CN101103345A

CN101103345A - 控制模块的操作

Info

Publication number: CN101103345A
Application number: CNA2005800460502A
Authority: CN
Inventors: D·昂德伍德
Original assignee: Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2008-01-09
Also published as: US20090207862A1; WO2006072434A1; EP1851642A1

Abstract

目前，在具有模块之间的高速互连的现有技术系统中，通常经由集中式模块来提供模块之间的能力协商。这种系统的缺陷是限制了模块之间的即插即用能力。根据本发明的方法和系统包括将低频信号(LS1)置于模块(I/O_M)的高速互连(CN1，CN2，CN3，CN4)中的至少一个上的步骤；以及从低频信号(LS1)中获取关于所述模块(I/O_M)的操作信息的步骤。

Description

控制模块的操作

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的方法以及根据权利要求15的前序部分的系统。

背景技术

现有技术的计算和电信背板使用板之间的高速互连。这些互连可以直接经由连接器或者可以经由包含用于互连机壳或机架中的多个模块的架构(fabric)的背板。

在基于标准的载波级通信设备中，因此非常重要的是架构部件和模块厂商以及系统集成商对用于所使用的架构技术的电特性和管脚映射的通用定义意见一致。

在行业规范中定义了现有技术的机架互连的要求，以便允许背板环境和直接模块与模块互连支持各种标准和各种不同专有架构接口。

PICMG3.0标准AdvancedTCA是针对下一代载波级的通信设备的要求的行业标准的一个例子。这些规范包含高速互连技术、下一代处理器和改进的可靠性、可管理性和可服务性的最近趋势。开发中的其它例子包括Compact TCA和Micro TCA。

下一代通信设备中的现有技术机架互连通常基于可以以每秒1千兆位或更高操作的高速串行信号的星形网络或网状网络。对于架构来说存在基于各种标准的选择。例如，PICMG3.x架构变体包括千兆位以太网、PCI Express、高级交换以及其它。

如由PICMG3.0所定义的，基本互连是每一模块与包含以太网交换机的一对集线器卡的10/100/1000 BaseTX星形背板互连。这种基本互连意图用于控制、诸如信令、交换机连接建立和释放命令、系统操作、管理、供给活动、统计文件、备用检查点数据、系统下载和备份文件以及系统引导命令。受限于以太网，除了用于在10/100/1000Mb/s速率之间自动建模(automoding)的以太网标准中所规定的外，基本接口不需要模块和集线器之间的协商。

不同于基本互连，PICMG定义用于AdvancedTCA架构、PICMG 3.1...3.5的几种替代标准。唯一的共同要素是电压和电流电平。信号数量(在ATCA架构中在每一方向上在1和4之间)、速度、成帧结构和多路复用结构可以改变。

因此，AdvancedTCA标准已经精确地定义用于控制的基本级互连，但遗留了用于架构互连的多个选择。另外，厂商能够任意超出当前标准的范围并定义他们自己的成帧结构、例如在兼容模块之间TDM的使用、不同速度选择和多路复用信号。

这种架构灵活性具有显而易见的缺点，即它会限制多个厂商的互操作性以及即插即用能力。如果存在对协商的规定，这能够在某种程度上被缓和。

使用具有从背面安装的外部I/O的中板体系结构的系统具有另外的互操作性难题，因为不仅前端模块需要互连，而且前端模块必须互连到后端模块。因此，开发商通常将指定用于该目的的标准连接器类型，但除此之外可以存在可以实现的前端和后端模块组合的多种变型方案，例如具有电气I/O的后端模块以及具有光I/O的另一个后端模块与同一前端模块一起工作。

为了获得即插即用互操作性，必须存在用于声明信号的速度和格式的装置。

为了声明这样的信号信息，AdvancedTCA提供IPMI库存总线和电子键控的形式。IPMI库存总线是连接每一模块的低速总线并且与模块功能部件分开被供电。

AdvancedTCA的IPMI库存总线和电子键控机制意图向机架管理系统和系统控制器提供关于模块类型的信息以便在板被加电之前确保高级兼容性。

基于IPMI库存(inventory)总线的架构类型声明机制具有以下缺点：它只允许模块在所定义的标准的约束范围内向机架管理器声明它们的性能。这允许机架管理器读取模块类型、修订号和序列号来判断是否对模块加电。如果机架管理器发现两个模块兼容，则它将对这两个模块加电并且系统能够工作。

然而，通过IPMI库存总线，不存在协商。例如，一个模块不能声明支持多个标准的能力以及允许连接模块精确地选择使用哪一标准。

此外，IPMI库存总线的使用不提供关于架构接口的全部细节。例如，可以仅在已经由标准定义的约束范围内在IPMI库存总线上声明信号的格式和速度。不能声明未在标准中定义的格式和速度。

正如所看到的，库存总线方法依赖于来自中心机架管理器的“认可”。成对的模块可能希望在彼此之间使用的特定接口类型、结构或能力通常不能被编制目录，并且因此只能通过系统控制器来协商。

这种现有技术方法的另一主要缺点是模块不可能声明多种格式，即，当与第一附加模块通信时，模块可能需要声明一种接口格式和速度，以及当连接到第二附加模块时，可能需要声明另一格式和速度。这种多格式架构用法在网格互连中可能是非常有利的。

例如，一些媒体处理体系结构可能要求TDM接口模块使用TDM格式连接到DSP模块上，而这种DSP模块也可能需要使用以太网格式连接到IP接口模块上。网格互连允许使用两种格式，但在AdvancedTCA中在IPMI库存总线上只能声明一种格式。

提供协商灵活性的一种方法能够是使用以太网基本接口。然而，在PICMG3.0标准中，基本互连不被用于库存，也不被用于声明或协商架构的使用。

因此，这种使用基本互连的方法将要求用于交换架构协商消息的新协议。

经由集中式模块交换能力声明和协商信息的一个缺陷在于交换可能受中心部件所理解的协议和选择约束。虽然能够存在用户可定义的字段，但仍存在定义寻址机制的需要，其中模块能够通过该寻址机制彼此交换这些消息。

另一缺陷在于在能够交换消息之前集中式模块必须是可操作的，由此使启动连续并且增加在引导时系统完全可操作所需的时间。

集中式方法的另一缺陷在于：当使用中板体系结构的系统中的具有从背面安装的外部I/O的后端模块否则将只需要连接到前端模块上时，它们将需要与中心模块的控制或库存连接。

另一方法是提供模块和背板之间的附加的单独的物理互连。这种附加的互连可以是专用铜迹线或光信道。然而，当无论如何将希望使用任何额外的连接器来提高高速互连能力时，对于高速互连来说，这种方法是昂贵且浪费的。

发明内容

因此，本发明的目的是特别是通过提供在无需附加的专用互连的情况下或在不利用集中式模块的情况下允许模块上的操作信息交换的方法来克服上述缺陷。

上述目的通过由权利要求1的步骤所定义的方法以及通过权利要求15的特征所定义的系统来实现。

可以在使用高速互连的任何计算和电信机架系统中利用根据本发明的低频信号LS1。

在模块加电时，架构的高比特率信号可以保持断开，而可以使用根据本发明的低频信号来提供关于模块的操作信息。

在从属权利要求中给出了具有某些优点的本发明的实施例。

附图说明

现在将参考附图在优选但不是排它的实施例中描述本发明，其中：

图1是在根据本发明的示例实施例中用于控制与背板的模块互连的电路的框图。

具体实施方式

图1示出框图，其中模块或板I/O_M通过外部数据路径EXT_I/O连接到外部数据，以及通过信号互连CN1、...、CN4连接到背板或中板PL。模块I/O_M互连到背板或中板PL。在本发明的另一实施例中，模块I/O_M不是经由背板PL连接到其它模块上，而是可以直接经由模块与模块连接器或经由电缆互连到另一模块。

EXT_I/O数据路径可以传送例如千兆位以太网或SONET/SDH数据、诸如OC3/STM1或OC12/STM4或更高速率的数据。可以在I/O终止模块I/O_T处终止外部数据路径EXT_I/O。外部数据路径EXT_I/O可以包括一个或多个物理连接。典型地，外部数据路径EXT_I/O传送冗余信号。

I/O终止模块I/O_T检查由外部数据路径EXT_I/O传送的信号的质量并且根据质量检查的结果经由终止控制信号C1将相关I/O告警和控制信息发送到控制器模块CT。

控制器CT发送用于控制交换功能模块SF的交换控制信号C2，以便将相关信号传递到高速信号收发信机ST。交换功能SF可以是TDM系统中的时隙交换器TSI或基于分组的系统中的以太网交换模块。

控制器模块CT还经由控制信号C3使能和禁用高速信号收发信机ST。直到完成与伙伴模块的架构能力协商为止，期望禁用高速信号，尽管这不是必需的。

背板PL和模块I/O_M之间的模块互连接口IF可以包括任何数目的连接CN1，...，CNn。在基于AdvancedTCA的本发明的示例实施例中，互连CN1，...，CN4可以包括针对每一传输方向发射和接收信号的4个信道，从而产生总共8个信号。本领域的技术人员容易理解：不同模块的架构接口IF可以具有不同数目的连接CN1，...，CN4，并且可以具有双向的或单向的连接CN1，..，CN4。

通常，架构互连CN1，..，CN4可以由铜或光学材料制成，并且可以是任何数目的并行互连CN1，..，CN4。

根据本发明，低频架构信号被置于一个或多个高速架构互连CN1，..，CN4上。

例如，在图1的实施例上，低频信号LS1被置于复合高速互连CN1上。

架构CN1是复合互连，因为它包括具有低频信号LS1和以模块互连CN1，..，CN4的高比特率操作的高速信号LH1的复合信号。

通过利用低通滤波器LPH对复合架构信号进行滤波，可以获得滤波低频信号LS1′。通过利用高通滤波器HPF对复合架构信号进行滤波，可以获得滤波高速信号HS1′。可以通过简单的电容耦合构成高通滤波器HPF。在架构互连CN1，..，CN4为差分对形式的情况下，低通滤波器LPH被置于差分对的导线中的每一个中。类似地，高通滤波器HPF被置于差分对的导线中的每一个中。

在本发明的另一实施例中，收发信机ST可以直接在复合连接CN1上工作并且本身可以包括用于从复合信号中提取低频信号LS1和高速信号HS1的滤波装置。

如由PICMG3.x架构所示范的，板I/O_M和背板PL之间的现有技术互连现今以非常高速的信号HS1工作。特别地，基于串行互连的高速背板PL在基于分组的系统中以1Gb/s和更高的速度工作以及在TDM系统中以150Mb/s和更高的比特率工作。

可以选择低频信号LS1的频带以便避免与高速信号HS1的干扰问题。TDM和基于分组的系统通常能够例如由成帧信号保证‘1’s和‘0’s的最小密度，以便根据本发明，可以将频谱的低端再用于放置可以被用于几个不同目的的低频信号LS1。低频信号LS1和高速信号HS1可以作为频分复用被传送。便利地，低频信号LS1可以被置于由高速信号HS1所使用的频带之下。

低频信号LS1在通过A/D和D/A转换器CONV被适当地转换之后在控制器CT处被处理。

最坏情况由在8kHz的基础上传送在一些帧内所包含的所有0s的有效负载的TDM互连表示。每秒千兆比特和更高速度的分组互连保证更高的1s和0s密度，并且因此允许更快的低速信号。

然而，利用信道之间的适当滤波，即使在上述最坏情况下，也可以避免由于干扰所产生的问题，并且8kHz最小1s和0s密度允许使用高达3.4kHz的低频信道。

假定8kHz表示由高速TDM信号所使用的频谱中的最小点(在分组信号中更高)，在本发明的另一实施例中，转换器CONV可以用模拟电话调制解调器来代替，以对低频信号LS1进行编码和解码，以便该低频信号的频谱的上界不超过3.4kHz，并且便利地，在8kHz处存在小的能量以避免高速信号HS1的成帧的干扰问题。调制解调器选择范围可以一直到ITU-T V.34的33.6kb/s速率或ITU-T V.90的56kb/s速率。

在本发明的另一实施例中，也可以通过在低频信号LS1的启动期间所交换的握手信号来协商可以被置于8kHz之下或之上的低频信号LS1的频带。这可以利用低频信号LS1的两阶段启动，例如首先利用ITU-T V.21信号来协商正在进行的低频信号LS1的频带和调制。

现今，调制解调器使用握手协商来对使用哪一标准互相达成一致意见：通常调制解调器握手包含在高速调制解调器(例如ITU-T V.32，ITU-T V.34，ITU-T V.90)开始训练之前所交换的低比特率信号(例如ITU-T V.21的300b/s)。

因此，调制解调器的握手机制是适用的，以便改变低频信号LS1的低频频带的值或者以便对特定低频信号协议或速度的使用达成一致意见。

有利地，假定具有握手功能的调制解调器芯片的普遍可用性，成本是低的。然而，调制解调器握手可能引入建立的增加的延迟的成本。优选地，为了避免延迟建立，本发明的另一实施例可以配备有预先约定的调制解调器标准。

在图1所示的实施例中，仅复合连接CN1可以传送具有低频信号LS1和高速信号HS1的复合信号；而高速信号互连CN2、CN3、CN4仅可以传送高速信号。本发明的其它实施例，互连CN1，...，CN4中的任何一个或每一个可以传送复合信号。因此，可以为在互连CN1，...，CN4中所提供的复合连接中的任何一个或每一个提供带通滤波器LPF和HPF。

根据本发明，使用高速架构的各种电信和计算系统受益于低频信道。特别地，具有互连限制的系统、诸如MicroTCA、CompactTCA和小型军事系统受益于根据本发明具有将被用于操作信息的低频信道LS1的事实，而不需要昂贵的专用互连。

事实上，因为模块和卡I/O_M变得更小，包括用于库存的单独信号的能力变得日益昂贵。

便利地，根据本发明，低频信号LS1可以提供关于系统的各种操作信息，同时避免专用附加互连并且避免使用集中式模块。

所提供的操作信息的第一目的可以是允许在模块I/O_M之间交换能力协商数据、诸如即插即用声明。使用能力协商，在首先对模块I/O_M加电之后，模块I/O_M能够发现它们的相邻模块以及将架构设置成适当模式(例如格式和速率)。即使当高速信号HS1仍然无效时，根据本发明，也可以发生经由低频信道LS1的能力协商。

本发明的特征有利地允许模块之间的直接的互连协商。

能力协商包含提议和响应。例如，一个模块I/O_M向相邻模块提议它建议在两个传输方向中的每一个上如何使用架构CN1，...，CN4的八个单向信号。特别地，它可以建议应发射以及应接收八个架构信号中的哪一个(尽管例如如在PICMG 3.0中那样可以已经存在缺省)，以及它可以建议架构信号中的每一个的格式和速度。接收方可以接受提议或者可以做出替代的建议，例如在每一方向上仅使用4个互连CN1，...，CN4中的两个，或者以更低的速度操作。优选地，也可以相反地建议完全不同的架构使用。在发射方和接收方之间不存在兼容性的情况下，于是可以拒绝提议或相反提议，并且这样一对模块I/O_M可以不通过直接架构连接彼此对接。

在即插即用操作中，可声明的选项可以包括发射信道中的互连信号的数目(例如0-8)、接收信道中的互连信号的数目(例如0-8)、发射速度、接收速度以及诸如TDM、Ethernet、HDLC、高级交换的成帧格式。在TDM系统、SONET/SDH或自定义成帧格式的情况下，也可以在能力协商期间声明另外的选项。

因此，有利地，在经由架构互连的每对模块I/O_M之间能够协商即插即用，而独立于所有其它模块对，并且模块针对其所连接的每一模块执行上述协商。

此外，在模块厂商之间能够双向同意即插即用协商扩展。另外，能够大大扩展即插即用协商标准，例如从交换传输方向扩展到描述成帧结构。

另一优点是能够动态地产生即插即用协商标准，例如能够作为局部故障或添加可插中介承载(mezzanine)模块、诸如高级中介承载卡的结果而改变容量。

另一优点是兼容模块可以在集中式模块、诸如机架管理器的约束和知识之外协商它们自己的高速接口。

根据本发明所提供的操作信息的第二目的是通过允许正在进行的操作通信、诸如控制和OA&M来提供高速信号的操作支持。

便利地，在对高速信号HS1加电之后，可以在低频信号上激活正在进行的操作通信信道。低频信道LS1可以传送关于高速信号HS1的状态和性能或遥测信息。

例如，利用OC3/STM1接口，高速信道HS1可以传送净有效负载，而低频信号LS1能够传送关于光信号的性能信息和在所接收的外部接口上所测量的噪声电平。

经由该操作信道所报告的接口状态和性能数据可以包括所接收的SONET信号完整性(例如LOS、LOF、AIS)、所接收的SONET信号性能(例如ES、SES、CV)和所接收的架构高速信号完整性。

因此，有利地，可以传送描述主要信号(例如所接收的SONET信号的完整性和性能)的遥测或其它状态信息，而不经由基本接口和系统管理器交换信息。

另一优点是能够从伙伴板传送关于在高速接口上所接收的信号的完整性的信息。

另一优点是即使当集中式控制和库存管理停机时也可以信赖高速信号HS1。

附图标记的列表

C1、C2、C3 控制信号

CONV A/D和D/A转换器

CN1..4 互连、架构、模块互连、高速架构互连、连接、

互连

CT 控制器，控制器模块

EXT_I/O 外部数据路径

HPF 高通滤波器

HS1 高速信号

HS1′ 滤波高速信号

I/O_M 模块、卡、板

I/O_T I/O终止器、I/O终止模块

I F 互连接口、架构接口

LPF 低频滤波器

LS1 低频信号、低频信道

LS1′ 滤波低频信号

PL 背板、中板

SF 交换功能、交换功能模块

ST 高速信号收发信机、高速信号收发信机模块

首字母缩写词列表

A/D 模数

AIS 告警指示信号

BaseTX 由IEEE8 02.3定义的以太网接口

CV 代码违例

D/A 数模

DSP 数字信号处理器

ES 误码秒

HDLC 高级数据链路控制

IPMI 智能平台管理接口

LOF 帧丢失

LOS 同步丢失

OA&M 操作、行政和管理

OC3/12 光载波(3＝155Mb/s；12＝622Mb/s)

STM1/STM4 同步传输模块

(1＝155Mb/s；4＝622Mb/s)

SES 严重误码秒

TDM 时分复用

TSI 时隙互换

所引用的行业规范和标准的列表

AdvancedTCA

高级电信计算体系结构

小型TCA

小型电信计算体系结构

MicroTCA

微型电信计算体系结构

PICMG 3.x

PCI工业计算机制造组，3.x系列

ITU-T V.21

为用在一般交换电话网中而标准化的每秒300位

双工调制解调器。

ITU-T V.32

2线系列，以高达9600位/秒的数据信令速率工

作的双工调制解调器，用于在一般交换电话网和

租用电话型电路上使用

ITU-T V.34

以高达33600位/秒的数据信令速率工作的调制

解调器，用于在一般交换电话网和租用点对点双

线电话型电路上使用

ITU-T V.90

数字调制解调器和模拟调制解调器对，用于以下

行高达56000位/秒和上行高达33600位/秒的数

据信令速率在公共交换电话网(PSTN)上使用

Claims

1.一种用于控制模块(I/O_M)的操作的方法，所述模块(I/O_M)通过互连(CN1，CN2，CN3，CN4)互连，在所述互连中高速信号(HS1)以高比特率工作，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)将低频信号(LS1)置于所述互连(CN1，CN2，CN3，CN4)中的至少一个上；以及

b)从所述低频信号(LS1)获取关于所述模块(I/O_M)的操作信息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述互连(CN1，CN2，CN3，CN4)通过背板或中板。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述互连(CN1，CN2，CN3，CN4)通过直接模块与模块连接器或电缆。

4.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中，用于TDM系统的高速信号(HS1)以处于或高于150Mb/s的比特率工作，或者用于基于分组的系统的高速信号(HS1)以处于或高于1Gb/s的比特率工作。

5.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，进一步包括步骤：

-将所述低频信号(LS1)置于在所述高速信号(HS1)的频带之下的频带中。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括步骤：

-将所述低频信号(LS1)置于8kHz之下的频带中。

7.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，进一步包括步骤：

-经由握手协商所述低频信号(LS1)的至少一个特征，其中从包括以下特征的组中选择所述至少一个特征：

-频带；

-协议

-比特率。

8.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中，通过调制解调器执行所述步骤a)和b)。

9.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，进一步包括步骤：

-通过使用所述操作信息在模块(I/O_M)之间协商互连能力。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括步骤：

-从包括以下互连能力的组中选择所述互连能力中的至少一个：

-并行互连的数目；

-互连速度；

-交换传输方向；

-成帧结构。

11.如权利要求9或10中任一权利要求所述的方法，其中，所述协商互连能力的步骤包括子步骤：

-互连接口(IF)的第一方提议它所支持的选项；

-互连接口(IF)的第二方通过从所述所支持的选项中进行选择或通过进行相反提议来响应所述提议；

-所述第一方以所述选择更新其配置，或者响应所述相反提议，就好象它是第二方。

12.如权利要求9至11中任一权利要求所述的方法，其中，

所述高比特率信号(HS1)在所述协商步骤完成之前是无效的。

13.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，进一步包括步骤：

-将所述操作信息用于模块(I/O_M)上的控制或OA&M通信。

14.如前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中，所述模块互连(CN1，CN2，CN3，CN4)遵守AdvancedTCA PCMG3.x行业标准。

15.一种用于控制模块(I/O_M)的操作的系统，所述模块(I/O_M)通过互连(CN1，CN2，CN3，CN4)互连，在所述互连中高速信号(HS1)以高比特率工作，

其特征在于，该系统包括：

-用于将低频信号(LS1)置于所述互连(CN1，CN2，CN3，CN4)中的至少一个上的装置；以及

-用于从所述低频信号(LS1)获取关于所述模块(I/O_M)的操作信息的装置。