CN1731696A - 通信设备中实现单板主备倒换的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种通信设备中实现主备倒换的系统及方法，在各主控板和业务板中分别设置交叉开关，各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端与处理模块连接，其余若干对信号输入输出端分别与各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端与业务模块连接，其余若干对信号输入输出端分别与各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；主控板和业务板互送主备指示信号，主控板及业务板根据各自收到的主备指示信号，在交叉开关控制信号输入端输入相应的控制信号，控制交叉开关切换，实现主备倒换，本发明实现方便，对业务影响小，并可提高系统的可靠性和倒换速度。

Description

通信设备中实现单板主备倒换的系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信设备中实现单板主备倒换的系统及方法。

背景技术

通信设备是在通信网络中完成特定功能的物理实体，在通信网络中，为了保证网络工作的连续性，要求某些设备24小时不间断工作，因此对设备的关键部件进行冗余双备份设计，使其能支持主备热备份工作，保证主用部件出现故障时，能平滑倒换到备用部件，不会导致业务的中断。同时，在网络的构建时，单一设备集成的功能需要分层次实现，不同功能模块的单板除了分别支持主备用状态，还需要互相配合完成主备的工作。

在工作中处于主用状态的部件称为主用部件，处于备用状态的部件称为备用部件，通过实现主用部件和备用部件的互为备份工作，使主用部件故障时，设备自动切换到备用部件，保证业务的不中断，主用部件和备用部件的相互切换称为主备倒换。通信设备中，业务板是完成具体业务处理功能的单板，包括协议处理和用户管理等功能。主控板在通信设备中处于系统处理的核心，完成主要设备管理和通信的功能。主控板和业务板都可以工作在主备用状态，支持主备倒换特性。

在现有技术方案中，有的采用主控板和业务板分别主备倒换，如图1所示为现有技术主控板和业务板分别主备倒换结构原理示意图，主控板内的处理模块和业务板内的业务模块通过两个业务接口互连，接口采用千兆位以太网串行接口(GE Serdes)信号，可以采用低电压正射极耦合逻辑(LVPECL)电平互连，也可以采用低压差分信号(LVDS)电平互连。主控板之间互为主备份，主用主控板故障时，备用主控板会升至主用，故障主控板降为备用状态。业务板之间互为主备份，主用业务板故障时，备用的业务板会升至主用，故障业务板降为备用状态。

情况一：假设主控板A主用，业务板C主用，这时主用主控板与主用业务板的通道是接口A，当主用主控板A故障时，主控板会倒换到备用主控板B，这时主用业务板C与主控板B之间的业务通道是接口C，对于主控板B来讲，业务通道没有发生变化，但业务板C的业务通道发生了变化，变成了接口C，这时业务板C的业务通道要相应地切换到接口C，否则主用主控板B和主用业务板C的业务要中断。

情况二：假设业务板C主用，主控板A主用，这时主用业务板与主用主控板的通道是接口A，当业务板C故障时，业务板会倒换到业务板D，这时主用的系统主控板A与主用的业务板D之间的业务通道是B，对于业务板D来讲，业务通道没有发生变化，但主控板A的业务通道发生了变化，变成了接口B，这时主控板A的业务通道要相应地切换到接口B，否则主用主控板A和主用业务板D之间的业务要中断。

上述现有技术方案的主要缺陷有：

1、主控板和业务板虽然都支持主备倒换，但是一方的倒换会导致主控板内的处理模块和业务板内的业务模块之间的业务接口发生变化，相应地要切换业务接口，导致业务有中断。

2、从可靠性的角度来看，无论是主控板还是业务板的倒换，并不是完全独立的，相互之间有一定的关联性。就是说，业务板的倒换会导致主控板内处理模块与业务板业务模块之间的接口序号发生改变，从而导致主控板内的处理模块转发表项的目的端口发生了变化；同时，主控板的倒换会导致业务板内的业务模块的通道发生变化，从而导致与业务接口相关的表项都要由软件去更新。因此主控板或业务板的故障都会对相应的业务板或主控板的工作状态产生影响

3、实现的难度增加，因为任何一方的倒换都会引起业务口的切换，导致有大量与接口有关的表项进行刷新，给软件的实现带来很大的难度，尤其是复杂的业务板，实现的难度会更大。例如：主控板A和业务板C主用，这时主控板A和业务板C的业务传输通道是接口A，如果业务板C故障倒换到业务板D，这时主控板A还是主用状态，业务板D的业务传输通道就切换到接口B，原来主控板A上行的业务设置是绑定在接口A上的，这时因为业务板的倒换导致主控板A的业务接口必须切换到接口B，所以原来所有绑定到接口A的设置都必须重新配置到接口B，这样会导致主控板A上大量的转发表项的目的接口进行切换，需要软件进行干预，会带来实现的困难和可靠性的降低。

4、主控板和业务板之间要通过协议互相传递主备指示信号，同时倒换涉及到业务转发目的端口的切换，软件要更新大量的表项，所以倒换的速度较慢。

5、占用了2个GE业务接口，实际工作时只使用1个GE业务接口，带宽浪费一半。

为了克服上述技术方案的某些缺点，现有技术提出了另外一种方案，将主控板和业务板组成一个相关模块，两者的工作状态联系在一起，任何一块单板故障，都会导致这两个单板组成的模块倒换，这样主控板和业务板之间的互相影响构成的倒换称为联动倒换。如图2所示为主控板和业务板联动倒换结构原理示意图，主控板内的处理模块与业务板内的业务模块之间通过一个业务接口互连，主控板之间支持主备倒换，而业务板不支持主备倒换。主控板和业务板之间绑定在一起，两者之间通过协议通信。

情况一：假设主控板A主用，这时主用主控板与主用业务板的通道是接口A，业务通过业务板C的接口上行，主控板A和业务板C之间通过通信协议握手和保持工作状态稳定一致。当主用主控板A故障时，主控板会倒换到备用主控板B，这时主控板A与业务板C之间的通信中断，而主用主控板B和业务处理板D之间的通信开始正常工作，这时业务通道切换到主控板B和业务处理板D。

情况二：假设主控板A主用，这时主用主控板与主用业务板的通道是接口A，业务通过业务板C的接口上行，主控板A和业务板C之间通过通信协议握手和保持工作状态稳定一致。当业务板C故障时，这时主控板A与业务板C之间的通信中断，这时主控板A认为系统故障，因此倒换到备用主控板B，而主控板B和业务板D之间的通信开始正常工作，这时业务通道切换到主控板B和业务板D。

但这种技术方案存在以下缺陷：

1、业务板不支持主备倒换，导致主用业务板的动态数据无法备份到备用业务板，这样业务板切换时，原有用户的业务要中断，需要重新进行申请，才能恢复业务。

2、主控板和业务板紧密耦合，任何一方故障都会导致联动倒换，因此主控板或业务板的故障都会对相应的业务板或主控板的工作状态产生影响。

3、链路的故障和运行的状态紧密耦合，影响系统的稳定性。业务板的上行链路发生故障，这时业务断掉了，业务板检测到业务接口链路故障，会通过协议通知主控板业务板故障链路，进行倒换，这时主控板虽然没有故障，但由于业务板的上行链路故障将导致主控板倒换。所以，系统的可靠性受到业务板上行链路的影响。

4、倒换依靠在主控板和业务板之间运行协议，倒换前业务板和主控板互相通过协议协商，这样会使倒换速度受到影响。假如主控板的CPU正处理一个中断程序，必须处理完这个中断程序才能处理倒换协议。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有的通信设备进行主备倒换时，出现的业务中断、可靠性差、实现困难、倒换速度慢等缺陷，提供一种实现主备倒换的系统和方法，减小对业务的影响，并提高通信设备的可靠性和倒换速度。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

这种通信设备中实现单板主备倒换的方法，所述单板包括主控板和业务板，该主控板包括处理模块，业务板包括业务模块，在通信设备的各主控板和业务板中分别设置交叉开关，各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端与所述处理模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端与业务模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接，该方法包括以下步骤：主控板分别向各业务板发送主备指示信号，同时各业务板分别向各主控板发送主备指示信号；主控板及业务板根据各自收到的主备指示信号，在各自的交叉开关控制信号输入端输入相应的控制信号，控制交叉开关进行切换，实现主控板或业务板的主备倒换。

可以在主控板和业务板中设置可编程逻辑器件，通过主控板上的可编程逻辑器件接收来自各业务板上的主备指示信号，经处理后输入所述主控板上交叉开关的控制信号输入端，控制主控板上交叉开关的切换；通过所述业务板上的可编程逻辑器件接收来自各主控板上的主备指示信号，经处理后输入所述业务板上交叉开关的控制信号输入端，控制业务板上交叉开关的切换。

主控板可采用两个，互为主备份，业务板可采用两个，互为主备份。交叉开关可采用4×4路电子交叉开关。

相应的一种通信设备中实现单板主备倒换的系统，包括主控板和业务板，该主控板包括处理模块，业务板包括业务模块，在通信设备的各主控板和业务板中分别设有交叉开关，各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端与所述处理模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端与业务模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；

在主控板和业务板中还设置有可编程逻辑器件，分别与主控板的处理模块和业务板的业务模块连接，接收主备指示信号；主控板上的可编程逻辑器件与主控板上交叉开关的控制信号输入端连接，并与各业务板上的可编程逻辑器件连接，接收来自各业务板上的主备指示信号，处理后输入所述主控板上交叉开关的控制信号输入端，控制主控板上交叉开关的切换，实现主控板的主备倒换；业务板上的可编程逻辑器件与业务板上交叉开关的控制信号输入端连接，并与各主控板上的可编程逻辑器件连接，接收来自各主控板上的主备指示信号，处理后输入所述业务板上交叉开关的控制信号输入端，控制业务板上交叉开关的切换，实现业务板的主备倒换。主控板和业务板可以各采用两个，交叉开关可以采用4×4路电子交叉开关。

本发明的有益效果为：本发明主控板和业务板互送主备指示信号，告知对方的工作状态，采用交叉开关实现物理通道切换和具体工作状态的隔离，物理通道的切换通过硬件电路自动实现，不需要软件参与，真正实现了智能倒换。具体优点如下：

1、本发明将业务物理通道和主控板以及业务板具体的工作状态隔离，链路的状态不影响单板的工作状态。就是说当主用业务板的上行接口链路故障，这时主用业务板检测到链路故障，会自动倒换到备用业务板，而这时主用主控板的可编程逻辑器件会自动检测业务板的主备指示信号，会根据主备指示信号进行电子交叉开关的切换，不进行主控板的倒换。所以说，任何业务板的链路故障，影响的仅仅是业务板的工作状态，不会影响主控板的工作状态，主用主控板只是进行交叉开关的切换，从而提高了整个系统的稳定性。

2、将主控板和业务板的工作状态进行隔离，分别进行主备倒换，任何一方的倒换不会影响对方的工作状态的倒换；因为主控板和业务板的业务通过交叉开关进行了屏蔽，对主控板的处理模块来讲，它看不到与业务板的通道状态，它仅仅看到它自己的处理模块的输出GE接口，同样对于业务板的业务模块是一样的，这样也使系统稳定性得到提高。

3、业务物理通道的切换通过硬件电路实现，切换的速度很快，在1毫秒以下，真正做到对业务的影响最小；通过硬件逻辑去检测主备指示信号，根据信号的高低电平去输出对电子交叉开关的控制信号，控制交叉开关的输入和输出的连接关系，从而可以通过开关倒换来实现系统的倒换。

4、对软件没有影响，整个系统的可靠性很高。在整个的倒换过程中，主控板和业务板之间都是通过硬件去检测信号，再根据检测的信号输出控制信号，所以都是硬件来自动进行，没有软件的参与，系统的可靠性较高，而且实现也很方便。

附图说明

图1为现有的主控板和业务板分别主备倒换结构原理示意图；

图2为现有的主控板和业务板联动倒换结构原理示意图；

图3为本发明主备倒换结构原理示意图；

图4为交叉开关工作原理示意图；

图5为主控板A内交叉开关连接示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种智能主备倒换的实现方法及系统，在通信设备的各主控板和业务板中分别设置交叉开关，主控板分别向各业务板发送主备指示信号，同时各业务板分别向各主控板发送主备指示信号；主控板及业务板根据各自收到的主备指示信号，在各自的交叉开关控制信号输入端输入相应的控制信号，控制交叉开关进行切换，实现主控板或业务板的主备倒换。

如图3所示，主控板为两个，主控板A和主控板B互为主备份；业务板为两个，业务板C和业务板D互为主备份。在主控板和业务板上增加4×4路的电子交叉开关和可编程逻辑器件(CPLD)。

如图4所示为交叉开关工作原理示意图，交叉开关是一种实现信号交叉的器件，通过控制信号可以实现任意一路的输入和任意一路的输出互连，4×4路电子交叉开关是4对输入差分信号(1A+和1A-、2A+和2A-、3A+和3A-、4A+和4A-)和4对输出差分信号(1B+和1B-、2B+和2B-、3B+和3B-、4B+和4B-)，控制信号是2个TTL电平信号(C1/C2)，通过交叉矩阵实现信号交叉。

如图3和图5所示，主控板A内交叉开关的一对信号输入输出端与处理模块连接，其余的2对信号输入输出端分别与业务板C和业务板D内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；同样，主控板B内交叉开关的一对信号输入输出端与处理模块连接，其余的2对信号输入输出端分别与业务板C和业务板D内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接。业务板C内交叉开关的一对信号输入输出端与业务模块连接，同样，业务板D内交叉开关的一对信号输入输出端与业务模块连接。交叉开关与处理模块或业务模块之间，以及交叉开关之间的接口均采用千兆位以太网串行接口(GE Serdes)信号，可以采用低电压正射极耦合逻辑(LVPECL)电平互连，也可以采用低压差分信号(LVDS)电平互连。

在主控板和业务板中还设置有可编程逻辑器件(CPLD)，分别与主控板的处理模块和业务板的业务模块连接，接收主备指示信号；主控板上的可编程逻辑器件与主控板上交叉开关的控制信号输入端连接，并与各业务板上的可编程逻辑器件连接，接收来自各业务板上的主备指示信号，处理后输入所述主控板上交叉开关的控制信号输入端，控制主控板上交叉开关的切换，实现主控板的主备倒换；业务板上的可编程逻辑器件与业务板上交叉开关的控制信号输入端连接，并与各主控板上的可编程逻辑器件连接，接收来自各主控板上的主备指示信号，处理后输入所述业务板上交叉开关的控制信号输入端，控制业务板上交叉开关的切换，实现业务板的主备倒换。

如图5所示，主控板A上的交叉开关的切换通过检测业务板C的主备指示信号来实现接口的切换，通过CPLD逻辑去检测主备指示信号，如果主备指示信号为高电平，则将主控板A上交叉开关左边的GE信号切换到接口A；如果检测到主备指示信号是低电平，则将左边的GE信号切换到接口B。这样就实现了无论主备指示信号如何变化，左边的GE信号是保持不变的，而右边的两组GE信号会根据主备信号的状态实现切换。因此主控板的处理模块和业务板的业务模块只看到与它接口的GE接口，而看不到两者互连的接口A和接口B。

具体工作情况描述如下：

情况一：正常工作时，假设主控板A和业务板C主用，这时主控板A送主用信号到业务板C和业务板D；同时业务板C送主用信号到主控板A和主控板B。主控板A和B互为主备，业务板C和D互为主备。

情况二：当主控板A故障时，主控板发生倒换，主控板B升为主用，这时主控板A送给业务板的主备信号无效，业务板C控制电子交叉开关切换到业务通道C，业务板C的数据通道的切换是通过检测主控板A送来的主备指示信号决定的，根据主备指示信号来设置交叉开关的控制信号，可以决定将哪路输入信号和输出信号互连，这是通过硬件逻辑来检测和实现，不需要软件的参与，所以在速度和可靠性方面会较高。升为主用的主控板B和主用的业务板C通过接口C进行数据的收发。

情况三：当业务板C故障时，业务板发生倒换，业务板D升为主用，这时业务板C送给主控板的主备信号无效，主控板A控制电子交叉开关切换到业务通道B，主控板A的数据通道的切换是通过检测业务板C送来的主备指示信号来进行，根据业务板C送来的主备指示信号来设置交叉开关的控制信号，可以决定将哪路输入信号和输出信号互连，这是通过硬件逻辑来检测和实现，不需要软件的参与，所以在速度和可靠性方面会较高。主用的主控板A和主用的业务板D通过接口B进行数据的收发。

本发明主控板和业务板互送主备指示信号，告知对方的工作状态，采用交叉开关实现物理通道切换和具体工作状态的隔离，物理通道的切换通过硬件电路自动实现，不需要软件参与，提供了一种能方便实现的智能主备倒换的实现方法，对业务影响小，并提高了通信设备的可靠性和倒换速度，真正实现了智能倒换。

在进行主备倒换时，可以通过CPLD控制输出给交叉开关的指示信号，进行独立倒换，也可以控制主控板和业务板同时倒换，即联动倒换。本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (7)

1、一种通信设备中实现单板主备倒换的方法，所述单板包括主控板和业务板，该主控板包括处理模块，业务板包括业务模块，其特征在于：在通信设备的各主控板和业务板中分别设置交叉开关，各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端与所述处理模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端与业务模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接，该方法包括以下步骤：

主控板分别向各业务板发送主备指示信号，同时各业务板分别向各主控板发送主备指示信号；

主控板及业务板根据各自收到的主备指示信号，在各自的交叉开关控制信号输入端输入相应的控制信号，控制交叉开关进行切换，实现主控板或业务板的主备倒换。

2、根据权利要求1所述的通信设备中实现单板主备倒换的方法，其特征在于：在主控板和业务板中设置有可编程逻辑器件，通过主控板上的可编程逻辑器件接收来自各业务板上的主备指示信号，经处理后输入所述主控板上交叉开关的控制信号输入端，控制主控板上交叉开关的切换；通过所述业务板上的可编程逻辑器件接收来自各主控板上的主备指示信号，经处理后输入所述业务板上交叉开关的控制信号输入端，控制业务板上交叉开关的切换。

3、根据权利要求1或2所述的通信设备中实现单板主备倒换的方法，其特征在于：所述的主控板为两个，互为主备份；所述的业务板为两个，互为主备份。

4、根据权利要求3所述的通信设备中实现单板主备倒换的方法，其特征在于：所述的交叉开关为4×4路电子交叉开关。

5、一种通信设备中实现单板主备倒换的系统，包括主控板和业务板，该主控板包括处理模块，业务板包括业务模块，其特征在于：

在通信设备的各主控板和业务板中分别设有交叉开关，各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端与所述处理模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；各业务板内交叉开关的一对信号输入输出端与业务模块连接，其余的若干对信号输入输出端分别与各主控板内交叉开关的一对信号输入输出端对应连接；

在主控板和业务板中还设置有可编程逻辑器件，分别与主控板的处理模块和业务板的业务模块连接，接收主备指示信号；主控板上的可编程逻辑器件与主控板上交叉开关的控制信号输入端连接，并与各业务板上的可编程逻辑器件连接，接收来自各业务板上的主备指示信号，处理后输入所述主控板上交叉开关的控制信号输入端，控制主控板上交叉开关的切换，实现主控板的主备倒换；业务板上的可编程逻辑器件与业务板上交叉开关的控制信号输入端连接，并与各主控板上的可编程逻辑器件连接，接收来自各主控板上的主备指示信号，处理后输入所述业务板上交叉开关的控制信号输入端，控制业务板上交叉开关的切换，实现业务板的主备倒换。

6、根据权利要求5所述的通信设备中实现单板主备倒换的系统，其特征在于：所述的主控板和业务板各为两个。

7、根据权利要求6所述的通信设备中实现单板主备倒换的系统，其特征在于：所述的交叉开关为4×4路电子交叉开关。

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