信令網(wǎng)關(guān)用于橋接下一代IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的包交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN),，處理的主要是呼叫建立、控制和計(jì)費(fèi)等信號,。網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)要求融合IP協(xié)議,、傳統(tǒng)的交換電路協(xié)議、操作系統(tǒng),、管理以及高可靠性的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì),。MicroTCA,、AdvancedMC硬件和現(xiàn)成軟件可以提供構(gòu)建模塊用于開發(fā)獨(dú)立的信令網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)出來的網(wǎng)關(guān)很容易隨著IP電話需求的增加而進(jìn)一步擴(kuò)展,。

　　電話需要兩種類型的網(wǎng)關(guān)：一種是用來處理話音,、視頻和數(shù)據(jù)的媒體網(wǎng)關(guān)；另一種是用來處理呼叫控制的信令網(wǎng)關(guān),。一些歐洲的電話系統(tǒng)使用相同的物理鏈路同時(shí)傳送這兩種信號,，因此媒體和信令網(wǎng)關(guān)可以是同一設(shè)備。但包括北美地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的其它系統(tǒng)是在不同的物理鏈路上傳送信令和媒體這兩種信號的,，因此開發(fā)人員可以將媒體和信令網(wǎng)關(guān)分割成獨(dú)立的單元,。

　　同時(shí)滿足上述兩種部署方案的方法之一是創(chuàng)建以模塊形式存在的獨(dú)立信令網(wǎng)關(guān)。這種網(wǎng)關(guān)可以用作兩種系統(tǒng)中的組件或構(gòu)建模塊,。這樣的模塊可以插入可用的AMC站點(diǎn),，從而創(chuàng)建出作為一個(gè)系統(tǒng)單元的組合式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。這種模塊也可以用作純信令網(wǎng)關(guān)的基礎(chǔ),，只需簡單地增加更多的網(wǎng)關(guān)模塊就能滿足不斷增長的呼叫量需求,。

　　網(wǎng)關(guān)模塊的硬件設(shè)計(jì)必須提供PSTN接口,，這些端口通常要處理每個(gè)SS7鏈路上64kbps數(shù)據(jù)速率的E1/T1/J1 PSTN信號,，或者成組使用時(shí)的高速鏈路(透明和ATM鏈路)。網(wǎng)關(guān)還內(nèi)置能夠運(yùn)行PSTN與IP網(wǎng)絡(luò)堆棧的處理器和至少兩個(gè)IP端口,，如千兆以太網(wǎng)連接,，因此它們有冗余鏈路連接到IP網(wǎng)絡(luò)。雖然這看起來簡單,，但獨(dú)立網(wǎng)關(guān)模塊的設(shè)計(jì)可能是一個(gè)很大的挑戰(zhàn),。

　　為滿足電信需要，網(wǎng)關(guān)必須被設(shè)計(jì)成在99.999%時(shí)間里都能可靠工作,。這要求網(wǎng)關(guān)能理軟硬件故障,，同時(shí)保持連續(xù)的服務(wù)。升級和/或替換硬件和軟件的能力是支持99.999%的另一項(xiàng)重要措施,，要求網(wǎng)關(guān)具備負(fù)載均衡和故障轉(zhuǎn)移的軟件冗余能力,。此外，支撐這些軟件的硬件,，包括模塊,、機(jī)架、電源模塊,、風(fēng)扇和互連,，必須檢測和響應(yīng)系統(tǒng)故障(使用冗余硬件)，提供熱插拔功能,，并支持軟件/固件升級機(jī)制,。

　　系統(tǒng)管理支持也是必需的，因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)一般在“黑盒”似的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，在工作過程中沒有操作人員介入,。因此它需要具有硬件及協(xié)議棧操作的自我管理功能,，包括故障檢測和響應(yīng)等。此外,，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中第一次安裝網(wǎng)關(guān)時(shí),，設(shè)計(jì)需要支持網(wǎng)關(guān)操作的設(shè)置和控制。

　　滿足網(wǎng)關(guān)需要的xTCA規(guī)范

　　減少挑戰(zhàn)難度的方法之一是使用基礎(chǔ)架構(gòu),，這種基礎(chǔ)架構(gòu)能夠提供模塊/刀片要求的功能,，從而讓設(shè)計(jì)師集中精力做好網(wǎng)關(guān)功能的設(shè)計(jì)。高級電信計(jì)算架構(gòu)(ATCA)和MicroTCA(一起被稱為xTCA)都是能夠滿足這些系統(tǒng)需求的開放規(guī)范,。許多供應(yīng)商已經(jīng)成功開發(fā)出基于這些規(guī)范的系統(tǒng)構(gòu)建模塊,。

　　這樣，在開始時(shí)設(shè)計(jì)基于ATCA或MicroTCA規(guī)范的信令網(wǎng)關(guān)之前,，很多工作都已完成,，它們就是來自不同提供商的現(xiàn)成硬件和軟件。這些規(guī)范的控制機(jī)構(gòu)PICMG(PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商組織)啟動(dòng)了一個(gè)互操作性程序來提升互操作性能,，從而讓設(shè)計(jì)師有更多時(shí)間完成組件的混合和匹配,。

　　ATCA和MicroTCA都使用模塊化設(shè)計(jì)方法在其組件中創(chuàng)建了系統(tǒng)管理和熱插拔功能。作為這種方法的一部分,，高級夾層卡(AMC)最初就是針對ATCA靈活性的擴(kuò)展而開發(fā)的(通過為I/O等目標(biāo)提供可熱插拔的夾層卡),，后來經(jīng)過擴(kuò)展變成了MicroTCA的基礎(chǔ)部分。

　　在ATCA中,，AMC安裝在較大的系統(tǒng)卡或刀片之上,，然后一起插入系統(tǒng)背板。在MicroTCA中,，相同的AMC卡直接插在背板上,。這樣，一個(gè)通用的AMC設(shè)計(jì)不加修改就可以在系統(tǒng)中使用,，因此具有很大的可擴(kuò)展性,。

　　ATCA和MicroTCA架構(gòu)為高可用性系統(tǒng)提供內(nèi)在的支持。每個(gè)AMC模塊都有一個(gè)模塊管理控制器(MMC),，可以用來實(shí)現(xiàn)模塊電源,、操作和背板連接的遠(yuǎn)程控制。

　　對于MicroTCA來說,，機(jī)箱內(nèi)的MCH(MicroTCA carrier hub)提供系統(tǒng)管理以及與每個(gè)模塊的MMC的交互功能(圖1),。在ATCA系統(tǒng)中，這些功能由子架管理控制器和支持AMC的ATCA卡上的IPMC共同完成,。MCH和MMC之間的交互能使MCH打開或關(guān)閉AMC,，詢問AMC,，甚至取消它們的背板訪問功能，因此MCH能夠提供模塊級的電子鍵控,、故障檢測和故障隔離等服務(wù),。

　　MicroTCA架構(gòu)內(nèi)還可選支持使用冗余電源、冷卻風(fēng)扇和MCH控制模塊,，因此很容易使用運(yùn)行高可用性系統(tǒng)軟件的完整硬件冗余進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),，而這些軟件大部分是現(xiàn)成的。

　　例如,，愛默生的Centellis 1000 MicroTCA機(jī)箱就提供了冗余電源和單個(gè)MCH模塊,。它能容納多達(dá)10個(gè)新增的全尺寸AMC，能支持各種應(yīng)用,。Centellis 500 MicroTCA機(jī)箱是一種低成本的入門級解決方案,，采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的MicroTCA MCH和電源模塊，支持4個(gè)中等尺寸的AMC,。這兩種解決方案在網(wǎng)關(guān)尺寸和特別應(yīng)用架構(gòu)方面為設(shè)計(jì)師提供了很大的靈活性,。

 　　獨(dú)立信令網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)師可以從針對MicroTCA系統(tǒng)的AMC設(shè)計(jì)開始，并根據(jù)需要利用不同的MicroTCA機(jī)箱類型進(jìn)行擴(kuò)展,，以滿足不同的電話系統(tǒng)需要,。AMC的尺寸足以容納多通道網(wǎng)關(guān)所需的所有硬件，并有足夠的空間提供到PSTN的多個(gè)前面板連接,，因此在一塊卡上可以實(shí)現(xiàn)所有的功能,。

　　在MicroTCA架構(gòu)中，這些AMC模塊可以插入與協(xié)議無關(guān)的交換式串行背板,。這種背板將千兆以太網(wǎng)作為其基本結(jié)構(gòu)，允許AMC模塊直接連接到IP網(wǎng)絡(luò),，無需額外的轉(zhuǎn)換,。

　　網(wǎng)關(guān)軟件要求

　　針對信令網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的軟件比較復(fù)雜。雖然硬件包含了大部分通用網(wǎng)絡(luò)接口,、處理器和存儲器,，但軟件必須完成各種不同協(xié)議之間的信號轉(zhuǎn)換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高可靠行為,。在PSTN側(cè)是時(shí)間復(fù)用的SS7呼叫控制協(xié)議,，另一側(cè)是以數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)。

　　信令網(wǎng)關(guān)的任務(wù)是確保在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的信令能夠到達(dá)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的目的地,。另外,，兩個(gè)PSTN網(wǎng)絡(luò)可以通過中間的IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接。媒體網(wǎng)關(guān) (MG)將語音,、視頻和數(shù)據(jù)從IP網(wǎng)絡(luò)傳送/轉(zhuǎn)換到另一個(gè)MG或IP端點(diǎn),。信令網(wǎng)關(guān)(SG)用于封裝SS7控制信令并將它們發(fā)送到媒體網(wǎng)關(guān)控制器 (MGC,，也稱為軟交換)。MGC需要管理這些信令進(jìn)入和離開IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)的連接,，并需要處理IP網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起的連接,。當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)鏈接著兩個(gè)PSTN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，SG也能封裝SS7信令,，并通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送到另外一個(gè)SG,，因此一個(gè)具有完整橋接功能的網(wǎng)絡(luò)具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)。

　　幸運(yùn)的是,，就象硬件一樣,，現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建模塊大大地簡化了獨(dú)立型信令網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)。其中一個(gè)重要的組件是SIGTRAN協(xié)議棧,，它能支持在 IP網(wǎng)絡(luò)上傳送SS7消息(圖3),。這種協(xié)議棧用一種流式控制傳送協(xié)議(SCTP)替換了SS7的MTP層，以便在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送控制信號,。

　　SIGTRAN適配層則針對SS7的上層協(xié)議模擬出缺少的MTP層協(xié)議,，從而保持了高層消息結(jié)構(gòu)的完整性。這種結(jié)構(gòu)允許信令網(wǎng)關(guān)終結(jié)MTP層,。當(dāng)IP鏈接到PSTN電話時(shí),，SIGTRAN適配層將信令從上層傳送到軟交換進(jìn)行處理；或者簡單地將本質(zhì)上完整的消息傳送給另一SG,，然后再沿途送達(dá)另一個(gè)PSTN,。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)決策

　　AMC模塊的具體設(shè)計(jì)取決于開發(fā)人員如何決定將模塊組合成高可用性系統(tǒng)。xTCA架構(gòu)提供了各個(gè)部件,，但如何組裝這些部件有多種方法,。

　　創(chuàng)建網(wǎng)關(guān)的一種方法是使用兩個(gè)不同的AMC模塊：一個(gè)處理SS7接口，一個(gè)處理IP接口,。這些模塊將分割SIGTRAN堆棧,，并通過高速背板鏈路(如PCI Express)進(jìn)行通信。以這種方式劃分SG功能可以讓硬件高效地處理大量信令,。

　　另外一種方法是將SIGTRAN,、SCTP和SS7接口放在單個(gè)AMC模塊上。這種方法具有多個(gè)顯著的優(yōu)勢,，這些優(yōu)勢可以彌補(bǔ)許多部署條件下減少了的呼叫處理密度,。第一個(gè)優(yōu)勢是單模塊設(shè)計(jì)可以簡化故障轉(zhuǎn)移。兩個(gè)模塊可以分擔(dān)SS7信令處理負(fù)載,，每個(gè)模塊運(yùn)行在40%的容量,。這樣當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可以簡單地將所有業(yè)務(wù)切換到余下的模塊上進(jìn)行處理,，直到故障模塊通過熱插拔替換掉,。由于所有功能都在單個(gè)模塊設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn),，熱插拔仍很簡單，因?yàn)椴恍枰匦鲁跏蓟献髂K,。

　　單模塊設(shè)計(jì)方法的另一個(gè)優(yōu)勢是它能提供更精細(xì)的顆粒用于系統(tǒng)擴(kuò)展,。SS7信令較低的帶寬意味著單模塊設(shè)計(jì)可以處理數(shù)量眾多的SS7鏈路。這也意味著開發(fā)人員可以在小型MicroTCA機(jī)箱(如Centellis 500)中只使用少量模塊就能創(chuàng)建成本最低的產(chǎn)品,，這種產(chǎn)品正好滿足目前市場上最流行的小型網(wǎng)關(guān)的需求,。如果容量要求提高，系統(tǒng)能以適度的成本得到逐步擴(kuò)展,，不用象雙模塊方法中那樣高成本和大幅度,。

　　單模塊設(shè)計(jì)提供了最低成本的信令網(wǎng)關(guān)市場準(zhǔn)入。由于設(shè)計(jì)專注于一個(gè)AMC,，因此該設(shè)計(jì)無疑是系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分,，具有可能最低的成本。

　　另外一個(gè)額外的好處是應(yīng)用的靈活性,。AMC可以當(dāng)作具有完整功能的SG黑盒,，因此為MicroTCA系統(tǒng)創(chuàng)建的單卡SG還可以插入ATCA MG卡設(shè)計(jì)中，形成統(tǒng)一的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì),。SG AMC還能簡單地占用ATCA系統(tǒng)中另外未用的夾層卡槽,，從而以最低的成本向中心局提供這種額外的功能。

　　總之,，在針對xTCA的AMC上實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的信令網(wǎng)關(guān),，可以讓設(shè)計(jì)師開發(fā)出具有完整冗余性和擴(kuò)展能力、從小尺寸到中等尺寸的各種產(chǎn)品,。此外,，通過集成進(jìn)ATCA卡，AMC設(shè)計(jì)還能為更大的系統(tǒng)提供信令網(wǎng)關(guān)功能,。因此,，隨著通信領(lǐng)域從PSTN向IP網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)過渡，這種設(shè)計(jì)完全可以滿足當(dāng)前和未來的通信產(chǎn)業(yè)需求,。