主备系统

2024-07-19

主备系统（精选7篇）

主备系统篇1

在硬盘播出系统中, 安全问题一直是工程师们非常关注的问题, 安全可以说是播出系统的重点特性, 一个播出系统建设的好与坏, 安全在其中占据着非常重要的因素。

要想提高一个系统的安全性, 最常见的办法是增加设备的冗余度, 如果我们认为系统中的某个设备非常重要或容易损坏, 就可以为它配一个备份设备, 起到一种“双保险”的作用。不过由于我们还必须要考虑到成本的问题, 就不可能给播出系统中的所有设备都来个“双保险”, 所以播出系统中的设备冗余主要还是局限于核心的以及在线播出的设备。在一般的播出系统中, 需要冗余的设备主要指播出视频服务器、播出控制机、播出切换设备、数据库等。

在当前主流的硬盘播出系统中, 90%的播出节目信号是由视频服务器来完成播出的。可见视频服务器是硬盘播出系统中非常关键的设备之一, 对视频服务器进行主备配置是没有疑义的;此外, 视频服务器播出什么样的素材, 是由播出节目单决定的, 而解析播出节目单并向视频服务器发出播出控制指令的是播出控制工作站, 所以播出控制机也是播出系统中需要主备冗余的设备之一。视频服务器是执行者, 是“手”, 而播出控制机是决策者, 是“大脑”;而“手”与“脑”之间的协调统一, 也离不开它们之间的信息交互。从播出安全角度看, 除了要给视频服务器和播控工作站冗余配置以外, 它们之间的信息交互方式也非常重要, 那么如何做才能实现既分散风险又协调统一呢?本文将从播出控制的角度, 深度剖析几种播出控制方式, 来阐述播出控制与播出安全的问题。

目前, 播出控制机和视频服务器在主备控制机制上已经发展出了三种模式, 即分立主备方式、完全主备方式和混合主备方式。

一分立主备方式

分立主备方式 (图1) 的结构最为简单, 实施起来也比较容易, 对于软件的主备逻辑也比较简单。简单地说, 分立主备就是采用“主控主、备控备”的方式, 即主播出控制机仅控制主视频服务器, 备播出控制机仅控制备视频服务器。

分立主备方式的特点是结构简单、成本低、容易理解、易安装调试, 对播出软件的主备逻辑关系要求低, 从代码实现的角度看也比较简单。其实分立主备就是将视频服务器和播出控制机看作一个整体, 并在这个整体上进行了一次冗余备份。

同时, 分立主备方式的缺点也同样明显, 即当播出控制机和视频服务器有一个出现问题的时候, 作为一个整体的另一个设备即使是正常的, 也无法正常发挥其功能。在极端情况下, 当主播出控制机和备视频服务器同时出现问题的时候, 整个播出系统就不能正常工作了。这时, 虽然备播出控制机和主视频服务器都是正常的, 但是却不能将它们组成一对来播出, 即使可以临时组成一组, 也需要进行人工调整控制线以及必要的配置操作, 这样势必影响对播出故障的应急处理效率。为了解决这个问题, 就需要在播出控制机和视频服务器之间进行交叉控制, 因此, 完全主备方式就应运而生了。

二完全主备方式

完全主备方式 (图2) 是在播出控制机和视频服务器之间增加了一个控制倒换设备——422倒换器。422倒换器就是一个针对串口通讯的2选1开关, 通过GPI触发来控制开关的倒换。

在正常播出时, 422倒换器会接通主控制通道, 所以主备视频服务器 (当然还包括播出在线切换器、播出录像机等设备, 图中未能全部画出) 等都由主播出控制工作站控制, 而备播出控制工作站则通过芯跳线与主播出控制工作站通讯, 当备播出控制机发现主播出控制机出现异常时, 就会马上通过GPI命令触发422倒换器, 将其切换到备控制通道上, 这样备播出控制机与所有设备的控制链路接通, 就可以无缝接管所有受控设备的控制权, 从而确保节目正常播出 (图3) 。

完全主备方式与分立主备方式相比, 由于其在播出控制机和视频服务器之间建立了交叉控制机制, 解决了分立主备方式中的问题, 从而不用担心由于一台控制机出现故障而影响一台播出服务器正常工作的情况出现。

但是, 由于完全主备方式中增加了422倒换器和备播出控制工作站中的GPI触发卡, 增加了系统的成本。在一些规模比较小的播出系统中, 出于成本角度的考虑, 有时还是会采用分立主备的方式。

三混合主备方式

完全主备方式看似已经很完美地解决了播出控制机与视频服务器之间的交叉控制问题, 在很长一段时间内, 播出软件提供商和播出系统集成商都认为这个问题已经解决了。

但是, 在不断的播出实践中, 还是出现了令人意想不到的问题。在完全主备方式中, 由于主备视频服务器都是由主播出控制机控制的, 如果当主播出控制机在发出Play指令的瞬间崩溃, 此时的备播出控制机根本没有时间响应并接管视频服务器的控制权, 这样就会导致主备两台视频服务器同时出现静帧。在这种情况下, 播出系统就没有任何能够快速恢复正常播出的办法, 只能通过人工将播出最终输出信号切换到垫片通道上进行应急播出。

尽管出现这种问题的概率非常低, 但不幸的是还是出现过这样的情况, 在安全至上的播出系统中, 这个问题就成为了一大隐患。为了彻底解决这个问题, 还需要将分立主备和完全主备的优点结合在一起, 即使用422倒换器倒换进行交叉控制, 又要采用“主控制、备控备”的方式, 这就是混合主备。

混合主备方式 (图4) 使用了2个422倒换器, 对于422倒换器1, 承担主播视频服务器以及其他播出切换设备的控制倒换, 由主控机主控、备控机备份;422倒换器2仅承担备播出服务器的通道控制倒换, 由备控机主控、主控机备份。这样, 即使主播出控制机在发出Play命令的瞬间崩溃, 那么也仅仅导致主视频服务器静帧, 而备视频服务器是由备播控工作站控制的, 并不受主播控工作站的影响, 还在正常播出。此时, 只要手动将最终播出信号切换到备视频服务器信号通道上, 就可以快速恢复正常的播出。

混合主备方式结合了分立主备方式和完全主备方式中的优点, 进一步分散了风险, 降低了一个设备故障对整个系统的影响程度。但是, 在混合主备方式中又增加了一个422倒换器, 也就进一步增加了系统的成本。

四完全主备、混合主备在软件方面的对比

完全主备与混合主备在软件方面的对比如图5所示。

五混合主备在应急方面的操作

情景一:主HDD素材错误 (不存在、素材短等) /HDD故障

应急操作:软件界面上有提示对应的报错。系统配置默认主HDD播放异常自动切换备HDD通道输出。主备输出都异常则需要人工切应急。

情景二:主/备HDD故障

应急操作:软件界面上有提示对应的报错, 需要人工切应急。

情景三:主/备控制机故障

应急操作:主机故障后, 备播出控制软件检测到心跳断开, 备机播出控制软件自动进行接管, 实现备机完全接管, 自动接管后不会造成影响。待主机恢复后, 按照播出控制软件启动的流程重新启动主机:手工从备机发送最新节目单到主机, 保证主备机工作状态正常, 点击“开播”, 避开切换点在主播出控制软件选择“混合接管”, 恢复正常模式的播出。

备机故障不影响播出, 主机播出控制软件检测到心跳断开, 主机自动变为完全接管, 需要人工倒换422倒换器2到主机位 (下方) , 实现主机完全控制双链路设备。备机恢复后, 处于“不控制”状态, 手工从主机发送最新节目单到备机, 保证主备机工作状态正常, 点击“开播”, 避开切换点在主播出控制软件选择“混合接管”, 并且手动将422倒换器2的状态恢复到备机位 (上方) , 恢复正常模式的播出。

摘要：安全是播出系统中首要关注的问题, 提高系统安全性最直接有效的办法就是增加设备的冗余度, 播出控制机和视频服务器作为播出系统的关键设备是必须要冗余配置的, 这样主备控制机和主备服务器之间会有多种控制方式。本文详细讨论了分立主备、完全主备和混合主备三种方式各自的特点, 并对播出控制方式未来的发展方向做出了展望。

关键词：播出控制,分立主备,完全主备,混合主备

GPS系统主备冗余技术改造篇2

随着自动化水平的不断提高, 电力系统对统一对时提出了更高的要求, 有了统一时钟, 可以实现DCS系统、SOE、故障录波器、其它保护装置等各种记录事件时序的统一, 有利于事故原因的分析, 同时也为电厂的能耗计算、生产成本核算提供准确依据, 为生产系统提供必要的控制调整指导措施和事故分析数据。统一时钟是保证电力系统安全经济运行、提高运行水平一个重要措施。

阜阳华润电厂#1、#2机组GPS由北京日立控制系统有限公司随DCS系统成套供货, 两台机组GPS互相独立, 分别安装在机组集控室#1、#2机组控制卧盘内, 且灰尘较大, 空间小, 散热效果差, 难以布线, 且不能实现全厂GPS同步。

2007年4月, 由华东电监局、华东网调、华东电科院、安徽省调等组成的专家在对阜阳华润电厂涉网设备技术监督检查中, 对现状提出了要求: (1) 按并网安全性评价10.4.2要求:GPS应实现全厂统一对时功能; (2) 接一路小时脉冲信号至RTU系统并远传至省调。

二、GPS系统对时原理和方式

GPS (Global Positioning System) 是美国的全球卫星导航系统, 由24颗在空间运行的GPS卫星和地面控制站组成, 在地球表面任一地点、任一时刻GPS卫星信号接收器都可收到足够多数量的GPS卫星信号, 精确计算接收器所在当前空间位置和时间, 其时间精确度可达纳秒级。

1、GPS装置结构

阜阳华润电厂所用的BSS-3系列GPS同步时钟装置是应用全球定位系统 (GPS) 技术的标准时间显示和发送装置, 由标准机箱、接收模块、接收天线、电源模块、时间信号输出模块构成。

⑴机箱采用19吋4U标准机箱, 内部采用母板总线、模块后插式结构。前面板设有LED数码, 显示年、月、日、时、分、秒;LED发光管指示状态;“同步”指示灯表示已找到4颗以上卫星, 能够确定正确的时间, 即通常所说的“定位”了;“秒讯”指示灯表示GPS接收板正常工作;“对钟”指示灯亮时表示发出对时信号。

⑵电源模块为装置工作提供电源, 采用高性能、大功率开关电源, 电源输入电压100V~260V交、直流两用, 功率为50W, 内有3组电压:5V/5A、+12V/1A和-12V/1A。

⑶标准接收模块是接收GPS天线信号单元, 该单元装有GPS接收板和相应接口电路;BSS-3系列GPS同步时钟采用具有8个并行接收通道的Motorola GPS接收器和有源天线;接收器在搜索锁到4颗卫星后, 能计算出精确的时间信号。

⑷接收天线为100米电缆有源天线, 天线输出接口为BNC, 接口外经20mm, 天线线外经为10.5mm。

⑸输出模块有脉冲输出 (PULSE) 模块、串行口输出 (SERIAL) 模块、IRIG-B码输出模块。

脉冲输出 (PULSE) 模块:模块有12路脉冲输出, 1PPS或1PPM可根据需要设置, 设置方法:将模块上下固定螺丝松开, 拔出模块, 电路板上有12个跳针, 编号与面板上输出端子编号对应, 可根据需要将短路子插在PPM或PPS位置。

串行口输出 (SERIAL) 模块:有4路串行口输出, 可分别输出两种不同格式的对时报文。

IRIG-B码输出模块有B01和B02两种, B01为直流IRIG-B码输出, TTL电平, 每单元有8路输出, 各路相互隔离。输出接口为接线端子。B02为交流1KHz调制IRIG-B码输出, 调制信号高电平峰峰值10V, 低电平峰峰值3.3V, 有8路相互隔离输出, 输出阻抗600欧。输出接口为接线端子。

2、GPS系统对时方式

⑴脉冲对时 (硬对时) 。常采用空接点方式, 主要用于电气故障录波器、微机保护和主机SOE模件对时, 脉冲信号有1PPS、1PPM、1PPH。

⑵串行口对时方式。被对时装置通过串行口接收卫星时钟发送的串行时间信息, 按照相同的对时规约, 经过解码后对时。该方式主要用于DCS系统POC站对时。

⑶IRIG-B码对时方式。IRIG-B为IRIG委员会的B标准, 是专为时钟的传输制定的时钟码, 信号有直流偏置 (TTL) 电平和交流1kHz正弦调制信号等形式, 常用于国外进口保护装置对时。

三、主备冗余方案及实施

1、主备冗余方案

⑴将机组集控室#1、#2机组控制卧盘内GPS装置, 通过组屏方式移至定制的机柜内, 安装于#1机组13.7米电子设备间;

⑵将G01信号接收模块更换为光纤主备接收模块G07, 并通过光纤跳线连接两模块;

⑶增加PPH脉冲对时模块S02;

⑷更换#1、#2GPS主机芯片 (因增加G07和S02模块, 芯片程序需要升级) ;

⑸因GPS装置从卧盘中移置机柜后, 距离变长, 原至POC站 (操作员站) 使用的串口电缆不能使用, 采用RS232-485转换方式连接GPS和POC站, 其它接口用户直接施放电缆至GPS;

2、主备冗余接线示意图:

3、主备冗余测试方法及问题解决

(一) 测试前检查

⑴将两台GPS的2根天线放置在户外合适位置并与装置连接好, 然后将2台GPS装置的主备光缆互相连接起来即将一台GPS的输出接口连接到另一台GPS的输入接口, 然后再按同样方式连接回来。此时2台GPS的信号互备连接就建立了, 最后将每台GPS的主备电源线连接好。

⑵G07模块除GPS天线接口外, 还有主备光缆输入、输出接口, 上排为输入接口, 下排为输出接口, 左侧的为秒信号 (PPS) , 右侧的为串行信号 (TXD) , 另外还有2个指示灯M灯亮表示本机接受GPS信号正常, S灯亮表示备用光纤输入信号正常。

⑶正面板上共有3个指示灯分别是“同步”“秒讯”“对钟”。“同步”指示灯表示已找到4颗以上卫星, 能够确定正确的时间, 即通常所说的“定位”了。“秒讯”指示灯表示GPS接收板正常工作。“对钟”指示灯亮时表示发出对时信号。

(二) 测试过程及现象

打开GPS装置的电源开关, 前面板上的LED开始显示年/月/日/时/分/秒, 前面板上秒讯灯随之闪动, 经过10-15分钟左右, 同步灯亮, 主机灯亮, 备用灯亮, 说明GPS已经和卫星对时成功且同时收到了天线信号和光缆时钟信号。对钟信号灯在每分钟零秒的时候闪亮一下, 后面板上的M灯和S灯都亮, 表示接收主备信号均正常。此时拔掉其中一台GPS的天线输入, 来模拟失去天线信号的情况, 拔掉天线的GPS的主机灯熄灭, 后面板M灯也熄灭, 另一台GPS的备用灯熄灭, 后面板S灯熄灭。但2台GPS的同步灯, 对钟灯仍正常, 说明在失去一个天线信号的情况下, 2台GPS仍能正常输出对时信号。然后将天线恢复, 2台GPS的信号灯在3分钟左右恢复正常状态。接着拔掉另外一台GPS的天线输入, 所观察到的现象同上, 就是在恢复时间上略有差异。最后, 将2台GPS的天线都恢复好, 待GPS恢复到正常状态的时候, 把后面板的电源输入分别切断一路观察发现2台GPS在各只有一路电源的情况下仍能进行正常对时, 说明电源双冗余已达到要求。

(三) 测试中出现的问题及对策

⑴GPS接收板中间偏上位置上有一个跳针JP1, 通常JP1“开路”时为开机冷启动, 是省缺设置。这时时钟重新查找卫星信息, 定位时间较长。JP1“短路”时, 在开机时由于采用以前的GPS信息, 因此定位较快, 所以在测试时候, 如对时时间过长, 可检查该跳线的设置, 如果仍存在对时时间过长的问题, 应该考虑是否是GPS接收模块本身的问题。

⑵GPS对时成功后, 若后面板的M灯正常而S灯未亮, 可检查光缆连接的是否正确, 以及光缆本身是否有问题。

四、GPS接口用户及接口方式

两套互备冗余装置接口用户及接口方式如下, 并留有备用接口。

五、结束语

GPS系统主备冗余改造实现了全厂统一对时功能, 给事故分析和运行管理带来了方便, 冗余化配置保证了GPS同步系统的可靠性, 同时将GPS装置组屏在机柜内, 改善GPS装置的运行环境, 提高系统的稳定性, 便于维护和管理。

摘要：本文介绍了阜阳华润电厂GPS对时系统的对时原理和方式, 为了实现全厂统一对时功能, 对GPS系统进行技术改造, 实现主备冗余功能, 有利于事故的分析, 并提高GPS系统的可靠性。

关键词：GPS,冗余,技术改造

参考文献

[1]华东电网统一时钟系统技术规范.

广电设备主备机倒换系统改造探究篇3

关键词：广电设备,技术革新,电视发射机,同轴开关

一、同轴开关的主要应用类型

同轴开关是电视发射机和调频发射机实现主备机倒换、天线和假负载之间切换的设备。同轴开关主要有以下几种类型:U型同轴管, 人工或电动插拔;利用1/4波长线实现通断;用刀状的接触机构, 实现内导体或外导体转接;利用电容实现转接

二、同轴开关的主要技术指标

同轴开关是一种全通式的射频元件。它应该无损耗地传输射频功率, 适应宽带信号的切换。同轴开关的主要技术指标有:功率容量、工作频带 (有1KW到10KW至30KW) ;插入损耗 (一般应小于0.1db) ;隔离度 (不通的通道之间的泄漏一般应为60db) ;切换时间 (自动倒换约1秒钟)

三、同轴开关的主要技术革新应用

一些发射机厂家主要都是使用刀式同轴开关, 使用刀式同轴开关来切换主备机比较合理, 节约时间, 利于安全播出。它由两个会旋转的刀形内导体、一个公共外导体、一个隔离板组成。圆柱形外导体的侧面装有四个同轴端子, 同轴端子的内导体伸进圆柱面, 其顶部装有夹状的弹簧片。圆柱体的轴线上有个传动轴, 金属片状的隔离板安装在该轴上, 随其同时转动。隔离板将圆柱体内部空间分隔成两半。为保证有良好的隔离, 隔板的四周有导电的弹簧片与圆柱体的内表面接触。两个刀状内导体由良好的绝缘体固定在轴上, 随其一同转动。刀状内导体与外导体之间的阻抗为50欧姆。转轴由特殊机构带动, 每次只能旋转90°, 且保证刀形内导体正好切入四个端子内导体的夹形弹簧片内, 使四个端子中两两相连。传动机构还带有控制接点 (即常闭、常开接点) , 以便旋转到位后, 切断电动机电源。

为防止正常工作时值机员误动作, 使用同轴开关连锁原理应遵循以下原则: (一) 主、备机都不工作时, 同轴开关才能倒换; (二) 主或备机工作时, 同轴开关单机锁定, 电机不能加电倒换, 以保设备运行安全; (三) 天线倒至主机主机工作, 备机不工作;反之天线倒至备机, 备机工作。

为实现上述原理, 利用同轴开关的控制接点 (常开、常闭接点) 接入主备机开机电路、同轴开关的电机控制电路即可实现。例一, 固态与电子管发射机的倒换, 以36CH发射机为例, 称北广电子管发射机为主机, 吉兆固态发射机为备机, 叙述一下主备机改动后的连锁电路。由于主机控制电路设计时已实现上述功能, 故电路无需变动。

图1为备机开机控制接线图, 图中实线为原机接线图, 将220伏至Tc接点实线断开, 沿虚线接入T常闭接点, 当天线倒至备机, T接点闭合, 备机工作, 当天线倒至主机, T接点断开, 备机不工作。

T:天线至备机时, 同轴开关常闭接点

Tc、Tb、Ta为相位保护器控制接点, 缺相时, Tc、Tb导通, 正常时, Tc、Ta导通

图2为主机同轴开关电机控制线路图, 将图中K6′备机连锁常闭接点 (短接线) 断开, 沿虚线接入常闭接点X6即可实现上述原则1、2。当备机工作时, X6断开, 同轴开关就无法加电;同理当主机工作时, K6断开, 同轴开关也无法加电。

K6:主机高压二档常闭接点

K6′:备机联锁常闭接点 (无备机时为短接线)

X6:备机功放电源交流接触器常闭接点

K14:当天线在主机时, 同轴开关由主机倒换至备机时, K14闭合

K15:当天钱在备机时, 同轴开关由备机倒换至主机时, K15闭合

例2, 固态与固态发射机之间的倒换以1CH发射机为例, 由于吉兆固态发射机没有连锁、同轴开关以及倒换电路, 因此要增加电路利用外购同轴开关实现主备机的倒换及连锁。外购的同轴开关没有配备常闭、常开接点, 要用主机的风机交流接触器常闭接点串入备机的开机电路中, 备机的风机交流接触器常闭接点串入主机开机电路中, 实现主备机互为连锁, 电路原理图如图3。

J:备 (主) 机的风机交流接触器常闭接点

外购的同轴开关没有电机控制电路, 我们要自己制作电路来实现同轴开关联锁原理1、2, 220伏交流电取自主机一相交流电源, 电动按钮S安装在主机面板上, 便于操作。电路原理图如图4。

S:电动按钮

K1:主机功放电源交流接触器常闭接点

K2:备放机功电源交流接触器常闭接点

K3:当天线在主机时, 同轴开关由主机倒换至备机时, K3闭合

K4:当天线在备机时, 同轴开关由备机倒换至主机时, K4闭合

四、结语

经过上述改动, 缩短了主备机的倒换时间, 减少了停播, 节约了资金, 为有人留守无人值班打下良好基础, 有利于今后远程监控的实施。同时, 也避免了因天线不到位开机而造成功放故障, 主或备机工作时误动倒换开关而造成停播故障, 坚决杜绝了人为事故的发生, 保证了广播电视的安全播出。

参考文献

[1].周涛, 季明丽, 李赛辉.基于DSP的无人机数据采集系统的设计[J].制造业自动化, 2010

卫星通信系统主备网控中心设计篇4

在基于资源按需分配策略的卫星通信系统中, 网控中心是实施各种应用策略并实现系统智能化、自动化运行的核心, 其维护着通信网的各种应用资源, 负责监视和控制各地球站内设备的工作状态和参数, 负责频率、功率等可控信道资源的分配和回收[1,2,3]。为保证卫星通信系统不间断的可靠运行, 一般都配置多个网控中心, 各网控中心之间通过预定义的策略分时或者协同完成网络管理和控制工作。

1 网控中心备份方式

在卫星通信系统中, 网控中心备份方式主要有冷备份、热备份以及介于两者之间的弱热备份3种常用方式[4]。

冷备份是指网控中心设备独立配置, 之间没有任何自动化信息交互的接口, 数据的同步靠人工拷贝复制等手段完成。主用网控中心出现问题后, 备用网控中心由人工干预启动运行, 重新对管理过程初始化。其特点是软件复杂度和开发成本低, 但由于网控中心间缺乏数据的实时同步, 备用网控中心启动时, 原主用网控中心记录的实时信息会丢失, 整个卫星通信系统恢复时间较长, 而且带来通信业务中断。

热备份是指网控中心设备之间建立有自动化信息交互的接口, 各网控中心设备之间一直保持着数据的实时同步。网控中心间通过握手信令等手段实时检测工作状态, 并根据检测到的状态及预定策略自动进行角色切换。其特点是软件复杂度及开发成本高, 数据同步及切换控制策略复杂, 但实时的数据同步保持了主备网控中心之间的数据一致性, 从而使主备切换时不影响现有卫星通信系统的状态, 特别是不会中断正在进行的通信业务, 提高了系统可用度。

弱热备份策略介于上述2种之间, 在有些系统中被称为温备[5,6], 即主备网控中心之间具备自动化信息交互的接口, 但该接口传递的数据只包括握手信息和各种与数据库存储相关的配置信息, 而不包含入退网、资源分配回收等实时的运行变化过程信息, 在主用网控中心出现异常时, 备用网控中心能自动检测并加载运行, 接替主用网控中心的工作, 但由于未记录通信系统的实时状态信息, 因此会导致地球站重新入网和通信过程的中断。

2 管理系统架构

该卫星通信系统主要由一个中央站和若干远端地球站组成。中央站配置大量的业务信道设备、2台网控中心计算机以及由网控中心控制的多路网络管理信道;远端站除配置少量业务信道设备外还配置了网控代理软件[7]和一路网管信道设备[8], 网控中心通过网络管理信道与远端站的网控代理构成一个星形网络管理系统[9,10], 网络管理系统组成如图1所示。

网控中心之间通过以太网连接, 网控中心软件主要由5部分组成, 主备网控中心软件组成相同。网控中心内及相互间的软件组成关系如图2所示。

链路控制层:主要负责网控中心主机与各网管信道设备之间的信息交互、网管信道状态检测、信令的可靠传输控制等功能。

资源控制层:主要负责对网控中心可调度的各种资源信息 (地球站、信道设备、频率、速率、功率等) 按各种应用策略进行计算分析处理, 主要包括地球站的入退网认证、信道设备的可用性 (根据状态监测可分析出信道设备的可用性) 控制、电话及数据业务对资源占用的调度和回收等。

事物控制层:主要负责网控中心内各软件单元间共享资源的调度、配置和存储, 协调网控中心内各软件单元之间的数据同步。

主备角色控制层:主要负责网控中心状态的监测、数据的同步转发和控制, 并负责控制所属主机内其他软件单元的角色切换。

操作终端层:提供网控中心软件与网控中心维护人员之间进行信息交互的操作界面, 用于各种参数的配置、网络运行过程及状态的展示等。

3 网控中心热备份设计

在卫星通信系统运行过程中, 主用网控中心负责对整个系统进行管理控制, 包括网络和地球站参数的配置、地球站的入退网控制、卫星信道资源配置和分配、网管信道的切换、链路性能的监视和调整、网络运行状态的监视以及故障管理等功能。

备用网控中心处于静默值守状态, 保持与主用网控中心间的数据同步, 并实时监视主用网控中心的运行状态。在检测到主用网控中心运行异常时, 能够根据预定策略升级为主用角色, 接管网络管理和控制功能, 从而最大可能地保证卫星通信系统的业务不间断运行。

备用网控中心同主用网控中心一样, 可实时接收来自各外围地球站通过网管信道向网控中心发送的信令, 但备用网控中心在链路控制层收到这些信令后, 并不向上转发到资源调度或者事物调度层进行处理, 而只是将其作为收支路状态检测的参考。

网控中心计算机之间通过IP网络连接在一起, 为了灵活地增加或者剔除某网控中心主机及确保网络规划的变化不影响网控中心的运行, 在网控中心之间采用组播协议进行信息交互。

主备网控中心的实现有2个重要的环节:一个是网控中心间的数据同步;另一个是主备切换策略[11]。

3.1 数据同步

数据同步是指备用网控中心从主用网控中心获取当前网络的运行及配置信息, 以保持各网控中心记录的一致性, 根据数据类型来分主要包括以下3个方面:

(1) 配置数据的同步

配置数据主要存储在数据库中, 主要包括网络参数、电话号码、设备参数、用户信息等保证网络运行的各种预定义参数。这类信息对网络运行有着至关重要的影响, 必须保证主备网控中心间的一致, 且实时性要求较高。该类型数据的同步方式有3种:①网控中心首次启动并在确认自己为备用时, 主动向主用网控中心发送申请, 获取这些信息;②操作员通过备用网控中心操作界面手动发起同步请求, 获取信息;③操作员通过主用网控中心操作界面发起的网络参数配置变更命令后, 主用网控中心主动向各备用网控中心发送同步更新命令。

(2) 状态数据的同步

状态数据主要是指卫星通信系统运行过程中发生的各种实时过程状态数据, 主要包括地球站入退网过程、资源占用申请及释放过程[11,12]以及通信系统运行过程中主用网控中心分析生成的各种异常信息等。这类数据变化往往较配置数据快, 实时性和一致性要求较高, 主用网控中心在状态数据变化时, 需要及时向备用网控中心同步信息, 如图3所示。

(3) 日志数据的同步

日志数据主要指网络运行时产生的各种事件记录, 包括:终端在线记录、终端话音通信记录、操作员操作记录等。这类信息相对次要, 也不需要实时性, 可以定时进行数据同步。

3.2 主备切换策略

主备切换策略涉及网控中心初始角色确认和运行中主备角色切换两个过程。这两个过程都可以由操作员进行人工配置完成, 主备角色由人工决定。本设计提供一种基于故障检测和自动协商的主备角色切换策略。

在网控中心启动运行初期, 各个网控中心通过一定策略, 自动协商获知自己的角色和启动顺序, 本设计中以网控中心所在计算机配置的IP地址 (在同一个网段的IP网络中, 每台计算机或其他网络终端的IP地址是唯一的) 作为角色协商的参考值, IP地址越小则优先级越高, IP地址越大则优先级越低。网控中心初始启动后, 首先以组播的方式向网络上发送心跳信令, 该信令中携带着本机的当前角色 (在协商过程完成前都为:备用) 、本机的IP地址等, 各网控中心在接收到该信令后, 存储到当前网控中心的有序列表中, 经过一定时间协商后, 进行角色确定, 优先级最高的切换为主用状态, 其他维持备用状态。

在卫星通信系统运行过程中, 当主用网控中心出现故障时, 备用网控中心可根据一定策略切换为主用网控中心, 这一过程的核心是主备切换准则。对于一个热备份网络控制系统, 切换判据必须准确可信, 因此不能采用单一条件作为判断准则, 而应定义两个以上的切换条件。在本设计中, 以主备网控中心间心跳状态、网控中心传输通道状态两个方面来定义主备切换的判断条件。备用网控中心将接收不到主用网控中心的握手信令作为主备切换的必要条件, 但传输通道状态正常是该准则可执行的充分条件。两个条件的判断流程如图4所示。

(1) 心跳检测策略

备用网控中心 (标识为B) 在启动后开启心跳检测定时器Thb, 在本机网络正常时, 如果在超时时间内接收到心跳信息或者其他来自主用网控中心 (标识为A) 计算机的信令信息, 则将超时计数器heartbeat_count清零;如果在超时时间内没有收到任何信令信息, 则将该计数器加1;若超时计数大于预先配置的阈值, 则认为心跳中断。

(2) 传输通道检测策略

所有在线的网控中心都实时检测所在计算机的网络连接状态, 判断本机的网络是否正常。备用网控中心在检测到所在计算机网络异常时, 仍保持自己为备用状态;主用网控中心在检测到所在计算机网络异常时, 自动将自己转换为备用状态, 并通知其他各软件服务单元转入静默值守状态。

备用网控中心不需检测与主用网控中心之间的IP网络是否正常, 因为IP网络的中断一定会带来心跳的中断, 完全可以与主用网控软件异常带来的结果归为一类, 不用单独检测。

4 结束语

网控中心承担着卫星通信系统运行、维护工作, 是保证各信道设备、通信链路以及系统有效运行的重要组成部分。介绍了一种网控中心热备份的方法, 给出了网控中心之间数据同步设计和主备切换的准则以及流程。

网控中心之间通过数据同步、自动检测及协商等机制实现了主备角色的快速切换。网控中心的主备切换不影响网络当前运行状态和通信过程, 实现了网控中心各种管理功能的连续性, 保证了卫星通信系统的不间断运行。可有效解决卫星通信网络管理控制的可靠性需求。

参考文献

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主备系统篇5

一、倒换技术

主备倒换包括两方面技术:心跳检测和资源倒换。

1、心跳检测

在正常情况下, 主播控工作站处于主控工作状态, 另一台备播出工作站作为从机, 处于备机状态。备机时刻监视主机的运行情况, 当主机出现异常, 不能正常运行时, 备机则主动接管 (take over) 主机的作业, 并触发422倒换器, 进行相关设备控制权的倒换, 继续执行主机的工作, 即对指定频道节目单的播放与控制。一旦主机恢复正常工作, 则此时需要主机手动接管, 同时通知备机释放设备控制权。主机恢复后, 自动接管原来的作业, 继续作为主控状态, 备机则继续时刻监视主机的运行情况。

心跳检测方式目前支持三种方式:

(1) 串口心跳线;

(2) 网络心跳;

(3) 串口+网络方式;

在简单使用环境下, 仅配置网络心跳, 心跳检测间隔设置为3秒, 心跳丢失超时判定为10秒, 基本可以满足要求。

当网络环境复杂, 或者网络干扰因素较多, 造成网络延时、抖动等指标不稳定时, 建议采用串口心跳。该方式的优点就是不受以太网网络的影响, 独立工作。串口方式的不足之处是, 串口线松动后, 不易察觉, 造成主备机误倒换。

串口+网络方式方式是综合了上述两种方式的优点, 采用并联方式, 稳定性更高。

2、资源倒换

资源倒换, 即播出设备的控制权倒换, 它依据心跳检测信息, 执行具体的倒换动作, 如下图所示, 分3个步骤。

(1) 正常情况下, 主机为主控状态, 掌握着所有设备的控制权, 此时422倒换器的控制连线连接到主机;

(2) 一旦主机出现故障, 此时心跳实时检测, 达到切换门限后, 备机触发倒换。

(3) 备机接管所有设备的控制权, 备机处于主控状态, 此时422倒换器的控制连线连接到备机;

二、主备倒换技术在吉林电视台播控系统的应用

我们再来谈谈吉林电视台播控系统所属设备主机与备机的关系, 有两种, 一种是分离主备, 我们于2003年建成的六个频道播控系统就是这种, 即主播出工作站控制主视频服务器及周边设备, 控制分控矩阵负责切换, 构成主播出通道, 备播出工作站控制备视频服务器及周边设备, 控制16×2切换器负责切换, 构成备播出通道, 主、备播出通道相对独立, 主播出通道任何一个设备出现问题, 通过2×1倒换器切换到备播出通道;另一种是完全主备, 刚投入使用的法制频道播控系统就是这种, 即各主用设备与备用设备完全相同、互相备份, 由处于主控状态的播出工作站控制工作, 也就是说, 主或备播出工作站都可以控制主或备视频服务器及周边设备, 由工作站的状态决定, 谁处于主控状态谁控制。

不管哪种方式, 主备之间的倒换原理大致相同, 主备机之间的检测是通过网络心跳或者串口心跳信号来进行的, 采用主备相互监测与控制的方式;正常工作时, 主机与备机均发出各自的“心跳”信号, 并同时监视对方的“心跳”信号, 如果双方都可以正常接收到对方的心跳信号, 则正明主备工作站都工作正常。当备机发现在某段时间内主机的心跳没有了, 就会认为主控工作站工作状态异常, 便会自动接管控制权变为主控机, 接管对方的工作, 保证系统正常运行。

原理虽然大致相同, 但实现方法略有不同, 我们于2003年建成的六个频道播控系统, 正常工作情况下主播出工作站为主控, 负责对共享设备进行控制, 利用主、备播出工作站的串口相互连接成心跳线, 定期发送“心跳”信号, 并同时监视对方的“心跳”信号;在备播出工作站上安装了7250卡, 连接在422倒换器上, 并通过这个设备实现设备控制权的接管。当备播出工作站接收不到心跳信号, 检测到主播出工作站有故障的时候, 备播出工作站播控软件会自动接管控制权成为主控工作站, 会通过7250卡给422倒换器发控制指令, 控制422倒换器切换到备路, 自动接管所有共享播出设备控制权;在必要情况下, 直接点击软件界面“接管”按钮, 也可手动进行控制权切换。

对于新投入使用的法制频道机房, 数据库、视频服务器、播出工作站等主要播出设备都分别有一模一样的备份设备, 由千兆以太网线连接在网络交换机上。主、备播出工作站之间的自动倒换与目前使用的播控系统大体相同, 只是通过网线相互发送“心跳”信号。主、备视频服务器分别连有两根网线, 一根作为数据传输, 另一根作为“心跳”线, 连在网络交换机上, 实时发送“心跳”信号, 并同时监视对方的“心跳”信号, 任何一方出故障, 另一方检测不到“心跳”信号, 便会自动接管对方的工作, 保证系统正常工作。主备数据库服务器也各有两根网线, 一根作为数据传输, 另一根作为“心跳”线, 直接连在一起;采用legato2000软件, 将主备数据库服务器的数据实时的同步, 在同一时刻, 有一台数据库服务器处于在线的状态, 另外一台数据库服务器处于离线状态。各个工作站访问在线的数据库服务器, 当在线的数据库服务器出现问题的时候, 可以由另外一台数据库服务器接管, 此过程需要30秒-60秒, 当备份的数据库服务器接管后, 各个工作站重新连接数据库服务器, 即可实现对数据库服务器的访问。

主备系统篇6

国家电网公司电视电话会议系统[1]主要用于召开大规模、高规格电视电话会议, 通过实时传送各级单位会议画面、声音以及会议资料的形式为公司各级异地交流互动带来便利。

目前, 国家电网公司电视电话会议系统已在公司行政管理、决策部署、工作推进、培训座谈、抗灾救援、应急指挥等应用场景中发挥了重要作用。随着国家电网公司“三集五大”体系建设深入推进, 公司集团化运作程度不断加强, 各层级间联系更加紧密, 公司对跨层级、多层级的多组会议召开需求也大幅提高。面对电视电话会议系统音视频质量要求不断提高以及会议时长和频次不断增加的情况, 保障电视电话会议系统的稳定性、安全性和可靠性变得尤为重要。

国家电网公司电视电话会议具有“两大一高”[1] (大系统、大场面、高规格) 的显著特点, 在功能性和可靠性方面需求[2]如下。

1) 实现较高的音视频质量和丰富的会议功能。国家电网行政电视电话会议会场较大, 为保证每个参与人员都能够正常地收听收看视频会议图像与声音, 各会场的音视频信号都要达到一定的要求。此外, 行政电视电话会议对多点控制单元 (Multipoint Control Unit, MCU) 的功能需求较多, 包括会议群呼、主席控制以及分会场图像的轮巡、预监和分屏显示等, 以达到优质的会议效果。

2) 保证视频会议的可靠性。行政电视电话会议由于规格较高, 会议的完整性在这里体现得尤为重要, 这就要求系统具有较高的可靠性。为此, 在设计行政电视电话会议系统时, 除选用质量较好、性能较高的设备来保证会议系统可靠性外, 更应考虑系统的冗余和备份。一旦主用系统出现故障, 确保备用系统可迅速切换, 不影响会议正常召开。

1 系统主备模式设计

行政电视电话会议系统由“一主两备”3套系统组成, 具体包括2套会议电视系统和1套电话会议系统, 2套会议电视系统形成一主一备, 电话会议系统作为行政电视电话会议的第二音频备用[3]。

1.1 会议电视系统

行政会议电视系统采用2套独立系统并行方式, 一套为专线方式[4], 即在总部、分部分别设置MCU, 通过E1或MSTP传输通道实现两级级联方式;另一套为网络方式, 即在总部设置一级MCU, 分部、省公司终端通过国家电网综合数据网专用VPN直接接入总部MCU。国家电网公司行政会议电视系统组网方式如图1所示。

在召开电视电话会议期间, 2套系统同时运行, 如一套系统的任何一个环节出现功能异常, 可快速切换到另一套系统, 进而缩减故障处理时间, 保证会议正常召开。

此外, 为提高主会场技术保障可靠性, 以及满足会议视频监控需求, 主会场侧2套系统终端配置均为主备用方式。4台会议终端视频输出均接入特效机, 一旦主用终端出现问题, 可快速切换至备用终端。

1.2 电话会议系统

由于电话会议系统可靠性较高, 所以很多单位都将电话会议系统作为会议电视系统的音频备用, 即在电话汇接机配置一组交互式电话会议。交互式电话会议主要存在以下问题。

1) 如果与会不发言单位未采取静音措施, 有可能将会场声音上传至电话会议里, 进而干扰电话会议。

2) 由于交互式电话会议是双向的, 在调音台设置不当的情况下, 会议电视的声音会通过电话系统回传, 出现回声甚至啸叫现象。

为避免电视电话会议出现上述问题, 国家电网公司电话会议系统采用的是2组电话会议方式, 把电话会议主会场下传音频信号与分会场向主会场上传音频信号分开。一组为广播式, 所有分会场均为听众, 主会场专线方式接入汇接机;另一组为交互式, 只允许发言分会场拨入。广播式电话会议用于分会场收听音频第二备用方式, 交互式电话会议用于发言分会场上传音频第二备用方式。

国家电网公司行政电视电话会议系统“一主两备”模式示意如图2所示。

2 会场音视频系统关联设计

以主会场和一个分会场为例, 描述“一主两备”3套系统的会场音视频系统关联设计 (文中不涉及除调音台、视频矩阵、特效机以外的外围设备) 。

2.1 会场音频系统关联设计

依据行政电视电话会议系统“一主两备”模式, 在主会场可通过调音台对3套系统的音频信号进行切换, 会场音频关联模式示意如图3所示。

其中, 会议终端和电话会议终端输出的远端分会场音频信号分别与调音台各路的Line口相连;主会场本地音频信号分别通过调音台的辅助输出Aux与会议终端和电话会议终端音频输入端口相连。因调音台的辅助输出Aux路数有限, 需通过一台音频分配器将调音台的Aux口扩容。

电话会议方面, 因为电话汇接机在总部主会场, 所以主会场调音台通过“四线”方式与电话汇接机直接相连。主会场电话会议连接方式如图4所示。

在分会场, 可使用电话会议终端VTX1000[5], 通过公网拨入主会场电话汇接机, 同时VTX1000与调音台互连, 分会场电话会议连接方式如图5所示。

2.2 会场视频系统关联设计

依据电视电话会议系统主备用模式, 在主会场可通过特效机和视频矩阵对2套会议电视系统的视频信号进行切换, 形成视频系统主备模式, 会场视频系统关联模式如图6所示。

其中, 会议终端输出的远端分会场视频信号分别与特效机的各路输入口相连;主会场本地视频信号通过视频矩阵的输出口与会议终端视频输入端口相连。

3 系统主备模式切换

基于电视电话会议系统主备用模式, 正常情况下系统运行方式为:主会场通过“一主两备”3套系统同时向分会场输送3路音频信号和2路视频信号, 分会场也可同时向主会场输送3路音频信号和2路视频信号。鉴于主、分会场的音视频传输方式相同、切换方式相同, 以下将以主会场为例, 阐述音频系统和视频系统切换方式。

3.1 音频系统主备切换

正常情况下, 主会场在调音台选用主用会议电视系统输送的远端分会场音频信号, 其他2路远端分会场音频信号静音。

如主用会议电视系统任意环节出现故障, 导致此系统输送音频信号不可用, 则在调音台可选用备用会议电视系统输送的远端分会场音频信号, 其他2路远端分会场音频信号设置为静音。

如2套会议电视系统均出现故障, 导致2路音频信号均不可用, 则在调音台选用电话会议系统输送的远端分会场音频信号, 其他2路远端分会场音频信号静音。

专线平台会议系统、网络平台会议系统、电话会议系统3路音源通过调音台形成互备, 确保会议音频信号的高可靠性, 同时调音台的操作应用确保3套系统之间的切换过程方便快捷。

3.2 视频系统主备切换

正常情况下, 主会场用特效机选用主用会议电视系统输送的远端分会场视频信号, 同时将备用会议电视系统输送的远端分会场视频信号设在预置位。

如主用会议电视系统任意环节出现故障, 导致此系统输送视频信号不可用, 则用特效机切换至预置位的备用视频信号。

专线平台会议系统、网络平台会议系统2路视频源通过特效机形成互备, 确保会议视频信号的高可靠性, 同时特效机的操作应用确保2套系统之间的切换过程方便快捷。

4 应用对比

在应用过程中, 本方案与传统单平台单系统方案相比具有诸多优势。若会议进行过程中主会场突发故障, 导致远端视频图像突然黑屏, 远端音频信号中断, 传统单平台单系统需第一时间检查会议系统状态, 排查并确定故障点位置。若MCU应用系统宕机, 则需采取重启操作, 并重新执行召集会议、广播主会场画面、轮训分会场等一系列操作。整个操作过程从系统重启到会场音视频恢复至少需要5 min, 必然导致会议中断。若传输通道故障, 则需要联系相关支撑系统运维人员, 涉及一系列排查、抢修、更换等操作, 会议恢复时间不可保证。

相同情况下, 对于本方案设计的电视电话会议系统而言, 只需保障人员第一时间切换至备用系统即可, 操作时间不大于5 s。出现故障后, 不需要现场判断故障点, 就可快速实现音视频传输的恢复。

5 结语

文章介绍了高可靠性的国家电网公司行政电视电话会议系统设计方案, 以及系统故障发生时的切换策略。该系统已在国家电网公司行政电视电话会议中得到良好的应用, 使得系统应对突发事件、防范安全隐患的能力显著提高。

不论是主用会议系统还是主用传输通道出现故障, 均可采用相同操作, 实现会议音视频的快速切换。当2套会议系统均出现故障时, 仍可在调音台切换到电话会议的音频输出, 使用音频方式参会, 最大限度保证会议的正常召开。

摘要：电视电话会议可实现异地会场之间“零距离”沟通和交流, 目前已成为国家电网公司开展行政宣贯、调度指挥的有效方式, 但是电视电话会议系统容易受传输通道不稳定、设备单点故障的影响造成中断, 影响会议正常召开, 文章提出一种高可靠性的电视电话会议系统主备设计模式。介绍了电视电话会议系统主备模式的设计方案, 并且通过案例介绍了故障应急切换方式, 结果证明采用这种模式, 可在确保电视电话会议功能需求的基础上, 不断加强系统的安全性和可靠性。

关键词：电视电话会议,主备切换,高可靠性

参考文献

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主备双冗余网络交换机研究篇7

关键词：信息技术,云计算,主备双冗余,网络交换机

1 引言

我国对于云计算的定义:网格计算、并行计算与分布式计算的发展,换言之,云计算就是上述这些概念商业化的实现。而云计算的特点则包括服务性,即对用户而言,实现服务的机制是透明的,用户并不需要对云计算进行具体了解就能够获得服务;可靠性,云计算利用计算机集群提供数据的处理服务给用户,考虑到计算机数量的加大,系统错误率也相应增加,此时数据的可靠性依靠的是分布式存储与数据冗余;高可用性,云计算系统能够对失效节点进行自动检测,同时将其排除,对系统运行不构成影响;编程模型层次高,通过简单的学习,用户就能够编写出云计算程序,使自身需求得到满足;经济性,组建起一个满足云计算需求的商业计算机集群,所需要的花费要大大少于同级性能的超级计算机;服务多样性,通过用户支付费用的不同,为用户提供的服务级别也相应不同。

2 系统硬件结构设计

两块相同性能与功能指标的单板组成了本设备,其中控制面的工作方式为主备方式,而交换面的工作方式则为负荷分担方式,两块单板分别经各自背板的管理通道使主备间配置同步、业务平滑、数据备份得以实现。

各单板的组成则包括了交换模块、时钟模块与主控模块,如图1所示。

(1)主控模块

本系统中的主控模块主处理器为飞思卡尔的MPC83XX系列的Power PC,以e300c4s内核为基础,主频为667MHz,其最高处理能力达2310MIPS;其处理器的内存空间则包括了32K字节L1指令Catche与32K字节L1数据Cache,对多种内存寻址的管理模式予以支持;DDR控制器集成于片上,对ECC校验支持,最高支持内存512M;处理器的接口速度大于133MHz,对32位增强Local Bus予以支持;片内提供增强型两路三速以太网控制器,利用软件配置即可在SGMII/RTBI/RMII/MII/RGMII工作,MII接口的实现需要通过外部PHY。另外,还集成了PCIExpress控制器两路,其作用是对PCIe-X1.0总线标准进行支持。外围I/O接口与处理器的实现则经由PCIe与Localbus接口。

作为系统控制核心,主控模块的CPU管理与配置交换网则经由PCIe接口实现,配置数据向交换网模块传输的物理通道则是三速的以太网接口,通过软件配置为SGMII,使故障诊断与系统维护得以同时实现。I2C接口则负责配置电压监控器件与分立锁相环的实现。增强型32位Local Bus通过控制逻辑CPLD转换为MPI,作为控制器JTAG、时钟逻辑FPGA、FLASH的接口,使数据通讯与控制外设得以实现。除了MPI接口的转换要由控制逻辑CPLD实现以外,控制工作指示灯、看门狗屏蔽与提前通知、从串加载接口FPGA、主备倒换逻辑等功能也由其实现。

(2)交换模块

Broad Com芯片实现了本设计中的单板交换模块。其PHY芯片与以太网交换芯片对软件API全面兼容,完备封装SDK,对IPV4/IPV6协议完全支持,可直面API进行软件开发。交换网片则包括了流分类模块、安全模块、L3转发模块、L2转发模块、MMU模块、输入输出修改/匹配模块、CPU接口模块、GE/XE接口模块等。其中PHY芯片主要负责数据还原、数码编码、线路时钟提取、线路状态指示、数据传送等,其接口与IEEE802.3标准相符。

本设计中的交换模块主要负责系统业务交换,CPU则经由PCIe接口实现配置管理交换网。交换网片为BCM56330与BCM56820,BCM54980与BCM8727则为PHY交换网模块提供实现。22个XAUI端口、24个GE自适应网口由交换网负责向外送出,通过XAUI端口2个将BCM56330与BCM56820捆绑为一个交换网芯片,XAUI端口的分配则由单板背板管理通道实现,通信由CPU与1GE端口完成。

(3)时钟模块

主要由时钟逻辑FPGA、分立锁相环组成了时钟模块,其作用为系统时钟同步、时钟发送、时间信息跟踪与时钟锁相。时钟模块能够接收对板与面板的时钟源作为本板时钟的参考源,同时以时钟逻辑频偏配置与检测为依据实现时钟的选源,时钟信号完成选源后,再经锁相环,向单板其他模块输出以作线路时钟与工作时钟之用,并向备用单板输送以作帧同步信号。另外,时钟模块还需要对时钟源的有无进行实时检测,如丢失时钟源,单板则需要具备短期时钟保持功能,确保设备板时钟的连续与平滑,当时钟源丢失大于所设置的阀值时,系统将会完成倒换主备单板操作。

从时钟逻辑实现的主要功能上进行分析,其主要功能的实现主要包括几个方面。

1)地址线检测。利用寄存器实现,寄存器的主要作用是使CPU访问寄存器的地址得以保持,从而提供CPU检测地址的途径。

2)时钟保持功能。丢失时钟参考源时,单板仍可使时钟短期的输出稳定得以继续保持。

3)时钟分发功能。在经锁相后向单板其他模块输出,以作线路时钟与工作时钟之用,同时向备用单板输送,以作帧同步信号之用。

4)时钟鉴相功能。使分立锁相环鉴相的部分功能得以实现。

5)跟踪输出帧同步相位。备用单板对主用单板所输出的帧同步信号进行跟踪,以确保主备倒换的时候相位平滑性。

6)时钟检测功能。对参考时钟源进行实时检测,如丢失时钟源,则发出警告。

3 软件需求与实现主备倒换功能

(1)软件需求

本设计的软件操作系统为风河公司VxWorks系统,具备可裁剪、微内核的实时、高性能操作系统,其主要优点在于VxWorks为嵌入式。除了包括BSP、基本芯片驱动以及操作系统之外。该软件操作系统的功能需求还包括几个方面。

1)通信处理功能。调试网口、调试串口、交换网接口支持。

2)主备倒换功能。强制单板降备,单板升主使能控制。

3)更新Truking组。当链路故障被检测到时,会将故障链路剔除出Truking组。

4)链路检测。检测报文由软件负责定时发送,并对链路畅通性进行周期性检测。

5)配置同步功能。从逻辑上将主备单板捆绑为一块单板,确保交换网配置更改的统一性与同步性。

6)Port Turking。对必要的Port Turking予以实现,并对其更新予以支持。

7)配置交换网。对交换网的广播、多播、单播表项进行配置,从而使系统交换得以完成。

8)跟踪帧同步信号的相位。在时钟逻辑的配合下,使备用单板对主用单板的帧同步信号跟踪得以实现。

9)检测时钟源。实现时钟丢失与频偏检测的功能,负责时钟切换与时钟选源。

10)管理时钟源。经由时钟逻辑寄存器对时钟源选择、告警与切换进行配置。

(2)实现主备倒换功能

主控模块负责智能故障诊断、系统维护与配置管理交换网,两块单板间配置同步、业务平滑、数据备份则由带外2*10Ge管理通道完成,从逻辑上将两块单板交换网捆绑为一片交换网;链路检测报文则软件定时发送,并对链路进行周期性检测。将Trunking组中故障的10G链路、GE及时剔除,确保交换网间的Trunking状态保持一致性,对10G链路、GE故障状态进行实时通知,当错误报文满足倒换要求时,主控模块就会由CPLD逻辑对主用单板的复位进行控制,使备用单板升主得以实现。

4 执行标准与工作环境

(1)长期工作湿度5至85%,温度5至45摄氏度。

(2)标准SFP+接口、10GE光/电接口。

(3)总线标准PCIExpress X1.0。

(4)XAUI:CML电平,IEEE802.3ae标准。

(5)GESerdes:CML电平,IEEE802.31000Base-X标准。

5 结束语

综上所述,在云计算中,网络计算、数据存储传输对于网络连接的可靠性有着极高的要求。而本设计中的主备双冗余网络交换机则能够将高速连接、网络可靠、稳定的问题进行解决。

参考文献

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