CN1422041A - 一种基于快速以太网总线的备份系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于快速以太网总线的备份系统，包括主卡(30)、N个线卡(10)与核心以太网交换模块(20)，所述线卡(10)通过所述核心以太网交换模块(20)与所述主卡(30)相连，且所述主卡(30)与所述核心以太网交换模块(20)之间、所述线卡(10)与所述核心以太网交换模块(20)之间通过以太网总线交互消息；可用于线卡插入、拔出或出现故障时的硬件和软件备份及倒换。本发明采用快速以太网总线替代并行总线实现系统主卡与各线卡的信息交互，简化了背板设计，采用差分传输的信号形式，提高信号的抗干扰能力和传输距离。本发明采用点到点连接方式，在通讯带宽上不影响各线卡与主卡之间的数据交互，保证各线卡可同时与主卡进行信息交互。

Description

一种基于快速以太网总线的备份系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，具体地说，涉及有关大型网络端设备备份的系统。

背景技术

在大型通讯系统，如程控交换机中，为了保证设备长时间不间断的工作，均对系统的硬件和软件采用了主备冗余技术以实现热备份和倒换。所谓硬件的热备份是指对系统的某种单板至少提供一块备份用的单板，避免硬件的单点故障；软件的热备份是指系统的某些软件在两块板上运行，并不断地进行软件数据的互相备份，以保证在其中一块板的软件出现问题，另一块能够及时补救。一般硬件和软件的热备份是紧密结合，缺一不可的。

对于大型通讯系统中的关键单板一般提供1∶1或1+1、N+1的备份。所谓1∶1备份是指两块单板采用主备的方式，正常情况下主用板工作，备用板仅仅进行定时的数据备份，当主用板出现故障时，备用板倒换成主用板进行工作；1+1备份则是指两块单板采用负荷分担的方式处理同样的事情，在其中一块出现问题时，另一块单板承担所有的任务；N+1备份的作用与1+1备份的类似，其区别仅在于当其中某一块单板出现问题时，由剩下的N块单板承担所有的任务。

在一般主备系统中，主备卡之间通过简单的通讯缓冲区进行通讯，保证在主用卡出现问题时，备用卡能够及时切换到主用状态，但是由于主用卡和备用卡的通讯机制比较简单，而且不能对软件进行备份，因此系统的可用度一般不会超过99.995％。

近年来，出现了一种基于Compact PCI总线的高可用性技术，利用CompactPCI总线在软件的支持下，不仅提供硬件的热备份和倒换，同时对软件也可以进行备份和倒换，可用度可以达到99.999％。Compact PCI总线是PCI工业计算机制造组织(PICMG)组织提出的一种工业标准总线，其目的是对PCI总线进行改进以成为通讯业的一种标准总线，采用的改进方式是在原来的PCI总线规范上加强了负载的驱动能力，采用背板技术，增加了热插拔功能以适应通讯应用。

如图1所示的采用PCI总线作为主备用通讯总线进行消息交互的备份系统，系统中包括用于控制的主卡以及实现各种功能的线卡，主卡和7个线卡之间通过PCI总线相连，其中主卡包括主卡PCI接口、主卡处理模块和主卡存储区，线卡包括线卡PCI接口、线卡状态处理模块与线卡状态提取指示模块。正常情况下，主卡通过定时通讯不断收集各个线卡的状态，放入主卡存储区中，一旦某个线卡出现故障或需要插入/拔出时，主卡会及时地将已经备份的此卡信息转移到其它线卡上，由其他线卡承担所有任务，从而保证系统的可用度。在此系统中，各线卡的备份采用的是N+1的方式。对于主卡来说，并没有采用备份。

由于PCI总线是一种并行总线，在32位总线模式下，其信号线数目达到近60根，而且电气特性较复杂，因此增加了背板的设计难度，也降低了系统的可用度。Compact PCI总线技术的电气特性决定了一套PCI总线的负载能力只能达到8个，即最多只能有8个板位，超过之后必须增加PCI桥接设备，影响了系统扩展；同时桥接设备不支持复接用法，增加一个单点故障点，也限制了可用度的进一步提高。另外，PCI总线技术采用分时复用机制来保证各个线卡可以共享总线，即在某一个线卡占用总线时，其它线卡无法与主卡进行消息的交互，只能等总线被释放后，通过仲裁申请总线控制权，影响效率。

发明内容

针对上述的问题及不足，本发明提供了一种基于快速以太网总线的备份系统，用于解决PCI总线背板设计复杂、负载能力有限、效率较低的问题。

本发明所述的系统，包括主卡、N个线卡与核心以太网交换模块，所述线卡通过所述核心以太网交换模块与所述主卡相连，且所述主卡与所述核心以太网交换模块之间、所述线卡与所述核心以太网交换模块之间通过以太网总线交互消息；

所述线卡包括线卡状态提取指示模块、线卡处理模块和以太网接口；所述线卡状态提取指示模块用于提取线卡的状态，并通过线卡的内部总线与所述线卡处理模块相连，同时线卡处理模块通过内部总线与以太网接口相连，建立与主卡通讯的必要通道；所述线卡处理模块接收到线卡状态提取指示模块的相关线卡工作状态信息，通过以太网接口，上报给核心以太网交换模块；

所述主卡包括用于数据收发的以太网接口、主卡处理器和用于数据存储的主卡存储区，所述以太网接口和所述主卡存储区通过内部总线与所述主卡处理器相连；

所述核心以太网交换模块，采用1+1或1∶1主备配置的以太网交换电路，实现各个线卡与主卡之间的快速无阻塞数据交互；

所述线卡状态提取指示模块还进一步包括针对插拔等状态所必须的机械结构件、电气状态指示电路和指示监控电路，所述机械结构件连接特性的变化，使得所述电器状态指示电路形成相应的状态指示信号；所述指示监控电路用于监控线卡的工作状态正常与否；

所述主卡采用1+1或1∶1的备份方式。

本发明采用快速以太网总线的形式替代复杂的并行总线技术实现系统主卡与各个线卡之间的信息交互，大大简化了背板的设计，原来背板上主卡和线卡之间通过并行PCI总线相连，PCI总线的信号数目在32位33MHz配置时有近60根信号线，背板设计复杂，降低了背板的可靠程度，而本发明采用快速以太网总线，将线卡和主卡之间连接信号线减少到只有4根，背板设计简单。同时采用差分传输的信号形式，也极大提高了信号的抗干扰能力和传输距离。

快速以太网总线本身的电气特性(点到点连接)对总线所挂负载能力不会产生影响，只需要增加相应的连接信号和以太网交换网的交换容量，因此不再局限于只能驱动7块线卡的能力，理论上可以无限制增加线卡，只要交换网带宽足够。

另外，本发明抛弃了PCI共享式总线对总线控制的分时复用方式，而采用点到点的连接方式，在通讯带宽上不影响各个线卡与主卡之间的数据交互，保证了各个线卡可与主卡同时进行信息交互，互不干扰，提高了效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的描述。

图1是现有基于PCI总线实现主备卡信息交互的备份系统的示意图。

图2是本发明所述的备份系统。

图3是本发明所述系统在线卡插入时的控制流程图。

图4是本发明所述系统在线卡拔出时的控制流程图。

图5是本发明所述系统在线卡出现故障时的控制流程图。

具体实施方式

图1所示的是原有采用PCI总线的备份系统，主卡与线卡之间的通讯是通过并行PCI总线，从而使得背板设计复杂，一套PCI总线的负载能力有限，工作效率降低。

图2中，本发明所述的系统除了包括主卡30与线卡10外，还包括核心以太网交换模块20，上述三者之间的通信连接都是通过以太网总线进行的。核心以太网交换模块20作为核心的交换电路，实现了各个线卡10与主卡30之间的快速无阻塞的数据交互。主卡30则包括用于数据收发的以太网接口301、主卡处理器302和用于存储数据的主卡存储区303，以太网接口301和主卡存储区303均通过内部总线与主卡处理器302相连。而线卡10包括线卡状态提取指示模块101、线卡处理模块102和以太网接口103；线卡状态提取指示模块101用于提取线卡10的状态，并通过线卡10的内部总线与线卡处理模块102相连，同时线卡处理模块102通过内部总线与以太网接口103相连，建立与主卡30通讯的必要通道。线卡状态提取指示模块101通过内部总线把线卡工作状态信息上报给线卡处理模块102，在线卡处理模块102中进行消息的格式转化，然后通过以太网接口103，上报给核心以太网交换模块20，转发至主卡30。

在正常情况下，线卡状态提取指示模块101通过检测机械连接的变化，如插入线卡或预拔出线卡，将相应的变化转化成电气信号显示，并将状态信息放入线卡处理模块102能够读取的寄存器中，线卡处理模块102得到信息后通过以太网接口103经核心以太网交换模块20将信息上报给主卡30，主卡处理模块302通过以太网接口301接收到信息，一方面将得到的信息存入自己的内部状态寄存器中，另一方面根据信息的内容，决定需要对线卡10进行的操作，主要是进行软件的备份和数据的交互，以确保在线卡完成插拔之前，不会因为软件数据的遗失，造成整个系统的工作中断。

如果其中一块线卡出现故障，造成与主卡通讯不上或者通讯的信息不对，这将反映在线卡状态提取指示模块101中的电气状态指示电路中，指示和监控电路会把此异常信息上报给主卡30，主卡30判断该线卡10出故障，由于在这之前主卡和线卡之间是正常通讯，数据已经备份，因此主卡30可以切断该线卡10的电源，同时将原先备份的该线卡上数据转移到另一块线卡上以接替原线卡的工作，实现硬件和软件的备份倒换。因此，在本发明所述系统中，线卡的备份是采用的N+1或N∶1的方式。

为进一步提高系统的可靠性，核心以太网交换模块20和主卡30采用了1∶1或1+1的备份方式。

下面分别就线卡的插入、拔出以及出现故障三种情况来说明本发明。

图3是线卡插入的控制过程。在线卡插入后，与背板连接的机械和电气结构保证了线卡与背板可靠的连接，使线卡可靠上电，电气状态指示电路点亮在线卡面板上的状态指示灯，在指示灯没有熄灭之前，线卡仍处于插入状态；然后由线卡处理模块启动引导程序，驱动与主卡通讯的以太网接口，以太网接口采用的是100M的，建立主卡与线卡的通讯。通讯建立后，线卡首先将本卡的插入消息上报主卡，主卡将得到信息保存；接着主卡根据系统程序的配置要求，将该线卡插入后完成任务所需的应用程序、数据、配置信息等通过以太网总线传送给线卡；线卡得到上述资料后向主卡发送确认信息，主卡再发送应用程序启动命令至该线卡；线卡得到启动命令，启动本板应用程序，接着清除面板上的状态指示灯，此时线卡结束插入状态，进入正常运行状态。

图4是线卡拔出时的实现过程。线卡拔出时，通过其机械结构产生电气信号告之线卡状态提取指示模块，点亮面板上的状态指示灯，然后线卡处理模块启动通讯程序将此信息通过以太网接口通知主卡处理器，主卡处理器保存相关信息后，进行与该线卡相关的数据备份，即保存该线卡上的重要数据。数据备份完成后，主卡向线卡发出掉电命令，线卡电源被切断，可以安全拔出。

图5是线卡出现故障时实现倒换的过程。线卡出现故障后一般表现在与主卡通讯不上，或者通讯信息不对，因此主卡可以据此判断该线卡出现故障，向线卡发出掉电命令，线卡电源被切断，同时将原先备份的该线卡数据倒换到备份线卡上，让备份线卡替代原线卡的工作，实现硬件和软件的备份和倒换。

Claims (6)

1、一种基于快速以太网总线的备份系统，其特征在于：包括主卡(30)、N个线卡(10)与核心以太网交换模块(20)，所述线卡(10)通过所述核心以太网交换模块(20)与所述主卡(30)相连，且所述主卡(30)与所述核心以太网交换模块(20)之间、所述线卡(10)与所述核心以太网交换模块(20)之间通过以太网总线交互消息。

2、如权利要求1所述的备份系统，其特征在于：所述线卡(10)包括线卡状态提取指示模块(101)、线卡处理模块(102)和以太网接口(103)；所述线卡状态提取指示模块(101)用于提取线卡(10)的状态，并通过线卡(10)的内部总线与所述线卡处理模块(102)相连，同时线卡处理模块(102)通过内部总线与所述以太网接口(103)相连，建立与主卡(30)通讯的必要通道；所述线卡处理模块(102)接收到所述线卡状态提取指示模块(101)的相关线卡工作状态信息，通过所述以太网接口(103)，上报给核心以太网交换模块(20)。

3、如权利要求1所述的备份系统，其特征在于：所述主卡(30)包括用于数据收发的以太网接口(301)、主卡处理器(302)和用于数据存储的主卡存储区(303)，所述以太网接口和所述主卡存储区(303)通过内部总线与所述主卡处理器(302)相连。

4、如权利要求1所述的备份系统，其特征在于：所述核心以太网交换模块(20)，采用1+1或1∶1主备配置的以太网交换电路，实现各个线卡(10)与主卡(30)之间的快速无阻塞数据交互。

5、如权利要求2所述的备份系统，其特征在于：所述线卡状态提取指示模块(101)还进一步包括针对插拔等状态所必须的机械结构件、电气状态指示电路和指示监控电路，所述机械结构件连接特性的变化，使得所述电器状态指示电路形成相应的状态指示信号；所述指示监控电路用于监控线卡(10)的工作状态正常与否。

6、如权利要求3所述的备份系统，其特征在于：所述主卡(30)采用1+1或1∶1的备份方式。

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