CN102255760A - 一种业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法。实时故障检测、业务卡之间实时通信、快速中断响应、快速保护倒换。当业务卡端口发生故障时，板卡的逻辑处理单元产生中断信号，送给CPU进行处理，保证快速故障检测；当业务卡发生板卡故障时，对端板卡针对故障板卡产生中断信号，送给CPU处理，保证极短时间内得到响应。业务卡之间通过硬件逻辑连接与寄存器的运用，实现业务卡是的快速通信。业务卡的故障信号直接送到逻辑处理单元，一旦满足倒换条件，逻辑处理单元直接产生中断信号送给CPU，同时业务卡实时维护着每个端口的工作状态，一旦收到中断信号，业务卡就会判断中断信号的来源，做出实时响应。

Description

一种业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法

技术领域

本发明涉及网络通信领域，更具体地说，涉及一种业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法。

背景技术

现有的倒换保护方法对于线路侧采用SDH(同步数字传输技术)或者SONET(同步光网络技术)光接口的设备，大多采用一块业务卡内部两个端口之间的保护倒换，但这种方法存在一定的缺陷。

也有采用板卡之间倒换的技术，但是达不到快速倒换的效果。电信级产品要求具备良好的保护倒换功能，并且要求保护倒换在50毫秒之内完成，包括故障检测、业务快速切换到正常设备，屏蔽故障线路等功能。现有的采用板卡之间倒换的技术如何实现50ms之内的快速倒换，存在许多技术难题。

对于板卡内部端口之间的保护倒换，存在如下缺陷：

1、只能保护端口上的缺陷，比如光模块故障，或者该端口和其它用户设备对接的光纤失连；

2.、一旦出现单板故障或者单板拔除的情况，几个端口的业务同时丢失，无法进行保护。

3、对于业务卡之间的保护倒换，难以实现50毫秒之内的进行快速保护倒换要求。

发明内容

本发明的目的是解决以上提出的问题，提供一种实时故障检测、实时板间通信、业务卡之间快速保护倒换的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法。

本发明的技术方案是这样的：

一种业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，互为备份的业务卡的端口间对应组成保护组，倒换过程如下：

(1)实时检测各端口的运行状态，若一个业务卡的端口发生故障，则在所述的业务卡上产生中断，并将故障标志信息送至所述业务卡寄存器；

(2)另一业务卡接收到步骤(1)所述的故障信号，上报中断事件，中断处理程序抛出信号量等待主程序进行处理；

(3)步骤(2)所述的业务卡检测与步骤(1)所述的故障端口对应组成保护组的端口，如果所述的端口工作正常，则通知业务模块将业务切换到所述的端口，并将“关闭步骤(1)所述的故障端口的业务的信息标志”送至所述业务卡的寄存器；

(4)故障端口所在的业务卡收到步骤(3)所述的“关闭故障端口的业务的信息的标志”后，上报中断事件，中断处理程序抛出信息量；

(5)故障端口所在的业务卡通知业务模块将故障端口的业务关闭。

作为优选，所述的故障定义了优先级，当本地故障业务卡检测到对端业务卡的故障优先级高于本地故障业务卡的故障优先级，则不进行倒换。

作为优选，若当本地故障业务卡的故障优先级是最高级时，则不再和对端业务卡进行交互，直接将端口的业务全部切换至对端业务卡。

作为优选，所述的故障包括端口信号降级(SD，Signal Degrade)或失效(SF，Signal Failure)、端口线路故障、对端互联的用户设备端口故障、业务卡故障、业务卡拔除；针对端口信号降级或失效、端口线路故障、对端互联的用户设备端口故障，业务卡产生倒换信号，针对业务卡故障、业务卡拔除，业务卡产生失效信号。

作为优选，业务卡故障、业务卡拔除属于板卡级故障，包括硬件故障、软件故障。

作为优选，所述的故障定义了优先级，优先级从高到低依次为：板卡级故障、信号失效(SF，Signal Failure)、信号降级(SD，Signal Degrade)。

作为优选，所述的业务卡间通过逻辑处理单元，直接将业务卡所产生的信号发送至对端业务卡。

作为优选，所述的业务卡间是通过硬件直接互联，一端设备的故障填充至预先设计好的寄存器中，另一端设备可以直接获取。

作为优选，所述的倒换信号、失效信号直接送到逻辑处理单元，一旦满足倒换条件，逻辑处理单元直接产生中断信号送给处理器，填充相应的字节给对端用户设备。

作为优选，本地业务卡维护着本地业务卡与对端业务卡上每个端口的工作状态，一旦收到中断信号，判断中断信号的来源，做出实时响应。

本发明的有益效果如下：

实时故障检测、业务卡之间实时通信、快速中断响应、快速保护倒换。当业务卡端口发生故障时，板卡的逻辑处理单元产生中断信号，送给CPU进行处理，保证快速故障检测；当业务卡发生板卡故障时，对端板卡针对故障板卡产生中断信号，送给CPU处理，保证极短时间内得到响应。业务卡之间通过硬件逻辑连接与寄存器的运用，实现业务卡是的快速通信。业务卡的故障信号直接送到逻辑处理单元，一旦满足倒换条件，逻辑处理单元直接产生中断信号送给CPU，同时业务卡实时维护着每个端口的工作状态，一旦收到中断信号，业务卡就会判断中断信号的来源，做出实时响应。

附图说明

图1是本发明的业务卡之间快速倒换的实现机制的示意图；

图2是本发明一个实施例的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行进一步详细说明：

一种业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，互为备份的业务卡的端口间对应组成保护组，倒换过程如下：

(1)实时检测各端口的运行状态，若一个业务卡的端口发生故障，则在所述的业务卡上产生中断，并将故障标志信息送至所述业务卡寄存器；

(2)另一业务卡接收到步骤(1)所述的故障信号，上报中断事件，中断处理程序抛出信号量等待主程序进行处理；

(3)步骤(2)所述的业务卡检测与步骤(1)所述的故障端口对应组成保护组的端口，如果所述的端口工作正常，则通知业务模块将业务切换到所述的端口，并将“关闭步骤(1)所述的故障端口的业务的信息标志”送至所述业务卡的寄存器；

(4)故障端口所在的业务卡收到步骤(3)所述的“关闭故障端口的业务的信息的标志”后，上报中断事件，中断处理程序抛出信息量；

(5)故障端口所在的业务卡通知业务模块将故障端口的业务关闭。

所述的故障定义了优先级，当本地故障业务卡检测到对端业务卡的故障优先级高于本地故障业务卡的故障优先级，则不进行倒换。

若当本地故障业务卡的故障优先级是最高级时，则不再和对端业务卡进行交互，直接将端口的业务全部切换至对端业务卡。

所述的故障包括所述的故障包括端口信号降级(SD，Signal Degrade)或失效(SF，Signal Failure)、端口线路故障、对端互联的用户设备端口故障、业务卡故障、业务卡拔除；针对端口线路故障、对端互联的用户设备端口故障，业务卡产生倒换信号，针对业务卡故障、业务卡拔除，业务卡产生失效信号。

业务卡故障、业务卡拔除属于板卡级故障，包括硬件故障、软件故障。

所述的故障定义了优先级，优先级从高到低依次为：板卡级故障、信号失效(SF，Signal Failure)、信号降级(SD，Signal Degrade)。

所述的业务卡间通过逻辑处理单元，直接将业务卡所产生的信号发送至对端业务卡。

所述的业务卡间是通过硬件直接互联，一端设备的故障填充至预告设计好的寄存器中，另一端设备可以直接获取。

所述的倒换信号、失效信号直接送到逻辑处理单元，一旦满足倒换条件，逻辑处理单元直接产生中断信号送给处理器，填充相应的字节给对端用户设备。

本地业务卡维护着本地业务卡与对端业务卡上每个端口的工作状态，一旦收到中断信号，判断中断信号的来源，做出实时响应。

本实施例中，有两块业务卡——业务卡A、业务卡B。上述的端口在本发明中，可以指光接口。

一、业务卡上需要处理的故障如下：

A、光接口线路故障；

B、对端互联的用户设备光接口故障(通过协议规定的字节送给业务卡A或B)；

C、业务卡故障；

D、业务卡拔除。

光接口线路故障和对端互联的用户设备光接口故障主要涉及I-TUT G.841规范定义的SF(Signal Failure，信号失效)，SD(Signal Degrade，信号降级)的处理。

本地板卡通过光接口芯片可以快速检测到SF，SD的产生或清除信号。如果和本地设备互联的用户设备有故障，会通过I-TUT G.841定义的MSOH(复用段开销)中的K1/K2字节送给本地板卡进行处理。

无论是本地端口的SF，SD信号，还是从用户设备收到K1/K2字节指示有异常需要处理，板卡的逻辑处理单元都会产生中断信号，送给CPU进行处理。从而保证快速故障检测。

业务卡故障和业务卡拔除故障针对的是板卡级的故障，包含硬件故障和软件故障的处理。一旦出现板卡硬件故障，板卡内的FPGA(Field Programmable GateArray，可编程逻辑阵列)逻辑就会将“本端失效”信号置位。该信号通过硬件方式送给互为保护的对端板卡，对端板卡相对应的会得到“远端失效”信号。“远端失效”信号通过中断方式送给CPU处理，可以保证在极短时间内得到响应。

如果处理板卡严重的软件故障，依赖软件的看门狗机制，统一会将“本端失效”信号置位。其它处理同板卡硬件故障。

二、业务卡之间快速通信技术

互为保护的业务卡之间，通过逻辑处理单元，将“本端倒换信号”(光接口线路故障和对端互联的用户设备光接口故障)及“本端失效信号”(业务卡故障和业务卡拔除故障)直接送给对端板卡。

因为互为保护的两块板卡，需要通信的信号，是通过硬件逻辑由系统背板直接互联的。因此，一端设备的故障填充到预先设计好的寄存器中，在另一端设备上可以直接获得。

对于任何一块板卡，检测到SF、SD信号或者产生故障时，只要填充“本端倒换”或“本端失效”相应的寄存器即可；对端板卡一旦有“对端倒换”或“远端失效”寄存器置位，会立即产生中断。板卡软件可以在中断例行程序中快速处理。

板卡之间的快速通信技术，是业务卡板间保护倒换尤为关键的技术。正是通过该技术，解决了普通APS保护倒换只能在单板内部端口之间进行保护的缺陷。举例来说，板卡A的四个光接口，可以依次和板卡B的四个光接口组成四个保护组。一旦板卡A的某个光接口故障，就会将业务倒换到板卡B的同一个保护组内的光接口上。而一旦板卡A故障，就可以将四个光接口的业务全部倒换到板卡B上。这样，将业务可能中断的风险分担到2块物理板卡上面，从而大大提高了设备的可靠性。

三、保护倒换快速响应技术

业务卡B将业务卡A的倒换信号和失效信号直接送到逻辑处理单元，一旦满足倒换条件，逻辑处理单元直接产生中断信号送给处理器。同时根据协议规定，填充相应的字节给对端用户设备。

两块互为保护的业务卡，都运行着一套APS保护倒换控制软件。控制软件维护着业务卡上每个光接口的工作状态，包括当前所工作的端口，本端口当前的状态，对端端口的当前状态。一旦收到中断信号，单板就会判断中断信号的来源，做出实时响应。

本实施例的业务卡之间快速倒换的实现机制如图1所示，从故障检测，到板卡之间的通信，到保护倒换的响应，依赖于FPGA逻辑处理单元，可以做到实时检测，实时响应。

APS保护倒换控制软件实时维护着板卡上各个端口的运行状态。控制软件综合收到的SF，SD事件，板卡失效事件，以及从用户设备收到的K1/K2字节信息，综合判断是否需要进行倒换操作。比如本地板卡的某个端口收到SD事件时，对端板卡已经处于SF状态。因为SF是比SD更严重的失效事件，就没必要倒换到对端板卡上去。

APS保护倒换控制软件采用实时处理机制，采用等待信号量方式等待中断事件的处理。而中断例行程序中一旦收到中断事件，就会释放信号量，从而使得APS保护倒换控制软件即刻开始处理。

通过上述技术，保证了故障检测，和板卡之间的通信只需要花费极小的时间(小于10ms)，APS控制软件在判断需要做端口业务切换时(比如关闭某个业务端口)，需要通知对端板卡做相应的动作(比如打开相对应的业务端口)，因此在两块业务卡之间需要做一次信息交互，总的处理时间小于20ms。总体上分析，整个APS倒换过程可以在30ms以内完成。

对于本发明，申请人通过千次的仿真各种异常进行测试，平均倒换时间在18ms左右，最大倒换时间在30ms左右。

如图2所示，业务卡A的四个光接口和业务卡B的四个光接口分别组成四个保护组。下面依次把四个光接口组成的保护组称为(Port1，Port1’)；(Port2，Port2’)；(Port3，Port3’)；(Port4，Port4’)。这里以(Port1，Port1’)为例，说明APS倒换过程：

1、在两块卡都正常运行的情况下，四个光接口的业务都运行在A板卡上。假设此时拔掉光接口Port1的光纤输入，该接口会产生SF信号并在A板卡上产生中断；板卡A中断例行程序设置Port1 SF标志到FPGA相应的寄存器；(本步骤的处理时间小于3ms。)

2、依赖板间通信机制，板卡B得到板卡A在Port1上的SF信号并上报中断事件。板卡B中断处理程序处理Port1的SF信号，抛出信号量；(本步骤的处理时间小于3ms。)

3、板卡B的APS倒换控制软件一旦收到信号量，开始控制处理。它发现板卡B的Port1’没有异常，因此通知业务模块把业务切换到Port1’；板卡B同时设置FPGA相关寄存器告知板卡A把Port1的业务关掉；(本步骤的处理时间小于10ms。)

4、依赖板间通信机制，板卡A得到板卡B通知的关于Port1的“业务关闭”指示并上报中断事件。板卡A中断处理程序抛出信号量；(本步骤的处理时间小于3ms。)

5、板卡A的APS倒换控制软件一旦收到信号量，开始控制处理。它收到板卡B通知的Port1业务关闭指示，通知业务模块把Port1口的业务关掉；(本步骤的处理时间小于10ms。)

6、一次APS倒换过程完成；

7、(Port2，Port2’)；(Port3，Port3’)；(Port4，Port4’)各个保护组的行为完全类似，每个保护组有一个状态机在处理着一对端口的状态；

8、板级故障具有最高优先级，一旦某块板卡收到对端板卡的“远端失效”指示，则不再和对端板卡进行交互，直接将四个端口的业务全部切换过去；

9、一旦对端板卡的“远端失效”指示清除，则进入到正常的APS控制处理状态。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，互为备份的业务卡的端口间对应组成保护组，倒换过程如下：

(1)实时检测各端口的运行状态，若一个业务卡的端口发生故障，则在所述的业务卡上产生中断，并将故障标志信息送至所述业务卡寄存器；

(2)另一业务卡接收到步骤(1)所述的故障信号，上报中断事件，中断处理程序抛出信号量等待主程序进行处理；

(3)步骤(2)所述的业务卡检测与步骤(1)所述的故障端口对应组成保护组的端口，如果所述的端口工作正常，则通知业务模块将业务切换到所述的端口，并将“关闭步骤(1)所述的故障端口的业务的信息标志”送至所述业务卡的寄存器；

(4)故障端口所在的业务卡收到步骤(3)所述的“关闭故障端口的业务的信息的标志”后，上报中断事件，中断处理程序抛出信息量；

(5)故障端口所在的业务卡通知业务模块将故障端口的业务关闭。

2.根据权利要求1所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，所述的故障定义了优先级，当本地故障业务卡检测到对端业务卡的故障优先级高于本地故障业务卡的故障优先级，则不进行倒换。

3.根据权利要求2所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，若当本地故障业务卡的故障优先级是最高级时，则不再和对端业务卡进行交互，直接将端口的业务全部切换至对端业务卡。

4.根据权利要求1或2或3所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，所述的故障包括所述的故障包括端口信号降级(SD，Signal Degrade)或失效(SF，Signal Failure)、端口线路故障、对端互联的用户设备端口故障、业务卡故障、业务卡拔除；针对端口线路故障、对端互联的用户设备端口故障，业务卡产生倒换信号，针对业务卡故障、业务卡拔除，业务卡产生失效信号。

5.根据权利要求4所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，业务卡故障、业务卡拔除属于板卡级故障，包括硬件故障、软件故障。

6.根据权利要求5所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，所述的故障定义了优先级，优先级从高到低依次为：板卡级故障、信号失效(SF，Signal Failure)、信号降级(SD，Signal Degrade)。

7.根据权利要求6所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，所述的业务卡间通过逻辑处理单元，直接将业务卡所产生的信号发送至对端业务卡。

8.根据权利要求7所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，所述的业务卡间是通过硬件直接互联，一端设备的故障填充至预告设计好的寄存器中，另一端设备可以直接获取。

9.根据权利要求7所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，所述的倒换信号、失效信号直接送到逻辑处理单元，一旦满足倒换条件，逻辑处理单元直接产生中断信号送给处理器，填充相应的字节给对端用户设备。

10.根据权利要求9所述的业务卡之间互为备份的快速保护倒换方法，其特征在于，本地业务卡维护着本地业务卡与对端业务卡上每个端口的工作状态，一旦收到中断信号，判断中断信号的来源，做出实时响应。

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