全球范圍內(nèi)的數(shù)字用戶線（DSL）技術(shù)部署導致了復雜的硅集成問題。這些問題集中在如何將數(shù)字信號處理器（DSP）調(diào)制解調(diào)器（Modem）及網(wǎng)絡處理器（NPU）芯片集成在數(shù)字用戶線接入復用器（DSLAM）設備上。
　　迄今為止，通常還不會在同一塊芯片上集成這兩種功能，并且將這兩種功能集成在一個單獨的器件上在短期內(nèi)不大可能獲得經(jīng)濟效益。本文分析了產(chǎn)生這個問題的技術(shù)背景，并從系統(tǒng)的功能組成、實現(xiàn)以及標準發(fā)展的角度探討集成需要考慮的主要因素。
　　在當今不斷發(fā)展的電信環(huán)境中，像IP語音及音視頻內(nèi)容等存儲器、處理器及帶寬密集型實時多媒體服務，正通過IP連接（或網(wǎng)絡）傳輸。但用于多媒體內(nèi)容的標準以及以足夠服務質(zhì)量（QoS）來可靠提交這些內(nèi)容的方法目前仍處于過渡階段。
　　這意味著當即使只有一項標準改變，就必須更換掉集成了NPU及DSP的芯片---即使所改變的標準只是針對兩者之一。一種更為經(jīng)濟高效的解決方案不是考慮將DSP功能與NPU集成在同一片IC上，而是向NPU添加功能以便改善那些日益普及的業(yè)務（例如IP語音業(yè)務、IPTV及在線游戲等）的質(zhì)量及傳輸可靠性。
　　技術(shù)背景
　　在過去幾年，曾采用兩種方法來降低DSLAM設備的成本。第一種方法是增加每塊芯片上DSL的通道數(shù)（密度）以便將更多的處理能力集中在一塊芯片上。更高的密度同時也意味著公用芯片（例如控制處理器及存儲器芯片等）的功能被分配到更多的通道上，從而降低每通道的成本。第二種節(jié)省成本的方法則是對DSP modem芯片與NPU功能進行更多的功能性集成。
　　今天典型的DSLAM設備包含兩種架構(gòu)。第一種是分布式架構(gòu)，由每塊電路板線卡上多個使用DSP芯片的DSL modem及一個NPU或通信處理器芯片組成。這種架構(gòu)允許運營商“隨著規(guī)模的增長來投資”，因為一塊線卡在功能上就是一個獨立的DSLAM。第二種是集中式架構(gòu)，它在一個公共線卡上采用一個高性能NPU，該線卡使用一個簡單的背板接口器件來連接多個DSL線卡。
　　DSL線卡現(xiàn)在越來越靠近用戶，因為DSL的線路速率隨著距離的縮短而增加，故分布式架構(gòu)長期來說具有可維持的成本優(yōu)勢。這是因為密度較小的DSLAM可在一個電路板上實現(xiàn)，從而可安裝在一個小型的、類似比薩餅包裝盒的機箱或小型機架上。而集中式架構(gòu)則需要一個機架、一塊公共線卡以及一塊DSL modem卡。當然，更多的設備意味著更高的成本。
　　DSLAM制造商正在用基本的處理能力來增強其DSL modem DSP，以使其區(qū)別于那些不具備這些功能的競爭產(chǎn)品。例如，他們正在將分段及重組（SAR）功能與流量管理和NPU功能集成在DSP芯片上。
　　這種趨勢引發(fā)了一些重要的經(jīng)濟與性能問題。首先，這種將DSL modem與NPU合并在一起的產(chǎn)品實際上會減少通道密度并增加DSLAM的成本，因為存儲器芯片及相關(guān)軟件將被要求與每塊單獨的DSP工作，而不是在所有調(diào)制解調(diào)器DSP間共享其功能。其結(jié)果是，與NPU仍單獨位于線卡上的情況相比，這種方法需要更多的存儲器芯片來支持DSP DSL modem與NPU功能的組合，更多的芯片則意味著更高的成本。
　　
　　圖1：利用在兩條分離的網(wǎng)絡路徑傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　許多DSLAM都需要處理異步傳輸模式（ATM）上的可編程及基于IP的處理功能。將SAR與NPU功能集成在DSL modem DSP上并不一定意味著將處理這些功能。額外的處理能力要求很可能將存儲器芯片與軟件資源攤薄，從而降低通道密度。故仍需要有一個單獨的且具有更多功能（例如精細流量管理及靈活協(xié)議處理等）的全功能NPU。
　　標準發(fā)展問題
　　增加DSP/NPU集成復雜性的另一個問題是，在新興多媒體密集型網(wǎng)絡環(huán)境中，內(nèi)容及內(nèi)容發(fā)送的標準仍在不斷發(fā)展。通過保持這兩種功能分離，設計者不必只因為必須將NPU或DSP中的一些功能升級以滿足媒體內(nèi)容或媒體發(fā)送的當前要求而重新設計芯片。這種情況又意味著可降低系統(tǒng)開發(fā)成本。
　　就媒體內(nèi)容而言，全球的電信公司都在準備通過接入用戶的電纜或DSL在有線互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)上推出付費視頻服務，而且他們正在內(nèi)部使用有線和無線網(wǎng)絡來訪問或發(fā)送媒體內(nèi)容。電纜/DSL接入及無線網(wǎng)絡等，都要求在家用調(diào)制解調(diào)器、服務器及網(wǎng)關(guān)中采用高級壓縮技術(shù)及高性能媒體DSP引擎。
　　將這種趨勢推向更能盈利的媒體服務是從MPEG-2及MPEG-4過渡到新興、可提供兩倍以上壓縮效率并基于DSP的視頻編碼：VC-1―基于微軟Windows Media Video 9（WMV9）的SMPTE規(guī)范，以及H.264―一項由國際電聯(lián)（ITU）及MPEG協(xié)會共同采用的規(guī)范，亦稱為AVC及MPEG-4第10部分。IPTV產(chǎn)業(yè)正顯露出將在全球范圍內(nèi)迅速增長的跡象，并正在快速向遵循WMV9及H.264兩項標準的高級聯(lián)網(wǎng)機頂盒轉(zhuǎn)換。
　　對于電信運營商而言，這些高級編解碼器解決方案允許在帶寬受限的寬帶網(wǎng)絡上提交高質(zhì)量視頻服務，如實況廣播及視頻點播（VOD）等。針對激烈的競爭，一些北美和亞洲服務商正指望用增加壓縮來提供高清頻道。
　　重新考慮媒體發(fā)送的服務質(zhì)量與彈性
　　更為復雜的問題是如何提交這些媒體內(nèi)容，無論其怎樣被壓縮，都要求在非實時并基于“盡力而為”機制的互聯(lián)網(wǎng)上保持毫秒到微秒級的實時延遲時間。這些延遲時間包括網(wǎng)絡路由器上可變排隊時延、包丟棄以及秒級至數(shù)十秒級的冗長再路由（re-routing）恢復機制等。
　　因此，服務提供商正在轉(zhuǎn)向采用新的網(wǎng)絡拓撲與網(wǎng)絡恢復機制來保護服務數(shù)據(jù)流而不是網(wǎng)絡連接或設備節(jié)點。例如，以太網(wǎng)提供商正在考慮用生成樹協(xié)議（STP）或快速STP來繞開有故障的路徑。其他第2層及第3層解決方案包括SONET自動保護切換、FDDI切換、PRP智能切換及鏈路匯集等。在第4層，下一代網(wǎng)絡（NGN）工作組及ITU正在考慮用于流優(yōu)化以及工作于網(wǎng)絡連接端點上的應用服務彈性規(guī)范的提案。
　　這些網(wǎng)絡恢復及彈性機制的共同之處在于它們大多采用了服務流冗余，而不是網(wǎng)絡設備與節(jié)點冗余。其他共同點是它們采用了基于網(wǎng)絡處理器的設計，這些設計的重點集中在控制層面上的監(jiān)管功能上，例如數(shù)據(jù)包識別、分類與優(yōu)先級處理以及數(shù)據(jù)流層面上的高效及快速數(shù)據(jù)包處理等。
　　利用DSLAM的優(yōu)勢
　　例如，流優(yōu)化應用服務彈性（圖1）利用了以下的事實，即： DSLAM等網(wǎng)絡設備通常擁有一種在兩條分離的網(wǎng)絡路徑上傳輸數(shù)據(jù)的選項，且可以使用每條路徑的一部分來傳輸冗余及受保護的數(shù)據(jù)。盡管在概念上非常簡單，但這種方法將使NPU承擔正確執(zhí)行識別、分類及優(yōu)先級處理等功能。
　　在數(shù)據(jù)流的源端（發(fā)起端），數(shù)據(jù)進入一塊線卡中，在此初始化NPU負責處理數(shù)據(jù)路徑操作，如協(xié)議封裝與轉(zhuǎn)發(fā)以及控制通路上的相應功能等。在這一點，NPU檢查數(shù)據(jù)包頭中用于唯一標識一個數(shù)據(jù)包流的數(shù)據(jù)位，并將輸入用戶數(shù)據(jù)分類以確定該數(shù)據(jù)流是否被保護。
　　一旦識別出一個受保護的數(shù)據(jù)包或流，NPU即為它分配一個優(yōu)先級，并將其緩存以便在主路徑及輔路徑上發(fā)送。優(yōu)先級處理賦予受保護的數(shù)據(jù)包比未受保護的數(shù)據(jù)包更高的優(yōu)先級。在受保護流兩條路徑的終端，另一個NPU負責識別及分類受保護流，且只保存主路經(jīng)的數(shù)據(jù)流。但如果NPU檢測到主路經(jīng)數(shù)據(jù)流出現(xiàn)錯誤，即會自動切換到備用路徑上，保存此路徑上到達的所有數(shù)據(jù)并丟棄主路徑上的數(shù)據(jù)。
　　具有最低或不具備快速恢復能力的現(xiàn)有系統(tǒng)，可通過增加額外的外部組件來進行升級，以便根據(jù)需要“量入為出地”執(zhí)行必要的操作。與集成DSP功能相比，集成那些用于在新型媒體密集型網(wǎng)絡環(huán)境中執(zhí)行分類、緩存、調(diào)度、流復制及組播任務而設計的功能更為有效。
　　本文小結(jié)
　　總之，在NPU中集成那些可支持必要服務操作的功能及服務更有意義。DSP可定制以便集成及增加通道的密度與速度，但它們不是設計用來增加DSL服務能力，如更好的網(wǎng)絡彈性、更精細的網(wǎng)絡流量管理、更完善服務保證以及用于處理新服務機會的更多靈活性等。NPU在這些功能上更具有優(yōu)勢。
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