JP5366858B2 - クラスタシステム、および、クラスタシステムにおける系切替え方法 - Google Patents

クラスタシステム、および、クラスタシステムにおける系切替え方法 Download PDF

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本発明は、クラスタシステムの系切替え技術に関し、特に、呼処理サーバのクラスタシステムにおける系切替え技術に関する。
SIP(Session Initiation Protocol)を用いた呼処理を行うシステムにおいて、高可用性および高信頼性のあるシステムを構築するために、呼処理サーバの冗長化を行うクラスタシステムがある。クラスタシステムでは、現用系サーバで障害が発生すると、待機系サーバに切替え、処理を続行する(特許文献1参照)。
また、高信頼性や高い相互接続性を保証するためのプラットフォームのインタフェース仕様として、SAF(Service Availability Forum)が規定されている(非特許文献1参照)。SAFにおいても、サーバの冗長化に関するインタフェースを規定しており、その中に現用系サーバと待機系サーバとの間でレプリケーションをとる機能としてCheck Pointを規定している(非特許文献2参照)。
特開平7-21051号公報
"Service AvailabilityTM Forum Application Interface Specification Checkpoint Service", SAI-AIS-CKPT-B.02.02, Service AvailabilityTM Forum, October 21, 2008 "SA Forum Extended Training Materials Checkpoint Service", Service AvailabilityTM Forum, 2006
SAFに準拠した呼処理サーバにおいて、多数の呼を処理している現用系の呼処理サーバで障害が発生し、待機系の呼処理サーバに系切替えを行う際に、呼処理に関するデータの引継ぎに時間がかかってしまう。その結果、サービス停止期間が長期化するという問題がある。
また、系切替え時間の短縮化を優先し、系切替え後に待機系の呼処理サーバでも継続可能な呼の救済条件を緩和すると呼損が増加するため、系切替え時間の短時間化と呼損の発生を抑えることとを両立することは困難である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、現用系から待機系への系切替え時間をより短縮するとともに、呼損の発生をより抑制することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、現用系の呼処理サーバと待機系の呼処理サーバとを有するクラスタシステムであって、前記現用系の呼処理サーバは、呼処理データを記憶する第1の記憶手段と、呼処理要求を受け付けて呼処理を行い、呼処理データを前記第1の記憶手段に記憶する第1の呼処理手段と、前記第1の記憶手段に記憶される呼処理データのレプリカを、前記待機系の呼処理サーバに送信するレプリケーション手段と、前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え時に、前記呼処理データの呼IDと前記第1の記憶手段における前記呼処理データの格納場所とを対応付けた対応データと、呼のタイマー情報とを、前記待機系の呼処理サーバに送信する系切替処理手段とを有し、前記待機系の呼処理サーバは、前記現用系の呼処理サーバから送信された呼処理データのレプリカを記憶する第2の記憶手段と、前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え後に、前記第2の記憶手段に記憶された呼処理データと、前記現用系の呼処理サーバから送信された対応データおよび呼のタイマー情報とを用いて、呼処理を行う第2の呼処理手段と、を有し、前記第2の呼処理手段は、前記呼のタイマー情報に基づいたタイミングで、または、通信相手からの再送信号を受信したタイミングで、前記第2の記憶手段に記憶された呼処理データの呼処理を再開する。
また、本発明は、現用系の呼処理サーバと待機系の呼処理サーバとを有するクラスタシステムにおける系切替え方法であって、前記現用系の呼処理サーバは、呼処理データを記憶する第1の記憶部を有し、呼処理要求を受け付けて呼処理を行い、呼処理データを前記第1の記憶部に記憶する第1の呼処理ステップと、前記第1の記憶部に記憶される呼処理データのレプリカを、前記待機系の呼処理サーバに送信するレプリケーションステップと、前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え時に、前記呼処理データの呼IDと前記第1の記憶部における前記呼処理データの格納場所とを対応付けた対応データと、呼のタイマー情報とを、前記待機系の呼処理サーバに送信する系切替ステップとを行い、前記待機系の呼処理サーバは、前記現用系の呼処理サーバから送信された呼処理データのレプリカを記憶する第2の記憶部を有し、前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え後に、前記第2の記憶部に記憶された呼処理データと、前記現用系の呼処理サーバから送信された対応データおよび呼のタイマー情報とを用いて、呼処理を行う第2の呼処理ステップを行い、前記第2の呼処理ステップは、前記呼のタイマー情報に基づいたタイミングで、または、通信相手からの再送信号を受信したタイミングで、前記第2の記憶部に記憶された呼処理データの呼処理を再開する。
本発明によれば、現用系から待機系への系切替え時間をより短縮するとともに、呼損の生をより抑制することができる。
本発明の実施形態に係る呼処理サーバのクラスタシステムの構成図である。 呼処理の動作を示すシーケンス図である。 対応データの具体例を示す図である。 系切替え時の動作を示すシーケンス図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る、現用系の呼処理サーバ10および待機系の呼処理サーバ20を備えるクラスシステムの構成図である。なお、本実施形態では、SFAに準拠したCheck Point (以下、「CKPT」という) を用いることとするが、本発明はこれに限定されるものでなく、SFAのCKPTを用いないクラスタシステムであってもよい。
呼処理サーバ10、20は、セッション制御プロトコル(SIP)に基づいて、SIP端末(不図示)から送信される呼を処理する。通常では、SIP端末は、IP(Internet Protocol)ネットワークを介して、現用系の呼処理サーバ10と接続される。図示する現用系の呼処理サーバ10は、呼処理部11と、CKPT部(レプリケーション手段)12と、系切替処理部13と、メモリ14とを有する。
呼処理部11は、SIP端末からの呼を受け付けて呼処理プロセス(またはインスタンス)を生成し、呼処理を開始する。呼処理を実行する際に、各種の呼処理データが生成され、メモリ上に記憶される。そして、本実施形態の呼処理部11は、障害発生による系切替え時において、救済の対象となるSIP信号(すなわち、SIPの規約により対向サーバまたはSIP端末からの再送が期待できず、当該SIP信号を受信したことを記録しておかないと呼処理の継続が不可能なSIP信号)を受信したタイミングで、CKPT部12を介してメモリ上の呼処理データをCKPT領域15に書き込む。
CKPT部12は、現用系と待機系との間でレプリケーションを行うものである。すなわち、CKPT部12は、待機系の呼処理サーバ20のCKPT部22と共同して、自CKPT領域15に書き込まれたデータのレプリカ(複製)を待機系の呼処理サーバ20に送信し、待機系の呼処理サーバ20の他CKPT領域25に前記レプリカを格納する。これにより、現用系のCKPT領域15と待機系のCKPT領域25には、同期して、同じ内容の呼処理データが書き込まれる。なお、CKPT部12は、呼処理部11から書き込み要求された呼処理データを、自CKPT領域15に実際に書き込み、待機系のCKPT領域25への書き込みが完了するのを待って、CKPT領域へ書き込みを依頼したプロセスに書込み完了の応答を返すことができる。
CKPT領域15(第1の記憶手段)は、CKPT部12がアクセス可能な記憶領域であって、メモリ14上に存在する。CKPT領域15に書き込まれたデータを、呼処理部11が直接参照することはできず、CKPT部12が提供する関数(CKPT領域読み込み関数)を用いて読み込む必要がある。そのため、CKPT領域15へのアクセスは、他のメモリ領域へのアクセスに比べ、プロセス間通信とCKPT領域読み込み関数分のオーバヘッドが存在する。
系切替処理部13は、現用系の呼処理サーバ10から待機系の呼処理サーバ20への系切替え時に、呼IDと呼処理データとを対応付けた対応データと、呼のタイマー情報とを、待機系の呼処理サーバ20に送信する。すなわち、呼処理データを送信する必要がない。
待機系の呼処理サーバ20は、現用系の呼処理サーバ10と同様に、呼処理部21と、CKPT部(レプリケーション手段)22と、系切替処理部23と、CKPT領域25(第2の記憶手段)を含むメモリ24とを有する。CKPT部22は、通常時において、現用系のCKPT部12から送信された呼処理データのレプリカをCKPT領域25に書き込み、現用系のCKPT領域15と同期して同じ内容が記憶されているようにする。通常時においては、呼処理部21および系切替え処理部23は機能しない。
呼処理部21は、現用系の呼処理サーバ10からの系切替え後に、CKPT領域25に記憶された呼処理データを用いてインスタンス生成を行い、現用系の呼処理サーバ10で行っていた呼処理を再開する。
なお、上記説明した呼処理サーバ10、20は、少なくともCPU、メモリ、HDD等の外部記憶装置などを備えた汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。このコンピュータシステムにおいて、CPUがメモリ上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、各呼処理サーバ10、20の各機能が実現される。
次に、本実施形態の呼処理サーバ10、20の処理について説明する。
図2は、現用系の呼処理サーバ10が、通常時において行う呼処理の動作を示すシーケンス図である。図2では、信号単位の処理を示している。
端末Aは、initial-INVITE信号を現用系の呼処理サーバ10に送信する(S11)。呼処理サーバ10の呼処理部11は、発信元の端末Aに100 Tryingの応答信号を送信する(S12)。これにより、呼処理サーバ10の呼処理部11は、呼処理プロセスを生成し、当該initial-INVITE信号を解析して、ルーティング先を決定するなどの呼処理を実行し、着信先の端末Bにinitial-INVITE信号を送信する(S13)。
端末Bは、initial-INVITE信号を着信(受信)すると、100 Tryingの応答信号を呼処理サーバ10に送信し(S14)、そして、端末Bは、180 Ringingの応答信号を呼処理サーバ10に送信する(S15)。
呼処理サーバ10の呼処理部11は、180 Ringingの応答信号を端末Bから受信すると、メモリ14上に生成、記憶された呼処理データを、CKPT部12を用いてCKPT領域15に書き込む。CKPT領域15に書き込む呼処理データは、例えば、SIPのダイアログ情報、トランザクション情報、シーケンスの進捗情報などである。図示する場合、S11からS15までに送受信された各信号の情報(SIPのダイアログ情報)、端末Bから180 Ringingの応答信号を受信済みであること(シーケンスの進捗情報)などが、呼処理データとしてCKPT領域に書き込まれる。
また、本実施形態では、救済対象となるSIP信号(すなわち、SIPの規約により対向サーバまたはSIP端末からの再送が期待できず、当該SIP信号を受信したことを記録しておかないと呼処理の継続が不可能なSIP信号)を受信したタイミングで、呼処理部11は、CKPT部12を用いてCKPT領域15に呼処理データを書き込む。
CKPT部12は、呼処理部11からの要求によりCKPT領域15に書き込む呼処理データのレプリカを、待機系の呼処理サーバ20に転送する(S16)。待機系の呼処理サーバ20のCKPT部22は、転送されたレプリカの呼処理データを、当該待機系のCKPT領域25に書き込み、書き込み完了応答を現用系の呼処理サーバ10に送信する(S17)。すなわち、現用系のCKPT領域15と待機系のCKPT領域25とで、同期して同じ呼処理データを保持し、これにより、その後、現用系の呼処理サーバ10で障害が発生し、待機系の呼処理サーバ20へ系切替えを行った場合、待機系の呼処理サーバ20には既に呼処理データを転送しているため、系切替え処理に要する時間を短縮することができ、また待機系サーバ20で呼処理を継続して行うことができる。
また、呼処理部11は、CKPT領域15に呼処理データを書き込んだ後、当該呼処理データの呼を一意に特定する呼IDと、CKPT領域15での当該呼処理データの格納場所(IDアドレス、メモリ番地など)とを対応付ける対応データをメモリ14に記憶する。呼IDはSIPのダイアログIDから一意に決定され、CKPT領域15の格納場所はCKPT部12から通知されるものとする。なお、待機系のCKPT領域25でのレプリカの呼処理データの格納場所は、現用系のCKPT領域15の格納場所と同じである。
図3は、対応データの具体例を示す図である。図示する対応データは、処理中の呼数分の対応データ(インデックスデータ)を示し、各対応データは、呼IDと、ダイアログIDと、セクションID(格納場所)と、タイマー情報とが対応付けたれたデータである。呼IDは、内部処理で呼を一意に特定するIDである。ダイアログIDは、SIP信号から抽出されるIDであって、SIP信号と呼データとを対応付けるIDである。セクションIDは、CKPT領域15内のセクション(場所)を特定するIDである。なお、図示する対応データにはタイマー情報が含まれるが、対応データとは別にタイマー情報を呼IDと対応付けてメモリ14に記憶しておくこととしてもよい。
そして、呼処理サーバ10の呼処理部11は、現用系および待機系のCKPT領域15、25に同期して呼処理データの書き込みが完了すると、180 Ringingの応答信号を端末Aに送信する(S18)。端末Aは、PRACK(ACK)の応答信号を、呼処理サーバ10に送信する(S19)。呼処理サーバ10の呼処理部11は、PRACKの応答信号を受信すると、メモリ上の呼処理データを、CKPT部12を用いてCKPT領域15に書き込む。CKPT領域15に書き込む呼処理データは、図示する場合、S18からS19までに送受信された各信号の情報(SIPのダイアログ情報)、端末AからPRACKの応答信号を受信済みであること(シーケンスの進捗情報)などである。
これにより、CKPT部12は、呼処理部11に要求された呼処理データのレプリカを、待機系の呼処理サーバ20に転送する(S20)。待機系の呼処理サーバ20のCKPT部22は、転送された呼処理データをCKPT領域25に書き込み、書き込み完了応答を現用系の呼処理サーバ10に送信する(S21)。これにより、現用系のCKPT領域15と、待機系のCKPT領域25には、図示するように、同じ内容の呼処理データが記憶されている。
また、呼処理部11は、CKPT領域15に呼処理データを書き込んだ後、当該呼処理データの呼IDと、CKPT領域15での当該呼処理データの格納場所とを対応付ける対応データ(図3参照)をメモリ14に記憶する。
そして、呼処理サーバ10の呼処理部11は、PRACKの応答信号を端末Bに送信する(S22)。端末Bは、200 OKの応答信号を呼処理サーバ10に送信し(S23)、呼処理サーバ10の呼処理部11は、200 OKの応答信号を端末Aに送信する(S24)。
図4は、現用系の呼処理サーバ10に障害が発生し、待機系の呼処理サーバ20へ系切替えを行う場合の動作を示すシーケンス図である。図4においても、信号単位の処理を示している。
図4のS31からS41までの動作は、図2のS11からS21までの動作と同じであるため、ここでは説明を省略する。図示する例では、待機系の呼処理サーバ20が書き込み完了応答を現用系の呼処理サーバ10に送信し、現用系のCKPT領域15と待機系のCKPT領域25に、同じ内容の呼処理データが記憶された後(S41)、現用系の呼処理サーバ10で障害が発生する。これにより、現用系の呼処理サーバ10にから、待機系の呼処理サーバ20への系切替え動作が行われる。
すなわち、現用系の呼処理サーバ10の系切替処理部23は、CKPT領域15に記憶された呼処理データと呼IDとを対応付ける対応データと、呼のタイマー情報とを、待機系の呼処理サーバ20に送信する(S42)。呼のタイマー情報は、SIPの規約で応答を返さなければ呼損とみなされるまでの期限(タイムオーバまでの時間)であって、呼IDと対応付けて呼処理部11が管理し、メモリ14に記憶している情報である。対応データは、前述のとおり、CKPT領域15に呼処理データを書き込む度に、呼処理部11がメモリ14に記憶した、当該呼処理データの呼IDと、CKPT領域15での格納場所とを対応付けたデータである。
このように、本実施形態では、系切替え時(フェイルオーバ時)に、呼処理データ自体を待機系の呼処理サーバ20に送信するのではなく、対応データと呼のタイマー情報のみを待機系の呼処理サーバ20に送信し、処理を引継ぐため、系切替え中に呼処理データを送信する場合に比べ、引継ぎデータを削減でき、系切替え処理に要する時間を短縮することができる。待機系の呼処理サーバ20の呼処理部21は、受信した引継ぎデータ(対応データおよび呼のタイマー情報)をメモリ24に記憶する。
そして、系切替え後の動作として、待機系の呼処理サーバ20の呼処理部21は、呼のタイマー情報に基づいてタイムアウトとなる前の所定のタイミングで、または対向する他の呼処理サーバ(SIP端末)からの再送信号の受信のタイミングで、CKPT領域25に記憶された呼処理データにアクセスし、当該呼処理データを呼処理部21が使用するメモリ14の領域に書き込み、呼処理を再開する。
なお、呼処理部21は、タイマー情報に対応付けられた呼ID、または、再送信号に含まれる呼IDを取得し、メモリ24に記憶された対応データを参照して当該呼IDに対応するCKPT領域25の格納場所(すなわち、CKPT領域15の格納場所)を取得する。そして、取得したCKPT領域25の格納場所に格納された呼処理データを読み出し、メモリ14に書き込む。また、呼処理部21は、CKPT領域25に書き込まれた呼処理データを、CKPT部が提供するCKPT領域読み込み関数にしたがってアクセスする。
本実施形態では、S42の系切替え時ではなく、系切替え後の所定のタイミング(タイマー情報のタイムアウト、再送信号の受信などのイベント)によりCKPT領域25の呼処理データを、呼処理部21が使用するメモリ14の領域に引き上げることで、系切替えに要する時間を短縮することができる。
待機系の呼処理サーバ20の呼処理部21は、呼処理を再開することにより、PRACKの応答信号を端末Bに送信する(S43)。端末Bは、200 OKの応答信号を呼処理サーバ20に送信し(S44)、呼処理サーバ20の呼処理部21は、200 OKの応答信号を端末Aに送信する(S45)。
以上説明した本実施形態では、通常時において、所定のSIP信号毎に現用系の呼処理サーバ10と待機系の呼処理サーバ20とが、同期して呼処理データを転送していることにより、現用系で障害が発生した場合、現用系から待機系への系切替え時間をより短縮することができる。また、待機系の呼処理サーバ20で呼処理を継続・再開する際に、呼損の発生を極力、抑制することができる。
また、本実施形態では、系切替え処理中に、CKPT領域25に記憶された呼処理データを呼処理部21が使用するメモリ14の領域に引き上げない(コピーしない)ため、系切え時間を短縮化することができる。また、系切替え中に、呼処理部21が呼処理プロセスの生成(呼処理)を実行しないため、系切替え中のCPU使用率を軽減することができるとともに、系切替え後に処理要求のあった呼について呼処理プロセスを生成することで、系切替え後のCPU使用率を緩やかにすることができる。
また、本実施形態では、SAFに準拠したCKPTを用いて呼処理データのレプリケーションを行う。これにより、汎用性を確保したクラスタシステムを構築することができる。また、電話サービスを実現するにあたり、高い信頼性を保つために専用のハードウェアおよびソフトウェアから成る専用装置を用いた場合、開発コストが高くなるというデメリットがある。これに対し、本実施形態では、SAFに準拠したCKPTを用いて汎用製品を使用したクラスタシステムを構築することにより、開発コストを低減することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、所定のSIP信号を受信したタイミングでCKPT領域15、25へ呼処理データのレプリケーションを行うこととしたが、全てのSIP信号を受信したタイミングでCKPT領域15、25へ呼処理データのレプリケーションを行うこととしてもよい。
10 現用系の呼処理サーバ
11 呼処理部
12 CKPT部
13 系切替処理部
14 メモリ
15 CKPT領域
20 待機系の呼処理サーバ
21 呼処理部
22 CKPT部
23 系切替処理部
24 メモリ
25 CKPT領域

Claims (4)

  1. 現用系の呼処理サーバと待機系の呼処理サーバとを有するクラスタシステムであって、
    前記現用系の呼処理サーバは、
    呼処理データを記憶する第1の記憶手段と、
    呼処理要求を受け付けて呼処理を行い、呼処理データを前記第1の記憶手段に記憶する第1の呼処理手段と、
    前記第1の記憶手段に記憶される呼処理データのレプリカを、前記待機系の呼処理サーバに送信するレプリケーション手段と、
    前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え時に、前記呼処理データの呼IDと前記第1の記憶手段における前記呼処理データの格納場所とを対応付けた対応データと、呼のタイマー情報とを、前記待機系の呼処理サーバに送信する系切替処理手段とを有し、
    前記待機系の呼処理サーバは、
    前記現用系の呼処理サーバから送信された呼処理データのレプリカを記憶する第2の記憶手段と、
    前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え後に、前記第2の記憶手段に記憶された呼処理データと、前記現用系の呼処理サーバから送信された対応データおよび呼のタイマー情報とを用いて、呼処理を行う第2の呼処理手段と、を有し、
    前記第2の呼処理手段は、前記呼のタイマー情報に基づいたタイミングで、または、通信相手からの再送信号を受信したタイミングで、前記第2の記憶手段に記憶された呼処理データの呼処理を再開すること
    を特徴とするクラスタシステム。
  2. 請求項1記載のクラスタシステムであって、
    前記第1の記憶手段および前記第2の記憶手段は、SAF(Service Availability Forum)に準拠したチェックポイント領域であること
    を特徴とするクラスタシステム。
  3. 現用系の呼処理サーバと待機系の呼処理サーバとを有するクラスタシステムにおける系切替え方法であって、
    前記現用系の呼処理サーバは、
    呼処理データを記憶する第1の記憶部を有し、
    呼処理要求を受け付けて呼処理を行い、呼処理データを前記第1の記憶部に記憶する第1の呼処理ステップと、
    前記第1の記憶部に記憶される呼処理データのレプリカを、前記待機系の呼処理サーバに送信するレプリケーションステップと、
    前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え時に、前記呼処理データの呼IDと前記第1の記憶部における前記呼処理データの格納場所とを対応付けた対応データと、呼のタイマー情報とを、前記待機系の呼処理サーバに送信する系切替ステップとを行い、
    前記待機系の呼処理サーバは、
    前記現用系の呼処理サーバから送信された呼処理データのレプリカを記憶する第2の記憶部を有し、
    前記現用系の呼処理サーバから前記待機系の呼処理サーバへの系切替え後に、前記第2の記憶部に記憶された呼処理データと、前記現用系の呼処理サーバから送信された対応データおよび呼のタイマー情報とを用いて、呼処理を行う第2の呼処理ステップを行い、
    前記第2の呼処理ステップは、前記呼のタイマー情報に基づいたタイミングで、または、通信相手からの再送信号を受信したタイミングで、前記第2の記憶部に記憶された呼処理データの呼処理を再開すること
    を特徴とする系切替え方法。
  4. 請求項3記載の系切替え方法であって、
    前記第1の記憶部および前記第2の記憶部は、SAF(Service Availability Forum)に準拠したチェックポイント領域であること
    を特徴とする系切替え方法。
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