CN108196441B - 一种面向系统应用的热备冗余的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向系统应用的热备冗余的实现方法。将综合监控系统中一组功能相同的数据及进程组合成一个独立的应用单元；把应用单元作为最小单元进行冗余管理，给每个独立的应用配置主备用状态；一组应用的集合作为综合监控系统运行最小平台、并把它部署在具体的物理机节点上；不同物理节点上按需求部署不同的应用集合，运行的各应用的主备用服务，系统统一调度，按照应用进行值班，切换、实现面向系统应用的热备冗余。

Description

一种面向系统应用的热备冗余的实现方法

技术领域

本发明涉及一种面向系统应用的热备冗余的实现方法,属于分布式监控系统领域。

背景技术

随着工业自动化的快速蓬勃的发展，监控系统的应用越来越广泛。对于大型的分布式监控系统，如何管理不同地域的节点，并实时监控其状态，同步其管理数据显得越来越突出及重要。

对于分布式系统的业务节点管理，目前通常整机值班的方式。每个物理主机作为一个业务服务的最小单元，所有的业务在节点上的行为是一致的，如在主机A上所有的业务都是主机，则在主机B上所有的业务都是备机，当出现主备切换也是以整机的方式进行。

但是在监控系统中，实际上需要根据业务特性进行非整机值班。比如对于综合监控系统的典型应用，需要在一台业务节点上运行PSCADA、 BAS、FAS、PSD等专业的服务，不同专业与子系统采用不同的接口协议及通道。由于综合监控调试的特殊性，经常PSCADA专业已经调试完成后，而BAS专业才开始调试，如果这时候BAS专业通道投退的话势必影响到整台机器的业务主机状态，使PSCADA专业通道也切换到另一台业务主机，造成PSCADA专业的不稳定。另外由于综合监控系统的系统的业务实现方式，只有主机的通道是可用的，由于整机值班，造成一台节点的资源使用率高，另一个备用机器使用率低，造成实际资源的浪费。在这种情况下如何能实现各专业调试互不干扰，并能够使整个系统实现负载均衡，这就要求新的监控系统能够实现不按整机值班。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向系统应用的热备冗余的实现方法，实现轨道交通综合监控系统不按照整机值班冗余。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种面向系统应用的热备冗余的实现方法，包括以下步骤：

（1）将综合监控系统中监视的各专业的数据及处理所述数据的服务组合成一个独立的应用单元；

（2）综合监控系统平台将应用单元作为最小单元进行冗余管理，给每个独立的应用单元配置应用状态；

（3）不同的物理节点上配置不同的应用单元或多个应用单元的组合，所有节点的某个应用单元有且只有一个主用值班，其他节点上运行的此应用单元皆为备用；并给所有节点上的某个应用单元配置优先级；

（4）不同物理节点运行的各应用单元的主用、备用状态，由综合监控系统统一控制，进行值班或切换操作，实现面向系统应用的热备冗余。

本发明所达到的有益效果：

本发明将系统中的处理某个专业的业务功能作为一个应用模块进行归类，此模块包含相关数据及数据处理。根据需求功能把应用服务单元作为最小单元进行冗余管理的，系统按照应用进行值班；按照实际的要求把不同数量的应用服务单元部署在不同物理节点上，同一节点上的不同应用单元的主备状态可以不一致，可以实现轨道交通综合监控系统不按照整机值班冗余。

附图说明

图1 不同节点的应用集合及主备用状态；

图2应用模块主备切换示意图。

具体实施方式

下面是本发明的一个实际案例的实施方式，本发明的目的和特点也可以从案例的说明中看出。应当理解此处描述的实例仅仅用于说明和解释本发明，并不限定本发明。

如图1和图2所示，根据应用预配置的优先级，实现应用主备用服务的主动迁移及转换。

一种面向系统应用的热备冗余的实现方法，包括以下步骤：

（1）将综合监控系统中监视的各专业的数据及处理所述数据的服务组合成一个独立的应用单元；

根据综合监控系统中的专业，把处理某个专业的业务功能作为一个应用单元进行归类，作为一个系统启停的最小单元进行操作；

定义应用单元名称：把所述应用按照专业的名称命名，如电力应用单元PSCADA、机电应用单元BAS、火灾报警应用单元FAS、售检票应用单元AFC、广播应用单元PA、乘客信息应用单元PIS、门禁应用单元ACS、屏蔽门应用单元PSD、综合安防应用单元CCTV、列车监控应用单元ATS等。

（2）综合监控系统平台把应用单元作为最小单元进行冗余管理，给每个独立的应用单元配置应用状态；

定义应用单元状态，包括离线、主用、备用、停止、网络异常、服务异常、启动、故障八种。

（3）根据预设的主用/备用、优先级的原则陆续启动系统内节点；不同的物理节点上配置不同的应用单元或多个应用单元的组合，所有节点的某个应用单元有且只有一个主用值班，其他节点上运行的此应用单元皆为备用；并给所有节点上的某个应用配置优先级；

根据实际需求给各物理节点配置不同的应用单元及或应用单元的组合，此配置信息写入每台主机的固定位置，供综合监控系统启动时调用。如节点1可以运行应用单元PSCADA、应用单元BAS、应用单元FAS;节点2运行应用单元PSCADA、应用BAS、应用单元FAS、应用单元CCTV;节点3运行应用单元PSCADA、应用单元CCTV、应用单元FAS、应用单元ATS。

定义应用优先级：给整个系统系统中所有节点的应用单元配置优先级，给所有节点上的某个应用单元配置优先级，每个节点上优先级不重复；同一节点上不同应用的优先级可以一致或不一致。当综合监控系统内某应用没有主用时，优先级最高的备用应用单元转成主用运行。

a)启动节点1，当节点1启动完成后，应用单元PSCADA主用、应用单元BAS主用、应用单元FAS主用；

b)启动节点2，当节点2启动完成后，应用单元PSCADA备用、应用单元BAS备用、应用单元FAS备用、应用单元CCTV主用；

c)启动节点3，当节点3启动完成后，应用单元PSCADA备用、应用单元CCTV备用、应用单元FAS备用、应用单元ATS主用；

d)以上节点启动过程中，系统中没有相应的应用单元主用，则第一台启动的综合监控系统中的应用单元转为主用状态，当系统内已经有相应应用单元的主用，则另一个节点启动好的应用单元状态置为备用。

e)假设应用的优先级的顺序是按照节点1>节点2>节点3设置的，即节点1上的FAS优先级>节点2上的FAS优先级>节点3上的FAS优先级。

（4）不同物理节点运行的各应用单元的主用、备用状态，由综合监控系统统一控制，进行值班或切换操作，实现面向系统应用的热备冗余。

a)每个节点上运行应用冗余管理的代理服务，所述代理服务负责收集当前节点上所有应用单元的状态。此代理服务成为nodemng_agent。

对于节点1而言，代理服务收集到的应用状态为应用单元PSCADA主用、应用单元BAS主用、应用单元FAS主用；对于节点2而言，代理服务收集到的应用状态为应用单元PSCADA备用、应用单元BAS备用、应用单元FAS备用、应用单元CCTV主用；对于节点3而言，代理服务收集到的应用状态为应用单元PSCADA备用、应用单元CCTV备用、应用单元FAS备用、应用单元ATS主用;

b)每个节点的代理服务定期向固定组播地址分发本节点的应用信息状态；所述固定组播地址由系统定义；定期分发的周期可设置，一般建议小于2秒。

c)代理服务除了分送应用信息状态报文以外，同时还收集报文，即代理服务订阅固定组播地址，收集其他节点发送的应用信息状态报文；

d)当代理服务收到其他节点的应用信息状态报文时，按应用单元为最小单元，与本节点比较进行状态运算，当本节点没有某应用单元，而报文中有某应用单元，则本节点不运算。如节点1收到节点2的报文，则先运算应用单元PSCADA,节点1为主用，节点2为备用，则计算出节点1为主用；接着运算应用单元BAS、应用单元FAS；当运算应用单元CCTV时，节点1没有此应用，则选择不运算；运算完毕后把运算出的当前节点的状态记录到本地，并按周期向固定组播地址分发；

e)当本地节点应用状态，所述节点应用状态包括所有应用单元；但是其比较是按照一个应用单元一个应用单元比较，因为同一节点的不同应用的优先级可以不同，与收到其他节点的应用状态一致，则根据预先定义的优先级规则对本地节点应用状态状态进行运算。

当系统内整个节点故障，节点故障状态包括2类，一种是节点整个故障，宕机；另一种为节点整个故障但是代理服务仍然工作，仍把当前节点的状态向外分发；

如果当节点1整个故障，宕机，此时系统内应用单元PSCADA、应用单元BAS、应用单元FAS均没有主用的，各备用的应用单元进行竞争，根据步骤（3）中的d）的优先级规则，进入暂停状态，在m秒时间内完成决策，选出主用的应用单元，即节点2的应用单元PSCADA、应用单元BAS、应用单元FAS分别为主用,所述时间m秒与定期分发的周期有关,整个过程如下：

如果节点1宕机，不发送当前状态，节点2定期收到节点3的状态，经过运算节点2的应用状态为：应用单元PSCADA单元主用、应用单元BAS主用、应用单元FAS主用、应用单元CCTV主用；节点3定期收到节点2的状态，经过运算节点3的应用状态为应用单元PSCADA备用、应用单元CCTV备用、应用单元FAS备用、应用单元ATS主用。

如果节点1整个故障，但每个应用单元都是故障状态，代理服务定期往外分发状态，其运算的整个过程是：

节点2收到节点1状态，包括应用单元PSCADA故障、应用单元BAS故障、应用单元FAS故障，对节点2本节点进行运算，由于故障状态不参与运算，则节点2运算出的本机状态为应用单元PSCADA主用、应用单元BAS主用、应用单元FAS主用、应用单元CCTV主用；

节点1收到节点2状态为：应用单元PSCADA主用、应用单元BAS主用、应用单元FAS主用、应用单元CCTV主用，对节点1进行运算，由于本地节点各应用故障，不参与运算，则得出本节点状态为应用单元PSCADA故障、应用单元BAS故障、应用单元FAS故障。

某节点单个应用单元故障。假设节点1的应用单元PSCADA突然故障，则主备切换的过程为：

节点1往外发送本节点应用状态：应用单元PSCADA故障、应用单元BAS主用、应用单元FAS主用，节点2和节点3分别收到，由于应用故障不参与运算，则节点2和节点3运算出的应用状态分别为

节点2：应用单元PSCADA主用、应用单元BAS备用、应用单元FAS备用、应用单元CCTV主用；节点3：应用单元PSCADA主用、应用单元CCTV备用、应用单元FAS备用、应用单元ATS主用。

节点2发送运算出的本机状态，节点3收到并进行运算，由于节点2的PSCADA也是主用，本节点也是主用，则通过步骤（3）中的4）预设的优先级，当应用状态一致，则通过优先级高低判断出应用单元的主备状态；节点2的应用单元PSCADA优先级>节点3的应用单元PSCADA优先级，则运算出节点2为应用单元PSCADA主用；其他应用单元按以上方法计算，并把此状态分发。

当节点3收到节点2的状态，计算过程如步骤b），计算出本节点应用单元PSCADA状态为备用，并往外分发。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述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同等替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种面向系统应用的热备冗余的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将综合监控系统中监视的各专业的数据及处理所述数据的服务组合成一个独立的应用单元；

(2)综合监控系统平台将应用单元作为最小单元进行冗余管理，给每个独立的应用单元配置应用状态；

(3)不同的物理节点上配置不同的应用单元或多个应用单元的组合，所有节点的某个应用单元有且只有一个主用值班，其他节点上运行的此应用单元皆为备用；并给所有节点上的某个应用单元配置优先级；

(4)不同物理节点运行的各应用单元的主用、备用状态，由综合监控系统统一控制，进行值班或切换操作，实现面向系统应用的热备冗余，

步骤(4)中，

a)每个节点上运行应用冗余管理的代理服务，所述代理服务负责收集当前节点上所有应用单元的状态；

b)每个节点的代理服务定期向固定组播地址分发本节点的应用状态；所述固定组播地址由系统定义；

c)代理服务除了分送应用状态报文以外，同时还收集报文，即代理服务订阅固定组播地址，收集其他节点发送的应用状态报文；

d)当代理服务收到其他节点的应用状态报文时，按应用单元为最小单元，与本节点比较进行状态运算，当本节点没有某应用单元，而报文中有某应用单元，则本节点不运算，运算完毕后把运算出的当前节点的状态记录到本地，并按周期向固定组播地址分发；

e)当本地节点应用状态与收到其他节点的应用状态一致，则根据预先定义的优先级规则对本地节点应用状态进行运算，所述节点应用状态包括所有应用单元的状态。

2.根据权利要求1所述的面向系统应用的热备冗余的实现方法,其特征在于：在所述步骤(1)中，应用单元包括：电力应用单元PSCADA、机电应用单元BAS、火灾报警应用单元FAS、售检票应用单元AFC、广播应用单元PA、乘客信息应用单元PIS、门禁应用单元ACS、屏蔽门应用单元PSD、综合安防应用单元CCTV、列车监控应用单元ATS。

3.根据权利要求1所述的面向系统应用的热备冗余的实现方法,其特征在于：步骤(2)中，所述应用状态，包括离线、主用、备用、停止、网络异常、服务异常、启动和故障。

4.根据权利要求1所述的面向系统应用的热备冗余的实现方法,其特征在于：步骤(3)中，节点1运行应用单元PSCADA、应用单元BAS、应用单元FAS；节点2运行应用单元PSCADA、应用单元BAS、应用单元FAS、应用单元CCTV；节点3运行应用单元PSCADA、应用单元CCTV、应用单元FAS、应用单元ATS。

5.根据权利要求4所述的面向系统应用的热备冗余的实现方法,其特征在于：给所有节点上的某个应用单元配置优先级，每个节点上优先级不重复；同一节点上不同应用的优先级可以一致或不一致；当综合监控系统内某应用没有主用时，优先级最高的备用应用单元转成主用运行。

6.根据权利要求1所述的面向系统应用的热备冗余的实现方法,其特征在于：综合监控系统内整个节点故障包括2种，一种是节点整个故障，宕机；另一种为节点整个故障但是代理服务仍然工作，仍把当前节点的状态向外分发。

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