基于ATCA和MicroTCA的獨立信令網關設計

信令網關用于橋接下一代IP網絡和傳統(tǒng)的包交換電話網絡(PSTN)，處理的主要是呼叫建立、控制和計費等信號。網關設計要求融合IP協(xié)議、傳統(tǒng)的交換電路協(xié)議、操作系統(tǒng)、管理以及高可靠性的硬件系統(tǒng)設計。MicroTCA、AdvancedMC硬件和現(xiàn)成軟件可以提供構建模塊用于開發(fā)獨立的信令網關設計，這樣設計出來的網關很容易隨著IP電話需求的增加而進一步擴展。

電話需要兩種類型的網關：一種是用來處理話音、視頻和數(shù)據(jù)的媒體網關；另一種是用來處理呼叫控制的信令網關。一些歐洲的電話系統(tǒng)使用相同的物理鏈路同時傳送這兩種信號，因此媒體和信令網關可以是同一設備。但包括北美地區(qū)的網絡在內的其它系統(tǒng)是在不同的物理鏈路上傳送信令和媒體這兩種信號的，因此開發(fā)人員可以將媒體和信令網關分割成獨立的單元。

同時滿足上述兩種部署方案的方法之一是創(chuàng)建以模塊形式存在的獨立信令網關。這種網關可以用作兩種系統(tǒng)中的組件或構建模塊。這樣的模塊可以插入可用的AMC站點，從而創(chuàng)建出作為一個系統(tǒng)單元的組合式網關設計。這種模塊也可以用作純信令網關的基礎，只需簡單地增加更多的網關模塊就能滿足不斷增長的呼叫量需求。

網關模塊的硬件設計必須提供PSTN接口，這些端口通常要處理每個SS7鏈路上64kbps數(shù)據(jù)速率的E1/T1/J1 PSTN信號，或者成組使用時的高速鏈路(透明和ATM鏈路)。網關還內置能夠運行PSTN與IP網絡堆棧的處理器和至少兩個IP端口，如千兆以太網連接，因此它們有冗余鏈路連接到IP網絡。雖然這看起來簡單，但獨立網關模塊的設計可能是一個很大的挑戰(zhàn)。

為滿足電信需要，網關必須被設計成在99.999%時間里都能可靠工作。這要求網關能理軟硬件故障，同時保持連續(xù)的服務。升級和/或替換硬件和軟件的能力是支持99.999%的另一項重要措施，要求網關具備負載均衡和故障轉移的軟件冗余能力。此外，支撐這些軟件的硬件，包括模塊、機架、電源模塊、風扇和互連，必須檢測和響應系統(tǒng)故障(使用冗余硬件)，提供熱插拔功能，并支持軟件/固件升級機制。

系統(tǒng)管理支持也是必需的，因為網關一般在“黑盒”似的網絡中運行，在工作過程中沒有操作人員介入。因此它需要具有硬件及協(xié)議棧操作的自我管理功能，包括故障檢測和響應等。此外，當在網絡中第一次安裝網關時，設計需要支持網關操作的設置和控制。

滿足網關需要的xTCA規(guī)范

減少挑戰(zhàn)難度的方法之一是使用基礎架構，這種基礎架構能夠提供模塊/刀片要求的功能，從而讓設計師集中精力做好網關功能的設計。高級電信計算架構(ATCA)和MicroTCA(一起被稱為xTCA)都是能夠滿足這些系統(tǒng)需求的開放規(guī)范。許多供應商已經成功開發(fā)出基于這些規(guī)范的系統(tǒng)構建模塊。

這樣，在開始時設計基于ATCA或MicroTCA規(guī)范的信令網關之前，很多工作都已完成，它們就是來自不同提供商的現(xiàn)成硬件和軟件。這些規(guī)范的控制機構PICMG(PCI工業(yè)計算機制造商組織)啟動了一個互操作性程序來提升互操作性能，從而讓設計師有更多時間完成組件的混合和匹配。

ATCA和MicroTCA都使用模塊化設計方法在其組件中創(chuàng)建了系統(tǒng)管理和熱插拔功能。作為這種方法的一部分，高級夾層卡(AMC)最初就是針對ATCA靈活性的擴展而開發(fā)的(通過為I/O等目標提供可熱插拔的夾層卡)，后來經過擴展變成了MicroTCA的基礎部分。

在ATCA中，AMC安裝在較大的系統(tǒng)卡或刀片之上，然后一起插入系統(tǒng)背板。在MicroTCA中，相同的AMC卡直接插在背板上。這樣，一個通用的AMC設計不加修改就可以在系統(tǒng)中使用，因此具有很大的可擴展性。

ATCA和MicroTCA架構為高可用性系統(tǒng)提供內在的支持。每個AMC模塊都有一個模塊管理控制器(MMC)，可以用來實現(xiàn)模塊電源、操作和背板連接的遠程控制。

對于MicroTCA來說，機箱內的MCH(MicroTCA carrier hub)提供系統(tǒng)管理以及與每個模塊的MMC的交互功能(圖1)。在ATCA系統(tǒng)中，這些功能由子架管理控制器和支持AMC的ATCA卡上的IPMC共同完成。MCH和MMC之間的交互能使MCH打開或關閉AMC，詢問AMC，甚至取消它們的背板訪問功能，因此MCH能夠提供模塊級的電子鍵控、故障檢測和故障隔離等服務。



MicroTCA架構內還可選支持使用冗余電源、冷卻風扇和MCH控制模塊，因此很容易使用運行高可用性系統(tǒng)軟件的完整硬件冗余進行系統(tǒng)設計，而這些軟件大部分是現(xiàn)成的。

例如，愛默生的Centellis 1000 MicroTCA機箱就提供了冗余電源和單個MCH模塊。它能容納多達10個新增的全尺寸AMC，能支持各種應用。Centellis 500 MicroTCA機箱是一種低成本的入門級解決方案，采用一個標準的MicroTCA MCH和電源模塊，支持4個中等尺寸的AMC。這兩種解決方案在網關尺寸和特別應用架構方面為設計師提供了很大的靈活性。

獨立信令網關設計師可以從針對MicroTCA系統(tǒng)的AMC設計開始，并根據(jù)需要利用不同的MicroTCA機箱類型進行擴展，以滿足不同的電話系統(tǒng)需要。AMC的尺寸足以容納多通道網關所需的所有硬件，并有足夠的空間提供到PSTN的多個前面板連接，因此在一塊卡上可以實現(xiàn)所有的功能。

在MicroTCA架構中，這些AMC模塊可以插入與協(xié)議無關的交換式串行背板。這種背板將千兆以太網作為其基本結構，允許AMC模塊直接連接到IP網絡，無需額外的轉換。

網關軟件要求

針對信令網關設計的軟件比較復雜。雖然硬件包含了大部分通用網絡接口、處理器和存儲器，但軟件必須完成各種不同協(xié)議之間的信號轉換，同時實現(xiàn)高可靠行為。在PSTN側是時間復用的SS7呼叫控制協(xié)議，另一側是以數(shù)據(jù)包為基礎的互聯(lián)網協(xié)議(IP)。

信令網關的任務是確保在一個網絡上產生的信令能夠到達另一個網絡上的目的地。另外，兩個PSTN網絡可以通過中間的IP網絡實現(xiàn)連接。媒體網關 (MG)將語音、視頻和數(shù)據(jù)從IP網絡傳送/轉換到另一個MG或IP端點。信令網關(SG)用于封裝SS7控制信令并將它們發(fā)送到媒體網關控制器 (MGC，也稱為軟交換)。MGC需要管理這些信令進入和離開IP網絡時的連接，并需要處理IP網絡中發(fā)起的連接。當IP網絡鏈接著兩個PSTN網絡時，SG也能封裝SS7信令，并通過IP網絡傳送到另外一個SG，因此一個具有完整橋接功能的網絡具有如圖2所示的結構。