CN100395962C - 通信系统中设备的倒换方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术，公开了一种通信系统中设备的倒换方法及其系统，使得倒换的速度更快、对正在运行的业务影响更小并对系统内运行的其他单板具有透明性。这种通信系统中设备的倒换方法及其系统通过划分控制模块和主备用执行模块，将倒换控制功能和执行功能分离，方便倒换控制；倒换流程划分为多个执行步骤和状态，实现倒换流程控制和状态迁移；采用逻辑地址和物理地址映射机制，实现底层通信通道的透明快速切换；采用倒换前后的数据备份和业务平滑处理机制，以及主备单板的温备份方式，提高倒换的速度和可靠性；针对倒换流程中的异常情况，实现了倒换恢复。

Description

通信系统中设备的倒换方法及其系统

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及通信设备中的倒换技术。

背景技术

电信网络要求能为其用户提供可靠的不间断的服务，尤其是在一些重要业务的应用中，如电子货币、订单处理、客户服务、库存管理、电子邮件和国际互联网接入等，业务生存性变得比以往更加重要，其可用性要求能达到99.999％甚至更高。因此，网络生存能力成为影响网络设计与构建的重要因素，而在电信网络中使用的设备也相应的需要有很高的可靠性。

在通信系统中，冗余备份和负荷分担是常用的增强设备可靠性的方法。冗余备份是指采用多个相同功能的设备进行替换工作，特别是在当主用设备出现故障或需要维护的情况下，备用设备接替主用设备继续进行通信，保证通信系统的不中断运行。负荷分担采用相同的原理，利用多个设备的交替工作或协同工作，增加系统的可靠性。

对于采用冗余备份的组件，必须提供主备倒换的机制以实现可靠性和可维护性的需求。冗余备份和主备倒换技术有多种备份模式，比如1+1，1:1，1:N等。1+1备份是一种简单的保护方式，系统中的主备用单元组成一个逻辑上的业务功能单元，即被保护设备单元拥有一个备用单元，主用模块负责业务的实时处理，备用业务保持与主用单元的数据一致，在检测到原主用单元故障时发起倒换，接管原主用单元上的业务。与1+1备份不同的1:1备份中备用单元只在出现故障后开始工作。而1:N备份就是多个设备单元共享一个备用单元，当任意一个主用单元出现故障时，备用单元即接替其工作。

通常，一个复杂的电信设备包含多个处理单元协同工作，各单元之间需要进行通信；而在整个通信网络中，不同节点设备之间也需要通信。为了保证在网络故障条件下设备自愈能力、确保数据的完整性和维持服务质量，倒换必须在指定的时限内完成，尽快恢复业务，使对通信系统影响最小。一般的说，互为主备用的组件逻辑上是同一个功能实体，正常工作时只有主用单元对外提供服务，备用单元对外不提供服务、但需要尽量与主用单元的数据保持一致，以保证主用单元故障备用升为主用后，业务损失最少。而这些功能都与所采用的倒换技术的性能密切相关。因此，保护倒换机制的性能对于系统的可靠性乃至整个网络的生存能力都有着重大的影响。

根据倒换触发的原因不同，可以分为人工倒换、自动故障倒换和自动人工倒换等。其中，人工倒换，是指通过维护台由操作人员发送倒换命令等方式人为的触发主备倒换；自动故障倒换，是指由系统故障检测模块，检测到主用单板发生故障，并由系统自动触发的主备倒换；自动人工倒换，是指由于主用单板涉及到的周边模块发生异常、或者由于主用单板要被拔出、或者由于某些单板的特殊要求，而需要将主用单板停止使用一段时间进行维护，并且在发生过倒换后的主备板还需要倒换回原始的主备关系，在这种情况下发生的系统自动触发的主备倒换。

目前的通信系统中，主备用单元的身份是由底层硬件确定的，当硬件发现主用单元异常时，备用单元立即升为主用，然后再通知上层应用模块，并进一步通知到相关其它单板发生了主备板切换。

图1示出了现有通信系统中所采用的一种倒换系统的结构。主用、备用单元通过电路切换模块与通信系统其他设备连接。电路交换模块是通过交换网络实现的，在一般情况下，交换网络是通过主备用单元的物理地址的交换完成切换的。各业务处理单元都与主备交换单元都保持物理连接。当倒换条件触发设备单元发生倒换时，底层硬件进行电路切换，将备用单元切换到工作平面上，主用单元分离，然后通知所有上层应用模块、业务模块与新的主用单元发生通信。

可见，目前通信系统中所采用的倒换技术，由于主备仲裁、倒换通知等都直接由底层硬件进行，上层应用模块和业务模块处于被动状态，不利于高层的设备维护；而且由于倒换是直接由电路交换实现，因此对上层应用不具有透明性，倒换对系统造成影响较大；再次，倒换过程由电路机械地完成，不具有灵活性，不能支持自动人工倒换；在一般情况下，设备倒换时还需要进行数据转移、备用设备的重新配置等，需要较长的时延，导致在电信网络中远远不能满足实时业务、高服务质量的需求。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：由于设备倒换是由底层硬件发起和执行的，上层应用处于被动处理状态，对于高层设备维护不支持；由于主备用设备之间数据转移和备用设备的重新配置耗用较多时间，因此倒换操作延时大，不能满足实时需求；由于倒换是通过物理地址变换或电路切换实现的，不具有透明性和灵活性，因此对于整个通信系统的影响较大。

造成这种情况的主要原因在于，现有通信系统中的设备倒换是通过底层硬件发起的物理操作实现的，而且主备用单元只在发生倒换的时候进行数据转移和配置。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通信系统中设备的倒换方法及其系统，使得倒换的速度更快、对正在运行的业务影响更小并对其他单板具有透明性。

为实现上述目的，本发明提供了一种通信系统中设备的倒换方法，包含以下步骤，

A倒换触发时，消息通知控制模块，进行倒换预处理，所述控制模块位于主用单板和备用单板之外的单板上；

B在所述控制模块控制下，由主用执行模块和备用执行模块完成对底层通信通道的切换处理；

C在所述控制模块控制下，由所述主用执行模块和所述备用执行模块完成主用单板和备用单板相关的配置数据切换处理。

其中，所述步骤A进一步包含以下子步骤，

A1由所述控制模块判断系统资源是否满足倒换条件，如果是，则进入步骤A2，否则，发送警告信号，终止倒换流程；

A2由所述主用执行模块和所述备用执行模块判断业务资源是否满足倒换条件，如果是，则进入步骤B，否则发送警告信号，终止倒换流程。

在所述步骤，A和所述步骤B之间，还包含步骤，

D由所述主用执行模块和所述备用执行模块进行业务数据备份处理，将所述主用单板的业务数据备份到所述备用单板，完成业务的平滑接续。

在所述步骤C之后还包含步骤，

E由所述主用执行模块和所述备用执行模块完成业务数据的平滑处理，保证业务的平滑接续。

所述底层通信通道的切换是通过逻辑地址和物理地址的映射机制实现的。

所述主用单板和所述备用单板之间采用温备份的方式实现数据同步。

当所述倒换方法流程中任意步骤出现异常时，执行倒换恢复流程。

当所述步骤D中出现异常时，所述倒换恢复流程包含以下步骤，

由所述备用执行模块对所述备用单板进行数据恢复。

当所述步骤B出现异常时，所述倒换恢复流程包含以下步骤，

由所述备用执行模块将所述底层通信通道切换恢复到倒换前的状态；

恢复所述主用单板的配置，并通知所述主用单板作为主用运行。

当所述步骤C出现异常时，所述倒换恢复流程包含以下步骤，

恢复所述配置数据为原主备对应关系；

切换恢复所述底层通信通道到倒换前的状态；

恢复原所述主用单板的业务模块，并通知其作为主用运行。

本发明还提供了一种通信系统中设备的倒换系统，包含，

控制模块，用于控制倒换流程的执行，所述控制模块位于主用单板和备用单板之外的单板上；

主用执行模块，用于根据所述控制模块的指令，执行与主用单板相关的底层通信通道和配置数据的切换处理；

备用执行模块，用于根据所述控制模块的指令，执行与备用单板相关的底层通信通道和配置数据的切换处理。

其中，所述主用执行模块和备用执行模块还用于根据所述控制模块的指令，将所述主用单板的业务数据备份到所述备用单板，以及业务数据的平滑处理。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，划分控制模块和主备用执行模块，将倒换控制功能和执行功能分离，方便倒换控制；倒换流程划分为多个执行步骤和状态，实现倒换流程控制和状态迁移；采用逻辑地址和物理地址映射机制，实现底层通信通道的透明快速切换；采用倒换前后的数据备份和业务平滑处理机制，以及主备单板的温备份方式，提高倒换的速度和可靠性；针对倒换流程中的异常情况，实现了倒换恢复。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即控制功能和执行功能的分离提高了倒换的效率和灵活性；倒换流程状态迁移实现方式提高了倒换的灵活性和实现了对倒换恢复的支持；地址映射机制实现了倒换的透明性，并降低了倒换对系统的影响，提高了倒换速度；数据备份和业务平滑以及温备份方式，提高了倒换速度和可靠性；倒换恢复机制增强了倒换的鲁棒性。

附图说明

图1是现有通信系统中所采用的一种倒换系统的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的倒换系统的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的倒换系统中地址映射机制示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的倒换方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明采用控制下的分步流程完成倒换过程，将整个倒换操作在逻辑上分为多个子步骤，提高倒换操作的灵活性。将执行功能和控制功能分离，分别由执行模块和控制模块实现。利用逻辑地址和物理地址的映射实现倒换操作的透明性，将倒换对整个通信系统的影响降至最小。采用数据的温备份机制，保持主备用单元之间的同步，提高执行主备倒换的速度。采用业务平滑处理方法，保证倒换时对业务平滑过渡。

图2示出了根据本发明的一个实施例的倒换系统的结构，包含控制模块201、主用执行模块202和备用执行模块203。其中，控制模块201用于控制倒换步骤的执行，与主用执行模块202和备用执行模块203都相连；主用执行模块202用于在控制模块201的控制下在主用单板上执行倒换步骤；备用执行模块203用于在控制模块的控制性下在备用单板上执行倒换步骤。其中主用执行模块202分布在主用单板上，备用执行模块203分布在备用单板上。而控制模块201可以分布在主备用单板上，也可以单独分布在另外的单板上。将控制功能和执行功能分离为独立的模块，使得倒换操作能够按步骤实现，增强了倒换的可靠性和灵活性，使得倒换能够按步骤进行回退。

图3示出了根据本发明的一个实施例的倒换系统中的地址映射机制。首先对每个单板定义逻辑地址和物理地址。应用层模块之间使用逻辑地址进行通信，逻辑地址与物理地址之间存在地址映射关系，该地址映射关系由底层模块维护。倒换时，底层模块切换逻辑地址与物理地址之间的映射关系，即实现了透明倒换。

比如，通信系统中包含设备单板A、设备单板B及其备用单板B′。当正常工作时，单板B为主用单板，单板B′为备用单板，单板B的物理地址为301，单板B′的物理地址为302。通过地址映射，单板B的物理地址301与逻辑地址303对应，单板B′的物理地址302与逻辑地址304对应。通信系统中的其他单板，比如单板A，通过逻辑地址303访问主用单板，与主用单板B进行通信。当倒换发生时，地址映射机制切换地址映射关系，将主用单板B的物理地址301映射到逻辑地址304，将备用单板B′的物理地址302映射到逻辑地址303。此后其他单板A访问逻辑地址303时，通过映射关系即访问物理地址302所对应的单板，因此实际上是与单板B′进行通信。这时单板B′成为主用单板，单板B成为备用单板。而在整个倒换操作发生前后，上层应用模块，或其他单板都没有受到影响。

采用上述地址映射机制，实现快速的底层通信通道的切换，实现了倒换的快速处理，并减少业务中断时间。由于地址映射关系的操作不涉及硬件切换，因此提高了倒换操作的可靠性。同时，对于其它业务模块来说，屏蔽了倒换带来的影响，具有透明性。

图4示出了根据本发明的一个实施例的倒换方法流程。根据前述，将倒换流程分为多个步骤执行，并由控制模块完成控制功能，执行模块完成具体操作。

在各种触发方式下，当倒换触发后，触发消息首先传到控制模块，由控制模块启动倒换操作。

首先进入步骤401，由控制模块进行倒换预处理，判断系统资源是否满足倒换条件。由于倒换操作需要一定的系统资源条件才能完成，因此在倒换进行之前，为了保证倒换的可靠性，由控制模块先进行系统资源判断。比如，判断对备用单板的配置是否已经完成，若备用单板还没有配置，则无法接替主用单板进行通信，倒换操作不能进行，此时控制模块将终止倒换流程。对于人工倒换的情况，控制模块还将判断系统资源是否充足，比如当备用单板运行异常时，发出警告信号，通知操作员不能进行倒换。

接着进入步骤402，控制模块发送命令给主用执行模块和备用执行模块，由主用执行模块和备用执行模块进行倒换预处理，判断业务资源是否满足倒换条件。由于倒换操作对业务有一定的影响，因此在进行倒换之前，必须由执行模块对当前正在运行的业务进行判断，比如，当业务较繁忙或对实时性的要求较高时，判断倒换条件不满足，终止倒换或推迟倒换，或者发出倒换不安全的警告。

接着进入步骤403，当倒换条件满足之后，由主用执行模块和备用执行模块进行业务数据备份处理。由于备用单板和主用单板之间数据不能同步，即使采用温备份的方式也不能保证数据的完全同步，因此在倒换真正执行之前，需要先将主用单板的数据备份到备用单板，使得主备用数据完全一致，保证在倒换发生后，业务通信能平滑接续。

接着进入步骤404，在控制模块控制下，由主用执行模块和备用执行模块完成对底层通信通道的切换处理，即逻辑地址和物理地址的地址映射关系修改。将原主用单板的逻辑地址映射到原备用单板的物理地址上。该步骤完成了主备用单板的透明切换，屏蔽了对高层应用模块和其他不相关单板的影响，而且可以在较快的时间内完成。

接着进入步骤405，在控制模块控制下，由主用执行模块和备用执行模块完成与系统相关的配置数据切换处理。在通信系统中，设备单板往往需要进行配置才能正常工作，因此在倒换完成之后，还需要进行系统相关的配置数据处理。比如，需要在底层配置主备用单板的状态，使得主用单板不再发送数据，而备用单板与系统其他单板进行通信。

最后进入步骤406，由主用执行模块和备用执行模块完成业务数据的平滑处理。在主备用单板完成倒换之后，需要保证通信业务的平滑接续，因此在该步骤，执行模块对主备用单板的通信业务进行监测，并在特殊情况下采用相应的策略，以保证业务尽量不受倒换操作的影响。比如，对备用单板的通信数据进行核查，如果通信出现异常，则发送警告信号，或者在业务平滑期主用单板和备用单板同时工作，当主备用单板数据完全同步的时候，才使用备用单板的数据进行通信，并使得主用单板进入备用状态。

在本发明的一个实施例中，在不必要的情况下，上述倒换方法的流程中，将步骤402省略。比如，在硬件故障引起的自动倒换下，此时主用单板出现故障，必须由备用单元接替其进行通信，此时对业务造成的影响是不可避免的，但由于主备用单板运行的业务数据设计为温备份方式，实际对业务的影响也会很小。

在本发明的另一个实施例中，在不必要的情况下，如硬件故障引起的自动倒换，上述倒换方法的流程中，将步骤403省略。由于硬件故障时，主用单板发生故障，不可能进行倒换恢复操作，因此配置数据没有必要进行备份。

在本发明的一个实施例中，为了实现平滑倒换设计，作为主备冗余备份的单板，采用温备份方式，保证数据同步和业务平滑倒换。温备份是指，在正常运行过程中，主板上的业务数据发生改变时，立即将业务数据备份到备板上，使主备单板上的运行数据始终保持一致。而在倒换时，特别是在人工倒换或自动人工倒换下，允许主用单板将业务数据备份到备用单板上，由于正常工作时已经实施了温备份，因此在倒换发生时，所需要备份的数据量是非常小的，数据备份所耗时间也是比较少的，由此提高倒换的速度，降低对系统和业务通信造成的影响。

在本发明的一个实施例中，还利用倒换流程的步骤执行方法实现倒换恢复。倒换恢复是指在倒换发送过程中或者倒换发生后的一定时间之内，系统都可以根据情况进行倒换恢复，尽量使得主备用单板恢复到倒换之前的状态。这实现了在某些特殊需要情况下对于自动人工倒换的支持，比如由操作维护人员发起的单板倒换过程，需要对主用单板进行一定时间的离线操作。

根据本发明的一个实施例的倒换方法，首先将倒换流程划分为多个阶段，采用状态控制的方法控制倒换的进行。当任意一个阶段出现处理异常时，都可以进行倒换恢复处理，尽可能恢复到倒换前的状态。下面详细给出了在倒换步骤中，当出现异常情况时，倒换恢复流程如下：

步骤401或步骤402中，在倒换的预处理阶段，由于还没有进行实质的倒换操作，因此在此阶段，如果倒换失败，比如倒换条件判断不满足时，将直接结束倒换流程，不需要进行倒换恢复。

步骤403中，在数据备份阶段，由于数据备份不影响原主用单板的正常运行，只是将数据备份在备用单板，因此倒换失败时，进行的倒换恢复操作只需对备用单板进行恢复，比如简单的将备用单板复位重启。

步骤404中，在底层通信通道切换阶段，如果出现异常，则进行倒换恢复操作，将底层通信通道切换恢复到倒换前的状态，并恢复原主用单板的配置，通知其作为主用单板运行。

步骤405中，在系统相关配置数据切换阶段，如果出现异常，则进行倒换恢复操作，先恢复相关配置数据为原主备对应关系，然后将底层通信通道切换恢复到倒换前的状态，最后恢复原主用单板的业务模块等，通知其作为主用单板运行。

在本发明的一个实施例中，通过上述倒换恢复机制实现不中断业务的系统平滑升级和硬件维护。比如，采用倒换恢复，可以将主用单板从系统中卸下一段时间，进行操作或维护，然后由倒换恢复机制，重新恢复主用单板的运行，而在这一过程中由备用单板替代主用单板运行，因此业务没有发生中断。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，包含以下步骤，

A倒换触发时，消息通知控制模块，进行倒换预处理，所述控制模块位于主用单板和备用单板之外的单板上；

B在所述控制模块控制下，由主用执行模块和备用执行模块完成对底层通信通道的切换处理；

C在所述控制模块控制下，由所述主用执行模块和所述备用执行模块完成主用单板和备用单板相关的配置数据切换处理。

2.根据权利要求1所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，所述步骤A进一步包含以下子步骤，

A1由所述控制模块判断系统资源是否满足倒换条件，如果是，则进入步骤A2，否则，发送警告信号，终止倒换流程；

A2由所述主用执行模块和所述备用执行模块判断业务资源是否满足倒换条件，如果是，则进入步骤B，否则发送警告信号，终止倒换流程。

3.根据权利要求1所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，在所述步骤，A和所述步骤B之间，还包含步骤，

D由所述主用执行模块和所述备用执行模块进行业务数据备份处理，将所述主用单板的业务数据备份到所述备用单板，完成业务的平滑接续。

4.根据权利要求1所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，在所述步骤C之后还包含步骤，

E由所述主用执行模块和所述备用执行模块完成业务数据的平滑处理，保证业务的平滑接续。

5.根据权利要求1所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，所述底层通信通道的切换是通过逻辑地址和物理地址的映射机制实现的。

6.根据权利要求1所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，所述主用单板和所述备用单板之间采用温备份的方式实现数据同步。

7.根据权利要求1-6中任意一条权利要求所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，当所述倒换方法流程中任意步骤出现异常时，执行倒换恢复流程。

8.根据权利要求7所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，当所述步骤D中出现异常时，所述倒换恢复流程包含以下步骤，

由所述备用执行模块对所述备用单板进行数据恢复。

9.根据权利要求7所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，当所述步骤B出现异常时，所述倒换恢复流程包含以下步骤，

由所述备用执行模块对所述将所述底层通信通道切换恢复到倒换前的状态；

恢复所述主用单板的配置，并通知所述主用单板作为主用运行。

10.根据权利要求7所述的通信系统中设备的倒换方法，其特征在于，当所述步骤C出现异常时，所述倒换恢复流程包含以下步骤，

恢复所述配置数据为原主备对应关系；

切换恢复所述底层通信通道到倒换前的状态；

恢复原所述主用单板的业务模块，并通知其作为主用运行。

11.一种通信系统中设备的倒换系统，其特征在于，包含，

控制模块，用于控制倒换流程的执行，所述控制模块位于主用单板和备用单板之外的单板上；

主用执行模块，用于根据所述控制模块的指令，执行与主用单板相关的底层通信通道和配置数据的切换处理；

备用执行模块，用于根据所述控制模块的指令，执行与备用单板相关的底层通信通道和配置数据的切换处理。

12.根据权利要求11所述的通信系统中设备的倒换系统，其特征在于，所述主用执行模块和备用执行模块还用于根据所述控制模块的指令，将所述主用单板的业务数据备份到所述备用单板，以及业务数据的平滑处理。

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