CN115037674B - 一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法 - Google Patents

一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，涉及设备冗余备份技术领域，解决现有技术仅能解决单台设备上单个控制卡故障的技术问题，方法包括：同一台设备的控制卡之间通过内部网口通信并基于VRRP协议实现形成一个虚拟路由的一级硬件集群，自动选举形成一主多备的关系；不同设备之间通过外部网口通信并形成一个虚拟路由的二级硬件集群，自动选举形成一主多备的关系，不同设备之间通过各自的主控制卡进行网络通信；各控制卡均额外运行有软件系统，各软件系统跟随控制卡路由节点的主备状态，软件系统之间均通过multicast的方式进行心跳检测，实现用户会话存储和同步的能力。

Description

一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法
技术领域
本发明涉及设备冗余备份技术领域，更具体地说，它涉及一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法。
背景技术
在专利申请文件CN105550076A《图像拼接控制系统及其冗余热备份方法》：中，主备控制卡位于同一台设备，控制卡的主备状态是由硬件驱动主导，仅能解决单台设备上单个控制卡故障的问题，即已有技术仅仅对于单个控制卡故障的情况提供了一定的系统统稳定性的保障。
在专利申请文件CN109698775A《一种基于实时状态检测的双机冗余备份系统》：在该专利中，主备节点位于同一设备，每个节点都需要重复计算当前节点及对端节点状态，且存在节点状态冲突的可能，错误率较高，系统中需要额外进行状态冲突监测，该过程需要消耗一定的时间，造成系统反应较慢。
已有技术仅仅对于单个控制卡故障的情况提供了一定的系统统稳定性的保障；当控制卡所在机器发生故障时，不能提供相应的系统稳定性，即不能解决单点故障的问题。同时，已有技术的解决方案还存在错误率高，耗时多等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，可以实现单机多卡以及多机冗余备份。
本发明的技术方案是：一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，包括：
将同一台设备的所有控制卡基于VRRP协议实现形成一个虚拟路由的一级硬件集群，一级硬件集群中各个节点自动选举形成一主多备的关系；
同一台设备的控制卡之间通过内部网口通信，各控制卡进行相同的服务配置，各控制卡之间通过心跳监测实现自动选举；
不同设备之间通过外部网口通信，不同设备基于VRRP协议实现形成一个虚拟路由的二级硬件集群，二级硬件集群中各个节点自动选举形成一主多备的关系，不同设备之间通过各自的主控制卡进行网络通信；
各控制卡均额外运行有软件系统，同一台设备的软件系统形成一级软件集群；不同设备的主控制卡的软件系统之间形成二级软件集群。
作为进一步地改进，设备上电后启动，软件系统启动后，读取控制卡上的虚拟路由配置及主备状态信息，同时在软件系统之间会通过multicast的方式持续发送和接收数据包达到心跳发送和监测的目的，结合虚拟路由状态和软件系统之间的心跳监测结果，判断得出当前软件系统的主备状态，软件系统中主备状态决定内存数据同步的方向和时机，从而达到业务数据，网络配置等数据同步的目的。
进一步地，软件系统中存在三种状态，分别是SINGLE、MASTER、SALVE，SINGLE表示当前节点为主节点且其他节点系统未正常运行，MASTER表示当前节点为主节点且其他备节点软件系统运行正常，SALVE表示当前节点为备节点且主节点软件系统运行正常，当软件系统的状态为MASTER时，该软件系统发起同步内存数据到其他软件系统。
进一步地，内存数据包括业务数据、网络配置数据。
进一步地，在同一台设备中，当备控制卡未能监测到主控制卡的心跳时，在其余备控制卡中选出一个作为新的主控制卡。
进一步地，在不同设备之间，当备设备的主控制卡未能监测到主设备的主控制卡的心跳时，在其余备设备中选出一个作为新的主设备。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
本发明通过各控制卡形成硬件集群，各控制卡之间通过心跳监测实现自动选举，可以实现一重防护；各控制卡额外运行有软件系统，所有软件系统形成软件集群，软件集群间通过multicast的方式进行心跳检测，实现用户会话存储和同步的能力，可以实现双重防护，即在各控制卡硬件之间通过心跳监测实现切换，再通过软件系统之间进行心跳监测并进行数据同步，可以实现单机多卡以及多机冗余备份，提高系统稳定性。
附图说明
图1为本发明中同一台设备的两个控制卡的冗余备份示意图；
图2为本发明中软件系统的三种状态的示意图。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1、2，一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，包括：
将同一台设备的所有控制卡基于VRRP协议实现形成一个虚拟路由的一级硬件集群，一级硬件集群中各个节点自动选举形成一主多备的关系；即一个主控制卡，多个备控制卡，对应的节点为主控制节点、备控制节点；如图1所示，同一台设备上运行的两张控制卡，在两张控制卡上进行相同的服务配置，形成集群后，控制卡1为主控制卡，控制卡2为备控制卡；
同一台设备的控制卡之间通过内部网口通信，各控制卡进行相同的服务配置，各控制卡之间通过心跳监测实现自动选举，当备控制卡监测不到主控制卡的心跳，则认为主控制卡出现故障，备控制卡自动切换变成主控制卡，可以实现一重防护；
不同设备之间通过外部网口通信，不同设备基于VRRP协议实现形成一个虚拟路由的二级硬件集群，二级硬件集群中各个节点自动选举形成一主多备的关系，不同设备之间通过各自的主控制卡进行网络通信；当备设备监测不到主设备的心跳，则认为主设备出现故障，备设备自动切换变成主设备，以保证中央控制系统正常工作。
各控制卡均额外运行有软件系统，软件系统即软件系统运行在控制卡之上，同一台设备的软件系统形成一级软件集群；不同设备的主控制卡的软件系统之间形成二级软件集群；
各软件系统跟随控制卡路由节点的主备状态，同一台设备中，主控制卡对应的软件系统为一级软件集群的主控制节点，备控制卡对应的软件系统为一级软件集群的备控制节点；不同设备之间，主设备的主控制卡对应的软件系统为二级软件集群的主控制节点，备设备的主控制卡对应的软件系统为二级软件集群的备控制节点，一级软件集群之间、二级软件集群之间均通过multicast的方式进行心跳检测，实现用户会话存储和同步的能力。
具体的，设备上电后启动，软件系统启动后，读取控制卡上的虚拟路由配置及主备状态信息，同时在软件系统之间会通过multicast的方式持续发送和接收数据包达到心跳发送和监测的目的，结合虚拟路由状态和软件系统之间的心跳监测结果，判断得出当前软件系统的主备状态，软件系统中主备状态决定内存数据同步的方向和时机，从而达到业务数据，网络配置等数据同步的目的。
同一台设备的各软件系统之间通过持续发送和接受数据包达到心跳发送和监测的目的，相应的，不同设备的主控制卡的软件系统之间通过持续发送和接受数据包达到心跳发送和监测的目的。这里的心跳与各控制卡之间的心跳为两种心跳，即各控制卡之间监测卡的心跳，软件系统之间监测程序的心跳。
软件系统中存在三种状态，分别是SINGLE、MASTER、SALVE，SINGLE表示当前节点为主节点且其他节点系统未正常运行，MASTER表示当前节点为主节点且其他备节点软件系统运行正常，SALVE表示当前节点为备节点且主节点软件系统运行正常，当软件系统的状态为MASTER时，该软件系统发起同步内存数据到其他软件系统。内存数据包括业务数据、网络配置数据。
以图1为例，当控制卡1正常，控制卡2故障时，控制卡1的软件系统为SINGLE状态，不能发起数据同步；当控制卡1、控制卡2均正常时，控制卡1为MASTER状态，控制卡1发起数据同步到控制卡2；当控制卡1、控制卡2均正常时，控制卡2为SALVE状态，控制卡2不能发起数据同步到控制卡1。
在同一台设备中，当备控制卡未能监测到主控制卡的心跳时，在其余备控制卡中选出一个作为新的主控制卡。在不同设备之间，当备设备的主控制卡未能监测到主设备的主控制卡的心跳时，在其余备设备中选出一个作为新的主设备。
软件系统启动后，首先识别当前控制卡归属的路由节点的主备状态(该状态通过标志文件判断)，再监测软件之间的业务心跳，根据上述逻辑，进入相应的状态。当软件状态为MASTER时，触发相应的业务数据同步流程。
本发明可以增强系统稳定性和容灾性，单个控制卡发生故障时，可在用户无感知的情况下实现节点自动切换，保证服务的持续可用性。并且可以提高数据安全性，数据库异地备份(备份到不同的设备)，避免在极端情况下可能出现的备份数据丢失的情况。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，其特征在于，包括：
将同一台设备的所有控制卡基于VRRP协议实现形成一个虚拟路由的一级硬件集群，一级硬件集群中各个节点自动选举形成一主多备的关系；
同一台设备的控制卡之间通过内部网口通信，各控制卡进行相同的服务配置，各控制卡之间通过心跳监测实现自动选举；
不同设备之间通过外部网口通信，不同设备基于VRRP协议实现形成一个虚拟路由的二级硬件集群，二级硬件集群中各个节点自动选举形成一主多备的关系，不同设备之间通过各自的主控制卡进行网络通信；
各控制卡均额外运行有软件系统，同一台设备的软件系统形成一级软件集群，主控制卡对应的软件系统为一级软件集群的主控制节点，备控制卡对应的软件系统为一级软件集群的备控制节点；不同设备的主控制卡的软件系统之间形成二级软件集群，不同设备之间，主设备的主控制卡对应的软件系统为二级软件集群的主控制节点，备设备的主控制卡对应的软件系统为二级软件集群的备控制节点；
设备上电后启动，软件系统启动后，读取控制卡上的虚拟路由配置及主备状态信息，同时在软件系统之间会通过multicast的方式持续发送和接收数据包达到心跳发送和监测的目的，结合虚拟路由状态和软件系统之间的心跳监测结果，判断得出当前软件系统的主备状态，软件系统中主备状态决定内存数据同步的方向和时机，从而达到业务数据，网络配置数据同步的目的。
2.根据权利要求1所述的一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，其特征在于，软件系统中存在三种状态，分别是SINGLE、MASTER、SALVE，SINGLE表示当前节点为主节点且其他节点系统未正常运行，MASTER表示当前节点为主节点且其他备节点软件系统运行正常，SALVE表示当前节点为备节点且主节点软件系统运行正常，当软件系统的状态为MASTER时，该软件系统发起同步内存数据到其他软件系统。
3.根据权利要求2所述的一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，其特征在于，内存数据包括业务数据、网络配置数据。
4.根据权利要求1所述的一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，其特征在于，在同一台设备中，当备控制卡未能监测到主控制卡的心跳时，在其余备控制卡中选出一个作为新的主控制卡。
5.根据权利要求4所述的一种中央控制系统单机及多设备冗余备份方法，其特征在于，在不同设备之间，当备设备的主控制卡未能监测到主设备的主控制卡的心跳时，在其余备设备中选出一个作为新的主设备软件系统。
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