企业级DSL设计

2006-05-07 15:50:10来源: 电子产品世界

数字用户线(DSL)一直是深受居民用户欢迎的接入手段。直到最近,才将它推向企业级用户,以适应这一市场的特有需要。DSL可为各种业务提供多种可选择的低成本传输方案,适合于通信计算机不断增加以及覆盖区内有多个分支机构等情况。

企业级的用户,除接入不同服务等级Internet或局域网外,还需要如下服务:多种服务质量(QoS)能力,先进的防火墙,虚拟专用网络,办公室之间的电话呼叫系统语音服务,电视会议和视频点播以及一体化长途质量话音。另外,新颁布的DSL标准,要求制造商按柔性产品体系结构进行设计,使客户能根据各自的需要或随着技术的不断变化,迅速适应与更换DSL标准。

举例说,对企业级的用户,同步数字用户线(SDSL)一度被视为最佳选择,但适应性更广的非对称数字用户线(ASDL)却日见增多。在这种背景下,对企业用户来说,理想的产品体系结构,应能从原有的帧中继或专线接入,轻而易举地转向高速率低价位的ADSL接入。倘若用户的需求又有变化(例如要求更为对称的接入速率),或者技术上又有进步(例如一旦G.SHDSL或类似的对称接入方案广泛采用),那么,只要用户认为必要,在同一体系结构上应能改成更新的接入方式。

除此之外,企业用户的需要是多方面的和多样的,既要有完全专用的接入,又要有多种传送组合以满足任何应用场合。凡是涉及DSL与各类接入(如以太网,异步传输模式,综合业务数字网,模拟或数字调制解调器)和一大批其它的组合,都有可能用到。

    满足企业级用户群各种需要的产品体系结构,应是模块化结构,使客户易于安装所需接入和服务类型的支持模块。它通过操作系统带来另一方面的灵活性——能利用软件来增添企业级的应用系统实现各种功能升级。比如,思科(Cisco)公司为中小型企业开发的分局路由器,采用了网络模块插槽和高级集成模块(AIM)插槽,每个路由器(3660型多服务平台)多达6个网络槽,2个AIM槽。此外,该公司的一个设计小组最近要开发一种ADSL广域网接口插件(WIC),为该公司的几种路由器系统(包括1700,2600和3600)配套,供ADSL与其它企业用户接入使用,在开发过程中,设计小组总结出适应企业市场特点的一些经验。

各种实现方案

企业级用户需要多种服务,如可视会议,局域网上长途质量的话音,以及点播电视(图1)。这些都可通过保证一定等级的服务质量来实现。思科小组接受了这一挑战,负责设计ADSL广域网接口插件,实现与不同异步传输模式的连接——特别是恒比特率的。而且为了保证在各线路(通信量类别相同或不同)之间不致发生头标阻塞,在设计中有意加进了各虚拟线路的队列。

在设计ADSL广域网接口插件时,比较了好几种硬件软件搭配,并依据不同判别准则加以权衡。

第一个准则是功耗。为了达到任务书规定的性能指标,对消耗总功率25%的插件选配了多种高速线路驱动器。这样,最后选定的插卡组件,必须消耗尽可能小的功率。

其次,板的尺寸必须小型化,以降低成本,并易于插进路由器扩展槽内;也就是说,要插件的尺寸最小,元件数最少。

再次,插件上元件的成本要低,以使总体方案的成本效率最高。还有,各元件性能要满足规定要求,特别是执行异步传输模式分段和重组装(SAR)操作的元件。

最后,设计小组希望保证不突破研制周期,以便快速地在最短的时间内生产出合格产品。

ADSL广域网接口插件的主要功能包括:将模拟线路信号转换为数字信息;异步传输模式拆装;在卡上存储器接口;数据与各控制信号的接口;以及主机接口连接器。为进行模拟转换,选定了一种ADSL芯片组,它通过Uitopia接口来支持异步传输模式。对于存储器、数据和控制接口,则选用一种可编程逻辑器件(PLD)。最复杂的问题,在于如何选出实现异步传输方式拆装的器件,原因是设计小组发现:没有一种市场采购元件能提供这个功能和保持高质量所需的通信量整形能力。

设计小组首先考虑的方案,是采用嵌入式微控制器。微控制器的吸引人之处,在于它通过软件具有很高的定制能力。缺点是成本高,因为得加上为其配套的实时操作系统(RTOS)的许可证费用,此外,这种微控制器带有一套固件,用于通信量整形,但其能力有限,不完全符合广域网接口插件的要求。还有,不清楚这种微处理器是否支持其它服务,如AAL2,而设计小组希望将来升级时提供此功能。

设计小组又考虑另一方案——利用一种定制的ASIC来实现异步传输模式拆装和接口。与微控制器方案相比,ASIC功耗降低,片的尺寸相当或缩小,尽管一次性工程花费较大,但每片成本减少。

采用定制的ASIC方案时,可以用上设计小组自行开发的通信量整形算当。只可惜ASIC需要数月才能研制出来,制造和验证周期太长。

设计小组最后选定的方案是利用可编程逻辑器件。那时,有好几种可编程逻辑器件刚刚上市。经过仔细比较之后认定,异步传输模式拆装和三种接口可放进一个可编程逻辑器件中,从而功耗降低,芯片尺寸比微处理器小,特别是一个器件中集成的功能更多。又因为节省操作系统开销,所以成本也降了下来。由于微控制器的其它一些功能在ADSL广域网接口插件中用不上,致使微控制器单片成本稍高。

最后一点,使用可编程逻辑器件后,象ASIC方案一样,用上了设计小组自动开发定制的通信量整形算法。

在可编程逻辑器件方案确定之后,设计小组对各家产品进行了比较,从中选定最合适的器件。具备所需逻辑能力的器件不止一种,但方案中还另有要求。如几个FIFO需又宽又浅,以便在拆装与接口间交换数据。Altera APEX 20KE器件中的嵌入式系统块满足这些要求,具有理想的存储器粒度。最后元件终于确定,ADSL广域网接口插件完成了全部配置(见图2)。

为了保证服务质量,思科工程师们还要作出其它系统级的设计决策。例如思科Internet操作系统(IOS),它为思科路由器软件提供操作框架,包括一个32MB的存储缓冲器,用以存储进出广域网的数据。ADSL广域网接口插件仅有8MB的板上存储能力,用以存储进出主机的数据。为了保证IOS能有效地利用板上存储器,只在空间可用时才送出数据。设计小组在异步传输模式拆装与IOS之间设计了一种反馈机制,向该操作系统通服板上存储器中还剩下多少空间。

另一次设计决策,是用硬件通道来隔离广域网接口插件与主机间的实时与非实时数据流,保证对延迟敏感的数据(如声、像)不受数据通信猝发的影响。

可重编程性与灵活性

利用可编程逻辑器件除能迅速设计出原型之外,还为ADSL广域网接口插件小组带来另一些对器件的再设计与可编程能力有关的好处。这种插件对其它产品的设计起到了积极的推动作用,缩短了思科公司将新的DSL接入产品广到企业用户产品的时间。

举例说,ADSL广域网接口插件的原始版本,专供思科的1700系列路由器使用,面向中小型企业和小分支机构。思科的企业级路由器,包括2600系列和3600系列,采用不同于1700系列的高性能嵌入处理器和相应的广域接口插件。(思科的广域接口插件转接器,按设计可在1700/2600/3600系列之间转接)ADSL广域网接口插件需修改对3600系列路由器的专用接口。完成这些修改和验证,不过数周之劳,这样的时限原本对非对编程器件才有可能。

前面提到,企业用户需求在迅速变化,DSL设备厂家必须予以不断适应。为此,开发时应以可编程逻辑辅助工具为基础,使设计人员能迅速修改设计,对现有产品重新编程,或者迅速研制出下一代产品。

比如,对基于可编程逻辑器件的异步传输模式拆装,可以进行修改,以使未来的DSL接入产品支持有效负荷数据扰码,数据流中“1”与“0”的个数平衡,以此降低噪声。另一可行的做法是,除当前的异步传输模式格式下的空闲单元之外,加进对国际电信联盟格式下的空闲单元支持能力。利用可编程逻辑来作出这样那样的设计修改和测试,在实时条件下数日或数周即可完成。

满足需要

要想使企业用户产品获得成功,就得提供出恰好满足其连接需要的服务组合,同时还要具备转移至另类接入的能力,适应小公司未来的需要。在这类接入(如ADSL)中,企业用户所作的选择,要与其应用系统要求的类型和连接方式的数量完全相同。

模块化产品结构是实现这种灵活性的最佳选择。开发及时,为迅速变化的企业市场服务,也需要具有高度灵活性。而基于可编程逻辑的平台能提供这种手段,并使未来接入产品性能提高,成本降低,开发周期进一步缩短。

关键字:企业  设计

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