随着数据业务需求不断增长,SONET/SDH基础设施需要升级,本文提出采用切片式存储器架构的新交换技术以最大性价比方式实现系统升级。作者分析了系统升级的几个关键技术,阐述了ESSI(扩展SONET/SDH串行接口)提出的动机。指出采用这些关键技术,可以允许SONET/SDH系统容量从小型光接入和边缘网络升级到大型城域光核心网络,同时简化所需的配置、管理和保护交换软件。
SONET/SDH在单个鲁棒传输机制上综合了语音、视频和数据业务,虽然最初它是为语音业务配置的,但今天它却在服务供应网络中扮演了一个重要角色。不过,它的许多现有设备架构的可扩展性不够,无法满足未来不断增长的数据业务需求。此外,随着网络节点的扩充,设置和管理这些网络也变得越来越复杂。面对如今精打细算的服务提供商,运营商想法设法来削减资金和运营成本以使他们现有的SONET/SDH基础设施的容量可以不断扩展,同时还能轻松地提供新的服务,维持原有的服务。
三个关键的技术进步可以让服务提供商轻松扩展并升级它们现有的SONET/SDH基础设施,使之适应以数据业务为中心的模式,同时还能继续维持语音业务收入。第一,新的交换架构技术可以无需改变任何架构就可为现有的核心平台提供真正无缝服务可扩展性,容量可以是160Gbps、320Gbps、640Gbps甚至更大。第二,单一化增强型设置软件将抵消因多点广播服务和柔性保护机制需求不断增长所导致的复杂性,从而使网络的整体容量得到提升。第三,SONET/SDH系统中端口卡与交换架构之间的标准接口将提高ASSP与ASIC厂商之间的互通性,为系统设计人员增加特色服务和简化系统管理提供了灵活性。
切片式架构提供出色的可扩展性
SONET/SDH交换系统一般采用单级或多级交换架构。通常在使用单级架构时需创建更小的修整(grooming)架构,但对于特定的技术层次,单级架构的带宽一般是固定的,如果不改变为多级架构就不能升级。不过,这种系统易于实现,因为它只有一套交换组件。多级架构可以满足带宽扩展的要求,但代价是器件数目、功耗和软件复杂度提高。例如,要将现有单级架构组件的SONET/SDH系统的交换容量从160Gbps升级到640Gbps,将需要12套交换组件(四个器件排成三列)。结果是系统成本和功耗增加了12倍,而整体容量只增长了4倍。此外,系统还可能无法支持软件复杂度的增加。
另一种可选方案是采用切片式架构。与多级架构相比,切片式架构可以从单组件架构线性升级,大大减少了构建大型结构所需器件数目。本质上,切片式架构将数据路径分布在单级架构中的多个并行交换组件上,每个组件在一个次颗粒层次上修整业务信息。如图1所示,一个切片式架构交换结构的总体容量从160Gbps增加到了640Gbps。在一个切片式架构中,来自线卡的每个数据字节通过四个链路中传输:第一链路传输第一位和第二位,第二链路传输第三位和第四位,依此类推。后续时隙的后续字节也做类似传输。这称做双位切片(di-bit slicing),因为每个字节的两个位被安排在同一个链路上。从而,四个结构组件每次同时交换两位数据,以在输出线卡处重新组合。采用这种切片技术,只用四个结构组件,这种架构就可线性升级到640Gbps。
这种架构有一些重要的特点。第一,每个结构组件从(或向)一个公共端口/时隙交换数据。因此每个结构组件执行同样的任务,并可分享共同的矩阵配置。第二,这个结构组件本身必须能够在次颗粒层次访问和交换。这确实给组件本身的设计增加了难度,但整体吞吐量与可访问字节组件相同,只是交换的颗粒数目增加了。两位切片元件的物理特征(功耗和尺寸)与可访问字节组件类似。最后,在升级过程中没有任何计划基础架构的改变,因为数据是并行处理的,这几个组件就像单个设备一样工作。
快速灵活的服务设置
“阻塞”是交换架构必须解决的最难的设计问题之一。当一个输入端口/时隙未能连接到所需要的输出端口/时隙时,尽管该端口当时是可用,但阻塞还是发生了。在SONET/SDH系统中,因为其中两路广播(bicast)非常普遍(如环形应用,这个问题更加糟糕)。视频等组播服务需求的增长更进一步恶化了这个问题。交换结构的阻塞有三个类型:阻塞、可重置非阻塞和严格非阻塞。在严格非阻塞结构中,无论设定连接的顺序如何,所有的连接都可用。在可重置非阻塞结构中,有些连接可能阻塞了,但它往往可以重置已有的连接,使资源可交换使用。在阻塞结构中,重置可以缓解一些阻塞,但不可能解决所有的连接请求。对于以上每一种阻塞类型,阻塞特性因特定业务传输类型不同而不同。例如,一种结构可能对于两路广播是可重置非阻塞的,但对于组播是阻塞的。
在单组件架构中,通过使用共享核心存储器元件很容易解决阻塞问题。在一个存储器元件中,每个输出端口/时隙都同时有权访问所有的输入端口/时隙,因此它对于所有形式的业务传输都是严格非阻塞的。共享存储器元件也很容易配置,只需为每个输出端口/时隙配置源端口/时隙即可。这大大降低了软件复杂度。
在多级结构中,阻塞或非阻塞特性很难实际证明。即使各个结构组件是严格非阻塞的,也并不一定表示整个结构是非阻塞的。迄今为止,SONET/SDH系统的设计者们已经通过把端口布局约束、组播限制、连接重置和内部结构加速结合起来,并创建了可实现的多级架构。随着可用连接数目的增加,具有数据业务能力的SONET/SDH系统需要消除这些限制因素。
切片式架构能将单片存储器元件的优势扩展到更高容量的多片架构上,同时保持单组件设计易于配置和任意组播容量的优点。其结果是消除了复杂的重置算法,并获得更快捷明确的设置时间。
标准接口简化了系统的开发和管理
一个SONET/SDH网络元件可以分解为几个功能平面。虽然许多工作是消耗在数据平面上,但当网络组件容量扩充时,其他功能平面也必须同时能够升级。例如,许多SONET/SDH系统的控制平面有着与数据平面相似的物理结构,具有集中处理器和本地处理器。随着数据平面整体容量的提高,对控制器合成的要求更多了。通常,控制器合成还不够,它还需要升级。类似的分析也适用于SONET/SDH额外开销的DCC字节中的信令。随着端口数目增加,信令系统变得负担沉重,可能需要重新设计。许多系统设计者把这看作将多个功能平面综合成一个能由其他功能子系统共享的公共接口的机会,就像PC机中不同功能的子系统共享一组公共总线一样。这就是ESSI(扩展SONET/SDH串行接口)背后的动机。ESSI为SONET/SDH系统定义了一个信令标准,它将多个功能平面集成进了一个公共的物理接口之中。
作为OIF(光联网互联论坛)TFI-5的一个扩展集,ESSI为SONET/SDH背板中工作在622.08Mbps和2488.32Mbps的串行链路定义了信令和额外开销。除了与包括CML和LVDS在内的各种串行技术兼容的电气信令之外,ESSI还定义了用于透明度、链路错误监测、帧同步和保护信令的额外开销字节。ESSI为系统设计者们提供了一个在网络组件各部件之间实现互通性的公共参考点。
ESSI中的几个额外开销字节是作为一个通用端口定义的,可用于为其他功能子系统实现专有信令。由于基于ESSI的设备允许访问ESSI额外开销,所以传输额外开销中的任意字节可被提取并插入ESSI源核心点(成帧器和交换结构)处。这一技术的应用包括将采集、处理及生成DCC字节集中起来,或实现控制器合成信道。这在设计和管理SONET/SDH网络组件(从较小的CPE设备到大型的MSPP和DXC)中提供了较大的灵活性,同时保持了一个标准的接口,允许未来进行升级。
本文小结
满足不断增长的带宽需求需要提升系统容量,采用切片式存储器架构的新交换技术能以最大性价比方式实现系统升级。通过将多个功能子系统融合为一个物理子系统,ESSI的标准化将进一步降低系统的成本和复杂度。采用这些关键技术的多服务设置平台(MSPP)将提供前所未有的服务可扩展性、动态服务设置能力和增强的网络管理能力。下一代修整架构将允许SONET/SDH系统容量从小型光接入和边缘网络升级到大型城域光核心网络,同时简化所需的配置、管理和保护交换软件。
作者:Greg Wynans
SONET/SDH产品经理
PMC-Sierra公司
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