CN101394306A - 一种双服务器系统的无缝切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双服务器系统的无缝切换方法,适用于电力系统自动化SCADA系统中双网、双服务器全冗余架构。在双服务器切换过程中,由于网络状态检测的延时,造成信息漏报或重复报。本发明采用在备用服务器上建立一个报文缓冲区,缓存在切换过程中的报文,保证主备服务器切换过程中系统四遥信息不丢失;采用后台操作信息往主备服务器上都发送的双点发送方式,解决服务器切换过程中操作信息的丢失问题;设置值班时段标志,解决双网交叉故障时,双服务器均作为单机模式工作后的系统数据同步的问题。本发明解决了双服务器切换过程中上行、下行数据的重复报和丢失的问题。

Description

-种双服务器系统的无缝切换方法
技术领域
本发明涉及电力系统自动化的监控系统技术,提供了一种在SCADA系统中 双服务器无缝切换的方法。 背景技术
冃前220kV及以上电压等级的变电站SCADA系统大多采用双服务器的架构, 两台服务器的内容完全一致,互为备用。在变电站监控系统双网、双SCADA服 务器、数据全冗余的模式卜一,系统的两台服务器上都有一个历史数据库,保存 着相同的工程组态信息和历史数据。双服务器模式的系统架构如图1所示。在 双服务器都能正常工作的情况下,系统认为1#服务器为值班机,2井服务器为 备用机。在l弁服务器出现异常时,2#服务器自动升为值班机。
在进行双机切换时,需要检测与对侧服务器的通讯状态,这是通过双机之间 定期向对侧发送本机状态信息来实现的。如果本机在一定时间内没有收到对侧 发来的状态信息报文,则认为与对侧的通讯中断,此时认为对侧巳经不能正常 工作。当服务器能与对侧正常通讯时,两台服务器只能有一台处在值班状态。
在两台服务器都能正常工作时,其中一台作为值班机,另一台备用;当值 班机瘫痪时,备用机能自动升为值班机,保证监控系统的正常运转。
现有的双服务器系统在切换过程中,存在这样几个问题-
(1) 从值班机瘫痪到备用机检测到值班机瘫痪后自动升为值班机的过程, 由于需要检测网络状态,往往需要数秒甚至更长的时间,在这个值班/备用切换 过程中,往往会造成系统四遥信息丢失;
(2) 操作员工作站上的操作信息都需要发送到服务器匕并保存到历史数据 库中,当操作员工作站上的一次操作过程正好发生在服务器的值班/备用切换时 间中,也会造成操作记录信息丢失;
(3) 目前SCADA系统一般采用双网架构,在两台服务器各有一个网通讯异 常,互相检测不到对方,却又都能与操作员工作站正常通讯的情况下,系统进
入双主机状态,造成系统运转混乱和上、下行数据丢失或重复记录。
文献一《双网络通信系统的不间断切换方法》(申请专利号200510063113. 7) 披露了在网络故障时,实现网络切换而不间断网络通信的双通信网络的通信方 法。该方法将网络信息按照实时信息和非实时信息进行分类,网络信息中带有 时戳,轮询信息从当前运行网络进行,而主动上送信息从两个运行网络上送。 该方法的缺点是:(1)在网络切换时会出现报文重复报告的现象;(2)不能解 决双网交叉故障时的问题。 发明内容
木发明就是针对上述双机切换过程中存在的问题,提出了一种无缝切换方 法。本发明的技术方案如下:
双服务器系统的无缝切换方法,包括:
(1) 、在每台服务器上实时检测核心进程和网络的工作状况,并发送给对 侧服务器,由双机切换服务进程根据核心进程的状态和网络通讯状态以及本机 的服务器编号进行服务器状态判断和双机切换判断,所述服务器状态共分为三 种工作模式:值班机、备用机、单机模式,当网络通讯状态正常时, 一台服务 器工作在值班机模式下时,另台服务器一定工作在备用机模式下;
(2) 在备用机上建立一个报文缓冲区,缓存在切换过程中的报文,在备用 机升为值班机时,首先处理本机未升成值班机前的报文缓冲区里的信息,丢弃 最后收到对侧值班报文时刻前的信息,剩下的就是在双机切换时间里发生的信 息,保证在双机切换时间内不丢失报文;
(3) 操作员站上的操作信息采用往值班机和备用机上都发送的双点发送方 式,值班机收到操作员站的操作信息时直接处理,备用机收到后同样进行缓存, 实现在切换过程屮下行报文信息的不丢失;
(4) 在所述的双服务器架构中,允许双服务器均作为单机模式工作,这样 在双网交叉故障时系统仍能正常运行;
(5) 在系统故障恢复后,采用设置值班时辱标志的方法,作为网络恢复后 系统数据同步的依据,对于不同情况的故障恢复进行相应的数据同歩处理。
本发明采用在备用服务器上建立一个报文缓冲区,缓存在切换过程中的报
文,保证主备服务器切换过程中系统四遥信息不丢失;釆用后台操作信息往主 备服务器上都发送的双点发送方式,解决服务器切换过程中操作信息的丢失问 题;设置值班时段标志,解决双网交叉故障时,双服务器均作为单机模式工作 后的系统数据同步的问题。本发明解决了双服务器切换过程中上行、「行数据 的重复报和丢失的问题。 附图说明
图1是双服务器模式的系统架构图。 图2是本发明设计的双服务器切换状态转换图。 图3是双服务器各有一个网络中断时的典型示意图。 具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本发明提出了一种无缝切换方法。具体内容包括:
(1) 在备用机上建立一个报文缓冲区,缓存在切换过程中的报文,解决上 行信息的丢失问题;
(2) 操作员站上的操作信息由只往值班服务器上发送的单点发送方式改为 往值班/备用机上都发送的双点发送方式,解决切换过程中下行报文信息丢失的 问题;
(3) 当双网发生交叉故障时,允许双服务器均作为单机模式工作,在系统 故障恢复后再进行双机同步信息。采用设置值班时段标志的方法,作为网络恢 复后系统数据同步的依据,解决在双网交叉故障时的系统信息完整性问题。
该方法的实现原理是:
在双服务器都能正常丄作的情况下,系统认为l井服务器为值班机,2弁服 务器为备用机。在1#服务器出现异常时,2#服务器自动升为值班机。为了保 证单服务器时系统也能正常工作,本发明方法设置了一个单机工作模式。当一 台服务器与对侧服务器通讯中断,检测不到对侧服务器存在时,该服务器以单 机模式工作。在切换过程中,本发明方法还考虑到了系统本身的状态,如检测 到系统的核心进程不能正常工作,则禁止该服务器作为值班机工作。为了简化 系统状态的切换和管理过程,我们把既不处在值班状态也不处在单机运行状态
的服务器通称为备用状态,它包括系统初始化时的初始状态、系统核心进程异 常时的状态和2#服务器在进程和网络均正常时的热备用状态等。这样,服务器 的工作状态共分为三种工作模式:值班、备用、单机模式。在进行值班、备用 切换时也要考虑系统中核心进程的工作状态,如果检测到核心进程工作不正常, 则该服务器只能在备用状态,无法升为值班机,也不能以单机模式工作。服务
器工作状态切换如图2所示。图中,P表示本机进程状态,N表示与对侧服务器 通讯状态,V表示正常,X表示异常。
当台服务器工作在值班模式下时,另一台服务器一定工作在备用模式下。 两台服务器均接受前置系统发送来的信息和系统操作员站上的操作信息,都对 报文信息进行处理,并将处理结果送到画面、告警窗等界面程序进行显示,同 时相应更新系统的实时数据库。
两台服务器仅在记历史库时有所区别。值班机对需要记入历史库的信息直 接记入本机的历史数据库,同时发送到历史数据同步处理进程,由同歩进程写 入到备用机的历史数据库。同步进程在将信息写入到备用机的历史数据库后发 送报文给备用机。
备用机将需要记入历史数据库的信息先缓存起来,如果收到了值班机同歩 进程发送来的信息,表明该记录已由值班机的同歩进程写入到备用机的历史数 据库,就可以将缓冲区中的相应记录删除。
在备用机升为值班机的过程中,从备用机检测到值班机异常到备用机升为 值班机,这个过程往往需要数秒甚至更长的吋间,在这个过程中发生的信息, 备用机在升为值班机前也进行了与值班机相同的处理,并将需要记入历史库中 的信息放到了缓存区中。在备用机升为值班机后,再将缓冲区中的信息写入到 本机的历史库中,并发送到本机同歩进程,等待同歩到对侧的历史数据库中。 这样就保证了在双机切换过程中系统信息不丢失。
操作员工作站上的操作信息都需要发送到服务器上进行处理。对于需要保 存到历史数据库的,采用与上述类似的同步过程进行历史信息的同步。区别在
于上行的报文采用的是广播方式,两台服务器同时都能收到;而对于下行的操 作报文,采用的是点对点的发送方式,只送到服务器上。需要注意的是要采用
双点发送方式,两台服务器都要发送,这样就保证了在双机切换过程中系统操 作信息不丢失。
在双网系统架构中,在双服务器各有一个网通讯异常时,两台服务器互相 检测不到对方,却又都能与操作员工作站正常通讯, 一个典型的情况如图3所 示。
在这种情况下l弁服务器接受不到2弁服务器的网络状态报文,1#服务器 就认为2#服务器工作异常,l弁服务器的状态转到单机模式,作为服务器工作。 同理,2#服务器的状态也转到单机模式,作为服务器工作。
服务器工作在单机模式或值班模式下时,定期向系统中的操作员站发送服 务器状态报文,告诉操作员站当前是哪个服务器在值班。双服务器工作在一个 值班、 一个备用的情况卜,只有值班机发送服务器状态报文。在双服务器各有 一个网通讯异常时,两台服务器均工作在单机模式下,同时向操作员站发送服 务器状态报文,告诉工作站自己是值班机。这样3#机能收到1#机的报文,它 认为l弁机是服务器;4#机能收到2#机的报文,它认为2#机是服务器;而5 弁机能同时收到l井和2弁机的报文,这种情况下我们可以让5井机就认为1# 机是值班机,而将2#机的报文丢弃。
这时系统实际是两套相互独立的系统同时在运行,1#、 3#、 5井机构成一 套系统,2#、 4#机构成另一套系统。两套系统能接受到前置机上送的完全相 同的上行报文,所以对于四遥信息,两套系统看到的结果是完全一致的。但对 于下行的操作类信息,此时两套系统之间却无法通讯,造成不一致现象。所以 建议在这种模式下尽量只在一套系统上做操作。
在系统网络恢复正常后,两台服务器间仅需同步下行的操作记录即可,对 于上行的信息,由于两台服务器都作为单机已经分别记录到历史数据库中了, 无需再进行数据同步。
每台服务器器上设计一个后台进程host—switch,由该进程实现服务器状态 的检测、判断和切换工作。该进程里保存两个结构型全局变量, 一个结构里存 放的是本机的信息,包括:本机的服务器编号、本机核心进程状态,本机服务 器状态,本机值班起始时间,本机值班结束时间等。另一个结构中存放的是对
侧服务器的信息,包括:对侧服务器编号、对侧核心进程状态、对侧网络通讯 状态、对侧服务器状态,对侧值班起始时间、对侧值班结束时间等。
服务进程h0St一switch在主循环里需要处理的事务有:检测核心进程状态, 填写到本机信息结构变量中;发送本机信息给对侧;接受对侧发送来的对侧服 务器信息,更新到对侧服务器信息结构变量中;根据本机和对侧的信息,按照 图2中的状态转换算法重新计算本机的服务器状态;根据对侧机器开始值班的 时间,进行数据同步。主循环的循环周期可设为秒级。
系统的状态检测包括核心进程的状态检测和与对侧网络通讯的状态检测。 核心进程的检测是检测本机的主要核心进程的工作状况,如果某些重要的核心 进程工作异常,则禁止本机升为值班机,如果本机已经在值班机状态,也要降 为备用机,同时将本机核心进程异常的信息发送到对侧,让对侧升为值班机。
网络状态的检测是通过定时接受对侧的服务器信息报文实现的。考虑到网 络有时会发生报文阻塞、延时的情况,可设定连续几个周期都没有接收到对侧 的报文,则认为与对侧的网络通讯中断,此时可根据本机的状况将本机升为单 服务器工作状态。
在备机升为值班机时,首先处理本机未升成值班机前的报文缓冲区里的信 息。丢弃最后收到对侧值班报文时刻前的信息,剩下的就是在双机切换时间里 发生的信息了,这样就可以保证在双机切换时间内不丢失报文。但是在双机切 换时间内,有可能在短时间内,两台服务器都认为自己是值班机,这样就发生 的报文在两台服务器都处理了,造成信息的重复。对于重复信息的过滤是在双 机恢复后的数据同步过程中处理。
值班起始时间和值班结束时间是用于数据同步。在双服务器切换过程中, 在单机作为服务器工作的状态下,以及双网交叉故障时的两个单机服务器丄作
的状态下,所发生的信息在对侧恢复后,都需要同步到对侧数据库中去,这样 才能保持双机数据的一致性。在同步过程中,对丁V主备切换过程中发生的两台 都处理过的信息,只从对侧服务器上同步本机降为备机后的信息,这样就能保 证在双机切换过程中发生的信息在历史数据库中只有一份,从而避免了信息重 复记录的现象。对于两个服务器都作为单主机工作的状况,只需要同歩下行的
操作记录信息,对于上行的信息己不需要进行同步(

Claims (7)

1、一种双服务器系统的无缝切换方法,包括:(1)在每台服务器上实时检测核心进程和网络的工作状况,并发送给对侧服务器,由双机切换服务进程根据核心进程的状态和网络通讯状态以及本机的服务器编号进行服务器状态判断和双服务器切换判断,所述服务器状态共分为三种工作模式:值班机、备用机、单机模式,当网络通讯状态正常时,一台服务器工作在值班机模式下时,另一台服务器一定工作在备用机模式下;(2)在备用机上建立一个报文缓冲区,缓存在切换过程中的报文,在备用机升为值班机时,首先处理本机未升成值班机前的报文缓冲区里的信息,丢弃最后收到对侧值班报文时刻前的信息,剩下的就是在双机切换时间里发生的信息,保证在双机切换时间内不丢失报文;(3)操作员站上的操作信息采用往值班机和备用机上都发送的双点发送方式,值班机收到操作员站的操作信息时直接处理,备用机收到后同样进行缓存,实现在切换过程中下行报文信息的不丢失;(4)在所述的双服务器架构中,允许双服务器均作为单机模式工作,这样在双网交叉故障时系统仍能正常运行;(5)在系统故障恢复后,采用设置值班时段标志的方法,作为网络恢复后系统数据同步的依据,对于不同情况的故障恢复进行相应的数据同步处理。
2、 根据权利要求1所述的双服务器系统的无缝切换方法,其特征在于,值 班机和备用机两台服务器均接受前置系统发送来的信息和系统操作员站上的操 作信息,都对报文信息进行处理,并将处理结果送到画面、告警窗界面程序进 行显示,同时更新系统的实时数据库。
3、 根据权利要求1所述的双服务器系统的无缝切换方法,其特征在于,值 班机对需要记入历史库的信息直接记入本机的历史数据库,同时发送到历史数 据同歩处理进程,由同歩进程写入到备用机的历史数据库,同步进程在将信息 写入到备用机的历史数据库后发送报文给备用机;备用机将需要记入历史数据 库的信息先缓存起来,当收到了值班机同步进程发送来的信息,表明该记录已 由值班机的同步进程写入到备用机的历史数据库,将缓冲区中的相应记录删除。
4、 根据权利要求1所述的双服务器系统的无缝切换方法,对于上行的所述 报文采用的是广播方式,两台服务器同时都能收到;而对于下行的操作报文,釆用的是点对点的发送方式,只送到服务器上。
5、 根据权利要求4所述的双服务器系统的无缝切换方法,其特征在于,下 行的操作记录信息同时往双服务器上发送,用于保证双机切换过程中发生的操 作信息不丢失。
6、 根据权利要求1所述的双服务器系统的无缝切换方法,其特征在于,在 系统网络发生交叉故障时,两台服务器均运行在单机模式,维持系统正常运转。
7、 根据权利要求1所述的双服务器系统的无缝切换方法,其特征在于,在 系统故障恢复时,采用设置时间值班时段标志的方法,保证系统数据的完整性 和数据不重复,在同步过程中,对于值班机和备用机切换过程中发生的两台都 处理过的信息,只从对侧服务器上同歩本机降为备机后的信息,对于两个服务 器都作为单主机工作的状况,只同步下行的操作记录信息。
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