電信級產(chǎn)品基石-ATCA平臺系列解決方案

摘要：本文闡述了電信級設(shè)備發(fā)展對硬件平臺的需求，并在此基礎(chǔ)上介紹了大唐移動RASTAP平臺對于相關(guān)電信應(yīng)用的解決方案，可滿足電信RAS、通用、IP化、支持系列化規(guī)模等需求。

多年以來，電信平臺一直都是建立在各廠家獨自的封閉、專有平臺上，這與現(xiàn)今各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展趨勢與思想幾乎是背道而馳，這也為電信運營商在設(shè)備的選擇、設(shè)備的維護上帶來了很大的難度。實際上，只有真正的開放性的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)才能帶來競爭。ATCA規(guī)范的發(fā)布，給通信業(yè)注入了新的思想與活力, 其目標(biāo)是為電信級應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化的支持NEBS和具有99.999%可用性的平臺架構(gòu)，也成為通信業(yè)平臺變革的非常好的一個契機。

在設(shè)計上，ATCA從基礎(chǔ)設(shè)計開始就考慮為通訊設(shè)備服務(wù)，ATCA標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)備商、電信公司共同商討后形成的新標(biāo)準(zhǔn)，因此ATCA規(guī)范符合了電信公司的使用要求，ATCA專門為滿足TEM（Telecom epuipment Manufactory，電信設(shè)備制造商）的需求而設(shè)計，所以非常適用于電信行業(yè)。使用ATCA平臺開發(fā)產(chǎn)品可以節(jié)省開發(fā)周期，提升性價比，最終會使得TEM更方便快捷地開發(fā)產(chǎn)品，得到回報。對于運營商來說，可以減少維護費用，降低成本。

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)被推向了一個全新層面，并且考慮到未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長，從保護投資角度，新推出的產(chǎn)品需要提供數(shù)倍于現(xiàn)在主流產(chǎn)品的數(shù)據(jù)吞吐量，這就對底層的計算平臺也提出了更高的要求——更為強大的計算性能、更為強大的數(shù)據(jù)傳輸能力、與強大計算性能相配套的散熱性能和更為強大的系統(tǒng)管理能力。

基于對以電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前瞻性分析，大唐移動公司在業(yè)界率先推出了基于先進的ATCA架構(gòu)的RASTAP電信級通用硬件平臺。RASTAP產(chǎn)品符合PICMG3.0核心規(guī)范和PICMG3.1 Ethernet互連規(guī)范，支持每通道1G、10G到40G的系列平臺平滑演進。，其中的RAS特性是電信及IT設(shè)備的核心，該特性的支持可保證業(yè)務(wù)應(yīng)用實現(xiàn)的可靠性、可用性及可服務(wù)性。

RASTAP產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)的19"機柜，由高性能的交換板、處理器板、接口板組成，可以滿足高吞吐量、高可靠性的電信行業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用。該硬件平臺提供了交換式連接，每個點到點的連接能達到最大40Gbps的帶寬，單框交換容量支持24Gbps、240Gbps、640Gbps的系列化配置；支持IMA E1、PPP E1、fractional E1、STM-1、信道化STM-1、STM-4、POS、CPOS、FE、GE、10GE等豐富的接口種類；業(yè)務(wù)面采用多核處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、DSP等不同板卡，面向不同類型的應(yīng)用，提供強大的處理能力，多核處理器板卡提供硬件加密引擎，單板支持10Gbps的處理能力�？刂泼娌捎肵86多核處理，支持強大的信令及協(xié)議處理能力；散熱性能有了極大的提升，從而為高性能單板的應(yīng)用提供了條件。

RASTAP平臺可提供豐富的IP化通用解決方案，具有如下特色和優(yōu)勢：

該平臺已大量應(yīng)用在中移動穩(wěn)定運行的TD-SCDMA RNC設(shè)備中，系列化平臺可快速構(gòu)建產(chǎn)品，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；

具有豐富的大型電信級設(shè)備的開發(fā)經(jīng)驗，幫助客戶構(gòu)建完整解決方案；

國資委大型電信設(shè)備提供商，提供可信的售后保障服務(wù)。

基于大唐移動的RASTAP通用IP化硬件平臺，可非常方便地構(gòu)建具有高性價比的多網(wǎng)元產(chǎn)品，可以僅通過加載不同的軟件支持TD-SCDMA RNC、LTE EPC、DPI應(yīng)用、IMS、WLAN AC等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組建，同時可支持客戶的平滑升級能力、能夠更方便快捷地集成到網(wǎng)絡(luò)中，保護用戶投資；從而可大大地降低運營成本，節(jié)省維護費用。

1、TD-SCDMA RNC產(chǎn)品應(yīng)用解決方案

TD-SCDMA平臺的硬件組成架構(gòu)如下所示：

圖1 TD-SCDMA RNC系統(tǒng)組成

如圖1所示，TD-SCDMA遵循控制、業(yè)務(wù)分離的原則，可滿足客戶快速開發(fā)業(yè)務(wù)的需求。該平臺控制面、用戶面、系統(tǒng)管理IPMI均采用雙星型交換式互連；時鐘、交換、全局主控、信令處理等關(guān)鍵板卡支持1＋1熱備份工作方式；交換單元提供24Gbps的無阻塞交換，完成系統(tǒng)各單元之間的數(shù)據(jù)交互；系統(tǒng)各單元之間通過千兆以太網(wǎng)進行交互，IP交換的方式使得數(shù)據(jù)傳送非常高效、靈活，可很好地適應(yīng)未來高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長的需求；業(yè)務(wù)處理采用資源池方案，可保證處理負(fù)荷的均衡；接口板處理具備冗余備份機制，在一個接口出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠自動進行保護切換，不中斷業(yè)務(wù)。設(shè)備監(jiān)控可對單板關(guān)鍵器件的溫度、單板電壓、風(fēng)扇等探測點進行周期檢測，根據(jù)設(shè)備工作的環(huán)境變化可自動進行散熱控制等，保證了設(shè)備的正常運行。

RASTAP平臺的網(wǎng)同步系統(tǒng)可根據(jù)網(wǎng)元的不同需求靈活配置以滿足2級或3級時鐘精度要求。供電方面采用了電信業(yè)界的-48V電源標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)備配電入口、插箱、單板共3級均支持雙路供電接入；平臺提供良好的散熱性能與過熱保護，每槽位最大支持200W（根據(jù)高性能應(yīng)用場景可升級為300W平臺）的散熱能力，插箱內(nèi)采用3個風(fēng)機組，單個風(fēng)機故障不影響整框工作；采用可管理風(fēng)機設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)實際運行狀況風(fēng)速可自動調(diào)整；產(chǎn)品提供的完善的負(fù)荷控制算法、可靠的CPU占用率檢測算法，這些設(shè)計可保證設(shè)備的高可靠性工作。

RASTAP產(chǎn)品在維護上非常簡單。硬件平臺組成部件采用FRU思想進行設(shè)計，可大大降低MTTR時間； 各單板的Flash/FPGA/CPLD/IPMC固件具備在線下載功能，便于遠(yuǎn)程和集中維護；產(chǎn)品線纜種類少，共3大類電纜，簡化工程施工，維護簡單；設(shè)備支持上、下走線，可靈活滿足機房及工程安裝及維護便利性；插箱采用前后插板方式設(shè)計，后出線方式，簡潔美觀，維護簡單。

2、TD-LTE EPC產(chǎn)品應(yīng)用解決方案

圖2 TD-LTE EPC系統(tǒng)組成

如圖2所示，TD-LTE產(chǎn)品由MME、SGW、PGW、PCRF、CG、NTP、DNS、HSS、OMC及相關(guān)外圍的連接設(shè)備（FW、CE、Switch、BG etc）組成。其中 MME、SGW、PGW、PCRF等核心網(wǎng)元可基于RASTAP平臺產(chǎn)品進行靈活、快速構(gòu)建，同時可保護我們的核心價值和關(guān)鍵技術(shù)。

MME是構(gòu)建于開放式SAF的中間件之上的高性能產(chǎn)品，它利用了大唐移動在無線接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備積累的經(jīng)驗，且具備更高集成度、更高性能和靈活性的特點。

SGW/PGW是高性能、高集成度的智能信令服務(wù)網(wǎng)關(guān)。該產(chǎn)品專門針對移動多媒體核心網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計，為所有會話提供穩(wěn)定的IP接入點，可按照用戶、會話的QoS等級提供分級服務(wù)，并支持用戶在無線接入網(wǎng)內(nèi)部或之間的移動接入。支持SGW/PGW分設(shè)與合設(shè)。

PCRF是EPC與應(yīng)用層連接的關(guān)鍵網(wǎng)元，是QoS控制和策略計費，實現(xiàn)業(yè)務(wù)感受提升，完成精細(xì)化運營的必要設(shè)備。

CG是大唐移動生產(chǎn)的一款基于RASTAP平臺，同時構(gòu)建于開放式中間件之上的跨平臺、多接入的高性能計費網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，能滿足不同客戶的需求，支持多種類型產(chǎn)品的接入。

圖3 基于RASTAP產(chǎn)品的SGW/PGW網(wǎng)元配置指標(biāo)

基于大唐移動核心的網(wǎng)元實現(xiàn)，通過OEM方式集成外圍的互聯(lián)設(shè)備，可提供EPC的整體解決方案。LTE EPC已通過上海世博網(wǎng)的建設(shè)和測試，現(xiàn)在中移動正在進行南京試驗網(wǎng)的建設(shè)和驗證，為隨后的大規(guī)模LTE建網(wǎng)做準(zhǔn)備。

圖4 大唐移動上海世博EPC試驗網(wǎng)

3、DPI應(yīng)用解決方案

在3G核心網(wǎng)及LTE核心網(wǎng)SGW、PGW網(wǎng)元設(shè)備中，均存在對數(shù)據(jù)流進行分析檢測的DPI功能，由于這些網(wǎng)元是基于內(nèi)容進行計費的，所以要對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行深度分析，譬如3層的IP地址與協(xié)議類型，4層的端口，7層的URL及其協(xié)議類型等，并生成話單，并且電信運營商對業(yè)務(wù)的需求是實時的、高速的、大容量的，并要求有冗余處理與備份，這對數(shù)據(jù)包報文處理技術(shù)及平臺提出了更高要求。

普通報文檢測僅分析IP包4層以下的內(nèi)容，通過端口號來識別應(yīng)用類型，而且普通報文檢測不能識別應(yīng)用層。但DPI（Deep Packet Inspection，深度包檢測）技術(shù)可實現(xiàn)SGW/PGW計費，其能識別和區(qū)分網(wǎng)絡(luò)流量，進行流量控制、內(nèi)容計費、垃圾內(nèi)容過濾以及流量管理，提供差異化經(jīng)營保障。

DPI檢測實際上也是一個計算密集型應(yīng)用，它要求掃描整個數(shù)據(jù)包，計算開銷非常大。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在實現(xiàn)此功能時大多采用軟件方案，在通用的CPU上進行處理，在獨占一個CPU核的情況下也只能達到Mbit/s級別的處理能力，不適合電信級部署。同時，LTE業(yè)務(wù)DPI部署更加強調(diào)多媒體數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)精細(xì)化運營與融合，同時DPI解決方案必須要考慮目前2.5G與3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求與擴展，中移動已有明確的網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展戰(zhàn)略需求。

大唐移動推出的RASTAP V220版本，提供DPI處理板，通過專用硬件設(shè)計，可進行硬件線性DPI處理。

圖5  RASTAP DPI處理單片

RASTAP DPI處理刀片的硬件DPI處理能力：可提供高達10萬條以上的內(nèi)容計費規(guī)則配置，單刀片達到2Gbit/s線速處理；支持豐富的正規(guī)表達式規(guī)則構(gòu)，提供“*”，“？”等字符配置；解析協(xié)議支持WAP1.x/2.0，HTTP，MMS，KJAVA，BREW，F(xiàn)TP，SMTP，POP3，IMAP，RTSP和即時通信等；提供基于用戶/會話/業(yè)務(wù)的流量控制、限速、阻斷及重定向（路由）。

4、大唐移動IMS應(yīng)用解決方案

大唐移動可提供基于RASTAP平臺產(chǎn)品的IMS業(yè)務(wù)整體解決方案，如下圖所示：

圖6  大唐移動IMS應(yīng)用解決方案

IMS業(yè)務(wù)主要特性如下：

支持固網(wǎng)IP終端之間的VOIP、視頻電話等多媒體通信業(yè)務(wù)；

支持固網(wǎng)IP終端與移動終端之間的VOIP、視頻電話等多媒體通信業(yè)務(wù)；

對于移動接入用戶，提供IM，下載等非實時業(yè)務(wù)；

對于集團客戶，提供統(tǒng)一IP Centrex業(yè)務(wù)；可以視情況開展基于調(diào)度的PoC業(yè)務(wù)（受限于TD終端）。

5、大唐移動WLAN AC應(yīng)用解決方案

隨著Internet的日益普及和移動終端（包括筆記本電腦、WiFi手機、PDA）的廣泛使用，人們對無線IP接入的需求迅速增長，無線局域網(wǎng)（WLAN）得到越來越廣泛的應(yīng)用。憑借無線接入技術(shù)本身具有的應(yīng)用靈活、安裝簡便、建設(shè)周期短等優(yōu)勢，WLAN作為一種高速無線接入手段，正在與有線網(wǎng)絡(luò)一起，構(gòu)建靈活、高效、完善的寬帶網(wǎng)絡(luò)。

圖7  大唐移動WLAN 應(yīng)用解決方案

大唐移動推出的WLAN胖瘦可轉(zhuǎn)型產(chǎn)品解決方案，包括室內(nèi)、室外型AP，智能型無線交換機（專業(yè)上又稱為：接入控制器：AC），下文對AC介紹一下。

無線交換機為電信級無線控制設(shè)備，將無線網(wǎng)絡(luò)和安全處理等功能轉(zhuǎn)移到無線交換機上，集中管理所有的AP和無線用戶。它具備完善的射頻管理、故障自動恢復(fù)，強制STA漫游和負(fù)載均衡等功能，易于升級擴充�？梢耘c原有網(wǎng)絡(luò)完美融合，并且無需改變其架構(gòu)，大大簡化網(wǎng)絡(luò)的布署和管理，節(jié)約用戶投資。

大唐移動的無線交換機采用小型化ATCA平臺實現(xiàn)，通過不同的WLAN建網(wǎng)規(guī)模要求，具體的RASTAP硬件平臺可支持小到6槽位、2槽位插箱，多到14槽位及多插箱的級聯(lián)，提供靈活的積木式的容量擴展。

結(jié)束語

RASTAP產(chǎn)品的核心優(yōu)勢是加速產(chǎn)品上市時間，通過采用RASTAP硬件，開發(fā)人員可以縮短硬件開發(fā)時間，集中精力在增值業(yè)務(wù)上。RASTAP除了在硬件上都具有良好的模塊化，大唐移動在RASTAP平臺上還支持標(biāo)準(zhǔn)開放的OSCA軟件平臺，二者的有效組合，可提供大量豐富的應(yīng)用解決方案，加速業(yè)務(wù)的應(yīng)用及產(chǎn)品的部署，加速通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從而為用戶提供更為豐富的業(yè)務(wù)、更好的業(yè)務(wù)體驗。