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利用RapidIO技术解决多重数据传输对网络架构的挑战

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GG_GG|  楼主 | 2013-1-24 21:09 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
一切都是为了连通。又有哪些人关心到底采用什么方式呢?连接领域的“战争”已经以互联网的胜利而告终。互联网能够传输大量数据这一点是传统的语音网络所望尘莫及的,既然如此,为什么还要自取其扰改变网络架构来应对语音业务呢?如今,网络中传输的都是数据和多媒体内容。这种说法对吗?

有道理,但是不全对。

多媒体、语音、视频和数据的传输给网络架构带来了挑战

如今的无线网络在传输语音之外正在被越来越多地要求传输数据和视频。这给网络系统架构带来更多的需求。所有的三级传输都有独特的需求,并最终融合为一种单一的标准化的架构。因此,多媒体、语音、视频和数据的传输给网络架构带来了额外的需求。

人们并不能简单地断定无线网络中的数据通道仅仅只是在传输数据。如今,与旧的无线电话机有几分类似的一键通服务使用一种紧凑的数据连接将语音传送到一个事先设置好的接收机上,不会出现通话建立延迟的情况。这种语音传输必须符合TDM(时分复用模式)网络对服务质量等级的预期,否则,语音质量将受到伤害并给人一种劣质产品的感觉。这仅仅是利用手机网络中的数据通道提供的众多高级服务中的一种。

手机通话的数量正在年复一年地稳定增长。随着手机通话成本的下降,手机用户的数量持续增长,同时手机用户每个月的通话时间也在增加。然而,手机网络将它们的很大一部分资源用来管理移动问题,而不仅仅是和语音或者数据服务相关的数据业务。当每次用户从一个通话转向另一个通话, VLR(客籍位置记录器)都需要进行更新。一些高密度的手机网络可能将它们70%的计算资源用于VLR的更新,只有仅仅30%资源被应用于实际的呼叫处理。关键的因素在于用户密度。随着用户密度的增加,越来越多的部门被要求来为一个用户服务。这个问题通常通过减少单个蜂窝基点的功率和覆盖半径以及插入其他非常类似的蜂窝基点来解决。这样可以增加整个网络的呼叫能力。

然而,大部分呼叫还是通过有线网络完成的。在北美,手机通话每分钟的费用平均为12 ~15美分。无线通话的时间在持续增长。到2005年中期,手机用户每个月的通话时间已经增长到平均507分钟并在不断上升。与此同时,有线电话用户每个月的通话时间平均为1200分钟,不过呈下降趋势。有线电话被视为一种价格固定的服务,不过基于庞大的用户数量,平均每分钟的通话费用为2 ~3美分。因此,手机仍然被视为一种溢价的服务。

用户采用纯粹的无线模式还面临两个障碍。第一个障碍是成本,手机仍然是一种溢价服务。第二个障碍是发生在很多建筑物内的信号接收问题。很多手机用户必须站在建筑物外或者窗户旁边获得可以接受的通话质量。这对于彻底抛弃有线服务是一个实实在在的阻碍。

随着用户在手机网络和互联网之间的漫游,弥合有线和无线服务之间价格鸿沟的潜在可能出现了。这将使无线用户在无线LAN连接和手机网络连接之间以一种无缝的方式相互转换。因此,随着人们抛弃有线服务,手机通话的时间将明显增加。这将转化为对无线网络的巨大的需求。

无线网络的增长要求容量增加。这通常通过增加用户密度和减少一个基点的覆盖范围来实现。因为射频频谱是一种固定和稀缺的资源,传统的增加用户密度的方法是增加基点的数量。

事实证明,对于一个基点来说,经济的模式是使其受到传统实物设备而非技术的驱动。一个基点中最为昂贵的部分是塔台和附属的基础设施。蜂窝网络中的频谱分配遵循统一的模式。不过,事实上用户密度则远远没有一致。一个明显的例子就是通过农村地区的公路和高速公路。行驶在高速公路上的汽车渴望获得更多的带宽,然而,田野中孤独的农民能够得到的带宽又远远超出了他的需求。如果能够将一些频谱从田野移到高速公路,我们就能够在不增加基点的情况下提高用户密度。一种被称为“智能天线”或者“自适应天线”的技术确实能够做到这一点。这种技术基于相控阵天线技术的某些概念发展起来。如果你采用统一的天线阵列并且向所有的天线发射相同的信号,通过调整信号的相位,就可以实现波束形成。几十年来,这种技术已经在美国所有机场的雷达安装领域获得了广泛应用。一个蜂窝基站包括很多和相控阵天线类似的天线。然而,目前我们还没有以相控阵的形式对这些天线进行排列。

无线网络基站架构

如今的基站在天线和数字转换器、数字转换器和调制解调器池之间采用硬线连接。DSP接收一个线速的数字化RF信号,进行无线电处理提取天线接收到的TDM数据流中的基带信号。这种系统中固定的DSP资源供应意味着基站设计者必须在系统中的各个位置过量地提供DSP资源以备系统未来的不时之需。由于系统采用硬线数据通道,这些额外的资源并不能被很容易地分享。通过在一个池中放置所有的DSP,将DSP阵列视为一种可以被分享的资源池成为可能。这种方法能够提供升级更为方便的DSP资源的供应,因此减少基站的总成本。

随着自适应天线技术的引入,调制解调器池中所有的DSP需要有权使用来自所有天线的天线数据。出口通道需要所有的天线成为一个整体并为基站中所有的部分进行数据编码。这要求基站的计算带宽有一个显著的增加。同时,基站中各个元素之间的互连带宽也显著增加。因此,基站中与计算相关的成本有所增长。芯片和芯片互连对带宽的需求与前代基站相比也大幅度增长。

一个基站中的基带信号处理通常由很多DSP来完成。这种处理过程也能够从DSP被集合到一个池中作为可分享的资源的体系架构中获益,其允许基站设计者更为有效地优化DSP池的成本。

RapidIO带来的更为灵活和更易升级的基站架构

对于无线基础架构来说,新的经济的模式就是不断增长用户密度而不必为新的基点增加额外的塔台和附属设施。事实证明,如果能够降低总的拥有成本,电信公司愿意为基站的电子设备花更多的钱。

因此,在调制解调器池和控制平面处理器中,下一代的蜂窝基站将需要更为强大的计算能力。这也意味着如今的典型架构中需要为调制解调器池增加一个PowerPC处理器和很多DSP器件。过去,DSP器件和PowerPC处理器之间的互连基于使用FPGA和ATM开关的接口。未来,互连被要求能够传输语音、数据、视频、控制信息并整合所有来自天线阵列的天线数据。用于各种传输等级的分立的互连技术将非常昂贵以至于难以应用。因此,需要一种高带宽的能够传输多种等级信息的对等的互连体系。候选的技术有:
•以太网  
•PCI-Express  
•HyperTransport  
•RapidIO  
•Advanced Switching(高级交换)

实际的解决方案要求被选择的技术能够在集成的高性能PowerPC处理器、无线基础架构DSP和开关中都可用。这就缩小了选择的范围:

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沙发
GG_GG|  楼主 | 2013-1-24 21:09 | 只看该作者
HyperTransport在MIPS架构、ASIC和FPGA中能够被应用。然而,HyperTransport目前并没有被PowerPC社区以及无线DSP社区接纳。因此,HyperTransport并不是一种现实可行的选择。

以太网可以被用来完成上述任务,但是其在吉比特速度上没有必须的带宽。因此,这将驱使解决方案采用更为昂贵的10GE以太网。以太网是一种自带寻址信息的技术,这意味着信息传输在硬件中不能得到保证。该问题通常利用TCP层中的协议堆栈加以解决。然而,在高带宽水平下一个完整的协议堆栈的处理的成本非常之高以至于难以接受。因此,成本较低的基于硬件的解决方案更为合适。这是一个事实,即使基站和RNC(无线网络控制器)之间的网络接口将转而使用吉比特以太网。无线空载传输需要最经济的广域网络。空载传输网络需要的带宽只是基站中数据传输所需带宽的一小部分。

以太网可以被用来完成上述任务,但是其在吉比特速度上没有必须的带宽。因此,这将驱使解决方案采用更为昂贵的10GE以太网。以太网是一种自带寻址信息的技术,这意味着信息传输在硬件中不能得到保证。该问题通常利用TCP层中的协议堆栈加以解决。然而,在高带宽水平下一个完整的协议堆栈的处理的成本非常之高以至于难以接受。因此,成本较低的基于硬件的解决方案更为合适。这是一个事实,即使基站和RNC(无线网络控制器)之间的网络接口将转而使用吉比特以太网。无线空载传输需要最经济的广域网络。空载传输网络需要的带宽只是基站中数据传输所需带宽的一小部分。

高级开关理论上可以克服PCI-Express的对等性限制,但是半导体厂商并没有广泛地采用这种技术。即使该技术的最初开发者英特尔公司也开始逐渐冷淡这项技术,因此,高级开关不是一个真正可行的选择。

对于上述应用,RapidIO是一个不错的选择,其拥有此类应用所需要的性能方面的可量测性。RapidIO拥有电信公司所期望的可靠的基于硬件的信息传输。可以从至少3家(数量还在增长)不同的卖主获得开关,两家领先的公司可以提供无线基础架构所需的DSP。AMMC和其他PowerPC卖主能够提供带有RapidIO接口的PowerPC处理器,并且有未来明确的发展路线图。RapidIO能够为整个基站的网络集线器提供一种高性能的、均一的互连技术。RapidIO架构拥有足够的带宽来支持应用。基于数据分级,RapidIO还有区分数据传输优先等级的功能。因此,人们可以指派不同的优先等级,对不同等级的传输进行排队。通过采用不同的发射方法,人们还可以对传输进行隔离。控制平面数据可以使用RapidIO信息协议进行传输,而控制平面则使用直接的内存映射IO进行发送。由于能够控制这些传输等级的优先级别,因此,控制平面传输的用户数据从来不会引起线头阻塞。这种基于统一互连的传输隔离能够使电信公司相对容易并且以较低的成本获得与分立控制和数据平面相关的可靠的质量等级。

RapidIO拥有高级的数据控制特性,能够保证传输服务的管理。这是架构与生俱来的特性使得并不需要什么聪明绝顶的传输管理者对其进行修正,而其他互连技术也许会要求管理者时时进行修正而为其带来过分的不安和迷惑。

未来发布的3G标准包括HSDPA将提供一种高带宽的不对称的下行数据链路通道。这与ADSL模式有些类似,该技术认为下行的带宽需求将大于上行的带宽需求。HSUPA增加了相对应的高带宽数据通道。所有这些都推动基站和无线电网络控制器中增加带宽的需求日益高涨。

满足无线网络中下一代服务要求的关键是处理器能力、信号处理和互连技术的适当结合。AMCC正在和无线基础架构领域的领导厂商进行合作提供上述关键技术。

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板凳
biechedan| | 2013-1-24 21:37 | 只看该作者
向楼主学习了

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地板
blackshan| | 2014-4-18 09:39 | 只看该作者
向楼主学习

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