軟交換技術的提出有著深厚的歷史背景和技術背景。它是一種應用于電話交換控制的新技術的通用名稱，是PSTN逐步向IP網絡演進過程中出現的概念，具有解決傳統電路交換機缺陷的潛力，順應了基千電路交換的語音網和基于分組交換的數據網融合的趨勢。軟交換技術能有效降低語音交換的成本，提供了開發差異化電話服務的手段，而且隨著多媒體業務的快速發展，軟交換將進一步承擔起分組交換網中語音、數據、視頻等各種媒體交換的實時控制任務。軟交換將是下一代網絡的控制核心，如果說傳統的電信網絡是基千程控交換機的網絡的話，那么NGN則是基于軟交換的網絡。采用軟交換技術實現傳統電信網絡向NGN的過渡業已成為人們的共識。

軟交換技術產生的背景

軟交換概念的提出是網絡交換技術不斷發展的結果。軟交換概念源于傳統交換技術的發展，并吸收了互聯網語音技術的最新發展成果，將傳統電路交換機的體系結構進行分解，引申到分組交換網中，并加入了接口開放、結構分層等新內容，從而形成了一種新的實時分組語音交換控制技術。從整體架構上來說，軟交換系統完全可以對應千目前PSTN上廣泛使用的程控電話交換機。下面就沿著傳統電話交換技術的發展歷程這一主線來簡要分析軟交換技術產生的背景。

交換技術的發展歷程

對電信行業而言，交換是一個非常重要的概念。電話通信發明后不久就產生了交換技術。交換技術是為了減少線路投資而采用的一種傳遞信息的方法。如下圖A所示，假設有5個用戶需互通信息，如不采用交換技術，則需逐個相連，所需線路數為n(n—1)/2(n為用戶數）。若采用交換技術后，所需的線路數為n,如下圖(b)所示。由此可見，采用交換技術后，可大大減少線路的重復投資。

交換技術的基本概念

交換技術是現代通信網的核心技術，其發展演進走過了漫長的歷程。隨著新技術的發展，交換概念的內涵開始不斷進行擴展，不僅涉及對延時敏感的語音交換，而且包含數據交換和視頻交換，其外延則一直延伸至廣義的信息交換。 總體而言，交換技術發展至今，已產生了兩種主要的模式：一種是電路交換(CircuitSwitching),傳統電話通信就屬千電路交換的一種；另一種稱為分組交換(PacketSwitching,或稱為包交換），大屜應用于計算機之間的通信。

1. 電路交換

電路交換是傳統的交換方式，固定電話網(PSTN網）和移動電話網（包括GSM網和CDMA網）采用的都是電路交換技術。電路交換的基本特點是采用面向連接的方式，在雙方進行通信之前，需要為通信雙方分配一條具有固定帶寬的通信電路(64kbit/s或NX64kbit/s),通信雙方在信息交換過程中將一直占用所分配的資源，直到通信結束。

電路交換必須要經過鏈路建立、信息交換、鏈路釋放3個階段，并且在電路的建立和釋放過程中都需要利用相關的信令協議。這種方式的優點是在通信過程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬，并且實時性強，時延小，特別適用于語音的交換，但同時帶來的缺點是網絡的帶寬利用率不高，一旦電路被建立，不管通信雙方是否處于通話狀態，分配的電路都一直被占用。 電路交換的發展經歷了兩種基本模式：空間分割交換和時間分割交換。空間分割交換主要用千模擬交換機，指的是輸入實線與輸出實線的連接，由空分接線器完成這種實線連接；時間分割交換主要用于數字交換機，指的是輸入鏈路時隙與輸出鏈路時隙的連接，由數字接線器完成這種鏈路時隙間的連接。

(1)空間分割交換

早期的電話通信，依靠交換機內的繼電器簧片的閉合與斷開來實現，屬千空間分割交換。空分接線器利用機械或電子連接點接通主、被叫話路。下圖是一個小型交換機的空分接線器示意圖。假設話機1要與話機3通話，若線路1空閑，則交換機控制部分占用線路1'并將話機1、3所對應的用戶電路分別接通線路1,話機1和話機3通過公共線路1進行通話。

空間分割電路交換基本原理

(2)時間分割交換

隨著數字技術的發展，出現了另一種電路交換形式：時間分割交換，其基本交換原理如圖2.3所示。假設兩個用戶分別占用PCM(PulseCodeModulation,脈沖編碼調制）中的兩個時隙TS3和TS19,利用時分接線器可完成相互之間的信息交換。控制器首先將輸入端TS3時隙和TS19時隙內的信息單元分別寫入相對應的存儲器中，然后在輸出端TS3時刻到來時由控制器讀出存儲在TS19單元中的信息，在TS19時刻讀出TS3單元中的信息，這樣就完成了TS3與TS19間的信息交換。

圖2.3時間分割電路交換基本原理

上述這種接線器稱為順序寫入、控制讀出接線器。還有一種稱為控制寫入、順序讀出接線器，其基本原理是不同PCM線之間的時隙交換依靠窄分接線器（數字開關電路）來完成。從微觀上看，交換機內部并沒有一條物理鏈路存在，但是這種時隙互相對應的關系在交換時保持不變，而且是屬于同步信息交換，所以其實質上還是屬于電路交換的范疇。目前，時間分割交換大量應用千數字程控交換機中。

2. 分組交換

(1)分組交換基本原理

分組交換利用存儲轉發原理來實現信息的交換，分組交換的信息是數字化的信息，如計算機中的數據流和語音、圖像信號經數字編碼設備抽樣、量化后產生的比特流等。

分組交換首先通過分組設備將需要傳送的信息按照一定的長度分割成許多小段數據，并在數據之前增加相應的用于對數據進行選路和校驗等功能的頭部字段，作為數據傳送的基本單元，稱為分組(Packet,也稱為包），如圖2.4(a)所示。一個分組由標志、地址信息、控制信息、數據信息、CRC(CyclicalRedundancyCheck,循環冗余碼校驗）字段組成。標志字段表示一個分組的開始；地址信息字段包括源地址和目的地址，用來選擇路由；控制字段包含流控制、錯誤控制等信息；數據字段中包含要交換的信息；在數據字段后有CRC校驗碼。

圖2.4分組交換基本原理

在進行分組交換時，分組交換機首先將分組信息存儲起來，然后根據地址信息字段及控制信息字段選擇一條最佳路由傳送給接收方。分組交換的特點是比較有效地利用了網絡資源，傳輸路由可靠性高等。分組交換也有兩種基本模式：一種是數據報方式；另一種是虛電路方式。分組交換的這兩種形式廣泛用于計算機局域網(LAN)和廣域網(WAN)中。

數據報方式如圖2.4(b)所示。每傳送一個分組，分組交換機就要根據分組中的有關信息來選擇一條通向目的地的路由。由于傳送路由的不同，各個分組到達目的地的先后次序也可能不同，接收端需要按分組中的控制信息字段將分組重新排序，以便使分組的次序與發送端一致。數據報方式是一種無連接的服務，對于少量信息的發送效率很高，對千網絡故障的適應能力較強，但各個分組的傳送時延有不確定性。

虛電路方式如圖2.4(c)所示。在傳送一個分組之前，發送端預先向分組交換機發送建立連接的信息。由交換機建立一條通向目的地的邏輯路由，然后通過這條路由傳送信息，信息傳送結束后也有拆路的過程。由千信息通過同一邏輯路由傳送，所以分組到達對端的次序與發送端一致，并且時延可以確定。之所以稱為虛電路，是因為在一條物理鏈路上可以產生多個邏輯連接，而不像電路交換那樣獨自占用一條物理鏈路。虛電路方式主要應用于數據屋大、時延要求小的場合。由千虛電路方式是面向連接的服務，所以有建立連接、釋放連接的額外處理開銷。

(2)分組交換應用模式

目前分組交換技術在通信網中的應用，主要有ATM交換和IP交換兩種實施方式。

A、ATM交換技術

由千分組交換技術的廣泛應用和發展，出現了傳送語音業務的電路交換網絡和傳送數據業務的分組交換網絡兩大網絡共存的局面。語音業務和數據業務的分網傳送，促使人們思考一種新的技術來同時提供電路交換和分組交換的優點，并且同時向用戶提供統一的服務，包括語音業務、數據業務和圖像信息。由此在20世紀80年代末由CCITT(國際電報電話咨詢委員會，即現在的ITU-T)提出了寬帶綜合業務數字網CB-ISDN)的概念，并提出了一種全新的技術ATM(AsynchronousTransferMode,異步傳輸模式）。

ATM技術將面向連接的傳輸機制和分組交換機制相結合，在通信開始之前需要根據用戶的要求建立一定帶寬的連接，但是該連接并不獨古某個物理通道，而是和其他連接統計復用某個物理通道。同時所有的媒體信息，包括語音、數據和圖像信息都被分割并封裝成長度固定為53B的分組，稱為信元(Cell),以信元為單位在虛通路(VCC或VPC)上進行交換，大大加快了交換速度。 ATM另一個突出的特點就是提出了保證QoS的完備機制，同時由千光纖通信提供了低誤碼率的傳輸通道，所以可以將流量控制和差錯控制移到用戶終端，網絡只負責估息的交換和傳送，從而使傳輸時延減少，所以ATM非常適合傳送高速數據業務。

從技術角度來講，ATM幾乎無懈可擊，但ATM技術的復雜性導致了ATM交換機造價極為昂貴，并且在ATM技術上沒有推出新的業務來驅動ATM市場，從而制約了 ATM技術的發展。目前ATM交換機主要用在骨干網絡中，利用ATM交換的高速處理和對QoS的保證機制，提供半永久的連接。

B、IP交換技術

IP(InternetProtocol,網際互聯協議）技術來源于20世紀60年代末期美國國防部高級研究下程組織(DARPA,DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)的研究項目，其指導思想是要研制一個能經得起故障考驗（戰爭破壞）而維持正常工作的計算機網絡。

1972年ARPAnet正式亮相，該網絡建立在TCP/IP協議之上，能夠將不同的異構網絡進行互聯，這就是Internet的前身。1986年，美國國家科學基金會(NSF)建立在TCP/IP協議集上的NSFnet向全社會開放，從而促進了Internet的快速發展。此后，隨著Internet在全球范圍內的普及，IP技術廣為流傳，已經成為一種事實上的開放系統互聯標準。

在IP交換技術中，TCP/IP是互聯網的基礎協議，它規范了數據在網上打包、尋址、選路的標準，該協議簡單靈活，能使網絡資源得到充分利用，代表了網絡無連接和全球尋址的趨勢。TCP/IP協議框架中的IP層對應于OSI參考模型中的網絡層，完成路由選擇和分組轉發功能(IP網并未規定物理層與鏈路層的傳輸采用何種通道與協議），TCP對應千OSI中的傳送層，完成端到端之間的數據收集確認與差錯糾正等0IP協議不需要預先建立連接，而直接依賴于IP分組報頭信息決定分組轉發路徑，對每個分組根據路由信息和網絡情況獨自進行傳輸和選路。傳統的IP交換對QoS沒有足夠的保證，基于IP技術的分組網以無連接模式傳送不定長數據包，信息轉發采用盡力而為的方式，網絡可擴展性強。

伴隨著Internet的巨大成功，已使IP技術成為未來信息網絡的支柱技術，基千TCP/ IP的網絡技術已成為傳送數據業務的主導技術。尤其是隨著寬帶IP技術的發展，包括語音、數據和圖像在內的各種業務均能在IP網上進行，即所謂的"EverythingoverIP"。

3. 電路交換與分組交換的比較

電路交換技術主要適用于傳送和語音相關的業務，這種網絡交換方式對千數據業務而言，有著很大的局限性，而分組交換技術就是針對數據通信業務的特點而提出的一種交換方式。這兩種交換模式具有各自鮮明的特點，現簡要比較如下。

叩電路交換的效率比較低。以時分交換為例，其速率可達64kbit/s(約8000個字符），而實際上在交換語音信息時遠遠達不到這個值，尤其是通話者不講話時信道仍然占用著。而分組交換屬于統計時分復用，其效率為“數據／（數據＋額外開銷）＇＼額外開銷是指分組中除去數據字段外的其他字段，其效率比電路交換高得多，比較有效地利用了網絡資源。

＠電路交換對信息的差錯要求不高。如用時分交換技術傳送語音信息，每秒幾個比特的差錯不足以引起語義的畸變。而在分組交換中，其最小的信息單元是比特，某個比特的差錯會造成信息含義截然不同，所以分組交換有嚴格的差錯控制、流量控制，使誤碼率在10-10以下，但同時也增加了額外開銷，增加了設備的復雜性。

＠電路交換的時延比較小，分組交換的時延比較大，這主要是由分組交換的存儲轉發機制引起的。對千實時性、交互性強的信息交換，分組交換就不大適合。但隨著快速分組交換技術的出現，分組交換中時延大的缺點也逐步得到克服。

＠因為分組交換利用存儲轉發來實現信息交換，所以很容易進行各種通信處理，如變速、協議轉換、路由選擇、同時發給多個目的地址等，而電路交換就很難實現。另外電路交換在信息交換過程中其連接是不能改變的，而分組交換可以根據網絡狀況選擇不同路由，所以其傳遞信息的路由可靠性高。

從技術比較上看，電路交換適用于低速、但交互性強的語音通信等，而分組交換則大植應用于計算機之間的高速、可靠的數據通信。目前數據業務量的迅猛增長正刺激著對傳送技術和分組交換技術的快速進步的需求。

隨著分組交換技術的發展，語音服務也開始逐漸采用分組交換技術，尤其是隨著Internet的出現和發展，在基千分組交換技術的數據網上提供分組語音業務成為可能，也為運營商提供了新的低成本的投資點。分組語音的革命從20世紀90年代中后期就一直 緩慢但穩定地積累著動力。由于在電路交換領域并沒有可與分組交換相比的技術革新，從交換技術的發展趨勢看，未來網絡將從電路交換過渡到分組交換的趨勢已經非常明朗，通信業內也基本上達成了未來電信網絡的核心將采用分組交換技術的共識，并且在這種共識之下，最終提出了基于分組交換技術的軟交換概念。