CN105487413B - 城市轨道交通主备控制系统及主备切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市轨道交通主备控制系统及主备切换方法，该方法包括以下步骤：主控制中心实时获取每个设备机的健康参数和当前状态，并根据健康参数和当前状态按主备控切换规则和主备机切换规则作出用于设备机状态是否进行切换的切换指令；若设备机状态进行切换，则每个设备机根据切换指令改变自己的当前状态；反之，每个设备机维持自己的当前状态。本发明实现利用多个控制中心的多个设备机进行热备，提供自动切换和手动切换，根据应用软件的健康状况进行状态决策，决策及时、准确，有效的杜绝了双主的现象出现；平台提供数据转发功能，用来应用程序间同步数据。

Description

城市轨道交通主备控制系统及主备切换方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通主备控制系统及主备切换方法。

背景技术

传统的冗余热备采用的是双机热备，也就是用两台设备进行热备，设备的状态包括：主用态、备用态和维护态。

双机热备中包含两台设备，每台设备各自部署一套双机热备平台和一套应用程序。其系统交互图参见图2。

平台进行主备决策过程如下：

1、应用程序将本机状态发送到双机热备平台；

2、双机热备平台将本机状态升为备机；

3、双机热备平台将本机的优先级、主备状态发送到另一机的双机热备平台，平台间进行数据同步；

4、双机热备平台根据双方的优先级、主备状态决策出本机的主备状态；

5、双机热备平台将本机的主备状态发送给应用程序。

传统双机热备的方案存在以下缺陷：

1、安全性差：在切换过程中会出现双机均为主用态的现象。

2、扩展性差：双机热备只能用同一控制中心的两台设备进行热备，无法扩展到多个控制中心的多台设备。

3、决策条件不够全面：决策条件只考虑了应用与平台的连接状态，未考虑受控设备的健康状况。

发明内容

本发明提供一种城市轨道交通主备控制系统及主备切换方法，在切换状态决策条件上考虑应用软件的健康状况，避免决策过程中出现双主现象。

一方面，本发明提供一种城市轨道交通主备控制系统，包括设置至少两个控制中心，在工作过程中设定一主控制中心，其余为备控制中心；每个控制中心均包括至少两个设备机，在工作过程中设定一设备机为主用状态，其余设备机为备用状态或维护状态；设备机和设备机之间相互通信连接；

主控制中心，用于实时获取每个设备机的健康参数和当前状态，并根据健康参数和当前状态按主备控切换规则和主备机切换规则作出用于设备机状态是否进行切换的切换指令；

若设备机状态进行切换，则每个设备机根据切换指令改变自己的当前状态；

反之，每个设备机维持自己的当前状态。

另一方面，本发明提供一种基于上述控制系统的主备切换方法，所述方法包括以下步骤：

主控制中心实时获取每个设备机的健康参数和当前状态，并根据健康参数和当前状态按主备控切换规则和主备机切换规则作出用于设备机状态是否进行切换的切换指令；

若设备机状态进行切换，则每个设备机根据切换指令改变自己的当前状态；

反之，每个设备机维持自己的当前状态。

由上述技术方案可知，本发明实现利用多个控制中心的多个设备机进行热备，提供自动切换和手动切换两种工作模式，根据应用软件的健康状况和其与平台的连接情况进行状态决策，决策及时、准确，有效的杜绝了双主的现象出现；平台提供数据转发功能，用来应用程序间同步数据。其次，整个系统更智能、更可靠，系统可以很轻松的适应更复杂的场景，提升了系统的适应性。

附图说明

图1为现有技术双机热备系统交互图；

图2为本发明实施例所述四机冗余热备控制系统交互图；

图3是本发明实施例所述主备切换方法的框图；

图4为本发明实施例自动切换工作模式流程图；

图5为本发明实施例手动切换工作模式流程图；

图6为本发明实施例自动切换同步状态流程图；

图7为本发明实施例自动切换状态流程图；

图8为本发明实施例手动切换同步状态流程图；

图9为本发明实施例手动切换状态流程图；

图10为主备机切换规则图；

图11为主备控切换规则图；

图12为本发明实施例同步数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图2示出了本发明一实施例提供的具有四机冗余热备的城市轨道交通主备控制系统的交互图，如图中，该系统包括设置两个控制中心，在工作过程中设定一主控制中心(OCC)，一备控制中心(BOCC)。主控制中心部署两台设备(OCC-A和OCC-B)，备控制中心部署两台设备(BOCC-A和BOCC-B)。每个设备机包括相互通信连接的一应用程序和一冗余热备平台，设备机之间的冗余热备平台均相互通信连接。本发明所述控制系统能够实现主备切换方法，如图3所示，该方法包括：

在自动切换工作模式下：

主控制中心实时获取每个设备机的健康参数和当前状态，并根据健康参数和当前状态按主备控切换规则和主备机切换规则作出用于设备机状态是否进行切换的切换指令；若设备机状态需进行切换，则每个设备机根据切换指令改变自己的当前状态；反之，每个设备机维持自己的当前状态。

在手动切换工作模式下：

主控制中心接受用户输入的手动切换指令确定当前一备设备机为目标设备机，并将手动切换指令发送给每个设备机；

主设备机和目标设备机根据所述指令改变当前状态；

其他设备机根据所述指令维持当前状态。

本系统具有自动切换工作模式和手动切换工作模式，两工作模式可随意切换。如图4所示，冗余热备平台启动时，从已经启动的冗余热备平台获取当前的工作模式，如果没有已经启动的冗余热备平台，则使用默认的工作模式。同步工作模式的具体流程为：

1、启动冗余热备平台OCC-A；

2、向其他冗余热备平台(OCC-B、BOCC-A和BOCC-B)发送工作模式请求；

3、其他冗余热备平台接收工作模式请求；

4、其他冗余热备平台回复工作模式请求；

5、冗余热备平台OCC-A接收工作模式回复；

6、如果其他冗余热备平台全部已经回复，则使用接收到的工作模式；

7、如果指定时间内，其他冗余热备平台未全部回复，则使用接收到的工作模式；

8、如果指定时间内，其他冗余热备平台全部未回复，则使用默认的工作模式。

如图5所示，冗余热备平台运行过程中，可以手动切换工作模式,并且将切换后的工作模式同步到其他冗余热备平台，所有冗余热备平台使用切换后的工作模式进行状态切换。手动切换工作模式的具体流程为：

1、在冗余热备平台OCC-A上手动切换工作模式；

2、向其他冗余热备平台(OCC-B、BOCC-A和BOCC-B)发送切换后的工作模式；

3、其他冗余热备平台接收切换后的工作模式；

4、其他冗余热备平台使用切换后的工作模式；

5、其他冗余热备平台回复切换结果；

6、冗余热备平台OCC-A接收到全部回复后应用新的工作模式。

下面对本发明主备切换方法做进一步地解释说明：

自动切换方案：

在自动切换工作模式中，该系统可分为两个阶段：启动阶段和工作过程变化阶段。在启动阶段中执行的是自动切换状态模式，如图6所示，在自动切换状态模式下的主备切换方法的步骤包括：

控制中心启动后处于主用态的冗余热备平台OCC-A在预设时间内接收其他冗余热备平台(OCC-B、BOCC-A和BOCC-B)发出的健康参数和当前状态，

若在预设时间内全部接收或部分接收，则该冗余热备平台OCC-A根据接收的健康参数和当前状态依据切换规则作出切换指令；

若超出预设时间未接收，则该冗余热备平台OCC-A根据默认的健康参数和当前状态依据切换规则作出切换指令。

上述归结为：当冗余热备平台启动时，从已经启动的冗余热备平台获取当前的健康参数和工作状态进行状态切换的决策，如果没有已经启动的冗余热备平台，则依据默认的健康参数和当前状态进行状态决策，使用决策后的切换状态。

在工作过程阶段中执行的是自动切换状态模式，如图7所示，在自动切换状态模式下的主备切换方法的步骤包括：

控制中心工作过程中对处于主用态的冗余热备平台OCC-A健康参数进行改变，冗余热备平台OCC-A接收冗余热备平台(OCC-B、BOCC-A和BOCC-B)发来的健康参数和当前状态，依据健康参数和当前状态依据切换规则作出切换指令。

判断是否需要切换状态，不需要切换状态，冗余热备平台OCC-A执行原状态。需要切换状态，则设置决策点，冗余热备平台OCC-A所在设备机降级，并向其他冗余热备平台(OCC-B、BOCC-A和BOCC-B)发出决策后的切换指令。

其他冗余热备平台接收并应用切换指令，并发送回复报告；

冗余热备平台OCC-A接收回复报告后，执行切换后的状态。

上述归结为：冗余热备平台运行过程中，冗余热备平台健康参数发生改变，冗余热备平台自动切换主备状态，并且将切换后的工作状态同步到其他冗余热备平台，所有冗余热备平台使用切换后的状态。

手动切换方案：

在手动切换工作模式中，该系统可分为两个阶段：启动阶段和工作过程变化阶段。在启动阶段中执行的是手动切换状态模式，如图8所示，在手动切换状态模式下的主备切换方法的步骤包括：

控制中心启动后处于主用态的冗余热备平台OCC-A在预设时间内接收其他冗余热备平台(OCC-B、BOCC-A和BOCC-B)发出的健康参数和当前状态，

若在预设时间内全部接收或部分接收，则储存接收到的的健康参数和当前状态并同时发送自己的健康参数和当前状态；

若超出预设时间未接收，则根据默认的健康参数和当前状态依据切换规则作出切换指令，冗余热备平台各自根据切换指令执行切换状态。

上述归结为：冗余热备平台启动时，从已经启动的冗余热备平台获取当前的工作状态，如果没有已经启动的冗余热备平台，则进行状态切换决策，使用切换后的状态。

在工作过程变化阶段中执行的是手动切换状态模式，如图9所示，在手动切换状态模式下的主备切换方法的步骤包括：

在切换准备阶段，对处于主用态的冗余热备平台OCC-A进行手动切换，并将切换动作发送到其他冗余热备平台(OCC-B、BOCC-A和BOCC-B)；

在降级阶段，使冗余热备平台OCC-A所在设备机切换为备设备机，并将降级动作发送到其他冗余热备平台；

在升级阶段，使目标设备机切换为主设备机，并将升级动作发送到其他冗余热备平台；

在切换完成阶段，其他冗余热备平台OCC-A保持当前状态。

上述归结为：冗余热备平台运行过程中，用户手动进行切机，并且将当前主设备机与目标设备机进行切换状态处理，其他设备机保持原有状态。需要说明的是在在手动模式未失效前，不允许改变系统的主备用系统，就算其他设备机的健康参数比本机高，也不允许切换，只能等到系统恢复到自动模式时，才能切换。

在上述切换方法中所使用到的切换规则包括主备机切换规则和主备控切换规则，在执行过程中，两个切换规则同时先后进行。

如图10所示，所述主备机切换规则包括：

(1)维护→主用：当处于维护态的设备机的健康参数值大于正常工作阈值，以及大于其他设备机的健康参数值，同时，其他设备机均未处于主用态，则该维护态的设备机切换为主用态；

(2)主用→维护：1)当处于主用态的设备机的健康参数值连续n周期小于其他设备机的健康参数值或小于正常工作阈值，则该主用态的设备机切换为维护态；2)当处于主用态的设备机的健康参数值连续n周期小于正常工作阈值，则该主用态的设备机切换为维护态；

(3)维护→备用：当处于维护态的设备机的健康参数值大于正常工作阈值，同时小于或等于其他设备机的健康参数值，则该维护态的设备机切换为备用态；

(4)备用→维护：当处于备用态的设备机的健康参数值连续n周期小于正常工作阈值，则该备用态的设备机切换为维护态；

(5)备用→主用：当处于备用态的设备机的健康参数值连续n周期大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机均未处于主用态，则该备用态的设备机切换为主用态；

(6)主用→备用：当处于主用态的设备机在当前控制中心中双设备机间的通信中断时出现双主情况，通信恢复后，若双设备机的健康参数值相等时，默认同组预设备设备机转为备用，预设主设备机仍为主用；若双机健康值不相等时，健康值小的一设备机根据规则(2)转为维护。

如图11所示，所述主备控切换规则为：

(1)维护→主用：当处于维护态的设备机的健康参数值大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机均未处于主用态，则该维护态的设备机切换为主用态；

(2)维护→备用：当处于维护态的设备机的健康参数值大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机存在一设备机处于主用态，则该维护态的设备机切换为备用态；

(3)备用→主用：当处于备用态的设备机的健康参数值连续n周期大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机均未处于主用态，则该备用态的设备机切换为主用态；

(4)主用→备用：1)当处于主用态的设备机的健康参数值连续n周期小于其他设备机的健康参数值，则该主用态的设备机切换为备用态；2)当处于主用态的设备机在当前控制中心中双设备机间的通信中断时出现双主情况，通信恢复后，若双设备机的健康参数值相等时，默认同组预设备设备机转为备用，预设主设备机仍为主用。

需要说明的是，上述预设主、备设备机只是习惯上对设备机的认定。比如，可以认定图1中的A为主设备机，B为备设备机。

本方法还包括各设备机内应用程序同步数据的步骤。所述设备机包括应用软件和冗余热备平台，如图12所示，所述同步数据的步骤包括：

一设备机的应用软件将数据发送到本机的冗余热备平台，该冗余热备平台把数据转发到其他设备机的冗余热备平台上；其他设备机的冗余热备平台将数据转发给对应设备机的应用程序；其他设备机的应用程序同步数据。

本发明实现利用多个控制中心的多个设备机进行热备，提供自动切换和手动切换两种工作模式，根据应用软件的健康状况和其与平台的连接情况进行状态决策，决策及时、准确，有效的杜绝了双主的现象出现；平台提供数据转发功能，用来应用程序间同步数据。其次，整个系统更智能、更可靠，系统可以很轻松的适应更复杂的场景，提升了系统的适应性。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种城市轨道交通主备控制系统，其特征在于，包括设置至少两个控制中心，在工作过程中设定一主控制中心，其余为备控制中心；每个控制中心均包括至少两个设备机，在工作过程中设定一设备机为主用状态，其余设备机为备用状态或维护状态；设备机和设备机之间相互通信连接；

主控制中心，用于实时获取每个设备机的健康参数和当前状态，并根据健康参数和当前状态按主备控切换规则和主备机切换规则作出用于设备机状态是否进行切换的切换指令；

若设备机状态进行切换，则每个设备机根据切换指令改变自己的当前状态；

反之，每个设备机维持自己的当前状态；

所述主备机切换规则包括：

(1)、当处于维护态的设备机的健康参数值大于正常工作阈值，并大于其他设备机的健康参数值，同时，其他设备机均未处于主用态，则该维护态的设备机切换为主用态；

(2)、当处于主用态的设备机的健康参数值连续n周期小于其他设备机的健康参数值或小于正常工作阈值，则该主用态的设备机切换为维护态；

(3)、当处于维护态的设备机的健康参数值大于正常工作阈值，同时小于或等于其他设备机的健康参数值，则该维护态的设备机切换为备用态；

(4)、当处于备用态的设备机的健康参数值连续n周期小于正常工作阈值，则该备用态的设备机切换为维护态；

(5)、当处于备用态的设备机的健康参数值连续n周期大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机均未处于主用态，则该备用态的设备机切换为主用态；

(6)、当处于主用态的设备机在当前控制中心中双设备机间的通信中断时出现双主情况，通信恢复后，若双设备机的健康参数值相等时，默认同组预设备设备机转为备用，预设主设备机仍为主用；若双机健康值不相等时，健康值小的一设备机根据规则(2)转为维护；

所述主备控切换规则为：

(1)、当处于维护态的设备机的健康参数值大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机均未处于主用态，则该维护态的设备机切换为主用态；

(2)、当处于维护态的设备机的健康参数值大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机存在一设备机处于主用态，则该维护态的设备机切换为备用态；

(3)、当处于备用态的设备机的健康参数值连续n周期大于其他设备机的健康参数值，同时其他设备机均未处于主用态，则该备用态的设备机切换为主用态；

(4)、当处于主用态的设备机的健康参数值连续n周期小于其他设备机的健康参数值，则该主用态的设备机切换为备用态；

(5)、当处于主用态的设备机在当前控制中心中双设备机间的通信中断时出现双主情况，通信恢复后，若双设备机的健康参数值相等时，默认同组预设备设备机转为备用，预设主设备机仍为主用。

2.一种基于权利要求1所述控制系统的城市轨道交通主备控制中心设备机主备切换方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

主控制中心实时获取每个设备机的健康参数和当前状态，并根据健康参数和当前状态按主备控切换规则和主备机切换规则作出用于设备机状态是否进行切换的切换指令；

若设备机状态进行切换，则每个设备机根据切换指令改变自己的当前状态；

反之，每个设备机维持自己的当前状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

主控制中心接受用户输入的手动切换指令确定当前一备设备机为目标设备机，并将手动切换指令发送给每个设备机；

主设备机和目标设备机根据所述指令改变当前状态；

其他设备机根据所述指令维持当前状态。

4.根据权利要求2所述的主备切换方法，其特征在于，根据健康参数和当前状态作出所述切换指令的步骤包括：

控制中心启动后主设备机在预设时间内接收其他设备机发出的健康参数和当前状态；

若在预设时间内全部接收或部分接收，则主设备机根据接收的健康参数和当前状态依据切换规则作出切换指令；

若超出预设时间未接收，则主设备机根据默认的健康参数和当前状态依据切换规则作出切换指令。

5.根据权利要求2所述的主备切换方法，其特征在于，根据健康参数和当前状态作出所述切换指令的步骤包括：

控制中心工作过程中对主设备机的健康参数进行改变；

主设备机接收其他设备机发来的健康参数和当前状态，依据健康参数和当前状态依据切换规则作出切换指令。

6.根据权利要求3所述的主备切换方法，其特征在于，根据手动切换指令改变设备机状态的步骤包括：

在切换准备阶段，对当前主设备机进行手动切换，并将切换动作发送到其他设备机；

在降级阶段，使当前主设备机切换为备设备机，并将降级动作发送到其他设备机；

在升级阶段，使目标设备机切换为主设备机，并将升级动作发送到其他设备机；

在切换完成阶段，其他设备机保持当前状态。

7.根据权利要求2所述的主备切换方法，其特征在于，还包括各设备机间同步数据的步骤。