KR100205030B1 - 고장장애를 극복할 수 있는 에이티엠 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ATM스위치에 관한 것으로서, ATM교환기의 스위치 보드의 장애 검출시에 장애상태로부터 셀 단위의 스위칭 서비스를 보호하여 중단없는 스위칭 서비스를 제공하는데 그 목적이 있다. 그 구성은 2개의 주기능 블록이 서로 병렬로 이중화되어 한 쪽 주기능 블록에 장애가 생겼을 때에 다른 한쪽이 수행을 대행하도록 되어있다. 그 효과는 쉘 손실을 최소화하여 시스템 전체의 성능을 향상시키며, 라인 인터페이스 카드에서 셀동기를 찾는 회로가 부가될 필요가 없다는 데에 있다.

Description

고장장애를 극복할 수 있는 ATM스위치

제1도는 이중화 구조의 개념도.

제2도는 본 발명에 따라 이중화된 ATM 스위치의 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 이중화 제어부의 상호 연결도.

제4도는 이중화 제어부의 상세도.

제5도는 이중화 제어부의 입출력 타이밍도.

제6도는 이중화 보드의 탈착 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 주변 입력기능 불록 20, 30 : 주기능 처리블록

21 : 제1주기능 처리부 22 : 제1입력부

23 : 제1출력부 24 : 제1클럭 공급부

25 : 제1이중화 제어부 31 : 제2주기능 처리부

32 : 제2입력부 33 : 제2출력부

34 : 제2클럭 공급부 35 : 제2이중화 제어부

40 : 주변 출력기능 블럭

본 발명은 ATM스위치에 관한 것으로서, 특히 고장장애를 극복할 수 있는 ATM스위치에 관한 것이다.

일반적으로, 이중화 구조는 어떤 요인에 의한 장애에 대해 시스템의 주요요소의 동작을 보장하기 위하여 반드시 있어야 하며, 기능제공에 있어서도 시스템의 동작 중에 구성요소를 대체 및 분리 등에 영향을 받지 않도록 해야한다.

장애상태로부터 보호하여 중단없이 기능동작 혹은 서비스를 제공하기 위해서 시스템의 핵심기능부는 동일한 보드를 중복으로 배치한다.

제1도는 이중화 구조의 개념도인데, 상술한 바를 도면과 함께 예를 들어 설명한다.

시스템을 제어하는 제1 및 제2 프로세스 보드(1, 2)는 이중으로 배치되며, 이중화 제어부(3)는 이들 두 보드(1, 2)의 출력을 비교하여 이중화를 제어한다.

즉, 상기 두 보드 (1,2)가 동일한 명령어를 동시에 수행한 후, 그 수행결과 들을 이중화 제어부(3)에 보낸다.

이중화 제어부(3)는 그 수행결과들을 서로 비교하여 그 비교결과가 서로 상이할 경우 즉각적으로 반응한다.

따라서, 상기 두 프로세스 보드(1, 2)는 동시에 모든 정보를 주변장치(4)에 의해 외부로부터 받아들이며, 그들 (1, 2)이 가지고 있는 메모리 상의 데이터도 동일하게 유지해야 한다.

그러나, 두 보드(1, 2) 중에 하나의 보드(1, 또는 2)만이 제어의 주체가 되어 주변장치(5)에 의해 외부로 제어 명령을 내리며 실제적인 시스템의 동작의 동작 보드가 된다.

이러한 방식으로 이중화 장치를 구성하는 방법을 동기 이중화 방식 (Synchronous Duplex Operation) 이라고 한다.

특히, 통신 중계기 혹은 교환 시스템과 같은 전자 교환기는 수많은 통신 사용자들에게 중단없는 교환 서비스를 제공해야 하므로, 교환기 내의 교환을 담당하는 기능보드는 이중화가 필수적이다.

그러나, 종래에는 전자 교환기가 이중화 구조를 가지고 있지 않았기 때문에 교환기에 고장장애가 발생하면 그 교환기를 대체하기 전까지는 계속 장기간 통화불량이거나 불통상태가 되는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 ATM 교환기의 스위치 보드의 장애 검출시 셀(고정길이 패킷) 단위의 스위칭 서비스를 상기 장애로부터 보호하여 중단없는 스위칭 서비스를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 ATM 스위치는 서로 병렬로 이중화되어 한쪽에 장애 발생시 다른 한쪽에서 스위칭 기능을 수행하도록 구성된 2개의 주기능 블록을 포함하여 구성되는데, 상기 2개의 주기능 블록은 상기 2개의 주기능 블록의 상태 정보를 공유하여 그 상태정보에 따라 상기 2개의 주기능 블록이 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 나뉘어 동작하도록 제어하는 이중화 제어수단과 상기 이중화 제어수단의 제어에 의해 외부의 제어 신호와 데이터를 셀 단위로 입력받아 셀 교환을 수행한 후 해당 출력 포트로 출력하는 주기능 처리 수단과, 상기 이중화 제어수단의 제어에 의해 그 모드가 마스터 또는 슬레이브로 결정되며, 상기 이중화 제어 수단 또는 주기능 처리 수단으로 클럭을 공급하는 클럭 공급수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 이중화된 주기능 블록이 동시에 모두 정상적으로 동작하되, 둘 중 하나의 블록만 액티브 상태로 출력하다가, 그 블록에 장애가 발생하면 나머지 한 블록으로 액티브 상태가 절체되도록 하는 데에 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들 중의 하나를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따라 이중화된 ATM 스위치의 구성도이다.

제2도를 참조하면, 본 발명에 따라 이중화된 ATM 스위치는 주변 입/출력 기능 블록(10, 40)과 이중화로 구현된 제1 및 제2주기능 블록(20, 30)으로 구성된다.

이 때 상기 제1주기능 블록(20)과 제2주기능 블록(30)은 그 동작원리가 서로 같으므로 제1주기능 블록(20)을 중심으로 설명한다.

교환기의 라인 인터페이스를 제공하는 주변 입력기능 블록(10)은 광신호로부터 전송 프레임을 추출하고 망동기 클럭을 복원한 후에 이를 이용하여 셀을 추출한 후, 시스템의 주기능 블록(20, 30)에 필요한 정보를 위해 전처리를 제어신호와 데이터를 주기능블록(20, 30)으로 송신한다.

그러면, 상기 주기능 블록(20, 30)은 내부의 입력부(22, 32)를 통해 상기 제어 신호와 데이터를 셀단위로 받아, 주기능 처리부(21, 31)에서 셀 교환한 후 출력부(23, 33)를 통하여 주변 출력기능 블록(40)으로 출력한다.

이 때에 시스템의 핵심기능을 수행하는 제1주기능 처리부(21)는 제2주기능 처리부(31)와 서로 이중화되어 있으므로 둘 중 하나인 제1주기능 처리부(21)만 동작 상태로 동작한다.

나머지 하나의 제2주기능 처리부(31)는 정상적으로 동작은 하지만 출력은 내지않고 대기(Sstand-by)상태로만 존재한다.

제1주기능 처리부(21)는 동작상태 플래그와 장애상태 플래그를 제1이중화 제어부(25)로 보낸다.

그러다가 2개의 주기능 처리부(21, 31)중에 어느 하나(21)에 장애가 발생하면, 제1이중화 제어부(25)와 제2이중화 제어부(35)는 하드웨어적인 자동 절체 기능을 수행하며 장애가 발생한 보드로의 절체가 일어나지 않도록 제어한다.

이렇게 중단없이 시스템의 주기능이 수행되면서, 주기능 처리부(21, 31)는 그 처리결과를 출력하기 위해서 제어신호와 데이터를 주변 촐력기능 블록(40)으로 출력부(23, 33)을 통하여 보낸다.

주변 출력기능 블록(40)은 데이터를 제어신호에 따라 처리한 후에 처리된 데이터를 인접 시스템으로 송출한다.

여기서, ATM 교환기에서의 스위치 보드장애는 스위칭 기능의 오류로 정의를 할 수 있는 데, 하드웨어적으로 혹은 소프트웨어적으로 장애의 요인을 검출하여 장애발생을 안다.

예를 들면, 스위치 보드는 고속으로 셀 스위칭을 해야 하므로 대개 수 개의 초고집적 주문형 반도체로 구현되어 있다.

그래서, 스위치 보드의 오동작은 스위치 훼드릭을 구성하는 칩의 오동작, 보드로부터의 칩의 이탈, 주요신호의 입력상의 노이즈 발생 등으로 인한 오동작을 발생할 수 있다.

상기 제1주기능 처리부(21)가 동작상태(active)이고 제2주기능 처리부(31)가 대기상태(stand-by)라고 가정하고 절체과정을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1주기능 처리부(21)가 자신의 장애상태를 하드웨어적으로 검출하였다고 하면, 상기 제1주기능 처리부(21)는 장애발생 신호를 제1이중화 제어부(25)로 보내고, 그 장애 신호를 수신한 이중화 제어부(25)는 제1주기능 처리부(21)로부터 장애발생 신호를 받아, 대기상태에 있는 제2주기능 블록(30)의 제2이중화 제어부(35)에 그 장애상태와 현재 보드의 출력 상태 등을 즉시 알린다.

그리고 나서, 제1이중화 제어부(25)는 바로 절체를 하지않고 제1클럭 공급부(24)로부터 받은 셀 시작신호(셀동기 신호)에 동기시켜 제1출력부(23)를 디스에이블시킨다.

제1클럭 공급부(24)도 제1이중화 제어부(25)으로부터 대기상태로의 전환신호를 받아 슬레이드 모드(slave mode)로 바뀐다.

이와 동시에 대기 상태에 있던 제2주기능 블록(30)도 장애발생한 제1이중화 제어부(25)로부터 장애상태와 현재 보드의 출력상태 등을 받아서 동작상태로의 전환을 준비하고 있다가 셀 시작신호(셀동기 신호)에 동기를 맞추어 동작상태로 전환한다.

제2클럭 공급부(34)도 제2이중화 제어부(35)으로부터 동작상태로의 전환 신호를 받다 마스터 모드(master mode)로 바뀐다.

반대로, 제2주기능 처리부(31)의 장애발생시도 위와 같은 절차를 거쳐 절체가 일어난다.

이렇게 하여 두 보드의 전환이 셀동기에 맞추어 동시에 일어나는 것이다.

동시에 절체되기 때문에 절체시의 셀손실을 최소화할 수 있으며 결과를 수신하는 주변 출력기능 블록(40)에서 셀동기를 잃지 않도록 하여 셀동기 복구회로가 필요없으므로 주변 출력기능 블록(40)이 간단해진다.

제3도는 본 발명에 따른 이중화 제어부의 상호 연결도이다.

제3도를 참조하여 본 발명에 따른 이중화 제어부의 상호 연결관계를 설명하면 다음과 같다.

각 신호의 의미는 아래와 같다.

ISTZ는 상대보드의 상태 입력신호이며 0일 때 상대보드가 정상동작하고 있다는 뜻이고, OSTZ는 현재보드의 상태 출력신호이며 O일 때 현재보드가 정상동작하고 있다는 뜻이다.

IALMZ는 상대보드의 장애발생 상태 입력신호이며 1일 때 상대보드가 장애없음을 뜻하고, OALMZ는 현재보드의 장애발생 상태 출력신호이며 1일 때 현재보드는 장애없음을 뜻한다.

SWACTZ는 현재보드를 정상상태로 전환하라는 뜻의 소프트웨어에 의한 입력신호이고, HWACTZ는 현재보드를 정상상태로 전환하라는 뜻의 하드웨어에 의한 입력신호이다.

FLT는 현재의 장애발생을 알리는 입력신호이며, INIT는 보드의 초기시 정상혹은 대기를 지정하는 신호이며 1일 때 정상을 지정한다.

OUTONZ는 출력부로의 라인 드라이브를 인에이블시키는 신호이며 O일 때 인에이블시킨다.

동작기능 보드와 대기기능 보드는 각자의 상태 즉 정상상태인지 장애가 발생한 상태인지를 알리는 장애상태 플래그(IALMZ, OALMZ)와 자신이 현재 동작상태인지 대기상태인지를 알리는 동작상태 플래그(OSTZ, ISTZ)를 상호간에 교환한다.

그래서, 장애시의 하드웨어적인 자동절체 기능을 수행하며, 장애가 발생한 기능보드로의 기능절체가 일어나지 않도록 방지한다.

그리고, 한 보드의 상황에 따라 둘 중 하나의 블록이 동작되게 되어 있다.

주기능 처리부(21.31)에서는 동작기능 보드의 장애 발생시에 FLT=0이 입력되며, 소프트웨어에 의한 이중화 절체요구시 SWACTZ=0, 운용자에 따른 절체 버튼 누름시 HWACTZ=0가 입력된다.

그리고 초기화시 두 보드 중에 정상상태로 지정해 주기 위해서 INIT=1로 입력시킨다.

INIT=0으로 입력된 보드는 초기화시 대기상태로 동작한다.

그리고, 동작기능 보드의 탈착시, OALMZ=0이 되도록 풀다운시키며 OSTZ=1이 되도록 풀업시킨다.

그러면, 현재 장착된 보드는 IALMZ=0, ISTZ=1이 입력되므로 장애상태가 아니면 무조건 동작상태가 되도록 한다.

특히, 동작보드의 장애시 대기보드로의 이중화 절체가 이루어질 때에 송출 버퍼상의 일시적 불안정으로 인하여 송출중인 셀의 헤더 또는 페이로드에 오류가 발생할 수 있으나 이러한 현상은 수개의 셀에만 영향이 미쳐야 한다.

그러나, 이런 손실을 제거하기 위하여 양기능 보드의 출력시 동기화를 위하여 클럭 분배기능을 양 보드에 실장하여 클럭 공급부(24,34)로부터 받은 MSOC(Master Start Of Cell) 신호에 동기를 맞추어 셀을 송출한다.

제4도의 이중화제어부의 상세 구성도를 보면, 아래와 같이 그 관계를 정리할 수 있다.

여기서, 보드#1이 동작상태(ON)이고 보드#2가 대기상태(OFF)라고 가정하고 강제절체가 아니므로 SWACTZ=HWACTZ=1이고 제3도의 상호연결에 의해서 아래와 같이된다.

ISTZ1 = OSTZ2 = 1 (보드 #2 OFF), ISTZ2 = OSTZ1 = 0 (보드 #1 ON),

IALMZ1 = OALMZ2 = 1 (장애없음), IALMZ2 = OALMZ = 1(장애없음),

OUTONZ1 =0 (ON), OUTONZ2 = 1 (OFF)

어느 순간에 어떤 원인에 의해서 보드 #1이 장애상태가 발생하면, 즉 FLT1=0이면, OALMZ1=0이 되고 수학식2에 따라 OUTONZ1=1(OFF)이 된다.

이와 동시에 IALMZ2=OALMZ10이 보드 #2에 입력되면 OSTZ2=1에서 0으로 천이하여 보드 #2가 ON(정상)상태가 된다.

수학식3에 의해서 ISTZ1=OSTZ2=0이므로 OSTZ1=1(보드 #1은 OFF 상태)이 된다.

이런 관계를 제5도의 타이밍도에 나타내었다.

실제 OUTONZ는 MSOC신호에 동기가 되어 천이하므로 송신하는 셀동기를 유지한다.

제6도는 이중화 보드의 탈착 상태도이다.

제6도를 참조하여 이중화보드의 탈착에 관한 상태천이를 설명하면 다음과 같다.

Z는 보드가 장착되지 않은 상태이며, B는 장착은 되었으나 주변기능 블록과 차단되어 있는 상태이다.

이때는 주기능 블록내의 입력부 TCR(제어레지스트)에 FFFF가 저장되어 있어서 입력부의 라인 드라이브가 디스에이블되어 있다.

0는 주기능 블록 내의 입력부 TCR(제어레지스트)에 0000가 저장되어 있어서 입력부의 라인 드라이브가 인에이블되어 있어서, 정상적으로 동작하는 상태이며 X는 장애상태를 나타낸다.

두 보드가 모두 장착시 정상상태는 정상적으로 셀 스위칭 서비스를 제공하고 있는 상태로서, 이중화에 따른 동작모드(Active:Oa)와 대기모드(Standby:Os)로 나누어진다.

상태구분과 두장의 보드의 조건에 따라서 발생할 수 있는 모든 경우의 상태를 나타내었으며 상태구분 표시는 보드#1과 보드#2의 상태를 00에서 BB까지 16가지의 상태로 구분하였다.

예를 들어, OX상태는 보드#1이 정상상태이고 보드#2가 장애상태이므로 정상적인 서비스는 제공되고 있지만 보드#2를 유지보수할 필요가 있음을 나타낸다.

그리고 OZ상태는 보드#2가 실장되지 않은 상태로 보드#1로서 정상적인 스위칭 서비스를 제공하고 있는 상태를 나타낸다.

초기상태에서는 두 보드가 모두 실장되지 않은 상태 ZZ(BID=11)로 있다가 BZ(BID=01)혹은 ZB(BID=10)의 한 장씩 실장한 상태에서 BB(BID=00)인 두 장의 보드가 모두 실장한 상태로 천이한다.

여기서, B는 블록킹이 된 상태로서 보드 실장시 초기 디폴트(default)로서 주어지며, BID는 보드의 탈착유무를 나타내는 신호로서 동작이 로우(0)일 때 보드의 착상태를 나타낸다.

BB상태에서 각각의 보드의 TCR(Top Control Register : TCRA-보드#1, TCRB-보드#2)에 0000/h를 입력함으로써 블록킹 상태가 해제된다.

그러므로, BB에서 0B 혹은 B0를 거쳐서 00상태로 천이한다.

역으로 up-grade시에 둘 중 어느 한 보드에 대하여 유지보수를 원할 때, TCR을 강제로 세트시킴으로써 블록킹 상태로 보낸 후에 그 보드를 시스템에서 분리할 수가 있다.

00상태로 동작을 하다가 어떤 원인에 의하여 장애가 발생하여 FLT1=1 혹은 FLT2=1이되면 각각 X0 혹은 0X상태로 천이하며 동시에 FLT1=1, FLT2=1이면 XX상태로 가서 전혀 서비스가 되지 않는 시스템 실패(Fail)상태로 간다.

이 때, 교환이나 유지보수를 위해서는 반드시 각각을 블록킹시키고 보드를 분리한다.

그러므로, 상술한 바와 같은 본 발명은 셀 손실을 최소화하여 시스템 전체의 성능을 향상시키며, 이중화된 두 블록이 동시에 정상적인 기능을 수행하되, 하나의 블록에서만 액티브 신호를 출력하도록 함으로써, 동작중인 블록에 장애 발생으로 인한 절체시, 라인 인터페이스 카드에서 셀동기를 찾는 회로가 부가될 필요가 없다는 데 그 효과가 있다.

또한, 고정 길이 패킷 교환이나 ATM교환 장치에서 셀 단위로 스위칭이 이루어지므로 보드간의 절체시에 셀 손실을 최대한 없애기 위해서 두 보드의 동작 상태 역시 동일하게 이루어지고 셀 동기가 되도록 클럭 공급부에서 셀 동기신호를 공급함으로써, 절체시에 이 셀 동기에 동기되어 전환하므로 셀 동기의 변화를 없애는 장점이 있다.

Claims (3)

1. ATM 스위치에 있어서, 상기 ATM 스위치는 서로 병렬로 이중화되어 한쪽에 장애 발생시 다른 한쪽에서 스위칭 기능을 수행하도록 구성된 2개의 주기능 블록을 포함하여 구성되며, 상기 2개의 주기능 블록은 상기 2개의 주기능 블록의 상태 정보를 공유를 그 상태정보에 따라 상기 2개의 주기능 블록의 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 나뉘어 동작하도록 제어하는 이중화 제어수단과, 상기 이중화 제어수단의 제어에 의해 외부의 제어 신호와 데이터를 셀 단위로 입력받아 셀 교환을 수행한 후 해당 출력 포트로 출력하는 주기능 처리 수단과, 상기 이중화 제어수단의 제어에 의해 그 모드가 마스터 또는 슬레이브로 결정되며, 상기 이중화 제어 수단 또는 주기능 처리 수단으로 클럭을 공급하는 클럭 공급수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 고장 장애를 극복할 수 있는 ATM스위치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이중화 제어수단은 해당 주기능 블록이 동작상태에 있으면, 상기 주기능 처리수단의 출력을 그대로 출력시키며 상기 클럭 공급수단이 마스터 모드로 동작하도록 제어하고, 해당 주기능 블록이 대기상태에 있으면, 상기 주기능 처리수단의 출력을 차단하며 상기 클럭 공급수단이 슬레이브 모드로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고장 장애를 극복할 수 있는 ATM스위치.
3. 제1항에 있어서, 상기 클럭 공급 수단은 해당 주기능 블록이 동작상태에 있으면, 마스터 모드로 동작하여 상기 해당 주기능 블록 및 인접한 주기능 블록으로 클럭을 공급하고; 해당 주기능 블록이 대기상태에 있으면, 슬레이브 모드로 동작하여 인접한 주기능 블록으로부터 클럭을 공급받아 그 클럭을 각 자원에 공급하는 것을 특징으로 하는 고장 장애를 극복할 수 있는 ATM스위치.