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摘要
简介
基于分组交换的结构－一种不同的方法
平台的发展
硬件失效恢复
■ 摘 要
随着电路交换网，无线网，分组交换网加速融合，基于IP的电信应用为人们提供了许多令人兴奋的新的机遇。伴随着这些机遇，随之而来的是把电信应用从固定信令结构（例如PCI）和时分复用（TDM）数据总线（例如H.110）转移到基于包交换的结构，特别是IP网络。这篇文章将讨论各种用于开发分组交换平台的系统结构，以迎接以上的挑战。
读 者
这篇文献的主要读者，是采用Dialogic IA/IXA/XScale硬件和编程接口(APIs)，设计基于分组交换的产品和平台的技术决策者和工程师。电信基础设备的开发人员也会对本文感兴趣，因为他们必须要考虑提供低成本的而且严格符合标准的基于IP的服务，以提高对传统的价格昂贵的基于电路交换的服务的竞争优势。
读者将熟悉以下知识并从中受益，这些知识包括：电信交换系统，计算机电话技术，TDM总线(例如，H.100,H.110)，CompactPCI，交换结构如以太网或InfiniBand，以及系统和应用的设计等。
■ 简 介
基于IP的电信应用提供了许多机遇。在一个开放的IP网络中，可以在多个节点增加新业务，无论是核心节点还是边缘节点。业界期望能够涌现出无数新的应用，它们能够无缝地添加到标准的语音或数据业务中，只要符合基于支持IP协议的产品之间的互操作性。由于新的提供商体验到集成服务将带来的更大的灵活性，人们会对分组交换网络的带宽有更大的需求，并因此会增加网络提供者和服务提供者的收益。
网络带宽已经成为不断增长的自然资源。光纤网在过去的几年里被广泛的建立起来，并且必须为这些光纤网提供配套的基础设备，以满足带宽的需求，同时给网络提供商和业务提供商带来收益。因此，基础设备将在未来几年得到更新，同时融合网络的技术会得到发展以满足设备需求。当应用性能和核心网络中超大规模、基于IP系统的可用性成为现实时，这种趋势还会继续下去。
目前状况
从1994年CompactPCI开发成功以来，它已经成为电信设备制造商的事实上的总线结构。CompactPCI是对PCI总线标准的改进，它为需要如热交换，热插拔和高可用性等功能的应用提供了一个耐用的接口。现在，超过400家公司设计或生产基于此项标准的板卡和系统。
在当前的电信平台中，典型的应用是使用单板计算机（SBC）控制任意数量的非智能的线路板卡，这些板卡作为外围设备连接在CompactPCI总线上。SBC通过中断方式提供控制功能，由多个线路板卡共享。这些线路板卡一般支持电话或其它中断设备的I/O接口，它们也可能使用数字信号处理(DSP)技术进行语音处理，或对附属的公用交换电话网的协议进行转换。这些线路板卡之间的通讯，目的是从一个串行接口到另一个串行接口的数据交互，这些通讯由一条TDM总线上处理。几乎没有延迟。
向IP网过渡
在向IP结构过渡的过程中，我们注意到其中的一些挑战。首先，IP网既不是确定的，也不是0延迟的。这会影响一些应用，但并不是所有的应用都会受影响。以下是一些其它的挑战。
冗长的协议
PSTN、无线、IP网（或专用网，或因特网）的融合，为服务提供商提供了增加新的增值业务的便捷方法。目前，这些专用系统的接口使用了几十个"标准"协议。其中大部分协议必须使用从分组交换网络到现有的电路交换网的信令系统来切换控制信息。
因此，关于在网络的融合过程中将使用哪一种协议，我们必须达成长期协议。同时，定义了国际标准协议来决定IP业务和新网络怎样在世界范围内实现无缝通讯。
集中式业务与边缘业务
更进一步，应用是否应该更集中，或应该转移到网络边缘，在这方面也应该达成一致。新开发的应用首先出现在网络边缘，这种现象并非罕见，甚至放在用户设备（customer
premise equipment,CPE）上。这常常是一个顾客获得具有期望特征的设备的唯一方式。但是，一旦完全开发出来之后，这些应用往往趋向于返还到业务提供商或者使业务集中到核心网络。一旦这些应用得到普及，集中这些应用的动力是业务提供商知道怎样经济地、高质量地为成千上万的用户提供服务。尽管如此，为终端用户工作的平台往往不符合传统的业务提供商的要求，并且，在这样一种可用性要求达到99.999％的业务提供商的环境下，这些应用不会存在下去。因此，需要一种新的结构把这些应用从网络边缘转移到网络中心。
现在的一个完美的能清楚表明这种矛盾的例子是蜂窝语音邮件。有时将一个新的语音邮件送到在偏远地方旅行（例如在机场之间移动）的用户手中要花几天的时间。这是集中式应用，边缘应用，还是分散式应用？失败的地方在哪里？为什么校正要花这么长的时间？
分散式应用环境
人们普遍认为，无论是集中式应用还是边缘应用，都不能满足所有的需求，并且新业务必须基于在整个网络上支持分布式应用环境的结构开发，同时具有高质量的业务平台。分布式应用具有高度的可裁剪性，不要求整体升级，并且新增的硬件必须显式地提供新的或更多的资源。
稳定的平台管理标准
高可用性的系统要求从平台到应用的集中管理。通过为高层管理服务提供性能度量标准，所有业务应用都要求稳定的、管理功能强大的硬件平台。反过来，这些度量标准必须通过高层管理层同应用进行通信。因此，平台管理系统必须基于标准建立，包括标准的API，这些API使平台管理系统可以同现有的计费系统、管理系统、管理工具和高层业务进行通信。
故障范围
故障范围是指系统的一部分会受到灾难性故障（也就是说，一个不能被系统冗余能力控制的事件）。而且，故障范围的大小由一次故障对定义数量的用户的损害程度来定义。从业务提供商的角度看，业务平台必须能够包含容忍一个足够小范围内的错误。这样，一个平台可能降低提供服务的能力，但不会完全失效。
自我修复和定制
基于分布式应用并且运行在下一代平台上的结构，不仅必须能够减小风险，而且在很大程度上应该能够自我修复。从业务应用的角度看，大规模的电信设备中，由于失效硬件模块而停止服务，由于过载并需要扩展才能满足服务要求的硬件系统，和由于简单的新应用而导致经常终止服务，这3种情况之间几乎没有区别。在任何情况下，额外的系统资源，无论是在某个平台，还是在另外一个附着在网络上的平台上，必须能够承载和保持用户服务，甚至承受由于额外用户产生的超负荷。没有这种能力，就不可能管理系统和运营可盈利的服务业务。
■ 基于分组交换的结构－一种不同的方法
开始
今天，我们开始了基于IP应用的快速发展，这些应用需要的设备以网络边缘为目标，包括局用交换机（central office,CO）,无线基站，业务承租服务设备（tenant
service facilities,BTS），所有类型的服务提供商（service providers，xSPs）和用户设备（customer
premise equipment，CPE）。
我们来看一下一个基本的CompactPCI电信系统，以及由于支持基于IP的服务将带来的进展。首先我们讨论一下由于分组交换底板（packet
switched backplane,PSB）可能带来的集成，以及逻辑上能够升级到下一代网络结构的基于标准的模块。我们还将讨论什么时候特定的应用和服务将升级。
第一代CompactPCI电信系统
在一个第一代CompactPCI电信系统中（图1），单主板的计算机是PCI总线控制器。在这个例子中，一条PCI总线的功能是控制一套电话串行卡和PSTN接口卡。串行卡和PSTN接口之间的数据通过一条H.110总线（CompactPCI版本的H.100规范）传输。H.110总线是数据平面。本地语音信道之间的通信不通过PSTN而只通过H.110总线。外部通信也通过H.110总线，但是它接着送出到PSTN总线。
CompactPCI总线是中断驱动的，并且提供了对附属CompactPCI外围串行卡的确定性的控制。TDM，H.110数据总线为各个数据传输分配时隙。这种低时延的总线为实时应用提供了优异的性能。一个IP网络（以太网）接口能起到管理接入点或电信系统的管理点的作用。这样的系统或许可以用作基本的计算机电话应用，例如商用PBX。另外，IP接口可能被用作接入新的增值业务。
如果合适，额外的服务也许被增加到使用IP连接的系统中来。例如语音邮件、主叫号码、呼叫前转、数据服务、连接在以用户资源管理（customer
resource management,CRM）为目的的caller ID的系统等。这些额外增加的服务，通常是孤立系统，通过一个外部网络和交换机进行互连（图2）。
其它新业务，例如IP话音（VoIP），如果要达到理想的性能，就需要电信系统内部的集成，增加一块网关板卡，作为附属在CompactPCI总线和H.110总线上的外围设备。现在，有了额外硬件（网关板卡）和VoIP的额外软件，充分利用VoIP性能就成为可能（图3）。
这个CompactPCI系统已经开始发挥越来越大的作用，但是分析整个解决方案（图4）表明，增加机箱里的额外的服务，并且增加接口，为将来进一步集成提供许多机会。这个过渡由分组交换底板（packet
switched backplane,PSB）规范开始。
分组交换底板规范
在2000年10月，PCI工业计算机生产商组织（industry computer manufacturers
group,ICMG）开始定义CompactPCI分组交换底板规范，这个规范描述了在一块CompactPCI底板（图5）上的结构和结构交换插槽。如果目前已经描述过的各种各样的边缘解决方案可行的话，长远的目标则是将各种总线结构的能力集中到单一的、基于分组交换的体系结构中。
图6的设置表明，在一个集成的分组交换底板解决方案中，这种最开始基于几种不同机箱而开发的解决方案可能看起来象什么。建立在CompactPCI
PICMG 2.16兼容平台上，这种解决方案充分利用了有背板结构的以太网交换的集成特性，以提供任意插槽（节点）和以太网交换插槽两者之间的物理连接。有着特定的串行卡，可能是语音处理卡，SDSL集中器，或一块VoIP网关卡，通过使用在这些卡上的CompactPCI控制平面和H.110数据平面得以实现。（为了清晰，额外的不被使用的CompactPCI总线部分，和相关的H.110总线部分，在图6中忽略）
现在被集成到这个平台中的应用服务器，利用PSB来提供连接。有了这种连接，就不需要外部底盘和相关的网络连线和交换机。把这些服务带到优异的CompactPCI平台，进一步提高了服务的可靠性和可用性，为各种基于IP的解决方案创造了一个灵活的可管理的基于标准的平台。
远不只高密度，无线互连
它们都很重要，但是分组交换结构比高密度服务器和无线互连更重要。
以太网交换
目前，结构的性能受到了交换速度的限制。由PICMG 2.16规范定义的PSB结构，要求支持最大为1 Gigabit双向以太网速度，目前用于交换的硅片和相关物理接口芯片要求CompactPCI板卡具有更多可用的物理空间和更强的功能。
目前，每个节点带有两个1 Gigabit以太网上行端口的以太网接入点，结构交换卡将为每个节点提供10/100 Megabit的支持。硅片将在整个非阻塞型内部结构中产生能支持Gigabit以太网接入点的结构交换卡。自然地，增加更快的上行链路将受到欢迎。但是，人们期望PSB内部点对点通信将需要更多电信应用，而不是更快的上行速率。例如，语音识别和语音接入。
这对于利用CompactPCI总线来控制和H.110数据总线的当前的CompactPCI结构预示着什么？ 它们会给像以太网或者InfiniBand的结构让路吗？除了十分小的系统,100
Megabit以太网或者甚至Gigabit以太网将不满足规模庞大、而且可以升级的系统的要求，这种系统要求PCI总线有确定性功能或者TDM总线的等待时间接近零。
这意味着，对于带有分组交换底板的第一代平台，CompactPCI和H.110总线将经常保持不变。当安装CompactPCI系统的外围插槽时，具有"drone方式"功能的服务器SBC能从PCI总线上断开，这样就允许在PSB上连接多个服务器。
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