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目 錄
摘要
簡介
基于分組交換的結(jié)構(gòu)－一種不同的方法
平臺的發(fā)展
硬件失效恢復(fù)
■ 摘 要
隨著電路交換網(wǎng)，無線網(wǎng)，分組交換網(wǎng)加速融合，基于IP的電信應(yīng)用為人們提供了許多令人興奮的新的機(jī)遇。伴隨著這些機(jī)遇，隨之而來的是把電信應(yīng)用從固定信令結(jié)構(gòu)（例如PCI）和時分復(fù)用（TDM）數(shù)據(jù)總線（例如H.110）轉(zhuǎn)移到基于包交換的結(jié)構(gòu)，特別是IP網(wǎng)絡(luò)。這篇文章將討論各種用于開發(fā)分組交換平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以迎接以上的挑戰(zhàn)。
讀 者
這篇文獻(xiàn)的主要讀者，是采用Dialogic IA/IXA/XScale硬件和編程接口(APIs)，設(shè)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(chǔ)設(shè)備的開發(fā)人員也會對本文感興趣，因為他們必須要考慮提供低成本的而且嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)的基于IP的服務(wù)，以提高對傳統(tǒng)的價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(tǒng)，計算機(jī)電話技術(shù)，TDM總線(例如，H.100,H.110)，CompactPCI，交換結(jié)構(gòu)如以太網(wǎng)或InfiniBand，以及系統(tǒng)和應(yīng)用的設(shè)計等。
■ 簡 介
基于IP的電信應(yīng)用提供了許多機(jī)遇。在一個開放的IP網(wǎng)絡(luò)中，可以在多個節(jié)點增加新業(yè)務(wù)，無論是核心節(jié)點還是邊緣節(jié)點。業(yè)界期望能夠涌現(xiàn)出無數(shù)新的應(yīng)用，它們能夠無縫地添加到標(biāo)準(zhǔn)的語音或數(shù)據(jù)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)將帶來的更大的靈活性，人們會對分組交換網(wǎng)絡(luò)的帶寬有更大的需求，并因此會增加網(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)成為不斷增長的自然資源。光纖網(wǎng)在過去的幾年里被廣泛的建立起來，并且必須為這些光纖網(wǎng)提供配套的基礎(chǔ)設(shè)備，以滿足帶寬的需求，同時給網(wǎng)絡(luò)提供商和業(yè)務(wù)提供商帶來收益。因此，基礎(chǔ)設(shè)備將在未來幾年得到更新，同時融合網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)會得到發(fā)展以滿足設(shè)備需求。當(dāng)應(yīng)用性能和核心網(wǎng)絡(luò)中超大規(guī)模、基于IP系統(tǒng)的可用性成為現(xiàn)實時，這種趨勢還會繼續(xù)下去。
目前狀況
從1994年CompactPCI開發(fā)成功以來，它已經(jīng)成為電信設(shè)備制造商的事實上的總線結(jié)構(gòu)。CompactPCI是對PCI總線標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用提供了一個耐用的接口。現(xiàn)在，超過400家公司設(shè)計或生產(chǎn)基于此項標(biāo)準(zhǔn)的板卡和系統(tǒng)。
在當(dāng)前的電信平臺中，典型的應(yīng)用是使用單板計算機(jī)（SBC）控制任意數(shù)量的非智能的線路板卡，這些板卡作為外圍設(shè)備連接在CompactPCI總線上。SBC通過中斷方式提供控制功能，由多個線路板卡共享。這些線路板卡一般支持電話或其它中斷設(shè)備的I/O接口，它們也可能使用數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)進(jìn)行語音處理，或?qū)Ω綄俚墓媒粨Q電話網(wǎng)的協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這些線路板卡之間的通訊，目的是從一個串行接口到另一個串行接口的數(shù)據(jù)交互，這些通訊由一條TDM總線上處理。幾乎沒有延遲。
向IP網(wǎng)過渡
在向IP結(jié)構(gòu)過渡的過程中，我們注意到其中的一些挑戰(zhàn)。首先，IP網(wǎng)既不是確定的，也不是0延遲的。這會影響一些應(yīng)用，但并不是所有的應(yīng)用都會受影響。以下是一些其它的挑戰(zhàn)。
冗長的協(xié)議
PSTN、無線、IP網(wǎng)（或?qū)Ｓ镁W(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，這些專用系統(tǒng)的接口使用了幾十個"標(biāo)準(zhǔn)"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(xiàn)有的電路交換網(wǎng)的信令系統(tǒng)來切換控制信息。
因此，關(guān)于在網(wǎng)絡(luò)的融合過程中將使用哪一種協(xié)議，我們必須達(dá)成長期協(xié)議。同時，定義了國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議來決定IP業(yè)務(wù)和新網(wǎng)絡(luò)怎樣在世界范圍內(nèi)實現(xiàn)無縫通訊。
集中式業(yè)務(wù)與邊緣業(yè)務(wù)
更進(jìn)一步，應(yīng)用是否應(yīng)該更集中，或應(yīng)該轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，在這方面也應(yīng)該達(dá)成一致。新開發(fā)的應(yīng)用首先出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣，這種現(xiàn)象并非罕見，甚至放在用戶設(shè)備（customer
premise equipment,CPE）上。這常常是一個顧客獲得具有期望特征的設(shè)備的唯一方式。但是，一旦完全開發(fā)出來之后，這些應(yīng)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(yīng)用得到普及，集中這些應(yīng)用的動力是業(yè)務(wù)提供商知道怎樣經(jīng)濟(jì)地、高質(zhì)量地為成千上萬的用戶提供服務(wù)。盡管如此，為終端用戶工作的平臺往往不符合傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)提供商的要求，并且，在這樣一種可用性要求達(dá)到99.999％的業(yè)務(wù)提供商的環(huán)境下，這些應(yīng)用不會存在下去。因此，需要一種新的結(jié)構(gòu)把這些應(yīng)用從網(wǎng)絡(luò)邊緣轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中心。
現(xiàn)在的一個完美的能清楚表明這種矛盾的例子是蜂窩語音郵件。有時將一個新的語音郵件送到在偏遠(yuǎn)地方旅行（例如在機(jī)場之間移動）的用戶手中要花幾天的時間。這是集中式應(yīng)用，邊緣應(yīng)用，還是分散式應(yīng)用？失敗的地方在哪里？為什么校正要花這么長的時間？
分散式應(yīng)用環(huán)境
人們普遍認(rèn)為，無論是集中式應(yīng)用還是邊緣應(yīng)用，都不能滿足所有的需求，并且新業(yè)務(wù)必須基于在整個網(wǎng)絡(luò)上支持分布式應(yīng)用環(huán)境的結(jié)構(gòu)開發(fā)，同時具有高質(zhì)量的業(yè)務(wù)平臺。分布式應(yīng)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(wěn)定的平臺管理標(biāo)準(zhǔn)
高可用性的系統(tǒng)要求從平臺到應(yīng)用的集中管理。通過為高層管理服務(wù)提供性能度量標(biāo)準(zhǔn)，所有業(yè)務(wù)應(yīng)用都要求穩(wěn)定的、管理功能強(qiáng)大的硬件平臺。反過來，這些度量標(biāo)準(zhǔn)必須通過高層管理層同應(yīng)用進(jìn)行通信。因此，平臺管理系統(tǒng)必須基于標(biāo)準(zhǔn)建立，包括標(biāo)準(zhǔn)的API，這些API使平臺管理系統(tǒng)可以同現(xiàn)有的計費系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、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(tǒng)的一部分會受到災(zāi)難性故障（也就是說，一個不能被系統(tǒng)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(shù)量的用戶的損害程度來定義。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足夠小范圍內(nèi)的錯誤。這樣，一個平臺可能降低提供服務(wù)的能力，但不會完全失效。
自我修復(fù)和定制
基于分布式應(yīng)用并且運行在下一代平臺上的結(jié)構(gòu)，不僅必須能夠減小風(fēng)險，而且在很大程度上應(yīng)該能夠自我修復(fù)。從業(yè)務(wù)應(yīng)用的角度看，大規(guī)模的電信設(shè)備中，由于失效硬件模塊而停止服務(wù)，由于過載并需要擴(kuò)展才能滿足服務(wù)要求的硬件系統(tǒng)，和由于簡單的新應(yīng)用而導(dǎo)致經(jīng)常終止服務(wù)，這3種情況之間幾乎沒有區(qū)別。在任何情況下，額外的系統(tǒng)資源，無論是在某個平臺，還是在另外一個附著在網(wǎng)絡(luò)上的平臺上，必須能夠承載和保持用戶服務(wù)，甚至承受由于額外用戶產(chǎn)生的超負(fù)荷。沒有這種能力，就不可能管理系統(tǒng)和運營可盈利的服務(wù)業(yè)務(wù)。
■ 基于分組交換的結(jié)構(gòu)－一種不同的方法
開始
今天，我們開始了基于IP應(yīng)用的快速發(fā)展，這些應(yīng)用需要的設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)邊緣為目標(biāo)，包括局用交換機(jī)（central office,CO）,無線基站，業(yè)務(wù)承租服務(wù)設(shè)備（tenant
service facilities,BTS），所有類型的服務(wù)提供商（service providers，xSPs）和用戶設(shè)備（customer
premise equipment，CPE）。
我們來看一下一個基本的CompactPCI電信系統(tǒng)，以及由于支持基于IP的服務(wù)將帶來的進(jìn)展。首先我們討論一下由于分組交換底板（packet
switched backplane,PSB）可能帶來的集成，以及邏輯上能夠升級到下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基于標(biāo)準(zhǔn)的模塊。我們還將討論什么時候特定的應(yīng)用和服務(wù)將升級。
第一代CompactPCI電信系統(tǒng)
在一個第一代CompactPCI電信系統(tǒng)中（圖1），單主板的計算機(jī)是PCI總線控制器。在這個例子中，一條PCI總線的功能是控制一套電話串行卡和PSTN接口卡。串行卡和PSTN接口之間的數(shù)據(jù)通過一條H.110總線（CompactPCI版本的H.100規(guī)范）傳輸。H.110總線是數(shù)據(jù)平面。本地語音信道之間的通信不通過PSTN而只通過H.110總線。外部通信也通過H.110總線，但是它接著送出到PSTN總線。
CompactPCI總線是中斷驅(qū)動的，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(shù)據(jù)總線為各個數(shù)據(jù)傳輸分配時隙。這種低時延的總線為實時應(yīng)用提供了優(yōu)異的性能。一個IP網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）接口能起到管理接入點或電信系統(tǒng)的管理點的作用。這樣的系統(tǒng)或許可以用作基本的計算機(jī)電話應(yīng)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(tǒng)中來。例如語音郵件、主叫號碼、呼叫前轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)、連接在以用戶資源管理（customer
resource management,CRM）為目的的caller ID的系統(tǒng)等。這些額外增加的服務(wù)，通常是孤立系統(tǒng)，通過一個外部網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)進(jìn)行互連（圖2）。
其它新業(yè)務(wù)，例如IP話音（VoIP），如果要達(dá)到理想的性能，就需要電信系統(tǒng)內(nèi)部的集成，增加一塊網(wǎng)關(guān)板卡，作為附屬在CompactPCI總線和H.110總線上的外圍設(shè)備�，F(xiàn)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CompactPCI系統(tǒng)已經(jīng)開始發(fā)揮越來越大的作用，但是分析整個解決方案（圖4）表明，增加機(jī)箱里的額外的服務(wù)，并且增加接口，為將來進(jìn)一步集成提供許多機(jī)會。這個過渡由分組交換底板（packet
switched backplane,PSB）規(guī)范開始。
分組交換底板規(guī)范
在2000年10月，PCI工業(yè)計算機(jī)生產(chǎn)商組織（industry computer manufacturers
group,ICMG）開始定義CompactPCI分組交換底板規(guī)范，這個規(guī)范描述了在一塊CompactPCI底板（圖5）上的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)交換插槽。如果目前已經(jīng)描述過的各種各樣的邊緣解決方案可行的話，長遠(yuǎn)的目標(biāo)則是將各種總線結(jié)構(gòu)的能力集中到單一的、基于分組交換的體系結(jié)構(gòu)中。
圖6的設(shè)置表明，在一個集成的分組交換底板解決方案中，這種最開始基于幾種不同機(jī)箱而開發(fā)的解決方案可能看起來象什么。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(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)交換的集成特性，以提供任意插槽（節(jié)點）和以太網(wǎng)交換插槽兩者之間的物理連接。有著特定的串行卡，可能是語音處理卡，SDSL集中器，或一塊VoIP網(wǎng)關(guān)卡，通過使用在這些卡上的CompactPCI控制平面和H.110數(shù)據(jù)平面得以實現(xiàn)。（為了清晰，額外的不被使用的CompactPCI總線部分，和相關(guān)的H.110總線部分，在圖6中忽略）
現(xiàn)在被集成到這個平臺中的應(yīng)用服務(wù)器，利用PSB來提供連接。有了這種連接，就不需要外部底盤和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)連線和交換機(jī)。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)造了一個靈活的可管理的基于標(biāo)準(zhǔn)的平臺。
遠(yuǎn)不只高密度，無線互連
它們都很重要，但是分組交換結(jié)構(gòu)比高密度服務(wù)器和無線互連更重要。
以太網(wǎng)交換
目前，結(jié)構(gòu)的性能受到了交換速度的限制。由PICMG 2.16規(guī)范定義的PSB結(jié)構(gòu)，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(qiáng)的功能。
目前，每個節(jié)點帶有兩個1 Gigabit以太網(wǎng)上行端口的以太網(wǎng)接入點，結(jié)構(gòu)交換卡將為每個節(jié)點提供10/100 Megabit的支持。硅片將在整個非阻塞型內(nèi)部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生能支持Gigabit以太網(wǎng)接入點的結(jié)構(gòu)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(nèi)部點對點通信將需要更多電信應(yīng)用，而不是更快的上行速率。例如，語音識別和語音接入。
這對于利用CompactPCI總線來控制和H.110數(shù)據(jù)總線的當(dāng)前的CompactPCI結(jié)構(gòu)預(yù)示著什么？ 它們會給像以太網(wǎng)或者InfiniBand的結(jié)構(gòu)讓路嗎？除了十分小的系統(tǒng),100
Megabit以太網(wǎng)或者甚至Gigabit以太網(wǎng)將不滿足規(guī)模龐大、而且可以升級的系統(tǒng)的要求，這種系統(tǒng)要求PCI總線有確定性功能或者TDM總線的等待時間接近零。
這意味著，對于帶有分組交換底板的第一代平臺，CompactPCI和H.110總線將經(jīng)常保持不變。當(dāng)安裝CompactPCI系統(tǒng)的外圍插槽時，具有"drone方式"功能的服務(wù)器SBC能從PCI總線上斷開，這樣就允許在PSB上連接多個服務(wù)器。
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