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扩展时分多路复用(TDM)网络,满足下一代网络需要

上网日期: 2004年02月29日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:时分多路复用网络? Next-Generation Network? 下一代网络?

分组交换虽然赢得了广泛应用,但现有的时分多路复用(TDM)电路交换架构仍然有望在语音通信领域发挥至关重要的作用,而且TDM还能与互联网协议及其它分组技术共存,这就提出一个问题:如何调整TDM网络以使其适应下一代网络对灵活性、吞吐量、互联性及其它高级特性的新需要?本文提出可以利用高级时隙交换器(TSI)实现上述目标,通过添加新功能,这些构建块就能延续TDM的寿命。

语音通信中的时分多路复用(TDM)技术对语音每秒采样(并数字化)8,000次,得到8比特语音数据,然后经过处理成为6?kbps语音流,它到达中心交换局和交换站,被多路复用至单个通信信道并具有125微秒的时隙或帧,这种“单信道”已经从T1/E1连接(1.5/2.0Mbps)发展到OC-3、OC-12和OC-48连接。目前,已经可以较低的成本实现高速通信功能,以满足城域网(MAN)和本地接入链路(LAL)对高容量和高性能通信的需要。随着带宽的增加,局域和城域网络需要交换机处理成百上千个呼叫。

目前,针对下一代TDM系统的高容量和高性能,设计人员正致力于开发不同类型的通信设备以满足下一代网络的需要。该设备包括完整的TDM设备,如远程接入服务器、大型TDM网关、中到大型中心局TDM交换机、数字互联单元、移动交换中心、接入集线器和服务器以及跨接电路交换和分组交换的设备(如VoIP网关、多业务接入平台、媒体网关和数字环路载波)。

下一代TDM系统设计

下一代TDM系统设计人员和OEM工程师主要关注以下四个主要设计目标:

1.更高的系统容量。局域和城域网络中的OC-12(622Mbps)和OC-48(2.4Gbps)连接可分别在交换系统中处理8,192个和32,768个电话呼叫。由于在TDM架构中,每个呼叫均采用时隙机制,因此子系统必须能迅速处理并交换上千个时隙。

2. 延展性。由于单个设计单元需要高容量,因此设计单元应能结合起来以支持更高的容量。

3.高速互联。这些通信信道支持速率更快、效率更高的设备至设备、电路板至电路板、机架至机架及机柜至机柜的通信。

4.高级特性设定。这些特性必须易于使用、便于设计、提供简单功能、提供具有硬件速率的表查询功能并具备测试和维护功能。

这些特性必须在降低标准成本时加以考虑,而标准成本通常可以采用每端口价格、可靠性、规格和功耗加以测量。在产品规格受限的应用系统中,功率是影响夹层线路卡和模块性能的重要因素。

目前,业界已采用TSI来解决这个问题,TSI构成了众多交换机和接入设备(包括IP至PSTN连接)。新的TSI可以处理大量的时隙,因此可以减少器件数目,从而节省成本、降低背板规格需求并增强最终设计的可靠性。下一代TSI包括设计单元(发送和接收TDM逻辑电路)、微处理器接口、互换架构、集中总线接口(CHI)逻辑电路、时钟/重启逻辑电路、JTG/UBS逻辑电路、测试模式生成及监控电路。图1:在分布式时隙接口中,两组电路封包采用HSL背板互联进行通信。

然而,TSI内核由执行非阻塞交换功能的交换架构、处理时隙数据的内存块以及进行交换配置的分离内存组成。在某些TSI配置中,交换架构将能使147,456个输入时隙中的任意一个同16,384个输出时隙中的任意一个进行交换,从而解决容量问题。交换架构可以执行交换功能并无需考虑时隙所采用的物理连接。这就是TSI被称为时空交换机的原因。

新型交换架构的一个重要特性就是选择以下两种基于每时隙(DS0)的延时模式中的任意一种:帧一致性或低延时。帧一致性模式可通过从单个输入帧中获取相同输出帧的所有时隙对宽带数据进行常规操作。低延迟模式则将语音应用的延迟降至最小。

然而,下一代TSI网络中最重要的一项革新则是包含同高速链接(HSL)相连的高速接口(HSI)。HSI是整套新功能的核心驱动并有助于解决可升级性问题。为了互联比单个TSI所允许的144k输入和16k输出时隙更多的DS0传输流,多个TSI可联合组成采用高速接口的交换架构。这种配置可在整个背板上提供鲁棒的接口。例如,在Sonet应用中,片上HSI可提供多信道时钟和数据恢复,即对输入数据进行串行转并行解复用处理并对输出数据进行并行转串行复用处理(并行转换器)。来自交换架构的输出并行数据可插入伪Sonet帧并在HSL上传输。来自HSL的输入数据则由HSI接收。这样既无需成帧过程,也消除了额外开销,并行数据将发送至交换架构。高速串行模式下采用的伪Sonet成帧可提供鲁棒的成帧和检错工艺。

全双工串行TDM高速总线

集成至下一代TSI半导体器件的一项重要模块是全双工串行TDM高速总线(CHI)。在高速串行链接中,多个TSI可合并为基于HSL的架构,以使由n个STSI构成的非阻塞交换架构具有144k×n×16k的规格,这里n的取值范围为1至9。网状连接由HSI链接组成,每条线均表示双向的点到点链接。设计人员可利用线性缩放功能,构造只利用9个器件就能将16,000个时隙中的任意一个分配给任意输出的144k×144k非阻塞交换机。

业务提供商通常能从采用分布式架构实现的可升级设备中受益匪浅。图1显示了局域交换机或网关分布式时隙接口设计的基本元件。两组电路封包中的任意一个都能采用应用于I/O的CHI TDM总线以及8,000个DS0信道接口,并能采用由可升级时隙交换设备提供的HSL背板进行通信。系统可支持16k DS0电路。

HSL背板的通信能力与背板规格成正比。电路封包的数目可以轻易地增加到4个以支持32k DS0电路,而且所有的输入均能同所有的输出进行通信。在16路高速链接中,下一代TSI设备可以同其余16个器件进行通信。因此,设备可将标准组件扩展至极限,即可为非阻塞设计提供具有136k DS0处理能力的17路电路封包。

集中式架构或分布式架构

通信架构领域一直对集中式架构和分布式架构的优劣争论不休。图2显示了广泛应用于各种类型的TDM设备(包括ESS5集聚交换机和VoIP网关)的集中式交换架构。在这些应用中,系统容量是决定成本效益的关键因素,而系统容量则由能集成至标准尺寸机架设备的线路卡数目(包括线路卡、电源卡、处理卡等)及每个线路卡的容量决定。

在示例中,多个低带宽链接卡连接至高带宽上行线路卡。右侧的背板是集中式交换卡,所有数据均通过该系统单元进行传输。TDM数据经由输入端口到达,通过交换机传输至输出端口或集中处理器(DSP)卡,之后再次经由交换架构传输至输出端口。这种设计的优势在于整个系统的控制完全集中化,从而使系统不仅更易于理解,而且设计也相对简单,但不足之处在于单点故障。

在现有的集中式交换设计中,出于冗余考虑,大多数OEM产品均集成了备用的交换架构板和DSP板。在许多系统中,线接口卡成为系统容量的瓶颈。高速互联的TSI IC的扩展容量将能使单个线路接口卡支持OC-48管线。图2:在集中式交换架构中,整个系统的控制采用集中化管理,因此简化了系统及其设计。该方法的不足之处在于其交换架构容易产生单点故障。

另一方面,分布式交换架构则具有完全不同的特性:分布式交换架构不采用集中式交换架构,相反其功能将分摊到每块线路卡上。该方法的优点在于通过取消一块专用交换架构板释放一个极有用的系统时隙,如果系统采用了冗余机制则能释放两个时隙。由于每个线路卡均自带交换架构,那么必须在设计中考虑冗余。这样线路卡中的单个故障将无法导致系统故障,而且任何一块线路卡都能同其余的线路卡进行通信。

分布式方法的主要不足之处在于整个系统难以规划和控制。每个线路卡都需要具有智能并且知道向何处发送TDM输入数据。出于冗余考虑,一般需要10块线路卡的系统通常采用11块线路卡实现,多出的那块线路卡可作为其余10块线路卡中任意一块的热备用。这种1对N的冗余机制远比集中式架构中的1对1冗余机制高效。

在处理密集型应用(如PSTN至VoIP网关)中,分布式交换架构将允许任何端口卡利用任意的DSP资源卡,而无需任何中央处理卡,这是一种非常高效的架构。

集中式和分布式架构目前都受到设计人员的青睐。集中式方法在小型至中型系统中更为有效,当然设计人员不能将其设计的小型系统扩展至大型系统。集中式系统的交换架构不仅难以升级,而且架构的规格也受到很大限制。分布式系统则更适用于中大型系统,因为在这些系统中1对N冗余机制更有效。

然而,集成高速链接的时隙交换器所采用的混合架构能使业务提供商充分利用集中式和分布式架构的优点。大多数装置的背板均带有容量为17个时隙的底盘,这样就能安装多个T1/E1或OC-3线路卡。一旦机架完全被占用,就只能采用一种称为“叉高”升级的方法进行系统容量扩充,但这种方法昂贵且费时。

另一种方法则采用集成了下一代TSI的线路卡并利用高速信道扩展底盘(或成倍增加扩展底盘),该方法还必须配备类似的连接卡。业务提供商可增加信道数目且无须摒弃现有的背板和端口卡。下一代时隙交换器的通信架构允许每个扩展卡都能与所有其它的扩展卡进行通信,这类似于前文描述的网状结构。所有的通信均停留在TDM领域,从而避免将其转化为以太网或其它数字通信协议而导致效率下降。

最佳选择就是具有分布式扩展功能但又采用集中控制的架构,这样客户的扩展成本也最小。

作者: John Sotir


工艺集成及交换业务部工程经理


Agere系统公司







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