基于Compact PCI系统的通信公共平台设计与实现

前言

最近，随着IP数据服务爆炸性的增长，IP网络极有可能成为本世纪的事实上网络标准。TCP/IP协议定义了一个在因特网上传输的包，称为IP数据报（IP Datagram）。这是一个与硬件无关的虚拟包， 由首部和数据两部分组成，其格式如图所示。首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。首部中的源地址和目的地址都是IP协议地址。在IP作为概念炒做的全盛期，我们曾听到过对于IP网络能力的最大胆的设想，将来的公众信息网络将是IP网络的天下，在这个网络上，除了支持所有的传统电信业务和新兴的信息服务外，将支持花样繁多的多媒体业务，包揽新闻、体育、娱乐、广播、电视为一体的大众传媒业务，甚至家庭的电表、气表、水表以至于每一个电门，大街上的每一个路灯都将由特定的IP地址控制。在这个世界里，传统的电话服务将是免费的，大量的收益会从其他业务的提供上滚滚而来。正是这样的信心使得以IP网络为核心的信息产业的股市一升再升。

1.新型企业网络装置，将语音、视频和数据通信集成到IP网络。

2.新型接入网络装置，将传统网络装置接入新型IP网络。这类装置应配置多协议标准。

3.提高进入基于IP网络的电路交换装置性能，降低采用电路交换网络访问Internet的成本。

由于不同的市场具有不同的特性。很多为将它们视为三个分立的市场，因此为了满足各自的要求，必须设计三种解决方案。然而，只要仔细分析所在这些装置的基本架构，就会发现它们具有共同的要求和功能。

设计原理

在分析了这些不同领域装置的架构要求后，很容易发现它们是具有共性的。对不同的通信量，当前的发展趋势是集中在单一网络中进行，而不是一个网络只完成一种类型通信量。由于IP网络成为事实上网络的热头上减，因此对这类装置的第一个共同要求是提供IP网络的连接。连接有多种途径，可通过以太网接口接入本地路由器，也可以连接至IP网的POP。这些装置通常处于边沿网上，数据速率不高，一般在T1～T3之间。以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。

其次，在通信量进入IP网络前，要进行一定程度的处理。处理会改变数据的特性，如时序关系、数据速率或误差校正。由于这类的处理包含大量的计算，最好用信号处理算法来实现。硅工艺技术的改进已经极大的降低了DSP的成本，因此在成本方面，与专用硬件相比DSP已越来越具有竞争力。DSP算法还有另一个优点，即它是用软件实现的，只要修改相应的软件就能用同一个硬件实现不同的应用。

输入模块提供与模拟部件/传统网络装置的连接。通常要求这个模块能提供大量的各种类型的连接。目前市场上有一种新设计的通信处理器，通过改写控制软件和更改物理线路驱动器就能提供各种接口。

基于这些共性，一种基于模块化设计方法的平台解决方案可用来实现适合三种不同市场要求的公共架构。本文建议的通信公共平台架构的关键是模块化设计方法，在结构上是灵活的，硬件是可扩充的、反复使用的。基本平台架构由三部分组成：输入模块，处理模块和输出模块。各个模块用平台背板的通信总线交换通信量信息和控制信息，总线可以是同步的也可以是异步的。

模块之间通信选用二种总线：TDM总线用于输入模块与处理模块之间通信；而异步总线更适合处理模块与输出模块之间连接。

图1是建议的平台架构。如图所示，类似的功能模块集中在一块电路板上。各种功能板与相应的应用软件相结合，同一架构就能执行不同的功能。

平台基本方案的主要部分是背板设计、电气接口以及物理形状因数。架构设计选择Compact PCI作为平台的基本。Compact PCI是一种开放式标准，已作为一种工业化事实上标准而被广泛采用。定义在cPCI总线上的H.110 TDM是TDM总线的自然选择。采用cPCI机箱的又一个附加好处是，该标准定义了五种机箱中的三种机箱，这表明生产厂商仍然可在基于cPCI平台上实现自己的专用标准，用于标准I/O，或用于某些专用高速背板总线。就成本而言，毫无颖问PCI外设支持芯片比其它标准更具价格优势。

VoiP网关要求

VoIP网关位于老式电路交换语音网络与新式IP网络之间。它为电路交换网络提供必需的服务，即将64kbps/通道的语音通信量降低至较低的位率，然后在与IP数据包交换前将它分组成ICP/UDP数据包。VoIP（Voice over Internet Protocol）是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。 VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP相对比较便宜。因此，从本质上说，VoIP电话与电子邮件，即时讯息或者网页没有什么不同，它们均能在经过了互联网连接的机器间进行传输。这些机器可以是电脑，或者无线设备，比如手机或者掌上设备等等。VoIP服务不仅能够沟通VoIP用户，而且也可以和电话用户通话，比如使用传统固话网络以及无线手机网络的用户。对这部分通话，VoIP服务商必须要给固话网络运营商以及无线通讯运营商支付通话费用。这部分的收费就会转到VoIP用户头上。网上的VoIP用户之间的通话可以是免费的。你需要有互联网连接。这可以是最基本的拨号上网服务，或者更理想的宽带服务，你的网络连接速度越快，VoIP的通话质量就越好。例如，高速宽带连接能够令你一面打电话，一面上网冲浪。 你还需要VoIP软件。用户可以选择一种VoIP软件软件安装至台式电脑或笔记本电脑上。然后，电脑就可以进行网上通话了。 如果用户想要将自己的家庭电话转化为VoIP拨号系统，他需要适配器的帮助。VoIP软件可以单独预装在一种名为“模拟电话适配器”（analog telephone adapter）的硬件设备中，模拟电话适配器主要安装于家庭电话与宽带调制解调器之间。

·语音编码解码功能，完成语音的压缩/解压

·CPU完成协议栈处理、呼叫控制以及路由功能

·IP网络接口

图2是实现VoIP功能的通信公共平台架构。模拟线路卡连接至模拟电话，T1/E1中继卡连接至CO。与IP网络或本地路由器/服务器接口由处理器卡上的以太网接口或T1/E1中继卡的接口完成。

ISP调制解调器阵列要求

ISP（Internet Service Provider），互联网服务提供商，即向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的电信运营商。ISP是经国家主管部门批准的正式运营企业，享受国家法律保护。

ISP调制解调器阵列将远程模拟部件连接至IP网络，其要求是提供信号交接、误差校正以及路由器/服务器或IP网络的接口。主要功能包括：

·与远程部件的模拟调制解调器的信号功能/协商

·调制解调器数据泵与ECDC处理

·连接至路由器/IP网络

事实上，只要简单地在DSP上实现调制解调器功能并更改控制应用软件，VoIP网关中使用的完全相同架构就可用来实现调制解调器阵列功能。DSP方法另有一个好处，即少量DSP达到高调制解调器密度。

PBX要求

PBX俗称：程控交换机，程控用户交换机，电话交换机，集团电话等。PBX是现代办公常用的电话通讯管理手段的一种，使电话管理者可集团性管理外线来电与内线呼出。 对于一些电话交换机，无法统一一个严格定义的分类。由于厂商、习惯、地区、产品定位等因素叫法不同。所以您也不用太刻意的去追寻，按照自己的使用要求去采购合适的设备就可以了。用户交换机，也称为程控交换机，完成企业内部之间以及与公共电信网络的电话交换，并将电话，传真，调制解调器等功能合并。一般的术语ext.（extension）是指连接在主线上的分机。用户交换机就是处理分机之间的通话同时再通过主干线与公共交换电话网（PSTN）连接。PBX（专用交换机）简而言之就是集团电话，它被广泛地运用在企业办公机构中，极大地提高了企业的办事效率。但传统的PBX存在不少问题，首先是它对新兴的CTI（计算机与电话集成）和VoIP支持不够，而且传统的PBX都采用的是专用技术，缺乏开放性和标准性，并且价格昂贵。近年，随着Internet 的流行和IP的成功，基于IP协议的IP PBX应运而生，有望解决传统PBX的不足。

传统的PBX提供语言交换功能、至POTS电话的线路接口以及至电路交换网络接口。随着VoIP服务的进化，总的趋势是将语音服务集成到IP网络。作为一条适移路径，目前的PBX通常既能连接至电路交换网络，又能连接至IP网络。电路交换网络连接用来提供本地呼叫服务，其特点是呼叫密度高、而服务负荷低；IP网络连接是提供远程呼叫服务，其特点是通信量密度低而服务负荷高，从而获取巨额的成本利益。

这表明新型PBX应具备下列功能：

·连接至模拟电话/数字电话

·交换引擎，提供语音的电路交换

·语音编码解码功能，完成语音的压缩/解压

·CO/IP网络接口

图3是实现新型PBX设计的通信公共平台架构。

多协议接入网络路由器要求

多协议接入网络路由器使用相同协议或不同协议提供各类物理层接口和分组路由功能。重点是提供多种物理接口连接并能处理各类协议，主要包括：

·ATM

·T1/E1，T3/E3

·ISDN

·LAN

·SDN

·CO/IP网络接口

图4是实现多协议路由器的通信公共平台架构。值得注意的是，该架构是十分灵活的，增加新的特理接口可直接连接在TDM总线和CPCI总线上。

结语

众多服务提供商想把分组过程和远程接入服务尽可能多地转移到边沿网，从而降低支持Internet的总网络装置的成本，更好地控制带宽利用率。VoIP网关、调制解调器阵列和多协议路由器将简化为功能模块，可以集成在CO端、企业路由器/网关，甚至在远端SOHO路由设备中的新型PBX和CO交换装置中。为了缩短上市时间、便于更新换代，显然要采用开放式系统。在通信公共平台中采用基于Compact PCI系统能最大限度地重复使用，加快开发周期时间，以便在改变应用时，让大部分精力集成在更换软件模块上，而不是改变硬件设计。