专有设计曾经主宰电信设备市场,不过成本压力和技术的快速演进改变了这一现状。主要设备供应商越来越多地采用基于开放式标准的设计方案,从而为元器件和板级供应商、系统集成商以及软件提供商创造了大量的机会。不过,要想在电信市场上取得成功,还要求研发团队能够处理好不断变化的大量电信标准。

电信曾经是一个完整的纵向型产业,由单个公司即可提供从用户端设备经中心局一直到与广域网连接的所有产品。但这一业务模型被几个趋势所打破。技术的快速变化导致新电信服务的不断涌现,并刺激了最终用户对提升服务以及新业务的需求日益增加。所有这一切都极大地增加了电信设备的复杂度。

为了保持竞争力,电信设备供应商不得不从专有设计转变成基于开放式标准的设计。基于标准和规范的设计提供了许多优点。通过鼓励具有强大功能的商用构建模块的开发,标准有利于缩短系统设计和研发时间。由于这些模块并非针对单一系统而设计,它们的市场规模将有助于降低系统生产成本。这些市场同样还鼓励成本降低和激励创新两方面的竞争。因此,开放式标准将有助于电信设备供应商更成功地解决电信业所面临的所有问题。

电信业中流行的开放标准和规范源自于个人计算机的行业应用。最早出现的这类标准之一就是由PCI工业计算机制造组织(PICMG)开发的CompactPCI。该标准将Euro卡式模块和耐用性引入系统设计,从而使得IBM类型的PC可以适应非台式应用。

ATCA可以满足电信需求

为了满足电信系统在可靠性和可用性方面的要求,PICMG建立了一个非PC标准,该标准提供了相同类型的耐用性模块化系统设计-先进电信计算架构(ATCA)。ATCA规范整合了许多功能,如交换式串行背板、单个模块的远程系统管理、热交换功能以及实现高可靠性架构的配置等,可以满足电信设计中的所有常见需求。

为了提高ATCA设计的模块化性能,PICMG开发了高级夹层卡(AMC)规范。在ATVA卡上放置这些模块后就可以使它们访问背板连接,因此这些模块可以用来定制ATCA卡上的I/O,并用来装载处理器和存储外设。一块ATCA卡最多能够放4个AMC模块(见图1),因此设计师用一个卡即可实现多种不同的配置。就像ATCA卡一样,AMC模块同样可以实现单个模块的远程系统管理和热交换功能。

图1:PICMG的ATCA板级定义,允许利用也用在MicroTCA中的AdvancedMC模块来实现模块化的板级设计。(爱默生网络电源公司提供)

AMC模块的容量以及他们的热交换和远程管理功能使得他们能够提供与ATCA相同类型的功能,虽然性能可能会差一些。PICMG已经利用这种AMC功能定义了一个体积更小、成本更低的的电信系统标准-MicroTCA,该标准只利用直接插入背板的AMC模块。MicroTCA系统使用同样的AMC模块以及实际上与ATCA系统中相同的软件,因此可以帮助设计师利用通用开放式标准构建模块来创建各种系统。

电信开放式标准/规范的软件部分包括了Linux操作系统(OS)。Linux操作系统是一个免版税产品,可以从为使用操作系统的开发商提供服务和支持的许多供应商处获得。在与cPCI、ATCA、AMC以及MicroTCA硬件一起使用时,Linux操作系统可以被电信系统的开发商当作一个标准的设计组件使用,它能提供专有系统设计无法比拟的低成本、多供应商选择和不断创新等特点。

应用软件标准的出现

不过,硬件和操作系统也只是电信系统设计的基础,还需要大量的应用软件,目的是解决全球范围内的系统互操作性,满足规范的要求,并提供供应商特殊服务升级。用来生成系统软件单元的开放式标准和规范与硬件一起有助于缩短系统开发时间并降低成本。这类软件标准目前正在出现,其结果将是形成一个用于解决电信系统设计问题的复杂的和扩展的标准生态系统。

图2:电信系统软件被组织起来为开发商提供内部关联的构建模块,这些模块可以从不同的厂商获得,然后组装起来构成系统软件。(来自服务可用性论坛)

开始理解标准/规范生态系统的方法之一是查看电信系统的架构(见图2),然后将各种标准/规范与该架构中的单元进行匹配。当然,架构始建于系统硬件平台。一个标准硬件平台会利用ATCA和 AMC或者MicroTCA和AMC硬件。

架构的下一层是操作系统。这里所选的操作系统是Linux,因为它既是一种开放式标准,又是一个免版税的系统。但Plain-vanilla Linux不具备电信系统所需的一些高可用性功能。这就要求操作系统提供商将系统升级到运营商级(CG)的Linux。运营商级的Linux与业务可用性中间件层、系统管理软件以及硬件平台接口一道构成了电信系统的软件基础。这些软件模块提供的一些服务和功能,例如故障检测、故障转移响应和热交换管理,都是Linux本身不具备的,但又是高可用性设计所必需的。

为了让电信系统开发商能够将精力集中在应用程序开发和新服务上,而不是普通的系统操作上,还需要额外的中间件。这些中间件用来抽象底层系统,以便开发商能够将程序写入到标准应用程序接口(API),同时还能够在任何一款基于标准的系统设计上运行。

该架构的顶层是应用软件。没有增值可能的某些应用程序也可以被标准化。其余的是电信系统开发商的“专长”,通常可以提供一些独特的服务或增强的性能,从而帮助供应商提高产品的竞争能力。

符合系统架构的开放式标准

为了建立电信系统而进行的开放式标准和规范开发工作基本上遵循与系统设计一样的架构。系统各层需要其自己的文件集,因此业界成立了许多工业协会来开发这些要求。结果是需要开发一个完整的标准和规范生态系统,其中某些小组负责解决特定层的开发,而另外一些小组则负责解决各层间的接口以及协调整个工作。

图3:制定电信开源标准的行业组织基本上遵从图中所示的系统设计架构。(爱默生网络电源公司提供)  

电信标准生态系统的的架构始于开放平台构建模块(见图3)。这些模块包括ATCA和其他系统硬件、运营商级的Linux以及一些服务中间件。由于这些模块通常来自于不同的供应商,故标准工作包括各层间的接口定义,目的是简化将这些模块组合成系统基础的工作。

有几个组织负责开放平台标准的定义。其中PCI工业计算机制造商组织(PICMG)已经定义了电路板和机箱标准,包括ATCA、AMC以及MicroTCA。Linux协会则开发了基于运营商级Linux的操作系统标准。业务可用性论坛(SAF)负责处理高可用性系统设计方面的特殊需求,并且定义了各个构建模块必须提供的管理功能和接口。摩托罗拉ECC还建立了一个叫做OpenSAF的组织,负责SAF应用接口规范(AIS)的开源实现工作。

为了辅助上述电信硬件和软件构建模块的提供商,电信业自身已开始定义参考系统框架协议,这些协议将根据设备执行的任务以及所要实现的功能描述各类电信设备的硬件和软件需求。这些协议还为开发商提供了具体的产品目标,这就有利于确保构建模块提供商定义的标准/规范足够满足电信设备开发商的需求。目前有许多这样的框架协议,包括基于ATCA和MicroTCA的中心局系统硬件框架、操作系统框架以及基本平台中间件框架。

业界还开发出了一个类似的参考设计集来指导应用接口的开发。该参考设计应用框架包含了用软件实现的所有系统程序,并且与平台硬件设计彼此隔离。它为软件标准/规范开发商提供了特定的产品设计目标,以便为他们的开发工作提供指导。目前,无线网络控制器和多媒体网关参考设计框架都有现成的,它们是在国际电信联盟 (ITU) 的开放电信架构论坛(OCAF)兴趣小组的指导下开发出来的。

互操作性是CP-TA关注的指标

虽然标准和规范的不断发展一直是为了确保开发商能够生产出系统集成商可随时根据需要组合使用的产品构建模块,但他们总是留下一些细节问题需要加以解释。这种模糊性常常会导致互操作性问题。为了解决这些问题,并确保开发商能够正确地执行标准,必须执行某种形式的独立测试。在电信生态系统中,有许多行业组织可以提供部件级测试和验证以及系统级测试。

对于硬件级的互操作性测试,PICMG设立了一系列的互操作性实验室,供应商可以聚集在这里共同测试他们的规范实现。但这种实验室测试不能为供应商的客户提供担保。为了解决这个问题,并涵盖系统级的软硬件互操作性,业界又设立了一个叫做通信平台贸易协会(CP-TA)的组织。该组织最关心ATCA系统,已经为这种系统创建了测试步骤手册(TPM)和互操作性认证文件(ICD)。

由于上述所有的协议、框架、接口、硬件以及软件标准是由不同的组织在开发(见表1),业界可以从一个能够提供市场保护伞、同时能够协调并为所有标准制定机构提供系统级指导的机构获取利益,这样的机构就是Mountain View 联盟 (MVA),它由来自各个组织的代表组成。MVA的目标就是协调这些组织的开发工作,使得他们能够互惠互利并避免重叠。另外,MVA还提供了一个营销手段,可以用来促进并鼓励各种标准/规范的开发和实现。

设立MVA的原因是,由于对电信系统需求的解释不一,开发工作可能会走到偏离的轨道上,这方面存在着一个很大的风险。器件供应商组织,像PICMG、Linux协会以及SA论坛,都是根据电信设备制造商(TEMS)的常见需求在工作。而TEMS则通过SCOPE工作,并根据他们所收集的信息以及有时候一些个别需求来定义要求。

借助SA论坛、Linux协会以及SCOPE力量而正在开发的应用标准与底层平台架构无关。结果如果不加控制的话很容易导致软件标准/规范和硬件标准/规范的背离。因此MVA和CP-TA组织正在确保所有事宜能相互适配,并弥补由于各自工作的分离所造成的标准生态系统中所留下的差距。

当然,使用标准构建模块开发创建电信系统所需的开放式标准的工作也并非都是依靠上述组织自身。虽然他们对设计决策具有最直接的影响,但这些工作必须相互协调,这与业界关注系统设计各个方面的工作是类似的。类似行业工作的一个例子是光纤互联论坛(OIF),它关注的是电信系统中的光通信链路。该组织与供应链上的所有公司-从半导体商到系统供应商-一道工作,为了解决各种问题而达成实现协议,为了确保互操作性而制订了光网络中各单元的创建规范。

也有一些行业组织监视网络的行为,并对系统设计施加约束条件。例如,互联网工程任务组(IETF)就是用户、开发商、研究机构以及其他兴趣小组联合组成的机构,负责监视互联网及其运作。该组织制订了设备设计需要支持的行为标准,并支持其他组织制订的有助于确保互联网连续运行的标准和规范。

挑战在于如何保持同步

由于有上述这么多(甚至更多)组织机构共同参与工作,这对于研发电信器件或系统的公司来说,如何保持与标准的制订工作一致是极大的挑战。当然,对于这些新进入市场的公司来说,对这些标准/规范保持一个通用的理解是关键(见Box " Standards Snapshot)。为了具备竞争能力,这些产品必须符合标准。进一步讲,如果这些基于标准的设计成功的话,这些产品必须被证明能够与其他提供商的产品具备互操作性。

有两种方法可以使这些公司紧跟最新潮流。一种方法是真正投入精力来获得所需的经验。这首先要求熟悉所有相关的标准和规范和适用范围及应用。其次,公司必须成为各类组织机构的会员,以便确保能够及时获得最新的更新,并洞悉标准和规范的演进。这些工作要求有专职的人员负责,以确保能够与众多标准同步。

另一种方法是与像爱默生这样已经加入标准机构的供应商合作。这类供应商已经对最新标准和规范以及将来可能的变化有了深入的了解。这方面的经验将确保这些供应商的产品能够紧跟潮流,具备互操作性,并能为未来的系统升级提供一个成长通道。选用这样的产品作为构建模块,开发商才能真正实现符合当前和未来行业规范并具有竞争力的设计。

在电信领域,某些应用所采用的传统专有设计方案正在迅速退出。这类设计的实现越来越困难,而且成本太高。现成的商用设计方案(COTS)正在取而代之。而COTS所需的开放式标准也已经出现并已证明是行之有效的。这些标准还在不断演进。在TEM的指导下,可确保基于这些标准的产品能够符合电信需求。此外,业界在自主管理方面正在逐步成熟。像MVA和CP-TA等新兴组织正在为标准的持续演进以及系统中各组成单元的认证提供总的指导,从而确保了作为COTS设计基础的互操作性。

因此,电信系统开发商要想确保其设计具有竞争力,不仅要熟悉相关的各种标准,还要与不断演进的标准和规范制订工作保持同步。保持同步对于进入市场是至关重要的。开发商必须要么自己培养掌握丰富的经验知识,要么就从其他供应商那里获取经验知识。

作者:Stuart Jamieson

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