CN101094125A - 在atca/atca300扩展交换带宽的交换结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，所述ATCA/ATCA 300系统配置中有多个节点板以及多个交换板，所述节点板和交换板通过背板第二区的交换接口互连，所述节点板包括有业务处理模块以及分别与业务处理模块连接的上行处理模块和下行处理模块，所述上行处理模块用于数据调度并把数据均衡分发到各个交换板，所述下行处理模块接收各个交换板的数据并完成数据的汇聚和按序重组。发明在兼容目前ATCA/ATCA 300标准定义的结构和背板连接器布局情况下，通过多平面交换的方式扩展了节点板间的交换互连带宽，提供节点板之间足够的通信带宽。

Description

在ATCA/ATCA300扩展交换带宽的交换结构
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的方法及系统。
背景技术
ATCA(Advanced Telecommunications Computing Architecture，先进电信计算架构)是PICMG(PCI Industrial Computer Manufacturers Group，PCI工业计算机厂家协会)组织制定并发展的开放工业标准架构(标准为PICMG 3.0)，定位为通信设备和计算服务器通用的硬件平台技术，包括机框结构、电源、散热、单板结构、背板互连拓扑、系统管理及交换网建议等规范。ATCA适用于600mm深机柜，为了适应300mm深机柜的应用需求，PICMG还制定了ATCA300的平台架构标准(标准为PICMG 3.300)，且ATCA和ATCA300的背板兼容。
ATCA为中间背板、前后插板结构，交换板(Hub Board)和节点板(NodeBoard)都为前插板，节点板通过全互连(Full Mesh)相连或者通过交换板互连。根据PICMG 3.0标准，ATCA最多支持16个槽位(21英寸机柜)，在19英寸机柜中支持14个槽位。ATCA每个槽位分为1区(Zone 1)、2区(Zone 2)和3区(Zone 3)三个区域，Zone 1为电源和管理互连区，Zone 3为前插板与对应后插板互连区，Zone 2为节点板之间(Full Mesh拓扑)或节点板与交换板之间(双星型交换网互连)互连区。如果采用全互连，则ATCA最多支持16个节点板；如果采用双星型结构交换网互连，则ATCA最多支持14个节点板和2个交换板，每个交换板需要与另外15个单板(14个节点板和1个交换板)互连；如果采用双双星型结构交换网互连，则ATCA最多支持12个节点板和4个交换板，每个交换板需要与另外15个单板(12个节点板和3个交换板)互连。
PICMG 3.0定义了3种交换接口的交换互连拓扑，分别为全互连(FullMesh)、双星型交换互连(Dual Fabric Star)、双双星型交换互连(Dual DualFabric Star)，这几种交换互连拓扑在16个槽位或14个槽位的系统配置下，两个节点板之间的互连提供8对差分信号(发送4对差分信号，接收4对差分信号)。目前交换互连技术的物理链路工作速率主要为2.5Gb/s、3.125Gb/s、5Gb/s、6.25Gb/s。
如图1所示，全互连拓扑为所有节点板11之间直接互连(图1所示为8个节点板配置情况下的全互连结构)。PICMG 3.0最多可支持16个节点板实现全互连。然而在全互连拓扑结构下，即使物理链路工作速率为6.25Gb/s，两个节点板之间的通信带宽也只有20Gb/s。此外在具体应用中，实现16个节点板全互连的成本是非常高的，一般全互连只用于少于8个节点的系统全互连，不能满足较大容量的设备要求。
如图2所示，在双星型交换互连拓扑结构中有两个交换板节点22(逻辑槽位号为1、2)，最多配置14个节点板(逻辑槽位号为3～16)，节点板21都与交换板节22点互连，节点板21之间的通信通过交换板节点进行。PICMG3.0规定两个交换网为主备份工作方式(PICMG 3.0 Specification，Page 294，第6.2.1.1节)，主备份工作时只有主交换板能执行交换功能，备交换板不执行交换功能；或者两个交换板都能执行交换功能，但节点板只接收主交换板的数据，不接收备交换板的数据。因此，在双星型互连拓扑中，即使采用6.25Gb/s的物理链路速率，节点板也只能提供20Gb/s的带宽，只能提供1路10Gb/s线速的用户接口。
双双星型交换互连拓扑结构与双星型交换互连拓扑相似，交换板节点从两个增加到4个(逻辑槽位为1、2、3、4)，最多配置12个节点板(逻辑槽位为5～16)，节点板都与交换板节点互连，节点板之间的通信通过交换板节点进行。PICMG 3.0规定4个交换板为两组独立的双星型交换互连工作方式(PICMG 3.0 Specificaion，Page 294，第6.2.1.2节)，逻辑槽位为1、2的两个交换板为一组双星型交换网互连结构，逻辑槽位为3、4的两个交换网为另一组双星型交换网互连结构。尽管双双星型交换互连拓扑采用了两个双星型的交换结构，节点板之间的通信带宽增加一倍。但是由于两个交换结构是独立的，所以节点板之间通信的数据流带宽还是一个双星型结构的带宽，只是可以支持两路数据流而已。
目前作为电信平台应用，在城域网汇聚层提供10Gb/s用户接口已经成为基本的需求。随着互联网的快速发展，未来几年将对电信设备的带宽提出更高的要求，汇聚层设备甚至要提供40Gb/s的用户接口。考虑到交换网和业务处理的加速比和处理开销，40Gb/s用户接口一般要求节点板背板带宽至少提供60Gb/s。因此如上所述，ATCA系统在目前PICMG3.0标准的定义之下，无论采用全互连，还是采用双星型交换互连、双双星型交换互连，都无法提供节点板之间足够的通信带宽。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有ATCA架构下无法满足日益增长的带宽需求的缺陷，提供一种扩展交换带宽的交换结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，所述ATCA/ATCA300系统配置中有多个节点板以及多个交换板，所述节点板和交换板通过背板第二区的交换接口互连，所述节点板包括有业务处理模块以及分别与业务处理模块连接的上行处理模块和下行处理模块，所述上行处理模块用于数据调度并把数据均衡分发到各个交换板，所述下行处理模块接收各个交换板的数据并完成数据的汇聚和按序重组。
在本发明所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构中，所述交换板包括有交换矩阵、入口端和出口端，每一节点板的上行处理模块分别连接到多个交换板的入口端且每一节点板的下行处理模块分别连接到多个交换板的出口端，所述上行处理模块把数据均衡分发到各个交换板的入口端，下行处理模块接收各个交换板出口端数据并完成数据的汇聚和按序重组，所述交换板通过其交换矩阵将入口端输入的数据根据数据包的路由信息交换到出口端输出。
在本发明所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构中，所述系统配置中有2-5个交换板以及14-11个节点板。
在本发明所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构中，所述互连结构的节点板间包括有8对差分信号，其中包括4对发送差分信号，4对接收差分信号。
在本发明所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构中，所述差分信号采用串行数据互连。
在本发明所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构中，其中部分交换板故障时，节点板上行处理模块将流量均匀分布到正常工作的交换板，节点板下行处理模块接收正常工作交换板出口端数据并完成数据的汇聚和按序重组。
在本发明所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构中，设置交换板的槽位提供节点板交换接口互连资源，在不需要大容量交换带宽的情况下，交换板槽位也可以插入节点板。
发明的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，在兼容目前ATCA/ATCA 300定义的结构和背板连接器布局情况下，通过多平面交换的方式扩展了节点板间的交换互连带宽，提供节点板之间足够的通信带宽。且交换互连带宽可以随着交换板配置的数量线性增长，交换板和节点板可以根据应用场合对带宽的不同需求，灵活进行配置。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是ATCA中全互连交换互连拓扑的结构示意图；
图2是ATCA中双星型交换互连拓扑的结构示意图；
图3是本发明在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构第一实施例(双平面交换)的系统框图；
图4所示为两个交换板双平面交换配置的背板连接拓扑图；
图5是本发明在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构第二实施例(三平面交换)的系统框图；
图6所示为三个交换板配置的背板连接拓扑图；
图7所示为四个交换板配置的背板连接拓扑图；
图8所示为五个交换板配置的背板连接拓扑图。
具体实施方式
如图3所示，本发明的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构的第一实施例中，ATCA/ATCA 300系统配置中有14个节点板31以及2个交换板32。背板第二区(zone 2)的交换接口(fabric interface)包括有4个连接器，分别为P20、P21、P22、P23，最多提供15个交换通道与其他单板互连。
在本实施例中，节点板31包括有业务处理模块311、上行处理模块312和下行处理模块313，其中上行处理模块312和下行处理模块313分别与业务处理模块311连接。上行处理模块312用于数据调度并把数据均衡分发到各个交换板32，下行处理模块313接收各个交换板32的数据并完成数据的汇聚和按序重组。业务处理模块311主要完成业务的处理或提供网络互连的接口。
交换板32包括有交换矩阵323、入口端321和出口端322，该交换板32通过其交换矩阵323将入口端321输入的数据根据数据包的路由信息交换到出口端322输出。
在本实施例中，每一节点板31的上行处理模块312分别连接到多个交换板32的入口端321且每一节点板的下行处理模块313分别连接到多个交换板32的出口端322。从而，在进行数据通信时节点板31作为输入级和输出级，而交换板32作为交换平面实现交换功能。节点板31的上行处理模块312通过数据调度把数据均衡分发到各个交换板32的入口端321，交换板32通过其交换矩阵323将入口端321输入的数据根据数据包的路由信息交换到出口端322，并输出到下行处理模块313，并完成数据的汇聚和按序重组，从而完成节点板31间的数据通信。在本实施例中，节点板提供8对差分信号，其中上行处理模块312提供4对发送信号，下行处理模块313提供4对接收信号。差分信号采用串行数据互连。
如图4所示，为本发明的第一实施例的拓扑图，其中背板连接有两个交换板槽位(每个表格项代表8对差分信号，其中4对接收信号，4对发送信号)。此时系统为双平面交换工作方式，其中交换板32的逻辑槽位号为1、2，而节点板31的逻辑槽位号为3-16。图4表格中的数据表示槽位-通道(Slot-Channel)，例如槽位1的第1通道(Slot：1；Channe：1)的数据为“2-1”，表示该通道与第2槽位的第1通道相连。
由于使用了两个交换板，节点板31仅使用交换通道1和交换通道2，从而节点板间的通信带宽为8倍物理链路工作速率(Link Speed×8)。如果“LinkSpeed”为2.5Gb/s，则节点间互连带宽为20Gb/s(包括8B/10B开销)。从而节点板可提供10Gb/s线速用户接口。如果一个交换板故障，节点板之间可通过剩下的一个交换板继续通信，其通信带宽为8Gb/s。
在本发明的第二实施例中，可在系统配置三个交换板，此时系统为三交换平面工作方式(也称为“2+1”)，如图5所示。逻辑槽位1、2、3为交换板，逻辑槽位4～16为节点板槽位，节点板槽位使用通道1、2、3，背板连接拓扑如图6所示。节点板之间的通信带宽为“Link Speed×12”，如果“Link Speed”为2.5Gb/s，则节点间互连带宽为30Gb/s(包括8B/10B开销)。交换板槽位也提供节点板交换接口互连资源，在不需要大容量交换带宽的情况下，交换板槽位也可以插入节点板。例如逻辑槽位3也可以插节点板，则此时互连拓扑与配置两个交换板时相同，可兼容第一实施例中的节点板。
在本发明的第三实施例中，可在背板交换接口配置四个交换板，此时系统为四交换平面工作方式(也称为“3+1”)。逻辑槽位1、2、3、4为交换板，逻辑槽位5～16为节点板，节点板槽位使用通道1、2、3、4，背板连接拓扑如图7所示。节点板之间的通信带宽为“Link Speed×16”，如果“Link Speed”为2.5Gb/s，则节点间互连带宽为40Gb/s(包括8B/10B开销)。如果逻辑槽位4插节点板，则此时互连拓扑与配置三个交换板时相同，可兼容第二实施例中的节点板。如果逻辑槽位3、4插节点板，这时候互连拓扑与配置两个交换板时相同，可兼容配置1的节点板。
在本发明的第四实施例中，可在背板交换接口配置五个交换板，此时系统为五交换平面工作方式(也称为“4+1”)。逻辑槽位1～5为交换板，逻辑槽位6～16为节点板，节点板槽位使用通道1、2、3、4、5，背板连接拓扑如图8所示。节点板之间的通信带宽为“Link Speed×20”，如果“Link Speed”为2.5Gb/s，则节点间互连带宽为50Gb/s(包括8B/10B开销)。如果逻辑槽位5插节点板，则此时互连拓扑与配置四个交换板时相同，可兼容第三实施例中的节点板。如果逻辑槽位5、4插节点板，则此时互连拓扑与配置三个交换板时相同，可兼容第二实施例中的节点板。如果逻辑槽位5、4、3插节点板，则此时互连拓扑与配置两个交换板时相同，可兼容第一实施例中的节点板。
依此类推，还可以配置更多的交换板槽位(5个以上)来获得更多的交换互连带宽。
在各种配置情况下，不同物理链路的工作速率达到的节点板之间通信带宽(不包括8B/10B开销)如表1所示：
Figure A20061006132600091
表1各种情况下节点板之间的通信带宽
在上述的实施例中，每个交换板不限于完成一个交换平面的功能，也可以完成多个交换平面的交换(比如一个交换板完成2个交换平面的交换功能)。而系统互连的物理链路工作速率也不限于2.5Gb/s、3.125Gb/s、5Gb/s、6.25Gb/s，也可以工作在其他速率之下。工作速率越高，节点板的交换带宽越高。
此外，上述实施例中的每个节点板也不限于使用8对差分信号(4对接收信号和4对发送信号)与交换板互连，也可以只使用其他数量的差分信号实现节点板和交换板之间的互连，信号定义也可以采用不同的布局。
此外，上述实施例中，系统的槽位(节点板槽位加上交换板槽位)数量不限于16，也可以是其他数值(例如19英寸机柜的14个槽位)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1、一种在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，所述ATCA/ATCA 300系统配置中有多个节点板以及多个交换板，所述节点板和交换板通过背板第二区的交换接口互连，其特征在于，所述节点板包括有业务处理模块以及分别与业务处理模块连接的上行处理模块和下行处理模块，所述上行处理模块用于数据调度并把数据均衡分发到各个交换板，所述下行处理模块接收各个交换板的数据并完成数据的汇聚和按序重组。
2、根据权利要求1所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，其特征在于，所述交换板包括有交换矩阵、入口端和出口端，每一节点板的上行处理模块分别连接到多个交换板的入口端且每一节点板的下行处理模块分别连接到多个交换板的出口端，所述上行处理模块把数据均衡分发到各个交换板的入口端，下行处理模块接收各个交换板出口端数据并完成数据的汇聚和按序重组，所述交换板通过其交换矩阵将入口端输入的数据根据数据包的路由信息交换到出口端输出。
3、根据权利要求2所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，其特征在于，所述系统配置中有2-5个交换板以及14-11个节点板。
4、根据权利要求2所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，其特征在于，所述互连结构的节点板间包括有8对差分信号，其中包括4对发送差分信号，4对接收差分信号。
5、根据权利要求4所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，其特征在于，所述差分信号采用串行数据互连。
6、根据权利要求2所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，其特征在于，其中部分交换板故障时，节点板上行处理模块将流量均匀分布到正常工作的交换板，节点板下行处理模块接收正常工作交换板出口端数据并完成数据的汇聚和按序重组。
7、根据权利要求3所述的在ATCA/ATCA 300扩展交换带宽的交换结构，其特征在于，设置交换板的槽位提供节点板交换接口互连资源，在不需要大容量交换带宽的情况下，交换板槽位也可以插入节点板。
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