撩開(kāi)電信標準的神秘面紗
Stuart Jamieson 2008/05/05
專(zhuān)有設計曾經(jīng)主宰電信設備市場(chǎng)，不過(guò)成本壓力和技術(shù)的快速演進(jìn)改變了這一現狀。主要設備供應商越來(lái)越多地采用基于開(kāi)放式標準的設計方案，從而為元器件和板級供應商、系統集成商以及軟件提供商創(chuàng )造了大量的機會(huì )。不過(guò)，要想在電信市場(chǎng)上取得成功，還要求研發(fā)團隊能夠處理好不斷變化的大量電信標準。
電信曾經(jīng)是一個(gè)完整的縱向型產(chǎn)業(yè)，由單個(gè)公司即可提供從用戶(hù)端設備經(jīng)中心局一直到與廣域網(wǎng)連接的所有產(chǎn)品。但這一業(yè)務(wù)模型被幾個(gè)趨勢所打破。技術(shù)的快速變化導致新電信服務(wù)的不斷涌現，并刺激了最終用戶(hù)對提升服務(wù)以及新業(yè)務(wù)的需求日益增加。所有這一切都極大地增加了電信設備的復雜度。
為了保持競爭力，電信設備供應商不得不從專(zhuān)有設計轉變成基于開(kāi)放式標準的設計。基于標準和規范的設計提供了許多優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)鼓勵具有強大功能的商用構建模塊的開(kāi)發(fā)，標準有利于縮短系統設計和研發(fā)時(shí)間。由于這些模塊并非針對單一系統而設計，它們的市場(chǎng)規模將有助于降低系統生產(chǎn)成本。這些市場(chǎng)同樣還鼓勵成本降低和激勵創(chuàng )新兩方面的競爭。因此，開(kāi)放式標準將有助于電信設備供應商更成功地解決電信業(yè)所面臨的所有問(wèn)題。
電信業(yè)中流行的開(kāi)放標準和規范源自于個(gè)人計算機的行業(yè)應用。最早出現的這類(lèi)標準之一就是由PCI工業(yè)計算機制造組織(PICMG)開(kāi)發(fā)的CompactPCI。該標準將Euro卡式模塊和耐用性引入系統設計，從而使得IBM類(lèi)型的PC可以適應非臺式應用。
ATCA可以滿(mǎn)足電信需求
為了滿(mǎn)足電信系統在可靠性和可用性方面的要求，PICMG建立了一個(gè)非PC標準，該標準提供了相同類(lèi)型的耐用性模塊化系統設計-先進(jìn)電信計算架構(ATCA)。ATCA規范整合了許多功能，如交換式串行背板、單個(gè)模塊的遠程系統管理、熱交換功能以及實(shí)現高可靠性架構的配置等，可以滿(mǎn)足電信設計中的所有常見(jiàn)需求。
為了提高ATCA設計的模塊化性能，PICMG開(kāi)發(fā)了高級夾層卡(AMC)規范。在A(yíng)TVA卡上放置這些模塊后就可以使它們訪(fǎng)問(wèn)背板連接，因此這些模塊可以用來(lái)定制ATCA卡上的I/O，并用來(lái)裝載處理器和存儲外設。一塊ATCA卡最多能夠放4個(gè)AMC模塊(見(jiàn)圖1)，因此設計師用一個(gè)卡即可實(shí)現多種不同的配置。就像ATCA卡一樣，AMC模塊同樣可以實(shí)現單個(gè)模塊的遠程系統管理和熱交換功能。
圖1：PICMG的ATCA板級定義，允許利用也用在MicroTCA中的AdvancedMC模塊來(lái)實(shí)現模塊化的板級設計。(愛(ài)默生網(wǎng)絡(luò )電源公司提供)
AMC模塊的容量以及他們的熱交換和遠程管理功能使得他們能夠提供與ATCA相同類(lèi)型的功能，雖然性能可能會(huì )差一些。PICMG已經(jīng)利用這種AMC功能定義了一個(gè)體積更小、成本更低的的電信系統標準-MicroTCA，該標準只利用直接插入背板的AMC模塊。MicroTCA系統使用同樣的AMC模塊以及實(shí)際上與ATCA系統中相同的軟件，因此可以幫助設計師利用通用開(kāi)放式標準構建模塊來(lái)創(chuàng )建各種系統。
電信開(kāi)放式標準/規范的軟件部分包括了Linux操作系統(OS)。Linux操作系統是一個(gè)免版稅產(chǎn)品，可以從為使用操作系統的開(kāi)發(fā)商提供服務(wù)和支持的許多供應商處獲得。在與cPCI、ATCA、AMC以及MicroTCA硬件一起使用時(shí)，Linux操作系統可以被電信系統的開(kāi)發(fā)商當作一個(gè)標準的設計組件使用，它能提供專(zhuān)有系統設計無(wú)法比擬的低成本、多供應商選擇和不斷創(chuàng )新等特點(diǎn)。
應用軟件標準的出現
不過(guò)，硬件和操作系統也只是電信系統設計的基礎，還需要大量的應用軟件，目的是解決全球范圍內的系統互操作性，滿(mǎn)足規范的要求，并提供供應商特殊服務(wù)升級。用來(lái)生成系統軟件單元的開(kāi)放式標準和規范與硬件一起有助于縮短系統開(kāi)發(fā)時(shí)間并降低成本。這類(lèi)軟件標準目前正在出現，其結果將是形成一個(gè)用于解決電信系統設計問(wèn)題的復雜的和擴展的標準生態(tài)系統。
圖2：電信系統軟件被組織起來(lái)為開(kāi)發(fā)商提供內部關(guān)聯(lián)的構建模塊，這些模塊可以從不同的廠(chǎng)商獲得，然后組裝起來(lái)構成系統軟件。(來(lái)自服務(wù)可用性論壇)
開(kāi)始理解標準/規范生態(tài)系統的方法之一是查看電信系統的架構(見(jiàn)圖2)，然后將各種標準/規范與該架構中的單元進(jìn)行匹配。當然，架構始建于系統硬件平臺。一個(gè)標準硬件平臺會(huì )利用ATCA和 AMC或者M(jìn)icroTCA和AMC硬件。
架構的下一層是操作系統。這里所選的操作系統是Linux，因為它既是一種開(kāi)放式標準，又是一個(gè)免版稅的系統。但Plain-vanilla Linux不具備電信系統所需的一些高可用性功能。這就要求操作系統提供商將系統升級到運營(yíng)商級(CG)的Linux。運營(yíng)商級的Linux與業(yè)務(wù)可用性中間件層、系統管理軟件以及硬件平臺接口一道構成了電信系統的軟件基礎。這些軟件模塊提供的一些服務(wù)和功能，例如故障檢測、故障轉移響應和熱交換管理，都是Linux本身不具備的，但又是高可用性設計所必需的。
為了讓電信系統開(kāi)發(fā)商能夠將精力集中在應用程序開(kāi)發(fā)和新服務(wù)上，而不是普通的系統操作上，還需要額外的中間件。這些中間件用來(lái)抽象底層系統，以便開(kāi)發(fā)商能夠將程序寫(xiě)入到標準應用程序接口(API)，同時(shí)還能夠在任何一款基于標準的系統設計上運行。
該架構的頂層是應用軟件。沒(méi)有增值可能的某些應用程序也可以被標準化。其余的是電信系統開(kāi)發(fā)商的“專(zhuān)長(cháng)”，通常可以提供一些獨特的服務(wù)或增強的性能，從而幫助供應商提高產(chǎn)品的競爭能力。
符合系統架構的開(kāi)放式標準
為了建立電信系統而進(jìn)行的開(kāi)放式標準和規范開(kāi)發(fā)工作基本上遵循與系統設計一樣的架構。系統各層需要其自己的文件集，因此業(yè)界成立了許多工業(yè)協(xié)會(huì )來(lái)開(kāi)發(fā)這些要求。結果是需要開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的標準和規范生態(tài)系統，其中某些小組負責解決特定層的開(kāi)發(fā)，而另外一些小組則負責解決各層間的接口以及協(xié)調整個(gè)工作。
圖3：制定電信開(kāi)源標準的行業(yè)組織基本上遵從圖中所示的系統設計架構。(愛(ài)默生網(wǎng)絡(luò )電源公司提供)
電信標準生態(tài)系統的的架構始于開(kāi)放平臺構建模塊(見(jiàn)圖3)。這些模塊包括ATCA和其他系統硬件、運營(yíng)商級的Linux以及一些服務(wù)中間件。由于這些模塊通常來(lái)自于不同的供應商，故標準工作包括各層間的接口定義，目的是簡(jiǎn)化將這些模塊組合成系統基礎的工作。
有幾個(gè)組織負責開(kāi)放平臺標準的定義。其中PCI工業(yè)計算機制造商組織(PICMG)已經(jīng)定義了電路板和機箱標準，包括ATCA、AMC以及MicroTCA。Linux協(xié)會(huì )則開(kāi)發(fā)了基于運營(yíng)商級Linux的操作系統標準。業(yè)務(wù)可用性論壇(SAF)負責處理高可用性系統設計方面的特殊需求，并且定義了各個(gè)構建模塊必須提供的管理功能和接口。摩托羅拉ECC還建立了一個(gè)叫做OpenSAF的組織，負責SAF應用接口規范(AIS)的開(kāi)源實(shí)現工作。
為了輔助上述電信硬件和軟件構建模塊的提供商，電信業(yè)自身已開(kāi)始定義參考系統框架協(xié)議，這些協(xié)議將根據設備執行的任務(wù)以及所要實(shí)現的功能描述各類(lèi)電信設備的硬件和軟件需求。這些協(xié)議還為開(kāi)發(fā)商提供了具體的產(chǎn)品目標，這就有利于確保構建模塊提供商定義的標準/規范足夠滿(mǎn)足電信設備開(kāi)發(fā)商的需求。目前有許多這樣的框架協(xié)議，包括基于A(yíng)TCA和MicroTCA的中心局系統硬件框架、操作系統框架以及基本平臺中間件框架。
業(yè)界還開(kāi)發(fā)出了一個(gè)類(lèi)似的參考設計集來(lái)指導應用接口的開(kāi)發(fā)。該參考設計應用框架包含了用軟件實(shí)現的所有系統程序，并且與平臺硬件設計彼此隔離。它為軟件標準/規范開(kāi)發(fā)商提供了特定的產(chǎn)品設計目標，以便為他們的開(kāi)發(fā)工作提供指導。目前，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制器和多媒體網(wǎng)關(guān)參考設計框架都有現成的，它們是在國際電信聯(lián)盟 (ITU) 的開(kāi)放電信架構論壇(OCAF)興趣小組的指導下開(kāi)發(fā)出來(lái)的。
互操作性是CP-TA關(guān)注的指標
雖然標準和規范的不斷發(fā)展一直是為了確保開(kāi)發(fā)商能夠生產(chǎn)出系統集成商可隨時(shí)根據需要組合使用的產(chǎn)品構建模塊，但他們總是留下一些細節問(wèn)題需要加以解釋。這種模糊性常常會(huì )導致互操作性問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，并確保開(kāi)發(fā)商能夠正確地執行標準，必須執行某種形式的獨立測試。在電信生態(tài)系統中，有許多行業(yè)組織可以提供部件級測試和驗證以及系統級測試。
對于硬件級的互操作性測試，PICMG設立了一系列的互操作性實(shí)驗室，供應商可以聚集在這里共同測試他們的規范實(shí)現。但這種實(shí)驗室測試不能為供應商的客戶(hù)提供擔保。為了解決這個(gè)問(wèn)題，并涵蓋系統級的軟硬件互操作性，業(yè)界又設立了一個(gè)叫做通信平臺貿易協(xié)會(huì )(CP-TA)的組織。該組織最關(guān)心ATCA系統，已經(jīng)為這種系統創(chuàng )建了測試步驟手冊(TPM)和互操作性認證文件(ICD)。
由于上述所有的協(xié)議、框架、接口、硬件以及軟件標準是由不同的組織在開(kāi)發(fā)(見(jiàn)表1)，業(yè)界可以從一個(gè)能夠提供市場(chǎng)保護傘、同時(shí)能夠協(xié)調并為所有標準制定機構提供系統級指導的機構獲取利益，這樣的機構就是Mountain View 聯(lián)盟 (MVA)，它由來(lái)自各個(gè)組織的代表組成。MVA的目標就是協(xié)調這些組織的開(kāi)發(fā)工作，使得他們能夠互惠互利并避免重疊。另外，MVA還提供了一個(gè)營(yíng)銷(xiāo)手段，可以用來(lái)促進(jìn)并鼓勵各種標準/規范的開(kāi)發(fā)和實(shí)現。
設立MVA的原因是，由于對電信系統需求的解釋不一，開(kāi)發(fā)工作可能會(huì )走到偏離的軌道上，這方面存在著(zhù)一個(gè)很大的風(fēng)險。器件供應商組織，像PICMG、Linux協(xié)會(huì )以及SA論壇，都是根據電信設備制造商(TEMS)的常見(jiàn)需求在工作。而TEMS則通過(guò)SCOPE工作，并根據他們所收集的信息以及有時(shí)候一些個(gè)別需求來(lái)定義要求。
借助SA論壇、Linux協(xié)會(huì )以及SCOPE力量而正在開(kāi)發(fā)的應用標準與底層平臺架構無(wú)關(guān)。結果如果不加控制的話(huà)很容易導致軟件標準/規范和硬件標準/規范的背離。因此MVA和CP-TA組織正在確保所有事宜能相互適配，并彌補由于各自工作的分離所造成的標準生態(tài)系統中所留下的差距。
當然，使用標準構建模塊開(kāi)發(fā)創(chuàng )建電信系統所需的開(kāi)放式標準的工作也并非都是依靠上述組織自身。雖然他們對設計決策具有最直接的影響，但這些工作必須相互協(xié)調，這與業(yè)界關(guān)注系統設計各個(gè)方面的工作是類(lèi)似的。類(lèi)似行業(yè)工作的一個(gè)例子是光纖互聯(lián)論壇(OIF)，它關(guān)注的是電信系統中的光通信鏈路。該組織與供應鏈上的所有公司-從半導體商到系統供應商-一道工作，為了解決各種問(wèn)題而達成實(shí)現協(xié)議，為了確保互操作性而制訂了光網(wǎng)絡(luò )中各單元的創(chuàng )建規范。
也有一些行業(yè)組織監視網(wǎng)絡(luò )的行為，并對系統設計施加約束條件。例如，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)就是用戶(hù)、開(kāi)發(fā)商、研究機構以及其他興趣小組聯(lián)合組成的機構，負責監視互聯(lián)網(wǎng)及其運作。該組織制訂了設備設計需要支持的行為標準，并支持其他組織制訂的有助于確保互聯(lián)網(wǎng)連續運行的標準和規范。
挑戰在于如何保持同步
由于有上述這么多(甚至更多)組織機構共同參與工作，這對于研發(fā)電信器件或系統的公司來(lái)說(shuō)，如何保持與標準的制訂工作一致是極大的挑戰。當然，對于這些新進(jìn)入市場(chǎng)的公司來(lái)說(shuō)，對這些標準/規范保持一個(gè)通用的理解是關(guān)鍵(見(jiàn)Box " Standards Snapshot)。為了具備競爭能力，這些產(chǎn)品必須符合標準。進(jìn)一步講，如果這些基于標準的設計成功的話(huà)，這些產(chǎn)品必須被證明能夠與其他提供商的產(chǎn)品具備互操作性。
有兩種方法可以使這些公司緊跟最新潮流。一種方法是真正投入精力來(lái)獲得所需的經(jīng)驗。這首先要求熟悉所有相關(guān)的標準和規范和適用范圍及應用。其次，公司必須成為各類(lèi)組織機構的會(huì )員，以便確保能夠及時(shí)獲得最新的更新，并洞悉標準和規范的演進(jìn)。這些工作要求有專(zhuān)職的人員負責，以確保能夠與眾多標準同步。
另一種方法是與像愛(ài)默生這樣已經(jīng)加入標準機構的供應商合作。這類(lèi)供應商已經(jīng)對最新標準和規范以及將來(lái)可能的變化有了深入的了解。這方面的經(jīng)驗將確保這些供應商的產(chǎn)品能夠緊跟潮流，具備互操作性，并能為未來(lái)的系統升級提供一個(gè)成長(cháng)通道。選用這樣的產(chǎn)品作為構建模塊，開(kāi)發(fā)商才能真正實(shí)現符合當前和未來(lái)行業(yè)規范并具有競爭力的設計。
在電信領(lǐng)域，某些應用所采用的傳統專(zhuān)有設計方案正在迅速退出。這類(lèi)設計的實(shí)現越來(lái)越困難，而且成本太高。現成的商用設計方案(COTS)正在取而代之。而COTS所需的開(kāi)放式標準也已經(jīng)出現并已證明是行之有效的。這些標準還在不斷演進(jìn)。在TEM的指導下，可確保基于這些標準的產(chǎn)品能夠符合電信需求。此外，業(yè)界在自主管理方面正在逐步成熟。像MVA和CP-TA等新興組織正在為標準的持續演進(jìn)以及系統中各組成單元的認證提供總的指導，從而確保了作為COTS設計基礎的互操作性。
因此，電信系統開(kāi)發(fā)商要想確保其設計具有競爭力，不僅要熟悉相關(guān)的各種標準，還要與不斷演進(jìn)的標準和規范制訂工作保持同步。保持同步對于進(jìn)入市場(chǎng)是至關(guān)重要的。開(kāi)發(fā)商必須要么自己培養掌握豐富的經(jīng)驗知識，要么就從其他供應商那里獲取經(jīng)驗知識。
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