Netzwerkprozessoren

Hohe Datenraten für mobile IP-Services

20.02.2007 | Autor / Redakteur: Colin Alexander* / Jan Vollmuth

Reges Verkehrsaufkommen: Unterschiedliche Datenwege durch WinPath in einer IP-basierten Transportkarte für 3G-Basisstationen
Reges Verkehrsaufkommen: Unterschiedliche Datenwege durch WinPath in einer IP-basierten Transportkarte für 3G-Basisstationen

Drahtlose Technologien konkurrieren mit den Geschwindigkeitsverbesserungen der drahtgebundenen Kommunikation: Zugangsgeschwindigkeiten von 8 MBit/s legen die Messlatte hoch. Flexible und aufrüstbare Netzwerkzugangstechniken auf IP-Basis könnten Wireless-Systeme eine Lösung bieten.

Neben der Geschwindigkeitsvorgabe durch die drahtgebundene Übertragung besteht für drahtlose Technologien eine weitere Herausforderung darin, dass zwischen unterschiedlichen Mobilfunktechnologien und -standards, die im Wettbewerb zu den drahtgebundenen Technologien stehen, Interoperabilität herrschen sollte. Außerdem wäre die teilweise Wiederverwendung von Bauteilen und Unterbaugruppen wünschenswert, um Kosten zu minimieren.

Durch den ständigen Druck, Netzwerke für höhere Datendurchsätze aufzurüsten, erweist sich die Zukunftssicherheit von Systemen anhand von Software-Upgrades als sicherste Lösung. Die WinPath-Paketverarbeitungsprozessoren von Wintegra bieten eine Netzwerkzugriffstechnik für OEMs, die ihre Produkte zukunftsgerecht ausrüsten und erweitern wollen und so mit der sich ständig ändernden Mobilfunktechnologie Schritt halten.

Drahtlose Technologien gestalten sich schnell und dynamisch

Der Fortschritt in der Mobilfunktechnologie gestaltet sich schnell und dynamisch: das GSM-Netzwerk wurde ursprünglich für Sprache entwickelt, später aber für Paketdatendienste in Form von GPRS erweitert. Die Geschwindigkeit erschien Kunden inakzeptabel, die ADSL von ihrer drahtgebundenen Verbindung zuhause gewohnt waren. Die Aussicht auf 3G versprach zwar schnelle Datenanwendungen, einschließlich Videotelefonie; die Technologie wurde aber schnell durch veränderte Erwartungen hinsichtlich Datenaufkommen und Übertragungsgeschwindigkeit überholt.

Heute steht Highspeed Downlink Packet Access (HSDPA) als Erweiterung für 3G zur Verfügung, was hohe Geschwindigkeiten über eine echte Paketdatenverbindung garantiert. HSDPA und die dazugehörige Uplink-Technik HSUPA sollten die meisten der heutigen Anforderungen an die Datenübertragung erfüllen und 3G-Netzwerkbetreiber mit einer wettbewerbsfähigen Lösung ausstatten.

Kritiker finden WiMAX überflüssig

Die Kosten für 3G-Betreiber – Lizenzgebühren und Markteintritt – waren von Beginn an sehr hoch, was sich in den hohen Gebühren für die Anwender niederschlägt. Für neue Anbieter ergeben sich nur begrenzte Eintrittsmöglichkeiten, wobei sich WiMAX als besonders attraktive, wenn auch kontroverse Alternative darstellt. Als Technik mit Mehrfachzugriff, die orthogonale Frequenzkanäle verwendet anstelle eines Breitband-Streucodes, wird WiMAX als ultimative drahtlose Breitbandtechnologie gepriesen. Kritiker sehen dies als unnötige Ergänzung zum Drahtlosangebot, das bereits zahlreiche konkurrierende Technologien umfasst.

Anforderung beim Zugang auf drahtlose Netzwerke

Im drahtgebundenen Markt findet hinter den Kulissen ein Schlagabtausch hinsichtlich der am besten geeigneten Technologien statt, da Sprach- und Datensignale zuverlässig zwischen Unternehmen und Privathaushalten weltweit übertragen werden. Die wesentliche Umstellung war der Wechsel von herkömmlichen leitungsvermittelten Netzwerken für Sprache hin zu paketvermittelten Netzwerken für Daten und das Internet: die Branche spricht von ATM (Asynchronous Transfer Mode) und zunehmend vom Internetprotokoll (IP).

Während die drahtgebundene Telekommunikation auf diese Weise den Anforderungen an höhere Bandbreiten und qualitativ besseren Service gerecht wird, beginnt diese Migration bei Mobilfunknetzwerkinfrastrukturen erst heute: Angetrieben durch drahtlose Breitbandapplikationen müssen die Backhaul-Schnittstellen aufgerüstet werden. So vervielfacht die HSDPA-Aufrüstung einer Basisstation die Zahl der erforderlichen E1/T1-Links um das Vierfache oder mehr.

Die richtige Wahl der Schnittstelle gleicht die Investitionen in vorhandenes Equipment und die erforderliche Aufrüstung aus, um mit dem drahtgebundenen Breitbanddatenmarkt Schritt halten zu können. Beim Einsatz des IP müssen außerdem noch die End-zu-End-Sicherheit, Latenz und Synchronisierung berücksichtigt und von den Standardisierungsgremien vereinheitlicht werden.

Trend zu kleineren Basisstationen

Das Frequenzspektrum ist eine endliche Größe – Erweiterungen bei drahtlosen Standards, die den Datendurchsatz in einer festen Bandbreite erhöhen, sind teuer. Als Folge sind entweder mehr Basisstationen erforderlich oder die Aufrüstung bestehender Basisstationen mit fortschrittlicherer Technologie wie z.B. Multiple-Input-Multiple-Output-(MIMO-)Antennenfähigkeit. Beide Ansätze erhöhen die Infrastrukturkosten. Ein geeigneter Netzwerkzugriff muss ebenfalls in Betracht gezogen werden, da mehr Zugriffspunkte vorhanden sind, die höhere Bandbreiten unterstützen. Der aktuelle Trend zu kleineren Basisstationen im Innen- und Außenbereich erfordert zur Kostenminimierung unterschiedliche Backhaul-Technologien. Ein Netzwerk von Innen-Picozellen für ein Bürogebäude kann z.B. mit einer Ethernet-Verbindung verkettet werden, wobei eine einzige Master-Basisstation den Hauptzugang auf das Netzwerk bereitstellt.

Paketprozessor mit programmierbarer Architektur

Der Access-Packet-Prozessor WinPath von Wintegra wurde speziell für diese Anforderungen entwickelt. Wichtigster Bestandteil ist der Netzwerkprozessor WinComm, der als Packet Processing Engine fungiert. Dieser unterstützt die gesamte Datenpfadsoftware auf dem Chip und bewältigt den Großteil der Layer-2- und Layer-3-Protokollverarbeitung. Sofort einsetzbare Software für mehr als 50 Datenpfadprotokolle wird mitgeliefert. Die Technologie ist lizenzfrei, es entstehen keine einmaligen (NRE-)Kosten.

Für WAN-Anwendungen (Wide Area Network) sind verschiedene Leistungsmerkmale mit enthalten: ATM UNI-AAL5/AAL2, IMA, HDLC, PPP, Multi-Class/Multi-Link-PPP, Schaltkreisemulation und MPLS.

Der WinComm-Prozessor ist programmierbar, unterstützt kundenspezifische Protokolle und enthält Schaltkreise zum direkten Anschluss an gängige physikalische Standards für Zugangsausstattung. Für WAN-Anwendungen zählen dazu: mehrfach T1/E1, T3/E3, Fast/Gigabit Ethernet OC3/OC12 ATM und POS sowie VC12-kanalisierte Schnittstellen.

Dank Programmierbarkeit und Schnittstellenauswahl lässt sich jedes unterstützte Protokoll als Transportmechanismus auf Pro-Port-Basis unabhängig auswählen. Ebenso kann jeder Port ohne Hardwareänderungen auf ein neues Protokoll umschalten. Das Zusammenwirken von Protokollen ist ebenfalls möglich, da sich die Technologie von ATM zu IP ändert – damit ist ein klarer Aufrüstpfad vorhanden.

Mehr als nur Netzwerkzugriffsfunktionen

Für den Support des Netzwerkprozessors stehen Controller für den Anschluss von externem Speicher wie SRAM, SDRAM und Flash zur Verfügung, zusammen mit Standardfunktionen und Schnittstellen für Timer, Interrupts, UART und I²C. Zur Steuerstreckenverarbeitung kommuniziert der Baustein direkt mit einem externen PowerPC, enthält aber auch einen optionalen Embedded-MIPS-Kommunikationsprozessor. Diese Dual-Prozessorarchitektur erübrigt externe Schnittstellen und erlaubt es WinPath, mehr als nur die Netzwerkzugriffsfunktion zu übernehmen.

Die Softwareumgebung enthält das WinPath Device Driver Interface (WDDI), das aus einer Schnittstelle zur Anwendungsprogrammierung (API) und einem Satz fertiger ANSI-C-Treiber für den einfachen Zugriff und die Steuerung der Datenpfadverarbeitung besteht. Das WDDI ist ebenfalls portierbar und kompatibel zu Echtzeit-Betriebssystemen wie z.B. VxWorks.

Karten für Basistationen

Mit WinPath wurde eine AMC-Plattform (Advanced Mezzanine Card) für eine ATCA-Linecard entwickelt. Die Karte ist programmierbar und ermöglicht ein flexibles und rekonfigurierbares Backhaul. In kleineren Basisstationen wie Innen-Picozellen besteht ebenfalls die Möglichkeit, WinPath als Teil einer kostengünstigen Single-Board-Lösung einzusetzen. Die zusätzliche Netzwerkschnittstellenflexibilität ermöglicht die Verkettung von Basisstationen (Daisy Chain), mit WinPath als Master und Downstream-Slave-Schnittstelle.

Aus Softwaresicht bietet WinPath Klassifizierung, Scheduling und die Verwaltung der Backhaul-Schnittstelle sowie das Multiplexing und Demultiplexing verschiedener Traffic-Ströme zu den Basisband-DSPs. Zusätzliche Flexibilität ergibt sich durch den Support von Media Access Control (MAC) Layer Processing und Scheduler für HSDPA/HSUPA und WiMAX.

Neben der höheren Integration, die eine verringerte Stückliste, weniger Stromaufnahme, ein Single-Board-Layout und eine schnellere Time-to-Market mit sich bringt, unterstützt die Programmierbarkeit von WinPath unterschiedliche Netzwerkzugangsschnittstellen sowie Softwareerweiterungen zur Wireless-Schnittstelle. Diese Erweiterungen ergeben sich durch das Feedback von bereits installiertem Equipment im Feld, durch Standardmigration oder durch die Implementierung differenzierender Produktmerkmale.

Infrastruktur und Schnittstellen sind entscheidend

Die zunehmenden Datenraten im Breitbandmarkt sind heute Fakt, genauso wie der Wettbewerb und die hohe Erwartungshaltung hinsichtlich sinkender Verbraucherpreise. Die eingeschränkte Bandbreite bei der drahtlosen Kommunikation wird weiterhin unter der drahtgebundenen Bandbreite liegen. Sinkende Umsätze im Sprachdienst bieten den Betreibern von Mobilfunknetzwerken neue Möglichkeiten, Datenanwendungen mehr Aufmerksamkeit zu widmen.

Welche Technologie auch angewendet wird: Sie Netzwerkinfrastruktur und die Schnittstellen zur Basisstation sind entscheidend für das Handling des immer größer werdenden Datenaufkommens.

Die beschriebene Lösung ist standardneutral, da die Netzwerkschnittstelle einen Access-Paketprozessor mit einer Reihe von Datenpfadprotokollen vereint, die in Software implementiert sind, anstatt sich auf eine oder zwei führende Technologien zu konzentrieren.

Dieser Ansatz ist nicht nur kostengünstiger und spart Strom ein, die Programmierbarkeit ermöglicht es den Herstellern, mit den sich ändernden Standards Schritt zu halten, ohne Hardware-Upgrades vornehmen zu müssen. Die OEMs können ihre eigenen differenzierenden Leistungsmerkmale integrieren und erzielen somit einen entscheidenden Wettbewerbsvorsprung – ob sie nun HSDPA/HSUPA, WiMAX oder zukünftige Standards mit 100 MBit/s und schneller unterstützen.

Die programmierbaren Netzwerkprozessoren der WinPath-Familie

Die WinPath-Prozessoren von Wintegra decken die Anforderungen unterschiedlicher Applikationsbereiche ab. Die WinPath1-Familie umfasst u.a. den WIN777, den ersten Netzwerkprozessor von Wintegra für allgemeine Anwendungen. Er besteht aus einem 64-Bit-MIPS-Core für Kontrollpfadoperationen sowie proprietären RISC-Engines für Datenpfadfunktionen. Der WIN770 bietet vergleichbare Funktionen und Leistungsmerkmale, verwendet jedoch anstelle eines MIPS-Cores einen externen PowerPC. Die WIN78x-Prozessoren integrieren zwei Gigabit-Ethernet-MACs und bieten zusätzlich ATM-Konnektivität. Alle WinPath1-Mitglieder stehen je nach Leistungsbedarf mit einer, zwei oder vier RISC-Engines zur Verfügung.

Vor kurzem hat Wintegra die WinPath2-Familie angekündigt. Sie basiert auf der Architektur von WinPath1 und deren Software, bietet aber höhere Leistung für Highend-Applikationen.

WinPath, Tel. +1 512 345 3808123

*Colin Alexander ist Director Wireless Marketing bei Wintegra.

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 199676 / HF und Wireless)