[原创]关于电信级网络设备发展趋势及关键技术

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　<strong>1、引言</strong><p>　　网络基础设施的融合、应用的融合以及固定与移动的融合，对电信网络的基础架构、设备形态、实现技术、开发模式、业务支撑、网络管理甚至经营模式提出了新的需求：实现端到端运营服务的管理，进一步降低运营成本，同时能够快速地开发丰富的数据业务。</p><p>　　当前，电信网络和业务系统设备软硬件平台大多采用封闭私有技术，影响了电信网络的可管理性、可扩展性、安全性以及可评估性，同时各业务系统之间不能实现应用共享及协同工作，新业务开发速度慢，造成电信网络投资和运营成本较高，开发和部署速度迟缓，不能快速满足用户大量快速多变的数据业务开发需求。</p><p>　　在电信网络获得语音业务的巨大收益和成功的同时，IT技术在数据业务网络设备、业务开发和部署等方面也不断创造着辉煌。随着IT和电信网络技术和应用的融合及ICT（Information and Communication Technology，信息通信技术）产业的提出，IT技术在电信行业得到更广泛、更深入的应用，电信数据网络和业务系统设备引入IT软硬件平台架构标准已经是电信运营商、电信设备开发商、IT服务提供商、电信业务开发商研究的热点领域。</p><p>　　<strong>2、商业通用组件网络设备开发模式</strong></p><p>　　网络设备可以分为物理层、操作系统层、中间件层和应用层4个层次，如图1所示。传统的电信网络设备由电信设备制造商独立开发，设备从硬件平台到应用软件的各个层次都是采用厂商的私有技术实现的。随着数据业务的普及，电信设备制造商为了降低设备开发成本、加快设备开发周期，大量地将数据网络设备的开发转为通用服务器设备加载业务软件的方式。通过对未来网络设备发展方向及各种商业通用组件技术的初步研究，认为通用服务器加载业务软件的方式仅仅是设备架构变革的一个开始，未来电信网络设备将进一步向通用标准化组件加业务软件的方向发展。也就是说，未来电信设备开发将转向COTS（Commercial off-The-Shelf）方式。所谓COTS方式，形象的说就是设备制造厂商像在超市里采购商品一样，将开发设备所必须的组件（如设备硬件、操作系统和中间件等）从各标准组件厂家外购而来，并将标准组件进行必要的集成，而设备商主要专注于开发设备应用层软件，最终将所有软硬件组件进行总集成，形成最终产品。</p><p align="center"><img alt="网络设备内部架构" src="http://www.dzjia.cn/upimg/allimg/070920/0811360.jpg"/></p><p align="center">图1　网络设备内部架构</p><p>　　COTS方式将给电信运营商和通信设备商带来不同的利益。对于电信运营商来说，采用COTS方式开发的设备在硬件平台和系统软件方面是标准的，电信运营商可以采用一致的软硬件管理方式管理电信机房中的各种设备，这将有效地降低设备运维的复杂程度和成本，提高网络管理的效率，同时加快网络部署和技术升级速度。在业务开发领域建立和使用完善的通用业务开发环境有助于应用共享、协同工作，实现业务和网络分离，加快数据业务开发和推出进度。对于通信设备厂商来说，采用COTS方式可以节省私有硬件、操作系统和中间件软件的开发成本和开发周期，缩短产品投放市场的时间并降低设备成本。</p><p><strong>　　3、数据网络设备的<a title="电信级" href="http://www.ednchina.com/word/87800.aspx" style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline;">电信级</a>需求</strong></p><p>　　同运行于企业环境的开放而标准的IT设备相比，电信级网络以可运营为核心，为用户提供7×24 h不间断可用服务的网络。电信级数据网络应具备以下特性：</p><p>　　●高可用性（Availability），即提供长时间不中断的、可用的服务；</p><p>　　●高可管理性（Serviceability），即基于标准技术进行远程的故障管理、性能管理、配置管理、安全管理；</p><p>　　●高可扩展性（Scalability），即支持平滑单点容量上的扩展性和多点地域上的扩展性；</p><p>　　●高安全性（Security），即具有较高的安全特性。</p><p>　　●可评测性（Evaluation），即可以对电信网络设备在以上方面进行标准的测试和评估。</p><p>　　目前，大量采用通用服务器加载业务软件方式开发的数据网络设备，其硬件平台所使用的服务器设备是为企业级应用而设计，在可用性、可管理性和可扩展性方面都难以达到电信级水平。未来数据业务将逐渐走向运营商业务体系的核心，同时电信网络将延伸到企业和家庭，数据网络设备必须达到电信级服务质量，运营商才能够在未来的综合信息服务市场竞争中取得成功。</p><p>　　<strong>4、商业通用组件关键技术和发展趋势</strong></p><p>　　在网络和业务融合的发展趋势下，电信运营商对电信级数据网络设备具有明确的要求和目标，基于开放标准的并能够严格满足电信级需求的硬件计算平台、操作系统平台及中间件组件技术成为未来数据网络设备发展的关键。</p><p>　　在图2所示的数据网络设备的层次化架构中，应用软件架构在中间件组件、操作系统和硬件平台之上，贯穿各层次的系统管理工具用于对设备软硬件资源进行管理，软件开发工具提供标准的应用开发环境。目前，各主要系统组件都有相应的国际标准化组织对相关技术进行标准化工作。</p><p align="center"><img alt="商业通用组件关键技术及标准化组织架构" src="http://www.dzjia.cn/upimg/allimg/070920/0811361.jpg"/></p><p align="center">图2　商业通用组件关键技术及标准化组织架构 </p><div id="Content"><p>　　结合在本领域的研究成果，这里对<a title="电信级" href="http://www.ednchina.com/word/87800.aspx" style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline;">电信级</a>硬件计算平台、电信级操作系统和设备高可用性中间件三大领域的技术研究内容及发展趋势分别进行分析和讨论。</p><p><strong>　　4.1　电信级硬件计算平台技术</strong></p><p>　　当前电信级硬件计算平台标准主要有Blade Center-T标准和PICMG定义的ATCA标准。这两个硬件计算平台标准都是为未来电信级数据网络和应用设计的，但它们在细节定位上存在一些差异，以满足不同业务的需要。Blade Center-T标准具有更高的槽位供电能力，可以满足高密集计算的需要，适用于对计算能力要求较高的业务后台系统；ATCA具有高速无阻塞背板特性，适合业务处理吞吐量较高的电信网元设备使用。下面以ATCA标准为例，对电信级硬件计算平台技术进行介绍。</p><p>　ATCA是一套基于高性能交换背板的刀片服务器架构标准，ATCA标准（即PICMG 3.0标准）中定义了服务器设备的电源及槽位供电标准、机架规格及机械连接标准、硬件系统管理标准、系统扩展规范、接口及电气连接件标准、背板交换网络及背板连接接口标准和冷却系统及系统散热管理标准。PICMG 3.1～PICMG 3.5标准在ATC A标准的基础上，定义了5种不同类型的交换背板，目前PICMG 3.1～PICMG 3.5标准仍在完善当中。ATCA标准的框架如图3所示。</p><p align="center"><img alt="ATCA标准框架" src="http://www.dzjia.cn/upimg/allimg/070920/0811362.jpg"/></p><p align="center">图3　ATCA标准框架</p><p>　　通过对ATCA服务器功能评测和电信级评估结果的分析，认为ATCA标准服务器在可用性和可管理性等方面充分体现了电信级特性。具体体现在： ATCA标准的全冗余、无阻塞的高速背板及交换能力，可以满足数据吞吐量较大的数据业务需要；ATCA标准机框采用模块化全冗余设计，电源、风扇、控制/ 数据总线、管理模块等都进行1+1备份，各模块支持热插拔，保证了设备的高可用性和可扩展性；数据硬件资源管理采用标准的IPMI标准协议，可以对整机硬件资源进行实时监控和管理。</p><p>　　但ATCA标准目前仍然存在一些问题，主要包括：ATCA标准仍在制定过程中，标准的成熟性和应用的成熟性不足，各服务器厂商在按照ATCA标准开发产品时，因对标准理解的细微差异造成各厂商开发的ATCA服务器存在互通性问题；ATCA标准对槽位供电功率有限制，导致单槽位板卡计算能力受限；作为高板卡密度的刀片式服务器，ATCA服务器的实际散热能力有待进一步考察。</p><p><strong>　　4.2　电信级操作系统技术</strong></p><p>　　操作系统软件是数据网络设备内部联系硬件资源和高层应用软件的系统软件，其本身具备电信级要求并满足开放标准特征，是数据网络设备向电信级发展的重要环节。基于开放源码的Linux操作系统具有良好的<a title="开放性" href="http://www.ednchina.com/word/87801.aspx" style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline;">开放性</a>，被业界认为是未来标准操作系统的一个可能发展方向。</p><p>　　OSDL（开源代码开发实验室）是对Linux操作系统及相关技术进行标准化的主要国际组织。针对电信业对电信级标准操作系统的需求，OSDL在2002年成立了电信级Linux工作组——CGL工作组，专门负责具有电信级应用特征的Linux系统标准化工作。</p><p>　　CGL在标准开放的Linux内核基础上定义了一系列针对电信设备需求的功能包。CGL公布的最新标准为CGL3.2标准（2006年9月），其定义的主要功能包包括平台支持功能包、可用性保证功能包、可管理性功能包、性能及扩展性功能包和标准兼容功能包，在各功能包内部定义了一系列操作系统应支持的标准功能。</p><p>　　与目前数据网络设备中大量采用的UNIX操作系统相比，CGL继承并发展了UNIX系统良好的电信级特征，同时打破了UNIX操作系统的封闭性和私有性。</p><p>　　但业界对CGL仍然存在不少置疑。首先，Linux操作系统与UNIX操作系统相比，其工作在电信网络设备上的性能表现仍然有待系统验证；其次，虽然CGL工作组已经公布了CGL系列标准并已被大量操作系统厂商开发为软件产品，但CGL操作系统真正被部署在数据网络设备中的案例还很少，操作系统的成熟性有待进一步跟踪和研究。在下一步研究工作中，将对CGL操作系统的电信级特征及功能、性能进行系统评估，为未来引入该项技术奠定基础。</p><p><strong>　　4.3　设备高可用性中间件技术</strong></p><p>　　中间件最基本的功能是提供开发工具、简化应用开发。以往，操作系统通过用户接口和系统调用，屏蔽底层硬件的复杂特性；现在，中间件把这种工作方式扩展到所有应用服务领域，其中也包括网络，通过中间件控制和屏蔽底层网络复杂特性，从而简化业务和应用的开发，加快业务开发和部署速度。</p><p>　　设备高可用性作为电信级平台最重要的指标之一，是软硬件综合的表现。实现设备高可用性的关键是设备硬件具有及时发现故障和向软件上报故障的能力以及应用软件及时获得故障信息并完成应用切换的能力。</p><div id="Content"><p>　　业务可用性论坛（SAF）是由多家电信设备商和IT厂商组成的一个开发和制定提供高可用性中间件接口标准的组织。目前，SAF定义的高可用性中间件主要包括AIS（Availability Interface Specification，可用性接口标准）和HPI（Hardware Platform Interface，硬件平台接口标准）两大部分。高可用性中间件建立在操作系统之上、应用软件之下。HPI与操作系统衔接，为应用软件和上层中间件屏蔽底层硬件细节，提供硬件资源管理服务；AIS与应用软件衔接，为应用软件提供丰富多样的高可用性服务。此外，SAF正在制定一个用于监控和管理AIS、 HPI的接口标准——SMS（System Management Specification），不过到目前为止该标准还未正式对外公开。图4示出了SAF高可用性中间件在设备系统内部的位置。 </p><p>&nbsp;</p><p align="center"><img alt="SAF高可用性中间件在设备系统内部的位置" src="http://www.dzjia.cn/upimg/allimg/070920/0811363.jpg"/></p><p align="center">图4　SAF高可用性中间件在设备系统内部的位置</p><p>　　SAF高可用性中间件标准为<a title="电信级" href="http://www.ednchina.com/word/87800.aspx" style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline;">电信级</a>数据网络设备提供了良好的高可用性中间件软件框架体系，已有不少电信设备制造商在产品开发过程中借鉴了SAF标准。</p><p><strong>　　5、结束语</strong></p><p>　　在<a title="网络融合" href="http://www.ednchina.com/word/87802.aspx" style="COLOR: blue; TEXT-DECORATION: underline;">网络融合</a>和业务融合的发展趋势下，具有严格电信级特征、基于开放标准的商业通用组件化技术在数据网络和业务 开发等领域是电信运营商向综合信息服务商转型的重要保障，电信运营商必须高度重视，加强合作和交流，并投入相应的资源积极研究和实施。电信设备制造商和计算平台提供商应该加大力度，推进商业通用组件技术的标准化和产品化。</p></div></div>