凌華CompactPCI架構(gòu)在3G通訊系統(tǒng)中的RNC應(yīng)用
2004/2/13 9:40:00
[摘要] CompactPCI技術(shù)是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)背板實(shí)現(xiàn)高速互連的一種非常實(shí)用的開(kāi)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(lái)說(shuō)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(wú)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(wú)法兼容的平臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被這種開(kāi)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(lái)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)?,F(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(wú)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(jiàn)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(guò)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(lái)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(méi)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(lái)取而代之,這樣系統(tǒng)插槽的存在就變得沒(méi)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(lái)說(shuō)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(lái)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(wú)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(wú)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(wú)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(yǔ)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(ài)爾蘭"(Erlangs)作單位來(lái)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(ài)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(yǔ)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(ài)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(ài)爾蘭容量的RNC。 結(jié)束語(yǔ) 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(méi)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(lái)說(shuō)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(lái)更大的便利和樂(lè)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
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