JPH0997228A

JPH0997228A - 高信頼クライアントサーバ型データ収録方法

Info

Publication number: JPH0997228A
Application number: JP7255259A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Namiki; 好広並木
Original assignee: Mitsubishi Space Software Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Space Software Co Ltd
Priority date: 1995-10-02
Filing date: 1995-10-02
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は高信頼クライアントサーバ型データ
収録方法に関し、特に、性能の低い計算機でも高信頼化
データ収録システムの分野に適用できる安価な方法を得
ることを目的とする。【解決手段】本発明による高信頼クライアントサーバ
型データ収録方法は、マスタ計算機に対する予備計算機
１台の追加及び計測装置及び計算機のプログラムへ、送
信データの複製を保持する処理、システム内の障害を保
持する処理、障害検知時にデータ送信先を変更する処理
を追加する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高信頼クライアン
トサーバ型データ収録方法に関し、特に、複数の計測装
置または制御装置及び計算機をネットワーク接続し、各
計測装置または制御装置及び計算機がプログラムを処理
実行し、各計測装置または制御装置からのデータをクラ
イアント計算機経由でサーバのマスタ計算機で収集する
ための新規な改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複数の計算機をネットワークで
接続した分散処理システムに対する高信頼化では例えば
特開平６−９６０４１号公報に記載のように、ネットワ
ーク管理プログラム及び計算機管理プログラムが自己の
実行すべきプログラム処理の他に常に実行させる方式が
採用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
ては、ネットワーク管理プログラム及び計算機管理プロ
グラムが自己の実行すべきプログラム処理の他に常に実
行するため、複数のプログラムを常に処理実行しても性
能低下が起きない高性能計算機が必要であり、性能の低
い計算機でリアルタイム性が要求される処理では不向き
であった。また上記技術以外に、文献「鶴保、仲谷、郷
原：“大規模機能分散型システムにおける高信頼化方
式”、信学論（Ｄ）、Ｊ７３−Ｄ−１，２、pp.２３５
−２４４（１９９０）」で開示されている高信頼化方式
では診断用装置、診断制御用ネットワーク等の特殊な装
置が必要となりシステムの冗長部分が多くなるとともに
障害に対するネットワーク管理が複雑となり、高信頼化
の費用が高くなる問題点もあった。従って、従来の方式
では図１４のように、PC-Client と同機能・性能の予備
機を準備しておき、障害が発生した場合スイッチで切り
換え、障害の発生したPC-Clientに関するデータロード
に関する切り換え時間及び障害復旧した場合の再切り換
えが問題となっていた。また、従来分散システムではデ
ータ系とは別に障害監視のための制御系を設け、各プロ
セッサにＳＶＰ（Service Processor）を設けオンライ
ンで各プロセッサの稼働状況をモニタし、ＳＣＰ（Syst
em Control Processor）で各プロセッサの稼働を集中監
視する形態（図１５に示す）が一般に用いられてきた。
なお、ＨＯＳＴ、ＦＥＰ、Data ＬＡＮ以外の装置は障
害監視のための冗長ハードウェアである。この方式はシ
ステムのハードウェア冗長部分が多いためシステムが高
価格となる。また、銀行のオンラインシステム、各種プ
ラント制御システム、高速道路料金システム等のシステ
ムの中断が与える影響が非常に大きいシステムでは、シ
ステムに障害が発生した場合のサービス中断時間を極力
短縮することが重要な課題となっている。上記の課題に
対処するためシステムを機能的に分散配置した複数のサ
ブシステムの結合により構成し、全体として高性能化、
高信頼化することを基本とした分散システムが開発され
てきている。これらのシステムではフォールトトレラン
トコンピュータ（ＦＴＣ）等の高信頼化技術が種々検討
され、実用化されている。一方、最近のパソコンの高性
能化は進み、クライアント用パソコンでも１００ＭＩＰ
ＳのＣＰＵを搭載するようになり、マルチタスクＯＳが
標準的に用いられる傾向となっている。またパソコン・
サーバ用ＲＤＢソフトとＵＮＩＸ用ＲＤＢソフトの性能
に関しても、米トランザクション性能評議会（ＴＣＰ）
が実施するＴＰＣ−Ｂペンチマーク・テストの結果を見
ると、パソコン・サーバ用ＲＤＢソフトであるMicrosof
t SQL Serverはコンパック社パソコン・サーバCompaq P
roLiant ４８６−５０上で９３.８ＴＰＳ（トランザク
ション／秒）の処理性能を示し、ＵＮＩＸ用ＲＤＢソフ
トOracle７がＩＢＭ社のＵＮＩＸ機ＲＳ／６０００モデ
ル９８０Ｂ上で示した処理性能の約６割を示したことが
知られている。さらに単位処理性能当たりのシステム価
格は前記パソコン・サーバ用ＲＤＢソフトはＵＮＩＸ用
ＲＤＢソフトの５分の１となる。さらに今後低価格化が
進むものと考えられている。このようなパソコンの高性
能化及びソフトウェアの低価格化から、パソコンをプラ
ント制御等の分散システムの分野に適用するダウンサイ
ジングの要望が高まりつつある。従来は高価なシステム
と考えられていた分散型システムが低価格で今後実現可
能となると一般的に思われている。しかしながら、分散
システムに対する従来の高信頼化手法では診断等の複雑
な処理、専用プロセッサが必要でパソコン導入のメリッ
トである経済性を満足するような簡単な方法で分散シス
テムが構築できなかった。

【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、高信頼化の費用を低くする
ため性能の低い計算機（パソコン)でもリアルタイム性
が要求されるデータ収録システムの分野に適用可能な高
信頼化手法を実現する高信頼クライアントサーバ型デー
タ収録方法の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による高信頼クラ
イアントサーバ型データ収録方法は、複数の計測装置ま
たは制御装置及び計算機がネットワーク接続し、各計測
装置または制御装置及び計算機がプログラムを処理実行
し、各計測装置または制御装置からのデータをクライア
ント計算機経由でサーバのマスタ計算機で収集するクラ
イアントサーバ型データ収録方法において、前記マスタ
計算機に対する予備計算機１台の追加及び各計測装置ま
たは制御装置及び計算機のプログラムへ、前記各計測装
置または制御装置及び計算機が送信データの複製を保持
する処理、データ送信に対する応答信号を計算機間で監
視することでシステム内の障害を個々の計算機が検知す
る処理及び障害を検知した計算機はデータ送信先を変更
する処理を追加する方法である。

【０００６】

【作用】本発明による高信頼クライアントサーバ型デー
タ収録方法においては、各計測装置または制御装置及び
計算機のプログラムに前述の３つの処理を追加すること
により、例えばマスタ計算機の障害をクライアント計算
機が検出した場合、データ送信先をマスタ計算機の予備
計算機に変更し、複製データを予備計算機に送信する。
またクライアント計算機の障害を計測装置が検出した場
合、送信先をマスタ計算機に変更し、複製データをマス
タ計算機に送信する。マスタ計算機では計測装置から直
接データを受信したことによりクライアント計算機の障
害を検知することができ、高信頼化のためのシステムの
冗長がマスタ計算機の予備計算機１台で済む。またクラ
イアント計算機の予備機はマスタ計算機が果たすため、
クライアント計算機の信頼度が低くてもシステムの信頼
度は手法を適用しないクライアントサーバ型システムよ
り高くすることができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面と共に本発明による高信頼クライ
アントサーバ型データ収録方法の好適な実施例について
詳細に説明する。まず、図１で示すものは本発明による
パソコンによる分散システムの概要をプラント制御シス
テムを例として図１に示す。このシステムはプラントに
対する計測データを定期的に収録し、プラント状態の監
視及び制御を行うためのシステムである。システムＬＡ
Ｎ１を介して複数台のパソコンのクライアント計算機
（PC-Client）２、マスタ計算機であるパソコンサーバ
（PC-Server)３が接続されている。PC-Client２は計測
装置４と計測用ＬＡＮ５で接続するが、PC-Client２の
サーバ側にはルータ６を配置し、システムＬＡＮ４に対
し計測装置４のデータバケットが入らないためのゲート
の役割をする。PC-Client２、PC-Server３にはそれぞれ
ＲＤＢ７を配置する。またPC-Server３はDuplex and Ho
t-stabd By式の２台構成とし、それぞれのPC-Server３
間はローカルネットワーク接続し、データを共有する。
ネットワークのアドレスはPC-Server３ごと別々に持っ
ている。このシステムＬＡＮは高速ＬＡＮ（Fast-Ether
net）を適用する。以下、運用例としてプラント監視及
びプラント制御の場合を示す。プラント８の監視データ
８ａは計測装置４からPC-Client２及び計測用ＬＡＮ５
を経由して送信され、PC-Server３のＲＤＢ３ａに蓄積
される。PC-Client２ではPC-Server３に送信と同時に自
分のＲＤＢ７に送信データを蓄積する。計測装置４から
のデータ値が指定した範囲を越えた場合、あるいは指定
したトレンドを示した場合、PC-Client２のＲＤＢ７に
あらかじめ登録してある制御データを計測装置４に送信
する。

【０００８】次に、プラント監視に関するデータの流れ
を図２に示す。また、計測装置４に対する制御データは
PC-Client２のＲＤＢ７にあらかじめ蓄積しておき、PC-
Server３からの指令により、指令に該当する制御データ
をPC-Client３のＲＤＢ３ａから検索し、計測装置４に
送信するもので、プラント制御に関するデータの実際の
流れを図３に示す。前述のような手法は時間冗長性によ
るフォールトトレラント技術と呼ばれ、いわば到達確認
（ＡＣＫ）方式により相手の無応答（障害によるハング
アップ等）を時間的に管理することによって、その障害
状況を事前検知する技術である。実際、計算機システム
におけるＣＰＵ（Central Processor Unit）系の各装置
では、装置間監視機能により、一定時間内に要求に対す
る応答が返されるかどうかによって、これらの装置が正
常に稼働しているかどうかを監視する方法がとられてい
る。もし被監視装置が無応答の場合、直ちに主監視装置
により、自動回復もしくは自動復旧機能を作動させてい
る。このようなシステム構成例としてはＵＮＩＶＡＣ１
１００／９０等が知られている。応答／無応答に関して
はプロトコルの下位の階層で通信を確立する際検出可能
であるが、上位レベルでの障害（ＤＢ障害、デッドロッ
ク等）を検出するため本手法では上位のアプリケーショ
ン階層レベルで応答の確認を行う。いわゆるデータを受
信した場合、必ず応答を返す機能とデータを送信した場
合、相手の応答を一定時間待つ機能を設けている。従
来、このような時間冗長な方式はオーバヘッドが問題と
なっていたが、PC-ClientとPC-Server間のルータ配置に
よるネットワークトラフィック量の削限及び高速ネット
ワーク技術の動向(Ethernet １０Mbps→fast Ethernet
１００MbPS)によりオーバヘッドは解決し、時間冗長性
を利用した障害検知方式が適用可能となるものである。

【０００９】また、本発明では前述の高信頼の考えから
障害監視のための冗長なハドウェアは特に設けておら
ず、プラント制御システムが定期的に計測データを送信
する特徴に着目して、各計算機間のデータ送信に対する
応答／無応答を送信側が監視することにより、受信側計
算機の異常を判定する。図５に本発明の応答監視シーケ
ンスの例を示す。

【００１０】次に、本発明によるデータ収録方法につい
て説明する。 PC-Clientリカバリ方式計測装置が前述の障害検知方式によりPC-Clientの障害
を検出した場合、計測データの送り先のネットワークア
ドレスを障害が検出されたPC-ClientからPC-Serverのア
ドレスに変更する。これによりルータを通じ、計測デー
タが計測用ＬＡＮからシステムＬＡＮに乗り、PC-Serve
rで受信可能となる。この処理によりPC-Serverが障害が
発生したPC-Client機能の代行が可能となる本発明の概
念を図５に示す。また、計測装置から直接計測データを
受信した時点で、PC-Serverは受信した計測データをPC-
Clientに転送する。PC-Clientから正常な応答がPC-Serv
erにあれば、データの転送終了後、計測装置のデータ送
信先のアドレスをもとのPC-Clientとする指令を計測装
置に送信する本発明の概念を図７に示す。

【００１１】PC-Serverリカバリィ方式障害発生時に予備機へ切り換えることにより高信頼を行
う手法として周知のStand-By方式がある。Hot側からSta
nd-By側へ切り換える時、サービス中断が発生し収録デ
ータの取るこぼしが発生する。そこでPc-Serverは２台
の計算機で同じ動作するDuplex方式で高信頼化する。Du
plexは２台の計算機に同じデータを入力し、同じ動作を
平行して行う方式で、Stand-By方式の切り換えスイッチ
を用いない。障害が発生した予備への切換えは、PC-Ser
verのOnline側に障害が発生したとすると、PC-Clientは
前述の障害検知の方式により、PC-Serverの障害を検知
し、データの送信先アドレスをStand-By側のPC-Server
へ切換える。すなわちPC-Server自身の障害時に予備機
への切り換えを行う監視制御ソフトウェアをPc-Server
に配置しなくてもOn-line by機とHot-stand by機の切り
換えをPC-Clientで自律的に行うことが可能となる。通
信アドレスをこのようにPC-Clientで動的に管理するこ
とで、図７に示すようにPC-Server自身に切り換えスイ
ッチを必要としないHot stand by構成が可能となる。図
７ではOnlineのPC-ServerＡに障害が発生し、PC-Client
に対する応答が無いため、PC-Clientの送信先アドレス
管理TableのOnline側をＡからＢへ変更することを示し
ている。また、図８に示すように２個のPC-Client２と
１個のPC-Server３を用い、PC-Client２のマスタデータ
を保有し、性能もPC-Client２より高いPC-Server３が予
備機の役割を果たすことで、従来の問題を解決する。さ
らにネットワーク性能及び計算機性能が許せば全PC-Cli
ent２に障害が発生してもPC-Server３が代行することに
よりサービス停止を防ぐことが可能となる。

【００１２】また、前述のHot-Stand by方式であって
も、予備機への切り換えの間一時通信バスが切断される
ため、サービスが中断されることが従来問題となってい
た。本システムではOnline側とStand-By側の切り換えス
イッチを設けず、PC-ClientがPC-Serverからの応答がな
ければ、データ送信アドレスを切り換えて再送するた
め、通信バスの切断は生じない。すなわち、間欠的な障
害がOnline側に発生した場合について図９及び図１０で
説明する。障害時にOnline側のPC-ServerＡにデータ送
信したPC-ClientＢは障害を検出し、送信先をStand-By
側PC-ServerＢとするが、障害が復旧した後にPC-Server
Ａにデータ送信したPC-ClientＡの送信先はOnline側のP
C-ServerＡのままとなる。すなわち、間欠障害発生後、
PC-ClientＡとPC-ClientＢの送信先アドレスが異なるよ
うになる。この場合でもOnline側とStand-By側間は、ロ
ーカルＬＡＮで接続し、メモリ内容を絶えず照合し、共
通化しているため問題は生じない。

【００１３】従って、前述のように高信頼化した分散シ
ステムの優位性をまとめると次の通りである。ネットワ
ークに障害が発生しPC-Server２台とも応答が無い場合
も、PC-Clientに計測装置制御データを蓄積することに
よりプラント制御に必要なデータはPC-Clientで得られ
るため、PC-Clientはスタンドアローンでプラント制御
監視が可能となる。PC-ClientがPC-Serverに送信するデ
ータを蓄積することで、PC-ClientのデータベースとPC-
Serverのデータベース間の結合は疎結合となり、ネット
ワーク障害発生時でもPC-ClientとPC-Serverは停止する
ことなくローカルで動作し、回線復旧後、PC-Clientに
障害間蓄積したデータベース内容をPC-Serverに送信
し、PC-Serverのデータベースの自動更新が可能とな
る。上記により、ネットワークに障害が発生する環境で
もPC-ServerはシステムＬＡＮに接続した全てのPC-Clie
ntのデータベースと同じデータを収集できるのでPC-Ser
ver保有データベースをシステムのマスタとし、集中管
理することが可能となる。これにより、セキュリティ・
信頼性の重点をPC-Serverとし、PC-Clientの信頼性対策
のレベルを下げることが可能となり、効率的な資源配分
が可能となる。

【００１４】次に、本発明による方法と従来方法との信
頼性の評価について述べる。本発明の特色はPC-Server
が動的にPC-Clientの予備系として動作することであ
り、PC-ServerがHot-stand byであるので、全PC-Client
に対し２台予備機があると等価と考えられる。ここで
は、従来のクライアントサーバ方式との信頼度の比較を
行う。例として、PC-Client１台とPC-Server２台の系と
する。予備系への切り換えが不可能になるのはPC-Clien
t１台が故障し、PC-ClientのOnline機とHot-stand by機
も連続して故障した場合である。この構成の信頼モデル
は３台の並列モデルとなる。従来のHot-stand by構成の
場合はPC-ClientとPC-Serverの直列モデルである。図１
１に両モデルを示す。本例の信頼度Ｒ₀を(1)式、従来シ
ステムの信頼度Ｒ₁を(2)式に示す。なお信頼度Ｒは故障
率をλ、時間をｔとした時、指数分布関数Ｒ＝ｅ^-λtで
算定する。 Rc:PC-Clientの信頼度、Rs:PC-Serverの信頼度Ｒ₀＝１−（1−Rc）×（1−Rs）×（1−Rs） (1)式Ｒ₁−Ｒｃ×｛１−（１−Rs）×（1−Rs）｝ (2)式例えば、Ｒｃ＝０.９０、Ｒｓ＝０.９５とするとＲ０＝
０.９９９、Ｒ１＝０.８９８となり、従来に比して１０
％信頼度が改善することになる。また、第１表にPC-Cli
entの信頼度低下に対する両システムの信頼度の比較を
示す。従って、第１表から本システムの信頼度はPC-Cli
entの信頼度低下に対し安定していることが示される。

【００１５】

【表１】

【００１６】次に、本発明を用いて高信頼システム構成
するために用いた開発ソフトウェアの一覧を第２表に示
す。また、このプログラムのフローの一例として、障害
検出するための送信側と受信側のプログラムを図１２に
示す。

【００１７】

【表２】

【００１８】また、本発明をプラント制御システムに応
用した例で開発ソフトウェアの位置づけを図１３に示
す。PC-ClientとPC-Serverに関してはパッケージソフ
ト、計測装置については計測装置固有のＯＳに依存する
ためオプション化するのが良いと考えられる。

【００１９】

【発明の効果】本発明では、データ送信に対する応答監
視による障害検知機能、各計算機ごとの自律的な障害対
処機能及びPC-ServerのPC-Client代行機能により高信頼
な分散システムを実現すると共に、本発明により構成す
る分散システムの信頼度を、従来のシステムより大幅に
改善することができる。従来の高信頼化手法をパソコン
のシステムに取り入れても専用プロセッサ、新たなネッ
トワーク等が必要となり、最終的に高価格になってしま
うので客先の期待に答えられないが、本発明によれば、
専用ハードウェアを必要とせず、処理も従来の高信頼手
法に比べ簡単なため従来システムより低価格化が可能と
なる。また、システムの冗長構成及び冗長性能を最小限
としてシステムの高信頼化ができるため、システムの高
信頼化を経済的に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高信頼クライアントサーバ型デー
タ収録方法を示す構成図である。

【図２】プラント監視のデータの流れを示す構成図であ
る。

【図３】プラント制御に関するデータの流れを示す構成
図である。

【図４】応答監視シーケンスを示す構成図である。

【図５】障害発生時のデータ送信先の変更を示す構成図
である。

【図６】PC-Client復旧の概念を示す構成図である。

【図７】PC-Server切り換えの概念を示す構成図であ
る。

【図８】切り換え概念を示す構成図である。

【図９】間欠的な障害時のデータ送受のタイミングを示
す構成図である。

【図１０】図９のタイミングの動作状況を示す構成図で
ある。

【図１１】本発明と従来の接続構成図である。

【図１２】処理フローを示す構成図である。

【図１３】ソフトウェアを示す構成図である。

【図１４】従来方法を示す構成図である。

【図１５】従来方法を示す構成図である。

【符号の説明】

４計測装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の計測装置または制御装置及び計算
機をネットワーク接続し、各計測装置または制御装置及
び計算機がプログラムを処理実行し、各計測装置または
制御装置からのデータをクライアント計算機経由でサー
バのマスタ計算機で収集するクライアントサーバ型デー
タ収録方法において、前記マスタ計算機に対する予備計
算機１台の追加及び各計測装置または制御装置及び計算
機のプログラムへ、前記各計測装置または制御装置及び
計算機が送信データの複製を保持する処理、データ送信
に対する応答信号を計算機間で監視することでシステム
内の障害を個々の計算機が検知する処理及び障害を検知
した計算機はデータ送信先を変更する処理を追加するこ
とを特徴とする高信頼クライアントサーバ型データ収録
方法。