CN1085919C - 远距离通信系统的冗余安排 - Google Patents

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Abstract

一种用于与可编程的远距离通信交换机或其它装置相关联的冗余安排。诸如ISDN包机动卡的现役装置与基本上相同配置的备用装置配成对。在工作期间，现役装置除了完成它的正常功能外，还把所有影响现役装置工作状态的事件通知备用装置。通过保证备用装置以与现役装置相同的顺序处理与现役装置相同的事件，备用装置的工作状态连续地跟踪现役装置的工作状态。倘若现役装置失效或脱离服务，备用装置就会在无明显服务中断或停止服务的情况下变成现役装置。

Description

远距离通信系统的冗余安排
下面的共有的专利与本发明有关，特此作为本文的参考：
美国专利No.5,544,163“Expandable Telecommunications System，可扩展的远距离通信系统”署名的发明人为Robert P.Madonna；
美国专利No.5,349,579“Telecommunications Switch WithProgrammable Communications Services，利用可编程通信服务的远距离通信交换机”署名的发明人为Robert P.Madonna Kevin C.Kicklighter。
本发明涉及远距离通信领域，更明确地说，涉及用于与可编程的远距离通信交换机有关的冗余安排。
在远距离通信系统中，如果不是必须，也希望提供起码某种程度的冗余，以保证如果系统的一个或多个部分失灵或必须退出服务时，系统仍能继续运行。可以用几种方式提供冗余，其选择通常取决于成本、特定器件对整个系统性能的重要性、更换此器件的困难程度和别的因素。
一种经常称为“一对一”冗余的冗余是基于这样的概念，即每个“现役”装置都配上一个相同的“备用”装置，或与一个相同的“备用”装置配成对。如果现役装置失效，就发生“割接”，即备用装置在功能上取代失效器件。
通常的一对一冗余的主要缺点是，在割接时，原来的现役装置和备用装置处在不同的工作状态。这些工作状态的任何差别通常造成服务中断或停止服务，它可以呈现为吊牌(dropped)呼叫、连接失败呼叫和类似的形式。这种恶化的性能对服务的提供者和消费者来说通常都是不能接受的，起码在一定程度上，它的影响远大于这非常短的时间在总通话量中所占的百分数。
一种代替一对一冗余的办法是，提供有限数目的、能取代大量现役装置的某些而不是全部器件的备用装置。这种办法称为“n+1”冗余，其中n代表现役装置的个数。虽然n+1方法的费用低于一对一冗余方法，但相应地，对防御系统性能恶化的能力较差。那就是，如果在大约相同时间内有几个现役装置失效，并且这数目超过可用的备用装置，将会停止某些服务或者使性能恶化。
n+1方法的另一缺点是，因为事先不知道几个现役装置中的那一个会失效，所以无法使与将要被替换的器件相配对的特定备用装置维持在运行状态下。结果，在n+1冗余方法中，在从失效器件到备用装置的割接期间，中断服务的或然率很高。
总之，本发明对与远距离通信交换机或其它器件或系统有关的应用提供冗余安排方法。根据本发明的最佳实施例，在远距离通信交换机中，现役硬件与实质上相同的备用装置或配偶成对地出现。在现役装置成功地完成它的引导顺序之后，现役装置建立了对它的配偶的通信链路或通道。然后利用这链路，现役装置把所有的配置或详细的呼叫处理信息复制到备用装置上，从而保证了备用装置将达到与现役装置的工作状态相同的起始工作状态。在两个器件都作相同配置后，现役装置被用作服务，而备用装置被处在备用或候命方式。不管它是否处在现役方式或备用方式，每个器件连续地收到交换机所收到的所有脉冲编码调制(PCM)数据。
一旦处在服务中，现役装置除了完成打算要实现的功能外，它还把关于代表发生任何使现役装置工作状态变化的事件的信息通知备用装置。所谓事件例如可包括接收到消息或数据、计时器满期或许多其它事件中的任何一个。现役装置把这种事件通知备用装置，从而使两个器件都以相同的顺序经历相同的事件，因此以相同的方式对事件作出响应。结果，即使备用装置最好是不实际处理呼叫(即使它收到所有进来的PCM数据)，然而，备用装置继续调整它的工作状态，就好象它正在处理这呼叫一样，从而跟踪着现役装置的工作状态。这样，如果现役装置失效或退出服务，备用装置已经在工作状态上准备好立刻变成现役，此时备用装置工作状态本质上与失效前原来的现役装置的相同。
本发明提供了一种给在远离通信系统中的一个或多个硬件提供冗余的方法，所述方法包括：
进行关于第一硬件装置的引导顺序；
指定所述第一硬件装置为现役装置；
指定能执行与所述第一硬件装置功能本质上相同的功能的第二硬件装置为备用装置；
在所述现役装置与备用装置之间建立通信链路；
利用所述链路把关于所述现役装置配置的信息传达给所述备用装置；
利用所述关于配置的信息把所述备用装置配置成基本上与所述现役装置相同；
使所述现役装置能开始处理呼叫；
利用所述链咱来传达关于影响所述现役装置工作状态的事件的信息；和
利用所述与事件有关的信息，使得所述备用装置的工作状态连续地跟踪所述现役装置的工作状态，从而若所述现役装置停止工作时，所述备用装置就负起处理过去由所述现役装置处理的呼叫；
其中所述现役装置保持用来接收准备传达给所述备用装置的与事件相关的信息的队列，所述备用装置保持用来接收从所述现役装置传达过来的与事件相关的信息的队列。
本发明可以方便地用在系统内的配对的器件中的任何一对、配对的器件中的多对器件或其它组合来实现。在最佳实施例中，本发明用来给ISDN主速率包机动卡(primay rate packet engine card)提供冗余。在此实施例中，本发明用来给个别的D通道、现役D通道或备用D通道，或它们的任意组合，以及整个包机动卡(paket engine card)提供冗余。
参考下面结合附图的详细描述，就能更好的理解本发明的上述的和其它的优点。
图1是根据本发明的最佳实施例构成的可编程的远距离通信交换机的方框图；
图2是示于图1的PRI(专用)-32包机动卡(paket engine card)的方框图；
图3是说明图1和图2的包机动卡的引导顺序的信息图；
图4是说明使第一包机动卡处在现役工作状态而使冗余包机动卡处在备用工作状态的引导顺序的信息图；
图5A是说明包机动卡在现役工作状态期间运行的某些软件过程和任务的高度概括的简图。
图5B是说明包机动卡在备用工作状态期间运行的某些软件过程和任务的高度概括的简图。
图1表示可实施本发明的可编程的远距离通信交换机2的最佳实施例的主要功能部件。在一系列(on a series of)线卡输入/输出(IO)卡20上，有代表到公共交换电话网(PSTN)或专用网(或两者)的链路的网络/线接口4。如果希望，可有选择地提供冗余IO卡22和冗余IO总线24，从而如果IO卡20中的一个失效，还允许交换机继续运行。
一个或多个数字网络(T1，E1或J1)或模拟干线(trunk)/线线卡26通过线卡(LC)IO线28与IO卡20通信。线卡26在通信关系上也连接到冗余交换总线30a和30b。还有，如果希望，可提供一个或多个冗余线卡32，此冗余线卡32安置成通过冗余LCIO线34与冗余IO卡22通信。应该理解，通过在交换机2内安装其它的卡，则交换机2就支持其它通信协议，例如DS3，SONET，SS7或别的协议。
由CPU/矩阵卡或节点交换机44a来进行对交换机2运行以及实际交换功能的控制。如果选择CPU/矩阵卡，则交换机2将作为独立装置运行(即，与可扩展远距离通信系统中的交换节点的运行相反)。在此情况下，CPU/矩阵卡被连接到主接口42a，通过此接口，就能实现与外部主装置(没画出)的通信。
另一种办法是，如果选择节点交换机，则交换机2可作为可扩展的远距离通信系统中的交换节点来运行。在这一实施例中，最好这节点交换机连接到环IO卡40a，通过此卡，实现与一对光纤环12a的通信。节点交换机也可通过主接口42a与外部主机通信。
不管选择CPU/矩阵卡还是选择节点交换机，都可选地提供配对的备用CPU/矩阵卡或节点交换机44b，并伴以适当的主接口42b或环IO卡41b(或者两者都有)。在这一配置中，为现役和备用装置44a和44b之间直接通信提供链路46。
可以在上述作为本文参考的美国专利5,349,579找到适当的CPU/矩阵卡的详细结构和运行资料。与此相似，可以在上述作为本文参考的美国专利5,544,163找到适当的节点交换机的详细结构和运行资料。
可以由一个或多个多功能数字信号处理(MFDSP)卡36提供不同的可编程的通信服务，例如语音探测和产生、会议电话、声音记录告示、呼叫进程分析、话音辨认、自适应差分脉码调制(ADPCM)压缩和许多其它的服务。由一个或多个PRI(专用)-32包机动卡38提供ISDN主速率服务和其它分组通信服务。还可包括冗余MFDSP卡36和冗余PRI-32卡38。
图2是PRI-32包机动卡38的方框图。总线驱动器和接收器60和62分别以通信关系与分时复用(TDM)总线相连，分时复用(TDM)总线包括两个标记为LSpcm52a和SLpcm54a的通信路径。LSpcm52a在从线卡26(图1)到CPU/矩阵卡或节点交换机44a、MFDSP卡36和PRI-32卡38的方向上传送脉冲编码调制信息。反过来，SLpcm54a信道在从CPU/矩阵卡或节点交换机44a、MFDSP卡36和PRI-32卡38到线卡26(图1)的方向上传送PCM信息。在最佳实施例中，两组八位平行总线分别用作LSpcm52a和SLpcm54a。另一种办法是，那些通信路径也可用多个复用的串行总线来实现，它们的每一个都传送多个时隙。应理解，可用其它种类和配置的总线来在各种卡之间建立适当的通信。
通道52a和54a最好做成双份，以便提供PCM冗余。相应地，每一主总线用下标“Pri”指明，而冗余或第二总线用下标“Sec”指明。
CPU88以通信关系分别连接到主的和第二HDLC总线50a和50b，以及定时和控制电路78、缓冲器84、总线仲裁器86、只读存储器(ROM)90和随机存取存储器(RAM)92，其中CPU88最好选用Motorola的68EC040微处理器。CPU88还以通信关系与冗余通信总线58连接，该总线的功能将描述于下。电池94给RAM92提供备份电源，从而存储在其内的信息在主电源中断时得以保存。
发送PCM存储体64以通信关系与总线驱动器60连接。与此相似，接收PCM存储体以通信关系与总线接收器62连接。每个PCM存储体64和66连接到相关的映象74或76以及连接到时隙计数器72。也接到时隙计数器72的多路复用器68安排成把PCM信息双向传送，一方面在PCM存储体64和66之间，另一方面到包引擎(packetengine)70。缓冲器80连接到包引擎(paeket engine)70、共用RAM82和总线仲裁器86。
当以适当的方式编程之后，PRI-32包机动卡38可起着直到32D通道的ISDN D通道服务器的作用或起着中央包引擎的作用，以便给ISDN B或D通道提供分组交换服务。依靠通过定时/控制总线48接收到的定时信号，卡38与CPU/矩阵卡或节点交换机44a(图1)同步。卡38通过HDLC总线50a从CPU/矩阵卡或节点交换机44a接收信息和数据，并把类似的信息提供给CPU/矩阵卡或节点交换机44a。此外，对从CPU/矩阵卡或节点交换机44a接收到的一个或多个信息作出响应，卡38工作在连续“收听”在LSpcm通道52a上传送来的在预定时隙的信息(即把包含在时隙里的PCM数据写到接收PCM存储体66上)。换而言之，当出现在LSpcm通道52a上的特定时隙正携带到达卡38的ISDN业务时，必须对卡38编程(或给予指令)。
卡38最好可被编程以便收听多达256个时隙。一旦存储在接收PCM存储体66，此信息可通过多路复用器68传送到包引擎70进行处理，然后送回发送PCM存储体64，以便在SLpcm通道54a在适当的时隙里发送出去。
图3表示准备使包机动卡38呈现现役工作状态的引导顺序。图3中每根垂直线代表软件过程或任务，它们用缩写字母来标明。图例“PRI-32”“CPU/矩阵卡或节点交换机”和“主机”指明运行这些过程或任务的系统的各个(硬件)部分。每条水平线代表从一种过程或任务到另一种过程或任务中信息的发送。为简化起见，实际上由多个信息实现的某些功能(例如工作指令或配置信息的卸载和装载)用单个信息来代表。
现在来参考图2和图3，紧接着复位之后，电路板复位信息100被从包机动卡38上的ROM90通过CPU88和HDLC总线50a传送到CPU/矩阵卡或节点交换机44a上运行的通信(COMM)过程。COMM过程通常负责在HDLC总线上发送和接收所有信息。COMM过程以发送电路板状态请求102作出响应，此请求是一种用于决定包机动卡38当前工作状态的查询。用返回给COMM过程的电路板状态请求确认104作为电路板状态请求102的答复。
假定，电路板状态请求确认104表明，包机动卡38准备好进行引导顺序，COMM过程把电路板在此的信息106发送到SYM过程。SYM过程通常负责管理整个可编程交换机2(图1)的所有系统资源，SYM过程对信息106作出响应，指出存在包机动卡38，并且如果没有有效负载，就发出开始卸载的信息108给COMM过程，COMM过程随后给卡38发出开始卸载的信息110。对此作出响应，送回开始卸载确认112和114。然后SYM过程发出开始卸载的信息116给开始卸载(SDLL)程序。
在步骤118，包机动卡38的一般工作指令被从COMM过程卸载。一旦完成工作指令的卸载，卸载完成信息120被从COMM过程发送到ROM过程(一种在卡38上的只读存储器上运行的过程)。
假定包机动卡38准备进行引导顺序，就从MON过程向SYM过程发送准备好信息122，上述的MON过程通常负责包机动卡38的引导顺序和冗余管理。对此作出响应，从SYM过程向在包机动卡38的配置(CFG)过程发送查询电路板信息的信息124。用查询电路板信息确认信息126和128来肯定已接收到信息124。
这时，如果过去没有卸载过配置信息或所卸载的配置信息不充分，或者没有配置信息存储在包机动卡38上或所存储的配置信息不充分，就从SYM过程向CFG过程发送卸载130信息，它表示把含有详细配置信息，例如指定现役和备用D通道等信息的卡特性表卸载。CFG过程以向MON过程发送完成卸载确认132来指出已成功完成此卸载。跟着从MON过程向CFG过程发送开始装载信息134，随后把装载卡特性表信息136发送到SYM过程。此装载的目的是保证当前包机动卡38的配置信息被保存在CPU/矩阵卡或节点交换机44a上，以便如果发生复位或割接(下面要描述)时可卸载。代表正常引导顺序结束的此装载的成功完成，是用完成装载信息138和140来通知的。
随后，从SYM过程向MON过程发送变成(BECOME)信息142，此信息指令包机动卡38工作在三种工作状态中的一种状态下(即单独、现役和备用)。如果信息142指令卡38处在“单独”工作状态，即没有冗余包机动卡38可供使用，则MON过程以完成引导程序ACTIVE信息144作出响应，此信息随后引起SYM过程把卡38登记为“正在服务”，并且给主机发出卡状态信息146。卡状态信息146向主机报告关于卡38的硬件状态信息。此时，包机动卡38已被成功引导，并准备好进行配置。
现在参考图3和4，其上表示了附加的通信，这是在两个包机动卡38都存在并起作用的情况下需要的，其中一个包机动卡被指定为现役(卡38(A))，而另一个被指定为备用(卡38(S))。起初，在包机动卡38(A)上进行完与图3的信息100到140相当的引导程序。随后，从主机向在CPU/矩阵卡或节点交换机44a上运行的SYM过程发送冗余配置信息148，此信息包括辨认哪一个包机动卡要成为现役的，而哪一个包机动卡要成为备用的数据(即卡时隙数)。SYM过程以向在卡38(A)上的MON过程发出变成现役信息150，跟着，向在卡38(S)上运行的MON过程发出变成备用信息152作为响应。
变成备用信息152的接收使得在卡38(S)上的CPU88(图2)利用冗余通信总线58建立起到卡38(A)的通信链路或通道。然后在卡38(S)上的MON过程利用此链路或通道给在卡38(A)上的MON过程发送开始配置同步信息154。
信息154的目的是请求上述早已完成其引导顺序的卡38(A)将它的当前配置信息发送给卡38(S)，以便建立相同的配置。这样，卡38(A)上的MON过程响应信息154，给在卡38(A)上的CFG过程发送起动(initiate)配置同步信息156，这引起从卡38(A)到卡38(S)的配置信息卸载158(再次通过冗余通信总线58)。假定卸载是成功的，卡38(S)上的CFG过程向卡38(S)上的MON过程发送完成配置同步信息160。与此相似，在卡38(A)上的CFG过程给在卡38(A)上的MON过程发送完成同步信息。
此时，在卡38(S)上的MON过程给在现役指定卡38发出起动(initiate)应用同步信息164。此信息是请求卡38(A)把它的详细的工作信息的数据库装载给卡38(S)，以便再次实现在现役和备用卡之间获得相同的工作状态的最终目的。对信息164作出响应，在卡38(A)上的MON过程向ISDN PRI(IPRI)任务发出起动(initiate)应用同步信息166。IPRI任务通过把现役卡38(A)的详细工作信息168装载到备用卡38(S)上的IPRI任务来作出响应。一旦完成装载，在备用卡38(S)上的IPRI任务给在同一卡上的MON过程发出完成应用同步信息170。与此相似，在卡38(A)上的IPRI任务给在此卡上的MON过程发出完成应用同步信息。随后，在备用卡38(S)上的MON过程向SYM过程发出完成引导顺序信息174，以及向在卡38(A)上的MON过程发出完成应用同步信息176。在卡38(A)上的MON过程向同一卡上的IPRI任务发出应用变成现役信息178，跟着向CFG过程发出冗余更新信息180和向SYM过程发出完成引导顺序信息182。然后SYM过程向主机发出冗余配置确认184。确认184肯定了已成功地完成了冗余引导顺序。
现在参考图5A，说明某些处于现役工作状态下的PRL-32包机动卡38上运行的过程和任务。显然，与本发明没有密切关系的过程和任务也可在此卡上运行。COMM过程负责从CPU/矩阵卡或节点交换机44a(图1)接收和向CPU/矩阵卡或节点交换机44a发送信息。COMM过程所接收到的与呼叫处理有关的信息被此COMM过程传送到与IPRI任务188有关的队列(queue)194。此外，与IPRI任务188有关联的关于定时器的信息(例如定时器满期)也送到队列194。
层2(L-2)过程190负责与PCM硬件198进行关于(ISDN)D通道信息的发送和接收的通信。与L2过程190相关的队列196从IPRI任务188接收管理(management)和ISDN数据链路(DL)数据请求信息。本质上是Q931 D通道信息的L2数据指示被从L2过程190送到队列194。
线卡多卡(LCMC)任务192负责把所有信息(和相关数据)和时间关联信息以及L2数据指示(统称为“事件”)从队列194送到备用(配对)卡38(S)。
图5B表示处在备用工作状态的包机动卡上运行的某些过程和任务。这些过程和任务本质上是示于图5A那些过程和任务的功能对应部分，只有下面的例外。首先，当处在备用方式，备用卡的COMM过程200不接收任何来自CPU/矩阵卡或节点交换机44a的与呼叫处理有关的信息，因此不传送任何信息到与IPRI任务202相关的队列210。这是因为处在现役工作方式的卡38(A)才具有处理呼叫的责任。
第二，IPRI任务202传送管理(management)信息，但不传送数据链路数据请求(信息帧)信息给与L2过程204相关的队列212。与此相似，没有放置与定时器有关的信息或源自备用卡38(S)的L2数据指示在队列210中。取而代之的是，从LCMC过程192(图5A)发送并被LCMC过程208接收的事件被放置在队列210。这样，IPRI任务202处理放在队列210的事件，此任务应以与对应任务188在现役卡38(A)上运行时完全相同的方式来运行。
第三，不准IPRI任务202发送任何信息给COMM过程200和LCMC过程208。这是因为，处在备用方式的卡38(S)只限于从现役卡接收事件和根据它们所接收的顺序(sequence)来处理那些事件。备用卡的工作状态就是以这种方式来跟踪现役卡的工作状态。
处在备用方式的备用卡38(S)从PCM硬件206接收到D通道信息，但不向PCM硬件206发送任何信息。L2过程204通过检查包含在所接收的帧内的序列号(sequence number)，能决定被现役卡38(A)所发送的信息的序列号(sequence number)。结果，在备用卡38(S)必须取代现役卡38(A)而进入服务时，备用卡38(S)就有了继续进行原来由现役卡39(A)所处理的信息交换所需的信息。
从现役卡到备用卡的割接在下面许多种可能的失效或其它条件中的任一种都是需要的：现役卡整块被取掉；现役卡被手动复位；现役卡经历能迫使复位的故障；现役卡停止了与CPU/矩阵卡或节点交换机的通信；现役卡由于从主机得到指令而脱离服务；或主机直接给现役卡发出复位信息。
在发生需要割接的事件时，SYM过程(运行在CPU/矩阵卡或节点交换机44a)给运行在备用卡38(S)(图4)的MON过程送出变成单独信息(象图3的信息142)。对此作出响应，MON过程给IPRI任务发出信息，以便使此任务开始起上述的与图5A有关的功能。此时，备用卡的工作状态已经从备用变成单独运行。这割接的结果是，前备用(现在“单独”)卡现在担负起原本由当时已达到稳定态(即存在连接)的原现役卡所处理的所有呼叫。此外，正如其“单独”工作状态所意味的，此卡没有通到备用卡的通信链路或信道。最好从COMM过程向主机送出信息以便通知关于卡工作状态的改变。
如果原现役卡随后被修理或取代(或另一个适当功能的卡被装到交换机)时，此卡会如上所述地被引导(booted)，从而变成备用卡。在这情况下，原来的备用卡在过去的割接后处于“单独”工作状态，此时会接收到把它的工作状态改变为“现役”的信息。随后，如果希望，可通过由主机或其它控制器件支配，把现役和备用卡的指定倒过来。
显然，为了提供甚至更大的冗余和保证防止服务中断，可对单个现役卡提供多个备用卡。在这方式下，现役卡可对每个备用卡建立通信信道或链路。另外(otherwise)，现役卡与每个备用卡之间的通信会是与上述的基本上相同的。
显然，本发明可用于提供与典型地在远距离通信或其它类型的系统中见到的任何种类的硬件器件有关的冗余。在如图1所示的可编程的远距离通信交换机的情况下，本发明可用于给线卡26或MFDSP卡36提供冗余。
虽然已经参考其最佳实施例显示和描述了本发明，但在本专业的技术人员应理解到，可提出各种在形式上和细节上的改变而并不超出本发明的精神和范围。此外，在此所使用的词和表达方法只是作为描述的词而不是作为限制，并且在使用这些词和表达方法时并不打算排除与所表示和描述的特性等价的东西或其中的部分，当然，在本发明的权利要求书的范围内可能有各种各样的改型。

Claims (4)

1.给在远离通信系统中的一个或多个硬件提供冗余的方法，其特征在于所述方法包括：
进行关于第一硬件装置的引导顺序；
指定所述第一硬件装置为现役装置；
指定能执行与所述第一硬件装置功能本质上相同的功能的第二硬件装置为备用装置；
在所述现役装置与备用装置之间建立通信链路；
利用所述链路把关于所述现役装置配置的信息传达给所述备用装置；
利用所述关于配置的信息把所述备用装置配置成基本上与所述现役装置相同；
使所述现役装置能开始处理呼叫；
利用所述链咱来传达关于影响所述现役装置工作状态的事件的信息；和
利用所述与事件有关的信息，使得所述备用装置的工作状态连续地跟踪所述现役装置的工作状态，从而若所述现役装置停止工作时，所述备用装置就负起处理过去由所述现役装置处理的呼叫；
其中所述现役装置保持用来接收准备传达给所述备用装置的与事件相关的信息的队列，所述备用装置保持用来接收从所述现役装置传达过来的与事件相关的信息的队列。
2.权利要求1的方法，其特征在于所述现役和备用装置各自是ISDN包机动卡。
3.权利要求2的方法，其特征在于具有使所述配置信息包括关于单独、现役和备用D信道，从而有效地提供关于所述信道中的每一个以及所述现役ISDN包引擎的冗余的步骤。
4.权利要求2的方法，其特征在于具有使所述与事件相关信息包括与呼叫处理相关的信息和与定时器相关的信息的步骤。
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