CN100396014C - 热备维护系统及热备维护和故障切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热备维护系统，包括网络接入模块和业务处理单板及路由器和备份单板。本发明还涉及了一种热备维护的方法，包括：路由器根据参数选择网段；判断是否已建立会话，是则发送请求给业务处理单板；否则创建新会话，并建立连接，然后将请求发送给业务处理单板；业务处理单板并同步到备份单板中。本发明还涉及一种故障切换的方法，包括：路由器对业务处理单板和备份单板进行心跳检测；当检测到心跳中断，则将请求切换到备份单板；备份单板对请求进行处理。本发明利用路由设备在故障时进行迅速的切换，提高了切换效率，并且不需配置双机切换软件，降低了成本；本发明在备板中设置多个IP地址，减少了实际备板的数量，从而降低了备板的冗余。

Description

热备维护系统及热备维护和故障切换的方法

技术领域

本发明涉及一种热备维护系统及热备维护和故障切换的方法，尤其是一种通过路由模块进行状态维护的方式来实现双机热备维护的系统以及利用该系统进行热备维护和故障时进行切换的方法。

背景技术

随着新一代无线网络的建设，使用移动数据业务的用户数量在迅速的增加，新一代无线网络能够为这些移动用户提供高速的无线接入，在这种高速的无线接入网络的基础上，很多数据业务也得以开展，例如WAP/HTTP浏览、多媒体消息、下载类业务、邮件业务、流媒体业务等，对于这些数据业务，运营商提供了丰富的付费服务，这些付费服务对数据业务的安全性、稳定性、故障恢复时间以及计费安全性的要求非常严格。

这些数据业务的网关设备在运行中很可能会出现故障，为了保证网关设备在故障时仍能够提供用户连续的服务，现有的方式有两种：双机冷备系统和双机热备系统。双机冷备系统是在作为主机和备机的两个单板计算机(以下简称单板)的操作系统中都装入商用的双机管理软件，以此实现双机冷备，在平常运行中只运行主机单板，当主机单板发生故障时，双机管理软件会自动启动备机单板来继续服务，这种方式没有在备机单板上保存会话数据，当双机切换的时候会导致用户的会话中断，从而无法实现业务无间断切换，而且切换时间慢，其中IP地址切换过程、进程启动化等操作都会耗费大量的切换时间；双机冷备系统的另一个缺陷是：双机都需要管理软件，成本很高，而且受限于操作系统的版本号，难以扩展；而且作为备机的单板在平常业务中并不经常使用，因此造成了冗余，造价比较高昂。与双机冷备系统相同的是，双机热备系统也同样在作为主机和备机的两台计算机上安装商用的双机管理软件，但双机热备系统中的主机和备机是同时运行的，其中主机提供服务，备机只实现数据备份功能，当出现主机故障时，双机管理软件会自动启动双机中另外一台设备的服务，即备机上的服务，由于会话的数据双机备份，因此这种切换不会导致用户的会话中断，但由于双机管理软件的能力有限，一般来说切换时间长达20～40秒，在切换过程中由于时间较长，业务很容易发生中断；与双机冷备系统相同，双机都需要管理软件，成本很高，而且受限于操作系统的版本号，难以扩展；而且作为备机的单板在平常业务中并不经常使用，因此造成了冗余，造价比较高昂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是当业务单板发生故障时，切换成备用单板的时间长；配置每一台业务网关设备都需要昂贵的双机管理软件，而且备用单板冗余，造价高昂。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种热备维护系统，包括网络接入模块和多个业务处理单板，还包括：

路由器，与所述网络接入模块和业务处理单板相连，用于根据访问业务请求分配所述业务处理单板，并对所述业务处理单板进行心跳检测，当检测到所述业务处理单板心跳中断，而备份单板心跳正常，则将用户业务请求数据自动切换到备份单板；

备份单板，与所述路由器相连，用于备份所述业务处理单板中的业务数据和会话数据。

在上述热备维护系统中，所述备份单板为设有多个IP地址信息的备份单板，其中每个IP地址都相当于一个逻辑备份单板，热备维护系统还可以包括防火墙，该防火墙与所述网络接入模块以及路由器相连，用于过滤非法用户的访问、病毒的感染以及网络中的侵害。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种热备维护的方法，其包括以下步骤：

步骤1，路由器接收用户的业务请求时，根据所述业务请求的参数选择业务处理网段；

步骤2，所述路由器判断是否已经建立了该用户的业务会话，是则将所述业务请求发送给所述业务会话中保存的业务处理单板；否则创建新的业务会话，查找所述业务处理网段内的可用业务处理单板，并建立与所述业务处理网段内业务处理单板的连接，然后将所述业务请求发送给该可用业务处理单板；

步骤3，所述业务会话中保存的业务处理单板或可用业务处理单板将所述业务请求进行解析，获得业务信息并同步到对应的备份单板中；

步骤4，所述备份单板根据自身状态的不同向对应的业务处理单板返回不同的响应信息；

步骤5，所述对应的业务处理单板收到所述响应信息后，对业务信息进行处理。

在上述技术方案中，所述步骤1可以具体为：路由器接收用户的业务请求时，根据所述业务请求的源IP、目的IP、源端口、目的端口和IP层协议号选择业务处理网段；所述步骤4可以具体为：所述备份单板判断自身状态是否正常，是则在内存中保存该业务信息，并开启服务端口，然后向所述业务处理单板返回保存成功的响应信息；否则向所述业务处理单板返回无法保存的响应信息；所述业务处理单板收到保存成功的响应消息时，对业务信息进行处理；所述业务处理单板收到无法保存的响应消息时，则在内存中标记会话数据为未同步，并对业务信息进行处理。

在具体的实施例中，业务信息具体为内容计费信息，业务处理单板为内容计费单板，当所述业务处理单板不可用时，所述路由器判断所述业务处理单板对应的备份单板IP是否可用，是则将业务消息发送给所述对应的备份单板；否则在所述业务处理网段内寻找新的业务处理单板来进行业务消息的处理。在寻找新的业务处理单板时，可采用随机方式进行寻找。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种故障切换的方法，其包括以下步骤：

步骤1’，路由器对业务处理单板和对应于业务处理单板的保存了与业务处理单板相同的会话数据的备份单板进行心跳检测；

步骤2’，当所述路由器检测到所述业务处理单板心跳中断，而所述备份单板心跳正常，则将用户业务请求数据自动切换到所述备份单板；

步骤3’，所述备份单板解析所述用户业务请求数据以进行处理，并向所述路由器返回响应消息。

在上述技术方案中，所述步骤1’可具体为：路由器采用UDP消息对业务处理单板和对应于业务处理单板的备份单板进行心跳检测；所述步骤3’可具体为：所述备份单板解析所述用户业务请求数据，获得计费信息，然后在内存中匹配会话数据以进行实时计费控制。

基于上述的技术方案，本发明具有以下优点：

1、本发明在现有的热备系统中加入了路由设备，由路由设备监视业务主板和备板的状态并在故障时进行迅速的切换，提高了切换效率。

2、本发明利用路由设备进行故障切换，不再需要在主备机上配置双机切换软件，降低了成本。

3、本发明在备板中设置多个IP地址，减少了实际备板的数量，从而降低了备板的冗余。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明热备维护系统的结构示意图。

图2为本发明热备维护的方法的基本流程示意图。

图3为本发明故障切换的方法的基本流程示意图。

具体实施方式

本发明在现有的网络结构中加入了一个路由设备，该路由设备可以根据用户的会话请求选择相应的业务网关的内容计费板进行会话连接，当单板出现故障时，路由设备能够进行快速的切换，既不会使用户感到异常，也可以保证会话数据的安全。本发明引入了逻辑备板的概念，通过在一个单板上布置多个IP来实现由一个单板作为多个主机单板的备板，当单板出现故障时，路由设备会选择适合的IP来接管服务，从而降低了备板的冗余。

如图1所示，为本发明热备维护系统的结构示意图，在图中热备维护系统包括以下部件：网络接入模块1、路由器2、多个业务处理单板3以及备份单板4，其中网络接入模块1与业务处理单板3相连，用于根据访问业务请求分配所述业务处理单板，并对业务处理单板进行心跳检测并作相应处理；而备份单板4与路由器相连，可以备份所述业务处理单板中的业务数据和会话数据。这种结构改变了传统的热备系统的实现方式，传统的方式是主备两机通过互相检查心跳，当发现问题再进行切换，由于备机在切换的时候还必须进行启动或者配置IP等操作，因此切换时间较长，而本发明热备维护系统利用增加的路由器2定期检查业务处理单板3和备份单板4的心跳，即通过主备机之外的设备进行检测和管理，备份单板4在平时就处于端口打开的状态，并与业务处理单板3同步会话数据，在切换的时候无需进行配置，只是将会话数据转向备份单板4就可以了，因此大大的增强了切换效率。

本发明热备维护系统除了可以采用每一个业务处理单板都对应一个备份单板的方式，还可以采用一种逻辑单板的方式，在现有的技术中，在一台单板上配置多个IP是很容易做到的，因此将一台单板作为多台业务处理单板的备板则非常有价值，因此将备份单板4设置多个IP地址，这样每个IP地址都对应一个单板，而一个单板对应多个IP，由此降低了备板的冗余。在本发明的热备维护系统中，还可加入防火墙，该防火墙与网络接入模块1以及路由器2相连，作为网络接入模块1与路由器2之间的安全屏障，能够过滤非法用户的非法访问、病毒的感染以及网络中的侵害等。

基于这样的热备维护系统，本发明还提供了一种热备维护的方法，如图2所示，为本发明热备维护的方法的基本流程示意图，包括以下步骤：

步骤101，路由器接收用户的业务请求时，根据所述业务请求的参数选择业务处理网段；

步骤102，路由器判断是否已经建立了该用户的业务会话，是则执行步骤103；否则执行步骤104；

步骤103，路由器将所述业务请求发送给所述业务会话中保存的业务处理单板IP，并执行步骤105；

步骤104，路由器创建新的业务会话，并在新的业务会话中建立与所述业务处理网段内业务处理单板IP的连接，然后将业务请求发送给该业务处理单板，并执行步骤105；

步骤105，业务处理单板将业务请求进行解析，获得业务信息并同步到对应的备份单板中；

步骤106，备份单板并根据状态向业务处理单板返回响应信息；

步骤107，业务处理单板收到响应信息后，对业务信息进行处理。

在这个基本流程中，路由器的路由功能可以增加热备的效果以及切换时的效率，主要体现在路由器基于一种路由算法来选择业务处理单板和备份单板，路由器在接收用户的业务请求时，会根据所述业务请求的源IP、目的IP、源端口、目的端口和IP层协议号选择业务处理网段，在这之前要先对业务进行定义，例如：定义端口号9200～9204为WAP业务，554为流媒体业务，然后再按业务定义IP网段，例如：定义192.168.0.*为WAP业务处理单板IP地址范围，定义192.168.1.*为RTSP业务处理单板IP地址范围，其他的业务如EMAIL、FTP、SIP等业务也可以按照这种规则进行定义。还可以定义主备IP，即将IP地址的最后一位定义为主机或者备机的标识，可以将奇数定义为主机，即业务处理单板，将偶数定义为备机，即备份单板(如192.168.1.1为主机，192.168.1.2为其相关的备机)，当然以上的这些定义方式并不局限于此，其他的定义方式也同样在本发明的覆盖当中。

当用户发出业务请求后，路由器接收网络接入模块传送的业务请求，然后进行解析，并根据业务请求中的参数(源IP和/或目的IP和/或源端口和/或目的端口和/或IP层协议号)进行业务匹配，找到该业务所属的业务处理IP网段。在上述技术方案中的步骤2，路由器会查找用户是否已经有业务会话，如果有会话，就使用会话中保存的业务处理单板的IP；如果没有会话，则创建新的会话，由于随机选择可以使各业务单板负荷平衡，因此在所属网段中随机的选择可用的IP来作为业务处理单板，然后再将业务请求发给该业务处理单板，并在用户会话种关联该IP地址。

步骤4的具体操作过程是由备份单板判断自身状态是否正常，如果正常，则在内存中保存该业务信息，并开启服务端口，然后向所述业务处理单板返回保存成功的响应信息；如果非正常，既无法保存业务信息，则向所述业务处理单板返回无法保存的响应信息，用来通知业务处理单板备份单板不能正常工作。同样的，对于保存成功的响应消息，业务处理单板到会在受到响应消息时，对业务信息进行处理；如果是无法保存的相应消息，业务处理单板会在会话中进行标记，将会话数据标记成未同步，并继续对业务信息进行处理。而业务处理单板也可以在标记成未同步后，拒绝对业务信息进行处理。

上述热备维护的方法在网络中的一种应用是对内容计费信息进行处理，即采集各种业务的内容付费信息，但热备维护的方法并不仅限于对内容计费信息的处理，其他类型的业务信息都是可以利用本发明来实现的。

在建立业务会话后，如果业务处理单板无法使用，则由路由器判断业务处理单板对应的备份单板的IP是否可用，如果可用，则将业务消息发送给对应的备份单板；如果不可用，则在所述业务处理网段内寻找新的业务处理单板来进行业务消息的处理，也同时选择了对应新的业务处理单板的备份单板IP。

如果业务处理单板出现了故障，则需要进行热备切换，如图3所示，为本发明故障切换的方法的基本流程示意图，包括以下步骤：

步骤201，路由器定时的对业务处理单板和对应于业务处理单板的备份单板进行心跳检测；

步骤202，当路由器检测到业务处理单板心跳中断，而备份单板心跳正常，则将用户业务请求数据自动切换到备份单板；

步骤203，备份单板解析用户业务请求数据以进行处理，并向所述路由器返回响应消息。

在备份单板中保存了与业务处理单板相同的会话数据，因此在切换的时候能够实现无间断的实时切换，步骤201中的心跳检测是利用UDP消息实现的，即路由器采用UDP消息对业务处理单板以及对应于业务处理单板的备份单板进行心跳检测；在路由器将用户业务请求数据自动切换到备份单板后，备份单板会解析所述用户业务请求数据，获得计费信息，然后在内存中匹配会话数据以进行实时计费控制。由于切换时间小于0.5秒，对于终端用户来说，任何单板故障都不会引起用户的体验异常，而且切换的时候业务数据也不会发生丢失。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

1.一种热备维护系统，包括网络接入模块和多个业务处理单板，其特征在于还包括：

路由器，与所述网络接入模块和业务处理单板相连，用于根据访问业务请求分配所述业务处理单板，并对所述业务处理单板进行心跳检测，当检测到所述业务处理单板心跳中断，而备份单板心跳正常，则将用户业务请求数据自动切换到备份单板；

备份单板，与所述路由器相连，用于备份所述业务处理单板中的业务数据和会话数据。

2.根据权利要求1所述的热备维护系统，其特征在于所述备份单板为设有多个IP地址信息的备份单板。

3.根据权利要求1所述的热备维护系统，其特征在于还包括防火墙，与所述网络接入模块以及路由器相连，用于过滤非法用户的访问、病毒的感染以及网络中的侵害。

4.一种热备维护的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，路由器接收用户的业务请求时，根据所述业务请求的参数选择业务处理网段；

步骤2，所述路由器判断是否已经建立了该用户的业务会话，是则将所述业务请求发送给所述业务会话中保存的业务处理单板；否则创建新的业务会话，查找所述业务处理网段内的可用业务处理单板，并建立连接，然后将所述业务请求发送给该可用业务处理单板；

步骤3，所述业务会话中保存的业务处理单板或可用业务处理单板将所述业务请求进行解析，获得业务信息并同步到对应的备份单板中；

步骤4，所述备份单板根据自身状态的不同向对应的业务处理单板返回不同的响应信息；

步骤5，所述对应的业务处理单板收到所述响应信息后，对业务信息进行处理。

5.根据权利要求4所述的热备维护的方法，其特征在于所述步骤1具体为：路由器接收用户的业务请求时，根据所述业务请求的源IP、目的IP、源端口、目的端口和IP层协议号选择业务处理网段。

6.根据权利要求4所述的热备维护的方法，其特征在于所述步骤2中查找所述业务处理网段内的可用业务处理单板具体为：在所述业务处理网段内以随机方式查找可用业务处理单板。

7.根据权利要求4所述的热备维护的方法，其特征在于所述步骤4具体为：所述备份单板判断自身状态是否正常，是则在内存中保存该业务信息，并开启服务端口，然后向对应的业务处理单板返回保存成功的响应信息；否则向对应的业务处理单板返回无法保存的响应信息。

8.根据权利要求7所述的热备维护的方法，其特征在于所述步骤5具体为：所述对应的业务处理单板收到保存成功的响应消息时，对业务信息进行处理；所述对应的业务处理单板收到无法保存的响应消息时，则在内存中标记会话数据为未同步，并对业务信息进行处理。

9.根据权利要求4所述的热备维护的方法，其特征在于所述步骤3中所述获得业务信息具体为获得内容计费信息。

10.根据权利要求4所述的热备维护的方法，其特征在于所述步骤5之后所述对应的业务处理单板不可用时，所述路由器判断所述对应的业务处理单板对应的备份单板IP是否可用，是则将业务消息发送给所述对应的备份单板；否则在所述业务处理网段内寻找新的业务处理单板来进行业务消息的处理。

11.一种故障切换的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1’，路由器对业务处理单板和对应于业务处理单板的保存了与业务处理单板相同的会话数据的备份单板进行心跳检测；

步骤2’，当所述路由器检测到所述业务处理单板心跳中断，而所述备份单板心跳正常，则将用户业务请求数据自动切换到所述备份单板；

步骤3’，所述备份单板解析所述用户业务请求数据以进行处理，并向所述路由器返回响应消息。

12.根据权利要求11所述的故障切换的方法，其特征在于所述步骤1’具体为：路由器采用UDP消息对业务处理单板和对应于业务处理单板的备份单板进行心跳检测。

13.根据权利要求11所述的故障切换的方法，其特征在于所述步骤3’具体为：所述备份单板解析所述用户业务请求数据，获得计费信息，然后在内存中匹配会话数据以进行实时计费控制。

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