修改(Modify)、審核值(AuditValue)、審核能力(AuditCapabilities)、通知(Notify)、業(yè)務改變(ServiceChange)。3)SIP

SIP(會話初始協(xié)議)是IETF制定的多媒體通信系統(tǒng)框架協(xié)議之一，它是一個基于文本的應用層控制協(xié)議，獨立于底層協(xié)議，用于建立、修改和終止IP網(wǎng)上的雙方或多方多媒體會話。SIP借鑒了HTTP、SMTP等協(xié)議，支持代理、重定向、登記定位用戶等功能，支持用戶移動，與RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等協(xié)議配合，支持Voice、Video、Data、E-mail、Presence、IM、Chat、Game等。4)SIP-T協(xié)議

補充定義了如何利用SIP協(xié)議傳送電話網(wǎng)絡信令，特別是ISUP信令的機制。其用途是支持PSTN/ISDN與IP網(wǎng)絡的互通，在軟交換系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡接口中使用。5)H.323協(xié)議

H.323是一套在分組網(wǎng)上提供實時音頻、視頻和數(shù)據(jù)通信的標準，是ITU-T制定的在各種網(wǎng)絡上提供多媒體通信的系列協(xié)議H.32x的一部分。H.323也是多媒體通信協(xié)議，它比SIP、H.248/Megaco協(xié)議的發(fā)展歷史更長，其升級和擴展性不是很好。SIP+H.248/Megaco協(xié)議可取代H.323協(xié)議，但為了與H.323網(wǎng)絡的互通，NGN必須支持該項協(xié)議。在軟交換之間互通協(xié)議方面，目前固定網(wǎng)絡中應用較多的是SIP-T，移動網(wǎng)絡中應用較多的是BICC，未來的發(fā)展方向是SIP-I;在軟交換與媒體網(wǎng)關之間的控制協(xié)議方面,MGCP較成熟，但H.248繼承了MGCP的所有優(yōu)點，有取代MGCP的趨勢；在軟交換與終端之間的控制協(xié)議方面，SIP是趨勢,軟交換與應用服務器之間，SIP是主流，目前此業(yè)務接口基本成熟；在應用服務器與第三方業(yè)務方面，Parlay是方向，但目前商用不成熟。6)信令網(wǎng)關協(xié)議SIGTRANSIGTRAN是IETF的一個工作組，其任務是建立一套在IP網(wǎng)絡上傳送PSTN信令的協(xié)議。SIGTRAN是實現(xiàn)用IP網(wǎng)絡傳送電路交換網(wǎng)信令消息的協(xié)議棧，它利用標準的IP傳送協(xié)議作為底層傳輸，通過增加自身功能來滿足信令傳送的要求。SIGTRAN協(xié)議棧包括三部分：信令適配層、信令傳輸層和IP協(xié)議層。信令適配層用于支持特定的原語和通用的信令傳輸協(xié)議，包括針對No.7信令的M3UA、M2UA、M2PA、SUA和IUA等協(xié)議，還包括針對V5協(xié)議的V5UA等。信令傳輸層支持信令傳送所需的一組通用的可靠傳送功能，主要指SCTP協(xié)議。IP協(xié)議層實現(xiàn)標準的IP傳送協(xié)議。SIGTRAN采用SCTP作為傳送控制協(xié)議，SCTP綜合TCP和UDP的優(yōu)點，支持多宿主連接及流內數(shù)據(jù)的有序遞交，比其他傳送協(xié)議有更高的傳輸效率和可靠性，更高的重發(fā)效率及更好的安全性。SIGTRAN的適配子層目前提供IUA、M2UA、M2PA、M3UA、SUA、V5UA等適配協(xié)議，可以根據(jù)NO.7信令網(wǎng)與IP網(wǎng)互通時的不同實現(xiàn)方式，在不同場合靈活應用。43舉例：SIGTRAN協(xié)議棧－M3UASTPTrunksLEXSGMGSS7MGCIPNetworkM3UA/SCTPMTP1MTP2MTP3ISUPISUPSEP（signalingendpoint）STP（SignalTransferPoint）SGMTP1MTP2MTP3MTP1MTP2MTP3IPSCTPM3UAIPSCTPM3UAMGCinterworking

準直聯(lián)圖9-16組網(wǎng)案例

2.NGN的發(fā)展

1)傳統(tǒng)網(wǎng)絡向NGN的演進

從傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡到分組交換網(wǎng)絡將是一個長期的漸進過渡過程，演進策略需要根據(jù)具體網(wǎng)絡現(xiàn)狀和業(yè)務預測以及經濟比較進行詳細分析后才能決定。如何保護現(xiàn)有投資和現(xiàn)有電信業(yè)務的收益是電信網(wǎng)絡演進至NGN需要解決的問題。演進應該分為以下幾個層面。

(1)從網(wǎng)絡接入層面上的演進：寬帶接入建設為用戶提供寬帶的且面向分組的接入，可以為用戶提供更加高速的接入方式?，F(xiàn)在各地智能小區(qū)的建設已經全面展開，意味著面向NGN的演進的開始。(2)從長途網(wǎng)絡層面上的演進：是中繼旁路的策略，即利用集成的或獨立的中繼網(wǎng)關，旁路部分語音話務到IP或ATM網(wǎng)絡上，利用軟交換進行路由控制和業(yè)務的提供，這樣可以減緩現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)絡的擁塞問題。

(3)從本地交換網(wǎng)絡層面上的演進：市話局擁有大量的用戶機架以及本地的電話業(yè)務數(shù)據(jù)，改造將是最為困難的,可利用綜合的具有大容量的寬帶接入設備取代現(xiàn)有的用戶機架，以獨立的接入網(wǎng)關接入IP網(wǎng)絡或ATM網(wǎng)絡，升級軟交換和應用服務器，以支持本地的電話業(yè)務和IP業(yè)務。(4)從移動網(wǎng)層面上的演進：移動網(wǎng)的MSC正在逐步被MSCServer和MGW所取代，說明軟交換技術在移動網(wǎng)中得到了廣泛的應用。3GPP在制定R4階段的規(guī)范時，已經把NGN領域提出的軟交換概念引入到移動核心網(wǎng)領域。因此，NGN與3G同步推行，能夠實現(xiàn)有效互補。軟交換和IMS是PSTN向NGN演進的兩個不同階段，軟交換是初級階段，IMS是目標架構，采用重疊網(wǎng)形式引入，兩者將以互通方式長期共存。長遠來看，IMS將融合軟交換成為統(tǒng)一融合平臺，部分軟交換硬件將繼續(xù)保留，功能也被修改。IMS(IPMultimediaSubsystem)IP多媒體子系統(tǒng),是一種全新的多媒體業(yè)務形式，它能夠滿足現(xiàn)在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業(yè)務的需求。IMS的基本概念：IMS和軟交換最大的區(qū)別在于以下幾個方面（1）在軟交換控制與承載分離的基礎上，IMS更進一步的實現(xiàn)了呼叫控制層和業(yè)務控制層的分離；（2）IMS起源于移動通信網(wǎng)絡的應用，因此充分考慮了對移動性的支持，并增加了外置數(shù)據(jù)庫——歸屬用戶服務器（HSS），用于用戶鑒權和保護用戶業(yè)務觸發(fā)規(guī)則；（3）IMS全部采用會話初始協(xié)議（SIP）作為呼叫控制和業(yè)務控制的信令，而在軟交換中，SIP只是可用于呼叫控制的多種協(xié)議的一種，更多的使用媒體網(wǎng)關協(xié)議（MGCP）和H.248協(xié)議。IMS功能實體歸屬簽約用戶服務器（HomeSubscriberServer，HSS）BreakoutGatewayControlFunction（出口網(wǎng)關控制功能）媒體網(wǎng)關控制功能,是使IMS用戶和CS用戶之間可以進行通信的網(wǎng)關舉例：IMS到CS域的互通流程?光通信是利用光波來傳送信息的。?光纖通信具有信息傳輸容量大、對比特流透明、不受電磁干擾、保密性好等優(yōu)點，是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡中傳輸信息的極佳媒質。光交換被認為是為未來寬帶通信網(wǎng)服務的新一代交換技術。光纖通信技術的發(fā)展光纖用于通信是1978年，首先應用于商業(yè)性實驗。

1980年美國建成了長度為1

241.6km的干線光纜。

1985年，縱貫日本的干線光纖宣告完成，全長為3

400km。1988年，大西洋海底光纜宣告建成，長度為13

000km。進入21世紀，光纖通信發(fā)展較快的幾項技術是波分復用技術、光纖接入網(wǎng)技術（OAN）和全光網(wǎng)技術。光纖通信的優(yōu)點光波也是電磁波，但它的頻率比電信中利用的其他電磁波頻率高出幾個數(shù)量級。頻率極高使得通信系統(tǒng)擁有極大的通信容量，所用光纖和由多根光纖組成的光纜體積小，重量輕，易于運輸和施工。光纖的衰耗很低，故無中斷，通信距離很長。光纖是絕緣體，不會受高壓線和雷電的電磁感應，抗核輻射的能力也強，因而在某些特殊場合，電通信受干擾不能工作而光纖通信卻能照常工作。

光纖幾乎可做得不漏光，因此保密性好，光纜中的光纖也互不干擾。當通信容量較大，距離較遠時，光纖通信系統(tǒng)的每話路公里的造價較電纜通信的為低。光纖通信因有這些優(yōu)點而得到迅速發(fā)展。光纖通信的優(yōu)點傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡的缺點：傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡中存在大量的光/電、電/光轉換節(jié)點和數(shù)字交叉互聯(lián)電分插復用器：1)既限制了網(wǎng)絡的交換速度。2)對不同形式的光信號是不透明的。3)光功能器件和波導或光纖的連接需要亞微米的定位精度，精密定位是復雜的調整操作，所以提高了光功能器件的成本，限制了光傳送網(wǎng)的發(fā)展。4)光/電、電/光器件的微型化也是很難解決的問題。因此，光通信器件的價格和微型化已成為光傳送網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。7.2光交換概述

1.光交換的基本概念

1)光交換的發(fā)展

光交換(OpticalSwitching)指不經過任何光電轉換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。光交換也是一種光纖通信技術，是全光網(wǎng)絡(AllOpticalNetwork,AON)的核心技術之一。AON是指信號只在進出網(wǎng)絡時才進行電/光(E/O)或光/電(O/E)轉換，而在網(wǎng)絡的傳輸和交換過程中始終以光的形式存在。

2)光交換的特點

光交換主要有以下幾個特點：

(1)光信號流在網(wǎng)絡中傳輸及交換時始終以光的形式存在，不必經過光/電和電/光轉換，消除了節(jié)點處的瓶頸，并且信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程始終在光域內，不受監(jiān)測器和調節(jié)器等光電器件響應速度的限制。(2)光交換的比特率和調制方式透明，可大大提高交換單元的吞吐量，充分發(fā)揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應等優(yōu)點。

(3)光交換與高速的光纖傳輸速率匹配，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡的高速率。

(4)光交換根據(jù)波長來對信號進行路由和選路，與通信采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳輸速率無關。

(5)光交換可以保證網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。

2.光交換類型

光交換技術可分為光電路交換(OCS)、光分組交換(OPS)和光突發(fā)交換(OBS)。

1)光電路交換

光電路交換(OpticalCircuitSwitching,OCS)是在電路交換技術的基礎上發(fā)展的，也是面向連接的。OCS具有簡單、易于實現(xiàn)、技術成熟等優(yōu)點，可利用OADM(光分插復用)、OXC(光交叉連接)等設備來實現(xiàn)；缺點是不適合數(shù)據(jù)業(yè)務網(wǎng)絡，不適合處理突發(fā)性強和業(yè)務變化頻繁的IP業(yè)務。2)光分組交換

光分組交換(OpticalPacketSwitching,OPS)可以看做是電分組交換在光域的延伸，交換單位是高速傳輸?shù)墓夥纸M。OPS沿用電分組交換的“存儲-轉發(fā)”方式，是無連接的。OPS是光交換技術的理想形式，但由于目前缺乏相關的支撐技術，暫時不能實用化。這是因為在光域內還缺乏類似電域的緩存器等邏輯器件，導致在“純光網(wǎng)絡”上還不能完全實現(xiàn)光分組交換，只能采用光纖延遲線(FiberDelayLine,FDL)作為緩存器，缺乏足夠的靈活性和精度。目前,OPS仍采用光電混合的辦法來實現(xiàn)，即傳輸和交換在光域完成，而控制信號在交換節(jié)點被轉換成電信號后再進行處理。3)光突發(fā)交換

光突發(fā)交換(OpticalBurstSwitching,OBS)是作為OCS向OPS的過渡技術提出的。OBS的交換單位是突發(fā)，即為多個分組的集合，其帶寬粒度介于OCS和OPS之間。OBS比OCS靈活、帶寬利用率高，比OPS更貼近實用。可以說，OBS結合了OCS和OPS的優(yōu)點，克服了兩者的部分缺點，且因對光器件的要求較低而成為目前國內外的研究熱點。9.2.3通用多協(xié)議標記交換(GMPLS)

1.GMPLS的基本概念

1)GMPLS的發(fā)展背景

通用多協(xié)議標記交換(GeneralizedMultiProtocolLabelSwitching,GMPLS)也稱光標記分組交換(OpticalMultiProtocolLabelSwitching,OMPLS)或多協(xié)議標記交換(MultiProtocolLabelSwitching,MPLS)，是2001年由IETF提出的可用于光層的一種通用MPLS技術。GMPLS是MPLS技術向光網(wǎng)絡發(fā)展的必然產物。近幾年迅速發(fā)展的MPLS已被證明是一種非常適合于在電信網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務的技術,它能夠在像IP這樣的無連接網(wǎng)絡中創(chuàng)建連接型業(yè)務，以提供完善的流量工程能力。MPLS-TE正成為下一代IP網(wǎng)絡中的關鍵技術。然而，MPLS畢竟是一種位于OSI七層模型中的網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的技術，而WDM（WavelengthDivisionMultiplexing--波分復用）

屬于光層，是物理層技術。因此，要讓MPLS跨過數(shù)據(jù)鏈路層直接作用于物理層，必須對其進行修改和擴展。在此情況下，國際標準化組織IETF適時地推出了可用于光層的GMPLS。GMPLS技術的出現(xiàn)，使得IP與WDM之間傳統(tǒng)的多層網(wǎng)絡結構趨于扁平化，為光網(wǎng)絡層傳輸與交換功能的結合邁出了非常關鍵的一步，實現(xiàn)了IP與WDM的理想結合。在WDM光網(wǎng)絡中引入GMPLS技術，將最大可能地實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的最佳利用，從而保證光網(wǎng)絡以最佳的性能和最廉價的費用來支持當前和未來的各種業(yè)務隨著GMPLS技術的大規(guī)模應用，未來的骨干網(wǎng)絡必將逐步發(fā)展成為更有效、更強大的、最終的全光網(wǎng)絡。GMPLS與MPLS的主要區(qū)別如下:

(1)在MPLS中，網(wǎng)絡由單純的分組交換節(jié)點組成，傳輸網(wǎng)絡只能被看做是一條預先配置好的物理線路，分組交換節(jié)點不能按照資源的需求情況調節(jié)傳輸網(wǎng)絡內部的物理線路資源，傳輸網(wǎng)絡內部的電路分配只能通過人工的方式進行配置。GMPLS則可以徹底改變這種狀態(tài)，實現(xiàn)快速的配置和按需分配。這種全新的光Internet能在數(shù)秒鐘內分配帶寬資源、提供新的增值業(yè)務和為業(yè)務提供商節(jié)約大量的運營費用。

(2)MPLS通過在IP包頭添加32bit的“shim”標記，使原來面向無連接的IP傳輸具有了面向連接的特性，極大地加快了IP包的轉發(fā)速度。GMPLS則對標記進行了更大的擴展，將TDM時隙、光波長、光纖等也進行統(tǒng)一標記，使得GMPLS不但可以支持IP數(shù)據(jù)包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網(wǎng)絡和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換(主要是SDH)和WDM光交換的歸一化標記。(3)MPLS需要在兩端路由器之間建立LSP，而GMPLS擴展了LSP的建立概念，可以在任何類型相似的兩端標記交換路由器之間建立LSP。(4)由于MPLS體系結構將數(shù)據(jù)平面、信令平面和路由平面都清晰地劃分開了，因而可以用MPLS來建立通用的網(wǎng)絡控制平面。但MPLS主要關注于數(shù)據(jù)平面(即實際的數(shù)據(jù)流量)，控制平面的功能則由GMPLS來完成。為了統(tǒng)一光控制平面，實現(xiàn)光網(wǎng)絡的智能化，GMPLS在MPLS-TE的基礎上進行了相應的擴展和加強，為分組交換設備(如路由器和交換機)、時域交換設備、波長交換設備和光交換設備提供了一個基于IP的通用控制平面，從而使得各個層面的交換設備都可以使用同樣的信令完成對用戶平面的控制，但GMPLS統(tǒng)一的僅僅是控制平面，用戶平面則仍然保持多樣化特性。(5)為了充分利用WDM光網(wǎng)絡的資源，滿足未來一些新業(yè)務的開展(VPN、光波長租用等)，實現(xiàn)光網(wǎng)絡的智能化，GMPLS還對信令和路由協(xié)議進行了修改和補充。

(6)為了解決光網(wǎng)絡中各種鏈路的管理問題，GMPLS設計了一個全新的鏈路管理協(xié)議。

(7)為了保障光網(wǎng)絡可靠運營，GMPLS還對光網(wǎng)絡的保護和恢復機制進行了改進。2.GMPLS接口

定義了五種接口類型來實現(xiàn)以上的歸一化標記：分組交換接口(PacketSwitchCapable,PSC)

第二層交換接口(Layer2SwitchCapable,L2SC)時隙交換接口(TimeDivisionMultiplexingCapable,TDMC)波長交換接口(LambdaSwitchCapable,LSC)光纖交換接口(FiberSwitchCapable,FSC)以上GMPLS的五種接口關系如圖9-24所示。

2.GMPLS接口(1)分組交換接口(PacketSwitchCapable,PSC)：進行分組交換，即通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉發(fā)分組。例如，MPLS的標記交換路由器LSR基于“shim”標記轉發(fā)數(shù)據(jù)。

(2)第二層交換接口(Layer2SwitchCapable,L2SC)：進行信元交換,即通過識別信元的邊界，根據(jù)信元頭部的信息轉發(fā)信元。例如,以太網(wǎng)基于MAC的內容交換數(shù)據(jù)，而ATMLSR則基于ATM的VPI/VCI轉發(fā)信元。(3)時隙交換接口(TimeDivisionMultiplexingCapable,TDMC)：根據(jù)TDM時隙進行業(yè)務轉發(fā)。例如,SDHDXC設備的電接口，可根據(jù)時隙交換SDH幀。

(4)波長交換接口(LambdaSwitchCapable,LSC)：根據(jù)承載業(yè)務的光波長或光波段轉發(fā)業(yè)務。(5)光纖交換接口(FiberSwitchCapable,FSC)：根據(jù)業(yè)務(光纖)在物理空間中的實際位置對其轉發(fā)。例如,OXC設備可對一根或多根光纖進行連接操作。3.GMPLS通用標記

GMPLS定義了分組交換標記(對應PSC和L2SC)、電路交換標記(對應TDMC)和光交換標記(對應LSC和FSC)。其中，分組交換標記和傳統(tǒng)MPLS標記相同，這里不再復述。而電路交換標記和光交換標記則為GMPLS新定義，包括請求標記、通用標記、建議標記及設定標記。1)請求標記

請求標記用于LSP通道的建立，由LSP上游節(jié)點發(fā)出，向下游節(jié)點申請建立LSP的資源。與MPLS相同，GMPLS的LPS建立過程也是由上游節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)出“標記請求消息”、目的節(jié)點返回“標記映射消息”。所不同的是，“標記請求消息”中需要增加對所要建立的LSP的說明，包括LSP封裝類型(PSC、TDMC等)、載荷類型等。請求標記格式如圖9-25所示。(1)LSP封裝類型(LSPEnc.Type):8bit，用于表示LPS的類型。例如，當LSP=1時，表示PSC分組傳輸；當LSP=5時，表示TDMC的SDH；當LSP=9時，表示FSC的光纖。(3)G-PID：16bit，指示LSP對應的載荷類型。例如，當G-PID=14時，表示字節(jié)同步映射的SDHE1載荷；當G-PID=17時，表示比特同步映射的SDHDS1/T1載荷；當G-PID=32時，表示數(shù)字包封幀。2)通用標記

通用標記是在LSP建立完成后，用于指示沿LSP傳輸?shù)臉I(yè)務的情況。通用標記的格式與傳輸所用的具體技術有關，電路交換和光交換所用的標記不同。SDH/SONET電路交換標記格式如圖9-26所示。(1)S:16bit,指示SDH/SONET的信號速率等級。S=N即表示STM-N/STS-N信號。

(2)U:4bit,指示一個STM-1中的某個高階虛容器VC.U只對SDH有效。

(3)K:4bit,只對SDH有效，表示一個VC-4含有的C-4或TUG-3的數(shù)目。

(4)L:4bit,指示TUG-3、VC-3或STS-1的SPE是否還含有低階虛容器。

(5)M:4bit，指示TUG-2/VT的低階虛容器的數(shù)目。

3)建議標記

建議標記是一種優(yōu)化標記，可以和請求標記同時發(fā)出。建議標記由準備建立LSP通道的上游節(jié)點發(fā)出，告知下游節(jié)點建立這個LSP通道所希望的標記類型。這就可以讓上游節(jié)點無需獲得下游節(jié)點反饋標記的確認，而先對硬件設備進行配置，從而大大減少建立LSP通道所需的時間和控制開銷。例如，光開關的切換需要一定時間，可通過建議標記讓光開關提前動作而不必等待反饋信息。LSP通道能否最終建立,需由反饋標記確定。由于