Технология AdvancedTCA

Александр Семенов

По мере того, как операторы беспроводных и других телекоммуникационных услуг развертывают новое поколение сервисов для передачи данных через Интернет, усиливается и потребность в надежном инфраструктурном оборудовании, обладающем высокой степенью готовности, масштабируемости и управляемости.

Внедрение новых сервисов, таких, как высокоскоростной доступ к Web-контенту, специализированные Интернет-порталы для беспроводного подключения и виртуальные частные сети (VPN) для мобильных пользователей, увеличивает темпы роста как числа пользователей, так и объемов передаваемых ими данных. От компаний-операторов при этом требуется обеспечить высокую пропускную способность сети и развертывание все новых сервисов при одновременном ограничении эксплуатационных расходов. Для решения этих задач требуется новое поколение модульных коммуникационных платформ операторского класса, включающих как средства проводного и беспроводного доступа, так и базовое сетевое оборудование.

В сотрудничестве с ведущими компаниями коммуникационной отрасли корпорация
Intel (http://www.intel.com) разработала
новое семейство спецификаций, предназначенных для расширения и развития стандарта
CompactPСI. Задача состояла в том, чтобы обеспечить на ближайшие годы ресурсы
для удовлетворения постоянно растущих потребностей компаний-операторов в коммуникационных
платформах.

Серьезный успех был достигнут в конце 2002 г., когда комитет PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG), в который входят более 700 участников, представляющих всю телекоммуникационную отрасль, ратифицировал семейство новых спецификаций AdvancedTCA (PICMG 3.x).

Всего через год после этого события на конференции Telecom World 2003 корпорация Intel одной из первых в отрасли представила новые платформы, совместимые со спецификациями AdvancedTCA (ATCA), в том числе три новых модульных продукта: высокопроизводительный высокоинтегрированный компьютер Intel NetStructureMPCBL0001, монтажную стойку Intel NetStructure MPCHC0001 типоразмера 14U и управляющий модуль Intel NetStructure MPCMM0001 Chassis Management Module (CMM). Разрабатывая эту продукцию, корпорация Intel стремилась помочь производителям оборудования максимально реализовать возможности усовершенствованной архитектуры, определяемой стандартом AdvancedTCA.

Появление конструктивных компонентов на базе архитектуры Intel, выполненных в форм-факторах AdvancedTCA и CompactPCI, дает возможность поставщикам услуг перевести свои сервисы на новые стандарты, а производителям оборудования предоставляет широкий выбор форм-факторов и системных функций. Деятельность Intel, нацеленная на расширение возможностей отрасли, уже сейчас позволяет производителям телекоммуникационного оборудования разрабатывать следующее поколение продукции, совместимой со спецификациями AdvancedTCA.

Спецификации AdvancedTCA

Спецификации AdvancedTCA, разработанные комитетом PICMG практически с нуля, ориентированы на растущие потребности телекоммуникационных операторов. В частности, новый стандарт призван помочь производителям телекоммуникационного оборудования создавать системы с высокой надежностью, готовностью, возможностью масштабирования производительности и пропускной способности ввода-вывода, а также с повышенной управляемостью и способностью к взаимодействию.

Стандарт AdvancedTCA формирует облик новой архитектуры модульных телекоммуникационных систем операторского класса. Этот стандарт определяет объединительную панель, построенную по принципу коммутации пакетов и призванную реализовать преимущества нового поколения масштабируемых решений для коммутационной матрицы, включая архитектуру PCI Express с высокой степенью масштабируемости пропускной способности. Помимо требований к PCI Express, семейство спецификаций PICMG 3.x определяет требования к многоуровневой коммутационной матрице при использовании технологий Ethernet, StarFabric, Fibre Channel и InfiniBand.

Помимо требований к средствам ввода-вывода с высокой масштабируемостью, спецификации AdvancedTCA учитывают и потребности телекоммуникационных приложений с интенсивной вычислительной нагрузкой. Эти спецификации определяют двух- и однопроцессорные высокоинтегрированные компьютеры (SBC) на базе высокопроизводительных процессоров архитектуры Intel, укомплектованные системной памятью объемом до 4 Гбайт и обладающие большими возможностями цифровой обработки сигналов. Новый стандарт обеспечивает преимущества по сравнению со стандартом CompactPCI, включая увеличенную мощность электропитания (200 Вт на плату), улучшенные средства управления температурным режимом и применение плат большого форм-фактора (8U x 280 мм x 1,2 дюйма).

Не менее важный аспект спецификаций AdvancedTCA – централизованные средства системного управления. В частности, определяются резервированные механизмы централизованного управления платформой, реализуемые на базе интерфейса Intelligent Platform Management Interface (IPMI) 1.5 и дублированных соединений IPMI/IPMB для каждого узла. Архитектура AdvancedTCA исключает так называемые единые точки отказа за счет использования резервированных контроллеров управления корпусом, резервированных шин электропитания для каждой платы и избыточности, обусловленной самой топологией коммутационных матриц.

Преимущества модульного подхода

Соответствующие стандартам AdvancedTCA модульные конструктивные компоненты, включая монтажные стойки, платы, модули управления и блоки для замены в условиях эксплуатации (FRU), призваны упростить для телекоммуникационной продукции техническое обслуживание и модернизацию, обеспечить поддержку нескольких протоколов, расширенные возможности взаимодействия, а также возможность резервирования подсистем для повышения надежности и готовности.

Новое семейство модульных конструктивных компонентов Intel, соответствующих спецификациям AdvancedTCA, разрабатывалось в расчете на то, чтобы продлить срок службы телекоммуникационного инфраструктурного оборудования, что, в свою очередь, снизит капитальные затраты компаний-операторов, позволив им экономически эффективно и гибко развертывать новые сетевые сервисы. Такая архитектура выгодна и производителям телекоммуникационного оборудования – использование модульных конструктивных компонентов позволяет гибко реагировать на меняющиеся требования клиентов, сокращая затраты на разработку и время выхода на рынок и снижая стоимость поддержки продукции.

Другое важное преимущество модульной архитектуры при создании платформ – возможность значительно расширить круг поставщиков. Спецификации AdvancedTCA создавались с таким расчетом, чтобы обеспечить взаимодействие различных элементов инфраструктуры. Продукция, совместимая с этими спецификациями, уже начинает поступать на рынок, а сообщество поставщиков постоянно расширяется. Это позволяет производителям систем ускорить процесс разработки за счет использования готовых модульных конструктивных компонентов независимых поставщиков. Гибкость и экономическая эффективность модульной коммуникационной архитектуры, особенно в быстро развивающейся телекоммуникационной и беспроводной среде, стимулирует многих поставщиков сетевых решений передавать заказы на изготовление стандартных конструктивных компонентов для своего нового оборудования специализированным фирмам. И появление платформ Intel, соответствующих спецификациям AdvancedTCA, служит авторитетным подтверждением этих преимуществ.

Продукция Intel для AdvancedTCA

Семейство модульной продукции Intel, соответствующей спецификациям AdvancedTCA, состоит из двухпроцессорного высокоинтегрированного компьютера, монтажной стойки типоразмера 14U и управляющего модуля CMM.

Высокоинтегрированный компьютер (SBC) Intel NetStructure MPCBL0001 обеспечивает
более высокую производительность, чем выпускавшиеся ранее основанные на стандартах
телекоммуникационные высокоинтегрированные системы. Этот компьютер поддерживает
один или два процессора Intel Xeon с низким энергопотреблением с тактовой частотой
1,6 или 2,0 ГГц, 400-МГц системной шиной и встроенной кэш-памятью 2-го уровня
объемом 512 Кбайт. Платформа SBC создана на базе набора микросхем Intel E7501
и имеет четыре разъема для установки буферизованной памяти ECC DDR266 SDRAM
общим объемом 4 Гбайт. Плата компьютера оборудована разъемами объединительной
панели для подключения двух адаптеров Gigabit Ethernet и двух – Fibre Channel
(опция). Плата совместима со спецификацией IPMI 1.5 и оборудована мониторами
Intelligent Platform Management Controller (IPMC) и средствами управления, обеспечивая
диагностические функции с помощью дублированных соединений по шинам Intelligent
Platform Management Bus (IPMB).

Высокоинтегрированный компьютер (SBC) Intel NetStructure MPCBL0001.

Монтажная стойка Intel NetStructure MPCHC0001 имеет 14 отсеков для установки
плат, вертикально размещаемых в корпусе типоразмера 14U. Блок вентиляторов с
возможностью горячей замены обеспечивает благоприятный температурный режим,
отвечающий требованиям инфраструктурного телекоммуникационного оборудования,
благодаря эффективной схеме прохождения воздушного потока от лицевой к задней
панели, и отводит тепло от каждого из отсеков с мощностью установленного оборудования
до 200 Вт. Монтажная стойка исключает единую точку отказа за счет резервирования
шин питания по напряжению (48 В постоянного тока) и модуля управления корпусом.
Конструкция монтажной стойки соответствует стандартам NEBS Level 3 и ETSI.

Монтажная стойка Intel NetStructure MPCHC0001.

Модуль управления корпусом (CMM) Intel NetStructure MPCMM0001 должен
обеспечивать максимальную функциональную готовность модульной платформы, соответствующей
спецификации AdvancedTCA. Модуль CMM освобождает центральный процессор от управляющих
функций и берет на себя централизованное управление платформой, контролируя
16 отсеков с платами, многочисленные датчики корпуса и резервный модуль CMM.
Модуль запрашивает информацию от заменяемых блоков, определяет их наличие, управляет
тепловым режимом всего корпуса и контролирует исправность каждого компонента.
Кроме того, CMM управляет электропитанием и последовательностью подачи питания
на каждый компонент, а также включением/отключением питания каждого отсека.
Модуль CMM идентифицирует компоненты корпуса, подлежащие мониторингу, и посредством
интерфейса IPMI 1.5, реализованного в рамках принципиально новой гибридной управляющей
топологии "двойная звезда", собирает и отправляет информацию об определенных
модулях или платах. Модуль CMM поддерживает несколько управляющих интерфейсов,
включая Remote Management Control Protocol (RMCP), Remote Procedure Calls (RPC),
Simple Network Management Protocol (SNMP) версий v1 и v3, IPMI 1.5 по шине IPMB,
интерфейс командной строки (CLI) при подключении через последовательный порт,
Telnet и SSH Secure Shell.

Модуль управления корпусом (CMM) Intel NetStructure MPCMM0001.

AdvancedTCA в решении прикладных задач

Спецификации AdvancedTCA идеальны для создания различных сетевых шлюзов и поддержки технологии Host Media Processing, включая беспроводное оборудование стандартов xGSM, контроллеры Radio Network Controllers (RNC) и т. д.

Контроллеры Radio Network Controller. Конструктивные компоненты, соответствующие
спецификации AdvancedTCA, могут быть использованы при разработке контроллеров
RNC для сетей 3G. Контроллеры RNC предназначены для управления сотнями приемопередающих
станций в узлах Node B, коммутации и поддержки сервисов для мобильных телефонных
станций (MSC) и интерфейсов передачи данных стандарта 3G.

Контроллеры RNC выполняют функции голосовой коммуникации в беспроводных сетях, включая концентрацию узлов Node B, соединение каналов с узлами Node B и базовой сетью, терминацию управляющих сигналов от узлов Node B и базовой сети, терминацию радиоинтерфейса уровня 2, управление установлением соединений с мобильными станциями, управление переключением между базовыми станциями, передачу данных и сбор статистической информации, а также управление сетевыми ресурсами. Помимо выполнения функций моста, обеспечивающего подключение к сетям с коммутацией IP-пакетов, контроллеры RNC поддерживают традиционные функции ATM уровня AAL2 (голос) и уровня AAL5 (данные), технологии IP over ATM (IPoA) и Packet over SONET (POS).

Решение на базе архитектуры AdvancedTCA предоставляет все необходимые ресурсы в рамках одного корпуса. В одной стандартной стойке можно разместить множество контроллеров RNC, что позволяет построить масштабируемое решение с очень высокой плотностью монтажа. Эталонная конструкция контроллера RNC использует конструктивные компоненты стандарта AdvancedTCA с объединительной панелью Gigabit Ethernet в стойке с 14 отсеками; в ее состав также входят два коммутационных модуля и 12 узлов. Эта конструкция поддерживает пять типов линейных адаптеров, в том числе плату для реализации управляющих и прикладных функций на базе процессоров Intel Xeon с низким энергопотреблением и набора микросхем Intel E7501.

Размеры и большой запас мощности плат стандарта AdvancedTCA дают возможность использовать функционально насыщенные линейные адаптеры со специализированными микросхемами. Кроме того, стандарт AdvancedTCA обеспечивает независимое масштабирование возможностей линейных адаптеров RNC для реализации новых технологий, включая технологии цифровой обработки сигналов (DSP). В данной конструкции магистральные порты коммутационных Ethernet-адаптеров могут также служить для объединения нескольких корпусов с контроллерами RNC для масштабирования ресурсов в соответствии с потребностями сети.

Преимущества описанных модульных сетевых конструктивных компонентов могут использоваться для решения конкретных задач в беспроводных сетях третьего поколения (3G). Способность конструктивных компонентов стандарта AdvancedTCA к основанному на стандартах взаимодействию позволяет создавать RNC-системы аналогичной конструкции на базе плат, стоек и линейных адаптеров, выпускаемых как Intel, так и другими производителями (при условии, что их продукция соответствует спецификациям AdvancedTCA).

Технология Host Media Processing. ПО Intel NetStructure Host Media Processing,
используемое в конструктивных компонентах Intel стандарта AdvancedTCA, предназначено
для реализации базовых медиасервисов, которые разработчики могут применять при
создании гибких и масштабируемых модульных сетевых элементов для сервисов передачи
голоса и данных. Это ПО поддерживает две основные функции: реализацию алгоритмов
медиаобработки голоса и программную коммутацию голосового трафика.

Использование в одноплатных компьютерах стандарта AdvancedTCA одного из наиболее производительных процессоров Intel позволяет создать стандартную компьютерную платформу, которая экономически эффективно выполняет функции медиаобработки, до того требовавшие специализированных DSP-процессоров. Использование одного мощного центрального процессора вместо нескольких DSP-процессоров позволяет нарастить возможности данной платформы до уровня DS-3 или даже OC-3.

Телекоммуникационный медиасервер для сетей Ethernet может быть развернут на стандартной вычислительной Web-платформе с использованием только ПО HMP, без дополнительных аппаратных средств для обработки голоса. Сети Ethernet позволяют применять телекоммуникационные Ethernet-медиасерверы как для клиентов, использующих оборудование старого типа, так и для IP-клиентов.

Аналогичный тип платформы для Web-сервера может выполнять функции обработки вызовов при программной реализации функций коммутатора. В таких сетях также легко реализовать сервисы телекоммуникационной медиаобработки с помощью ПО HMP, выполняющегося на той же серверной платформе, что и программный коммутатор. Подобный тип реализации в будущем заменит специализированные платформы для медиаобработки.

Совместное использование ПО Intel HMP и аппаратного обеспечения Intel, совместимого со спецификациями AdvancedTCA, позволяет разработчикам телекоммуникационных систем перевести свои решения для медиаобработки с относительно дорогих заказных устройств на основанные на стандартах открытые программные модели, реализованные на массовых вычислительных платформах.

Отраслевая поддержка

Продукцию, соответствующую спецификациям AdvancedTCA, в том числе элементы беспроводной инфраструктуры сетей 3G и решения следующего поколения для широкополосной агрегации, представили на рынок и другие поставщики, в том числе участники альянса Intel Communications Alliance. Еще раз отметим, что, благодаря способности к взаимодействию, обеспечиваемой стандартом AdvancedTCA, производители телекоммуникационного оборудования могут использовать конструктивные компоненты от различных поставщиков.

В частности, компания ZNYX Networks (http://www.znyx.com),
участник Intel Communications Alliance, на конференции Telecom World 2003 объявила
о готовности к пробному применению коммутатора Gigabit Ethernet модели ZX5000
на базе архитектуры AdvancedTCA. В устройстве ZX5000 имеются коммутационная
матрица для подключения 12 отсеков для модулей стандарта AdvancedTCA на скорости
Gigabit Ethernet, порт Gigabit Ethernet для связи с другими коммутаторами и
три выходных порта Gigabit Ethernet для медных линий (размещены на передней
панели). Для поддержания высокого уровня надежности реализована развитая поддержка
протокола IPMI 1.5, с помощью которого происходит централизованный сбор информации
от датчиков температуры и напряжения. Кроме того, ZNYX Networks разработала
для управляемых коммутаторов программную платформу OpenArchitect с функциями
панели управления, которая используется для управления медиакоммутатором Intel
Media Switch IXE5416.

Вместо заключения

Спецификация PICMG AdvancedTCA в самой своей основе разрабатывалась как недорогая альтернатива закрытым архитектурам телекоммуникационного оборудования. Использование модульных конструктивных компонентов, совместимых со спецификациями AdvancedTCA, уже сегодня позволяет создавать высокопроизводительные решения операторского класса с высокой пропускной способностью, обладающие запасом ресурсов для развертывания новых IP-сервисов. Дополнительное преимущество модульных конструктивных компонентов стандарта AdvancedTCA – снижение стоимости разработки и сокращение времени выхода новой продукции на рынок. Это, в свою очередь, должно помочь компаниям-операторам минимизировать капитальные и эксплуатационные расходы.

Корпорация Intel помогает продвижению нового стандарта, одной из первых в отрасли представив новые образцы продукции, совместимой со спецификациями AdvancedTCA, а также сотрудничая с поставщиками в рамках альянса Intel Communications Alliance. Продукция Intel, соответствующая новому стандарту, должна помочь производителям телекоммуникационного оборудования ускорить реализацию совместимых со спецификациями AdvancedTCA решений операторского уровня. Кроме того, эта продукция закладывает базу для взаимодействия различных устройств стандарта AdvancedTCA между собой, что в ближайшие годы обеспечит создание решений нового поколения для телекоммуникационной инфраструктуры.