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。軟交換在下一代網絡(NextGenerationNetwork,NGN)中起著重要的作用，可以說，軟交換技術的發展成就了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。傳統的呼叫控制功能是和業務結合在一起的，不同的業務所需要的呼叫控制功能不同；軟交換則與業務無關，軟交換把呼叫控制功能從媒體網關(傳輸層)中分離出來，通過軟件實現連接控制、翻譯和選路、網關管理、呼叫控制、帶寬管理等功能，把控制和業務提供分開。傳統電路交換機的特點：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務開展困難正是由于基于上述模型的PSTN網絡的上述缺點，面對Internet網絡的成功給人們的巨大鼓舞，永遠不滿足于現狀的運營商、設備提供商、企業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，以革命的手段創造一個全新的世界。SS7網絡SCP管理系統新業務計費控制SS7網絡用戶板中繼板時隙交換電路交換模式TDMTDMSCP管理系統計費軟交換模式IPATM軟交換網關網關IPATMH.248/SIPH.248/SIPTDMTDM分組數據骨干網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實現所謂的“網絡”即交換。用戶板/中繼板對應媒體網關完成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絡時代的到來。從發展的角度來看，NGN在傳統的以電路交換為主的PSTN網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網絡的所有業務，同時把大量的數據傳輸卸載（offload）到ATM/IP網絡中以減輕PSTN網絡的重荷，又以ATM/IP技術的新特性增加和增強了許多新老業務。從這個意義上講，NGN是基于TDM的PSTN語音網絡和基于ATM/IP的分組網絡融合的產物，它使得在新一代網絡上語音、視頻、數據等綜合業務成為了可能。原信息產業部對軟交換的定義是：軟交換是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設備之一，它獨立于傳輸網絡，主要完成呼叫控制、資源分配、協議處理、路由認證、帶寬管理、計費等功能，同時可向用戶提供現有電路交換機所能提供的所有業務，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，提供多種業務的連接控制、路由、網絡資源管理、計費、認證等功能。軟交換設備與各種媒體網關、終端、應用服務器，以及其他軟交換設備間采用標準協議相互通信。

軟交換既可以作為獨立的NGN網絡部件分布在網絡的各處，為所有媒體提供基本業務和補充業務，也可以與其他增強業務節點結合，形成新的產品形態。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)協議功能：提供支持多種信令協議(包括H.248、H.323、SIP、RADIUS、SNMP等)的接口，實現PSTN和IP網/ATM網間的信令互通知和不同網關的互操作。

(2)業務提供功能：除能處理實時業務外，還具有利用新的網絡服務設施提供各種增值業務和補充業務的能力；可以直接與H.248終端、MGCP終端和SIP終端進行連接，提供相應業務。(3)業務交換功能：支持業務控制觸發的識別以及與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業務請求；實現業務交互作用管理。(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、智能呼叫觸發檢出和資源控制等；接收來自業務交換功能的監視請求，并對其中與呼叫相關的事件進行處理；接收來自業務交換功能的呼叫控制相關信息，支持呼叫的建立和監視；支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能；能夠識別媒體網關報告的用戶摘機、撥號和掛機事件；控制媒體網關向用戶發送各種話音信號等；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；對網關設備或IP/ATM網的核心設備進行控制等。(5)網守(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)網絡管理功能:主要包括業務統計和告警等。

(7)互聯互通功能：可以通過信令網關實現分組網與現有No.7信令網的互通；通過信令網關與現有智能網互通；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協議實現與現有H.323體系的IP電話網的互通，采用SIP協議實現與未來SIP網絡體系的互通；與其他軟交換設備互聯，可以采用SIP或BICC；提供IP網內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關時，軟交換能夠采用SS7/IP協議與外置的信令網關互通，其主要承載協議采用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；當使用記賬卡等業務時，軟交換具備實時斷線的功能。

(9)媒體網關接入功能：控制媒體網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；可以控制媒體網關是否采用回聲抵消技術；可以向媒體網關提供語音包緩存區的大小，以減少抖動對語音質量帶來的影響。

另外，軟交換控制媒體網關還可能具有與移動業務相關的功能以及與數據/多媒體業務相關的功能,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。軟交換網關

網關的分類和功能：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議。軟交換功能是通過網關發出信令，控制語音和數據業務的互通實現的。軟交換通過各種具體協議與具體的網絡實體通信。軟交換的功能實體如圖9-3所示。媒體網關控制器通常被稱為“軟交換機(SS)”。(1)信令網關(SG)：是No.7信令網與IP網的邊緣接收和發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。信令網關可以和媒體網關集成在一個物理實體中，處理由媒體網關功能控制的與線路或中繼終端有關的信令消息。

(2)網守(GK)：主要完成用戶認證、地址解析、帶寬管理、計費等功能。可通過RAS(注冊(Registration)、許可(Admission)和狀態(Status))信令來完成終端與網守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態和脫離解除等過程。(3)應用服務器(Server)：在IP網內向用戶提供多種智能業務和增值業務。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。電信廠家多將傳統業務綜合在軟交換之內，而將新的業務由應用服務器來生成。

(4)媒體網關控制器/呼叫代理(MGC/CA)：負責控制IP網絡的連接(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部分。其中,MGC是H.248協議關于MG媒體通道中呼叫連接狀態的控制部分，可以通過H.248協議或媒體網關控制協議(MGCP)對MG進行控制，MGC/CA之間通過H.323或者SIP協議連接。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。媒體網關控制協議的模型如圖所示:目前比較成熟的媒體網關控制協議有MGCP協議、H.248協議等。在MGC-MG模型中，這些協議都工作在主從方式。(5)媒體網關(MG)：用來處理電路交換網和IP網的媒體信息互通。完成不同網絡間不同媒體信息的轉換。信令網關負責將電路交換網的信令轉換成IP網的信令，根據相應的信令生成IP網的控制信令，在IP網中傳輸。媒體網關的作用主要是負責將各種用戶或網絡的媒體流綜合地接入到IP核心網中。PCM(6)媒體網關與軟交換間的接口：可使用媒體網關控制協議(MediaGatewayControlProtocol,MGCP)、IP設備控制(InternetProtocolDeviceControl,IPDC)協議或H.248(Megaco)協議。

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

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

(9)軟交換與應用/業務層之間的接口：提供訪問各種數據庫、三方應用平臺、各種功能服務器等的接口，實現對各種增值業務、管理業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協議或API(Parlay)，提供對三方應用和各種增值業務的支持功能。

(11)軟交換與網管中心間的接口：可使用SNMP，實現網絡管理。

(12)軟交換與智能網的SCP之間的接口：可使用INAP，實現對現有智能網業務的支持。

軟交換協議

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

1.軟交換互通協議

軟交換包含非對等和對等兩類協議。非對等協議主要指媒體網關控制協議H.248/Megaco；對等協議包括SIP、H.323、BICC等。H.248/Megaco與其他協議配合可完成各種NGN業務；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，逐漸發展成為主流協議。圖9-14所示為軟交換協議之間的關系。圖9-14軟交換協議之間的關系27軟交換協議體系第三方業務平臺業務平臺/SCP用戶/業務數據庫軟交換機媒體網關信令網關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網管系統網管接口協議（SNMP、MML…）數據訪問（MAP、LDAP…）業務調用（INAP、SIP…）呼叫控制（SIP/SIP-T、BICC、H323…）呼叫控制（SIP、H323…）媒體網關控制（MGCP、H248…）API28軟交換協議分類（1）呼叫控制協議H323：由ITU-T推出，基于二進制，用于IP電話、視頻通信的協議體系，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推出的與承載網絡無關的呼叫控制協議，功能與ISUP類似。29軟交換協議分類（2）網關控制協議（主從控制協議）MGCP:早期使用的網關控制協議，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，但在多媒體業務實現、協議維護管理等方面比MGCP有優勢。30軟交換協議分類（3）媒體流傳送協議RTP：IP實時媒體流傳輸協議，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軟交換協議分類（4）信令傳輸協議（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協議V5UA:適配V5協議SCTP:在適配協議下層提供可靠的傳輸服務,與TCP/UDP并列為IP網的傳輸層協議。32軟交換協議分類（5）業務調用協議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策略控制協議COPS：用于策略下發與響應信息上報。網管協議SNMP:由IETF定義，廣泛應用于計算機界、IP網的網管協議，在軟交換體系中應用最普遍。Q3:TMN框架內定義的網管接口協議，適用于ATM網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軟交換協議分類（6）數據庫訪問協議：LDAP（LightweightDirectoryAccessProtocol），適用于SIP服務器與數據庫之間或軟交換與路由服務器（RS)之間的數據訪問。MAP：應用于軟交換機（MSC/VLRSERVER）與HLR之間API的協議:CORBA：分布對象技術，API常用。SIP：用于基于SIP的API1)MGCP

MGCP(RFC2705定義)稱為媒體網關控制協議，是IETF較早定義的媒體網關控制協議，主要從功能的角度定義媒體網關控制器和媒體網關之間的行為。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協議的基礎上，結合其他媒體網關控制協議特點發展而成的一種協議，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，支持傳統網絡終端呼叫。該協議應用在媒體網關和軟交換之間、軟交換與H.248/Megaco終端之間，在構建開放和多網融合的NGN中發揮著重要作用。

H.248/Megaco因其功能靈活、支持業務能力強而受到重視，而且不斷有新的附件補充其能力，是目前媒體網關和軟交換之間的主流協議。目前國內通信標準推薦軟交換和媒體網關之間應用H.248協議，該協議共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)、業務改變(ServiceChange)。3)SIP

SIP(會話初始協議)是IETF制定的多媒體通信系統框架協議之一，它是一個基于文本的應用層控制協議，獨立于底層協議，用于建立、修改和終止IP網上的雙方或多方多媒體會話。SIP借鑒了HTTP、SMTP等協議，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等協議配合，支持Voice、Video、Data、E-mail、Presence、IM、Chat、Game等。4)SIP-T協議

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

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

準直聯圖9-16組網案例

2.NGN的發展

1)傳統網絡向NGN的演進

從傳統的電路交換網絡到分組交換網絡將是一個長期的漸進過渡過程，演進策略需要根據具體網絡現狀和業務預測以及經濟比較進行詳細分析后才能決定。如何保護現有投資和現有電信業務的收益是電信網絡演進至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。現在各地智能小區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關，旁路部分語音話務到IP或ATM網絡上，利用軟交換進行路由控制和業務的提供，這樣可以減緩現有的電路交換網絡的擁塞問題。

(3)從本地交換網絡層面上的演進：市話局擁有大量的用戶機架以及本地的電話業務數據，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有的用戶機架，以獨立的接入網關接入IP網絡或ATM網絡，升級軟交換和應用服務器，以支持本地的電話業務和IP業務。(4)從移動網層面上的演進：移動網的MSC正在逐步被MSCServer和MGW所取代，說明軟交換技術在移動網中得到了廣泛的應用。3GPP在制定R4階段的規范時，已經把NGN領域提出的軟交換概念引入到移動核心網領域。因此，NGN與3G同步推行，能夠實現有效互補。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一融合平臺，部分軟交換硬件將繼續保留，功能也被修改。IMS(IPMultimediaSubsystem)IP多媒體子系統,是一種全新的多媒體業務形式，它能夠滿足現在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業務的需求。IMS的基本概念：IMS和軟交換最大的區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更進一步的實現了呼叫控制層和業務控制層的分離；（2）IMS起源于移動通信網絡的應用，因此充分考慮了對移動性的支持，并增加了外置數據庫——歸屬用戶服務器（HSS），用于用戶鑒權和保護用戶業務觸發規則；（3）IMS全部采用會話初始協議（SIP）作為呼叫控制和業務控制的信令，而在軟交換中，SIP只是可用于呼叫控制的多種協議的一種，更多的使用媒體網關協議（MGCP）和H.248協議。IMS功能實體歸屬簽約用戶服務器（HomeSubscriberServer，HSS）BreakoutGatewayControlFunction（出口網關控制功能）媒體網關控制功能,是使IMS用戶和CS用戶之間可以進行通信的網關舉例：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、保密性好等優點，是現代通信網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服務的新一代交換技術。光纖通信技術的發展光纖用于通信是1978年，首先應用于商業性實驗。

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，光纖通信發展較快的幾項技術是波分復用技術、光纖接入網技術（OAN）和全光網技術。光纖通信的優點光波也是電磁波，但它的頻率比電信中利用的其他電磁波頻率高出幾個數量級。頻率極高使得通信系統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點而得到迅速發展。光纖通信的優點傳統的光纖網絡的缺點：傳統的光纖網絡中存在大量的光/電、電/光轉換節點和數字交叉互聯電分插復用器：1)既限制了網絡的交換速度。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，限制了光傳送網的發展。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發展的瓶頸。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，是全光網絡(AllOpticalNetwork,AON)的核心技術之一。AON是指信號只在進出網絡時才進行電/光(E/O)或光/電(O/E)轉換，而在網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，消除了節點處的瓶頸，并且信息從源節點到目的節點的傳輸過程始終在光域內，不受監測器和調節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，充分發揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應等優點。

(3)光交換與高速的光纖傳輸速率匹配，可以實現網絡的高速率。

(4)光交換根據波長來對信號進行路由和選路，與通信采用的協議、數據格式和傳輸速率無關。

(5)光交換可以保證網絡的穩定性，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展的，也是面向連接的。OCS具有簡單、易于實現、技術成熟等優點，可利用OADM(光分插復用)、OXC(光交叉連接)等設備來實現；缺點是不適合數據業務網絡，不適合處理突發性強和業務變化頻繁的IP業務。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的光分組。OPS沿用電分組交換的“存儲-轉發”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“純光網絡”上還不能完全實現光分組交換，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，即傳輸和交換在光域完成，而控制信號在交換節點被轉換成電信號后再進行處理。3)光突發交換

光突發交換(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，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通用多協議標記交換(GMPLS)

1.GMPLS的基本概念

1)GMPLS的發展背景

通用多協議標記交換(GeneralizedMultiProtocolLabelSwitching,GMPLS)也稱光標記分組交換(OpticalMultiProtocolLabelSwitching,OMPLS)或多協議標記交換(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技術向光網絡發展的必然產物。近幾年迅速發展的MPLS已被證明是一種非常適合于在電信網絡中傳輸數據業務的技術,它能夠在像IP這樣的無連接網絡中創建連接型業務，以提供完善的流量工程能力。MPLS-TE正成為下一代IP網絡中的關鍵技術。然而，MPLS畢竟是一種位于OSI七層模型中的網絡層和數據鏈路層之間的技術，而WDM（WavelengthDivisionMultiplexing--波分復用）

屬于光層，是物理層技術。因此，要讓MPLS跨過數據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，使得IP與WDM之間傳統的多層網絡結構趨于扁平化，為光網絡層傳輸與交換功能的結合邁出了非常關鍵的一步，實現了IP與WDM的理想結合。在WDM光網絡中引入GMPLS技術，將最大可能地實現網絡資源的最佳利用，從而保證光網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務隨著GMPLS技術的大規模應用，未來的骨干網絡必將逐步發展成為更有效、更強大的、最終的全光網絡。GMPLS與MPLS的主要區別如下:

(1)在MPLS中，網絡由單純的分組交換節點組成，傳輸網絡只能被看做是一條預先配置好的物理線路，分組交換節點不能按照資源的需求情況調節傳輸網絡內部的物理線路資源，傳輸網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，實現快速的配置和按需分配。這種全新的光Internet能在數秒鐘內分配帶寬資源、提供新的增值業務和為業務提供商節約大量的運營費用。

(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、光纖等也進行統一標記，使得GMPLS不但可以支持IP數據包和ATM信元，而且可以支持面向話音的TDM網絡和提供大容量傳輸帶寬的WDM光網絡，從而實現了IP數據交換、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體系結構將數據平面、信令平面和路由平面都清晰地劃分開了，因而可以用MPLS來建立通用的網絡控制平面。但MPLS主要關注于數據平面(即實際的數據流量)，控制平面的功能則由GMPLS來完成。為了統一光控制平面，實現光網絡的智能化，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光網絡的資源，滿足未來一些新業務的開展(VPN、光波長租用等)，實現光網絡的智能化，GMPLS還對信令和路由協議進行了修改和補充。

(6)為了解決光網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議。

(7)為了保障光網絡可靠運營，GMPLS還對光網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，根據分組頭部的信息轉發分組。例如，MPLS的標記交換路由器LSR基于“shim”標記轉發數據。

(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，根據信元頭部的信息轉發信元。例如,以太網基于MAC的內容交換數據，而ATMLSR則基于ATM的VPI/VCI轉發信元。(3)時隙交換接口(TimeDivisionMultiplexingCapable,TDMC)：根據TDM時隙進行業務轉發。例如,SDHDXC設備的電接口，可根據時隙交換SDH幀。

(4)波長交換接口(LambdaSwitchCapable,LSC)：根據承載業務的光波長或光波段轉發業務。(5)光纖交換接口(FiberSwitchCapable,FSC)：根據業務(光纖)在物理空間中的實際位置對其轉發。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上游節點發出，向下游節點申請建立LSP的資源。與MPLS相同，GMPLS的LPS建立過程也是由上游節點向目的節點發出“標記請求消息”、目的節點返回“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傳輸的業務的情況。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的低階虛容器的數目。

3)建議標記

建議標記是一種優化標記，可以和請求標記同時發出。建議標記由準備建立LSP通道的上游節點發出，告知下游節點建立這個LSP通道所希望的標記類型。這就可以讓上游節點無需獲得下游節點反饋標記的確認，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