發布日期：2022-07-14 點擊率：64
專有設計曾經主宰電信設備市場,不過成本壓力和技術的快速演進改變了這一現狀。主要設備供應商越來越多地采用基于開放式標準的設計方案,從而為元器件和板級供應商、系統集成商以及軟件提供商創造了大量的機會。不過,要想在電信市場上取得成功,還要求研發團隊能夠處理好不斷變化的大量電信標準。
電信曾經是一個完整的縱向型產業,由單個公司即可提供從用戶端設備經中心局一直到與廣域網連接的所有產品。但這一業務模型被幾個趨勢所打破。技術的快速變化導致新電信服務的不斷涌現,并刺激了最終用戶對提升服務以及新業務的需求日益增加。所有這一切都極大地增加了電信設備的復雜度。
為了保持競爭力,電信設備供應商不得不從專有設計轉變成基于開放式標準的設計。基于標準和規范的設計提供了許多優點。通過鼓勵具有強大功能的商用構建模塊的開發,標準有利于縮短系統設計和研發時間。由于這些模塊并非針對單一系統而設計,它們的市場規模將有助于降低系統生產成本。這些市場同樣還鼓勵成本降低和激勵創新兩方面的競爭。因此,開放式標準將有助于電信設備供應商更成功地解決電信業所面臨的所有問題。
電信業中流行的開放標準和規范源自于個人計算機的行業應用。最早出現的這類標準之一就是由PCI工業計算機制造組織(PICMG)開發的CompactPCI。該標準將Euro卡式模塊和耐用性引入系統設計,從而使得IBM類型的PC可以適應非臺式應用。
ATCA可以滿足電信需求
為了滿足電信系統在可靠性和可用性方面的要求,PICMG建立了一個非PC標準,該標準提供了相同類型的耐用性模塊化系統設計-先進電信計算架構(ATCA)。ATCA規范整合了許多功能,如交換式串行背板、單個模塊的遠程系統管理、熱交換功能以及實現高可靠性架構的配置等,可以滿足電信設計中的所有常見需求。
為了提高ATCA設計的模塊化性能,PICMG開發了高級夾層卡(AMC)規范。在ATVA卡上放置這些模塊后就可以使它們訪問背板連接,因此這些模塊可以用來定制ATCA卡上的I/O,并用來裝載處理器和存儲外設。一塊ATCA卡最多能夠放4個AMC模塊(見圖1),因此設計師用一個卡即可實現多種不同的配置。就像ATCA卡一樣,AMC模塊同樣可以實現單個模塊的遠程系統管理和熱交換功能。
圖1:PICMG的ATCA板級定義,允許利用也用在MicroTCA中的AdvancedMC模塊來實現模塊化的板級設計。(愛默生網絡電源公司提供)
AMC模塊的容量以及他們的熱交換和遠程管理功能使得他們能夠提供與ATCA相同類型的功能,雖然性能可能會差一些。PICMG已經利用這種AMC功能定義了一個體積更小、成本更低的的電信系統標準-MicroTCA,該標準只利用直接插入背板的AMC模塊。MicroTCA系統使用同樣的AMC模塊以及實際上與ATCA系統中相同的軟件,因此可以幫助設計師利用通用開放式標準構建模塊來創建各種系統。
電信開放式標準/規范的軟件部分包括了Linux操作系統(OS)。Linux操作系統是一個免版稅產品,可以從為使用操作系統的開發商提供服務和支持的許多供應商處獲得。在與cPCI、ATCA、AMC以及MicroTCA硬件一起使用時,Linux操作系統可以被電信系統的開發商當作一個標準的設計組件使用,它能提供專有系統設計無法比擬的低成本、多供應商選擇和不斷創新等特點。
應用軟件標準的出現
不過,硬件和操作系統也只是電信系統設計的基礎,還需要大量的應用軟件,目的是解決全球范圍內的系統互操作性,滿足規范的要求,并提供供應商特殊服務升級。用來生成系統軟件單元的開放式標準和規范與硬件一起有助于縮短系統開發時間并降低成本。這類軟件標準目前正在出現,其結果將是形成一個用于解決電信系統設計問題的復雜的和擴展的標準生態系統。
圖2:電信系統軟件被組織起來為開發商提供內部關聯的構建模塊,這些模塊可以從不同的廠商獲得,然后組裝起來構成系統軟件。(來自服務可用性論壇)
開始理解標準/規范生態系統的方法之一是查看電信系統的架構(見圖2),然后將各種標準/規范與該架構中的單元進行匹配。當然,架構始建于系統硬件平臺。一個標準硬件平臺會利用ATCA和 AMC或者MicroTCA和AMC硬件。
架構的下一層是操作系統。這里所選的操作系統是Linux,因為它既是一種開放式標準,又是一個免版稅的系統。但Plain-vanilla Linux不具備電信系統所需的一些高可用性功能。這就要求操作系統提供商將系統升級到運營商級(CG)的Linux。運營商級的Linux與業務可用性中間件層、系統管理軟件以及硬件平臺接口一道構成了電信系統的軟件基礎。這些軟件模塊提供的一些服務和功能,例如故障檢測、故障轉移響應和熱交換管理,都是Linux本身不具備的,但又是高可用性設計所必需的。
為了讓電信系統開發商能夠將精力集中在應用程序開發和新服務上,而不是普通的系統操作上,還需要額外的中間件。這些中間件用來抽象底層系統,以便開發商能夠將程序寫入到標準應用程序接口(API),同時還能夠在任何一款基于標準的系統設計上運行。
該架構的頂層是應用軟件。沒有增值可能的某些應用程序也可以被標準化。其余的是電信系統開發商的“專長”,通常可以提供一些獨特的服務或增強的性能,從而幫助供應商提高產品的競爭能力。
符合系統架構的開放式標準
為了建立電信系統而進行的開放式標準和規范開發工作基本上遵循與系統設計一樣的架構。系統各層需要其自己的文件集,因此業界成立了許多工業協會來開發這些要求。結果是需要開發一個完整的標準和規范生態系統,其中某些小組負責解決特定層的開發,而另外一些小組則負責解決各層間的接口以及協調整個工作。
圖3:制定電信開源標準的行業組織基本上遵從圖中所示的系統設計架構。(愛默生網絡電源公司提供)
電信標準生態系統的的架構始于開放平臺構建模塊(見圖3)。這些模塊包括ATCA和其他系統硬件、運營商級的Linux以及一些服務中間件。由于這些模塊通常來自于不同的供應商,故標準工作包括各層間的接口定義,目的是簡化將這些模塊組合成系統基礎的工作。
有幾個組織負責開放平臺標準的定義。其中PCI工業計算機制造商組織(PICMG)已經定義了電路板和機箱標準,包括ATCA、AMC以及MicroTCA。Linux協會則開發了基于運營商級Linux的操作系統標準。業務可用性論壇(SAF)負責處理高可用性系統設計方面的特殊需求,并且定義了各個構建模塊必須提供的管理功能和接口。摩托羅拉ECC還建立了一個叫做OpenSAF的組織,負責SAF應用接口規范(AIS)的開源實現工作。
為了輔助上述電信硬件和軟件構建模塊的提供商,電信業自身已開始定義參考系統框架協議,這些協議將根據設備執行的任務以及所要實現的功能描述各類電信設備的硬件和軟件需求。這些協議還為開發商提供了具體的產品目標,這就有利于確保構建模塊提供商定義的標準/規范足夠滿足電信設備開發商的需求。目前有許多這樣的框架協議,包括基于ATCA和MicroTCA的中心局系統硬件框架、操作系統框架以及基本平臺中間件框架。
業界還開發出了一個類似的參考設計集來指導應用接口的開發。該參考設計應用框架包含了用軟件實現的所有系統程序,并且與平臺硬件設計彼此隔離。它為軟件標準/規范開發商提供了特定的產品設計目標,以便為他們的開發工作提供指導。目前,無線網絡控制器和多媒體網關參考設計框架都有現成的,它們是在國際電信聯盟 (ITU) 的開放電信架構論壇(OCAF)興趣小組的指導下開發出來的。
互操作性是CP-TA關注的指標
雖然標準和規范的不斷發展一直是為了確保開發商能夠生產出系統集成商可隨時根據需要組合使用的產品構建模塊,但他們總是留下一些細節問題需要加以解釋。這種模糊性常常會導致互操作性問題。為了解決這些問題,并確保開發商能夠正確地執行標準,必須執行某種形式的獨立測試。在電信生態系統中,有許多行業組織可以提供部件級測試和驗證以及系統級測試。
對于硬件級的互操作性測試,PICMG設立了一系列的互操作性實驗室,供應商可以聚集在這里共同測試他們的規范實現。但這種實驗室測試不能為供應商的客戶提供擔保。為了解決這個問題,并涵蓋系統級的軟硬件互操作性,業界又設立了一個叫做通信平臺貿易協會(CP-TA)的組織。該組織最關心ATCA系統,已經為這種系統創建了測試步驟手冊(TPM)和互操作性認證文件(ICD)。
由于上述所有的協議、框架、接口、硬件以及軟件標準是由不同的組織在開發(見表1),業界可以從一個能夠提供市場保護傘、同時能夠協調并為所有標準制定機構提供系統級指導的機構獲取利益,這樣的機構就是Mountain View 聯盟 (MVA),它由來自各個組織的代表組成。MVA的目標就是協調這些組織的開發工作,使得他們能夠互惠互利并避免重疊。另外,MVA還提供了一個營銷手段,可以用來促進并鼓勵各種標準/規范的開發和實現。
設立MVA的原因是,由于對電信系統需求的解釋不一,開發工作可能會走到偏離的軌道上,這方面存在著一個很大的風險。器件供應商組織,像PICMG、Linux協會以及SA論壇,都是根據電信設備制造商(TEMS)的常見需求在工作。而TEMS則通過SCOPE工作,并根據他們所收集的信息以及有時候一些個別需求來定義要求。
借助SA論壇、Linux協會以及SCOPE力量而正在開發的應用標準與底層平臺架構無關。結果如果不加控制的話很容易導致軟件標準/規范和硬件標準/規范的背離。因此MVA和CP-TA組織正在確保所有事宜能相互適配,并彌補由于各自工作的分離所造成的標準生態系統中所留下的差距。
當然,使用標準構建模塊開發創建電信系統所需的開放式標準的工作也并非都是依靠上述組織自身。雖然他們對設計決策具有最直接的影響,但這些工作必須相互協調,這與業界關注系統設計各個方面的工作是類似的。類似行業工作的一個例子是光纖互聯論壇(OIF),它關注的是電信系統中的光通信鏈路。該組織與供應鏈上的所有公司-從半導體商到系統供應商-一道工作,為了解決各種問題而達成實現協議,為了確保互操作性而制訂了光網絡中各單元的創建規范。
也有一些行業組織監視網絡的行為,并對系統設計施加約束條件。例如,互聯網工程任務組(IETF)就是用戶、開發商、研究機構以及其他興趣小組聯合組成的機構,負責監視互聯網及其運作。該組織制訂了設備設計需要支持的行為標準,并支持其他組織制訂的有助于確保互聯網連續運行的標準和規范。
挑戰在于如何保持同步
由于有上述這么多(甚至更多)組織機構共同參與工作,這對于研發電信器件或系統的公司來說,如何保持與標準的制訂工作一致是極大的挑戰。當然,對于這些新進入市場的公司來說,對這些標準/規范保持一個通用的理解是關鍵(見Box " Standards Snapshot)。為了具備競爭能力,這些產品必須符合標準。進一步講,如果這些基于標準的設計成功的話,這些產品必須被證明能夠與其他提供商的產品具備互操作性。
有兩種方法可以使這些公司緊跟最新潮流。一種方法是真正投入精力來獲得所需的經驗。這首先要求熟悉所有相關的標準和規范和適用范圍及應用。其次,公司必須成為各類組織機構的會員,以便確保能夠及時獲得最新的更新,并洞悉標準和規范的演進。這些工作要求有專職的人員負責,以確保能夠與眾多標準同步。
另一種方法是與像愛默生這樣已經加入標準機構的供應商合作。這類供應商已經對最新標準和規范以及將來可能的變化有了深入的了解。這方面的經驗將確保這些供應商的產品能夠緊跟潮流,具備互操作性,并能為未來的系統升級提供一個成長通道。選用這樣的產品作為構建模塊,開發商才能真正實現符合當前和未來行業規范并具有競爭力的設計。
在電信領域,某些應用所采用的傳統專有設計方案正在迅速退出。這類設計的實現越來越困難,而且成本太高。現成的商用設計方案(COTS)正在取而代之。而COTS所需的開放式標準也已經出現并已證明是行之有效的。這些標準還在不斷演進。在TEM的指導下,可確保基于這些標準的產品能夠符合電信需求。此外,業界在自主管理方面正在逐步成熟。像MVA和CP-TA等新興組織正在為標準的持續演進以及系統中各組成單元的認證提供總的指導,從而確保了作為COTS設計基礎的互操作性。
因此,電信系統開發商要想確保其設計具有競爭力,不僅要熟悉相關的各種標準,還要與不斷演進的標準和規范制訂工作保持同步。保持同步對于進入市場是至關重要的。開發商必須要么自己培養掌握豐富的經驗知識,要么就從其他供應商那里獲取經驗知識。
作者:Stuart Jamieson
愛默生網絡電源公司
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