CN1518234A

CN1518234A - 一种集中控制并分层实施的切换控制方法及装置

Info

Publication number: CN1518234A
Application number: CNA031150020A
Authority: CN
Inventors: 黄志强
Original assignee: Shanghai No 2 Research Institute of ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: CN100463373C

Abstract

本发明公开一种在包括主用和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，包括步骤：a)检测冗余系统的切换请求，根据冗余系统包含的装置的等级确定切换顺序；b)对最高等级的装置进行切换控制，并等待切换结果响应；c)如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位主用设备；d)如果在预定时间所述等级的装置切换成功，则判断备用设备是否包含下一个等级的装置，如果有下一个等级的装置，则对所述下一个等级的装置进行切换控制并等待切换响应结果；e)重复步骤c)至d)，直到完成备用设备的所有等级的装置的切换；和f)将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态。

Description

一种集中控制并分层实施的切换控制方法及装置

技术领域

本发明涉及宽带接入设备的冗余热备份板的切换控制方法及装置，属于网络接入服务器领域。特别是涉及在冗余热备份环境下实施接入服务器设备控制处理器板和交换处理器板的冗余设备切换的控制方法和装置。

背景技术

按照信息产业部颁布的《网络接入服务器(NAS)测试规范》，在系统运行时，接入服务器要对共享的关键设备组件，通常是控制处理器板和交换处理器板进行冗余备份，并根据系统运行状态的需要，例如在主用控制处理器板出现故障时，实现系统的自动切换，以保证用户业务的平滑运行。题为“主备份倒换装置”的中国专利申请No.98118143揭示了一种通过硬件设备利用硬件电路来实现自动切换的技术。但是，在一些数据设备中，完整的切换既包括硬件的切换，也包括上层软件的切换，并且硬件的切换受到软件的控制。另外，由于上层软件的系统功能复杂，模块多，切换过程涉及到切换系统的状态机，备份配置数据和检查其一致性，及备份业务数据和检查其一致性等。这种软件层次的逻辑和数据切换很难靠硬件电路来实现。题为“一种实现快速保护倒换的方法”的中国专利申请No.98113149揭示了一种在数据通信设备和光通信设备中采用软件方法控制设备切换的技术。该方法主要采用“交叉连接矩阵控制数据，并且在环路发生各种故障时，执行如下步骤：各SDH网元各自确定其相对于故障点的位置；各SDH网元中的主控单元根据其相对于故障点所处的位置下发切换命令；各所述网元执行倒换命令，将其正常工作下的交叉连接矩阵控制数据更换为相应保护方式下的交叉连接矩阵控制数据。该方法的实现依赖于交叉连接矩阵控制数据，并且在各倒换点离散地控制切换，要符合其设备的具体功能要求。

然而，在宽带接入系统中不仅需要诸如系统数据，配置数据和业务数据之类的数据的冗余热备份和无缝切换，而且需要如状态机之类的逻辑控制的主用和备用的无缝切换。切换所涉及的控制行为包括多个子系统和多个模块，如果单纯采用分散的切换控制会使多个子系统的多个对象之间难于协调一致。

因此，需要一种集中控制，分层实施的软件切换控制方法，对数据设备的控制处理器板和交换处理器板进行切换控制。

本发明正是为了克服现有技术的缺陷，提供一种集中控制，分层实施宽带接入设备的冗余热备份板的切换控制方法，以控制一套设备内多个组件的切换。切换控制对象的状态在设计上分为主用和备用子状态机，切换控制简化为子状态机的切换。

本发明在切换控制上实行多层实施，例如可分为系统级，子系统级和模块级三层控制。由专用切换控制模块处理系统级之间的切换控制，相关的子系统在接收到切换控制模块的切换控制指令时控制该子系统内相关模块的切换，一部分复杂的模块中还可具有专门的子模块控制该模块内其它子模块的切换。采用这种分层切换控制的方法可使上层的控制集中，下层的控制灵活方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种在宽带接入设备的冗余热备份板间进行切换控制的方法和装置，所述方法和装置特别适合于上层软件系统模块多，功能复杂并且涉及控制状态切换的冗余设备，实现起来简单易行，安全可靠。

根据本发明的一个方面，提供一种在包括主用设备和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，备用设备端的切换控制包括以下步骤：a)检测冗余系统的切换请求，根据冗余系统包含的装置的等级确定切换顺序；b)对最高等级的装置进行切换控制，并等待切换结果响应；c)如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位该设备；d)如果在预定时间所述等级的装置切换成功，则判断备用设备是否包含下一个等级的装置，如果有下一个等级的装置，则对所述下一个等级的装置进行切换控制并等待切换响应结果；e)重复步骤c)至d)，直到完成备用设备的所有等级的装置的切换；和f)将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态。主用设备端的切换控制负责接收切换请求，判断备用设备是否可用，若可用则触发硬件切换，并在延时后复位。

根据本发明的另一方面，提供一种在包括主用和备用设备的冗余系统的宽带接入系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，备用设备端切换控制包括步骤：a)检测冗余系统的切换请求，确定冗余系统包含的系统，所述系统中包含的子系统和所述子系统中包含的模块；b)对系统进行切换控制，并等待切换结果响应；c)如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位该设备；d)如果在预定时间所述系统切换成功，则判断所述系统中是否包含子系统，如果包含子系统，则对所述子系统进行切换控制并等待切换响应结果；e)如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位主用设备；f)如果在预定时间所述子系统切换成功，则判断所述子系统中是否包含模块，如果包含模块，则对所述模块进行切换控制并等待切换响应结果；g)将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态。

根据本发明的再一个方面，提供一种在包括主用和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制装置，包括：检测冗余系统的切换请求，根据冗余系统包含的装置的等级确定切换顺序的装置；切换主用设备和备用设备之间各等级的装置的网管装置；对最高等级的装置进行切换控制，并等待切换结果响应，如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位主用设备，如果在预定时间所述等级的装置切换成功，则判断备用设备是否包含下一个等级的装置，如果有下一个等级的装置，则对所述下一个等级的装置进行切换控制并等待切换响应结果，以及将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态的装置。

附图说明

通过下面结合附图描述本发明的优选实施例将使本发明的上述及其它目的和优点更加清楚，其中：

图1是表示根据本发明实施例的冗余系统配置结构的示意图；

图2是根据本发明的系统中包括的子系统和模块的示意图；和

图3是根据本发明的冗余热备份控制板系统级的切换控制流程图。

具体实施方式

下面参考附图说明本发明的具体实施例。

本发明的基本方案是一种在包括主用设备和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换。该方案首先检测冗余系统的切换请求，根据冗余系统包含的装置的等级确定切换顺序。然后对最高等级的装置进行切换控制，并等待切换结果响应。如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位该设备。如果在预定时间所述等级的装置切换成功，则判断备用设备是否包含下一个等级的装置，如果有下一个等级的装置，则对所述下一个等级的装置进行切换控制并等待切换响应结果。重复前一步的过程，直到完成备用设备的所有等级的装置的切换。最后将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态。

图1是本发明的冗余系统配置结构图。该系统包括主用控制处理器1，备用控制处理器2，主用交换处理器3，备用交换处理器4，以及百兆以太网板5和千兆以太网板6。主用控制处理器1和备用控制处理器2通过以太网控制通道分别与主用交换处理器3，备用交换处理器4，百兆以太网板5和千兆以太网板6连接。在本发明的集中控制和分层实施的冗余切换系统中，控制处理器板是整个系统的控制中心，交换处理器板是整个系统的业务控制中心，它们都是系统的核心组件，因此，分别具有冗余的备用设备。

在基于集中控制，分层实施的冗余热备份控制板的切换控制系统中，控制处理器板1的切换和交换处理器板3的切换控制都集中在控制处理器板1上。切换执行装置则分布在控制处理器板和交换处理器板3上。

控制处理器板1包括多个子系统。其中有运行支撑子系统，承载子系统，业务子系统，系统控制子系统，网管子系统，数据库子系统。控制处理器板1的子系统之下的一级中包括通信模块S02，接口模块B01，硬件管理模块C02，业务控制模块OC，切换控制模块C09。备用控制处理器板2的配置与主用控制处理器板1中的配置基本相同，但其承载子系统中除接口模块B01外，还包括连接控制模块B02和交换管理模块B03。业务子系统中除业务控制模块外，还包括协议栈模块PPP。

另外，在第三层中，交换管理模块B03内部包括承载交换网管理子模块B03Netmgt，承载管理子模块B03Mgt，承载主控板倒换子模块B03Switch，承载交换板倒换子模块B03SwitchSpb共4个子模块(图中未示出)。

主用交换处理器板3中包括运行支撑子系统，承载子系统Bear，和系统控制子系统SC。运行支撑子系统包括通信模块S02。承载子系统Bear包括交换模块B03。系统控制子系统SC包括硬件管理模块C02。备用交换处理器板4的配置与主要交换处理器板3的配置相同。通过板间的消息通信控制主要控制处理器板1和备用控制处理器板2以及主要交换处理器板3和备用交换处理器板4之间的切换。在系统切换功能中，运行支撑子系统负责主用控制处理器板与各线卡、交换板、备用控制处理器板之间的以太网控制链路的软件切换，业务子系统负责接入业务的切换，承载子系统负责交换网的软件切换，系统控制子系统负责系统级的切换控制，网管子系统负责网管功能的切换，数据库子系统负责数据存取功能的切换，其中通信模块S02负责以太网控制通讯链路切换的具体操作，业务控制模块OC负责各类业务的接纳控制，硬件管理模块C02在主用设备端负责设置硬件切换，C02在备用设备端负责监测硬件切换信号并上告切换控制C09，切换控制C09负责系统级的切换控制，承载接口模块B01是承载子系统对外的消息接口模块，承载连接控制模块B02负责交换连接的创建、更新和删除，承载交换模块B03负责整个交换网的切换，承载交换网管理子模块B03Netmgt负责比特流处理器的管理，承载管理子模块B03Mgt负责整个承载交换模块的管理，承载主控板倒换子模块B03Switch负责主控板倒换时交换网的切换，承载交换板倒换子模块B03SwitchSpb负责交换板倒换时交换网的切换。上述切换相关各子系统属于逻辑概念，它表示系统要求的某些功能的集合，每个子系统的各模块实现特定的功能并最终分布在实际单板上运行，部分功能较为复杂的模块又划分为粒度较小的子模块。在系统切换的过程中，按照子系统层、模块层、子模块层分层实施切换控制，相互协调以完成整个协调的平滑切换，基本的信号工作流程可参考图3。

下面结合图3描述根据本发明的一个实施例在主用和备用控制处理器板，和主用和备用交换处理器板之间进行切换的工作过程。首先，在步骤311，处在主用状态的控制处理器板上的硬件检测模块监测本板上接收到切换指令，并报告给切换控制模块。切换控制模块的状态机此时运行在主用工作状态下，当接收到硬件检测模块报告的切换请求消息时，判断切换类型是控制处理器板并记录在标记值m_ucSwitchType中，从而获得本板主用和备用竞争标志值。在步骤312，判断本板是否处于主用状态。如果步骤312的判断结果为肯定，流程则进行到步骤313，主用处理器板接收切换请求，该切换请求中包含切换参数。主用处理器板在步骤314获得备用处理器板的当前状态。然后，在步骤315判断备用处理器板是否可以使用。如果判断结果为备用处理器板不可使用，流程进行到步骤321，拒绝进行主用与备用设备之间的切换并向网管报告切换失败，切换过程就此结束。如果在步骤315判断备用处理器板可供使用，切换控制模块在步骤316通知本板的硬件控制模块设置控制该控制处理器板为无效。硬件控制模块接收到设置控制处理器板为的消息后，设置硬件并首先触发硬件电路进行第一级切换。然后，在步骤317，通知本板子系统开始切换。此后，在步骤318，原主用控制处理器板的切换控制模块在定时器中设置延迟时间。在步骤319，判断是否已到达设置的延迟时间。如果未到达延迟时间，则继续等待，并在等待设置的延迟时间后，在步骤320设置本板复位。

在步骤312，如果判断该控制处理器板未处在主用状态，流程则进行到步骤322，检测主用控制处理器器板的工作状态。在步骤323，如果未检测到主用控制处理器板无效，则返回到步骤322继续检测。如果在步骤323检测到主用控制处理器板无效，流程进行到步骤324，原备用控制处理器板的硬件检测模块监测到本板的硬件发生了切换，向本板切换控制模块报告要求从备用工作状态升级到主用工作状态。原备用控制处理器板的切换控制模块接收到切换升级消息后，首先通知网管开始进行切换并向定时器设置预定时间。网管接收到切换指令后暂时停止其它操作，以便系统集中资源，快速完成切换。切换控制模块在设置的预定时间内等待网管处理切换的响应结果。在步骤325，如果经过设置的预定时间后未得到网管的响应或网管响应结果为切换失败，流程则进行到步骤321，通知网管切换失败。切换控制模块控制本板复位。

如果原备用控制处理器板的切换控制模块在步骤325接收到网管切换成功的信号，则在步骤326通知数据库。数据库切换主用和备用标记并解开数据表的存储权限，使数据库模块进入主用工作状态。切换控制模块向数据库发出切换通知后向定时器设置预定时间并开始计时，同时等待数据库切换的响应结果。在步骤327，如果判断超过预定时间后未收到数据库的响应或数据库响应结果为切换失败，流程则转到步骤321。在步骤321，通知网管切换失败，切换控制模块控制本板复位。如果在步骤327判断数据库切换成功，原备用控制处理器板的切换控制模块接收到数据库切换成功的信号后，流程则进行到步骤328。在步骤328，切换模块模块通知承载子系统开始进行切换，承载子系统接收到切换指令后，依次通知承载子系统中的模块进行切换。作为例子，承载子系统中包括接口模块，连接控制模块和交换模块，但本发明不限于此。

承载子系统中的各模块接收到切换指令后进行切换操作。切换控制模块向承载子系统发出切换通知后向定时器设置预定时间并开始计时，同时等待承载子系统包含的各模块的切换响应结果。在步骤329，如果判断超过预定时间后未收到承载子系统中包含的模块的响应或各模块的响应结果为切换失败，流程则转到步骤321。在步骤321，通知网管切换失败，切换控制模块控制本板复位。如果在步骤329判断成功地切换了承载子系统包含的模块，流程则进行到步骤330，由原备用控制处理器板的切换控制模块通知业务子系统进行切换。业务子系统接收到切换指令后执行下列操作：

当接收到切换通知消息后，业务子系统的立即控制终止接入新业务；

当前可能的状态为数据和状态的同步状态或空闲(IDLE)状态；

当业务控制任务处于空闲状态时，可以立即进入链路完整性检查状态，而业务控制任务如果处于同步状态时，则需要等同步状态完毕后才进入链路检查状态；

链路完整性检查是以会话记录表为索引逐项查找对应链路从物理端口、VCC、PPP实体、VPN实体、隧道到活动用户的链路状态信息是否一致，从而决定该链路是否完整；

当链路完整性检查完毕后进行主用和备用设备的切换。切换控制模块向业务子系统发出切换通知后向定时器设置预定时间并开始计时，同时等待业务子系统的切换响应结果。在步骤331，如果判断超过预定时间后未收到业务子系统的响应或响应结果为切换失败，流程则转到步骤321。在步骤321，通知网管切换失败，切换控制模块控制本板复位。如果在步骤331判断成功地切换了业务子系统，流程则进行到步骤332，原备用控制处理器板的切换控制模块接收到业务子系统切换成功的信号后，记录切换成功日志并刷新数据库中的相关数据的值。同时，原备用控制处理器板复位后重新启动，并进入备用工作状态。此后，切换相关子系统以及各子系统的相关模块的切换结束，切换控制模块通知各子系统切换成功并结束临时的切换状态，进入主用工作状态。控制处理器板从备用工作状态升级为主用工作状态。

下面描述交换控制器板的切换过程，其切换过程与控制处理器板基本一致。向主用处理器板上发出硬件复位指令时，使该处理器板复位，同时引起原备用交换处理器板发生切换。原备用交换处理器板的硬件检测模块监测到本板的硬件发生切换，并报告给主用控制处理器的切换控制模块，要求从备用工作状态升级到主用工作状态。主用控制处理器板的切换控制模块接收到切换升级消息后，通知网管开始进行切换，网管收到切换指令后，暂时停止其它操作，以便系统集中资源，快速完成切换。

切换控制模块在向网管发出切换命令的同时还设置等待网管返回处理切换的响应结果的预定时间。如果经过设置的预定时间后未得到网管的响应或网管响应结果为切换失败，通知网管切换失败。切换控制模块控制本板复位。

如果主用控制处理器板的切换控制模块接收到网管切换成功的信号，通知承载子系统开始进行切换，承载子系统接收到切换指令后，依次通知承载子系统中的模块进行切换。作为例子，承载子系统中包括接口模块，连接控制模块和交换模块，但本发明不限于此。

承载子系统中的各模块接收到切换指令后进行切换操作。切换控制模块向承载子系统发出切换通知后向定时器设置预定时间并开始计时，同时等待承载子系统包含的各模块的切换响应结果。如果判断超过预定时间后未收到承载子系统中包含的模块的响应或各模块的响应结果为切换失败，并通知网管切换失败，切换控制模块控制本板复位。如果判断成功地切换了承载子系统包含的模块，主用控制处理器板的切换控制模块接收到承载子系统切换成功的信号后，记录切换成功日志并刷新数据库中的相关数据的值。同时，原备用交换处理器板复位后重新启动，并进入备用工作状态。此后，切换相关子系统以及各子系统的相关模块的切换结束，切换控制模块通知各子系统切换成功并结束临时的切换状态，进入主用工作状态。备用交换处理器板从备用工作状态升级为主用工作状态。

通过上面描述的冗余设备的切换控制，可以理解本发明的集中控制，分层切换的过程。对于在一套设备中同时具有多个关键组件需要冗余备份和上层软件系统实现结构复杂的环境下，集中控制使切换逻辑更简单，为复杂软件系统控制多个冗余备份组件提供了一种简单，可行的方法。另外，要指出的是，可以根据实际应用情况对本发明的方法进行扩展，以适用需要更复杂、切换组件更多的情况。

至此已结合本发明的优选实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围和精神实质的情况下可以做出各种改进和变化。

Claims

1.一种在包括主用设备和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，包括步骤：

a)检测冗余系统的切换请求，根据冗余系统包含的装置的等级确定切换顺序；

b)对最高等级的装置进行切换控制，并等待切换结果响应；

c)如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位该设备；

d)如果在预定时间所述等级的装置切换成功，则判断备用设备是否包含下一个等级的装置，如果有下一个等级的装置，则对所述下一个等级的装置进行切换控制并等待切换响应结果；

e)重复步骤c)至d)，直到完成备用设备的所有等级的装置的切换；和

f)将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态。

2.根据权利要求1所述的在包括主用和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，其中进一步包括在对备用设备中的装置发出切换指令的同时设置等待切换结果响应的预定时间的步骤。

3.根据权利要求1所述的在包括主用和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，其中进一步包括在接收到切换请求时，判断备用设备是否可供使用，且如果备用设备不能使用则报告切换失败的步骤。

4.根据权利要求3所述的在包括主用和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，其中进一步包括在判断备用设备可供使用后，通知设置主用设备为无效并在接收到主用设备无效的信息后设置硬件和触发硬件电路发生切换的步骤。

5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的在包括主用和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，其中所述切换包括硬件切换和软件切换。

6.一种在包括主用和备用设备的冗余系统的宽带接入系统中进行集中控制，分层切换的控制方法，包括步骤：

a)检测冗余系统的切换请求，确定冗余系统包含的系统，所述系统中包含的子系统和所述子系统中包含的模块；

b)对系统进行切换控制，并等待切换结果响应；

c)如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位主用设备；

d)如果在预定时间所述系统切换成功，则判断所述系统中是否包含子系统，如果包含子系统，则对所述子系统进行切换控制并等待切换响应结果；

e)如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位主用设备；

f)如果在预定时间所述子系统切换成功，则判断所述子系统中是否包含模块，如果包含模块，则对所述模块进行切换控制并等待切换响应结果；

g)将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态。

7.一种在包括主用和备用设备的冗余系统中进行集中控制，分层切换的控制装置，包括：

检测冗余系统的切换请求，根据冗余系统包含的装置的等级确定切换顺序的装置；

切换主用设备和备用设备之间各等级的装置的网管装置；

对最高等级的装置进行切换控制，并等待切换结果响应，如果在预定时间内未收到切换响应结果或响应结果为切换失败，则复位主用设备，如果在预定时间所述等级的装置切换成功，则判断备用设备是否包含下一个等级的装置，如果有下一个等级的装置，则对所述下一个等级的装置进行切换控制并等待切换响应结果，以及将备用设备的工作状态升级为主用设备工作状态的装置。