CN1199458C - 全流程备份视讯系统 - Google Patents

Abstract

一种全流程备份视讯系统，它包括：视讯终端、主多点控制单元、主网守、主业务管理系统，网管系统，此外它还包括备业务管理系统、备网守、备多点控制单元，分别对主业务管理系统、主网守、主多点控制单元进行备份，并在其工作不正常时转换到备业务管理系统、备网守、备多点控制单元，这样就大大提高了视讯系统的可靠性。另外，本发明在多点控制单元中设置交换网片；并针对N个与终端关联的模块，设置M个备用模块，一旦某个正常流向N个模块之一的码流发生故障，倒换其流向M个备用模块其中的一个，使得与会场有关的硬件(软件)发生异常时会议不会中断。本发明还公开了一种视讯系统全流程备份方法。

Description

全流程备份视讯系统

技术领域

本发明属于视讯领域，特别是一种具有备份机制的视讯会议系统。

背景技术

近年来，在视讯会议方面，主要有两种建立模式：一种是企业或政府部门自己建设的全套视讯会议系统，称为专网模式；另一种是由电信运营商建设公众视讯运营系统，企业或政府部门通过使用公众视讯服务来召开视讯会议，称为运营模式。目前视讯会议的发展正在经历从专网模式向运营模式转变。

(1)专网模式

专网模式如图1所示，终端通过视讯传输通道连接到多点控制单元MCU，多点控制单元MCU的功能是对视讯终端5进行视讯资源的调度和控制。一般是一个管理台1管理一个多点控制单元MCU2，例如管理台甲管理多点控制单元MCU甲，管理台乙管理多点控制单元MCU乙，两个多点控制单元MCU之间没有直接的关系。多点控制单元MCU甲和多点控制单元MCU乙的传输通道4可能是共享的，也可能是独立的，没有内在的联系。由于管理台管理多点控制单元MCU数量的受限，并且不要求7*24小时运行，设计时通常没有对图1中各个组件：管理台和多点控制单元MCU、网守Gatekeeper等做备份方案。

(2)运营模式

在这种模式之中，电信运营商建设公众视讯运营系统，企业或政府部门通过使用公众视讯服务来召开视讯会议。该系统一般包括三个层次：视讯运营层、视讯交换层、视讯终端层。用户相当于第三个层次，用户的视讯终端通过申请来使用多点会议服务。第二个层次包括多点控制单元MCU2、网守Gatekeeper3。其中多点控制单元MCU2，多点控制单元，它对多个视讯终端(12、13)进行管理控制，如图2所示；网守Gatekeeper3，对于通过IP网连接到视讯系统的H.323视讯终端，进行地址解析、呼叫控制、带宽管理，如图2所示。视讯运营层包含业务管理系统6和网管系统7。业务管理系统6负责会议资源的调度和管理，根据用户的会议申请分配适当的多点控制单元MCU2以及多点控制单元MCU2上的端口。业务管理系统6管理多个多点控制单元MCU2和网守3。9是业务接入点。网管系统7完成对多点控制单元MCU和网守等设备的网管功能，如图2所示。

在图2中，综合业务数字网ISDN终端12可以通过ISDN交换网络10直接连接到会议系统中，但对于H.323用户13来说，通过IP网络11后就必须再经过网守Gatekeeper连接到会议系统中。如果是专线终端14，可以不通过网络直接连接到多点控制单元MCU。

这两种模式的缺点是：专网模式无专门的可靠性设计；运营模式可以

对一些核心交换功能进行主备倒换。但对于大多数视讯系统而言，业务功能的实现一般都由业务管理系统实现，并辅助以可靠的数据库管理系统，而运营方式恰恰对业务管理系统、网守Gatekeeper等核心业务处理单元出现故障的几率考虑不充分。

发明内容

本发明旨在设计一种全流程备份视讯系统，它能对业务管理系统、网守、多点控制单元出现故障的情况予以考虑，提高视讯系统的可靠性。

本发明的技术方案是：一种全流程备份视讯系统，它包括：

视讯终端，直接或通过网络连接到下述的多点控制单元；

多点控制单元，它对多个视讯终端进行管理控制；

主网守，对于通过IP网连接到视讯系统的H.323视讯终端，进行地址解析、呼叫控制、带宽管理；

主业务管理系统，负责会议资源的宏观调度，分配、控制多点控制单元和网守；

执行网管职能的网管系统；

还包括：

备业务管理系统及在主业务管理系统和备业务管理系统之间设置一个业务管理系统帧听单元，所述的业务管理系统帧听单元监测主业务管理系统的工作状态，一旦主业务管理系统工作不正常，它唤醒备业务管理系统开始工作转为主业务管理系统，原主业务管理系统转为备用状态对主业务管理系统进行备份，并在主业务管理系统工作不正常时转换到备业务管理系统。

所述的系统还包括：备网守，对主网守进行备份，并在主网守工作不正常时转换到备网守。

所述的系统还包括：在多点控制单元中设置的主、备单板，备单板对主单板进行备份，并在主单板工作不正常时转换到备单板。

在多点控制单元中设置交换网片；并针对N个与终端关联的模块，设置M个备用模块，所有终端码流都经过交换网片，一旦某个正常流向N个与终端关联的模块之一的码流发生故障，倒换其流向M个备用模块其中的一个。

在所述的主、备网守分别设置IP接管守护模块，两个IP接管守护模块互相连接，所述的两个IP接管守护模块在操作系统启动时自动运行，并实时监测其各自所属的网守应用和业务网口的运行状态，一旦主网守出现故障，主网守的IP接管守护模块禁止宿主机的业务网口，同时发送主备倒换指令给备网守的IP接管守护模块，备网守启动其业务网口、激活网守应用。

在所述的主备网守之间具有直连网口或串口，传送心跳和备份数据。

多点控制单元的主、备板分别具有下列端口：

ACT-ME端口，发送给对板主备用信号，当为主板时，此信号为低，当为备板时，此信号为高；

ACT-AN端口，接收对板送过来的主备用信号，对板主用时，此信号为低，对板备用时，此信号为高；

PRST-AN端口，接收对板送过来的在位信号，如果对板不在位此信号为高，如果对板在位此信号为低；

PRST-ME端口，发送给对板在位信号，低电平表示本板在位；

ACT8KT端口，发送给对板8K时钟信号，保证主备板时钟同步；

ACT8KR端口，接收对板送过来的8K时钟信号；

TXD端口，发送给对板主备板间通信信号，用于主板向备板做数据备份，保证倒换后会议能正常继续召开；

RXD端口，接收对板发过来的主备板间通信信号；

ID端口，传递板位号，根据板位号的不同，上电时指定一块主用板，

其中，主、备多点控制单元板的ACT-ME端口分别和对板的ACT-AN端口连接。

由于本发明设置了备业务管理系统、备网守、多点控制单元里的备用板，分别对主业务管理系统、主网守、多点控制单元的主板进行备份，并在其工作不正常时转换到备业务管理系统、备网守、多点控制单元的备用板，这样就大大提高了视讯系统的可靠性。

假设多点控制单元单处理可靠性为R1，网守的可靠性是R2，业务管理系统的可靠性是R3。

未做任何主备倒换的系统可靠性为：R1*R2*R3。

仅仅做多点控制单元主备倒换的系统可靠性为：(1-(1-R1)*(1-R1))*R2*R3。

本发明设计下，系统的可靠性是：(1-(1-R1)*(1-R1))*(1-(1-R2)*(1-R2))*(1-(1-R3)*(1-R3))。

例如：R1＝99.1％；R2＝99.3％；R3＝99.9％，则：

未做任何主备倒换的系统可靠性是98.3079％

仅仅做多点控制单元MCU主备倒换的系统可靠性为：99.1926％

本设计方案下，系统可靠性是99.9999％。

可见，采用本设计方案，对视讯系统的可靠性提升有这非常重要的意义。

另外，值得一提的是，本发明还在多点控制单元中设置交换网片；并针对N个与终端关联的模块，设置M个备用模块，即N+M备份技术，交换网片检测码流，一旦某个正常流向N个与终端关联的模块之一的码流发生故障，倒换其流向M个备用模块其中的一个，这样做的好处是与会场有关的硬件(软件)发生异常时会议不会中断，出现问题的终端会很快恢复入会；并可实现不关闭系统诊断更换器件，实现系统长期稳定运行。

附图说明

图1是专网模式的组网示意框图。

图2是运营模式的组网示意框图。

图3是本发明的组网示意框图。

图4是业务管理系统的主备倒换设计框图。

图5是网守的主备倒换设计框图。

图6是网守的主备倒换IP接管过程框图。

图7是多点控制单元MCU板的倒换工作原理框图。

图8是多点控制单元的主备板的端口互连图。

图9是多点控制单元的主备用机制示意图。

图10是N+M备份原理框图。

具体实现方式

图3是本发明的组网示意框图。与图2相比，它多了：备业务管理系统6’，如图3所示，对主业务管理系统6进行备份，并在主业务管理系统6工作不正常时转换到备业务管理系统6’，以提高业务层的可靠性，尤其确保计费数据的完整；备网守Gatekeeper3’，如图3所示，对主网守Gatekeeper3进行备份，并在主网守工作不正常时转换到备网守Gatekeeper，作为纯软件的网守Gatekeeper系统，通过主备倒换提供软件的可靠性是非常必要的；另外，在多点控制单元MCU2中有主备板，备板对主板进行备份，并在主板工作不正常时转换到备板。

下面对以上技术分类讲解。

(1)业务管理系统主备倒换方案

主、备业务管理系统同时与各多点控制单元MCU2连接。但只有主业务管理系统6是真实处理视讯业务的单元，备业务管理系统6’接受了视讯业务消息，但不处理；业务管理系统的主备通过业务管理系统帧听单元15处理，如图4所示，业务管理系统帧听单元15位于主业务管理系统和备业务管理系统之间，它监测主业务管理系统的工作状态，一旦主业务管理系统6工作不正常，它唤醒备业务管理系统6’开始工作转为主业务管理系统，原主业务管理系统转为备用状态，这一过程在图4中可以清楚地反映出来。

该部分的处理流程为：

a)业务管理系统在启动时，首先向业务管理系统帧听单元15申请，申请通过则允许访问数据库8；

b)优先登录业务管理系统帧听单元的为主业务管理系统6；如果在业务管理系统帧听单元中已经存在注册的业务管理系统，则当前登录的业务管理系统为备业务管理系统6’；如果主业务管理系统与业务管理系统帧听单元握手丢失，则备业务管理系统升级为主业务管理系统；

c)业务管理系统和业务管理系统帧听单元握手时，如果业务管理系统收不到业务管理系统帧听单元的握手则将自己转为备用状态。

d)主业务管理系统可以完成任何功能，备业务管理系统不完成任何功能；备业务管理系统转为主业务管理系统时将自动登录系统，主业务管理系统转为备业务管理系统时自动注销系统。

e)指定的业务管理系统没有和业务管理系统帧听单元握手成功，在业务管理系统帧听单元中以告警方式提醒。

(2)网守Gatekeeper主备倒换

核心思想：主备网守Gatekeeper3、3’对外提供统一的IP地址，正常的情况下只有主网守Gatekeeper处于激活状态并由其处理IP网11上的视讯终端13注册呼叫请求和业务管理系统6、6’的通讯，主备网守Gatekeeper之间通过直连网口或串口传送心跳和备份数据。

在主、备网守Gatekeeper3、3’上分别设置了IP接管守护模块(程序)16、16’，它们之间互相连接，负责检测网守的运行状态，一旦主网守Gatekeeper16服务终止，备份网守Gatekeeper16’被IP接管守护模块(程序)16’激活并对外提供服务，而主备网守Gatekeeper的切换不会导致注册、呼叫数据的丢失，切换时间小于1秒，整个切换过程对于业务管理系统和网守Gatekeeper管理的区域节点是透明的。这一部分的主备倒换设计框图如图5所示。

在这一部分用到的关键技术是：

a)IP接管技术

目前市场上大多数IP终端都是基于H323 V2版本开发的，无法支持新版H323 V4协议的网守转换Alternate Gatekeeper技术；而终端所属的网守Gatekeeper区域在软件启动前就要求配置好，网守Gatekeeper的IP地址改变后必须重新启动终端才生效。为了使主备切换过程对终端保持透明，就要求主备网守Gatekeeper采用统一的IP地址对外提供服务，从而在主备倒换时无需修改终端配置数据而使备份网守Gatekeeper接管主网守Gatekeeper来实现对网守Gatekeeper区域的管理，我们称此技术为IP接管(IP TakeOver)。

本方案采用ARP欺骗技术来实现备份网守Gatekeeper对主网守Gatekeeper的IP接管：主备网守Gatekeeper的业务网口设置同样的IP地址(比如192.168.0.1)，但主网守Gatekeeper的业务网口17在系统启动时启用，备份网守Gatekeeper的业务网口17’在系统启动时被禁用。IP接管守护模块(程序)16、16’在操作系统启动时自动运行，并实时监测网守Gatekeeper应用18、18’和业务网口17、17’的运行状态，一旦主网守Gatekeeper应用18失效或网卡出现故障，运行在主网守Gatekeeper的宿主机上的IP接管守护模块(程序)16将禁用本端业务网口，同时通过心跳线通知备份网守Gatekeeper启用业务网口17’、激活备份网守Gatekeeper应用18’，随后发送ARP包通知IP地址(192.168.0.1)对应的MAC地址为备份网守Gatekeeper的业务网口的MAC地址，备份网守Gatekeeper开始接收发送往(192.168.0.1)的IP包，IP接管完成。该过程在图6中可以清楚地看出来。图6中的0线传递心跳信息，1线表示主网守Gatekeeper应用异常、业务网口异常或宕机的信息，2线表示网守Gatekeeper应用异常或业务网口异常时主网守Gatekeeper的IP接管守护模块(程序)通知备份网守Gatekeeper激活，3线、4线分别表示备份网守Gatekeeper激活网守Gatekeeper应用和业务网口。

b)业务管理通道智能自适应技术

在运营的方案中，网守Gatekeeper除了完成对区域的管理外，还负责接收业务管理系统的配置数据、向业务管理系统转发IP终端的主叫呼集请求，这就要求网守Gatekeeper和业务管理系统之间需要建立一条可靠的TCP通讯连接，我们称之为业务管理通道。由于业务管理系统也存在主备倒换，这就要求网守Gatekeeper能智能地识别当前活动的的业务管理系统并与之建立业务管理通道，而一旦业务管理系统发生切换，业务管理通道应能及时地进行切换以保证业务管理系统能对网守Gatekeeper进行管理和防止IP终端主叫呼集、会议控制等功能失效。

本方案中主备网守Gatekeeper可以配置主备业务管理系统的IP地址，而只有当前活动的网守Gatekeeper才向业务管理系统请求建立业务管理通道。活动网守Gatekeeper采用轮询的策略向主、备业务管理系统请求建立业务管理通道。

这一部分的处理流程是：

b1)操作系统启动，IP接管守护模块(程序)启动，主网守Gatekeeper启用业务网口、备份网守Gatekeeper禁用业务网口。

b2)主、备网守Gatekeeper应用启动，主网守Gatekeeper激活、备份网守Gatekeeper禁止。

b3)主网守Gatekeeper向业务管理系统建立业务通讯通道，开始对网守Gatekeeper区域进行管理。

b4)主网守Gatekeeper接收到业务管理系统配置数据、终端注册、呼叫请求并处理，处理成功后通过备份网口将结果发送给备份网守Gatekeeper。

b5)主网守Gatekeeper检测到业务管理系统发生主备倒换，和当前活动的业务管理系统建立业务管理通道。

b6)主网守Gatekeeper出现故障(网守Gatekeeper应用失效、业务网口故障)，主网守Gatekeeper的IP接管守护模块(程序)禁止宿主机的业务网口同时发送主备倒换指令给备份网守Gatekeeper的IP接管守护模块(程序)，备份网守Gatekeeper启动其业务网口、激活网守Gatekeeper应用，发送ARP包通知网段的其他站点网守Gatekeeper IP地址对应的MAC地址，主备倒换完成，主变成备、备变成主。

b7)主网守Gatekeeper宕机，备份网守Gatekeeper超时未接收到主网守Gatekeeper心跳则激活业务网口和网守Gatekeeper应用，将自身设置为主网守Gatekeeper。

(3)多点控制单元MCU的主备板的倒换

在视讯系统中，整个系统的核心模块，或者说多点控制单元MCU的主要部分做在一块单板上，这些模块是所有的会场必须使用，主要包括下面模块：

·会议管理模块

·图像交换模块

·混音模块

·时钟模块

·综合业务数字网ISDN呼叫模块

·数据会议处理模块

·资源管理模块

正因为将这些模块做在一起，才为主备倒换提供了基础。本发明是在多点控制单元中，设置主用板19的同时，再设置一块备用板20。两块单板主备运行，若其中一块单板发生故障，另外一块单板立即成为主板运行，会议不会受到影响(与会者不会感觉到多点控制单元MCU出现了问题)，图7是主备板工作的原理。

从图7中可以看出，主备板均在接收数据，只是备板的数据不会送到总线上。当发生倒换时，备用板变为主用板，它的数据可以送到总线22上，这个过程在瞬间完成。可以利用这个原理，实现会议不间断召开。

有两种方式可以实现：

①主板和备板执行程序时走同样的路径，这种方式有几个缺点：

主板和备板必须同时运行，正因为有这个限制，所以只能倒换一次；

若一块板因软件而死机，另外一块板也难逃厄运。

②备板通过板间通信21备份主板的关键数据，在倒换后通过关键数据恢复现场，然后继续运行，这个方案没有第(1)个方案的缺点，实现起来也比较容易。

图7表示的是核心处理板主备倒换电路框图，主备板互连情况如图8所示。

主备板19、20互连涉及如下端口及信号：

ACT-ME端口发送ACT-ME信号，该信号为送给对板的主备用信号，当为主板时，此信号为低，使能所有总线输出；当为备板时，此信号为高，关闭所有总线输出。此信号在母板上拉(500欧)。

ACT-AN端口接收ACT-AN信号，该信号为对板送过来的主备用信号，低表示对板主用，高表示对板备用。此信号在板内下拉(1K)。

PRST-AN端口接收PRST-AN信号，该信号为对板送过来的在位信号，如果对板不在位此信号为高，如果对板在位此信号为低。此信号在板内E拉(4.7K)。

PRST-ME端口发送PRST-ME信号，该信号为送给对板的在位信号，在板内下拉(33欧)送给对板，表示本板在位。

ACT8KT端口发送ACT8KT信号，该信号为送给对板的8K时钟信号，当系统时钟源选内部时钟时(当系统时钟选外部时钟源该信号不用)，主板锁定内部时钟，同时通过ACT8KT送内部8K同步时钟给备板，备板时钟同步于主板送来的ACT8KR，保证主备板时钟同步(备板送给主板的8K时钟，主板不使用)。

ACT8KR端口接收ACT8KR信号，该信号为对板送过来的8K时钟信号，见上面说明。

TXD端口发送TXD信号，该信号为发给对板的主备板间通信信号，用于主板向备板做数据备份，保证倒换后会议能正常继续召开。

RXD端口接收RXD信号，该信号为对板发过来的主备板间通信信号。

ID端口传递ID单板的板位号，用来指示单板所插的槽位，左面槽位单板ID为0，右面槽位单板ID为1。根据ID号不同，上电时缺省左面槽位单板为主用板(插两块单板)。

对于主备倒换过程，有下面几点需要说明：

i、主备板争用机制

如图9所示，在正常情况下，RST，LOS等信号都为1，如果ID为0，则主用板争用信号CP在1秒后由0变为1，如果ID号为1，则CP在2秒后由0变为1，这样同时上电的话，ID号为0的单板就缺省为主用板。不管是那块单板后插入，由于ACT AN信号为0，则ACT ME信号为1而成为备板。

ii、关键数据备份

在主板上运行的程序通过板间通信机制(通过TXD、RXD端口)将关键数据发送到备板，备板(倒换)成为主板后，根据这些数据恢复执行现场，达到不间断目的。

iii、倒换实现

触发倒换的条件有：主用板拔板、复位、主动倒换、故障等。从图9可以看出，只要一个信号从1变为0，则输出的ACT ME(主备板的ACT ME和ACT AN端口分别互相连接，主板的ACT ME也就成为对板的ACT AN，如图9所示)信号变为1，对方的ACT ME信号变为0而成为主用板，该板上运行的程序检测到倒换信号后，立即恢复执行现场，从而完成了倒换。

(4)N+M主备倒换

在会议电视系统中，有一些模块与终端关联(一个终端对应一个处理模块)，如H221帧处理模块，ISDN BOND模块，多画面处理模块等。下面以H221帧处理模块为例，说明N+M备份的原理。要实现N+M备份，就需要一个灵活切换终端码流这样一个模块，在我们的系统中使用的是交换网片。图10说明了N+M备份的原理。

在多点控制单元MCU中设置交换网片23，如图10所示；并针对N个与终端关联的模块25，设置M个备用模块26，所有终端码流都经过交换网片，一旦某个正常流向N个与终端关联的模块之一的码流发生故障24，倒换其流向M个备用模块其中的一个。图10中的情况是，模块1出现故障，通过网片将T1的码流送给备用模块1处理，这时候就不会导致T1中断会议的召开。

Claims (7)

1、一种全流程备份视讯系统，它包括：

视讯终端，直接或通过网络连接到下述的多点控制单元；

多点控制单元，它对多个视讯终端进行管理控制；

主网守，对于通过IP网连接到视讯系统的H.323视讯终端，进行地址解析、呼叫控制、带宽管理；

主业务管理系统，负责会议资源的宏观调度，分配、控制多点控制单元和网守；

执行网管职能的网管系统；

其特征在于它还包括：

备业务管理系统及在主业务管理系统和备业务管理系统之间设置一个业务管理系统帧听单元，所述的业务管理系统帧听单元监测主业务管理系统的工作状态，一旦主业务管理系统工作不正常，它唤醒备业务管理系统开始工作转为主业务管理系统，原主业务管理系统转为备用状态对主业务管理系统进行备份，并在主业务管理系统工作不正常时转换到备业务管理系统。

2、如权利要求1所述的全流程备份视讯系统，其特征在于，所述的系统还包括：备网守，对主网守进行备份，并在主网守工作不正常时转换到备网守。

3、如权利要求1所述的所述的全流程备份视讯系统，其特征在于，所述的系统还包括：在多点控制单元中设置的主、备单板，备单板对主单板进行备份，并在主单板工作不正常时转换到备单板。

4、根据权利要求1至3中任一所述的全流程备份视讯系统，其特征在于：在多点控制单元中设置交换网片；并针对N个与终端关联的模块，设置M个备用模块，所有终端码流都经过交换网片，一旦某个正常流向N个与终端关联的模块之一的码流发生故障，倒换其流向M个备用模块其中的一个。

5、根据权利要求2所述的全流程备份视讯系统，其特征在于：在所述的主、备网守分别设置IP接管守护模块，两个IP接管守护模块互相连接，所述的两个IP接管守护模块在操作系统启动时自动运行，并实时监测其各自所属的网守应用和业务网口的运行状态，一旦主网守出现故障，主网守的IP接管守护模块禁止宿主机的业务网口，同时发送主备倒换指令给备网守的IP接管守护模块，备网守启动其业务网口、激活网守应用。

6、根据权利要求2所述的全流程备份视讯系统，其特征在于：在所述的主备网守之间具有直连网口或串口，传送心跳和备份数据。

7、根据权利要求3所述的全流程备份视讯系统，其特征在于：多点控制单元的主、备板分别具有下列端口：

ACT-ME端口，发送给对板主备用信号，当为主板时，此信号为低，当为备板时，此信号为高；

ACT-AN端口，接收对板送过来的主备用信号，对板主用时，此信号为低，对板备用时，此信号为高；

PRST-AN端口，接收对板送过来的在位信号，如果对板不在位此信号为高，如果对板在位此信号为低；

PRST-ME端口，发送给对板在位信号，低电平表示本板在位；

ACT8KT端口，发送给对板8K时钟信号，保证主备板时钟同步；

ACT8KR端口，接收对板送过来的8K时钟信号；

TXD端口，发送给对板主备板间通信信号，用于主板向备板做数据备份，保证倒换后会议能正常继续召开；

RXD端口，接收对板发过来的主备板间通信信号；

ID端口，传递板位号，根据板位号的不同，上电时指定一块主用板，

其中，主、备多点控制单元板的ACT-ME端口分别和对板的ACT-AN端口连接。

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