CN112506633A - 一种多机冗余系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多机冗余系统及处理方法，所述处理方法包括：步骤1：将所有装置分别与外部的各个子系统建立通信连接；步骤2：将所有装置均通过各个接口应用进程与对应的子系统建立通信连接；步骤3：具有主接口应用进程所在的装置记为活跃装置，其余装置记为睡眠装置；步骤4：检测活跃装置与各个子系统通信是否正常，若是，则继续保持当前状态，若否，则进行切换操作，得到新的主接口应用进程和辅接口应用进程；步骤5：重复步骤3‑步骤4，不断进行采集子系统的设备信息，直至采集结束。本发明能够有效提高冗余机的可靠性和高可用性，以及方便软件升级。

Description

一种多机冗余系统及处理方法

技术领域

本发明涉及冗余装置技术领域，具体涉及一种多机冗余系统及处理方法。

背景技术

接口处理机是一种常应用于数据交换系统中的交换设备，用于接收和发送相关的数据。例如，应用于城市轨道交通的综合监控系统中的接口处理机，其用于接收和发送中央级或车站级集成和互联系统的设备相关信息。为了保证数据采集和交换的安全性，通常会采用双机架构，对接口处理机而言，通常采用热备冗余配置，也即采用两个接口处理机实现接收和发送设备相关信息，以确保某单一接口处理机出现故障时，另一台接口处理机仍然能够正常工作，实现数据采集和交换的安全。

目前采用两台接口处理机实现双机冗余，通常是主备两台接口处理机同时与外部的多个子系统(每个子系统对应一个或多个设备)建立通讯，以采集到子系统的设备信息进而上传，主接口处理机采集数据，备接口处理机进行通信链路测试，采用整体切换方式，以使得单一接口处理机出现故障时，另一台接口处理机能够继续正常工作。这种双机冗余处理方式存在一个较为明显的不足和缺陷，就是与主接口处理机连接的多个子系统中一旦存在某个子系统无法与主接口处理机正常通讯，导致主接口处理机采集不到某些子系统的设备信息，则会将所有与主接口处理通讯连接的子系统均切换到备接口处理机，由备接口处理机对各个子系统进行采集数据，这依然会导致由于多个子系统中的某个子系统与备接口处理机无法正常通讯而导致采集数据失败，降低双机冗余的可靠性和高可用性。

以图1为例，图中的“1-n”表示前置1与设备n之间的通讯连接，其余作类似理解。前置1作为主接口处理机，前置2作为备接口处理机，假设设备1(对应一个子系统)和设备3(对应另一个子系统)与前置1之间通讯异常(无法正常通讯)，也即图中的×表示通讯异常，从而导致前置1无法采集到设备1和设备3的设备信息，与其余设备通讯正常。前置2与设备2之间通讯异常，与其余设备通讯正常。当检测到前置1无法采集到设备1和设备3的设备信息，按传统的处理方法，则会将与前置1所有连接的设备均切换到前置2，将前置2作为主接口处理机，而前置1作为备接口处理机，但经过切换处理后，设备2本来可由前置1采集到数据而现在设备2不能被前置2采集到，导致双机冗余的可靠性降低，双机冗余的可靠性和高可用性还需要进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种双机冗余处理方法，其能够解决双机冗余可靠性和高可用性不足的问题。

实现本发明的目的之一的技术方案为：一种多机冗余处理方法，包括如下步骤：

步骤1：将所有装置分别与外部的各个子系统建立通信连接；

步骤2：将所有装置均通过各个接口应用进程与对应的子系统建立通信连接，每一个子系统均对应有一个接口应用进程与对应装置建立通信连接，不同子系统对应的接口应用进程相互独立；

步骤3：所述接口应用进程包括主接口应用进程和辅接口应用进程，装置通过主接口应用进程采集子系统的设备信息，

其中，初始状态下，将多个装置之一的与各个子系统的所有接口应用进程设置为主接口应用进程，具有主接口应用进程所在的装置记为活跃装置，其余装置记为睡眠装置；

步骤4：检测活跃装置与各个子系统通信是否正常，若是，则继续保持当前状态，若与至少一个子系统通信异常，将异常子系统集合中的所有子系统与当前活跃装置的对应的接口应用进程切换为辅接口应用进程、与当前的睡眠装置对应的接口应用进程切换为主接口应用进程，异常子系统集合是指与装置通信不正常的子系统构成的集合；

步骤5：重复步骤3-步骤4，不断进行采集子系统的设备信息，直至采集结束。

进一步地，所述装置为接口处理机。

进一步地，当前的所述睡眠装置用于链路测试，以检测与子系统之间的通信链路是否正常。

进一步地，当前的所述睡眠装置通过辅接口应用进程用于链路测试，以检测与子系统之间的通信链路是否正常。

进一步地，还包括服务器，所述活跃装置和睡眠装置均与服务器通信连接，活跃装置和睡眠装置的各个接口应用进程与子系统的通信状态均发送给服务器，当活跃装置检测到与某个子系统a通信异常时，活跃装置发送切换请求，服务器根据接收到的切换请求，将子系统a与活跃装置之间的接口应用进程设置为辅接口应用进程、与睡眠装置之间的接口应用进程设置为主接口应用进程。

进一步地，在服务器接收所述切换请求之后，服务器查询睡眠装置与子系统a的通信状态，若子系统a与睡眠装置通信正常，则将子系统a与活跃装置之间的接口应用进程设置为辅接口应用进程、与睡眠装置之间的接口应用进程设置为主接口应用进程。

进一步地，在所述接口应用进程上设置有插件，所述插件至少设置有与子系统对应的接口通信协议，从而根据配置加载相应的插件，实现与具有不同接口的子系统进行通信。

进一步地，为每个接口应用进程创建一个容器，用于运行所述接口应用进程。

实现本发明的目的之二的技术方案为：一种多机冗余系统，至少包括一个活跃装置和一个睡眠装置，活跃装置和睡眠装置均通过接口应用进程分别与外部的各个子系统连接，接口应用进程包括主接口应用进程和辅接口应用进程，活跃装置为具有主接口应用进程的装置，睡眠装置为不具有主接口应用进程的装置，

活跃装置用于检测与各个子系统通信是否正常，若是，则继续保持当前状态，若与至少一个子系统通信异常，则发送切换请求，以将异常子系统集合中的所有子系统与当前活跃装置的对应的接口应用进程切换为辅接口应用进程、与当前的睡眠装置对应的接口应用进程切换为主接口应用进程，异常子系统集合是指与主装置通信不正常的子系统构成的集合。

进一步地，还包括服务器，每一个装置均与对应的一个服务器连接，服务器用于接收切换请求，以完成接口应用进程切换。

本发明的有益效果为：本发明通过采用多进程的方式，每个进程实现对一个子系统的数据采集，当进程出现异常时，切换到另外一台接口处理机的对应进程，继续采集子系统的设备数据，解决了既有系统的实现方式在采集子系统设备数据可能会有某些子系统的数据采集不到的问题，提高了系统的可用性。采用插件的技术，根据不同的接口协议开发出一系列的插件，接口应用程序根据启动命令或者配置动态加载相应的插件，实现与子系统通信并进行数据交换，避免了既有系统的实现方式在新增加接口协议时，需要修改既有程序，可能会对既有的业务产生影响的问题，提高了系统的可扩展性和可维护性。

附图说明

图1为两个前置机与各个设备连接示意图；

图2为较佳实施例的流程示意图；

图3为本发明的多机冗余系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

如图1和图2所示，一种多机冗余处理方法，包括如下步骤：

步骤1：预设其中一台接口处理机为主接口处理机，另一台为备接口处理机，主接口处理机分别与外部的各个子系统建立通信连接，用于采集子系统的设备信息，备接口处理机也分别与外部的各个子系统建立通信连接，用于与子系统进行链路测试以检测链路通信是否正常。

本步骤中，只设置两台主接口处理机，实际应用时，可以根据需要增设更多接口处理机，所有的接口处理机均与各个子系统建立通信连接。当设置更多接口处理机(3台以上)，将其中一台接口处理机预设为主接口处理机，其余接口处理机均作为备接口处理机。或者将其中的2台或2台以上的接口处理机设置为主接口处理机，其余接口处理机均作为备接口处理机。2台接口处理机连接的子系统相同或不相同，例如，第一台接口处理机与一部分子系统连接，第二台接口处理机与其余部分的子系统连接，或者第一台接口处理机和第二台接口处理机均连接所有子系统。

本实施例是以接口处理机为例，实际使用时，也可以是其他的通信设备或数据采集设备，通过主备两个装置实现冗余装置结构均可以使用与接口处理机相同的设置方式和结构，也即装置不局限于为接口处理机，或者所述多机不局限于为接口处理机。

步骤2：将主接口处理机和备接口处理机均通过接口应用进程加载的接口通信协议插件与对应的子系统建立通信连接，也即每一个子系统均对应有一个接口应用进程与主接口处理机建立通信连接，不同子系统对应的接口应用进程相互独立。每一个子系统均对应有一个接口应用进程与备接口处理机建立通信连接，不同子系统对应的接口应用进程相互独立。主接口处理机采集子系统的设备信息以获得采集数据，备接口处理机进行链路测试以测试链路通信是否正常。

同样的，若有更多接口处理机，也是将每个接口处理机均通过接口应用进程与对应的子系统建立通信连接。

步骤3：检测主接口处理机与各个子系统通信是否正常，若与各个子系统均正常，则继续保持当前状态，若与至少一个子系统通信不正常，与主接口处理机通信不正常的子系统构成的集合记为异常子系统集合，将异常子系统集合中的所有子系统与备接口处理机的接口应用进程切换为主接口应用进程，将异常子系统集合中的所有子系统与主接口处理机的接口应用进程切换为辅接口应用进程，主接口应用进程用于采集子系统的设备信息，辅接口应用进程不进行采集数据而是进行链路测试，检测链路通信是否正常。此时，对于异常子系统集合中的所有子系统而言，原先的主接口处理机变为备接口处理机，原先的备接口处理机则变为主接口处理机，而对于不属于异常子系统集合中的所有子系统的主接口处理机和备接口处理机则未发生变化。

其中，进行切换后的备接口处理机也起到了与主接口处理机相同的作用，因此，可以将具有主接口应用进程所在的装置记为活跃装置，其余装置记为睡眠装置，也即不含主接口应用进程所在的装置为睡眠装置。也即，主/备接口处理机是相对于当前是否能够采集子系统的设备信息而言，只是在初始状态下，将多个装置中的一个装置的全部接口应用进程设置为主接口应用进程，其余的装置的所有接口应用进程设置为辅接口应用进程。一旦采集数据后，则会更新初始状态，得到当前状态。

步骤4：执行步骤3之后，可以重复上述步骤，不断更新当前状态，将新的具有主接口应用进程所在的装置作为新的活跃装置，而不再具有主接口应用进程所在的装置由活跃装置变更为睡眠装置，从而可以不断进行采集子系统的设备信息，直至采集结束。

本步骤中，若有更多接口处理机，则将异常子系统集合中的所有子系统与主接口处理机的接口应用进程切换为辅接口应用进程后，将异常子系统集合中的所有子系统与除主接口处理机之外的至少一个备接口处理机的接口应用进程切换为主接口应用进程。

通过以上步骤处理，可以实现单点故障不影响系统的正常使用，仍然可以继续数据采集。还是以图1为例，在应用本实施例时，当检测到前置1(即为主接口处理机)与设备1和/或设备3通信异常(即不正常)，则将前置1与设备1和/或设备3之间的接口应用进程切换为辅接口应用进程、前置2与设备1和/或设备3之间的接口应用进程切换为主接口应用进程，前置1不再采集设备1/或设备3的设备信息而只测试与设备1/或设备3的链路通信是否正常，前置2采集设备1/或设备3的设备信息，从而使得可以采集到设备1-设备n的所有设备信息，避免如背景1描述的双机冗余切换后无法采集到某些设备的设备信息的缺陷。只有在前置1和前置2与某个设备之间的链路均通信异常时，本系统才无法采集到设备信息，从而大大提高接口处理机的可靠性和高可用性。

优选地，本步骤中，主接口处理机和备接口处理机均与同一个服务器通信连接，主接口处理机的各个接口应用进程与子系统的通信状态、备接口处理机的各个接口应用进程与子系统的通信状态均发送给服务器，服务器可以获得任意时刻主接口处理机和备接口处理机与各个子系统的通信状态。当主接口处理机检测到与某个子系统a通信异常时，主接口处理机发送切换请求，服务器将子系统a与主接口处理机之间的接口应用进程设置为辅接口应用进程，与备接口处理机之间的接口应用进程设置为主接口应用进程。

作为另外一个实施例，服务器在进行接口应用进程主备切换之前，先查询备接口处理机与对应的子系统(子系统a)的通信状态，若子系统a与备接口处理机通信正常，则进行切换，也即服务器将子系统a与主接口处理机之间的接口应用进程设置为辅接口应用进程，与备接口处理机之间的接口应用进程设置为主接口应用进程。反之，则仍然保持当前状态，也即子系统a与主接口处理机之间的接口应用进程设置仍然保持主接口应用进程，与备接口处理机之间的接口应用进程继续为辅接口应用进程。

作为另外一个实施例，在所述接口应用进程上设置有插件，所述插件至少设置有与各个子系统对应的接口通信协议，从而根据配置加载相应的插件，实现与不同接口协议的子系统进行通信。当连接的子系统不断增多时，有可能会出现新的接口协议，从而只要在接口应用进程上增加相应的接口通信协议插件即可实现与新的子系统进行通信连接，可以方便进行子系统扩展。常见的插件协议包括Iec04协议、Modbus协议、CIP协议等，可以实现与具有不同接口的子系统通信连接。当需要进行升级时，只需要升级接口应用进程的接口通信协议插件即可，并不影响与其余的子系统进行通信，实现在不影响接口处理机与既有子系统已建立的通讯连接的情况下的无缝升级。

优选地，为每个接口应用进程创建一个容器，用于运行所述接口应用进程。便于在工程实际实施时，实现接口应用程序的快速部署，在维护阶段，便于实现软件的平滑升级。

本发明通过采用多进程的方式，每个进程实现对一个子系统的数据采集，当进程出现异常时，切换到另外一台接口处理机的对应进程，继续采集子系统的设备数据，解决了既有系统的实现方式在采集子系统设备数据可能会有某些子系统的数据采集不到的问题，提高了系统的可用性。采用插件的技术，根据不同的接口协议开发出一系列的插件，接口应用程序根据启动命令或者配置动态加载相应的插件，实现与子系统通信并进行数据交换，避免了既有系统的实现方式在新增加接口协议时，需要修改既有程序，可能会对既有的业务产生影响的问题，提高了系统的可扩展性和可维护性。

接口处理机的接口应用进程使用插件技术，基于微服务的架构，可利用容器化的方式进行快速部署和平滑升级。部署后，每个接口应用进程运行在单独的容器里，便于部署和软件平滑升级。

请参阅图3，一种多机冗余系统，包括第一服务器(图中的服务器1)、第二服务器(图中的服务器2)、主接口处理机(图中的接口处理机1)、备接口处理机(图中的接口处理机2)，第一服务器与主接口处理机连接，第二服务器与备接口处理机连接，从而可以设置进程主备和获得进程运行状态，以及发送设备控制命令和接收提交设备实时状态。第一服务器和第二服务器内均包括进程管理模块和实时数据处理模块，实时数据处理模块用于处理从子系统采集到的设备信息，进程管理模块用于建立和管理对应接口处理机的接口应用进程。

主接口处理机包括若干个接口应用进程，每个接口应用进程上设置有一个对应的插件，插件至少包括接口通信协议。主接口处理机通过约定的接口通信协议与对应的子系统连接，从而使得主接口处理机通过接口应用进程与对应的子系统连接。

主接口处理机用于检测主接口处理机与各个子系统通信是否正常，若否，则向第一服务器发送切换请求，第一服务器接收到切换请求后，将对应有异常的子系统与备接口处理机的接口应用进程切换为主接口应用进程，与主接口处理机的接口应用进程切换为辅接口应用进程。主接口应用进程用于采集对应子系统的设备信息，辅接口应用进程用于测试与对应子系统的链路，以检测通信链路是否正常。

同样的，备接口处理机包括若干个接口应用进程，每个接口应用进程上设置有一个对应的插件，插件至少包括接口通信协议。备接口处理机通过插件协议与对应的子系统连接，从而使得备接口处理机通过接口应用进程与对应的子系统连接。

当备接口处理机中存有主接口应用进程，则备接口处理机也同样检测与主接口应用进程对应的子系统通信是否正常，并按上述相同方法处理。也即，若通信异常，则将主接口应用进程切换为辅接口应用进程，相应与主接口处理机连接的接口应用进程切换为主接口应用进程。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多机冗余处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将所有装置分别与外部的各个子系统建立通信连接；

步骤2：将所有装置均通过各个接口应用进程与对应的子系统建立通信连接，每一个子系统均对应有一个接口应用进程与对应装置建立通信连接，不同子系统对应的接口应用进程相互独立；

步骤3：所述接口应用进程包括主接口应用进程和辅接口应用进程，装置通过主接口应用进程采集子系统的设备信息，

其中，初始状态下，将多个装置之一的与各个子系统的所有接口应用进程设置为主接口应用进程，具有主接口应用进程所在的装置记为活跃装置，其余装置记为睡眠装置；

步骤4：检测活跃装置与各个子系统通信是否正常，若是，则继续保持当前状态，若与至少一个子系统通信异常，将异常子系统集合中的所有子系统与当前活跃装置的对应的接口应用进程切换为辅接口应用进程、与当前的睡眠装置对应的接口应用进程切换为主接口应用进程，异常子系统集合是指与装置通信不正常的子系统构成的集合；

步骤5：重复步骤3-步骤4，不断进行采集子系统的设备信息，直至采集结束。

2.根据权利要求1所述的多机冗余处理方法，其特征在于，所述装置为接口处理机。

3.根据权利要求1所述的多机冗余处理方法，其特征在于，当前的所述睡眠装置用于链路测试，以检测与子系统之间的通信链路是否正常。

4.根据权利要求3所述的多机冗余处理方法，其特征在于，当前的所述睡眠装置通过辅接口应用进程用于链路测试，以检测与子系统之间的通信链路是否正常。

5.根据权利要求1所述的多机冗余处理方法，其特征在于，还包括服务器，所述活跃装置和睡眠装置均与服务器通信连接，活跃装置和睡眠装置的各个接口应用进程与子系统的通信状态均发送给服务器，当活跃装置检测到与某个子系统a通信异常时，活跃装置发送切换请求，服务器根据接收到的切换请求，将子系统a与活跃装置之间的接口应用进程设置为辅接口应用进程、与睡眠装置之间的接口应用进程设置为主接口应用进程。

6.根据权利要求5所述的多机冗余处理方法，其特征在于，在服务器接收所述切换请求之后，服务器查询睡眠装置与子系统a的通信状态，若子系统a与睡眠装置通信正常，则将子系统a与活跃装置之间的接口应用进程设置为辅接口应用进程、与睡眠装置之间的接口应用进程设置为主接口应用进程。

7.根据权利要求1所述的多机冗余处理方法，其特征在于，在所述接口应用进程上设置有插件，所述插件至少设置有与各个子系统对应的接口通信协议，从而根据配置加载相应的插件，实现与不同接口协议的子系统进行通信。

8.根据权利要求1或8所述的多机冗余处理方法，其特征在于，为每个接口应用进程创建一个容器，用于运行所述接口应用进程。

9.一种多机冗余系统，其特征在于，至少包括一个活跃装置和一个睡眠装置，活跃装置和睡眠装置均通过接口应用进程分别与外部的各个子系统连接，接口应用进程包括主接口应用进程和辅接口应用进程，活跃装置为具有主接口应用进程的装置，睡眠装置为不具有主接口应用进程的装置，

活跃装置用于检测与各个子系统通信是否正常，若是，则继续保持当前状态，若与至少一个子系统通信异常，则发送切换请求，以将异常子系统集合中的所有子系统与当前活跃装置的对应的接口应用进程切换为辅接口应用进程、与当前的睡眠装置对应的接口应用进程切换为主接口应用进程，异常子系统集合是指与主装置通信不正常的子系统构成的集合。

10.根据权利要求9所述的多机冗余系统，其特征在于，还包括服务器，每一个装置均与对应的一个服务器连接，服务器用于接收切换请求，以完成接口应用进程切换。

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