通信交换技术 第一章要点课件.ppt
程控交换与软交换技术,主讲：,第一章绪论,本章学习目的、要求和内容1.了解交换的引入及分类2.了解下一代网络与软交换3.理解固定电话网向下一代网络的演进过程4.掌握移动电话网向下一代网络的演进过程,1.1交换的引入,通信的目的是快速、有效、可靠地实现信息的传递。自从1876年Bell.A.G发明电话以来，一个电信系统至少应由终端和传输媒介组成，如图1.1所示,当存在多个终端时，人们希望其中任意两个终端之间都可以进行点对点通信。无交换的多个终端要实现相互间通信，必须以全互连的方式两两相连。由此可见，通信网是由用户终端设备、传输设备和交换设备组成。它由交换设备完成接续，使网内任一用户可与其他用户通信。电话交换是电信交换中最基本的一种交换业务。它是指任何一个主叫用户的信息，可以通过通信网中的交换节点发送给所需的任何一个或多个被叫用户。当电话用户分布的区域较广时，就需设置多个交换节点，交换节点之间用中继线相连，如图1.2所示。,A,B,C,乙,甲,1.2 交换技术分类,1.2.1 模拟交换与数字交换1模拟信号和数字信号（1）模拟信号模拟信号是指代表消息的信号及其参数（幅度、频率或相位）随着消息连续变化的信号，如图1.3（a）所示。（2）数字信号数字信号是指信号幅度并不随时间作连续的变化，而是取有限个离散值的信号，如图1.3（b）所示。,2模拟通信和数字通信（1）模拟通信以模拟信号为传输对象的传输方式称为模拟传输, 而以模拟信号来传送消息的通信方式称为模拟通信。（2）数字通信以数字信号为传输对象的传输方式称为数字传输，以数字信号来传送消息的通信方式称为数字通信。数字通信与模拟通信相比，具有抗干扰性强、保密性好、设备易于集成化以及便于使用计算机技术进行处理等优点；其主要缺点是所用的信道频带比模拟通信所用的信道频带宽得多，降低了信道的利用率。,3模拟交换和数字交换（1）模拟交换以模拟信号为交换对象的交换称为模拟交换，传输和交换的信号是模拟信号的交换机称为模拟交换机。（2）数字交换以数字信号为交换对象的交换称为数字交换，传输和交换的信号是数字信号的交换机称为数字交换机。,1.2.2 布控交换与程控交换,布控就是布线逻辑控制（Wired Logic Control，WLC），布控交换是利用逻辑电路进行控制的一种交换方式。程控就是存储程序控制（Stored Program Control，SPC），程控交换是利用计算机软件进行控制（即存储程序控制）的一种交换方式。,1.2.3 电路交换与分组交换,1电路交换方式传统的电话网采用的是电路交换方式。电路交换（Circuit Switching，CS）是指固定分配带宽（传送通路），连接建立后，即使无信息传送也占用电路的一种交换方式。电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条实际的物理链路，在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它计算机或终端共享该链路的通信方式。,电路交换的特点如下：（l）在通信开始时要首先建立连接，在通信结束时要释放连接。（2）一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有信息传送，该电路也不能被其它连接使用，电路利用率低。（3）交换机对传输的信息不作处理，对交换机的处理要求简单，而且对传输中出现的错误不能纠正。（4）一旦连接建立以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。,2分组交换方式分组交换（Packet Switching）原来是为完成数据通信业务发展起来的一种交换方式，由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用来完成数据通信业务，也可以用来完成语音和视频通信。分组交换利用存储一转发的方式进行交换。,分组交换的主要优点是：（l）为用户提供了在不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的终端之间能够相互通信的灵活的通信环境；（2）采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错可以重发，提高了传送质量和可靠性；（3）利用线路动态分配，使得在一条物理线路可以同时提供多条信息通路。分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接）这两种方式。（1）虚电路（2）数据报,（1）虚电路定义：是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。,被叫用户地址虚电路标识,出,入,出,虚电路通信方式包括3个阶段1.呼叫建立2.数据传输3.释放呼叫,（2）数据报定义:独立地传送每一个数据分组，每一个数据分组都包含终点地址信息、每一个节点都要为每一个分组独立地选择路由，因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。,1.3 下一代网络与软交换概述,1.3.1下一代网络的概念及产生的背景1下一代网络的概念下一代网络（Next Generation Network，NGN）是基于分组、业务驱动、开放式综合业务架构、集话音、数据、传真和视频业务于一体的全新的网络。通过业务和呼叫完全分离，呼叫控制和承载完全分离，从而实现相对独立的业务体系，使业务独立于网络。下一代网络（Next Generation Network，NGN）的概念可分为广义和狭义两种。,广义：不同于现有网络，采用新技术，可以提供话音、数据及多媒体业务，能够实现网络终端用户之间的业务互通及共享的融合网络。包括： 传送网 接入网 交换网 互联网,狭义：特指以软交换设备为控制核心，能够实现话音、数据及多媒体业务的开放式分层体系构架。业务控制和呼叫控制的分离呼叫控制与接入和承载的彼此分离功能部件之间采用标准协议进行互通兼容PSTN网、IP网、移动网等技术提供丰富的用户接入手段支持标准协议的业务开发接口采用统一的分组网络进行传送,定义：NGN是基于分组网络，能够提供电信业务；利用有多种宽带能力和服务质量保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立；NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN支持通用移动性。,2产生的背景近年来，随着我国电信产业界的融合趋势，电话网、计算机网、有线电视网趋于融合。传统网络面临的负荷在不断增大，用户的业务需求也趋于多样化的趋势，而这些新型的多样性业务，是目前PSTN、PLMN网络所难以提供的。在这一发展背景下，基于软交换技术的NGN网络应运而生。NGN（Next Generation Network）又称为下一代网络，是一种综合、开放的网络构架，可以在统一的分组网络上融合通信、信息、电子商务和交易等业务，满足多样化、个性化业务需求，在继承的基础上实现与各种业务网络（PSTN/ISDN、PLMN、IN、Internet）之间的互通，在全网内快速提供新的语音、数据、图像融合业务。,1.3.2软交换的概念及特点,1软交换的概念传统的电路交换机,软交换打破了传统的封闭交换结构，采用完全不同的横向组合的模式，将传输、呼叫控制和业务控制三大功能之间接口打开，采用开放的接口和通用的协议，构成一个开放的、分布的和多厂家应用的系统结构，可以使业务提供者灵活选择最佳和最经济的组合来构建网络，加速新业务和新应用的开发、生成和部署，快速实现低成本广域业务覆盖，推进语音和数据的融合,下一代网络（NGN）将是一个以软交换为核心、光网络和分组型传送技术为基础的开放式融合网。下一代网络应具有以下特点：1)采用开放式体系架构和标准接口；2)呼叫控制与媒体层和业务层分离；3)具有高速的物理层、高速链路层和高速网络层；4)网络层趋向于采用统一的IP协议实现业务融合；5)链路层趋向于采用电信级的分组节点，即高性能核心路由器加边缘路由器以及ATM交换机；6)传送层趋向于实现光联网，可提供巨大而廉价的网络带宽和网络成本，可持续发展网络结构，可透明支持任何业务和信号；7)接入层趋向于采用多元化的宽带无缝接入技术。,2软交换的特点,（1）与电路交换机相比，软交换成本低。（2）可以灵活选择软交换的配置模式，功能块可以分布在整个网络中，也可集中起来，以适合不同的网络需求。（3）软交换采用开放式标准接口，易于和不同网关、交换机、网络节点通信，具有很好的兼容性、互操作性和互通性。（4）利用软交换进行建网，不仅成本低，而且能够很方便地用软交换转移，处理那些对5类交换机来说太复杂的业务；还可以很方便地进行大规模网络升级，运营者可以把新型业务下载到数据网络上，只把话音业务在传统交换机上传输。,1.4 以软交换为中心的下一代网络结构,下一代网络从上往下由网络业务层、控制层、媒体层、接入和传送层等四层组成。如图1.6所示。,1第一层业务/应用层业务/应用层在呼叫控制的基础上向最终用户提供各种增值业务，同时提供业务和网络的管理功能。具体功能如下：（1）存储用户的签约信息，确定用户对业务的使用权限，一般采用专用的用户数据库服务器+AAA服务器或智能网SCP来实现。（2）采用专用的应用服务器和智能网SCP(要求软交换机具备SSP功能)来实现YDN 065-1997邮电部电话交换设备总技术规范书中定义的基本电话业务及其补充服务功能，以及智能网能够提供的电话卡、被叫付费等智能网业务。,(3）采用专用的单个应用服务器或多个应用服务器实现融合语音、数据以及多媒体的业务，灵活地为用户提供各种增值业务和特色业务。（4）软交换网控制层中的软交换机之间是不分级的，当网络中每增加一个软交换机时，其它所有软交换机必须增加相应的局数据；而这对于网络运营来说，将是极为麻烦的，其解决办法是在业务应用层中设置策略服务器来为软交换机提供路由信息。当然，策略服务器的设置方案将直接影响软交换网络的安全可靠性。,2第二层控制层软交换技术将电话交换机的交换模块独立成为一个物理实体，称为软交换机(SS)，SS位于控制层，它的主要功能是完成对边缘接入层中的所有媒体网关的业务控制及媒体网关之间通信的控制。这一层的作用是实现呼叫控制，并通过支配网络资源，完成基本实时呼叫控制和连接控制功能，实现各种信令协议的互通和转换。,3第三层传输层这一层的作用是采用分组技术，提供一个高可靠性的、提供QoS保证、大容量的、统一的综合传送平台。传输层实际上就是软交换网的承载网络，其作用和功能就是将边缘接入层中的各种媒体网关、控制层中的软交换机、业务应用层中的各种服务器平台等各个软交换网网元连接起来。由于IP网能够同时承载语音、数据、视频等多种媒体信息，同时具有协议简单、终端设备对协议的支持性好且价格低廉的优势，因此软交换网选择了IP网作为承载网络。软交换网中各网元之间均是将各种控制信息和业务数据信息封装在IP数据包中，通过核心传送层的IP网进行通信。,4第四层接入层该层通过各种形式的接入手段将用户通过接入设备所输入的语音、数据、多媒体转换成能够在分组传送网中传输的数据格式，并且将这些数据通过各种形式的传输途径提交给分组网络。,接入层的设备可细分为以下几类：（1）中继媒体网关（TG） （4）综合接入设备（IAD）（2）信令网关（SG） （5）多媒体业务网关（MSAG）（3）接入网关（AG） （6）H.323网关 （7）无线接入媒体网关（WAG）,1.5 固定电话网向下一代网络的演进,1.5.1 固定电话网的发展历程现代电信是从1876年贝尔发明电话开始的，在之后的100多年的时间里，真正意义上的电信网络主要是电话网。传统的电话网经过100多年的发展，出现了人工电话交换机、机电制交换机、程控交换机等多种类型的交换机。1965年，美国开通了世界上第一台程控交换机，在电话交换机中引入了计算机控制技术，这是交换技术发展中具有重大意义的转折点。20世纪70年代开始出现数字程控交换机，数字程控交换机在话路部分交换的是经过脉冲编码调制（PCM）后的数字化的语音信号，数字交换机的交换网络是数字交换网络，用户话机发出的模拟语音信号在数字交换机的用户电路上要转换为PCM信号。,程控数字交换技术使电话网在全世界迅速普及，到20世纪90年代发展到技术顶峰，成为当之无愧的第一大电信网络。电信业务在20世纪80年代后期的发展趋势就是对新业务的需求加快了，业务的生存周期缩短。而传统的电话网路由于是业务、控制及承载紧密耦合的体系结构，使新业务尤其是增值业务的提供非常困难，这一点使运营商在日益激烈的市场环境中处于被动地位，为了解决这个问题提出了智能网的概念。智能网是在传统的语音网络上增加一套附加的设施，达到快速提供新的增值业务的能力。按照智能网方法来实现新业务时，则将交换控制逻辑与业务控制逻辑相分离，程控交换机仅完成基本的呼叫控制功能，业务控制逻辑则由专门的业务控制点（SCP）来完成。原来的程控交换机如果能够与SCP配合工作，就称为业务交换点（SSP）。,当用户使用某种智能网业务时，具有SSP功能的程控交换机识别是智能业务呼叫时，就暂停对呼叫的处理，通过7号信令网向SCP发出询问请求，在SCP上运行业务控制程序，查询业务数据，然后由SCP向SSP下达控制命令，控制SSP完成相应的智能网业务。当业务交换逻辑与业务控制逻辑分离后，引入新业务只需修改SCP中的软件。由于SCP的数量与程控交换机数量相比是很少的，仅修改SCP中的软件影响面较小，这就为快速引入新业务创造了条件。,使用智能业务,1.5.2 综合业务数字网,ISDN (Intergrated Service Digital Network)的中文名称是综合业务数字网，中国电信将“窄带综合业务数字网”(N-ISDN)俗称为“一线通”。“一线通”采用数字传输和数字交换技术,将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络进行传输和处理，向用户提供基本速率(2B+D，144kbit/s)和一次群速率(30B+D，2Mkbit/s)两种接口。基本速率接口包括两个能独立工作的B信道（64Kkbit/s）和一个D信道（16Kkbit/s）。,“一线通”能够向用户提供三大类业务：（1）承载业务(与用户终端类型无关，如电路交换的承载业务和分组交换的承载业务等)；（2）用户终端业务(如数字电话、四类传真、数据通信、视频通信等)；（3）丰富的补充业务（如主/被叫用户号码识别显示/限制、呼叫等待、呼叫转移、多用户号码、子地址、三方通信等）。,定义：在用户与网络接口之间提供传输能力的一种电信业务。,定义：为用户提供包括终端设备功能在内的完整通信能力的一种电信业务。,定义：对基本电信业务进行修改或者补充的业务。,ISDN有以下一些特点：（1）通信业务的综合化（2）实现高可靠性、高质量的通信（3）通过“一线通”可以以64kb/s或128kb/s的速率使用Internet网。（4）“一线通”还可以提供丰富的附加功能（5）价格适宜（6）使用灵活方便（7）运用前景广阔,1.5.3 固定电话网向下一代网络的演进的步骤,1对网络进行智能化改造2对固网进行宽带化改造3固网终端智能化和接入宽带化,通信发展的主要方向,宽带化,多媒体化,移动性,固话演进过程,（1）建立本地网集中地用户数据中心。（2）增加业务属性查询机制。,（1）软交换（2）分组交换,1.5.4 固定软交换网络的结构,软交换网络的结构如图1.7所示,1应用服务器应用服务器是在软交换网络中向用户提供各类增值业务的设备，负责增值业务逻辑的执行、业务数据和用户数据的访问、业务的计费和管理等，它应能够通过SIP控制软交换设备完成业务请求，通过SIP/H.248（可选）/MGCP（可选）协议控制媒体服务器设备提供各种媒体资源。2媒体服务器媒体服务器是软交换网络中提供专用媒体资源功能的设备，为各种业务提供媒体资源和资源处理，包括DTMF信号的采集与解码、信号音的产生与传送、录音通知的发送、不同编解码算法间的转换等各种资源功能。,3应用网关应用网关向应用服务器提供开放的、标准的接口，以方便第三方业务的引入，并应提供统一的业务执行平台。软交换可以通过应用网关访问应用服务器。4AAA 服务器AAA 服务器对软交换用户进行鉴权和认证，同时提供计费功能。5Web 服务器用户可通过Web服务器提供的浏览页面对业务进行定制。,6软交换设备软交换设备是软交换网络的核心控制设备，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，并可以向用户提供各种基本业务和补充业务。7信令网关信令网关（SG）跨接在NO.7信令网与IP 网之间的功能实体，负责对NO.7信令消息进行转接、翻译或终结处理，根据应用与服务情况，信令网关可独立设置也可与中继网关合设。8中继网关中继网关（TG）跨接在PSTN网络和软交换网络之间，负责TDM 中继电路和分组网络媒体信息之间的相互转换，此外中继网关也可以接入PRI 。,9综合接入网关综合接入网关（AG）能够实现用户侧语音、传真信号到分组网络媒体信息的转换。综合接入网关在用户侧提供的接口有：模拟电话POTS 接口，综合业务数字网ISDN 的基本接口（BRI）和基群接口（PRI），接入网V5接口，xDSL接口，局域网（LAN）接口和专线接入。10接入边界点接入边界点（ABP）可以看做是软交换网络的边缘汇聚设备，用于接入软交换网络中的不可信任设备，对通过不可信任设备接入到软交换网络中的用户进行接入和业务控制，并具有安全防护、媒体管理、地址转换、私网穿越等功能，配合软交换核心设备实现用户管理、业务管理、配合承载网实现QoS 管理。,11网络边界点网络边界点（NBP）跨接在软交换网络和Internet 之间以及软交换网络和其他运营商基于IP 的网络之间，可以看作是软交换网络与其他基于IP的网络之间的互通网关。NBP进行网络隔离，提供用户的代理功能、用户业务的接入控制功能，并具有安全防护、媒体管理、地址转换、媒体交换（类似私网穿越功能）等功能。使软交换网络成为可管理可控制的安全网络。NBP可以用作软交换网络的代理，由Internet接入到软交换网络的用户需通过NBP再接入到软交换网络。,1.6 移动电话网向下一代网络的演进,1.6.1 移动电话网的发展历程到目前为止，被人们普遍认可的移动通信的发展阶段可分为三代，即第一代移动通信系统、第二代数字移动通信系统和第三代移动通信系统。2013年移动率先进入4G时代，投入20个基站建设和100万部终端采购。,目前世界上最具有代表性、应用最广的两种2G 系统制式是泛欧的GSM和北美的cdmaOne。GSM 系统的主要特点如下：（1）具有开放的接口和通用的标准。（2）通过用户识别模块（Subscriber Identity Module，SIM）提供对用户权利的保护和传输信息的加密，该模块也称为用户识别卡（SIM卡）。（3）支持电信业务、承载业务和补充业务。（4）标准化程度高、接口开放，组网灵活方便，具有跨国漫游功能。（5）频谱重复利用率高，容录可增大为模拟系统的35倍。但容量不如CDMA 系统。（6）抗干扰能力强，覆盖区内通信质量好，安全保密性强。,采用CDMA 技术的cdmaOne 系统有其技术上的优势。主要体现在以下方面：（l）覆盖范围广。CDMA基站的覆盖范围基本与模拟基站的覆盖范围相当，是GSM 覆盖范围的5倍以上。（2）容量大。其容量为GSM 的34 倍。（3）成本低。由于CDMA 系统频带利用率高，在相同带宽下，要提供相同容量，所需基站数少，可大大降低网络建设成本。同时，由于CDMA 频率复用系数为1 ，因此增加小区或扇区快速方便，且不影响现有的网络规划。,为了发展移动分组数据业务，在cdmaOne 系统基础上发展了cdma2000lx 技术。cdma2000lx 技术是一种基于IS-95演进的空中接口技术。它通过反向导频、前向快速功控和传输分集发射等新技术，可提供153.6kbit/s 的峰位数据速率。,目前，我国的移动电话网主要是采用2G 、2.5G 技术的GSM/GPRS 和CDMA 系统。截至2008 年年底，我网的移动电话用户合计超过6.33 亿户，移动分组数据用户合计超过2.45 亿户，成为全球最大的移动网络运营商。,下一代移动网是指以3G为代表的移动网络。IMT-2000正式接纳的无线接口技术规范的主流技术为一下3种技术。1.宽带CDMA2.CDMA20003.TD-SCDMA,1.6.2 移动通信系统现有网络结构,下一代移动通信系统是在现有的两大2G 网络类型GSM 系统和IS-41系统网络的基础上发展的，下面说明我国现在规模最大的GSM/GPRS 系统的结构。,GSM/GPRS 系统主要由以下部分组成。1移动台2基站子系统3移动业务交换中心4来访位置寄存器5归属位置寄存器6鉴权中心7设备识别寄存器8短消息中心9服务GPRS 支持节点10网关GPRS 支持节点11业务控制功能,移动通信系统向下一代网络的演进可分为R99 ，R4，R5这3个阶段。基于R99 的核心网络采用了与GSM/GPRS 相同的基本体系结构，划分为电路交换（CS）域和分组交换（PS）域，从而在逻辑上分开了电路业务和分组业务：R99 阶段的主要工作集中于接入网络侧，引入了全新的无线接入网络UTRAN 陆地无线接入网络/通用陆地无线接入网，提高了频谱利用率和数据传送能力。基于R4的核心网部分，对CS域进行了较大改造，将MSC分为MSC 服务器（MSC server）和媒体网关（Media GateWay，MGW），实现了CS 域中呼叫与承载的分离，支持信令的IP 承载。基于R5的核心网在R4的基础上主要完成了IP多媒体子系统（IMS）的网络结构和协议定义。IMS定义了一个完整的体系结构和框架，允许在基于IP的基础设施上对声音、视频、数据和移动网络技术进行聚合。,1.6.3第三代移动通信系统的结构,1基干R99的核心网的结构,2基于R4的核心网的结构,R4核心网接口如图l.11所示，各接口采用的协议如图1.12所示。,3基于R5 的核心网的结构,练习题,1.1 简要说明NGN 的定义。1.2 简要说明NGN 的特点。1.3 简要说明以软交换为中心的下一代网络的分层结构。1.4 简要说明媒体网关的类型和上要功能。1.5 简要说明7 号信令网关的功能1.6 简要说明软交换设备的主要功能。1.7 简要说明上一代网络的各部件之间采用标准协议。1.8 简要说明固定电话网向NGN 的演进步骤。1.9 说明移动通信系统基于R4 的核心网的结构。,
