程控交换网络技术及智能云交换技术综述和展望

张征+李漪+高原

摘要：程控交换技术历经20余年的发展，解决了大容量自动化话务控制问题。然而随着互联网技术的发展，单纯的话务网络已经不能够满足日益增长的网络多样性和带宽需求的剧增，从而大容量智能交换以及大数据交换技术应运而生。利用数字高速交换技术，网络能够承载业务类型和业务量逐渐增大，为用户带来了极为丰富的多媒体服务。本文主要对程控交换网络的历史进行简要的回顾，并对当前具有发展前景的NGN智能网络技术以及大数据智能网络技术进行了总结和展望。

关键词：通信工程；程控网络；智能交换；云交换；大数据

中图分类号：TN929.3

文献标识码：A

DOI：10.3969/i.issn.1003-6970.2015.06.016

本文著录格式：张征，李漪，高原，程控交换网络技术及智能云交换技术综述和展望U].软件，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

随着交换技术的高速发展，传统数字程控交换系统已经不能够满足日益增长的业务宽带化、智能化的需求。尤其是近些年大容量、低延迟的光通信技术的发展，使得基于IP技术的分组数据交换网和WGN智能交换网络技术逐渐登上主流舞台，提供高速稳定的多种混合业务的支撑平台。从技术上讲，交换技术对于实现大量数据的可靠通信是十分简单的，但是随着网络和多媒体技术的高速蓬勃发展，传统的程控交换机已经无法适应多种混合业务的交换以及传输，造成了网络的传输效率低下以及较为严重的网络拥塞问题。随着下一代网络（NGN）以及大数据的兴起，交换网迎来了新的发展机遇。大数据和机器学习技术为基于内容的网络分法提供了技术基础和支撑，使得交换网能够突破传统的OSI七层体系架构，以传输内容为基础，通过跨层协同技术使得待传输数据能够准确有效的利用网络信息，选择最优路径进行传输，同时利用中间节点的智能缓存及转发技术，大幅降低网络的带宽负载，从而达到智能化高效的网络传输。

本论文从历史出发，对交换技术进行了简要的回顾，指陈了当前交换网络发展的瓶颈以及问题，并基于前沿的下一代智能网络以及大数据交换网络提出了展望和设想。

1数字程控交换技术回顾

1965年，美国首次研究成功了2000门空分程控电话交换机[1-3]，该模拟话务系统解放了传统的人T接线系统，大大提高了话音业务的接通成功率和速度。中国在80年代左右，也成功白行研制了具有自主知识产权的程控电话交换机，用于市话、长途和军用话务网络。

随着计算机技术的高速发展，电话交换由传统的不稳定的“机电”方式向更加稳定、鲁棒的“程控”方式演变，是20世纪话务系统的一次重大变革。程控电话交换机就是通过计算机控制话务交换，利用电子控制手段，用数字程序控制电话的接续工作。现代程控电话交换机主要采用数字时分方案，利用通用微处理机和分布控制等方式，使用模块化和结构程序的设计方法完成话务的切换和接续。1970年，法国开通了世界上第一部程控数字交换机，采用时分复用技术和大规模集成电路，其可控话务量和接通率指标均达到当时的先进水平。由于程控交换的灵活性与可靠性，基于程控交换的数据网络服务也开始崭露头角，如ISDN专线和ADSL[4]（注：数字程控交换机完成数模线路切换，并接洽后端数字服务。）

2基于IP网络的新一代智能交换技术现状

当前，信息技术的高速发展使得人们对高速率、高清晰度的多媒体业务的需求逐渐增大。诸如1080p高清影视，视频会议等新型网络业务逐渐增多[5]，传统模拟话务业务受到极大的冲击。而基于IP网的新一代交换技术应运而生，可以在满足传统话务业务和低速数据业务的基础上，承载更多高速数据业务，如IP电视、高速互联网接入、智能医疗、智慧家居等等。

基于IP技术的下一代互联网技术NGN（NextGenerationNetwork）是从传统的以电路交换为主的PSTN网络，逐渐迈向以IP数据为主的高容量、智能化网络，它承载了原有电路交换网络的所有业务，利用IP网络承载多种业务，从而以减轻PSTN网络的重荷。事实上，NGN是基于TDM（TimeDivisionMultiplexing，时分复用）的PSTN语音网络和基于IP/ATM的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。

基于IP网络的NGN主要包含以下结构：

1）业务交换中心。用户端局将所有的业务功能都上传到汇接层，将汇接层作为核心网的业务交换中心，将网络中的传统话音数据、智能控制、维护中心汇聚在一起，简化网络结构同时提高网络效率。

2）用户数据中心[6]。该中心主要功能是存储用户的个人信息和用户的个性化需求（如带宽、速率、业务种类等），实现用户智能业务属性分类与分析，并实现用户侧通信与端局的控制分离，能够有效解决目前固定电话程控交换网上无法开展的多媒体通信服务和用户签约类的服务。

3）智能业务中心。该中心主要负责用户多媒体业务的汇聚、分析和后台支撑，借助强大的数据库支持和保障，对同一用户的不同类型的数据进行分析和管理，并通过汇接层完成支持，实现整个通信网络的智能业务覆盖，对于通话网络中的端局就无需升级就能完成通话的功能。

3未来智能交换网络的应用展望

当前，NGN网络使得新一代程控交换网络能够承载更多类型的数据，提供更大的传输速率和带宽。随着网络技术的高速发展，更多新技术和新方法的应用将使得智能交换网络的性能得到极大提升。

1.高带宽支持‘7。9]：NGN必须要有宽带接人技术的支持，因为只有接入网的带宽瓶颈被打开，各种宽带服务与应用才能开展起来，网络容量的潜力才能真正发挥。随着终端处理能力的大幅提升，多种终端应用对网络带宽的要求越来越高。为了满足多种应用的需求，未来交换网络将采用更多新技术来满足传输速率的需求。未来高速数字传输网络接人方式主要包括：一是基于以太网无源光网（EPON）的光纤到户（FTTH），即当前国内主要城市和军用网络使用的多模光纤技术，其传输带宽可达lOGbps，是未来提升网络速率的重要手段；二是自由空间光系统（FreeSpaceOpticsCommunication），该系统作为有线光系统的延伸，提供无线的传输解决方案，用于替代传统的WIFI等无线数据传输方案。当前可见光（LiFi）无线通信试验系统的可达速率已经达到2Gbps，未来采用多光源技术以及先进检测技术后将有望超过lOGbps；三是无线局域网（WiFi）和第五代移动通信技术，基于802.llac协议和LSAS的MIMOOFDM系统，将能够支持1.2Gbps的传输速率，为智能交换技术奠定物理层基础。

2.智能交换支持[10-11]：当前OSI七层网络架构严重制约了系统性能的发挥，基于跨层优化和虚拟层部署的新型智能软交换技术将逐步取代现有技术，成为未来的交换网络的核心。智能交换方案将网络控制服务和数据传输服务解耦，即服务器端并不关心用户使用分配的带宽来打电话、上网看电影或者下载软件，仅仅关心该线路是否满足预设的服务质量需求，通过层之间的协同和数据透传功能，智能化的决策如何分配传输带宽，如何从邻近节点获取需要的数据等。

3.增强安全服务[12]：当前，交换网络除了承载传统的话音业务外，还额外承担众多的多媒体数据业务，如个人网上银行业务、电子邮件、社交网络等涉及个人信息的多媒体数据，且近些年来，类似的数据泄密事件时有发生。针对严峻的网络安全威胁，NGN交换服务将提供额外的安全服务保障方案，通过可信路由、密钥设计、点对点虚链路等方案增强交换网络的安全性，保护个人隐私和数据。

4.大数据支持[13]：当前，网络大数据研究的兴起带动了未来大数据交换的支持。传统的交换网络中，交换机或者路由器并不关心传输数据的类型、内容以及用户群信息，这就导致了网络上传输带宽的极大浪费。例如，当某个新影片上映时，很多用户会请求该影片的数据，从而使得网络负载急剧增大。如图1所示，基于大数据的云交换技术，可以对该类型的数据传输行为进行预测，对全网数据节点和网络进行融合（有线网，卫星网，广电网，移动网），从而得出网络数据类型和流向趋势的预测，提前规划网络资源，从而大幅度提升网络的响应时间和带宽利用率。4结论

本文论述了交换技术的历史和发展现状，对程控交换系统进行了深入浅出的分析，并进行了未来的智能交换与云交换技术展望。从最开始的模拟话务交换，到后来的数字程控交换以及智能交换，网络承载的业务种类、业务数据量和业务安全性有了显著的提升。未来NGN智能交换网络也将朝着更高速率、更智能化以及更安全的方向长足发展。

参考文献

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