CN112596369B - 一种多机冗余的无缝切换系统及其方法 - Google Patents

一种多机冗余的无缝切换系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多机冗余的无缝切换系统及其方法，该系统包括至少两套互为冗余备份的分机系统，各所述分机系统之间通过至少两路信号隔离的总线互联，各所述分机系统之间为双路冗余通信；还包括上位机，所述上位机分别与各所述分机系统通信连接。该多机冗余的无缝切换系统至少采用两套分机系统组成，且各分机系统组成完全一致，具有高可靠性、自主可控、冗余度高、自主冗余切换等特点，任一单机热备出现问题，均可无缝切换，提高了设备的可靠性。

Description

一种多机冗余的无缝切换系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种木工工具，具体涉及一种多机冗余的无缝切换系统及其方法。
背景技术
冗余技术已在对产品有可靠性要求的系统中得到广泛的应用。目前，在冗余系统中，大多采用单机冗余技术，至少采用2套硬件系统，来提高产品的可靠性，但是若单机热备任务出现问题时，任务无法做到无缝切换，仍需要外部板卡进行仲裁切换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，目的在于提供一种多机冗余的无缝切换系统及其方法，解决现有的冗余系统中，大多采用单机冗余技术，至少采用2套硬件系统，来提高产品的可靠性，但是若单机热备任务出现问题时，任务无法做到无缝切换，仍需要外部板卡进行仲裁切换的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种多机冗余的无缝切换系统，包括至少两套互为冗余备份的分机系统，各所述分机系统之间通过至少两路信号隔离的总线互联，各所述分机系统之间为双路冗余通信；还包括上位机，所述上位机分别与各所述分机系统通信连接。
进一步的，所述分机系统设置有两套，分别为A套分机系统和B套分机系统，所述A套分机系统和所述B套分机系统之间通过至少两路信号隔离的总线互联，所述A套分机系统和所述B套分机系统之间为双路冗余通信，所述A套分机系统和所述B套分机系统分别与所述上位机通信连接。
进一步的，所述A套分机系统包括第一电源、以及与第一电源连接的第一交换机、第一板卡A和第二板卡A，所述第一交换机与所述第一板卡A连接，所述B套分机系统包括第二电源、以及与第二电源连接的第二交换机、第一板卡B和第二板卡B，所述第二交换机分别与所述第一板卡B、第一板卡A连接，所述第一交换机还与所述第一板卡B连接，所述第一交换机、第二交换机分别与所述上位机连接。
进一步的，所述第一板卡A上设置有至少两个同一IP地址的网络接口，所述第一板卡B上设置有至少两个同一IP地址的网络接口，所述第一板卡A上与所述第一板卡B上IP地址不同。
进一步的，所述总线包括CAN总线、RS485总线和1553B总线。
一种多机冗余的无缝切换的方法，基于上述任一项所述的多机冗余的无缝切换系统，包括接收数据工作和向外发送数据工作，其中，所述接收数据工作过程包括以下步骤：
S101，以两套互为冗余备份的分机系统为例，当第一板卡A和第一板卡B作为接收装置时，第一板卡A和第一板卡B同时接收外部接口总线上的数据；
S102，数据收到后，第一板卡A通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据，第一板卡B通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据；
S103，上位机收到数据后，对比第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S105；
S104，丢弃第一板卡B的数据，处理第一板卡A的数据；
S105，同时通过第一板卡A和第一板卡B各自的两个网络接口向第一板卡A和第一板卡B同时发数据帧，再次接收到第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S106；
S106，上位机通过网络总线向第一板卡A和第一板卡B发送数据，进行互发校验，检验第一板卡A和第一板卡B的错误，若校验到有错误时，给上位机发送错误端，若第一板卡A错误，执行步骤S107，若第一板卡B错误，执行步骤S108；
S107，上位机处理上条指令执行第一板卡B的，同时提示更换A套分机系统，发送信息至第二板卡A，第二板卡A切断所有第一板卡A的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
S108，上位机处理上条指令执行第一板卡A的，同时提示更换B套分机系统，发送信息至第二板卡B，让第二板卡B切断所有第一板卡B的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
所述向外发送数据工作过程包括以下步骤：
S201，以两套互为冗余备份的分机系统为例，上位机每个网络接口均向第一板卡A和第一板卡B的IP发送数据；
S202，第一板卡A和第一板卡B收到数据后，第一板卡A和第一板卡B之间通过内部总线进行数据校验，若接收数据正确，执行步骤S203，若数据不正确，执行步骤S204；
S203，向上位机响应数据接收正确的指令；
S204，第一板卡A和第一板卡B分别向上位机发送网络帧，进行数据验证，若数据校验错误，提示上位机网络问题，更换上位机及附件线缆。
S205，第一板卡A和第一板卡B通过隔离的RS485总线、隔离的CAN总线、隔离的1553B总线向外发送数据。
进一步的，在所述步骤S205中，A套分机系统和B套分机系统实时通过CAN总线和RS485总线进行互测，当其中任意一套设备出现问题时，则该套分机系统的板卡第二板卡A或第二板卡B进行数据链路断开，并提示需更换设备，同时，当上位机外发命令时，通过正常的板卡发出；若两套板卡均正常，则默认第一板卡A发出。第二板卡A或第二板卡B上均采用双套逻辑判断电路，两套两路之间用隔离信号进行通信，互验从A套分机系统和B套分机系统间总线上抓取的数据的正确性；采用喂狗的方式，控制A套分机系统或B套分机系统设备对外的接口的断开与闭合；选用磁感硬件，确保A套分机系统或B套分机系统设备在断电时，所有的对外接口电路处于断开状态。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种多机冗余的无缝切换系统及其方法，该多机冗余的无缝切换系统至少采用两套分机系统组成，且各分机系统组成完全一致，具有高可靠性、自主可控、冗余度高、自主冗余切换等特点，任一单机热备出现问题，均可无缝切换，提高了设备的可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明多机冗余的无缝切换系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
本实施例提出了一种多机冗余的无缝切换系统包括至少两套互为冗余备份的分机系统，各分机系统之间通过至少两路信号隔离的总线互联，各分机系统之间为双路冗余通信；还包括上位机，上位机分别与各分机系统通信连接。该多机冗余的无缝切换系统至少采用两套分机系统组成，且各分机系统组成完全一致，具有高可靠性、自主可控、冗余度高、自主冗余切换等特点，任一单机热备出现问题，均可无缝切换，提高了设备的可靠性。
具体如图1所示，本实施例的无缝切换系统包括两套互为冗余备份的分机系统，分别为A套分机系统和B套分机系统，A套分机系统包括第一电源、以及与第一电源连接的第一交换机、第一板卡A和第二板卡A，第一交换机与第一板卡A连接，B套分机系统包括第二电源、以及与第二电源连接的第二交换机、第一板卡B和第二板卡B，第二交换机分别与第一板卡B、第一板卡A连接，第一交换机还与第一板卡B连接，第一交换机、第二交换机分别与上位机连接。A套分机系统和B套分机系统之间通过至少两路信号隔离的总线互联，其中，总线包括CAN总线、RS485总线和1553B总线。该多机冗余的无缝切换系统采用A套分机系统和B套分机系统组成，且A套分机系统和B套分机系统组成完全一致，具有高可靠性、自主可控、冗余度高、自主冗余切换等特点，任一单机热备出现问题，均可无缝切换，提高了设备的可靠性。此外，A套分机系统和B套分机系统均采用国产化的芯片进行设计，实现完全自主可控，避免了采用非国产芯片供货能力易受外部因素影响。
优选的，A套分机系统和B套分机系统之间为双路冗余通信。
实施例2
基于上述实施例，本实施例还对A套分机系统和B套分机系统进行了优化，本实施例的第一板卡A上设置有至少两个同一IP地址的网络接口，第一板卡B上设置有至少两个同一IP地址的网络接口，第一板卡A上与第一板卡B上IP地址不同。
本实施例的无缝切换系统的工作原理为：以两套互为冗余备份的分机系统为例，其中，接收数据工作过程包括以下步骤：
S101，当第一板卡A和第一板卡B作为接收装置时，第一板卡A和第一板卡B同时接收外部接口总线上的数据；
S102，数据收到后，第一板卡A通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据，第一板卡B通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据；
S103，上位机收到数据后，对比第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S105；
S104，丢弃第一板卡B的数据，处理第一板卡A的数据；
S105，同时通过第一板卡A和第一板卡B各自的两个网络接口向第一板卡A和第一板卡B同时发数据帧，再次接收到第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S106；
S106，上位机通过网络总线向第一板卡A和第一板卡B发送数据，进行互发校验，检验第一板卡A和第一板卡B的错误，若校验到有错误时，给上位机发送错误端，若第一板卡A错误，执行步骤S107，若第一板卡B错误，执行步骤S108；
S107，上位机处理上条指令执行第一板卡B的，同时提示更换A套分机系统，发送信息至第二板卡A，第二板卡A切断所有第一板卡A的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
S108，上位机处理上条指令执行第一板卡A的，同时提示更换B套分机系统，发送信息至第二板卡B，让第二板卡B切断所有第一板卡B的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
向外发送数据工作过程包括以下步骤：
S201，上位机每个网络接口均向第一板卡A和第一板卡B的IP发送数据；
S202，第一板卡A和第一板卡B收到数据后，第一板卡A和第一板卡B之间通过内部总线进行数据校验，若接收数据正确，执行步骤S203，若数据不正确，执行步骤S204；
S203，向上位机响应数据接收正确的指令；
S204，第一板卡A和第一板卡B分别向上位机发送网络帧，进行数据验证，若数据校验错误，提示上位机网络问题，更换上位机及附件线缆。
S205，第一板卡A和第一板卡B通过隔离的RS485总线、隔离的CAN总线、隔离的1553B总线向外发送数据。
作为较佳的实施例，在步骤S205中，A套分机系统和B套分机系统实时通过CAN总线和RS485总线进行互测，当其中任意一套设备出现问题时，则该套分机系统的板卡第二板卡A或第二板卡B进行数据链路断开，并提示需更换设备，同时，当上位机外发命令时，通过正常的板卡发出；若两套板卡均正常，则默认第一板卡A发出。第二板卡A或第二板卡B上均采用双套逻辑判断电路，两套两路之间用隔离信号进行通信，互验从A套分机系统和B套分机系统间总线上抓取的数据的正确性；采用喂狗的方式，控制A套分机系统或B套分机系统设备对外的接口的断开与闭合；选用磁感硬件，确保A套分机系统或B套分机系统设备在断电时，所有的对外接口电路处于断开状态。
本发明的实施例仅以两套互为冗余备份的分机系统为例进行说明，根据实际需要还可以采用两套以上的分机系统，进一步提高了多机冗余的无缝切换系统的可靠性。
任意两套以上的分机系统接收数据工作的工作原理：任意两套以上的分机系统内置的板卡同时接收外部接口总线上的数据，同时通过自身的的两个同一IP地址的网络接口向外发数据，上位机接收到数据后，对比各分机系统发过来的数据，若数据一致，仅处理其中任一分机系统板卡的数据，丢弃其它分机系统板卡的数据；若数据不一致，上位机同时向各分机系统板卡发送数据帧，再次收到各分机系统板卡发送的数据，若数据一致，仅处理其中任一分机系统板卡的数据，丢弃其它分机系统板卡的数据，若数据仍然不一致，上位机通过网络总线向各分机系统板卡发送的数据，进行互发校验，检验各分级系统板卡的错误，若校验到有错误时，给上位机发送错误端，切断错误端的分机系统，执行正确端的分机系统。
任意两套以上的分机系统向外发送数据工作的工作原理：上位机每个网络接口均向各分机系统板卡的IP发送数据，各分机系统板卡收到数据后，各分机系统板卡之间通过内部总线进行数据校验，若接收数据正确，向上位机响应数据接收正确的指令；若数据不正确，各分机系统板卡分别向上位机发送网络帧，进行数据验证，若数据校验错误，提示上位机网络问题，更换上位机及附件线缆。各分机系统板卡通过隔离的RS485总线、隔离的CAN总线、隔离的1553B总线向外发送数据。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多机冗余的无缝切换系统，其特征在于，包括至少两套互为冗余备份的分机系统，各所述分机系统之间通过至少两路信号隔离的总线互联，各所述分机系统之间为双路冗余通信；还包括上位机，所述上位机分别与各所述分机系统通信连接；
所述分机系统设置有两套，分别为A套分机系统和B套分机系统，所述A套分机系统和所述B套分机系统之间通过至少两路信号隔离的总线互联，所述A套分机系统和所述B套分机系统之间为双路冗余通信，所述A套分机系统和所述B套分机系统分别与所述上位机通信连接；
所述A套分机系统包括第一电源、以及与第一电源连接的第一交换机、第一板卡A和第二板卡A，所述第一交换机与所述第一板卡A连接，所述B套分机系统包括第二电源、以及与第二电源连接的第二交换机、第一板卡B和第二板卡B，所述第二交换机分别与所述第一板卡B、第一板卡A连接，所述第一交换机还与所述第一板卡B连接，所述第一交换机、第二交换机分别与所述上位机连接；
所述第一板卡A上设置有至少两个同一IP地址的网络接口，所述第一板卡B上设置有至少两个同一IP地址的网络接口，所述第一板卡A上与所述第一板卡B上IP地址不同；
所述总线包括CAN总线、RS485总线和1553B总线；
所述无缝切换系统中，执行无缝切换具体包括：
包括接收数据工作和向外发送数据工作，其中，所述接收数据工作过程包括以下步骤：
S101，当第一板卡A和第一板卡B作为接收装置时，第一板卡A和第一板卡B同时接收外部接口总线上的数据；
S102，数据收到后，第一板卡A通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据，第一板卡B通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据；
S103，上位机收到数据后，对比第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S105；
S104，丢弃第一板卡B的数据，处理第一板卡A的数据；
S105，同时通过第一板卡A和第一板卡B各自的两个网络接口向第一板卡A和第一板卡B同时发数据帧，再次接收到第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S106；
S106，上位机通过网络总线向第一板卡A和第一板卡B发送数据，进行互发校验，检验第一板卡A和第一板卡B的错误，若校验到有错误时，给上位机发送错误端，若第一板卡A错误，执行步骤S107，若第一板卡B错误，执行步骤S108；
S107，上位机处理上条指令执行第一板卡B的，同时提示更换A套分机系统，发送信息至第二板卡A，第二板卡A切断所有第一板卡A的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
S108，上位机处理上条指令执行第一板卡A的，同时提示更换B套分机系统，发送信息至第二板卡B，让第二板卡B切断所有第一板卡B的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
所述向外发送数据工作过程包括以下步骤：
S201，上位机每个网络接口均向第一板卡A和第一板卡B的IP发送数据；
S202，第一板卡A和第一板卡B收到数据后，第一板卡A和第一板卡B之间通过内部总线进行数据校验，若接收数据正确，执行步骤S203，若数据不正确，执行步骤S204；
S203，向上位机响应数据接收正确的指令；
S204，第一板卡A和第一板卡B分别向上位机发送网络帧，进行数据验证，若数据校验错误，提示上位机网络问题，更换上位机及附件线缆；
S205，第一板卡A和第一板卡B通过隔离的RS485总线、隔离的CAN总线、隔离的1553B总线向外发送数据。
2.一种多机冗余的无缝切换的方法，基于权利要求1所述的多机冗余的无缝切换系统，其特征在于，包括接收数据工作和向外发送数据工作，其中，所述接收数据工作过程包括以下步骤：
S101，当第一板卡A和第一板卡B作为接收装置时，第一板卡A和第一板卡B同时接收外部接口总线上的数据；
S102，数据收到后，第一板卡A通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据，第一板卡B通过自身的两个同一IP地址的网络接口向外发数据；
S103，上位机收到数据后，对比第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S105；
S104，丢弃第一板卡B的数据，处理第一板卡A的数据；
S105，同时通过第一板卡A和第一板卡B各自的两个网络接口向第一板卡A和第一板卡B同时发数据帧，再次接收到第一板卡A和第一板卡B的数据，若第一板卡A和第一板卡B的数据一致，执行步骤S104，若第一板卡A和第一板卡B的数据不一致，执行步骤S106；
S106，上位机通过网络总线向第一板卡A和第一板卡B发送数据，进行互发校验，检验第一板卡A和第一板卡B的错误，若校验到有错误时，给上位机发送错误端，若第一板卡A错误，执行步骤S107，若第一板卡B错误，执行步骤S108；
S107，上位机处理上条指令执行第一板卡B的，同时提示更换A套分机系统，发送信息至第二板卡A，第二板卡A切断所有第一板卡A的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
S108，上位机处理上条指令执行第一板卡A的，同时提示更换B套分机系统，发送信息至第二板卡B，让第二板卡B切断所有第一板卡B的对外接口以及A套分机系统和B套分机系统之间的互联线；
所述向外发送数据工作过程包括以下步骤：
S201，上位机每个网络接口均向第一板卡A和第一板卡B的IP发送数据；
S202，第一板卡A和第一板卡B收到数据后，第一板卡A和第一板卡B之间通过内部总线进行数据校验，若接收数据正确，执行步骤S203，若数据不正确，执行步骤S204；
S203，向上位机响应数据接收正确的指令；
S204，第一板卡A和第一板卡B分别向上位机发送网络帧，进行数据验证，若数据校验错误，提示上位机网络问题，更换上位机及附件线缆；
S205，第一板卡A和第一板卡B通过隔离的RS485总线、隔离的CAN总线、隔离的1553B总线向外发送数据。
3.根据权利要求2所述的一种多机冗余的无缝切换的方法，其特征在于，在所述步骤S205中，A套分机系统和B套分机系统实时通过CAN总线和RS485总线进行互测，当其中任意一套设备出现问题时，则该套分机系统的板卡第二板卡A或第二板卡B进行数据链路断开，并提示需更换设备，同时，当上位机外发命令时，通过正常的板卡发出；若两套板卡均正常，则默认第一板卡A发出。
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