基于ATCA或MicroTCA的獨(dú)立信令網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

2009/07/17

　　信令網(wǎng)關(guān)用于橋接下一代IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的包交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)，處理的主要是呼叫建立、控制和計(jì)費(fèi)等信號(hào)。網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)要求融合IP協(xié)議、傳統(tǒng)的交換電路協(xié)議、操作系統(tǒng)、管理以及高可靠性的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。MicroTCA、AdvancedMC硬件和現(xiàn)成軟件可以提供構(gòu)建模塊用于開發(fā)獨(dú)立的信令網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的網(wǎng)關(guān)很容易隨著IP電話需求的增加而進(jìn)一步擴(kuò)展。

　　電話需要兩種類型的網(wǎng)關(guān)：一種是用來(lái)處理話音、視頻和數(shù)據(jù)的媒體網(wǎng)關(guān)；另一種是用來(lái)處理呼叫控制的信令網(wǎng)關(guān)。一些歐洲的電話系統(tǒng)使用相同的物理鏈路同時(shí)傳送這兩種信號(hào)，因此媒體和信令網(wǎng)關(guān)可以是同一設(shè)備。但包括北美地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的其它系統(tǒng)是在不同的物理鏈路上傳送信令和媒體這兩種信號(hào)的，因此開發(fā)人員可以將媒體和信令網(wǎng)關(guān)分割成獨(dú)立的單元。

　　同時(shí)滿足上述兩種部署方案的方法之一是創(chuàng)建以模塊形式存在的獨(dú)立信令網(wǎng)關(guān)。這種網(wǎng)關(guān)可以用作兩種系統(tǒng)中的組件或構(gòu)建模塊。這樣的模塊可以插入可用的AMC站點(diǎn)，從而創(chuàng)建出作為一個(gè)系統(tǒng)單元的組合式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。這種模塊也可以用作純信令網(wǎng)關(guān)的基礎(chǔ)，只需簡(jiǎn)單地增加更多的網(wǎng)關(guān)模塊就能滿足不斷增長(zhǎng)的呼叫量需求。

　　網(wǎng)關(guān)模塊的硬件設(shè)計(jì)必須提供PSTN接口，這些端口通常要處理每個(gè)SS7鏈路上64kbps數(shù)據(jù)速率的E1/T1/J1 PSTN信號(hào)，或者成組使用時(shí)的高速鏈路(透明和ATM鏈路)。網(wǎng)關(guān)還內(nèi)置能夠運(yùn)行PSTN與IP網(wǎng)絡(luò)堆棧的處理器和至少兩個(gè)IP端口，如千兆以太網(wǎng)連接，因此它們有冗余鏈路連接到IP網(wǎng)絡(luò)。雖然這看起來(lái)簡(jiǎn)單，但獨(dú)立網(wǎng)關(guān)模塊的設(shè)計(jì)可能是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

　　為滿足電信需要，網(wǎng)關(guān)必須被設(shè)計(jì)成在99.999%時(shí)間里都能可靠工作。這要求網(wǎng)關(guān)能理軟硬件故障，同時(shí)保持連續(xù)的服務(wù)。升級(jí)和/或替換硬件和軟件的能力是支持99.999%的另一項(xiàng)重要措施，要求網(wǎng)關(guān)具備負(fù)載均衡和故障轉(zhuǎn)移的軟件冗余能力。此外，支撐這些軟件的硬件，包括模塊、機(jī)架、電源模塊、風(fēng)扇和互連，必須檢測(cè)和響應(yīng)系統(tǒng)故障(使用冗余硬件)，提供熱插拔功能，并支持軟件/固件升級(jí)機(jī)制。

　　系統(tǒng)管理支持也是必需的，因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)一般在“黑盒”似的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，在工作過(guò)程中沒(méi)有操作人員介入。因此它需要具有硬件及協(xié)議棧操作的自我管理功能，包括故障檢測(cè)和響應(yīng)等。此外，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中第一次安裝網(wǎng)關(guān)時(shí)，設(shè)計(jì)需要支持網(wǎng)關(guān)操作的設(shè)置和控制。

　　滿足網(wǎng)關(guān)需要的xTCA規(guī)范

　　減少挑戰(zhàn)難度的方法之一是使用基礎(chǔ)架構(gòu)，這種基礎(chǔ)架構(gòu)能夠提供模塊/刀片要求的功能，從而讓設(shè)計(jì)師集中精力做好網(wǎng)關(guān)功能的設(shè)計(jì)。高級(jí)電信計(jì)算架構(gòu)(ATCA)和MicroTCA(一起被稱為xTCA)都是能夠滿足這些系統(tǒng)需求的開放規(guī)范。許多供應(yīng)商已經(jīng)成功開發(fā)出基于這些規(guī)范的系統(tǒng)構(gòu)建模塊。

　　這樣，在開始時(shí)設(shè)計(jì)基于ATCA或MicroTCA規(guī)范的信令網(wǎng)關(guān)之前，很多工作都已完成，它們就是來(lái)自不同提供商的現(xiàn)成硬件和軟件。這些規(guī)范的控制機(jī)構(gòu)PICMG(PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商組織)啟動(dòng)了一個(gè)互操作性程序來(lái)提升互操作性能，從而讓設(shè)計(jì)師有更多時(shí)間完成組件的混合和匹配。

　　ATCA和MicroTCA都使用模塊化設(shè)計(jì)方法在其組件中創(chuàng)建了系統(tǒng)管理和熱插拔功能。作為這種方法的一部分，高級(jí)夾層卡(AMC)最初就是針對(duì)ATCA靈活性的擴(kuò)展而開發(fā)的(通過(guò)為I/O等目標(biāo)提供可熱插拔的夾層卡)，后來(lái)經(jīng)過(guò)擴(kuò)展變成了MicroTCA的基礎(chǔ)部分。

　　在ATCA中，AMC安裝在較大的系統(tǒng)卡或刀片之上，然后一起插入系統(tǒng)背板。在MicroTCA中，相同的AMC卡直接插在背板上。這樣，一個(gè)通用的AMC設(shè)計(jì)不加修改就可以在系統(tǒng)中使用，因此具有很大的可擴(kuò)展性。

　　ATCA和MicroTCA架構(gòu)為高可用性系統(tǒng)提供內(nèi)在的支持。每個(gè)AMC模塊都有一個(gè)模塊管理控制器(MMC)，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊電源、操作和背板連接的遠(yuǎn)程控制。

　　對(duì)于MicroTCA來(lái)說(shuō)，機(jī)箱內(nèi)的MCH(MicroTCA carrier hub)提供系統(tǒng)管理以及與每個(gè)模塊的MMC的交互功能(圖1)。在ATCA系統(tǒng)中，這些功能由子架管理控制器和支持AMC的ATCA卡上的IPMC共同完成。MCH和MMC之間的交互能使MCH打開或關(guān)閉AMC，詢問(wèn)AMC，甚至取消它們的背板訪問(wèn)功能，因此MCH能夠提供模塊級(jí)的電子鍵控、故障檢測(cè)和故障隔離等服務(wù)。

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)