交換技術(shù)與電話網(wǎng)演講人：日期:01交換技術(shù)基礎(chǔ)概念02核心交換技術(shù)詳解03電話網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)04信令與控制機(jī)制05網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)與新技術(shù)06運(yùn)維與安全保障目錄CATALOGUE交換技術(shù)基礎(chǔ)概念01PART電路交換基本原理建立專用通信路徑面向連接的通信模式同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)電路交換在通信前需通過(guò)信令系統(tǒng)建立端到端的物理連接，該路徑在整個(gè)通信過(guò)程中獨(dú)占資源，直至通話結(jié)束釋放。典型應(yīng)用場(chǎng)景為傳統(tǒng)電話網(wǎng)，保證語(yǔ)音傳輸?shù)牡脱舆t特性。采用固定時(shí)隙分配機(jī)制，每條電路占用特定頻帶或時(shí)隙，即使無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)資源也無(wú)法被其他用戶共享，導(dǎo)致線路利用率較低但穩(wěn)定性極高。通信雙方需經(jīng)歷"連接建立-數(shù)據(jù)傳輸-連接釋放"三階段，適用于實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)，但無(wú)法適應(yīng)突發(fā)性數(shù)據(jù)流的需求。分組交換核心特征將用戶數(shù)據(jù)分割為帶有控制信息的等長(zhǎng)分組，每個(gè)分組獨(dú)立選擇傳輸路徑，經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的緩存、校驗(yàn)和路由選擇，最終在目的地重組還原原始數(shù)據(jù)。分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用優(yōu)勢(shì)差錯(cuò)控制與流量控制通過(guò)動(dòng)態(tài)分配帶寬資源，允許多個(gè)通信實(shí)體共享同一條物理鏈路，顯著提高線路利用率，特別適合計(jì)算機(jī)通信中突發(fā)性數(shù)據(jù)的傳輸需求。采用CRC校驗(yàn)、ARQ重傳等機(jī)制保障數(shù)據(jù)可靠性，通過(guò)滑動(dòng)窗口協(xié)議實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的速率匹配，這些特性使其成為現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)。報(bào)文交換工作流程完整報(bào)文傳輸機(jī)制以整個(gè)報(bào)文（如電報(bào)、電子郵件）為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)接收完整報(bào)文后檢查目標(biāo)地址，選擇最佳路徑轉(zhuǎn)發(fā)至下一節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)目的端。異步通信特性不要求建立端到端連接，允許發(fā)送方和接收方處于非同步狀態(tài)，中間節(jié)點(diǎn)需配備大容量存儲(chǔ)設(shè)備用于緩存可能出現(xiàn)的報(bào)文堆積情況。延遲累積問(wèn)題由于報(bào)文長(zhǎng)度不固定且需要完整存儲(chǔ)，大報(bào)文會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理延遲顯著增加，這種特性促使后來(lái)發(fā)展為分組交換技術(shù)以提升效率。核心交換技術(shù)詳解02PART程控交換系統(tǒng)構(gòu)成中央處理單元（CPU）作為系統(tǒng)的核心控制部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行預(yù)存程序指令，完成呼叫接續(xù)、路由選擇、信令處理等功能，并實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。交換網(wǎng)絡(luò)模塊采用時(shí)分或空分交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶線路間的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通道動(dòng)態(tài)連接，支持高并發(fā)、低延遲的通信需求。信令系統(tǒng)包括用戶線信令（如DTMF）和局間信令（如SS7），用于建立、維護(hù)和釋放呼叫連接，確保端到端通信的可靠性。接口單元涵蓋用戶接口（模擬/數(shù)字線路適配）、中繼接口（E1/T1/PRI等）及維護(hù)接口，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的多協(xié)議兼容和無(wú)縫對(duì)接。軟交換關(guān)鍵技術(shù)協(xié)議適配層支持SIP、H.323、MGCP等多種信令協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PSTN與IP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合問(wèn)題。媒體網(wǎng)關(guān)控制通過(guò)MEGACO/H.248協(xié)議分離呼叫控制與媒體流處理，動(dòng)態(tài)管理語(yǔ)音編解碼、回聲消除及抖動(dòng)緩沖等實(shí)時(shí)媒體功能。業(yè)務(wù)開放接口（API）提供PARLAY/OSA等標(biāo)準(zhǔn)化接口，允許第三方開發(fā)者快速部署增值業(yè)務(wù)（如彩鈴、視頻會(huì)議），提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)靈活性。分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)采用負(fù)載均衡和冗余備份機(jī)制，確保系統(tǒng)在硬件故障或流量激增時(shí)仍能維持高可用性，滿足運(yùn)營(yíng)商級(jí)可靠性要求。光交換實(shí)現(xiàn)方式空分光交換（SpaceSwitching）通過(guò)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）反射鏡陣列或液晶光閥直接切換光路路徑，實(shí)現(xiàn)全光域的信號(hào)交叉連接，適用于骨干網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)。基于可調(diào)諧激光器和波長(zhǎng)選擇開關(guān)（WSS），動(dòng)態(tài)分配不同波長(zhǎng)信道，支持DWDM系統(tǒng)中的靈活波長(zhǎng)路由和流量工程。利用高速光開關(guān)和光纖延遲線，按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)分配光信號(hào)時(shí)隙，適用于OTN（光傳送網(wǎng)）中的低延遲交換場(chǎng)景。結(jié)合光標(biāo)簽識(shí)別和快速光緩存技術(shù)，直接在光層處理數(shù)據(jù)包交換，突破電處理瓶頸，為未來(lái)太比特級(jí)全光網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。空分光交換（SpaceSwitching）空分光交換（SpaceSwitching）空分光交換（SpaceSwitching）電話網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)03PART本地電話網(wǎng)層級(jí)結(jié)構(gòu)端局交換機(jī)部署端局交換機(jī)作為用戶接入的核心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)完成本地用戶間的呼叫接續(xù)，并具備基礎(chǔ)業(yè)務(wù)處理能力，如號(hào)碼分析、路由選擇和信令交互。匯接局分層架構(gòu)匯接局承擔(dān)多個(gè)端局間話務(wù)的匯聚與轉(zhuǎn)接，采用分層拓?fù)湓O(shè)計(jì)（如二級(jí)或三級(jí)匯接），優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用率并降低中繼線路復(fù)雜度。用戶接入網(wǎng)技術(shù)通過(guò)銅纜、光纖或無(wú)線接入技術(shù)（如FTTH、DSL）連接終端用戶，需支持多種接口協(xié)議（如V5.2、GR-303）以實(shí)現(xiàn)靈活的業(yè)務(wù)適配。長(zhǎng)途骨干網(wǎng)組網(wǎng)模式網(wǎng)狀與星型混合組網(wǎng)骨干網(wǎng)采用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議（如BGP-TE）實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間多路徑互聯(lián)，結(jié)合星型結(jié)構(gòu)提升關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)容災(zāi)能力，確?？鐓^(qū)域呼叫的高可靠性。光傳輸技術(shù)應(yīng)用依托DWDM（密集波分復(fù)用）和OTN（光傳送網(wǎng)）技術(shù)構(gòu)建大容量、低時(shí)延的物理承載層，單光纖鏈路容量可達(dá)Tbps級(jí)別。信令系統(tǒng)協(xié)同SS7（七號(hào)信令系統(tǒng)）與SIP協(xié)議協(xié)同工作，完成跨網(wǎng)呼叫的建立、維護(hù)與釋放，支持智能業(yè)務(wù)觸發(fā)和實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)功能。智能網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)SCP業(yè)務(wù)控制邏輯業(yè)務(wù)控制點(diǎn)（SCP）通過(guò)CAMEL、INAP等協(xié)議執(zhí)行預(yù)付費(fèi)、彩鈴等增值業(yè)務(wù)的邏輯判定，實(shí)現(xiàn)與交換機(jī)的實(shí)時(shí)交互。業(yè)務(wù)生成環(huán)境（SCE）提供圖形化開發(fā)工具和API接口，允許運(yùn)營(yíng)商快速定制個(gè)性化業(yè)務(wù)（如位置敏感路由、語(yǔ)音信箱增強(qiáng)版），縮短業(yè)務(wù)上線周期。計(jì)費(fèi)與用戶數(shù)據(jù)庫(kù)智能外設(shè)（IP）與計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)（CG）聯(lián)動(dòng)，支持實(shí)時(shí)扣費(fèi)、余額查詢及用戶數(shù)據(jù)同步，確保海量交易處理的準(zhǔn)確性與一致性。信令與控制機(jī)制04PART七號(hào)信令系統(tǒng)（SS7）通過(guò)獨(dú)立于語(yǔ)音通道的信令鏈路，高效完成主叫與被叫之間的連接建立、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及通話結(jié)束后的資源釋放，支持跨運(yùn)營(yíng)商、跨國(guó)界的復(fù)雜路由控制。呼叫建立與釋放控制通過(guò)MTP（消息傳遞部分）和SCCP（信令連接控制部分）實(shí)現(xiàn)信令路由的動(dòng)態(tài)切換、擁塞控制及鏈路故障時(shí)的自動(dòng)重路由，保障網(wǎng)絡(luò)高可靠性。網(wǎng)絡(luò)管理與故障恢復(fù)為預(yù)付費(fèi)、號(hào)碼攜帶、虛擬專用網(wǎng)（VPN）等增值業(yè)務(wù)提供底層信令交互能力，例如通過(guò)TCAP（事務(wù)能力應(yīng)用部分）協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)查詢與業(yè)務(wù)觸發(fā)。智能網(wǎng)業(yè)務(wù)支持010302七號(hào)信令系統(tǒng)功能在移動(dòng)通信中，SS7的MAP（移動(dòng)應(yīng)用部分）協(xié)議支持HLR（歸屬位置寄存器）與VLR（拜訪位置寄存器）間的用戶鑒權(quán)、位置更新及短消息路由等關(guān)鍵功能。漫游與用戶數(shù)據(jù)交互04用戶線信令交互流程摘機(jī)與撥號(hào)檢測(cè)用戶摘機(jī)時(shí)，交換機(jī)通過(guò)直流環(huán)路檢測(cè)觸發(fā)撥號(hào)音發(fā)送；DTMF（雙音多頻）或脈沖撥號(hào)信號(hào)由用戶線信令解析，轉(zhuǎn)換為SS7的IAM（初始地址消息）發(fā)起呼叫。01振鈴與應(yīng)答信令被叫端局通過(guò)SS7的ACM（地址全消息）通知主叫端局啟動(dòng)振鈴，用戶摘機(jī)后ANM（應(yīng)答消息）觸發(fā)計(jì)費(fèi)開始，同時(shí)建立語(yǔ)音通路。掛機(jī)與拆線流程主叫或被叫掛機(jī)后，REL（釋放消息）和RLC（釋放完成消息）通過(guò)SS7鏈路傳遞，指示交換機(jī)釋放中繼資源并生成話單記錄。忙音與異常處理遇被叫忙、無(wú)應(yīng)答或路由失敗時(shí)，SS7返回CFL（呼叫失?。┗騏NN（未分配號(hào)碼）等信令，觸發(fā)交換機(jī)播放忙音或語(yǔ)音提示。020304路由選擇控制策略針對(duì)800號(hào)碼、國(guó)際長(zhǎng)途等特殊業(yè)務(wù)，通過(guò)SCCP的GT（全局碼）翻譯和STP（信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)）查詢，實(shí)現(xiàn)跨運(yùn)營(yíng)商或跨境的路由優(yōu)化?；跇I(yè)務(wù)的差異化路由

0104

03

02

采用SS7的ISUP（ISDN用戶部分）協(xié)議實(shí)現(xiàn)信令與語(yǔ)音通道的分離控制，支持迂回路由與媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）的靈活調(diào)度。信令與媒體路徑分離基于路由碼（DPC+OPC）的靜態(tài)路由表配置為主，結(jié)合鏈路狀態(tài)信令（如SLS負(fù)載分擔(dān)）動(dòng)態(tài)調(diào)整中繼群占用率，避免單一路由擁塞。靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡當(dāng)檢測(cè)到某中繼群故障時(shí)，SS7的TFP（禁止傳遞）消息強(qiáng)制路由繞行；緊急呼叫（如110）則通過(guò)CLNP（連接less網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）優(yōu)先搶占資源。故障規(guī)避與優(yōu)先級(jí)策略網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)與新技術(shù)05PARTIP電話網(wǎng)融合路徑部署DiffServ、MPLS等技術(shù)優(yōu)化語(yǔ)音數(shù)據(jù)包傳輸優(yōu)先級(jí)，降低抖動(dòng)和丟包率，滿足語(yǔ)音業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的嚴(yán)苛要求。服務(wù)質(zhì)量保障機(jī)制網(wǎng)絡(luò)邊界網(wǎng)關(guān)部署安全防護(hù)體系構(gòu)建推動(dòng)SIP、H.323等IP電話協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，確保不同廠商設(shè)備間的無(wú)縫互通，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PSTN與IP網(wǎng)絡(luò)的平滑過(guò)渡。在PSTN與IP網(wǎng)絡(luò)交界處配置媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）和信令網(wǎng)關(guān)（SG），完成TDM與IP媒體流的雙向編解碼轉(zhuǎn)換。采用TLS加密信令、SRTP加密媒體流，結(jié)合防火墻會(huì)話跟蹤技術(shù)，防范DoS攻擊和竊聽風(fēng)險(xiǎn)。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化與互通性虛擬化交換平臺(tái)發(fā)展基于NFV技術(shù)將傳統(tǒng)交換機(jī)拆分為VNF組件，通過(guò)Kubernetes編排實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)資源的動(dòng)態(tài)伸縮與故障自愈。云化資源池架構(gòu)部署DPDK框架優(yōu)化虛擬交換機(jī)數(shù)據(jù)面性能，結(jié)合智能網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)GTP-U解封裝、流量分類等功能的硬件卸載。硬件加速方案采用ETCD集群存儲(chǔ)用戶狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合BGP-LS協(xié)議實(shí)現(xiàn)跨DC的會(huì)話控制同步，提升系統(tǒng)容災(zāi)能力。分布式控制平面010302集成Prometheus監(jiān)控與Ansible配置工具，實(shí)現(xiàn)虛擬交換機(jī)的灰度升級(jí)、容量預(yù)測(cè)和異常流量自動(dòng)隔離。自動(dòng)化運(yùn)維系統(tǒng)045G核心網(wǎng)架構(gòu)變革服務(wù)化接口設(shè)計(jì)基于HTTP/2協(xié)議重構(gòu)核心網(wǎng)網(wǎng)元交互模式，采用NEF開放網(wǎng)絡(luò)能力接口，支持第三方應(yīng)用快速調(diào)用計(jì)費(fèi)、QoS等服務(wù)。通過(guò)UPF分布式部署方案將流量處理節(jié)點(diǎn)下沉至地市機(jī)房，結(jié)合TSN技術(shù)實(shí)現(xiàn)URLLC業(yè)務(wù)端到端時(shí)延控制在1ms以內(nèi)。引入NSMF協(xié)同編排器動(dòng)態(tài)創(chuàng)建eMBB、mMTC等切片實(shí)例，采用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨運(yùn)營(yíng)商切片資源的可信交易與結(jié)算。部署LSTM模型預(yù)測(cè)基站流量峰值，結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法優(yōu)化AMF負(fù)載均衡策略，降低核心網(wǎng)過(guò)載概率。服務(wù)化接口設(shè)計(jì)服務(wù)化接口設(shè)計(jì)服務(wù)化接口設(shè)計(jì)運(yùn)維與安全保障06PART交換節(jié)點(diǎn)容災(zāi)備份雙機(jī)熱備架構(gòu)部署采用主備雙機(jī)熱備模式，確保當(dāng)主交換節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，備用節(jié)點(diǎn)可毫秒級(jí)接管業(yè)務(wù)，保障通話連續(xù)性。備份節(jié)點(diǎn)需定期同步主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括用戶配置、路由表及實(shí)時(shí)會(huì)話狀態(tài)。自動(dòng)化故障檢測(cè)與切換部署智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)健康狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)CPU過(guò)載、內(nèi)存泄漏或鏈路中斷，立即觸發(fā)告警并自動(dòng)切換至備用節(jié)點(diǎn)，減少人工干預(yù)延遲。異地容災(zāi)中心建設(shè)在物理距離較遠(yuǎn)的區(qū)域部署容災(zāi)中心，避免區(qū)域性災(zāi)難導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。容災(zāi)中心需具備與主中心相同的硬件配置和軟件版本，并通過(guò)專線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)復(fù)制。話務(wù)量監(jiān)控分析動(dòng)態(tài)資源調(diào)度策略根據(jù)話務(wù)分析結(jié)果自動(dòng)調(diào)整中繼線路分配比例，例如在高峰時(shí)段優(yōu)先保障VIP用戶線路，或啟用備用中繼組分擔(dān)負(fù)載，避免擁塞導(dǎo)致呼叫失敗。多維數(shù)據(jù)建模分析結(jié)合歷史話務(wù)數(shù)據(jù)、節(jié)假日特征及用戶行為模型，預(yù)測(cè)未來(lái)話務(wù)趨勢(shì)。采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法區(qū)分正常業(yè)務(wù)增長(zhǎng)與異常流量（如DDoS攻擊），生成可視化報(bào)表供運(yùn)維決策。實(shí)時(shí)話務(wù)流量采集通過(guò)SNMP協(xié)議或?qū)Ｓ锰结槻杉鹘粨Q節(jié)點(diǎn)的呼叫建立數(shù)、通話時(shí)長(zhǎng)、并發(fā)會(huì)話數(shù)等指標(biāo)，形成秒級(jí)粒度的話務(wù)矩陣，識(shí)別突發(fā)流量峰值。信令網(wǎng)絡(luò)安