AdvancedTCA與MicroTCA打造電信市場的COTS平臺
3G網(wǎng)絡(luò)獲利最豐

2006/09/20

　 圖 1: 3G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　如圖 1所示，3G網(wǎng)絡(luò)中包含兩個主要的網(wǎng)域：無線接入網(wǎng)（RAN）與核心網(wǎng)（CN）。無線接入網(wǎng)（RAN）提供移動用戶的無線覆蓋，根據(jù)用戶密度與話務(wù)密度建立蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)，其主要網(wǎng)元是移動基站（Node B）、基站控制器（RNC）與用于匯聚流量、接入控制的邊緣網(wǎng)關(guān)：SGSN (Serving General Packet Radio Service Support Node)是3G網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器，GGSN (Gateway General Packet Radio Service Support Node)是3G無線接入網(wǎng)域與IP網(wǎng)域的網(wǎng)關(guān)，如3G 核心網(wǎng)與因特網(wǎng)之間。

　　核心網(wǎng)是基于IP網(wǎng)絡(luò)，并擁有以下網(wǎng)元：

• 會話控制器，例如IMS 業(yè)務(wù)的CSCF（Call Session Control Function），用于封裝用戶與多媒體的會話；又如呼叫服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器，以及信令網(wǎng)關(guān)，用于處理TDM類型的PSTN或PLMN業(yè)務(wù)。



• AAA服務(wù)器，用于用戶會話的鑒權(quán)，授權(quán)和計費。具體的例子如HLR/HSS，是保存用戶基本信息、信用記錄及業(yè)務(wù)信息等內(nèi)容的設(shè)備。



• 媒體服務(wù)器，對音頻、視呼媒體（含傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)）媒體進行處理與分發(fā)的設(shè)備，可用于網(wǎng)絡(luò)中分發(fā)電視、電影等視頻資料。中繼網(wǎng)關(guān)是一種特殊的媒體服務(wù)器，用于傳送3G核心網(wǎng)與傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡(luò)間的語音。

　　圖 2:無線網(wǎng)絡(luò)中的 ATCA 與 MicroTCA

　　圖2展示了ATCA 與 MicroTCA在無線網(wǎng)絡(luò)中的典型應(yīng)用領(lǐng)域。mTCA明確地帶有緊湊型系統(tǒng)的特點，而網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備的選擇往往取決于其尺寸，即安裝空間。在接入層，mTCA可用于實現(xiàn)TD-SCDMA、WCDMA與固網(wǎng)中的接入單元，如Node B、RNC、SGSN，以及各種基站、基站控制器、基于諸如WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的接入服務(wù)器。對于大型系統(tǒng)，ATCA 更適合，并與ATCA的先驅(qū)—CPCI解決方案一道，以其高性能的處理器、IP交換能力應(yīng)用于諸如VoIP服務(wù)器和其它邊緣設(shè)備。

　　在匯聚層與核心網(wǎng)，對高可用性、傳輸容量與事務(wù)處理能力要求很高。ATCA通常是高性能的最佳選擇。mTCA與ATCA可對電信網(wǎng)中要求的操作性與高可用性提供與生俱來的支撐，而其它IT技術(shù)卻做不到。ATCA與mTCA作為一種系統(tǒng)技術(shù)，是電信級業(yè)務(wù)與商用組件之間自然而然的選擇。

　　低成本、廣泛布署的積木

　　AdvancedTCA適用于通信核心網(wǎng)絡(luò)，因其為達到電信級可靠性（99,999%）要求而做的特別設(shè)計，擁有廣泛的應(yīng)用空間。ATCA含有內(nèi)建的機箱管理系統(tǒng)，進行錯誤、告警與配置管理。為了做到這一點，ATCA板卡也都實現(xiàn)IPMI（Intelligent Peripheral Management Interface）接口。

　　為了實現(xiàn)高密度計算與存儲，ATCA板卡可以加載夾層卡，即高級夾層卡（AMC，Advanced Mezzanine Card，一種PICMG定義的夾層卡標(biāo)準(zhǔn)）。AMC支持熱插拔，并被集成入機箱管理體系，它可用于ATCA載板，也可用于專有板卡。

　　MicroTCA技術(shù)源于ATCA與AMC，把AMC模塊直接插入相應(yīng)的背板，是一種特別緊湊且高性能的設(shè)計。MircoTCA系統(tǒng)也是PICMG的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其規(guī)范剛剛于2006年7月份獲得通過。mTCA的目的是在一個緊湊系統(tǒng)中重用AMC模塊。mTCA的靈活性與其兩個重要組件的杰出設(shè)計是分不開的，一是背板，二是MicroTCA控制交換模塊（MCH），用于管理機箱內(nèi)的板卡與交換互連。

　　ATCA 與 mTCA一覽

　　ATCA 與 mTCA含有以下部件：

• 硬件模塊：ATCA板卡包括計算、互連、AMC載板；AMC模塊包括計算、存儲、輸入輸出以及信號處理；以及ATCA 機箱、mTCA 機箱。



• 軟件模塊：機箱管理軟件、BIOS、操作系統(tǒng)、HA（high-availability）中間件及可視化中間件。
  
  
• 集成與認證：提供評估與開發(fā)系統(tǒng)，工程與設(shè)計支持，系統(tǒng)預(yù)集成與應(yīng)用級平臺。

圖3 ATCA系統(tǒng)

　　控創(chuàng)是mTCA的重要推動者

　　控創(chuàng)是新發(fā)布的mTCA Release 1標(biāo)準(zhǔn)的重要推動者。mTCA的設(shè)計目標(biāo)包括：與ATCA兼容，低啟動成本，支持所有AMC規(guī)格，容量與可靠性可伸縮，支持電信環(huán)境要求支持機箱管理、熱插拔特性。因此，mTCA 把ATCA的應(yīng)用領(lǐng)域擴展到接入網(wǎng)及所有對緊湊設(shè)計與高性能有要求的領(lǐng)域，使成本敏感的系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移到商用組件的平臺上。

　　第一套遵循新頒布的標(biāo)準(zhǔn)，并可用于演示與評估的mTCA系統(tǒng)已經(jīng)誕生了，圖4所示是其樣機 。mTCA依賴于AMC模塊，并反過來促進這種緊湊、靈活的模塊得以應(yīng)用。今天，業(yè)界主要廠商已經(jīng)在為mTCA 系統(tǒng)評估提供相應(yīng)的AMC模塊。

圖4 mTCA評估系統(tǒng)

　　控創(chuàng)的ATCA板卡與AMC模塊

　　ATCA板卡可以分成以下類別：

• 處理板： ATCA系統(tǒng)的計算核心。高端解決方案允許通過基本接口與交換接口對外提供大容量互連，并支持兩個AMC模塊，如可插存儲模塊以擴展存儲容量。處理板可提供從單核處理器到兩個雙核處理器的配置，以滿足對計算能力的不同需要。



• 交換板：用于結(jié)點板的互連，可支持擁有基本接口與交換接口的14-16槽ATCA系統(tǒng)。為了提高設(shè)計的緊湊性，它們同樣采用兩個AMC槽來擴展多種靈活用途，如實現(xiàn)機箱互連。



• AMC模塊載板：AMC載板最多提供4個AMC槽，可根據(jù)應(yīng)用需要配置不同功能的模塊，如信號處理卡與處理專有協(xié)議的接口卡。AMC載板是緊湊與靈活兩全的方案，可與其它專用的ATCA板卡相媲美，并擁有眾多商用AMC組件的支持。

• 處理器模塊（CPU模塊）：用于增強計算能力。CPU模塊不僅可以與其它AMC模塊一樣通過基本接口的GbE與外界互連，并在交換接口上支持PCI-Express。


• 存儲模塊：支持SATA或可靠性更高的SAS硬盤。



• 接口模塊：提供連接其它外部系統(tǒng)的接口。邊緣網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)的主要接口是具有端口匯聚與VLAN功能的千兆以太網(wǎng)，一個AMC模塊提供4個千兆以太網(wǎng)接口，可連接基本接口與交換接口，承載基于IP的3G控制協(xié)議。在接入網(wǎng)域，可采用AMC模塊提供其它接口，如面向ISDN或CS7的E1/T1、面向ATM或 POS 的STM-1/OC3 與 STM-4/OC12.接口。



• 數(shù)字信號處理模塊（DSP模塊）：數(shù)字信號處理模塊在3G網(wǎng)絡(luò)是必不可少的，廣泛用于語音、視頻轉(zhuǎn)碼、視頻流、錄音錄像處理、電話會議及信號音處理中。AMC模塊提供可達8個DSP的處理能力，DSP之間以10Gbits/s的速率交換數(shù)據(jù)。同時，通過GbE、 PCI -Express、 Serial Rapid IO 或Fibre Channel等互連技術(shù)， ATCA 與AMC的架構(gòu)保證了DSP與機箱內(nèi)其它板卡及外界系統(tǒng)間的連接通道能達到10Gbits/s。

圖5 ATCA樣機配置示意圖

　　圖5所示的是一個緊湊型ATCA系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)機箱可支持多達16槽的完整系統(tǒng)，而這個精簡系統(tǒng)縮減了槽位，但可提供更高的ATCA載板間互連能力，這是因為緊湊型的ATCA系統(tǒng)可以將更多的背板空間用于板間互連。

　　圖中ATCA系統(tǒng)適用于高性能呼叫服務(wù)器、IMS服務(wù)器及應(yīng)用服務(wù)器。除了緊湊的機箱結(jié)構(gòu)，它還可以使用AMC模塊，如用存儲模塊擴展存儲能力，用DSP模塊處理媒體流。

　　mTCA 延襲了ATCA的設(shè)計原則。大量的AMC組件給緊湊的mTCA系統(tǒng)帶來了許多靈活性，但是在系統(tǒng)設(shè)計時也需注意一些個性化的需求，并與背板與MCH保持一致。圖6是一個支持全冗余的mTCA系統(tǒng)。

　　MCH是mTCA中的交換模塊，但是由于mTCA對緊湊性的要求，在MCH上集成更多的功能，如系統(tǒng)管理與對其它AMC模塊的維護功能。MCH可向每個AMC模塊提供1GbE的基本互連，并可采用其它互連技術(shù)實現(xiàn)高容量的AMC互連與系統(tǒng)上連。

圖6 mTCA配置示意圖

　　mTCA的互連技術(shù)包括GbE,、PCI-Express、SATA/SAS, Fibre Channel 與Serial Rapid IO，這些技術(shù)的實現(xiàn)都需要MCH與背板的配合。同時，mTCA支持全冗余配置，其冗余、大容量互連與高吞吐能力是其它技術(shù)不能匹敵的。mTCA是滿足電信級需求的緊湊型設(shè)計。

　　圖中樣機的配置是一個具有高互連容量的全冗余系統(tǒng)，支持多種不同的傳輸機制，實現(xiàn)了與外部系統(tǒng)高性能上連及通過雙星拓撲結(jié)構(gòu)連接AMC模塊；SAS/SATA接口連接存儲設(shè)備；PCI-Express連接I/O設(shè)備與CPU板。同時，還可以通過串行快速I/O提供DSP模塊間高速互連。

　　緊湊型設(shè)計帶來了操作有效性與低成本的好處。一旦被市場接受，mTCA的市場容量將會很大，客戶將從龐大的市場規(guī)模中得到很高的成本效益。由于ATCA做的前期努力，已經(jīng)有很多種AMC產(chǎn)品面市了，隨著MicroTCA Release 1.0標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，mTCA這種新興技術(shù)立即展現(xiàn)出了極大的潛力。最終，ATCA與mTCA將成為基于標(biāo)準(zhǔn)化硬件平臺的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重要選擇，它們定位于解決互操作性瓶頸，已經(jīng)成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，AMC模塊更易于布署，且不僅限于通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域�？貏�(chuàng)將一如既往地致力于為業(yè)界提供關(guān)鍵部件、系統(tǒng)、解決方案的開發(fā)、設(shè)計、評估、工程支持。

控創(chuàng)公司供稿　CTI論壇編輯