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目 錄
摘要
簡(jiǎn)介
基于分組交換的結構－一種不同的方法
平臺的發(fā)展
硬件失效恢復
■ 摘 要
隨著(zhù)電路交換網(wǎng)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，分組交換網(wǎng)加速融合，基于IP的電信應用為人們提供了許多令人興奮的新的機遇。伴隨著(zhù)這些機遇，隨之而來(lái)的是把電信應用從固定信令結構（例如PCI）和時(shí)分復用（TDM）數據總線(xiàn)（例如H.110）轉移到基于包交換的結構，特別是IP網(wǎng)絡(luò )。這篇文章將討論各種用于開(kāi)發(fā)分組交換平臺的系統結構，以迎接以上的挑戰。
讀 者
這篇文獻的主要讀者，是采用Dialogic IA/IXA/XScale硬件和編程接口(APIs)，設計基于分組交換的產(chǎn)品和平臺的技術(shù)決策者和工程師。電信基礎設備的開(kāi)發(fā)人員也會(huì )對本文感興趣，因為他們必須要考慮提供低成本的而且嚴格符合標準的基于IP的服務(wù)，以提高對傳統的價(jià)格昂貴的基于電路交換的服務(wù)的競爭優(yōu)勢。
讀者將熟悉以下知識并從中受益，這些知識包括：電信交換系統，計算機電話(huà)技術(shù)，TDM總線(xiàn)(例如，H.100,H.110)，CompactPCI，交換結構如以太網(wǎng)或InfiniBand，以及系統和應用的設計等。
■ 簡(jiǎn) 介
基于IP的電信應用提供了許多機遇。在一個(gè)開(kāi)放的IP網(wǎng)絡(luò )中，可以在多個(gè)節點(diǎn)增加新業(yè)務(wù)，無(wú)論是核心節點(diǎn)還是邊緣節點(diǎn)。業(yè)界期望能夠涌現出無(wú)數新的應用，它們能夠無(wú)縫地添加到標準的語(yǔ)音或數據業(yè)務(wù)中，只要符合基于支持IP協(xié)議的產(chǎn)品之間的互操作性。由于新的提供商體驗到集成服務(wù)將帶來(lái)的更大的靈活性，人們會(huì )對分組交換網(wǎng)絡(luò )的帶寬有更大的需求，并因此會(huì )增加網(wǎng)絡(luò )提供者和服務(wù)提供者的收益。
網(wǎng)絡(luò )帶寬已經(jīng)成為不斷增長(cháng)的自然資源。光纖網(wǎng)在過(guò)去的幾年里被廣泛的建立起來(lái)，并且必須為這些光纖網(wǎng)提供配套的基礎設備，以滿(mǎn)足帶寬的需求，同時(shí)給網(wǎng)絡(luò )提供商和業(yè)務(wù)提供商帶來(lái)收益。因此，基礎設備將在未來(lái)幾年得到更新，同時(shí)融合網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)會(huì )得到發(fā)展以滿(mǎn)足設備需求。當應用性能和核心網(wǎng)絡(luò )中超大規模、基于IP系統的可用性成為現實(shí)時(shí)，這種趨勢還會(huì )繼續下去。
目前狀況
從1994年CompactPCI開(kāi)發(fā)成功以來(lái)，它已經(jīng)成為電信設備制造商的事實(shí)上的總線(xiàn)結構。CompactPCI是對PCI總線(xiàn)標準的改進(jìn)，它為需要如熱交換，熱插拔和高可用性等功能的應用提供了一個(gè)耐用的接口。現在，超過(guò)400家公司設計或生產(chǎn)基于此項標準的板卡和系統。
在當前的電信平臺中，典型的應用是使用單板計算機（SBC）控制任意數量的非智能的線(xiàn)路板卡，這些板卡作為外圍設備連接在CompactPCI總線(xiàn)上。SBC通過(guò)中斷方式提供控制功能，由多個(gè)線(xiàn)路板卡共享。這些線(xiàn)路板卡一般支持電話(huà)或其它中斷設備的I/O接口，它們也可能使用數字信號處理(DSP)技術(shù)進(jìn)行語(yǔ)音處理，或對附屬的公用交換電話(huà)網(wǎng)的協(xié)議進(jìn)行轉換。這些線(xiàn)路板卡之間的通訊，目的是從一個(gè)串行接口到另一個(gè)串行接口的數據交互，這些通訊由一條TDM總線(xiàn)上處理。幾乎沒(méi)有延遲。
向IP網(wǎng)過(guò)渡
在向IP結構過(guò)渡的過(guò)程中，我們注意到其中的一些挑戰。首先，IP網(wǎng)既不是確定的，也不是0延遲的。這會(huì )影響一些應用，但并不是所有的應用都會(huì )受影響。以下是一些其它的挑戰。
冗長(cháng)的協(xié)議
PSTN、無(wú)線(xiàn)、IP網(wǎng)（或專(zhuān)用網(wǎng)，或因特網(wǎng)）的融合，為服務(wù)提供商提供了增加新的增值業(yè)務(wù)的便捷方法。目前，這些專(zhuān)用系統的接口使用了幾十個(gè)"標準"協(xié)議。其中大部分協(xié)議必須使用從分組交換網(wǎng)絡(luò )到現有的電路交換網(wǎng)的信令系統來(lái)切換控制信息。
因此，關(guān)于在網(wǎng)絡(luò )的融合過(guò)程中將使用哪一種協(xié)議，我們必須達成長(cháng)期協(xié)議。同時(shí)，定義了國際標準協(xié)議來(lái)決定IP業(yè)務(wù)和新網(wǎng)絡(luò )怎樣在世界范圍內實(shí)現無(wú)縫通訊。
集中式業(yè)務(wù)與邊緣業(yè)務(wù)
更進(jìn)一步，應用是否應該更集中，或應該轉移到網(wǎng)絡(luò )邊緣，在這方面也應該達成一致。新開(kāi)發(fā)的應用首先出現在網(wǎng)絡(luò )邊緣，這種現象并非罕見(jiàn)，甚至放在用戶(hù)設備（customer
premise equipment,CPE）上。這常常是一個(gè)顧客獲得具有期望特征的設備的唯一方式。但是，一旦完全開(kāi)發(fā)出來(lái)之后，這些應用往往趨向于返還到業(yè)務(wù)提供商或者使業(yè)務(wù)集中到核心網(wǎng)絡(luò )。一旦這些應用得到普及，集中這些應用的動(dòng)力是業(yè)務(wù)提供商知道怎樣經(jīng)濟地、高質(zhì)量地為成千上萬(wàn)的用戶(hù)提供服務(wù)。盡管如此，為終端用戶(hù)工作的平臺往往不符合傳統的業(yè)務(wù)提供商的要求，并且，在這樣一種可用性要求達到99.999％的業(yè)務(wù)提供商的環(huán)境下，這些應用不會(huì )存在下去。因此，需要一種新的結構把這些應用從網(wǎng)絡(luò )邊緣轉移到網(wǎng)絡(luò )中心。
現在的一個(gè)完美的能清楚表明這種矛盾的例子是蜂窩語(yǔ)音郵件。有時(shí)將一個(gè)新的語(yǔ)音郵件送到在偏遠地方旅行（例如在機場(chǎng)之間移動(dòng)）的用戶(hù)手中要花幾天的時(shí)間。這是集中式應用，邊緣應用，還是分散式應用？失敗的地方在哪里？為什么校正要花這么長(cháng)的時(shí)間？
分散式應用環(huán)境
人們普遍認為，無(wú)論是集中式應用還是邊緣應用，都不能滿(mǎn)足所有的需求，并且新業(yè)務(wù)必須基于在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )上支持分布式應用環(huán)境的結構開(kāi)發(fā)，同時(shí)具有高質(zhì)量的業(yè)務(wù)平臺。分布式應用具有高度的可裁剪性，不要求整體升級，并且新增的硬件必須顯式地提供新的或更多的資源。
穩定的平臺管理標準
高可用性的系統要求從平臺到應用的集中管理。通過(guò)為高層管理服務(wù)提供性能度量標準，所有業(yè)務(wù)應用都要求穩定的、管理功能強大的硬件平臺。反過(guò)來(lái)，這些度量標準必須通過(guò)高層管理層同應用進(jìn)行通信。因此，平臺管理系統必須基于標準建立，包括標準的API，這些API使平臺管理系統可以同現有的計費系統、管理系統、管理工具和高層業(yè)務(wù)進(jìn)行通信。
故障范圍
故障范圍是指系統的一部分會(huì )受到災難性故障（也就是說(shuō)，一個(gè)不能被系統冗余能力控制的事件）。而且，故障范圍的大小由一次故障對定義數量的用戶(hù)的損害程度來(lái)定義。從業(yè)務(wù)提供商的角度看，業(yè)務(wù)平臺必須能夠包含容忍一個(gè)足夠小范圍內的錯誤。這樣，一個(gè)平臺可能降低提供服務(wù)的能力，但不會(huì )完全失效。
自我修復和定制
基于分布式應用并且運行在下一代平臺上的結構，不僅必須能夠減小風(fēng)險，而且在很大程度上應該能夠自我修復。從業(yè)務(wù)應用的角度看，大規模的電信設備中，由于失效硬件模塊而停止服務(wù)，由于過(guò)載并需要擴展才能滿(mǎn)足服務(wù)要求的硬件系統，和由于簡(jiǎn)單的新應用而導致經(jīng)常終止服務(wù)，這3種情況之間幾乎沒(méi)有區別。在任何情況下，額外的系統資源，無(wú)論是在某個(gè)平臺，還是在另外一個(gè)附著(zhù)在網(wǎng)絡(luò )上的平臺上，必須能夠承載和保持用戶(hù)服務(wù)，甚至承受由于額外用戶(hù)產(chǎn)生的超負荷。沒(méi)有這種能力，就不可能管理系統和運營(yíng)可盈利的服務(wù)業(yè)務(wù)。
■ 基于分組交換的結構－一種不同的方法
開(kāi)始
今天，我們開(kāi)始了基于IP應用的快速發(fā)展，這些應用需要的設備以網(wǎng)絡(luò )邊緣為目標，包括局用交換機（central office,CO）,無(wú)線(xiàn)基站，業(yè)務(wù)承租服務(wù)設備（tenant
service facilities,BTS），所有類(lèi)型的服務(wù)提供商（service providers，xSPs）和用戶(hù)設備（customer
premise equipment，CPE）。
我們來(lái)看一下一個(gè)基本的CompactPCI電信系統，以及由于支持基于IP的服務(wù)將帶來(lái)的進(jìn)展。首先我們討論一下由于分組交換底板（packet
switched backplane,PSB）可能帶來(lái)的集成，以及邏輯上能夠升級到下一代網(wǎng)絡(luò )結構的基于標準的模塊。我們還將討論什么時(shí)候特定的應用和服務(wù)將升級。
第一代CompactPCI電信系統
在一個(gè)第一代CompactPCI電信系統中（圖1），單主板的計算機是PCI總線(xiàn)控制器。在這個(gè)例子中，一條PCI總線(xiàn)的功能是控制一套電話(huà)串行卡和PSTN接口卡。串行卡和PSTN接口之間的數據通過(guò)一條H.110總線(xiàn)（CompactPCI版本的H.100規范）傳輸。H.110總線(xiàn)是數據平面。本地語(yǔ)音信道之間的通信不通過(guò)PSTN而只通過(guò)H.110總線(xiàn)。外部通信也通過(guò)H.110總線(xiàn)，但是它接著(zhù)送出到PSTN總線(xiàn)。
CompactPCI總線(xiàn)是中斷驅動(dòng)的，并且提供了對附屬CompactPCI外圍串行卡的確定性的控制。TDM，H.110數據總線(xiàn)為各個(gè)數據傳輸分配時(shí)隙。這種低時(shí)延的總線(xiàn)為實(shí)時(shí)應用提供了優(yōu)異的性能。一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò )（以太網(wǎng)）接口能起到管理接入點(diǎn)或電信系統的管理點(diǎn)的作用。這樣的系統或許可以用作基本的計算機電話(huà)應用，例如商用PBX。另外，IP接口可能被用作接入新的增值業(yè)務(wù)。
如果合適，額外的服務(wù)也許被增加到使用IP連接的系統中來(lái)。例如語(yǔ)音郵件、主叫號碼、呼叫前轉、數據服務(wù)、連接在以用戶(hù)資源管理（customer
resource management,CRM）為目的的caller ID的系統等。這些額外增加的服務(wù)，通常是孤立系統，通過(guò)一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò )和交換機進(jìn)行互連（圖2）。
其它新業(yè)務(wù)，例如IP話(huà)音（VoIP），如果要達到理想的性能，就需要電信系統內部的集成，增加一塊網(wǎng)關(guān)板卡，作為附屬在CompactPCI總線(xiàn)和H.110總線(xiàn)上的外圍設備。現在，有了額外硬件（網(wǎng)關(guān)板卡）和VoIP的額外軟件，充分利用VoIP性能就成為可能（圖3）。
這個(gè)CompactPCI系統已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮越來(lái)越大的作用，但是分析整個(gè)解決方案（圖4）表明，增加機箱里的額外的服務(wù)，并且增加接口，為將來(lái)進(jìn)一步集成提供許多機會(huì )。這個(gè)過(guò)渡由分組交換底板（packet
switched backplane,PSB）規范開(kāi)始。
分組交換底板規范
在2000年10月，PCI工業(yè)計算機生產(chǎn)商組織（industry computer manufacturers
group,ICMG）開(kāi)始定義CompactPCI分組交換底板規范，這個(gè)規范描述了在一塊CompactPCI底板（圖5）上的結構和結構交換插槽。如果目前已經(jīng)描述過(guò)的各種各樣的邊緣解決方案可行的話(huà)，長(cháng)遠的目標則是將各種總線(xiàn)結構的能力集中到單一的、基于分組交換的體系結構中。
圖6的設置表明，在一個(gè)集成的分組交換底板解決方案中，這種最開(kāi)始基于幾種不同機箱而開(kāi)發(fā)的解決方案可能看起來(lái)象什么。建立在CompactPCI
PICMG 2.16兼容平臺上，這種解決方案充分利用了有背板結構的以太網(wǎng)交換的集成特性，以提供任意插槽（節點(diǎn)）和以太網(wǎng)交換插槽兩者之間的物理連接。有著(zhù)特定的串行卡，可能是語(yǔ)音處理卡，SDSL集中器，或一塊VoIP網(wǎng)關(guān)卡，通過(guò)使用在這些卡上的CompactPCI控制平面和H.110數據平面得以實(shí)現。（為了清晰，額外的不被使用的CompactPCI總線(xiàn)部分，和相關(guān)的H.110總線(xiàn)部分，在圖6中忽略）
現在被集成到這個(gè)平臺中的應用服務(wù)器，利用PSB來(lái)提供連接。有了這種連接，就不需要外部底盤(pán)和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )連線(xiàn)和交換機。把這些服務(wù)帶到優(yōu)異的CompactPCI平臺，進(jìn)一步提高了服務(wù)的可靠性和可用性，為各種基于IP的解決方案創(chuàng )造了一個(gè)靈活的可管理的基于標準的平臺。
遠不只高密度，無(wú)線(xiàn)互連
它們都很重要，但是分組交換結構比高密度服務(wù)器和無(wú)線(xiàn)互連更重要。
以太網(wǎng)交換
目前，結構的性能受到了交換速度的限制。由PICMG 2.16規范定義的PSB結構，要求支持最大為1 Gigabit雙向以太網(wǎng)速度，目前用于交換的硅片和相關(guān)物理接口芯片要求CompactPCI板卡具有更多可用的物理空間和更強的功能。
目前，每個(gè)節點(diǎn)帶有兩個(gè)1 Gigabit以太網(wǎng)上行端口的以太網(wǎng)接入點(diǎn)，結構交換卡將為每個(gè)節點(diǎn)提供10/100 Megabit的支持。硅片將在整個(gè)非阻塞型內部結構中產(chǎn)生能支持Gigabit以太網(wǎng)接入點(diǎn)的結構交換卡。自然地，增加更快的上行鏈路將受到歡迎。但是，人們期望PSB內部點(diǎn)對點(diǎn)通信將需要更多電信應用，而不是更快的上行速率。例如，語(yǔ)音識別和語(yǔ)音接入。
這對于利用CompactPCI總線(xiàn)來(lái)控制和H.110數據總線(xiàn)的當前的CompactPCI結構預示著(zhù)什么？ 它們會(huì )給像以太網(wǎng)或者InfiniBand的結構讓路嗎？除了十分小的系統,100
Megabit以太網(wǎng)或者甚至Gigabit以太網(wǎng)將不滿(mǎn)足規模龐大、而且可以升級的系統的要求，這種系統要求PCI總線(xiàn)有確定性功能或者TDM總線(xiàn)的等待時(shí)間接近零。
這意味著(zhù)，對于帶有分組交換底板的第一代平臺，CompactPCI和H.110總線(xiàn)將經(jīng)常保持不變。當安裝CompactPCI系統的外圍插槽時(shí)，具有"drone方式"功能的服務(wù)器SBC能從PCI總線(xiàn)上斷開(kāi)，這樣就允許在PSB上連接多個(gè)服務(wù)器。
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