专利名称：：一种交换网络的配置方法及系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及网络交换技术，具体涉及一种在通信系统中交换网络的配置方法及系统。
背景技术：
：ATCA(高级电偉和计算通用的硬件平台架构，AdvancedTelecommunicationsComputingArchitecture)是PICMG■(PCI(PeripheralComponentInterconnect,周边元件互连)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，定位为通信设备和计算服务器通用的硬件平台技术，通过基于ATCA标准的各种模块，可以构建满足各种需求的通信设备和计算服务器设备。通常所说的ATCA—般是指PICMG3.x系列标准规范，制定了包括机框结构、电源、散热、单板结构、背板互连拓朴、系统管理及交换网建议等规范。广义的ATCA包括PICMG组织制定的ATCA、ATCA300(适合300腿深机拒的电信硬件平台架构)以AMicroTCA(MicroTelecommunicationsComputingArchitecture,小型电信和计算通用硬件平台架构)、AMC(AdvancedMezzanineCard,先进夹层卡)等标准规范。AMC是由PICMG标准组织定义的一种可支持热插拔的模块，可以应用于ATCA、ATCA300或MicroTCA系统。PICMG标准组织定义了AMC的系列标准AMC.X。其中AMC.O规范是AMC的基本规范，对AMC的结构、管理、电源、散热、互连以及连接器进行了定义。其它的子规范则定义了AMC端口的连接技术，分别是屈C.1:用于PCIExpress/AdvancedSwitching(快速/高级交换);AMC,2:用于以太网(Ethernet);AMC.3:用于SAS/SATA/FiberChannel;AMC.4:用于SeriaiRapidlo。ATCA的单板结构如图1所示。ATCA规范定义了两种类型的插板，分别是前插板(线FrontBoard)和后插板(RTM，RearTransitionModule)。其中前插板由机框前面插入ATCA机框，通过区l(Zonel)和区2(Zone2)连接器与背板连接，包括电源与信号的连接。而后插板RTM则通过区3(Zone3)连接器与对应的前插板连接，包括电源与信号的连接。ATCA的背板侧连接器分3个区，分别是区l、区2和区3，其中区l连接器应用于提供电源和机框管理所需要的信号总线，区2连接器用于提供管理或业务数据接口以及时钟接口，区3连接器应用于用户自定义I/0连接。在ATCA的前插板上，最多可以设计4组AMC连接器，最多支持8个AMC模块。ATCA单板的区2由5个ZD连接器组成，又分为4个空间，分别为基本接口(BaseInterface)，交4类网4妻口(FabricInterface)，更新通道(UpdateChannel)及时钟(Clocks),其中基本接口采用以太网双星结构，提供ATCA系统节点板基本的互连通道，PICMG3.0标准要求采用以太网10/100/1000BASE-T实现基本接口的双星型互连。更新通道为两个槽位之间的互连通道，PICMG3.0对互连槽位的物理位置没有要求。时钟为系统的同步时钟通道。交换网接口为节点板实现互连的通道，交换网接口由15个通道(Channel)组成，每个通道包括8对差分线(收发差分线各四对)，划分成4个端口(Port)(每个端口包括收发差分线各一对)，分别是PortO-Port3。交换网接口可以支持不同的连接技术，这些连接技术在PICMG3.X子规范中定义，分别是PICMG3.1:以太网/光纤通道；PICMG3.2:InfiniBand;PICMG3.3:StarFabric;PICMG3.4:PCIExpress/AdvancedSwitching;PICMG3.5:SerialRapidlo;PICMG3.6;PRS。当同一通道中的4个端口采用的不是同一种连接技术时，就构成了混合通道(MixedChannel)。PICMG3.0定义了3种交换网接口的交换互连拓朴，分别为全互连(FullMesh)、双星型交换互连(DualStar)、双双星型交换互连(Dua卜DualStar)。交换网络是通信设备的重要部件，是实现线路4矣口板(在ATCA系统里称为节点板)之间通信的基础。目前的交换网络技术从几何拓朴上分为直接互连网络和间接互连网络。直接互连网络为节点板之间直接互连，不需要通过中间交换网模块，ATCA系统中描述的全互连(FullMesh)是一种直接互连网络结构。间接互连网络是指节点板通过交换板进行互连，双星型和双双星型网络都是间接互连网络。全互连由于每个节点板都要提供节点板之间直接互连的物理链路，互连链路数随着节点板数量的增加而线性增加(节点板提供的互连链路数=节点板数-1),当节点板数量较大时，每个节点板都要提供很多互连链路，节点板的成本非常高，所以一般全互连结构只用于节点板数少于8的系统配置。一般更常用的是采用集中交换网进行互连的交换互连结构，通常有下面两种工作模式1、主备份交换网主备份工作也就是我们通常所说的1+l备份，由于电信设备对可靠性要求较高，一般交换网采用l+l冗余备份，单个交换板的故障不影响系统的正常工作。从实现上有两种方式方式一如图2a所示，节点板把交换数据送到两个交换板，两个交换板都执行交换功能，但节点板只接收主交换板的数据，不接收备交换板的数据。方式二如图2b所示，节点板把交换数据送到两个交换板，但只有主交换板能执行交换功能，备交换板不执行交换功能。这种工作模式下，当主交换板故障时，系统会进行交换板的主备倒换，交换网仍然保持原有的带宽，系统的交换容量不变。PICMG3,0定义的双星型交换互连和双双星型交换互连都是基于这种交换结构。下面分别对双星型交换互连和双双星型交换互连进行说明。(1)双星型交换互连(DualFabricStar)。如图4所示，双星型交换互连拓朴结构中有两个交换板节点(图4中方形图示)，节点板(图4中圆形图示)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。ATCA双星型交换互连拓朴为2个交换板(逻辑槽位号为l、2)，最多配置14个节点板(逻辑槽位号为316)。节点板与交换板之间通过8对差分信号互连(发送4对差分信号，接收4对差分信号)。PICMG3.O规定两个交换网为主树工作方式(PICMG10Specification,Page294，第6.2.1.l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。图5为PICMG3.O定义的双星型互连拓朴背板信号分布图，图中的数据表示为"槽位-通道(Slot-Channel)，，,比如槽位l的第l通道(Slot:1;Channel:1)的数据为"2-1"，表示该通道与第2槽位的第1通道相连。现有的双星型交换互连的缺陷在于对某一特定的数据通道连接，交换板只支持一个交换平面，在实际应用中，无法根据节点板数据带宽的变化，对交换平面的交换容量进行灵活的配置。(2)双双星型交才奐互连(DualDualFabricStar)。如图6所示，双双星型交换互连拓朴结构与双星型交换互连拓朴相似，交换板节点从两个增加到4个，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。ATCA双双星型交换互连拓朴为4个交换板(逻辑槽位为l、2、3、4),最多配置12个节点板(逻辑槽位为5~16)。在双星型交换互连的基础上，双双星型互连增加两个交换板槽位，每个节点板与每个交换板之间都提供8对差分信号互连(发送4对差分信号，接收4对差分信号)。PICMG3.0规定4个交换板为两组独立的双星型交换互连工作方式(PICMG3.0Specification,第294页，第6.2.1.2节)，逻辑槽位为l、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。在不配置逻辑槽位为3、4的交换板时，该逻辑槽位也可配置节点板。图7为PICMG3.O定义的双双星型互连拓朴背板信号分布。表格中的数据表示为"槽位-通道(Slot-Channel)"，比如槽位l的第l通道(Slot:1;Channel:1)的数据为"2-l"，表示该通道与第2槽位的第l通道相连。双双星型交换互连的缺陷在于双双星型交换互连拓朴尽管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，但是两个交换结构是独立的。同双星拓朴结构一样，这两个相互独立的交换结构中的每个交换板对某特定的数据连接，只支持一个交换平面，且这两个独立的交换结构的交换平面的交换容量也无法根据节点板的数据带宽进行灵活的配置。2、多平面交换网多平面交换网一般由三级模块组成，如图3所示。第l级为输入级，将输入端口的数据按照一定的调度算法将数据流分配到各个交换平面。第2级(中间级)为交换平面，一4殳由Crossbar(纵;f黄)和相应的调度器构成，完成NxN端口的交换功能。第3级为输出级，将来自各个交换平面的数据汇聚到输出端口。具体实现时，为了保证交换数据的次序，输入级一般采用虛拟输出队列(VOQ),输出级采用虛拟输入队列(VIQ)机制。这种交换网的特点是输入级能将数据流量均匀地分部到各个交换平面，如果某个交换平面发生故障，可以把流量重新分配到正常工作的交换平面，保证系统仍然可以正常工作，以达到保护的目的。采用多平面交换网结构，通过增加中间的交换平面，可以线性地扩展交换互连的带宽。如图3所示，假设每个端口的输入级与每个交换平面之间的互连带宽为A，如果交换结构配置中有M个交换平面，那么该端口与其他端口的交换互连带宽为AxM(每个交换平面都是无阻塞交换)。系统设计时将这种交换结构的输入级模块和输出级模块放在节点板，交换平面模块放在交换板，节点板与交换板的互连带宽为AxM，也就是节点板之间的交换互连带宽为AxM。当其中一个交换平面故障时，节点板之间的交换互连带宽为Ax(M-1)。目前，多交换平面方式中，一般都是在交换板上直接实现交换平面，一个交换板仅提供一个交换平面，交换网带宽是固定的。综上所述，ATCA系统在目前PICMG3，0标准的定义之下，无论采用双星型交换互连、双双星型交换互连，每个交换板只能提供一个交换平面，交換板之间互为冗余备份。虽然双双星型交换互连比双星型交换互连的带宽扩大一倍，但带宽扩展的粒度是一个交换板的交换带宽。而在一些应用场合，需要根据应用的需求实现交换容量的扩展，因此容量扩展的粒度需要更加细化一些。同样，现有的多交换平面方式，一个交换板也仅提供一个交换平面，难以实现ATCA系统交换容量的灵活配置。
发明内容本发明的目的在于提供一种交换网络的配置方法及系统，以根据节点板的实际带宽需求，灵活的配置交换网络的交换平面，从而线性扩展交换带宽。为了实现上述目的，本发明的一个实施例的技术方案为一种交换网络的配置方法，用于多平面交换网络，包括步骤配置至少两个交换板和多个节点板；将交换网络的输入级和输出级设置在节点板；在每一交换板上插入至少一个交换模块，将交换网络的中间级设于交换板的交换模块上，以每一交换模块作为一个交换平面。一种交换网络的配置系统，用于多平面交换网，包括多个节点板和至少两个交换板；所述每一交换板包括至少一个交换模块，所述交换模块设置有交换网络的中间级；所述节点板设置有交换网络的输入级和输出级。本发明实施例的有益效果在于，在通信系统(如ATCA、ATCA300系统)中采用模块化的方式提供多平面交换方式，可以在不更改通信系统结构以及连接器布局的情况下，灵活配置交换平面数量和类型(1)在交换板上实现多个交换平面；(2)通过配置交换板上交换模块的数量，进行多平面交换，实现交换容量的灵活配置。图1为现有技术ATCA前后插板及AMC模块结构示意图2a为现有交换网主备份工作方式一的示意图2b为现有交换网主备份工作方式二的示意图3为现有的多平面交换网结构示意图4为现有技术中双星型交换互连拓朴结构图5为现有技术PICMG3.O定义的双星型互连拓朴背板信号分布；图6为现有技术中双双星型交换互联拓朴结构图7为现有技术PICMG3.O定义的双双星型互连拓朴背板信号分布；图8为本发明实施例1的两个交换板的多平面交换网配置图9为本发明实施例2的两个交换板的多平面交换网配置图。具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。本发明实施例采用多平面交换方式，根据节点板的实际带宽需求，以子卡(交换模块，如AMOf莫块，但并不限于此)的方式配置更多的交换平面，来达到线性扩展带宽的目的。例如，在ATCA系统中，采用多平面交换方式，将输入级和输出级放在节点板，每个交换板可支持多个交换平面，系统可支持多块交换板，通过灵活的交换平面的配置可以实现ATCA系统交换容量的灵活配置。因为ATCA交换板可以支持18个AMC模块，在本发明实施例的设计中，采用AMC模块来实现单个交换平面，根据系统对交换平面的需求，可以在交换板上插入不同数量或接口类型的AMC模块，灵活配置交换平面的数量和接口类型。下面以ATCA系统为例说明本发明的交换容量的扩展方法。前面已经提到过，ATCA系统中每个槽位最多可以支持15个通道(Channel)，每一个通道通过背板连接分别与其它的槽位(交换板槽位和节点板槽位)相连接。在两块交换板配置的情况下，每个节点板提供8对收发差分信号与交换板互连，每个交换板为4对。ATCA系统中，交换板的每个通道包括4个端口(Port),每个端口为一对收发的差分信号组成。根据通道的构成特点，可以把这4个交换端口划分为一组(每组4对收发差分信号)、两组(每组2对收发差分信号)或四组(每组l对收发差分信号)。在两块交换板配置的情况下，如果在一个交换板上配置为4个交换平面，则每个交换平面与节点板通过l个端口互连(即将4个交换端口分为4组)；也可以在一个交换板上配置为2个交换平面，则每个交换平面与节点板通过2个端口互连(即将4个交换端口分为2组)；或者在一个交换板上配置为l个交换平面，交换平面与节点板通过4个端口互连(即将4个交换端口分为1组)。可以根据系统对互连的应用情况，插入不同数量或接口类型的AMC模块，进行交换平面数量和接口类型的灵活配置。实施例l:将4个交换端口划分为4组(1)交换端口都采用相同的交换协议图8是本实施例1的2个交换板和N个节点板(N小于等于14)的交换互连配置图(CxPy表示"通道x端口y"),下面描述将交换板每个通道的4个端口划分为4組，每组一对收发差分信号的情况，如何实现交换容量的线性扩展的方案。ATCA系统采用多平面交换方式，多平面交换的输入级和输出级位于节点板，中间级位于交换板的AMC上。每个输入级有8对收发差分信号，其中4对收发差分信号连接到交换板A的4个AMC(分别表示为AMC1、AMC2、崖C3和AMC4)上，4对收发差分信号连接到交换板B的4个AMC(分别表示为AMC1、AMC2、AMC3和AMC4)上。这样，系统最多配置为8个交换平面。系统的最低配置为两个交换平面，考虑到板间的备份，一般在交换板A配置一个認C模块(扁C1),在交換板B配置一个AMC模块(AMC1)，如果需要扩展交换容量，可以参考表l中的配置进行交换容量扩展(假设每个交换平面的交换容量为W，表格中打"V"表示系统中配置上该AMC(交换平面))。表l.<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>(2)交换端口采用不同的交换协议在系统交换板和节点板的各个端口采用不同的连接技术的情况下，可以配置不同类型的交换网络。比如交换板的端口l、端口2采用以太网技术，而端口3、端口4采用Fiber通道^支术时，可以〗夺AMC1和AMC2配置成以太网交换:网，而AMC3和AMC4配置成Fiber通道交换网。实施例2:将4个交换端口划分为2组(1)交换端口都采用相同的交换协议系统实现时，也可以将交换板每个通道的4个端口划分为2组，每组两对收发差分信号，最多实现4个交换平面的配置，这时候每块交换板有两个AMC，每个AMC为一个交换平面，如图9所示。ATCA系统采用多平面交换方式，多平面交换的输入级和输出级位于节点板，中间级位于交换板的AMC上。每个输入级有8对收发差分信号，其中4对收发差分信号连接到交换板A的2个AMC(表示为AMC1、AMC2)上，4对收发差分信号连接到交换板B的2个AMC(表示为AMC1、AMC2)上。这样，系统最多配置为4个交换平面。如果需要扩展交换容量，也可以参考表2中的配置进行交换容量扩展(假设每个交换平面的交换容量为W,表格中打"V"表示系统中配置上该AMC(交换平面))。表2.<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>(2)交换端口采用不同的交换协议在系统交换板和节点板的各个端口采用不同的连接技术的情况下，可以配置不同类型的交换网络。比如交换板的端口l、端口2采用以太网技术，而端口3、端口4采用Fiber通道技术时，可以将AMC1和AMC2配置成以太网交换网，而AMC3和AMC4配置成Fiber通道交换网。如果把4个交换端口划分为一组，则在每一交换板上配置1个AMC。上述实施例是以配置有两个交换板的多平面交换网来说明扩展交换网络的方法，但本发明并不限定于此，而是同样可以适用于配置有多个交换板的交换网络。如上实施例中，由于每一交换板最多可以支持8个交换模块，因此单块交换板的交换平面不仅限于4个，如可以是1个、2个、3个、4个。并且交换板上每个交换通道的端口数也不限于4个，也可以少于4个(如1个、2个或3个等)。本发明中实现交换平面的交换模块并不限于AMC模块，还可以采用其它类型的交换模块，只要是可以插在交换板上实现交换平面。实施例3本发明实施例3的交换网络的配置系统为ATCA系统，其包括多个节点板、两个交换板和多个AMC模块；每一交换板可调地设置有1个或1个以上AMC模块，每一AMC模块作为一个交换平面；所述节点板包括交换网络的输入级和输出级,所述交换板的交换平面设置有交换网络的中间级。在两块交换板配置的情况下，如果在一个交换板上配置4个AMC模块，即4个交换平面，则每个交换平面与节点板可通过l个端口互连；如果在一个交换板上配置2个交换平面，则每个交换平面与节点板可通过2个端口互连；如果在一个交换板上配置l个交换平面，交换平面与节点板可通过4个端口互连。在图8所示的每一交换板上配置有4个AMC模块的情况下，每个输入级有8对收发差分信号，其中4对收发差分信号连接到交换板A的4个AMC上，4对收发差分信号连接到交换板B的4个AMC上。这样，ATCA系统最多配置为8个交换平面。该系统可根据表l灵活的配置交换容量。在图9所示的每一交换板上配置有2个AMC模块的情况下，每个输入级有8对收发差分信号，其中4对收发差分信号连接到交换板A的2个AMC上，4对收发差分信号连接到交换板B的2个AMC上。这样，系统最多配置为4个交换平面。此时系统可根据表2灵活的配置交换容量。虽然本发明是以ATCA系统为例进行的说明，但本发明并不限于ATCA系统，而同样可以适用于其它的通信系统，如ATCA300系统等。综上所述，本发明实施例在ATCA系统或ATCA300等其它通信系统中采用模块化的方式提供多平面交换方式(即在ATCA或其它通信系统中采用AMC模块或其它类型的模块实现两个或两个以上交换平面)，可以在不更改系统结构以及连接器布局的情况下，达到灵活配置交换平面数量和类型的目的(1)在交换板上实现多个交换平面；(2)可以配置交换板上交换模块的数量，进行多平面交换，实现交换容量的线性扩展与灵活配置。以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求1.一种交换网络的配置方法，用于多平面交换网络，其特征在于，包括步骤配置至少两个交换板和多个节点板；将交换网络的输入级和输出级设置在节点板；在每一交换板上插入至少一个交换模块，将交换网络的中间级设于交换板的交换模块上，以每一交换模块作为一个交换平面。2.根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述的交换模块为AMC模块。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括步骤根据配置交换板上所述交换模块的数量来配置网络交换容量；根据交换模块的接口类型来配置交换平面的类型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述每一交换板上设置的交换模块为1至4个。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当设置了两个交换板时，每一交换板上设置4个交换模块，每个交换模块与节点板通过l个端口互连；或者每一交换板上设置2个交换模块，每个交换模块与节点板通过2个端口互连；或者每一交换板上设置1个交换模块，每个交换模块与节点板通过4个端口互连。6.—种交换网络的配置系统，用于多平面交换网，其特征在于，包括多个节点板和至少两个交换板；所述每一交换板包括至少一个交换模块，所述交换模块设置有交换网络的中间级；所述节点板设置有交换网络的输入级和输出级。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的交换模块为AMC模块。8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于所述每一交换板上设置的交换模块为1至4个。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述交换板的个数为2个；每一交换板上设置4个交换模块，每个交换模块与节点板通过l个端口互连；或者每一交换板上设置2个交换模块，每个交换模块与节点板通过2个端口互连；或者每一交换板上设置l个交换模块，每个交换模块与节点板通过4个端口互连。全文摘要本发明提供一种交换网络的配置方法及系统，在通信系统中采用多平面交换方式，将输入级和输出级设置在节点板；设置至少两个交换板，将中间级设于交换板的交换模块上，并以该交换板上的每一交换模块作为一个交换平面；通过控制各个交换板上插入的交换模块的数量来配置交换板上交换平面的数量。本发明可以根据节点板的实际带宽需求，灵活的配置交换网络的交换平面，从而线性扩展交换带宽。文档编号H04L12/24GK101170431SQ20061013717公开日2008年4月30日申请日期2006年10月23日优先权日2006年10月23日发明者峰洪,成陈申请人:华为技术有限公司