CN101656899A - 通信设备中的多重保护系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种通信设备中的多重保护系统，包括：多个工作单元；至少一个保护单元；以及单元控制器，控制从故障工作单元至保护单元的单元切换，其中所述多个工作单元中的每一个以及所述保护单元包括：多个工作电路模块；至少一个保护电路模块；以及模块控制器，控制从故障工作电路模块至保护电路模块的模块切换，其中，当不能由所述模块切换进行模块保护时，执行所述单元切换。

Description

通信设备中的多重保护系统和控制方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求2008年8月20日提交的日本专利申请No.2008-211266的权益，其披露内容被全部合并于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种具有冗余系统的通信设备，并且具体地涉及一种用于使通信线路具有较高可靠性的保护系统。

背景技术

目前，当因特网已经变成社会基础设施时，宽带接入线路的高可靠性是一个重要的问题。冗余是作为实现较高可靠性的众所周知的有效方法。

尽管如此，设备和传输线路的冗余伴随着使得设备体积、功耗、以及价格加倍的问题，因此，从全球环境保护的角度来看，冗余的使用具有它自身的内在限制。在这些方面，以1∶N保护方案为代表的共享保护方案可以称得上是用于实现较高可靠性的更优选的方法。

例如，作为用于增加无源光网络(PON)系统的可靠性的方法，提出了一种共享保护系统，它被设计为具有PON接口段的M∶N冗余(M个保护段和N个工作段)(例如，参见日本专利申请未审公开No.2008-054278)。关于1∶N和2∶N冗余的可靠性，已经进行过数学分析(例如，参见Ozaki，H.，and Kara，A.，“Computing the Availability andMTTF of Shared Protection Systems，”IEEE CIT 2007，October 2007)。

如图1所示，假定将通信设备设计为具有M∶N组件冗余，其中，针对N个工作单元(#1-#N)提供M个保护单元(#1-#M)。该M个保护单元和N个工作单元配备了相同的电路模块。一般使用工作单元。当在任意一个工作单元中发生故障时，设备内公共单元将运行单元从该检测到故障的工作单元切换至可用的一个保护单元，从而连续地执行信号处理。例如，在M＝1的情况下，提供1∶N保护系统。在M＝2的情况下，提供2∶N保护系统。

一般地，M∶N组件冗余具有下述优点：可以根据在可靠性和成本和/或功率消耗之间的折中来配置系统(即，可以针对M和N选择恰当的值)。

尽管如此，M∶N组件冗余具有下列问题。如果为了增加可靠性为M选择了较大的值，则设备的配置(特别是切换段)及其控制方法变得复杂，并且丢失了M∶N组件冗余的原始优点(低成本和低功耗)。尽管2∶N组件冗余可以实现比1∶N组件冗余更高的可靠性，需要为保护单元确保两个插槽，并且需要在通信设备中提供两个切换系统。相应地，在M∶N组件冗余的情况下，该配置是大规模的和复杂的，并且增加了功率消耗。特别地，当在每一个工作和保护单元中的公共模块规模较大并且功耗高时，这些问题更加显著。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种多重保护系统和控制方法，该多重保护系统和控制方法可以解决上述问题，并且可以实现高可靠性同时保持了简单小型的设备配置并且还保持了简单的控制方法。

根据本发明，一种通信设备中的多重保护系统，包括：多个工作单元；至少一个保护单元；以及单元控制器，控制从故障工作单元至保护单元的单元切换，其中所述多个工作单元中的每一个以及所述保护单元包括：多个工作电路模块；至少一个保护电路模块；以及模块控制器，控制从故障工作电路模块至保护电路模块的模块切换，其中，当不能由所述模块切换进行模块保护时，执行所述单元切换。

根据本发明，一种通信设备中的多重保护方法，所述通信设备包括多个工作单元和至少一个保护单元，其中所述多个工作单元中的每一个以及所述保护单元包括多个工作电路模块和至少一个保护电路模块，所述方法包括：当检测到模块故障时，执行从故障工作电路模块至保护电路模块的模块切换，以进行工作单元内的模块保护；当所述模块切换无法进行所述工作单元内的所述模块保护时，执行从故障工作单元至保护单元的单元切换，以进行单元保护。

根据本发明，使用上述配置和操作，可以获得下述效果：能够实现高可靠性，同时保持了简单小型的设备配置并且还保持着简单的控制方法。

附图说明

图1是示出了M∶N共享保护设备的一般配置的图。

图2是示出了根据本发明的第一示例实施例的通信设备的多重保护系统的配置的框图。

图3是示出了如图2所示的多重保护系统中的工作/保护单元的详细配置的框图。

图4是示出了根据本发明的第一示例实施例的多重保护系统的操作概要的流程图。

图5至10是示出了根据本发明的第一示例实施例的如何逐步执行切换控制的图。

图11是示出了根据本发明的第二示例实施例的通信设备的多重保护系统的配置的框图。

具体实施方式

接下来，将参考附图来描述本发明的示例实施例。首先，将给出对根据本发明的通信设备的多重保护系统的总体概要的描述。多重保护系统的特征在于：每一个设备单元中的电路模块的冗余嵌套在设备单元的冗余中，从而可以用简单的设备配置和不复杂的控制方法来实现高度可靠的网络节点设备。

1、系统配置

下文中为了简化，以在每一个工作单元中采用2比n(2∶n)保护方案并且在通信设备中采用1比N(1∶n)保护方案为例，详细描述多重保护系统。还可以将本发明应用于每一个工作单元中m∶n保护方案，其中m＝＜n，m是等于或者大于1的整数，并且n是大于1的整数，以及如图1所示的M∶N保护系统，其中M＝＜N，M是等于或者大于1的整数，并且N是大于1的整数。

参见图2，根据本发明的第一示例实施例的通信设备具有如下配置：将工作单元WU1-1至WU1-N以及保护单元2连接至设备内公共单元3。每一个工作单元WU1-1至WU1-N输入n个外部输入信号(IN₁₁-IN_1n、IN₂₁-IN_2n、…IN_N1-IN_Nn)并且向设备内公共单元3输出它的输出信号。将每一个工作单元(WU1-1、WU1-2、…、WU1-N)的第i个外部输入信号通过选择性开关选择性地连接至第i个保护线路4-i(i＝1，2，…n)，该第i个保护线路4-i与保护单元2相连。每一个工作单元WU1-1至WU1-N具有与保护单元2相同的内部电路。为了简化以下描述，下文中，将工作单元WU1-1至WU1-N中的任意一个用WU1-J(J＝1，2，…N)来表示。

工作单元WU1-J配备了输入接口(IFs)11-J-1至11-J-n，分别向这些输入接口输入它的n个外部输入信号。通常，将输入接口(IFs)11-J-1至11-J-n的输出信号分别连接至工作电路模块12-J-1至12-J-n，并且当在工作电路模块中发生故障的情况下，将它们通过选择性开关选择性地连接至保护电路模块13-J-1和13-J-2。保护电路模块13-J-1和13-J-2是与工作电路模块12-J-1至12-J-n相同的内部电路。在由这些电路模块(12-J-1至12-J-n，13-J-1和13-J-2)进行的信号处理之后，由具有模块切换控制功能的公共模块14-J来处理这些电路模块的输出信号。将公共模块14-J的输出信号输出至具有单元切换控制功能的设备内公共单元3。

如前所述，保护单元2具有与工作单元WU1-J相同的电路。更具体地，保护单元2配备了输入接口(IFs)21-1至21-n，它们分别与保护线路4-1至4-n相连。通常，将输入接口21-1至21-n的输出信号与工作电路模块22-1至22-n分别相连，并且当在工作电路模块中发生故障的情况下，将它们通过选择性开关与保护电路模块23-1和23-2选择性地相连。保护电路模块23-1和23-2是与工作电路模块22-1至22-n相同的内部电路。在由这些电路模块(22-1至22-n，23-1和23-2)进行的信号处理之后，由具有模块切换控制功能的公共模块24来处理这些电路模块的输出信号。将公共模块24的输出信号输出至设备内公共单元3。

设备内公共单元3具有在发生单元故障的情况下在任意一个工作单元1-1至1-N和保护单元2之间切换的单元切换控制功能。

2、设备单元

下面，将描述每一个工作单元WU1-1至WU1-N和保护单元2的详细的内部电路。

参见图3，工作单元WU1-J配备了输入接口11-J-1至11-J-n，通过选择性开关SW-J-1至SW-J-n分别向输入接口11-J-1至11-J-n输入它的n个外部输入信号IN_J1-IN_Jn。输入接口11-J-1的输出信号可以通过选择性开关SW1-J-1和SW2-J-1与工作电路模块12-J-1或者保护模块13-J-1和13-J-2中的可用的一个选择性地相连。在由工作电路模块12-J-1或者所选择的保护模块进行信号处理之后，由公共模块14-J来处理工作电路模块12-J-1或者所选择的保护模块的输出信号。

类似地，其它输入接口11-J-2至11-J-n的相应的输出信号可以通过选择性开关SW1-J-2至SW1-J-n和SW2-J-2至SW2-J-n与相应的工作电路模块12-J-2至12-J-n或者保护模块13-J-1和13-J-2中可用的一个保护模块选择性地相连。工作电路模块12-J-2至12-J-n(可以包括替代故障工作电路模块的所选择的保护模块)的相应输出信号由公共模块14-J来处理。

公共单元14-J功能性地包括模块故障检测器14-J1和模块切换控制器14-J2。模块故障检测器14-J1监控工作电路模块12-J-1至12-J-n，并且当检测到工作电路模块中的故障时，通知模块切换控制器14-J2在工作电路模块中发生故障，然后模块切换控制器14-J2激活相应的用于保护的选择性开关。

例如，当已经被通知工作电路模块12-J-1中发生故障时，模块切换控制器14-J2检查保护模块13-J-1和13-J-2中哪一个可用，并且对该可用的保护模块上电。然后该模块切换控制器14-J2将选择性开关SW1-J-1和SW2-J-1中的相应一个从正常位置切换至保护位置，从而将输入接口11-J-1的输出信号的连接改变至可用的保护模块13-J-1或者13-J-2。同时，模块切换控制器14-J2可以将故障工作电路模块断电。

保护单元2的内部电路与工作电路单元WU1-J的内部电路是相同的。在本例中，输入接口21-1至21-n与输入接口11-J-1至11-J-n分别对应，工作电路模块22-1至22-n与工作电路模块12-J-1至12-J-n分别对应，保护电路模块23-1和23-2与保护电路模块13-J-1和13-J-2分别对应，并且公共模块24与公共模块14-J对应。

这样，可以恢复工作电路单元WU1-1至WU1-n中的每一个和保护单元2中的最多两个模块故障。尽管如此，如果在单个工作电路单元中发生其他故障，则公共模块14-J通知设备内公共单元3发生单元故障。设备内公共单元3功能性地包括单元切换控制器30。当已经被通知工作单元发生故障时，单元切换控制器30激活选择性开关，以将单元操作从故障工作电路单元切换至保护电路单元2。例如，假定工作电路单元WU1-J陷入单元故障，设备内公共单元3将选择性开关SW-J-1至SW-J-n从正常位置切换至保护位置，使得n个外部输入信号IN_J1-IN_Jn通过保护线路4-1至4-n直接传输至保护单元2。设备内公共单元3可以将故障工作电路单元WU1-J断电。这样，保护单元2取代故障工作电路单元运行。

如上所述，采用了每一个电路单元中电路模块的冗余和电路单元的冗余的组合，从而导致高可靠性、简单配置以及不复杂的控制。

3、多重保护控制

由每一个工作单元WU1-J的公共模块14-J和设备内公共单元3的组合来执行多重保护控制。

如图3所示，一般地将选择性开关SW1-J-2至SW1-J-n以及SW2-J-2至SW2-J-n设置在正常位置，以将n个外部输入信号IN_J1-IN_Jn分别传输至工作电路模块12-J-1至12-J-n。相应的工作电路模块12-J-1至12-J-n执行n个外部输入信号IN_J1-IN_Jn的信号处理，并且向公共模块14-J输出处理过的信号。

参见图4，公共模块14-J的模块故障检测器14-J1监控工作电路模块12-J-1至12-J-n的输出信号，以检查电路模块故障是否发生(步骤S101)。

当在工作电路模块12-J-1至12-J-n中的任意一个(第i个)中检测到故障时(步骤S101：是)，公共模块14-J的模块切换控制器14-J2检查保护模块13-J-1和13-J-2中是否至少有一个可用(步骤S102)。当保护模块可用时(步骤S102：是)，模块切换控制器14-J2激活选择性开关SW1-J-i和SW2-J-i中的相应一个，以将故障工作电路模块12-J-i断开并且将相应的外部输入信号IN_Ji连接至可用的保护模块，使得由保护电路模块13-J-1和13-J-2中可用的一个取代故障工作电路模块12-J-i来执行对相应外部输入信号IN_Ji的信号处理(步骤S103)。

尽管如此，仅当至少一个保护电路模块正常运行并且没有被使用时才允许该保护模块处理(步骤S102和步骤S103)。当所有保护电路模块发生故障或者被使用时(步骤S102：否)，公共模块14-J通知设备内公共单元3单元故障。

当从工作电路模块WU1-J的公共模块14-J接收到单元故障时，设备内公共单元3的单元切换控制器30检查保护单元2是否可用(步骤S104)。当该保护单元2可用时(步骤S104：是)，单元切换控制器30激活选择性开关SW-J-1至SW-J-n，以执行向保护单元2的切换(单元切换)(步骤S105)。

尽管如此，同样地，仅当保护单元2正常运行并且没有被使用时才允许该保护单元处理(步骤S104和S105)。如前所述，保护单元2还具有保护电路模块23-1和23-2。因此，如果在工作电路模块22-1至22-n中发生故障，则在保护单元2中执行切换，从而可以连续地执行信号处理。实际上，在单元切换(步骤S105)之后，修复故障工作单元或者用新的工作单元将其替换，然后将单元操作从保护单元2切换至已修复的或者新的工作单元，使得正常地继续进行信号处理。

如上所述，根据本示例实施例，执行两个步骤的多重保护切换。具体地，当单元内的电路模块发生故障时，首先在该单元内执行模块切换，从而保护信号处理。然后，仅当在该单元内的这种保护不可行时，才执行向保护单元2的单元切换。换言之，模块保护具有高于单元保护的优先级。

可以通过在每一个工作和保护电路模块中的程序控制处理器上运行的程序来实现上述模块保护。可以通过在每一个工作和保护单元中的程序控制处理器上运行的程序来实现上述单元保护。

4、示例

下面，通过参考图5至10，给出作为示例的分步骤执行的切换控制，同时主要关注输入至工作单元WU1-1的第一端口的外部输入信号IN₁₁。

图5示出了没有故障发生的情况。在本例中，由工作电路模块12-1-1来执行信号处理。

如图6所示，当工作电路模块12-1-1发生故障时，在工作单元WU1-1内执行模块切换，使得由第一保护电路模块13-1-1来执行信号处理。如图7所示，如果第一保护电路模块13-1-1正在被使用或者发生故障，则使用第二保护电路模块13-1-2。

如图8所示，当两个保护电路模块13-1-1和13-1-2都正在被使用或者发生故障时，执行向保护单元2的单元切换，使得由保护单元2中的工作电路模块22-1来执行信号处理。

当保护单元2中的工作电路模块22-1发生故障时，使用保护单元2中的第一保护电路模块23-1，或者如果第一保护电路模块23-1正在被使用或者发生故障时，使用保护单元2中的第二保护电路模块23-2。这在图9和10中示出。

为了减少功耗，在进行配置使得不向保护电路模块中未使用的保护电路模块和保护组件供电的情况下，必须向保护电路模块或者保护单元供电以在切换之前进行正常性检查。

单元内关闭的电路模块的冗余是非可修复的系统冗余。即，即使当由于故障的发生在单元内执行切换时，也不需要立刻执行替换或者修复。当单元内的冗余无法应对故障时，执行单元切换，并且进行单元的替换或者修复。

5、优点

这样一来，根据本示例实施例的针对电路模块和设备单元的多重冗余方案可以解决前述问题，并且实现高可靠性同时保持简单小型的设备配置并且还保持不复杂的控制。

如上所述，在根据本示例实施例的针对电路模块和设备单元的多重冗余方案中，在通信设备的每一个设备单元中采用非可修复的模块冗余，非可修复的模块冗余被嵌入至可修复的单元冗余中(保护单元2)。从而，可以得到如下效果：在保持高可靠性的同时，能够减少占用整个设备一部分的保护单元2的体积，并且减少设备的大小和功耗。

特别地，当保护单元2中的公共模块24具有大尺寸并且功耗高时该效果特别显著。此外，根据本示例实施例，可以通过将保护单元2的减少的体积分配给工作单元来制造较高密度的设备。更具体地，在保护单元可用的插槽位置上实现工作插槽，从而可以实现较高的密度。

另外，本示例实施例还具有如下效果：可以通过进行配置使得不向未使用的保护电路模块和保护组件供电，来实现整个系统的较低的功耗。

6、另一个示例实施例

图11是示出了根据本发明的第二示例实施例的通信设备的配置的示例的框图。类似于图11所示的根据本发明的第二示例实施例的该配置，还可以进行配置使得将保护电路模块13-J-1和13-J-2作为选项来提供，并且通过使用选择器16-J-1和16-J-2允许它们作为工作电路模块来工作，使得所有电路模块被用作工作电路模块。

更具体地，由公共模块14-J控制的选择器16-J-1和16-J-2中的每一个从针对故障工作电路模块的所传输的外部输入信号和从接口15-J-1和15-J-2中相应一个接收到的原始外部输入信号中选择一个。相应地，当选择器选择原始外部输入信号时，相应保护电路模块作为工作电路模块工作。对于保护单元2是一样的，使得将保护电路模块23-1和23-2作为选项提供，并且通过使用选择器26-1和26-2允许它们作为工作电路模块工作，使得所有电路模块被用作工作电路模块。因此，将提供针对工作单元的描述。

如上所述，根据本示例实施例，令保护电路模块13-1和13-2的使用是可选的。从而，可以获得如下效果：可以根据要求的将要容纳的线路数量和可靠性来进行灵活的设备配置。由于根据单元内的闭合控制来执行电路模块之间的模块切换，还可以获得如下效果：可以仅通过修正单元而不需要改变通信设备来应用本发明。

可以用在每一个电路模块和每一个单元的程序控制处理器上运行的程序来实现该第二示例实施例。

根据本发明，为了减少功耗，还可以进行配置，使得不向未使用的保护电路模块和保护单元供电。

此外，还可以进行配置，使得以共存的方式提供应用根据本发明的电路模块冗余的单元和不应用这种冗余的单元，并且执行该组件切换。

还可以在单个集成电路中或者跨多个耦合的集成电路实现电路模块的冗余。尽管上述示例中所示的是配备了每个单元两个保护电路模块以及一个保护单元的配置，还可以采用具有任意数量的保护模块和任意数量的保护单元的配置。

可以在不背离本发明的精神或者实质特征的前提下以其他特定形式来实现本发明。因此，从各方面来看，都应认为上述示例实施例和示例是说明性的而非限制性的，本发明的范围是由所附权利要求而不是前面的描述来指示的，因此属于权利要求的等价物的意义和范围内的所有改变都意在涵盖于其中。

Claims (9)

1、一种通信设备中的多重保护系统，包括：

多个工作单元；

至少一个保护单元；以及

单元控制器，控制从故障工作单元至保护单元的单元切换，

其中所述多个工作单元和所述保护单元中的每一个包括：

多个工作电路模块；

至少一个保护电路模块；以及

模块控制器，控制从故障工作电路模块至保护电路模块的模块切换，

其中，当不能由所述模块切换进行模块保护时，执行所述单元切换。

2、根据权利要求1所述的多重保护系统，其中所述模块控制器将不使用的工作电路模块或者保护电路模块断电，并且所述单元控制器将不使用的工作单元或者保护单元断电。

3、根据权利要求2所述的多重保护系统，其中，当使用未使用的工作电路模块或者未使用的保护电路模块时，所述模块控制器对所述未使用的工作电路模块或者所述未使用的保护电路模块上电，以在模块切换之前进行正常性检查，

其中，当使用未使用的工作单元或者未使用的保护单元时，所述单元控制器对所述未使用的工作单元或者所述未使用的保护单元上电，以在单元切换之前进行正常性检查。

4、根据权利要求1至3中任意一项所述的多重保护系统，其中所述多个工作单元中的每一个以及所述保护单元还包括：

针对每一个保护电路模块提供的选择器，其中所述选择器从针对所述故障工作电路模块的第一外部输入信号和原本提供给相应保护电路模块的第二外部输入信号中选择一个外部输入信号，以向所述相应保护电路模块输出所选择的输入信号。

5、一种包括根据权利要求1所述的多重保护系统在内的通信设备。

6、一种通信设备中的多重保护方法，所述通信设备包括多个工作单元和至少一个保护单元，其中所述多个工作单元中的每一个以及所述保护单元包括多个工作电路模块和至少一个保护电路模块，所述多重保护方法的特征在于：

当检测到模块故障时，执行从故障工作电路模块至保护电路模块的模块切换，以进行工作单元内的模块保护；

当所述模块切换无法进行所述工作单元内的所述模块保护时，执行从故障工作单元至保护单元的单元切换，以进行单元保护。

7、根据权利要求6所述的多重保护方法，其中将没有使用的工作电路模块或者保护电路模块断电，并且将没有使用的工作单元或者保护单元断电。

8、根据权利要求7所述的多重保护方法，其中，当使用未使用的工作电路模块或者未使用的保护电路模块时，将所述未使用的工作电路模块或者所述未使用的保护电路模块上电，以在模块切换之前进行正常性检查，当使用未使用的工作单元或者未使用的保护单元时，将所述未使用的工作单元或者所述未使用的保护单元上电，以在单元切换之前进行正常性检查。

9、根据权利要求6至8中任意一项所述的多重保护方法，还包括：

在所述多个工作单元中的每一个以及所述保护单元处，

从针对所述故障工作电路模块的第一外部输入信号和原本提供给相应保护电路模块的第二外部输入信号中选择一个外部输入信号，以向所述相应保护电路模块输出所选择的输入信号。

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