專(zhuān)利名稱：一種基于快速以太網(wǎng)總線的備份系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及有關(guān)大型網(wǎng)絡(luò)端設(shè)備備份的系統(tǒng)。
對(duì)于大型通訊系統(tǒng)中的關(guān)鍵單板一般提供1∶1或1+1、N+1的備份。所謂1∶1備份是指兩塊單板采用主備的方式，正常情況下主用板工作，備用板僅僅進(jìn)行定時(shí)的數(shù)據(jù)備份，當(dāng)主用板出現(xiàn)故障時(shí)，備用板倒換成主用板進(jìn)行工作；1+1備份則是指兩塊單板采用負(fù)荷分擔(dān)的方式處理同樣的事情，在其中一塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，另一塊單板承擔(dān)所有的任務(wù)；N+1備份的作用與1+1備份的類(lèi)似，其區(qū)別僅在于當(dāng)其中某一塊單板出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，由剩下的N塊單板承擔(dān)所有的任務(wù)。
在一般主備系統(tǒng)中，主備卡之間通過(guò)簡(jiǎn)單的通訊緩沖區(qū)進(jìn)行通訊，保證在主用卡出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，備用卡能夠及時(shí)切換到主用狀態(tài)，但是由于主用卡和備用卡的通訊機(jī)制比較簡(jiǎn)單，而且不能對(duì)軟件進(jìn)行備份，因此系統(tǒng)的可用度一般不會(huì)超過(guò)99.995％。
近年來(lái)，出現(xiàn)了一種基于Compact PCI總線的高可用性技術(shù)，利用CompactPCI總線在軟件的支持下，不僅提供硬件的熱備份和倒換，同時(shí)對(duì)軟件也可以進(jìn)行備份和倒換，可用度可以達(dá)到99.999％。Compact PCI總線是PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造組織(PICMG)組織提出的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，其目的是對(duì)PCI總線進(jìn)行改進(jìn)以成為通訊業(yè)的一種標(biāo)準(zhǔn)總線，采用的改進(jìn)方式是在原來(lái)的PCI總線規(guī)范上加強(qiáng)了負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力，采用背板技術(shù)，增加了熱插拔功能以適應(yīng)通訊應(yīng)用。
如

圖1所示的采用PCI總線作為主備用通訊總線進(jìn)行消息交互的備份系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括用于控制的主卡以及實(shí)現(xiàn)各種功能的線卡，主卡和7個(gè)線卡之間通過(guò)PCI總線相連，其中主卡包括主卡PCI接口、主卡處理模塊和主卡存儲(chǔ)區(qū)，線卡包括線卡PCI接口、線卡狀態(tài)處理模塊與線卡狀態(tài)提取指示模塊。正常情況下，主卡通過(guò)定時(shí)通訊不斷收集各個(gè)線卡的狀態(tài)，放入主卡存儲(chǔ)區(qū)中，一旦某個(gè)線卡出現(xiàn)故障或需要插入/拔出時(shí)，主卡會(huì)及時(shí)地將已經(jīng)備份的此卡信息轉(zhuǎn)移到其它線卡上，由其他線卡承擔(dān)所有任務(wù)，從而保證系統(tǒng)的可用度。在此系統(tǒng)中，各線卡的備份采用的是N+1的方式。對(duì)于主卡來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有采用備份。
由于PCI總線是一種并行總線，在32位總線模式下，其信號(hào)線數(shù)目達(dá)到近60根，而且電氣特性較復(fù)雜，因此增加了背板的設(shè)計(jì)難度，也降低了系統(tǒng)的可用度。Compact PCI總線技術(shù)的電氣特性決定了一套PCI總線的負(fù)載能力只能達(dá)到8個(gè)，即最多只能有8個(gè)板位，超過(guò)之后必須增加PCI橋接設(shè)備，影響了系統(tǒng)擴(kuò)展；同時(shí)橋接設(shè)備不支持復(fù)接用法，增加一個(gè)單點(diǎn)故障點(diǎn)，也限制了可用度的進(jìn)一步提高。另外，PCI總線技術(shù)采用分時(shí)復(fù)用機(jī)制來(lái)保證各個(gè)線卡可以共享總線，即在某一個(gè)線卡占用總線時(shí)，其它線卡無(wú)法與主卡進(jìn)行消息的交互，只能等總線被釋放后，通過(guò)仲裁申請(qǐng)總線控制權(quán)，影響效率。
本發(fā)明所述的系統(tǒng)，包括主卡、N個(gè)線卡與核心以太網(wǎng)交換模塊，所述線卡通過(guò)所述核心以太網(wǎng)交換模塊與所述主卡相連，且所述主卡與所述核心以太網(wǎng)交換模塊之間、所述線卡與所述核心以太網(wǎng)交換模塊之間通過(guò)以太網(wǎng)總線交互消息；所述線卡包括線卡狀態(tài)提取指示模塊、線卡處理模塊和以太網(wǎng)接口；所述線卡狀態(tài)提取指示模塊用于提取線卡的狀態(tài)，并通過(guò)線卡的內(nèi)部總線與所述線卡處理模塊相連，同時(shí)線卡處理模塊通過(guò)內(nèi)部總線與以太網(wǎng)接口相連，建立與主卡通訊的必要通道；所述線卡處理模塊接收到線卡狀態(tài)提取指示模塊的相關(guān)線卡工作狀態(tài)信息，通過(guò)以太網(wǎng)接口，上報(bào)給核心以太網(wǎng)交換模塊；所述主卡包括用于數(shù)據(jù)收發(fā)的以太網(wǎng)接口、主卡處理器和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主卡存儲(chǔ)區(qū)，所述以太網(wǎng)接口和所述主卡存儲(chǔ)區(qū)通過(guò)內(nèi)部總線與所述主卡處理器相連；所述核心以太網(wǎng)交換模塊，采用1+1或1∶1主備配置的以太網(wǎng)交換電路，實(shí)現(xiàn)各個(gè)線卡與主卡之間的快速無(wú)阻塞數(shù)據(jù)交互；所述線卡狀態(tài)提取指示模塊還進(jìn)一步包括針對(duì)插拔等狀態(tài)所必須的機(jī)械結(jié)構(gòu)件、電氣狀態(tài)指示電路和指示監(jiān)控電路，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)件連接特性的變化，使得所述電器狀態(tài)指示電路形成相應(yīng)的狀態(tài)指示信號(hào)；所述指示監(jiān)控電路用于監(jiān)控線卡的工作狀態(tài)正常與否；所述主卡采用1+1或1∶1的備份方式。
本發(fā)明采用快速以太網(wǎng)總線的形式替代復(fù)雜的并行總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主卡與各個(gè)線卡之間的信息交互，大大簡(jiǎn)化了背板的設(shè)計(jì)，原來(lái)背板上主卡和線卡之間通過(guò)并行PCI總線相連，PCI總線的信號(hào)數(shù)目在32位33MHz配置時(shí)有近60根信號(hào)線，背板設(shè)計(jì)復(fù)雜，降低了背板的可靠程度，而本發(fā)明采用快速以太網(wǎng)總線，將線卡和主卡之間連接信號(hào)線減少到只有4根，背板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。同時(shí)采用差分傳輸?shù)男盘?hào)形式，也極大提高了信號(hào)的抗干擾能力和傳輸距離。
快速以太網(wǎng)總線本身的電氣特性(點(diǎn)到點(diǎn)連接)對(duì)總線所掛負(fù)載能力不會(huì)產(chǎn)生影響，只需要增加相應(yīng)的連接信號(hào)和以太網(wǎng)交換網(wǎng)的交換容量，因此不再局限于只能驅(qū)動(dòng)7塊線卡的能力，理論上可以無(wú)限制增加線卡，只要交換網(wǎng)帶寬足夠。
另外，本發(fā)明拋棄了PCI共享式總線對(duì)總線控制的分時(shí)復(fù)用方式，而采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式，在通訊帶寬上不影響各個(gè)線卡與主卡之間的數(shù)據(jù)交互，保證了各個(gè)線卡可與主卡同時(shí)進(jìn)行信息交互，互不干擾，提高了效率。
圖1是現(xiàn)有基于PCI總線實(shí)現(xiàn)主備卡信息交互的備份系統(tǒng)的示意圖。
圖2是本發(fā)明所述的備份系統(tǒng)。
圖3是本發(fā)明所述系統(tǒng)在線卡插入時(shí)的控制流程圖。
圖4是本發(fā)明所述系統(tǒng)在線卡拔出時(shí)的控制流程圖。
圖5是本發(fā)明所述系統(tǒng)在線卡出現(xiàn)故障時(shí)的控制流程圖。
圖2中，本發(fā)明所述的系統(tǒng)除了包括主卡30與線卡10外，還包括核心以太網(wǎng)交換模塊20，上述三者之間的通信連接都是通過(guò)以太網(wǎng)總線進(jìn)行的。核心以太網(wǎng)交換模塊20作為核心的交換電路，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)線卡10與主卡30之間的快速無(wú)阻塞的數(shù)據(jù)交互。主卡30則包括用于數(shù)據(jù)收發(fā)的以太網(wǎng)接口301、主卡處理器302和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的主卡存儲(chǔ)區(qū)303，以太網(wǎng)接口301和主卡存儲(chǔ)區(qū)303均通過(guò)內(nèi)部總線與主卡處理器302相連。而線卡10包括線卡狀態(tài)提取指示模塊101、線卡處理模塊102和以太網(wǎng)接口103；線卡狀態(tài)提取指示模塊101用于提取線卡10的狀態(tài)，并通過(guò)線卡10的內(nèi)部總線與線卡處理模塊102相連，同時(shí)線卡處理模塊102通過(guò)內(nèi)部總線與以太網(wǎng)接口103相連，建立與主卡30通訊的必要通道。線卡狀態(tài)提取指示模塊101通過(guò)內(nèi)部總線把線卡工作狀態(tài)信息上報(bào)給線卡處理模塊102，在線卡處理模塊102中進(jìn)行消息的格式轉(zhuǎn)化，然后通過(guò)以太網(wǎng)接口103，上報(bào)給核心以太網(wǎng)交換模塊20，轉(zhuǎn)發(fā)至主卡30。
在正常情況下，線卡狀態(tài)提取指示模塊101通過(guò)檢測(cè)機(jī)械連接的變化，如插入線卡或預(yù)拔出線卡，將相應(yīng)的變化轉(zhuǎn)化成電氣信號(hào)顯示，并將狀態(tài)信息放入線卡處理模塊102能夠讀取的寄存器中，線卡處理模塊102得到信息后通過(guò)以太網(wǎng)接口103經(jīng)核心以太網(wǎng)交換模塊20將信息上報(bào)給主卡30，主卡處理模塊302通過(guò)以太網(wǎng)接口301接收到信息，一方面將得到的信息存入自己的內(nèi)部狀態(tài)寄存器中，另一方面根據(jù)信息的內(nèi)容，決定需要對(duì)線卡10進(jìn)行的操作，主要是進(jìn)行軟件的備份和數(shù)據(jù)的交互，以確保在線卡完成插拔之前，不會(huì)因?yàn)檐浖?shù)據(jù)的遺失，造成整個(gè)系統(tǒng)的工作中斷。
如果其中一塊線卡出現(xiàn)故障，造成與主卡通訊不上或者通訊的信息不對(duì)，這將反映在線卡狀態(tài)提取指示模塊101中的電氣狀態(tài)指示電路中，指示和監(jiān)控電路會(huì)把此異常信息上報(bào)給主卡30，主卡30判斷該線卡10出故障，由于在這之前主卡和線卡之間是正常通訊，數(shù)據(jù)已經(jīng)備份，因此主卡30可以切斷該線卡10的電源，同時(shí)將原先備份的該線卡上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到另一塊線卡上以接替原線卡的工作，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的備份倒換。因此，在本發(fā)明所述系統(tǒng)中，線卡的備份是采用的N+1或N∶1的方式。
為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，核心以太網(wǎng)交換模塊20和主卡30采用了1∶1或1+1的備份方式。
下面分別就線卡的插入、拔出以及出現(xiàn)故障三種情況來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。
圖3是線卡插入的控制過(guò)程。在線卡插入后，與背板連接的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)保證了線卡與背板可靠的連接，使線卡可靠上電，電氣狀態(tài)指示電路點(diǎn)亮在線卡面板上的狀態(tài)指示燈，在指示燈沒(méi)有熄滅之前，線卡仍處于插入狀態(tài)；然后由線卡處理模塊啟動(dòng)引導(dǎo)程序，驅(qū)動(dòng)與主卡通訊的以太網(wǎng)接口，以太網(wǎng)接口采用的是100M的，建立主卡與線卡的通訊。通訊建立后，線卡首先將本卡的插入消息上報(bào)主卡，主卡將得到信息保存；接著主卡根據(jù)系統(tǒng)程序的配置要求，將該線卡插入后完成任務(wù)所需的應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)、配置信息等通過(guò)以太網(wǎng)總線傳送給線卡；線卡得到上述資料后向主卡發(fā)送確認(rèn)信息，主卡再發(fā)送應(yīng)用程序啟動(dòng)命令至該線卡；線卡得到啟動(dòng)命令，啟動(dòng)本板應(yīng)用程序，接著清除面板上的狀態(tài)指示燈，此時(shí)線卡結(jié)束插入狀態(tài)，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
圖4是線卡拔出時(shí)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。線卡拔出時(shí)，通過(guò)其機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電氣信號(hào)告之線卡狀態(tài)提取指示模塊，點(diǎn)亮面板上的狀態(tài)指示燈，然后線卡處理模塊啟動(dòng)通訊程序?qū)⒋诵畔⑼ㄟ^(guò)以太網(wǎng)接口通知主卡處理器，主卡處理器保存相關(guān)信息后，進(jìn)行與該線卡相關(guān)的數(shù)據(jù)備份，即保存該線卡上的重要數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)備份完成后，主卡向線卡發(fā)出掉電命令，線卡電源被切斷，可以安全拔出。
圖5是線卡出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)倒換的過(guò)程。線卡出現(xiàn)故障后一般表現(xiàn)在與主卡通訊不上，或者通訊信息不對(duì)，因此主卡可以據(jù)此判斷該線卡出現(xiàn)故障，向線卡發(fā)出掉電命令，線卡電源被切斷，同時(shí)將原先備份的該線卡數(shù)據(jù)倒換到備份線卡上，讓備份線卡替代原線卡的工作，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的備份和倒換。
權(quán)利要求
1.一種基于快速以太網(wǎng)總線的備份系統(tǒng)，其特征在于包括主卡(30)、N個(gè)線卡(10)與核心以太網(wǎng)交換模塊(20)，所述線卡(10)通過(guò)所述核心以太網(wǎng)交換模塊(20)與所述主卡(30)相連，且所述主卡(30)與所述核心以太網(wǎng)交換模塊(20)之間、所述線卡(10)與所述核心以太網(wǎng)交換模塊(20)之間通過(guò)以太網(wǎng)總線交互消息。
2.如權(quán)利要求1所述的備份系統(tǒng)，其特征在于所述線卡(10)包括線卡狀態(tài)提取指示模塊(101)、線卡處理模塊(102)和以太網(wǎng)接口(103)；所述線卡狀態(tài)提取指示模塊(101)用于提取線卡(10)的狀態(tài)，并通過(guò)線卡(10)的內(nèi)部總線與所述線卡處理模塊(102)相連，同時(shí)線卡處理模塊(102)通過(guò)內(nèi)部總線與所述以太網(wǎng)接口(103)相連，建立與主卡(30)通訊的必要通道；所述線卡處理模塊(102)接收到所述線卡狀態(tài)提取指示模塊(101)的相關(guān)線卡工作狀態(tài)信息，通過(guò)所述以太網(wǎng)接口(103)，上報(bào)給核心以太網(wǎng)交換模塊(20)。
3.如權(quán)利要求1所述的備份系統(tǒng)，其特征在于所述主卡(30)包括用于數(shù)據(jù)收發(fā)的以太網(wǎng)接口(301)、主卡處理器(302)和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主卡存儲(chǔ)區(qū)(303)，所述以太網(wǎng)接口和所述主卡存儲(chǔ)區(qū)(303)通過(guò)內(nèi)部總線與所述主卡處理器(302)相連。
4.如權(quán)利要求1所述的備份系統(tǒng)，其特征在于所述核心以太網(wǎng)交換模塊(20)，采用1+1或1∶1主備配置的以太網(wǎng)交換電路，實(shí)現(xiàn)各個(gè)線卡(10)與主卡(30)之間的快速無(wú)阻塞數(shù)據(jù)交互。
5.如權(quán)利要求2所述的備份系統(tǒng)，其特征在于所述線卡狀態(tài)提取指示模塊(101)還進(jìn)一步包括針對(duì)插拔等狀態(tài)所必須的機(jī)械結(jié)構(gòu)件、電氣狀態(tài)指示電路和指示監(jiān)控電路，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)件連接特性的變化，使得所述電器狀態(tài)指示電路形成相應(yīng)的狀態(tài)指示信號(hào)；所述指示監(jiān)控電路用于監(jiān)控線卡(10)的工作狀態(tài)正常與否。
6.如權(quán)利要求3所述的備份系統(tǒng)，其特征在于所述主卡(30)采用1+1或1∶1的備份方式。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于快速以太網(wǎng)總線的備份系統(tǒng)，包括主卡(30)、N個(gè)線卡(10)與核心以太網(wǎng)交換模塊(20)，所述線卡(10)通過(guò)所述核心以太網(wǎng)交換模塊(20)與所述主卡(30)相連，且所述主卡(30)與所述核心以太網(wǎng)交換模塊(20)之間、所述線卡(10)與所述核心以太網(wǎng)交換模塊(20)之間通過(guò)以太網(wǎng)總線交互消息；可用于線卡插入、拔出或出現(xiàn)故障時(shí)的硬件和軟件備份及倒換。本發(fā)明采用快速以太網(wǎng)總線替代并行總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主卡與各線卡的信息交互，簡(jiǎn)化了背板設(shè)計(jì)，采用差分傳輸?shù)男盘?hào)形式，提高信號(hào)的抗干擾能力和傳輸距離。本發(fā)明采用點(diǎn)到點(diǎn)連接方式，在通訊帶寬上不影響各線卡與主卡之間的數(shù)據(jù)交互，保證各線卡可同時(shí)與主卡進(jìn)行信息交互。
文檔編號(hào)H04B1/74GK1422041SQ01132388
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月26日
發(fā)明者杜軍 申請(qǐng)人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所