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ATCA架构及其在广电交互电视系统中的应用【摘要】ATCA架构是满足高吞吐量、高可靠性的新一代计算平台标准，本文从技术和应用角度对ATCA构架的主要技术特点、优势，以及在广电交互电视系统中的应用进行了详细说明。【关键词】ATCA交互电视应用1ATCA简介ATCA（AdvancedTelecomComputingArchitecture）标准即先进通信计算架构，是为下一代融合通信及数据网络应用提供的一个开放的、高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件构架。吸收了高速互连技术，新一代处理器，以及可靠性，易管理和实用性等方面最新发展趋势。ATCA标准是由一个核心规范——PICMG3.0和一系列辅助规范组成，核心规范中定义了机械结构、散热管理、电源分配和系统管理，而辅助规范则定义了多种互连的传输方式。ATCA旨在为运营商级解决方案提供一种优化的新型板卡(刀片式)和机箱(机架)外形规格，支持多种标准交换互连(包括以太网和PCIExpress架构)技术。目前已经有大概超过100家厂商在设计和生产ATCA各个环节里的产品及相关软件。2ATCA主要技术特点及优势2.1高速数据传输技术ATCA机框内板卡的数据传输是多种数据传输方式的集合，数据传输接口包括系统管理接口、基本(Base)接口、交换(Fabric)接口和更新信道接口。系统管理传输是为了对机框管理数据提供支持。基本接口提供ATCA机框内的IP传输，是一个支持10/100/1000BAST-T以太网的双星型结构。更新通道在一定程度上是相临两块单板之间共享状态信息的专用内连通道。交换接口是主要的数据传输方式,与传输协议无关。ATCA交换(Fabric)接口是系统中各板卡之间的数据传输的主要方式，各板卡通过交换接口可以形成多种连结拓扑模式。包括：（1）星型拓扑(startopology)支持简单、低成本的设计；（2）网状拓扑(meshtopology)提供最高的带宽，配线灵活，可靠性高；（3）双星型拓扑(dualstartopology)，内含两组星型接口，用来冗余备份，也可进行负载分担；（4）两组双星拓扑(dual-dualstartopology)，在机框中支持4组星型接口，在板卡之间提供更多的传输带宽；在典型的编码机制下，一个交换通道支持20GB/s全双工的数据传输。在采用网状拓扑的连接方式下，系统支持高达2.4TBps的数据传输。图1以网状交换接口为例，描述了各种接口的结构关系。图1ATCA数据传输接口结构示意图PICMG定义的交换接口所支持的协议除了以太外，还支持光纤通道、InfiniBand、PCIExpress以及RapidIO等高速数据传输协议。2.2高度可管理性ATCA具有基于智能平台管理接口(IPMI)和每节点双IPMI/IPMB连接的集中冗余平台管理能力，可以通过冗余机箱管理控制器、连接每个刀片式服务器的冗余电源插槽，以及交换机拓朴结构本身所支持的内部冗余特性。利用ShMC（机架管理控制器）系统管理子系统可以对机箱内的单板、电源、风扇、温度传感器等可热拔插单元进行智能调节和管理，而双IPMB总线可以确保一条总线失效的情况下系统管理的仍可以稳定进行。2.3高平台密度密度的定义是考虑散热、功耗、以及冷却等因素后，每个机箱中安装刀片型系统的数量以及每组机架(frame)的机箱数量。高密度意味着更高的冗余度，以及在固定的空间中能安装更多的模块。ATCA定义每板卡功耗达200W，外形规格为8U×280mm×1.2吋，19吋EIA机框可以支持14个槽位，而600mmETSI的机框可以支持16个槽位。2.4灵活的扩展性和可重复使用性ATCA是一种全开放、可互操作的电信工业标准。支持不同厂商多种板卡、机箱尺寸与配置的重复利用，可以满足接入、边缘和服务器市场的广泛需求。电信设备制造商可以采用来自第三方厂商的可互操作和成熟的商业化（COTS）软硬件组件，从而为设备厂商缩短了开发时间。基于开放性的电信架构为运营商带来了非常灵活的业务特性，有助于运营商快速地开发和增加新的业务。图2可重新配置的ATCA构建模块3ATCA在广电交互电视平台的应用广电网络经过数字化和双向化改造，已逐渐成为以视音频为核心承载业务的综合性网络平台。随着市场自由竞争的加剧，如何才能有效地降低成本、提高服务质量、加快新业务的开发并引入新的增值业务，已经成为每个广电网络运营商不得不思考和解决的问题，而解决这个问题一个有效的方法就是采用标准化、模块化的网络设备，通过构建开放性、透明化的标准网络平台，实现对各种业务的承载。而ATCA特性恰恰可以满足需求，为运营商建设一个开放性的宽带网络架构，整合传统视音网络及IP数据网络，同时还将取代传统商用服务器的地位。3.1ATCA系统在广电交互电视系统中的应用交互电视是一种基于IP技术的多媒体流业务，在亚洲的需求增长迅速。IPTV是一种依赖于严格的QoS传送属性的接入诊断服务。它建立在开放标准之上，需要部署在可靠、耐用的平台上，ATCA正是实现IPTV的倍受关注的平台。IPTV主要的服务要求包括：每个用户都有个人视频流（VoD），需要300Kbps到4Mbps之间的速率；必需的外部硬盘阵列需要TB级的视频存储；支持流行内容所需的硬盘高速缓存，在4Mbps速率、1GB高速缓存条件下每秒可存储2000个用户，8GB刀片可存储一部电影；服务退化不能持续超过10分钟。在IPTV与IMS平台的共享方面，需要经济而启动灵活和可升级平台；主机服务器和DSP刀片的组合，以实现格式转换、带宽适应、现场报道捕获；大型存储器配置需要支持流行内容的高速缓存；存储选择需要支持多合一（如硬盘+光碟机）的要求，包括随机访问、电视遥控偏好的用户；网络的划分支持管理、内容接入（iSCSI）和会话流。ATCA对现在和未来通信与计算融合的演进的推动主要体现在两个方面。演进之一是在应用层——计算数据中心。ATCA平台可以涵盖3GIMS、MCU、CDN和视频forward&Switch等电信级高密度服务器。以其开放的架构、广泛的生态系统、计算能力和高性价比，以及高密度、快速部署、维护方便、模块化易于扩容、灵活多样的计算技术优势吸引了运营商的瞩目。目前，ATCA在计算方面的演进热点是IPTVCDN。CDN即互联网内容发布网络（ContentDeliveryNetwork），其硬件架构最初是单台服务器集群，随着运营商对IPTV的重视，其运营级的稳定可靠性成了不得不考虑的因素。包括华为、中兴、思华在内的几个IPTV领军者都不约而同地把CDN构架在ATCA之上，并已在国内部署了相当多的试验局。演进之二是在应用层以下——通信-电信网络设备，ATCA平台可覆盖2G-BSC/3G-RNC、NGN、光传输、LAN交换路由器等产业化电信级网络通信平台。其优势在于采用开放的标准、丰富的生态系统、具有成本效益、可加速产品上市时间。其应用热点是是无线接入基站控制器子系统、接入网WiMax基站及GPON/EPON，以及IMS。它不仅为移动用户提供基于IP的多媒体业务，还可以向固定用户提供业务。这些IMS内的核心设备之间的信令协议都是构建在IP网络基础之上提供媒体服务的通用软件模块化接口。架构起这些核心设备的恰恰是运营级的电信服务器。ATCA与生俱来的电信设备级模块化架构很好地满足了IMS的硬件平台需求，深受设备商和运营商的喜爱。交互电视的发展描述，需要一个结构图交互电视对带宽、可靠性的要求，表1各种业务对带宽的需求业务带宽总带宽HDTV25Mbps25MbpsSDTV6Mbps6MbpsVOD2Mbps2MbpsHigh-speedInternet3Mbps(Peakrate)1MbpsVoIP128kbps500kbps(4user)Total34.5Mbps然后参考“基于aTCA架构的CDN.doc”写配置方式。最后结语。