CN116582420A - 一种海底数据中心双cpu冗余系统、控制方法及控制器 - Google Patents

一种海底数据中心双cpu冗余系统、控制方法及控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种海底数据中心双CPU冗余系统、控制方法及控制器，涉及数据监控领域，该系统包括控制器、第一CPU、第二CPU以及若干监控站，其中，第一CPU和各监控站安装于水下，第二CPU安装于岸上；第一CPU通过控制各监控站获取海底监测数据；控制器用于获取第一CPU的心跳信号，判断第一CPU是否发生故障，在第一CPU发生故障时切换第二CPU控制各监控站获取海底监测数据。通过本发明提供的海底数据中心双CPU冗余系统，保障了物理上的安全隔离，控制器在第一CPU发生故障时切换第二CPU，实现第一CPU和第二CPU切换，避免单个CPU损坏维修CPU过程中导致的数据丢失。

Description

一种海底数据中心双CPU冗余系统、控制方法及控制器
技术领域
本发明涉及数据监控领域，具体涉及一种海底数据中心双CPU冗余系统、控制方法及控制器。
背景技术
海底数据中心作为互联网服务的“基座”，海底数据中心用于存储、计算和信息处理，海底数据中心由岸站、海底光电复合缆、海底分电站及海底数据舱组成。海底数据中心将传统的数据中心由陆地移到海底，有效利用海水作为自然冷源实现散热，具有极低能耗、节约用地等优点。然而，CPU作为集处理指令、执行操作、控制事件以及处理数据一体的处理器，保证CPU的正常运行对于海底数据中心至关重要。
在现有技术中，通常实时对海底数据中心的CPU进行监控，在CPU发生故障时，及时通知工作人员进行维修。然而，维修CPU的过程中可能会导致数据丢失，给后期数据复原带来困难。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中CPU发生故障时，维修过程中会导致数据丢失的问题，从而提供一种海底数据中心双CPU冗余系统、控制方法及控制器。
根据第一方面，本发明提供一种海底数据中心双CPU冗余系统，所述系统包括控制器、第一CPU、第二CPU以及若干监控站，其中，
所述第一CPU和各所述监控站安装于水下，所述第二CPU安装于岸上；
所述第一CPU、所述第二CPU及各所述监控站之间通信连接；
所述第一CPU通过控制各所述监控站获取海底监测数据；
所述控制器用于获取第一CPU的心跳信号，根据第一CPU的心跳信号判断第一CPU是否发生故障，并在第一CPU发生故障时切换所述第二CPU控制各所述监控站获取海底监测数据。
在一实施例中，该系统还包括同步光纤，所述第一CPU和第二CPU通过所述同步光纤进行数据同步。
在一实施例中，所述第一CPU、第二CPU与各所述监控站通过环网架构通信连接。
在一实施例中，所述同步光纤为单模光纤。
在一实施例中，所述监控站包括传感器和断路器，所述传感器、断路器均与第一CPU、第二CPU连接，所述传感器用于采集海底数据中心的监测数据，所述断路器用于控制海底数据中心各设备的开关。
在一实施例中，所述控制器为PLC。
根据第二方面，本发明提供一种海底数据中心双CPU控制方法，该方法应用于如第一方面任一项所述的海底数据中心双CPU冗余系统中的控制器，所述方法包括：
获取第一CPU的心跳信号；
根据所述第一CPU的心跳信号，判断所述第一CPU是否发生故障；
在第一CPU发生故障时切换至第二CPU，以使得第二CPU控制各监控站获取海底监测数据。
在一实施例中，所述方法还包括：
监测第二CPU的心跳信号；
根据所述第二CPU的心跳信号，判断第二CPU是否发生故障；
在第二CPU发生故障，且第一CPU未发生故障时，切换至第一CPU。
在一实施例中，所述方法还包括：
在第一CPU发生故障时，进行报警。
根据第三方面，本发明提供一种控制器，包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第二方面及其可选实施方式中任一项所述的海底数据中心双CPU控制方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种海底数据中心双CPU冗余系统，将第一CPU和第二CPU分别安装于水下和岸上，从而保障物理上的安全隔离，第一CPU通过控制监控站，以实现对海底数据进行监测，控制器对第一CPU的故障情况进行判断，并在第一CPU发生故障时切换第二CPU控制监控站获取海底监测数据，以实现第一CPU和第二CPU的切换，同时避免了单个CPU损坏维修CPU过程中导致的数据丢失。
本发明实施例提供了一种海底数据中心双CPU控制方法，根据第一CPU的心跳信号判断是否发生故障，以实现对CPU故障的监测，并在第一CPU发生故障时，切换至第二CPU，以实现第一CPU和第二CPU的切换，避免了单个CPU损坏维修CPU过程中导致的数据丢失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提出的一种海底数据中心双CPU冗余系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提出的一种海底数据中心双CPU控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提出的一种控制器的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
海底数据中心由岸站、海底光电复合线缆、海底分电站及海底数据舱组成，具有低能效高、模块化建设部署快捷、布放于海底节约用地及高可靠免维护等优点。
为了避免在CPU发生故障时，维修CPU导致数据丢失的情况，本发明实施例中提供一种海底数据中心双CPU冗余系统，如图1所示，该系统包括控制器(图中未示出)、第一CPU1、第二CPU2以及若干监控站3。
海底数据中心分为岸上和水下两部分，其中，第一CPU1和各监控站3安装于水下，第二CPU2安装于岸上。第一CPU1为主用CPU，第二CPU2为备用CPU。
第一CPU1、第二CPU2及各监控站3之间通信连接。第一CPU1通过控制各监控站获取海底监测数据。
控制器用于获取第一CPU1的心跳信号，根据第一CPU1的心跳信号判断第一CPU1是否发生故障，并在第一CPU1发生故障时切换第二CPU2控制各监控站3获取海底监测数据。
在本发明实施例中，第一CPU作为主用CPU，在水下工作，第二CPU作为备用CPU，在岸上工作，以保障物理上安全隔离。在运行过程中，CPU可能出现电源供应不稳定、电压不稳定、过热以及过度超频等原因发生损坏而无法正常工作的情况。
控制器获取第一CPU的心跳信号，可以通过每隔预设时长向第一CPU发送心跳数据包。若接收到第一CPU的响应，则第一CPU未发生故障，即可正常工作。若长时间内未接收到第一CPU的响应，则第一CPU发生故障，即无法正常工作。在第一CPU发生故障时，切换至第二CPU，即切换至备用CPU，以实现主用CPU和备用CPU的切换。
通过上述实施例，将第一CPU和第二CPU分别安装于水下和岸上，从而保障物理上的安全隔离，第一CPU通过控制监控站，以实现对海底数据进行监测，控制器对第一CPU的故障情况进行判断，并在第一CPU发生故障时切换第二CPU控制监控站获取海底监测数据，以实现第一CPU和第二CPU的切换，同时避免了单个CPU损坏维修CPU过程中导致的数据丢失。
具体地，在一实施例中，控制器可以为PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，采用PLC作为控制器，具有可靠性高、抗干扰能力强的优点，PLC采用工业控制元件，以满足工业自动化系统的长期稳定运行。
具体地，在一实施例中，该系统还包括同步光纤4，第一CPU1和第二CPU2通过同步光纤4进行数据同步。
在本发明实施例中，海底铺设有复合海缆，海缆是用绝缘材料包裹的电缆，用于数据传输。第一CPU将数据传输至第二CPU，第二CPU进行数据同步，在第一CPU发生故障时，第二CPU继续执行用户程序，以保证该系统的正常运行。
具体地，在一实施例中，第一CPU1、第二CPU2与各监控站3通过环网架构5通信连接。
在本发明实施例中，监控站为远程I/O站，远程I/O站为远程通信站。通过远程I/O站进行监控，远程I/O站不需要大量的以太网交换机，也不需要占用大量的以太网交换机端口，大大降低了以太网电缆、电缆空间以及安装电缆的人工成本。
第一CPU、第二CPU与I/O站之间采用环网架构通信连接，整个环网采用光纤组网。
通过环网架构进行通信连接，能够有效提高系统的可靠性和稳定性，所需的电缆长度较短，且更容易监测通信线路的状态及流量等数据，便于工作人员进行检修。
具体地，在一实施例中，同步光纤4为单模光纤。
在本发明实施例中，由于海底控制单元和岸站相隔超过500米，因此，同步光纤均采用单模光纤，光模块均采用单模光模块，整个环网架构也采用光纤组环，以实现第一CPU和第二CPU之间小于500毫秒的无缝切换。
采用单模光纤进行数据传输，单模传输距离远，单模光纤沿着直线进行光传播，不会从边缘反弹，因此采用单模光纤避免了色散和光能量的浪费，且相比于多模光纤，单模光纤能够提供更高的带宽。
具体地，在一实施例中，监控站3包括传感器和断路器，传感器、断路器均与第一CPU1、第二CPU2连接，传感器用于采集海底数据中心的监测数据，断路器用于控制海底数据中心各设备的开关。
在本发明实施例中，海底数据中心的监测数据包括温度、压力等数据，水下舱内还有三通阀、海水泵等设备，断路器用于控制海底数据中心海水泵等设备的开关。其中，三通阀的控制和状态反馈、海水泵启停状态、断路器的控制和状态反馈以及传感器均纳入远程I/O站。
需要说明的是，图1中的PC为监控终端，监控终端用于获取各设备的运行数据，并存储运行数据。
本发明实施例中提供还一种海底数据中心CPU控制方法，应用于上述的海底数据中心双CPU冗余系统中的控制器，如图2所示，该方法包括如下步骤S101至步骤S103。
步骤S101：获取第一CPU的心跳信号。
在本发明实施例中，控制器每隔预设时长向第一CPU发送心跳数据包，并接收第一CPU返回的响应，以作为第一CPU的心跳信号。
步骤S102：根据第一CPU的心跳信号，判断第一CPU是否发生故障。
在本发明实施例中，若第一CPU在预设时长内返回对应的响应，则确定第一CPU未发生故障。若第一CPU在预设时长内未返回对应的响应，则确定第一CPU发生故障。
步骤S103：在第一CPU发生故障时切换至第二CPU，以使得第二CPU控制各监控站获取海底监测数据。
在本发明实施例中，在第一CPU发生故障时，切换第二CPU代替第一CPU工作，并及时维修或更换第一CPU，以保证至少有一个CPU可以正常工作。
通过上述实施例，根据第一CPU的心跳信号判断是否发生故障，以实现对CPU故障的监测，并在第一CPU发生故障时，切换至第二CPU，以实现第一CPU和第二CPU的切换，避免了单个CPU损坏维修CPU过程中导致的数据丢失。
具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的海底数据中心CPU控制方法还包括如下步骤：
步骤S104：监测第二CPU的心跳信号。
步骤S105：根据第二CPU的心跳信号，判断第二CPU是否发生故障；
步骤S106：在第二CPU发生故障，且第一CPU未发生故障时，切换至第一CPU。
在本发明实施例中，切换至第二CPU工作后，实时监测第二CPU的心跳信号，以判断第二CPU是否发生故障，从而实现对第二CPU的监控，并能够及时了解第二CPU的工作状态。
若第二CPU发生故障，则需要获取第一CPU的心跳信号，以判断第一CPU是否发生故障，从而判断第一CPU能否代替第二CPU工作，进而实现第一CPU和第二CPU的灵活切换。
具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的海底数据中心CPU控制方法还包括如下步骤：
步骤S107：在第一CPU发生故障时，进行报警。
在本发明实施例中，在第二CPU发生故障时，对第一CPU的故障情况进行判断，第一CPU也发生故障时，没有CPU可以正常工作，进行报警以便于工作人员及时对CPU进行检修或更换，减小CPU故障过久导致的数据丢失。
图3是根据一示例性实施例提出的一种控制器的硬件结构示意图。如图3所示，该设备包括一个或多个处理器1310以及存储器1320，存储器1320包括持久内存、易失内存和硬盘，图3中以一个处理器1310为例。该设备还可以包括：输入装置1330和输出装置1340。
处理器1310、存储器1320、输入装置1330和输出装置1340可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
处理器1310可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器1310还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器1320作为一种非暂态计算机可读存储介质，包括持久内存、易失内存和硬盘，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的海底数据中心双CPU控制方法对应的程序指令/模块。处理器1310通过运行存储在存储器1320中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述任意一种海底数据中心双CPU控制方法。
存储器1320可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据、需要使用的数据等。此外，存储器1320可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器1320可选包括相对于处理器1310远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至数据处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置1330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置1340可包括显示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器1320中，当被一个或者多个处理器1310执行时，执行如图2所示的海底数据中心双CPU控制方法。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图1所示的实施例中的相关描述。
本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种海底数据中心双CPU冗余系统，其特征在于，包括控制器、第一CPU、第二CPU以及若干监控站，其中，
所述第一CPU和各所述监控站安装于水下，所述第二CPU安装于岸上；
所述第一CPU、所述第二CPU及各所述监控站之间通信连接；
所述第一CPU通过控制各所述监控站获取海底监测数据；
所述控制器用于获取第一CPU的心跳信号，根据第一CPU的心跳信号判断第一CPU是否发生故障，并在第一CPU发生故障时切换所述第二CPU控制各所述监控站获取海底监测数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括同步光纤，所述第一CPU和第二CPU通过所述同步光纤进行数据同步。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一CPU、第二CPU与各所述监控站通过环网架构通信连接。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述同步光纤为单模光纤。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控站包括传感器和断路器，所述传感器、断路器均与第一CPU、第二CPU连接，所述传感器用于采集海底数据中心的监测数据，所述断路器用于控制海底数据中心各设备的开关。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器为PLC。
7.一种海底数据中心双CPU控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的海底数据中心双CPU冗余系统中的控制器，所述方法包括：
获取第一CPU的心跳信号；
根据所述第一CPU的心跳信号，判断所述第一CPU是否发生故障；
在第一CPU发生故障时切换至第二CPU，以使得第二CPU控制各监控站获取海底监测数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
监测第二CPU的心跳信号；
根据所述第二CPU的心跳信号，判断第二CPU是否发生故障；
在第二CPU发生故障，且第一CPU未发生故障时，切换至第一CPU。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在第一CPU发生故障时，进行报警。
10.一种控制器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求7-9中任一项所述的海底数据中心双CPU控制方法。
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