先進的通信計算機架構(gòu)ATCA及應(yīng)用研究

作為一種重要的的電信架構(gòu)標準，計算機架構(gòu)ATCA在實際的應(yīng)用中取得了良好的效果，優(yōu)化了現(xiàn)代化計算機系統(tǒng)的服務(wù)功能，滿足了相關(guān)業(yè)務(wù)處理的實際需求。同時，結(jié)合ATCA架構(gòu)的優(yōu)勢，有利于提高交換卡使用中的數(shù)據(jù)傳輸能力、業(yè)務(wù)處理能力、硬件系統(tǒng)管理能力等，因此，為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)通信性能的不斷優(yōu)化，需要加強對先進的通信計算機架構(gòu)ATCA的深入理解，擴大這種架構(gòu)的實際應(yīng)用范圍，全面提高計算機系統(tǒng)運行過程中的通信效率，實現(xiàn)對系統(tǒng)模塊的優(yōu)化，為相關(guān)信息處理問題的有效解決提供必要的參考信息。基于此，本文將從ATCA架構(gòu)體系、架構(gòu)平臺等方面進行論述，并對這種架構(gòu)的實際應(yīng)用范圍進行了研究，促使計算機架構(gòu)ATCA在未來應(yīng)用過程中能夠達到預(yù)期的效果，推動我國信息化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】通信 計算機架構(gòu) ATCA體系應(yīng)用范圍 硬件系統(tǒng)

注重電信平臺工作性能的不斷優(yōu)化，完善各種通信設(shè)備的服務(wù)功能，需要加強對通信計算機架構(gòu)的有效使用，最大限度地滿足通信業(yè)務(wù)的實際需求。在設(shè)置通信平臺的過程中，由于通信業(yè)務(wù)量的不斷增加，對于設(shè)備的性能可靠性提出了更高的要求，加上開放性及標準化的機制對電信行業(yè)的快速發(fā)展帶來了較大的沖擊，因此，需要加強對先進的通信計算機架構(gòu)ATCA及應(yīng)用方面的深入研究，確保電信平臺的正常使用，更好地適應(yīng)時代的發(fā)展要求。

1 先進的通信計算機架構(gòu)ATCA的基本體系

結(jié)合ATCA標準的實際發(fā)展狀況，可知其主要是由規(guī)范的PICMG3.0及相關(guān)的輔助規(guī)范PICMG3.X組成的。其中，有關(guān)ATCA系列的系統(tǒng)管理、背板互聯(lián)等，主要是由核心規(guī)范PICMG3.0定義的。在對計算機架構(gòu)互聯(lián)傳輸方式的選擇中，通過對輔助規(guī)范PICMG3.X內(nèi)容的深入理解，有利于增強互聯(lián)傳輸方式的選擇合理性。同時，通過對ATCA標準深層次的分析，可知計算機內(nèi)部相關(guān)構(gòu)件的點對點連接，依賴于該標準的核心規(guī)范；點對點連接中所涉及的協(xié)議，依賴于該標準的輔助規(guī)范。

現(xiàn)階段PICMG3.1 Ethernet和FC、PICMG3.2 InfiniBand、PICMG3.3 StarFabric、PICMG3.4 PCI Express及正在 制定中的高級結(jié)構(gòu)互聯(lián)協(xié)議，隸屬于PICMG3.X的組成部分。在對先進通信計算機架構(gòu)ATCA使用的過程中，本質(zhì)上遵循了PICMG3.X系列規(guī)范的要求。因此，需要提高對PICMG系列開放架構(gòu)標準的正確認識，滿足相關(guān)通信業(yè)務(wù)的實際需求。這種架構(gòu)的標準族圖如圖1所示。

結(jié)合ATCA架構(gòu)的實際應(yīng)用狀況，可知開放化、標準化是這種架構(gòu)的主要優(yōu)勢。在該架構(gòu)的支持下，通信業(yè)務(wù)中涉及達到的不同產(chǎn)品之間具有良好的兼容性，促使硬件供應(yīng)商能夠通過自身的優(yōu)勢實現(xiàn)對各種硬件產(chǎn)品的不斷開發(fā)，電信運營商也能夠利用智能化功能模塊的作用，構(gòu)建出可靠的業(yè)務(wù)平臺，減少業(yè)務(wù)推廣時間的同時有利于降低系統(tǒng)的開發(fā)成本。這些方面的不同內(nèi)容，客觀地說明了ATCA架構(gòu)合理運用的重要性，也為其實際應(yīng)用范圍的擴大打下了堅實的基礎(chǔ)。

2 先進的通信計算機架構(gòu)ATCA開放性平臺的互操作性

為了實現(xiàn)工業(yè)標準硬件與軟件模塊支持下通信設(shè)備平臺的搭建，需要注重基于ATCA架構(gòu)開放性平臺的合理設(shè)置。在設(shè)置這種平臺的過程中，應(yīng)結(jié)合平臺的實際作用，制定出相關(guān)的參考標準，促使各生產(chǎn)廠家在設(shè)置模塊接口的過程中能夠遵循統(tǒng)一的工業(yè)標準，保持系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的完整性。因此，為了實現(xiàn)開放架構(gòu)平臺的互聯(lián)互通，需要構(gòu)建可靠的開放性標準，為平臺后期的正常運行打下堅實的基礎(chǔ)。

開放性平臺架構(gòu)中設(shè)置硬件架構(gòu)時，應(yīng)加強對PICMG組織作用下ATCA的合理運用，增強硬件架構(gòu)的適用性，優(yōu)化這種標準支持下板卡的互換功能。實現(xiàn)硬件架構(gòu)中硬件接口的設(shè)置，依賴于交換互連標準的有效使用，像PICMG3.1。在未來硬件接口設(shè)置的過程中，低成本交換網(wǎng)Ethernet的應(yīng)用范圍將會逐漸地擴大，有利于推動交換技術(shù)的快速發(fā)展。運用Ethernet的過程中主要考慮的是成本，但由于其流控機的性能可靠性低，無法應(yīng)用于多個場合，需要加強對開放性平臺硬件架構(gòu)策略的合理選擇。

在構(gòu)建開放性平臺架構(gòu)的軟件方面，應(yīng)加大各種業(yè)務(wù)所需的軟件接口協(xié)議標準化研究力度，細化IPMI維護管理規(guī)范內(nèi)容，提高CGL及AIS/HPI的利用效率，促使先進計算機架構(gòu)ATCA使用中能夠達到預(yù)期的效果。未來軟件優(yōu)化設(shè)計中將更加注重軟件方面接口的標準化，不斷增強不同類型軟件的適用性。

在對基于開放架構(gòu)應(yīng)用分層模型分析的過程中，需要從這些方面入手：

（1）結(jié)合計算機服務(wù)器應(yīng)用的實際概況，注重分層過程中各接口標準化研究，增強開放架構(gòu)應(yīng)用分層模型設(shè)置的合理性。

（2）為了滿足路由器應(yīng)用方面的實際需求，需要加強不同生產(chǎn)廠家互連互通模塊的合理設(shè)置，深入推薦先硬件后軟件的演進過程，為完全標準化開放架構(gòu)的實現(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)。

3 先進的通信計算機架構(gòu)ATCA的應(yīng)用范圍及進展

注重ATCA電信級的合理應(yīng)用，有利于優(yōu)化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、軟交換等組成部分的服務(wù)功能。在專業(yè)技術(shù)人員的不斷努力下，ATCA的實際應(yīng)用范圍正在逐漸的擴大。具體表現(xiàn)在：

（1）與核心網(wǎng)領(lǐng)域、無線接入網(wǎng)及電信服務(wù)器等領(lǐng)域，ATCA架構(gòu)支持的各種產(chǎn)品已經(jīng)得到了充分地肯定。

（2）運營商、計算機設(shè)備生產(chǎn)廠家等，退出了一系列的基于ATCA架構(gòu)的產(chǎn)品。

（3）開放架構(gòu)平臺在無線領(lǐng)域方面的應(yīng)用范圍正在擴大，為無線智能網(wǎng)性能可靠性的增強提供了可靠地保障。這些方面的不同內(nèi)容，客觀地說明了ATCA的實際應(yīng)用范圍，也體現(xiàn)了合理運用ATCA架構(gòu)開展各種業(yè)務(wù)的重要性。同時，為了對無線接入網(wǎng)、無線智能網(wǎng)架構(gòu)進行不斷地優(yōu)化，未來ATCA架構(gòu)推廣使用中將會更加注重這些方面的研究，一定程度上為計算機系統(tǒng)通信架構(gòu)的優(yōu)化及開放性平臺的設(shè)置提供了可靠的參考依據(jù)。

4 先進的通信計算機架構(gòu)ATCA開放性平臺設(shè)置的策略分析

結(jié)合當前通信領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，可知不同通信設(shè)備的整體競爭性非常強。通信設(shè)備生產(chǎn)商為了獲得更多的經(jīng)濟效益，降低自身的開發(fā)成本，需要通過對開放架構(gòu)平臺的有效設(shè)置，在軟件開發(fā)及服務(wù)水平方面獲得更多的競爭優(yōu)勢。

通過的ATCA架構(gòu)標準化及開放性的分析，可以為開放性平臺的構(gòu)建提供必要的參考信息。通過對開放性平臺的利用，有利于改變電信設(shè)備商傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈模式，優(yōu)化通信設(shè)備服務(wù)功能的同時擴大設(shè)備的實際應(yīng)用范圍，促進具有價格競爭優(yōu)勢的通信設(shè)備生產(chǎn)廠家的快速發(fā)展。基于ATCA開放性平臺架構(gòu)設(shè)置中的策略具體表現(xiàn)在：

（1）結(jié)合各自通信設(shè)備的實際需求，在良好的開放性架構(gòu)平臺的生態(tài)環(huán)境影響下，增強設(shè)備開發(fā)中的可選擇性，實現(xiàn)對設(shè)備開發(fā)成本的有效控制，提高設(shè)備的開發(fā)效率。

（2）計算機硬件生產(chǎn)廠家通過對基于開放標準模塊的合理運用，可以縮短系統(tǒng)開發(fā)時間，確保相關(guān)業(yè)務(wù)的正常開展，促使這些生產(chǎn)商家能夠早擅長業(yè)務(wù)領(lǐng)域中投入更多的精力，優(yōu)化資源配置的同時擴大各種硬件產(chǎn)品的實際應(yīng)用范圍。

（3）運營商通過基于ATCA架構(gòu)的深入理解，結(jié)合自身的實際狀況，構(gòu)建出可靠的開放性架構(gòu)平臺，逐漸削弱對電信設(shè)備商的依賴程度，實現(xiàn)設(shè)備選擇的多樣性，實現(xiàn)運營過程中效益最大化的發(fā)展目標。

構(gòu)建可靠的開放性架構(gòu)平臺過程中，需要對這種平臺的開發(fā)及應(yīng)用有著理性的認識，主要在于這種架構(gòu)平臺的設(shè)置無法取代所有的通信設(shè)備架構(gòu)。在設(shè)置開放性架構(gòu)平臺的過程中，主要考慮的是其通用性及平臺化，優(yōu)化工作性能的同時增強架構(gòu)平臺運行的穩(wěn)定性。對于一些低端接入層產(chǎn)品，運用開放架構(gòu)的過程中應(yīng)充分地考慮開發(fā)成本。而在高端核心層產(chǎn)品的過程中，應(yīng)重點考慮產(chǎn)品性能，此時采用開放架構(gòu)平臺的可能性相對較低。在匯聚層產(chǎn)品開發(fā)及推廣的過程中，應(yīng)注重開放架構(gòu)平臺的合理設(shè)置，優(yōu)化產(chǎn)品性能，不斷提升匯聚層產(chǎn)品的潛在價值。

5 基于ATCA不同拓撲結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析

5.1 基于ATCA的雙星結(jié)構(gòu)

相比其它的結(jié)構(gòu)，ATCA結(jié)構(gòu)構(gòu)建中采用了先進的點對點交換結(jié)構(gòu)，有利于增強系統(tǒng)硬件平臺設(shè)置中的物理承載效果，可以為各模塊在互聯(lián)工作中數(shù)據(jù)傳輸效率的提高提供可靠地保障。在設(shè)置雙星拓撲結(jié)構(gòu)中的ATCA結(jié)構(gòu)時，主要采用了中央插槽，主要的作用是插入中央交換板，是完成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)置的關(guān)鍵部分。在完成背板設(shè)計的過程中，結(jié)合不同節(jié)點板插入的實際要求，需要設(shè)置一定數(shù)量的節(jié)點槽。在對存儲板、系統(tǒng)控制板性能優(yōu)化的過程中，需要充分地發(fā)揮節(jié)點板的實際作用。基于ATCA雙星結(jié)構(gòu)的中央槽與節(jié)點槽之間的連接，主要是通過信道的作用完成的，最終形成了散狀的雙星拓撲結(jié)構(gòu)。

在雙星拓撲結(jié)構(gòu)中，每個節(jié)點槽設(shè)置中都需要設(shè)置信道。這些信道與不同節(jié)點的連接，可以形成良好的拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交換、有效處理等。計算機系統(tǒng)中通過對一定數(shù)量節(jié)點板的合理設(shè)置，可以優(yōu)化專用中央槽的服務(wù)功能。同時，基于ATCA雙星拓撲結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置，可以為其中的信道提供所需的接口，促使高速數(shù)據(jù)交換接口使用中能夠達到數(shù)據(jù)交換的各種要求。雙星結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：

（1）結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)。

（2）不同類型數(shù)據(jù)流處理效果好。

（3）連接點之間發(fā)生故障時可以快速地排除。

5.2 基于ATCA的雙-雙星結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)所依賴的基礎(chǔ)是雙星結(jié)構(gòu)，主要的特征是網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)形成中包含了兩組雙星拓撲結(jié)構(gòu)，并含有4個中央槽，增強了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)使用中的邏輯性。同時，基于ATCA雙-雙星結(jié)構(gòu)中的中央插槽與節(jié)點插槽之間可以通過信道互聯(lián)，保證了整個網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的完整性。這種拓撲結(jié)構(gòu)使用中的主要優(yōu)勢在于：

（1）可以為機板提供豐富的傳輸帶寬。

（2）優(yōu)化了可冗余交換板的工作性能。

（3）其中的節(jié)點問題發(fā)生不影響系統(tǒng)的正常運行。

5.3 基于ATCA的全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的基本原理是：在信道的支持下，可以實現(xiàn)不同節(jié)點的互聯(lián)，最終形成了與傳輸交換網(wǎng)絡(luò)相似的拓撲結(jié)構(gòu)。基于ATCA的全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中包含了多個插槽，增強了通信計算機架構(gòu)的可擴展性，提高了不同類型數(shù)據(jù)處理效率，確保了數(shù)據(jù)交換帶寬的合理運用。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢在于：

（1）所形成的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠性高，通信路徑使用中的信息傳輸效果良好。

（2）可擴展性好，最大限度地滿足了系統(tǒng)功能擴展的實際需求。

（3）實現(xiàn)了各節(jié)點間的資源共享，降低了數(shù)據(jù)延遲現(xiàn)象出現(xiàn)的概率，對于未來通信計算機架構(gòu)的不斷優(yōu)化具有重要的參考價值。

6 結(jié)束語

作為先進的計算機架構(gòu)，ATCA在實際的應(yīng)用中取得了許多重要的成果，為計算機性能的優(yōu)化。平臺可靠性的增強、硬件系統(tǒng)管理能力的優(yōu)化等提供了可靠的保障。因此，未來計算機發(fā)展的過程中需要結(jié)合ATCA架構(gòu)的優(yōu)勢，加強對系統(tǒng)通信性能的綜合評估，擴大其實際的應(yīng)用范圍，確保模塊化形式的硬件架構(gòu)使用中能夠達到現(xiàn)代傳輸系統(tǒng)的具體要求，為開發(fā)性、標準化通信設(shè)備服務(wù)功能的不斷完善提供可靠地保障。與此同時，運用ATCA架構(gòu)的過程中，結(jié)合實際通信業(yè)務(wù)的要求，應(yīng)明確該架構(gòu)的基本體系及平臺，增強計算機開放性平臺的互操作性，促進開放架構(gòu)的不斷發(fā)展。

參考文獻

[1]吉立新，李海濤.基于ATCA架構(gòu)的可重構(gòu)通信處理機設(shè)計[J].電訊技術(shù)，2014（02）.

[2]黃武.高級電信計算架構(gòu)平臺硬件管理API設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海交通大學(xué)，2010（06）.

[3]陳志列.基于ATCA的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的研究[J].測控技術(shù)，2011（03）.

[4]衛(wèi)亮.基于ATCA通信軟件系統(tǒng)實施方案的研究[J].微型電腦應(yīng)用，2011（03）.

[5]高立揚.基于軟交換的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].華南理工大學(xué)，2013（05）.

[6]程宏才.大型物理實驗中的通用數(shù)據(jù)獲取平臺的研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2012（11）.

[7]易克非.大容量交換機無感熱備份技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2012（06）.

[8]楊付祥.基于ATCA架構(gòu)交換卡的改進[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2013（05）.

作者簡介

于燕波（1978-），女，吉林省通化市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為周水子邊防檢查站通信技術(shù)九級工程師。研究方向為通信及計算機技術(shù)。

崔大偉（1978-），男，遼寧省丹東市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為91423部隊通信技術(shù)八級工程師。研究方向通信與網(wǎng)絡(luò)安全。

作者單位

1.周水子邊防檢查站 遼寧省大連市 116033

2.91423部隊 遼寧省大連市 116043