專利名稱：一種基于快速以太網總線的備份系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及通訊領域，具體地說，涉及有關大型網絡端設備備份的系統。
對于大型通訊系統中的關鍵單板一般提供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，備用板僅僅進行定時的數據備份，當主用板出現故障時，備用板倒換成主用板進行工作；1+1備份則是指兩塊單板采用負荷分擔的方式處理同樣的事情，在其中一塊出現問題時，另一塊單板承擔所有的任務；N+1備份的作用與1+1備份的類似，其區別僅在于當其中某一塊單板出現問題時，由剩下的N塊單板承擔所有的任務。
在一般主備系統中，主備卡之間通過簡單的通訊緩沖區進行通訊，保證在主用卡出現問題時，備用卡能夠及時切換到主用狀態，但是由于主用卡和備用卡的通訊機制比較簡單，而且不能對軟件進行備份，因此系統的可用度一般不會超過99.995％。
近年來，出現了一種基于Compact PCI總線的高可用性技術，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，同時對軟件也可以進行備份和倒換，可用度可以達到99.999％。Compact PCI總線是PCI工業計算機制造組織(PICMG)組織提出的一種工業標準總線，其目的是對PCI總線進行改進以成為通訊業的一種標準總線，采用的改進方式是在原來的PCI總線規范上加強了負載的驅動能力，采用背板技術，增加了熱插拔功能以適應通訊應用。
如
圖1所示的采用PCI總線作為主備用通訊總線進行消息交互的備份系統，系統中包括用于控制的主卡以及實現各種功能的線卡，主卡和7個線卡之間通過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區，線卡包括線卡PCI接口、線卡狀態處理模塊與線卡狀態提取指示模塊。正常情況下，主卡通過定時通訊不斷收集各個線卡的狀態，放入主卡存儲區中，一旦某個線卡出現故障或需要插入/拔出時，主卡會及時地將已經備份的此卡信息轉移到其它線卡上，由其他線卡承擔所有任務，從而保證系統的可用度。在此系統中，各線卡的備份采用的是N+1的方式。對于主卡來說，并沒有采用備份。
由于PCI總線是一種并行總線，在32位總線模式下，其信號線數目達到近60根，而且電氣特性較復雜，因此增加了背板的設計難度，也降低了系統的可用度。Compact PCI總線技術的電氣特性決定了一套PCI總線的負載能力只能達到8個，即最多只能有8個板位，超過之后必須增加PCI橋接設備，影響了系統擴展；同時橋接設備不支持復接用法，增加一個單點故障點，也限制了可用度的進一步提高。另外，PCI總線技術采用分時復用機制來保證各個線卡可以共享總線，即在某一個線卡占用總線時，其它線卡無法與主卡進行消息的交互，只能等總線被釋放后，通過仲裁申請總線控制權，影響效率。
本發明所述的系統，包括主卡、N個線卡與核心以太網交換模塊，所述線卡通過所述核心以太網交換模塊與所述主卡相連，且所述主卡與所述核心以太網交換模塊之間、所述線卡與所述核心以太網交換模塊之間通過以太網總線交互消息；所述線卡包括線卡狀態提取指示模塊、線卡處理模塊和以太網接口；所述線卡狀態提取指示模塊用于提取線卡的狀態，并通過線卡的內部總線與所述線卡處理模塊相連，同時線卡處理模塊通過內部總線與以太網接口相連，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提取指示模塊的相關線卡工作狀態信息，通過以太網接口，上報給核心以太網交換模塊；所述主卡包括用于數據收發的以太網接口、主卡處理器和用于數據存儲的主卡存儲區，所述以太網接口和所述主卡存儲區通過內部總線與所述主卡處理器相連；所述核心以太網交換模塊，采用1+1或1∶1主備配置的以太網交換電路，實現各個線卡與主卡之間的快速無阻塞數據交互；所述線卡狀態提取指示模塊還進一步包括針對插拔等狀態所必須的機械結構件、電氣狀態指示電路和指示監控電路，所述機械結構件連接特性的變化，使得所述電器狀態指示電路形成相應的狀態指示信號；所述指示監控電路用于監控線卡的工作狀態正常與否；所述主卡采用1+1或1∶1的備份方式。
本發明采用快速以太網總線的形式替代復雜的并行總線技術實現系統主卡與各個線卡之間的信息交互，大大簡化了背板的設計，原來背板上主卡和線卡之間通過并行PCI總線相連，PCI總線的信號數目在32位33MHz配置時有近60根信號線，背板設計復雜，降低了背板的可靠程度，而本發明采用快速以太網總線，將線卡和主卡之間連接信號線減少到只有4根，背板設計簡單。同時采用差分傳輸的信號形式，也極大提高了信號的抗干擾能力和傳輸距離。
快速以太網總線本身的電氣特性(點到點連接)對總線所掛負載能力不會產生影響，只需要增加相應的連接信號和以太網交換網的交換容量，因此不再局限于只能驅動7塊線卡的能力，理論上可以無限制增加線卡，只要交換網帶寬足夠。
另外，本發明拋棄了PCI共享式總線對總線控制的分時復用方式，而采用點到點的連接方式，在通訊帶寬上不影響各個線卡與主卡之間的數據交互，保證了各個線卡可與主卡同時進行信息交互，互不干擾，提高了效率。
圖1是現有基于PCI總線實現主備卡信息交互的備份系統的示意圖。
圖2是本發明所述的備份系統。
圖3是本發明所述系統在線卡插入時的控制流程圖。
圖4是本發明所述系統在線卡拔出時的控制流程圖。
圖5是本發明所述系統在線卡出現故障時的控制流程圖。
圖2中，本發明所述的系統除了包括主卡30與線卡10外，還包括核心以太網交換模塊20，上述三者之間的通信連接都是通過以太網總線進行的。核心以太網交換模塊20作為核心的交換電路，實現了各個線卡10與主卡30之間的快速無阻塞的數據交互。主卡30則包括用于數據收發的以太網接口301、主卡處理器302和用于存儲數據的主卡存儲區303，以太網接口301和主卡存儲區303均通過內部總線與主卡處理器302相連。而線卡10包括線卡狀態提取指示模塊101、線卡處理模塊102和以太網接口103；線卡狀態提取指示模塊101用于提取線卡10的狀態，并通過線卡10的內部總線與線卡處理模塊102相連，同時線卡處理模塊102通過內部總線與以太網接口103相連，建立與主卡30通訊的必要通道。線卡狀態提取指示模塊101通過內部總線把線卡工作狀態信息上報給線卡處理模塊102，在線卡處理模塊102中進行消息的格式轉化，然后通過以太網接口103，上報給核心以太網交換模塊20，轉發至主卡30。
在正常情況下，線卡狀態提取指示模塊101通過檢測機械連接的變化，如插入線卡或預拔出線卡，將相應的變化轉化成電氣信號顯示，并將狀態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得到信息后通過以太網接口103經核心以太網交換模塊20將信息上報給主卡30，主卡處理模塊302通過以太網接口301接收到信息，一方面將得到的信息存入自己的內部狀態寄存器中，另一方面根據信息的內容，決定需要對線卡10進行的操作，主要是進行軟件的備份和數據的交互，以確保在線卡完成插拔之前，不會因為軟件數據的遺失，造成整個系統的工作中斷。
如果其中一塊線卡出現故障，造成與主卡通訊不上或者通訊的信息不對，這將反映在線卡狀態提取指示模塊101中的電氣狀態指示電路中，指示和監控電路會把此異常信息上報給主卡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，數據已經備份，因此主卡30可以切斷該線卡10的電源，同時將原先備份的該線卡上數據轉移到另一塊線卡上以接替原線卡的工作，實現硬件和軟件的備份倒換。因此，在本發明所述系統中，線卡的備份是采用的N+1或N∶1的方式。
為進一步提高系統的可靠性，核心以太網交換模塊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、拔出以及出現故障三種情況來說明本發明。
圖3是線卡插入的控制過程。在線卡插入后，與背板連接的機械和電氣結構保證了線卡與背板可靠的連接，使線卡可靠上電，電氣狀態指示電路點亮在線卡面板上的狀態指示燈，在指示燈沒有熄滅之前，線卡仍處于插入狀態；然后由線卡處理模塊啟動引導程序，驅動與主卡通訊的以太網接口，以太網接口采用的是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主卡，主卡將得到信息保存；接著主卡根據系統程序的配置要求，將該線卡插入后完成任務所需的應用程序、數據、配置信息等通過以太網總線傳送給線卡；線卡得到上述資料后向主卡發送確認信息，主卡再發送應用程序啟動命令至該線卡；線卡得到啟動命令，啟動本板應用程序，接著清除面板上的狀態指示燈，此時線卡結束插入狀態，進入正常運行狀態。
圖4是線卡拔出時的實現過程。線卡拔出時，通過其機械結構產生電氣信號告之線卡狀態提取指示模塊，點亮面板上的狀態指示燈，然后線卡處理模塊啟動通訊程序將此信息通過以太網接口通知主卡處理器，主卡處理器保存相關信息后，進行與該線卡相關的數據備份，即保存該線卡上的重要數據。數據備份完成后，主卡向線卡發出掉電命令，線卡電源被切斷，可以安全拔出。
圖5是線卡出現故障時實現倒換的過程。線卡出現故障后一般表現在與主卡通訊不上，或者通訊信息不對，因此主卡可以據此判斷該線卡出現故障，向線卡發出掉電命令，線卡電源被切斷，同時將原先備份的該線卡數據倒換到備份線卡上，讓備份線卡替代原線卡的工作，實現硬件和軟件的備份和倒換。
權利要求
1.一種基于快速以太網總線的備份系統，其特征在于包括主卡(30)、N個線卡(10)與核心以太網交換模塊(20)，所述線卡(10)通過所述核心以太網交換模塊(20)與所述主卡(30)相連，且所述主卡(30)與所述核心以太網交換模塊(20)之間、所述線卡(10)與所述核心以太網交換模塊(20)之間通過以太網總線交互消息。
2.如權利要求1所述的備份系統，其特征在于所述線卡(10)包括線卡狀態提取指示模塊(101)、線卡處理模塊(102)和以太網接口(103)；所述線卡狀態提取指示模塊(101)用于提取線卡(10)的狀態，并通過線卡(10)的內部總線與所述線卡處理模塊(102)相連，同時線卡處理模塊(102)通過內部總線與所述以太網接口(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提取指示模塊(101)的相關線卡工作狀態信息，通過所述以太網接口(103)，上報給核心以太網交換模塊(20)。
3.如權利要求1所述的備份系統，其特征在于所述主卡(30)包括用于數據收發的以太網接口(301)、主卡處理器(302)和用于數據存儲的主卡存儲區(303)，所述以太網接口和所述主卡存儲區(303)通過內部總線與所述主卡處理器(302)相連。
4.如權利要求1所述的備份系統，其特征在于所述核心以太網交換模塊(20)，采用1+1或1∶1主備配置的以太網交換電路，實現各個線卡(10)與主卡(30)之間的快速無阻塞數據交互。
5.如權利要求2所述的備份系統，其特征在于所述線卡狀態提取指示模塊(101)還進一步包括針對插拔等狀態所必須的機械結構件、電氣狀態指示電路和指示監控電路，所述機械結構件連接特性的變化，使得所述電器狀態指示電路形成相應的狀態指示信號；所述指示監控電路用于監控線卡(10)的工作狀態正常與否。
6.如權利要求3所述的備份系統，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
本發明提出了一種基于快速以太網總線的備份系統，包括主卡(30)、N個線卡(10)與核心以太網交換模塊(20)，所述線卡(10)通過所述核心以太網交換模塊(20)與所述主卡(30)相連，且所述主卡(30)與所述核心以太網交換模塊(20)之間、所述線卡(10)與所述核心以太網交換模塊(20)之間通過以太網總線交互消息；可用于線卡插入、拔出或出現故障時的硬件和軟件備份及倒換。本發明采用快速以太網總線替代并行總線實現系統主卡與各線卡的信息交互，簡化了背板設計，采用差分傳輸的信號形式，提高信號的抗干擾能力和傳輸距離。本發明采用點到點連接方式，在通訊帶寬上不影響各線卡與主卡之間的數據交互，保證各線卡可同時與主卡進行信息交互。
文檔編號H04B1/74GK1422041SQ01132388
公開日2003年6月4日 申請日期2001年11月26日 優先權日2001年11月26日
發明者杜軍 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所