基于A(yíng)TCA和MicroTCA的獨立信令網(wǎng)關(guān)設計

信令網(wǎng)關(guān)用于橋接下一代IP網(wǎng)絡(luò )和傳統的包交換電話(huà)網(wǎng)絡(luò )(PSTN)，處理的主要是呼叫建立、控制和計費等信號。網(wǎng)關(guān)設計要求融合IP協(xié)議、傳統的交換電路協(xié)議、操作系統、管理以及高可靠性的硬件系統設計。MicroTCA、AdvancedMC硬件和現成軟件可以提供構建模塊用于開(kāi)發(fā)獨立的信令網(wǎng)關(guān)設計，這樣設計出來(lái)的網(wǎng)關(guān)很容易隨著(zhù)IP電話(huà)需求的增加而進(jìn)一步擴展。

電話(huà)需要兩種類(lèi)型的網(wǎng)關(guān)：一種是用來(lái)處理話(huà)音、視頻和數據的媒體網(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(huà)系統使用相同的物理鏈路同時(shí)傳送這兩種信號，因此媒體和信令網(wǎng)關(guān)可以是同一設備。但包括北美地區的網(wǎng)絡(luò )在內的其它系統是在不同的物理鏈路上傳送信令和媒體這兩種信號的，因此開(kāi)發(fā)人員可以將媒體和信令網(wǎng)關(guān)分割成獨立的單元。

同時(shí)滿(mǎn)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立信令網(wǎng)關(guān)。這種網(wǎng)關(guān)可以用作兩種系統中的組件或構建模塊。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)系統單元的組合式網(wǎng)關(guān)設計。這種模塊也可以用作純信令網(wǎng)關(guān)的基礎，只需簡(jiǎn)單地增加更多的網(wǎng)關(guān)模塊就能滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的呼叫量需求。

網(wǎng)關(guān)模塊的硬件設計必須提供PSTN接口，這些端口通常要處理每個(gè)SS7鏈路上64kbps數據速率的E1/T1/J1 PSTN信號，或者成組使用時(shí)的高速鏈路(透明和ATM鏈路)。網(wǎng)關(guān)還內置能夠運行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，但獨立網(wǎng)關(guān)模塊的設計可能是一個(gè)很大的挑戰。

為滿(mǎn)足電信需要，網(wǎng)關(guān)必須被設計成在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)保持連續的服務(wù)。升級和/或替換硬件和軟件的能力是支持99.999%的另一項重要措施，要求網(wǎng)關(guān)具備負載均衡和故障轉移的軟件冗余能力。此外，支撐這些軟件的硬件，包括模塊、機架、電源模塊、風(fēng)扇和互連，必須檢測和響應系統故障(使用冗余硬件)，提供熱插拔功能，并支持軟件/固件升級機制。

系統管理支持也是必需的，因為網(wǎng)關(guān)一般在“黑盒”似的網(wǎng)絡(luò )中運行，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，包括故障檢測和響應等。此外，當在網(wǎng)絡(luò )中第一次安裝網(wǎng)關(guān)時(shí)，設計需要支持網(wǎng)關(guān)操作的設置和控制。

滿(mǎn)足網(wǎng)關(guān)需要的xTCA規范

減少挑戰難度的方法之一是使用基礎架構，這種基礎架構能夠提供模塊/刀片要求的功能，從而讓設計師集中精力做好網(wǎng)關(guān)功能的設計。高級電信計算架構(ATCA)和MicroTCA(一起被稱(chēng)為xTCA)都是能夠滿(mǎn)足這些系統需求的開(kāi)放規范。許多供應商已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出基于這些規范的系統構建模塊。

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

ATCA和MicroTCA都使用模塊化設計方法在其組件中創(chuàng )建了系統管理和熱插拔功能。作為這種方法的一部分，高級夾層卡(AMC)最初就是針對ATCA靈活性的擴展而開(kāi)發(fā)的(通過(guò)為I/O等目標提供可熱插拔的夾層卡)，后來(lái)經(jīng)過(guò)擴展變成了MicroTCA的基礎部分。

在A(yíng)TCA中，AMC安裝在較大的系統卡或刀片之上，然后一起插入系統背板。在MicroTCA中，相同的AMC卡直接插在背板上。這樣，一個(gè)通用的AMC設計不加修改就可以在系統中使用，因此具有很大的可擴展性。

ATCA和MicroTCA架構為高可用性系統提供內在的支持。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)現模塊電源、操作和背板連接的遠程控制。

對于MicroTCA來(lái)說(shuō)，機箱內的MCH(MicroTCA carrier hub)提供系統管理以及與每個(gè)模塊的MMC的交互功能(圖1)。在A(yíng)TCA系統中，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(kāi)或關(guān)閉AMC，詢(xún)問(wèn)AMC，甚至取消它們的背板訪(fǎng)問(wèn)功能，因此MCH能夠提供模塊級的電子鍵控、故障檢測和故障隔離等服務(wù)。



MicroTCA架構內還可選支持使用冗余電源、冷卻風(fēng)扇和MCH控制模塊，因此很容易使用運行高可用性系統軟件的完整硬件冗余進(jìn)行系統設計，而這些軟件大部分是現成的。

例如，愛(ài)默生的Centellis 1000 MicroTCA機箱就提供了冗余電源和單個(gè)MCH模塊。它能容納多達10個(gè)新增的全尺寸AMC，能支持各種應用。Centellis 500 MicroTCA機箱是一種低成本的入門(mén)級解決方案，采用一個(gè)標準的MicroTCA MCH和電源模塊，支持4個(gè)中等尺寸的AMC。這兩種解決方案在網(wǎng)關(guān)尺寸和特別應用架構方面為設計師提供了很大的靈活性。

獨立信令網(wǎng)關(guān)設計師可以從針對MicroTCA系統的AMC設計開(kāi)始，并根據需要利用不同的MicroTCA機箱類(lèi)型進(jìn)行擴展，以滿(mǎn)足不同的電話(huà)系統需要。AMC的尺寸足以容納多通道網(wǎng)關(guān)所需的所有硬件，并有足夠的空間提供到PSTN的多個(gè)前面板連接，因此在一塊卡上可以實(shí)現所有的功能。

在MicroTCA架構中，這些AMC模塊可以插入與協(xié)議無(wú)關(guān)的交換式串行背板。這種背板將千兆以太網(wǎng)作為其基本結構，允許AMC模塊直接連接到IP網(wǎng)絡(luò )，無(wú)需額外的轉換。

網(wǎng)關(guān)軟件要求

針對信令網(wǎng)關(guān)設計的軟件比較復雜。雖然硬件包含了大部分通用網(wǎng)絡(luò )接口、處理器和存儲器，但軟件必須完成各種不同協(xié)議之間的信號轉換，同時(shí)實(shí)現高可靠行為。在PSTN側是時(shí)間復用的SS7呼叫控制協(xié)議，另一側是以數據包為基礎的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)。

信令網(wǎng)關(guān)的任務(wù)是確保在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上產(chǎn)生的信令能夠到達另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上的目的地。另外，兩個(gè)PSTN網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)中間的IP網(wǎng)絡(luò )實(shí)現連接。媒體網(wǎng)關(guān) (MG)將語(yǔ)音、視頻和數據從IP網(wǎng)絡(luò )傳送/轉換到另一個(gè)MG或IP端點(diǎn)。信令網(wǎng)關(guān)(SG)用于封裝SS7控制信令并將它們發(fā)送到媒體網(wǎng)關(guān)控制器 (MGC，也稱(chēng)為軟交換)。MGC需要管理這些信令進(jìn)入和離開(kāi)IP網(wǎng)絡(luò )時(shí)的連接，并需要處理IP網(wǎng)絡(luò )中發(fā)起的連接。當IP網(wǎng)絡(luò )鏈接著(zhù)兩個(gè)PSTN網(wǎng)絡(luò )時(shí)，SG也能封裝SS7信令，并通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳送到另外一個(gè)SG，因此一個(gè)具有完整橋接功能的網(wǎng)絡(luò )具有如圖2所示的結構。