首頁>>廠商>>工控機(jī)廠商>>凌華科技

CompactPCI架構(gòu)在3G通訊系統(tǒng)中的RNC應(yīng)用

2004/02/12

　　[摘要] CompactPCI技術(shù)是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)通過背板實(shí)現(xiàn)高速互連的一種非常實(shí)用的開放標(biāo)準(zhǔn)。本文簡(jiǎn)要介紹了CompactPCI技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合在第三代移動(dòng)通訊系統(tǒng)中的一個(gè)RNC應(yīng)用例子，來說明CompactPCI在不斷更新的技術(shù)浪潮中仍然保持了穩(wěn)健的市場(chǎng)應(yīng)用。
　　[關(guān)鍵詞] PICMG 2.16, 帶寬，單點(diǎn)故障，無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC), 網(wǎng)絡(luò)接口控制器，網(wǎng)絡(luò)處理器

CompactPCI技術(shù)的發(fā)展

　　自從1994年提出了CompactPCI的技術(shù)規(guī)范PICMG2.0，許多原先基于用戶自定義的，彼此無法兼容的平臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被這種開放式的，有著良好兼容性的，高可靠性的技術(shù)所取代，在工業(yè)控制，醫(yī)療，航空航天和通信等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

　　尤其是由于CompactPCI的熱插拔特性以及現(xiàn)場(chǎng)可替換部件(FRU)的設(shè)計(jì)，并結(jié)合軟硬件的冗余備份機(jī)制，可以使系統(tǒng)在保持5個(gè)9（即每年5.26分鐘的總停機(jī)時(shí)間）的高可用性的同時(shí)，給系統(tǒng)帶來良好的易維護(hù)性，使得CompactPCI在通信領(lǐng)域的應(yīng)用一直呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)。現(xiàn)在，在諸如媒體網(wǎng)關(guān)（VoIP，VoATM,7號(hào)信令網(wǎng)關(guān)等），Internet 路由器，軟交換，下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)，業(yè)務(wù)服務(wù)器(Feature Server)等設(shè)備中都隨處可見CompactPCI的應(yīng)用。

　　在技術(shù)和產(chǎn)品演進(jìn)的歷程中，隨著用戶對(duì)總線帶寬的要求不斷提高，廣泛應(yīng)用的32bit,33MHz的CompactPCI的極限帶寬133MB/s在某些應(yīng)用上就成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。為了適應(yīng)這個(gè)帶寬需求，2001年9月，PICMG協(xié)會(huì)發(fā)布PICMG 2.16 封包交換背板規(guī)格，該規(guī)格對(duì)于在一個(gè)CompactPCI架構(gòu)里業(yè)務(wù)插槽與交換插槽之間進(jìn)行10/100/1000M以太網(wǎng)互聯(lián)做了詳細(xì)定義，每個(gè)業(yè)務(wù)插槽都可以通過PICMG 2.16背板與另外一個(gè)業(yè)務(wù)插槽實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)1Gb/s的高速互連，而且這個(gè)連接是冗余備份的，這樣，對(duì)于一個(gè)有著18個(gè)業(yè)務(wù)槽位的系統(tǒng)，其最高吞吐量就可以高達(dá)18Gb/s。IP互連帶來的另一個(gè)好處是：在數(shù)據(jù)平面已經(jīng)轉(zhuǎn)移到以太網(wǎng)上之后，PCI總線只用作相對(duì)簡(jiǎn)單的，完全沒有帶寬壓力的控制平面，或者干脆舍棄，用更加簡(jiǎn)潔的PICMG 2.9的串行總線（IPMI）來取而代之，這樣系統(tǒng)插槽的存在就變得沒有必要了，消除了PCI總線可能導(dǎo)致的單點(diǎn)故障之后，應(yīng)用程序利用現(xiàn)今系統(tǒng)的IP互連，和IPMI協(xié)同工作就可以構(gòu)成可靠性更高的系統(tǒng)，下一個(gè)目標(biāo)是6個(gè)9（即每年30秒的總停機(jī)時(shí)間）。

　　按照這個(gè)設(shè)計(jì)理念，各個(gè)平臺(tái)產(chǎn)品廠家都分別推出了各具特色的基于PICMG 2.16的系統(tǒng)，其中摩托羅拉計(jì)算機(jī)部的多業(yè)務(wù)平臺(tái)（MXP, Muti-Service Platform）就是其中之一，它最大的特點(diǎn)是舍棄了PCI總線，改由PICMG 2.9串行總線和以太網(wǎng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理，不再區(qū)分系統(tǒng)插槽和業(yè)務(wù)插槽，同時(shí)，為了滿足更高性能的處理器對(duì)供電的需求，單槽位的供電能力也從傳統(tǒng)上的30W提高到50W。以下，結(jié)合一個(gè)在第三代移動(dòng)通訊系統(tǒng)中用于RNC的方案，來說明不斷更新的CompactPCI技術(shù)對(duì)應(yīng)用需求的適配。

第三代移動(dòng)通訊(3G)系統(tǒng)中的一個(gè)RNC應(yīng)用例子

　　隨著3G牌照即將在2004年發(fā)放的呼聲此起彼伏，3G的標(biāo)準(zhǔn)完善和研發(fā)都已經(jīng)進(jìn)入到實(shí)質(zhì)性階段。為了加速產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度，保持資源的重復(fù)利用和軟件投資，各大設(shè)備制造商都傾向于采用通用的統(tǒng)一平臺(tái)來構(gòu)建3G系統(tǒng)。其中，采用基于CompactPCI平臺(tái)的占大多數(shù)。以下選取一個(gè)典型應(yīng)用，就是用作無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）節(jié)點(diǎn)。在3G架構(gòu)中，我們通常劃分成用戶設(shè)備（UE）,無線接入網(wǎng)（UTRAN） 和核心網(wǎng)（CN）三部分，如圖1。

圖1 3G架構(gòu)示意圖

　　UTRAN為用戶端的移動(dòng)電話、其它無線設(shè)備（如PDA, 便攜計(jì)算機(jī)等）提供到有線網(wǎng)絡(luò)的連接，它包括B節(jié)點(diǎn)（Node B）和RNC。核心網(wǎng)則包括傳統(tǒng)電路交換連接和IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　從Node B到RNC的接口稱為IuB,它包含語音，數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，RNC負(fù)責(zé)控制和管理Node B,相當(dāng)于2G網(wǎng)絡(luò)中的基站控制器（BSC）。RNC的另一側(cè)有三種類型的接口，分別是：　
●RNC 到RNC之間的接口，稱為IuR；
●RNC到核心網(wǎng)媒體網(wǎng)關(guān)電路交換側(cè)，稱為IuCS；
●RNC到核心網(wǎng)IP交換側(cè)，稱為IuPS．

　　這些接口的數(shù)據(jù)特性和處理要求各不相同，這就要求在設(shè)計(jì)RNC的時(shí)候綜合考慮，取好平衡點(diǎn)，最大限度發(fā)揮系統(tǒng)的效能。通常我們衡量一個(gè)RNC性能的重要指標(biāo)是它能支持的用戶密度。比如一個(gè)實(shí)際RNC的工程規(guī)范：
在線用戶：2000－20，000 數(shù)據(jù)速率： 每個(gè)用戶200Kb/s
網(wǎng)絡(luò)接口控制器：STM-1 (OC3光口)－ATM 覆蓋率：1.5 －2個(gè)蜂窩小區(qū)

　　當(dāng)然，可支持的用戶密度會(huì)因用戶的業(yè)務(wù)類型而變化，例如，因特網(wǎng)瀏覽和短消息業(yè)務(wù)會(huì)使得可支持的用戶數(shù)減少。為了有一個(gè)通用的具有同比性的指標(biāo)作參考，大家都習(xí)慣用"愛爾蘭"（Erlangs）作單位來表征RNC的容量。利用摩托羅拉計(jì)算機(jī)部的多業(yè)務(wù)平臺(tái)（MXP），加上封包處理資源板（PPRB,Packet Process Resource Board）,系統(tǒng)管理板和內(nèi)置的PICMG 2.16 IP交換板,在這個(gè)21槽位，總高12U的機(jī)框中就構(gòu)成了一個(gè)完整的RNC,其最大容量可以達(dá)到4500愛爾蘭。

　　這個(gè)示例RNC的結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 基于21槽MXP平臺(tái)的RNC示意圖

· 6塊 PPRB 用作Iu接口控制器
· PPRB是一塊6U CPCI板型的網(wǎng)絡(luò)處理器板卡，它的核心為一個(gè)摩托羅拉公司的C5網(wǎng)絡(luò)處理器，加上一個(gè)Broadcom公司的BCM1250作為協(xié)處理器，用于上層協(xié)議和控制平面的處理。在這里，PPRB提供雙STM1網(wǎng)絡(luò)接口用于連接Iu 和IuB，每個(gè)接口都會(huì)收到三種類型的封包，AAL2格式的語音包，AAL5格式的數(shù)據(jù)包，AAL5格式的控制信息包。
· 12塊 PPRB 用作選擇器，負(fù)責(zé)用戶平面的處理。
· 2塊 IP 交換板提供背板PICMG 2.16 以太網(wǎng)的點(diǎn)到點(diǎn)互連。
· 2塊通用CPU板負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理和高可靠性應(yīng)用。

　　在這個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)于RNC的需求都可以得到滿足。例如：提供到WAN的 STM-1接口，提供到NodeB/Base Stations 的STM-1接口，終結(jié)/處理ATM AAL2,和ATM AAL5, 幀中繼, 千兆以太網(wǎng)。具體的信號(hào)流程在此限于篇幅，不作詳細(xì)敘述。由于PPRB單板提供了高達(dá)7400MIPS的處理能力，加上高度優(yōu)化的包處理資源，并且結(jié)合PICMG 2.16背板作為高速通道，每個(gè)單板可以支持到450愛爾蘭的用戶平面，這樣集成在一個(gè)機(jī)框中就可實(shí)現(xiàn)高達(dá)4500愛爾蘭容量的RNC。

結(jié)束語

　　技術(shù)的發(fā)展日新月異，當(dāng)基于PICMG 2.16千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用正如火如荼時(shí)，一些用戶又已經(jīng)碰到了新的挑戰(zhàn)，應(yīng)用對(duì)速度和帶寬的需求仿佛沒有止境。更大的機(jī)箱，更強(qiáng)的供電能力，更高的帶寬，更靈活的用戶自定義接口，這是AdvancedTCA為用戶描繪的下一代平臺(tái)，這相信對(duì)大多數(shù)用戶來說已經(jīng)不是什么嶄新概念了，雖然AdvancedTCA離真正實(shí)用可能還有較長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期，但PICMG協(xié)會(huì)也積極參與制定和完善用于下一代平臺(tái)的板間互連標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)訂立草案的有：


PICMG 3.1 1-10 Gigabit 基于以太網(wǎng)
PICMG 3.2 1-10 Gigabit 基于Infiniband
PICMG 3.3 1-10 Gigabit 基于Star Fabric
PICMG 3.? 1-10 Gigabit 基于RapidIO

　　技術(shù)的進(jìn)步就是這樣不斷推陳出新，我們期待更加先進(jìn)和適用的技術(shù)能為生活帶來更大的便利和樂趣。

參考文獻(xiàn)
[1] 電子工業(yè)出版社，"第三代移動(dòng)通信：歐洲的先進(jìn)技術(shù)（上下卷）"，【美】Ramjee Prasad 編著，楊曉春，何建吾等譯 2002年3月。
[2] 北京郵電大學(xué)出版社，"第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)－WCDMA", 張平/等編著
[3] CompactPCI Specification Revision 2.1,PICMG authorized copy, September 2,1997
[4] White Paper, "Using the MXP Platform for an R99 3G Radio Network Controller", Chuck Hill, System Architect of Motorola Computer Group, Feb 2002
[5] PCI System Architecture (Fourth Edition), Mindshare Inc, Tom Shanley/Don Anderson,Feb 2000

凌華科技供稿 CTI論壇編輯