數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)的現(xiàn)狀分析

葛 裴

（中國(guó)信息通信研究院 技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京 100000）

1 數(shù)據(jù)通信的工作原理及交換技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)通信的工作原理

簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信實(shí)際上就是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間的鏈路通信，這樣的通信過(guò)程沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)沒(méi)有太大的難度[1-3]。但在全球網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)等當(dāng)中就不能夠以這樣簡(jiǎn)單的方式來(lái)傳遞信息，通常要于源、宿站點(diǎn)間對(duì)眾多節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有鏈路發(fā)生故障或被破壞的情況下，能夠在節(jié)點(diǎn)間自動(dòng)發(fā)現(xiàn)符合要求的路徑，保證通信不會(huì)被影響。因此，數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)的主要原理實(shí)際上是利用一定的交換方式，將信息自源站點(diǎn)向外發(fā)出，在經(jīng)過(guò)了多個(gè)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的作用以后，順利發(fā)送到對(duì)應(yīng)的宿站點(diǎn)[4]。電話交換應(yīng)用在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，隨著技術(shù)水平的不斷提高，在其原理的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了新的電路交換方式。用戶將要發(fā)送的信息通過(guò)源交換機(jī)，結(jié)合需求信息要送到的目標(biāo)及對(duì)象，將通信電路安排到對(duì)應(yīng)目標(biāo)交換機(jī)的節(jié)點(diǎn)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)通信[5]。這一數(shù)據(jù)通信過(guò)程叫做為線路鏈接，倘若一條端對(duì)端的信息通路，那么就反映了數(shù)據(jù)通路。在接通了線路以后，此通路中的雙方用戶就能夠順利通信。通信過(guò)程中的某方用戶對(duì)處在己方的交換機(jī)發(fā)送拆除線路命令，在接收到信號(hào)后，交換機(jī)就會(huì)拆除線路，讓其他用戶能夠呼叫，此時(shí)通信結(jié)束。

在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸以前，都要借助呼叫過(guò)程來(lái)構(gòu)建端到端的電路。如果G1站要連接到G3，那么就要由G1來(lái)對(duì)相連接的A0節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求，之后A0節(jié)點(diǎn)在通向C0節(jié)點(diǎn)的路徑之內(nèi)找出下一支路。例如，A0節(jié)點(diǎn)挑選經(jīng)B0節(jié)點(diǎn)的電路，在這一電路上對(duì)沒(méi)有用的通道進(jìn)行分配，同時(shí)告知B0其還需要對(duì)C0節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，由B0來(lái)對(duì)C0呼叫，實(shí)現(xiàn)對(duì)B0、C0電路的構(gòu)建，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)從C0到G3的連接[6]。經(jīng)過(guò)這一過(guò)程，A0和C0間就將有一條網(wǎng)絡(luò)連接。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)在TDD方式的CDMA系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)用智能天線技術(shù)，其表現(xiàn)出了抗衰落和抗干擾等特點(diǎn)，并且還能提高系統(tǒng)的容量。

1.2 數(shù)據(jù)通信的交換技術(shù)

1.2.1 電路交換技術(shù)

作為一種應(yīng)用非常廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)，電路交換技術(shù)主要就是在源站點(diǎn)與目標(biāo)站點(diǎn)間構(gòu)建有效的電路連接，同時(shí)禁止其他計(jì)算機(jī)進(jìn)入到此鏈路，直至通信結(jié)束的交換形式[7]。要順利進(jìn)行電路交換，就應(yīng)當(dāng)重視下面的幾點(diǎn)。一是建立鏈路，借助于呼叫的過(guò)程來(lái)找到能夠使用的物理線路，同時(shí)再構(gòu)建實(shí)際物理線路。二是數(shù)據(jù)傳輸，在所建立的物理鏈路中傳輸相關(guān)微數(shù)據(jù)，同時(shí)在進(jìn)行傳輸時(shí)，鏈路由發(fā)送與接收方所占據(jù)，禁止另外的站點(diǎn)進(jìn)入。三是拆除鏈路。在相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸完成后，要由發(fā)送方或接收方來(lái)發(fā)送對(duì)鏈路的拆除命令，之后按順序完成拆除[8]。就目前來(lái)看，電路交換表現(xiàn)出了良好的獨(dú)占性及實(shí)時(shí)性，但鏈路和網(wǎng)絡(luò)的利用率卻并不高，并且對(duì)速度和協(xié)議等還有較大的約束。

1.2.2 報(bào)文交換技術(shù)

通過(guò)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⒃镜臄?shù)據(jù)信息封裝為報(bào)文。同時(shí)，所有報(bào)文內(nèi)均包含了控制信息和目的地址，之后網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的相關(guān)交換節(jié)點(diǎn)就以存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的交換。在此過(guò)程中，報(bào)文是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝唬簿褪钦军c(diǎn)一次性所發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，在長(zhǎng)度上是沒(méi)有限制的，并且其能夠變化。在站點(diǎn)要發(fā)送報(bào)文的情況下，需要將目的地址附加到報(bào)文，后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就將依據(jù)所附加的地址來(lái)以路由信息找到下個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，同時(shí)對(duì)下個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文，所以兩端間無(wú)需連接[9]。在實(shí)際應(yīng)用中，報(bào)文交換的特點(diǎn)就是有著較高的信道利用率，而且承載力也更高。報(bào)文系統(tǒng)可以將單個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，同時(shí)報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)還可以實(shí)現(xiàn)速度與代碼的轉(zhuǎn)換，但相關(guān)設(shè)備費(fèi)用高。

1.2.3 光交換技術(shù)

當(dāng)前應(yīng)用廣泛的光交換技術(shù)包括了波分光交換技術(shù)、時(shí)分交換技術(shù)以及分光交換技術(shù)。

（1）波分光交換技術(shù)。其是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行高速且超大容量傳輸?shù)闹匾夹g(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)主要通過(guò)波長(zhǎng)選擇或是變化的方法來(lái)完成光交換。它有著N條輸入及輸出光纖，各光纖利用波分復(fù)用技術(shù)，包含了n個(gè)波長(zhǎng)的載波信號(hào)，然后于解復(fù)用器和復(fù)用器間實(shí)現(xiàn)交換N路光纖的n個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)的目的。

（2）時(shí)分交換技術(shù)。其基礎(chǔ)是時(shí)分復(fù)用，以時(shí)隙互換原理實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)分光的有效交換。具體來(lái)看，時(shí)分復(fù)用主要就是將時(shí)間劃分成幀，然后再將各幀都劃分成時(shí)隙相同的N個(gè)長(zhǎng)度，對(duì)其分配N路信號(hào)，最終將N路信號(hào)復(fù)接于一條光纖上，在接收端通過(guò)分接器來(lái)恢復(fù)各路原始信號(hào)[10]。

（3）分光交換技術(shù)。該技術(shù)是以光開(kāi)關(guān)技術(shù)為前提，光開(kāi)關(guān)是非常關(guān)鍵的器件，開(kāi)關(guān)速度的快慢影響了技術(shù)水平的好壞。隨意組合波分、時(shí)分以及空分光交換，借助于3種交換技術(shù)內(nèi)的任意幾個(gè)交換技術(shù)的共同應(yīng)用，來(lái)有效達(dá)到交換數(shù)據(jù)通信的效果。

1.2.4 分組交換技術(shù)

就該技術(shù)來(lái)看，分組封裝就是分組終端將馬上要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息分割成多個(gè)用戶數(shù)據(jù)段，同時(shí)將各數(shù)據(jù)段送到下個(gè)交換節(jié)點(diǎn)位置的情況下，對(duì)信息的源地址和用戶數(shù)據(jù)段編號(hào)等進(jìn)行附加。在分組傳輸?shù)倪^(guò)程中，交換節(jié)點(diǎn)挑選最合適的路由，同時(shí)將分組利用若干交換節(jié)點(diǎn)送至收端。然后，收端從分組內(nèi)得到用戶數(shù)據(jù)段，之后將它根據(jù)順序恢復(fù)為原有的數(shù)據(jù)信息。分組交換技術(shù)如圖1所示，該交換技術(shù)的特點(diǎn)就是速度較快、傳輸質(zhì)量較高，但此技術(shù)在具體的實(shí)現(xiàn)上有著較高的難度。

2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)

2.1 工作方式

就數(shù)據(jù)網(wǎng)來(lái)看，它屬于功能強(qiáng)大的公共數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信網(wǎng)，在信息傳輸中的信道就是數(shù)字信道。作為一種同步數(shù)字傳輸網(wǎng)，其沒(méi)有交換功能，通過(guò)同步轉(zhuǎn)移模式的數(shù)字時(shí)分復(fù)用技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)信息依照提前約定好的協(xié)議，在固定時(shí)隙通過(guò)設(shè)定的通信帶寬及速率進(jìn)行傳輸[11]。

2.2 特 點(diǎn)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（Digital Data Network，DDN）具有如下特點(diǎn)。一是屬于透明傳輸網(wǎng)，通過(guò)具有較高智能化程度的用戶端設(shè)備來(lái)轉(zhuǎn)換協(xié)議，不被相關(guān)的規(guī)程所約束，屬于全透明網(wǎng)。二是傳輸效率高，該DDN中的數(shù)字交叉連接復(fù)用設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)較高速率的數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)。三是傳輸質(zhì)量高，數(shù)字中繼運(yùn)用了光纖傳輸系統(tǒng)，用戶間設(shè)置了專門的固定連接，所以基本沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。四是連接方式靈活，除了能夠與用戶終端設(shè)備連接，還能與用戶網(wǎng)絡(luò)相連接，以使得用戶能夠得到更靈活的組網(wǎng)環(huán)境。五是電路可靠性高，由于選擇了路由迂回與備用方式，因此電路在運(yùn)行時(shí)具有更高的可靠性。六是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理便捷，因?yàn)镈DN通常都是光纖傳輸，能夠有效確保傳輸質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中間環(huán)節(jié)的管理和監(jiān)控等的簡(jiǎn)化與操作的便捷。

2.3 提供的業(yè)務(wù)

DDN屬于完全透明的網(wǎng)絡(luò)，它可以通過(guò)豐富的業(yè)務(wù)來(lái)使得用戶的相關(guān)需求得到有效滿足，能夠?yàn)榉纸M交換網(wǎng)及公共計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等提供中繼業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音、圖像以及智能用戶電報(bào)等功能，此外還能實(shí)現(xiàn)虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(wù)。

3 5G移動(dòng)通信技術(shù)的現(xiàn)狀及展望

3.1 5G移動(dòng)通信技術(shù)目前在我國(guó)的適用現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，我國(guó)各行各業(yè)對(duì)于5G通信技術(shù)都有了較高的重視程度，越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，并且得到了一定的成果。時(shí)至今日，我國(guó)在通信技術(shù)方面早已實(shí)現(xiàn)了對(duì)文字、圖像以及語(yǔ)音等的高速傳輸，此方面的技術(shù)得到了很大進(jìn)步，對(duì)于各種形式下5G技術(shù)的應(yīng)用有了更全面的認(rèn)識(shí)。尤其是多點(diǎn)通信技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，運(yùn)用了不對(duì)稱設(shè)計(jì)，確保了手機(jī)和計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)間的靈活通信及多點(diǎn)控制，加快了我國(guó)在通信技術(shù)方面的發(fā)展?；谶@樣的情況，國(guó)內(nèi)通信企業(yè)必須要充分把握5G通信技術(shù)所帶來(lái)的機(jī)遇，發(fā)揮其在各個(gè)方面所具有的作用與價(jià)值，開(kāi)拓出符合我國(guó)國(guó)情的5G通信技術(shù)發(fā)展道路，研發(fā)出有著中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的5G移動(dòng)通信技術(shù)。做到這一點(diǎn)才可以進(jìn)一步改善當(dāng)前我國(guó)人民的生活，推動(dòng)人們生活與工作的智能化和便捷化發(fā)展，為我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的展望

隨著時(shí)間的不斷推進(jìn)，移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越大，所有人都不可避免地受到此技術(shù)的影響，在其作用之下，人們之間的聯(lián)系更加密切。4G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)使人們感受到了通信技術(shù)的重要性，改善了人們的生活與工作。在智能手機(jī)得到大范圍普及的背景下，越來(lái)越多的人都開(kāi)始通過(guò)手機(jī)進(jìn)行上網(wǎng)。對(duì)此，5G移動(dòng)通信技術(shù)必須要把握發(fā)展的機(jī)遇，通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)本就有的良好基礎(chǔ)，優(yōu)化并改進(jìn)技術(shù)結(jié)構(gòu)，提高5G移動(dòng)通信技術(shù)的服務(wù)水平，在更加廣泛的范圍內(nèi)應(yīng)用5G，使其作用得到最大程度的發(fā)揮。

4 結(jié) 論

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人們的生活中得到了深入應(yīng)用，人們對(duì)于寬帶業(yè)務(wù)有了越來(lái)越大的依賴，在此背景下，速度更快且容量更大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)是今后智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。所以，為確保人們可以更方便且快速地得到想要的網(wǎng)絡(luò)信息資源，努力提高數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)的水平，加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究力度，以此來(lái)為網(wǎng)絡(luò)傳輸提供更好的條件，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量。