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为适应未来而设计 的SONET/SDH

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

在最初部署语音通信时,SONET/SDH 就已在当今服务供应商网络的部署中发挥了重要作用,其将语音、视频及数据在强大可靠的单个传输机制上进行了完美组合。然而,当今部署的众多设备架构均无法充分进行扩展来满足未来不断增长的数据需求。此外,随着网络节点数量不断呈指数增长,配置并管理这些网络正变得日趋复杂。在当今注重低成本的服务供应商环境中,电信运营商正在寻求削减资金及运营支出的方法。他们需要对其现有 SONET/SDH 基础设施进行无缝扩展,以便不断提高容量,同时还能轻松提供并维持各种业务。

    三种关键技术的提高将使服务供应商在保留语音收入的同时,还能轻松对其现有 SONET/SDH 基础设施进行调整并扩展到以数据为中心的未来世界。第一,新的交换结构技术可向现有及新型平台——容量可达160 G、320 G、640 G以及更高——提供无缝的在服务可扩展性(in-service scalability),而无需从根本上更改架构。第二,对多播服务及更灵活端口布局不断增长的需求已增加了连接供应软件的复杂性;众多系统厂商正在寻求简化并增强供应软件的方法,因此可提高整个网络性能。最后,SONET/SDH 系统中的端口卡与交换结构之间的标准接口将促进 ASSP 与 ASIC 厂商之间的互操作性,使系统设计人员能够灵活地添加使用标准接口的独特服务,同时简化系统管理。
 
    分层架构(sliced architecture)可提供出众的可扩展性

    SONET/SDH 交换系统一般采用两种交换架构中的一种:单级或多级。使用单级架构通常会创建较小型的疏导结构(grooming fabric)。就特定技术类型而言,单级架构一般固定在带宽中,如果不升至多级架构,则无法对其进行扩展。由于只有一个交换元素,因此该系统可轻松进行实施。另一方面,多级结构一般基于时间、空间、时间的三级架构,可在物理限制中轻松进行扩展。虽然该方法能够满足带宽的可扩展性要求,但需要更多的器件数、更高的功率,而且还会增加软件复杂性。例如,利用一个结构元素来设计的 SONET/SDH 系统可提供 160G 的交换容量。若要将该结构扩展到 640 G需要12个这样的交换元素(在三列中有四个器件)。即,交换结构的系统成本和功率会增加12倍,而在累积容量中一般仅增加4倍。

    另一种方案是采用分层架构。分层架构可从一个单元素架构开始进行线性扩展,从而显著降低了构建可与其多级结构相媲美的大型结构所需的器件数。本质上,分层架构可在单级中的多个并行交换元素间分布数据路径,每一元素均以亚粒度级(sub-granular level)疏通流量。例如,在上述的扩展问题中,我们希望将交换结构的汇集容量从 160 G增加到 640 G。进一步来说,如果每个线路卡与结构卡之间有四个数据链接,则我们希望的上述情况一般便会实现(每个链接将以 622Mbit/s 或 2488Mbit/s 的速度运行)。在分层架构中,线路卡的每一数据字节均可在四个数据链接间进行扩展,因此第一个链接可承载比特(bits)1和比特2,第二个链接可承载比特3和比特4,依此类推。后续时隙中的后续字节可以相似的方式进行分配。由于每个链接上可放置每个字节的两个位,因此这被称为双位分层。这样,四个结构元素一次可两位两位地交换数据,以便在出口线路卡(egress line card)处进行重新装配。采用这种分层技术,该架构仅通过利用四个结构元素便可线性扩展到 640 G,而一个三级非分层架构将至少需要12个。

    在该架构中有着许多重要的发现。首先,每个结构元素均为来往于通用端口/时隙的交换数据。因此,每个交换元素可执行相同任务,还可共享通用矩阵配置。第二,每个线路卡必须能够标记通过多个数据接口的数据,并可在出口线路卡处重新组合该数据。第三,该结构元素自身必须能够以子粒度级进行寻址与交换。尽管这确实增加了元素自身设计的复杂性,但总体吞吐量与字节可寻址元素是相同的,即只增加交换粒度;双位分层元素(功率与大小)的物理特性与字节可寻址元素类似。最后,在升级过程中不改变基础架构:由于可并行处理数据,因此整个元素组可作为单个器件。

    快速而灵活的服务提供

    交换架构设计中要解决的最大问题之一是如何防止阻塞。当输入端口/时隙没有被连接到所要求的输出端口/时隙时,即使端口此时可用,也会出现阻塞。在双播流量(bicast traffic)极为普通(例如针对环应用)的SONET/SDH 系统中,这一问题尤为严重。对诸如视频等多播服务与日俱增的要求进一步加剧了这一问题的严重性。交换结构阻塞性能分三类:阻塞、可重排无阻塞以及严格无阻塞。在严格无阻塞结构中,对所有的连接都可进行配置,而不必考虑其中配置连接的顺序。在可重排无阻塞结构中,某些连接可能被阻塞,但始终有可能对现有连接进行重排以提供交换资源。在阻塞结构中,重排可能会减少一些阻塞问题,但不可能解决所有可能的连接。对于上述类别的每一种,阻塞行为对特定类型的流量而言都是特定的。例如,就双播流量而言,结构可能是可重排无阻塞的,但对于多播来说可能是阻塞的。

    在单个元素结构中,通过使用共享核心内存元素可轻松解决阻塞问题。在内存元素中,每个输出端口/时隙均可同时访问所有的输出端口/时隙,因此其属于针对所有流量形式的严格无阻

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