CN101119187A - 一种主从设备切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冗余***中主从设备切换控制方法，至少包括有一主服务器对象，一客户对象，一备用服务器对象，一连接在主服务器对象与客户对象间的主工作信道及一连接在备用服务器对象与客户对象间的备用工作信道；主服务器对象通过可监听通讯连接方式与备用服务器对象连接；其特征在于：当主备服务器通信正常，主服务器对象根据主工作信道运行状态故障信号主动发送切换控制命令启动主从切换，当主备服务器对象通信故障，备用工作信道根据监听的主工作信道运行状态故障信号启动主从切换；与现有技术相比，本发明在判断是否主从设备切换时，既考虑主服务器对象的运行状态还考虑主工作信道运行状态，同时提供了判断主服务器对象自身运行状态和主工作信道运行状态的方法，本发明相较现有技术，是一种更安全，更完善的冗余切换控制机制。

Description

一种主从设备切换控制方法

技术领域

本发明涉及一种设备之间工作的切换控制方法，特别是涉及一种冗余***中主从设备切换控制方法。

背景技术

在工业自动化领域，为了改进***的可靠性，一般会对***的连续运作起关键作用的功能部件进行冗余配置，其冗余配置的备用部件会与主运作部件采用相同的配置，以降低风险，增加***的可靠性。冗余配置的作用是当主运作部件出现故障或需要更换主运作部件或需要对主运作部件的内部运作***做更新升级之前，通过采用备用部件接管内部信息，并且将备用***作为新的运作***运作，使得该***无中断的继续运行。

通常，在构建冗余***时，需要对冗余切换进行控制，这样，处于工作状态的主设备意外发生故障时，通过冗余切换控制方法，启动备用设备运作，以保证控制任务的连续性。

目前，已知的冗余切换控制方法中，一般都会在主从设备之间建立实时通信机制，主设备定时反复发送自身的运行状态给备用设备，当备用设备检测到主设备出现故障而自身工作正常时，即进行主从设备切换，而上述自身运行状态信息仅包含了主设备的硬件工作信息及主设备的***运行信息。例如公开号为CN1815908A的中国发明专利“通信设备主从切换方法及通信设备”中就提到这样一种通信设备主从切换方法，其包括以下步骤：a、作为主设备的第一设备通过CPU看门狗监测工作状态；作为从设备的第二设备通过CPU看门狗监测工作状态；主设备和从设备输出自身主从标志信号到对方；b、第一设备和第二设备根据对方主从状态决定自身工作状态。上述通信设备主从切换方法仅提到主从设备检测自身标志信号从而决定自身工作状态，即是否需要进行主从切换，而对于主从设备与外接客户设备之间的是否正常通讯是不作考虑的，并且对于自身标志信号在所述公开号为CN1815908A的专利后文中仅提到为主或从设备工作异常或接收到切换指令，至于如何判断主或从设备工作异常在全文中都没有述及。

再如公开号为CN1275000A的中国发明专利“用于冗余切换控制的设备和方法”中也提到了一种具有运作***和备用***的冗余结构的冗余切换控制方法，该方法包括：两个控制装置，一个作为控制受控装置的运作***运作，所述两个控制装置通过信号线连接到对方装置，该信号线传送指示自己的控制装置的正常/异常状态、安装/未安装状态、切换使能/禁止状态或运作/不运作状态中的一种状态信号，通过这一信号线的另一控制装置的所述信号，识别彼此的状态，来执行运作***和备用***之间的切换。上述冗余切换控制方法方法中，决定是否需要执行切换操作的主要依据还是判断两个控制装置的状态信号，这些状态信号仅只是表示自身的运作状况，而对于控制装置和受控装置之间是否正常通讯也是不作考虑的，更没有研究和提及如何判断和识别控制装置和受控装置之间的通讯是否正常，而对于冗余***主从设备切换控制方法中控制装置和受控装置之间是否正常通讯是考虑是否需要切换的最终因素，也是最重要因素；同时，上述状态信号是通过连接在两个控制装置之间的信号线传送的，如果信号线出现故障的话，两个控制装置之间的状态信号传递就会出现问题，这样就会出现两种结果：第一就是备用控制装置接收不到主控制装置的状态信号后不做响应，第二，备用控制装置接收不到主控制装置的状态信号后自动启动切换，这样就很容易造成误切换。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种主从设备切换时不仅考虑主从设备自身运行状态是否正常及主从设备与外接的客户设备之间是否正常通讯，还考虑主从设备之间连接的信号线出现故障时能有效避免误切换的主从设备切换控制方法。

本发明进一步要解决的技术问题是，在上述主从设备切换控制方法过程中，提供一种如何检测主从设备自身运行状态的方法及如何判断和识别主从设备与外接的客户设备之间是否正常通讯的方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该主从设备切换控制方法，至少包括有一正在运行的主服务器对象，一客户对象，一与主服务器对象具有相同配置的备用服务器对象，一连接在主服务器对象与客户对象间的主工作信道及一连接在备用服务器对象与客户对象间的备用工作信道；主服务器对象通过可监听通讯连接方式与备用服务器对象连接；其特征在于：所述的主从设备切换控制方法包含以下步骤：

步骤一：在备用服务器对象与主服务器对象之间建立实时通信机制，主服务器对象会按照定义好的时间间隔反复发送主运行状态给备用服务器对象；

步骤二：当备用服务器对象与主服务器对象之间通信正常，主服务器对象定时检测主运行状态，当主运行状态出现故障、备用服务器对象正常，则主服务器对象主动发送切换控制命令给备用服务器对象，备用服务器对象启动运行备用工作信道，客户对象通过备用工作信道与备用服务器对象通信；当主运行状态正常，客户对象继续通过主工作信道与主服务器对象通信；

步骤三：当备用服务器对象与主服务器对象之间通信出现故障；备用服务器对象通过备用工作信道监听主工作信道状态，当主工作信道状态出现故障、主服务器对象与客户对象间的通信中断而备用服务器对象正常，则备用服务器根据接收到的主工作信道状态中的故障信号启动运行备用工作信道，客户对象通过备用工作信道与备用服务器对象通信；当主工作信道状态正常，客户对象继续通过主工作信道与主服务器对象通信。

上述主运行状态包括主服务器对象的运行状态和主工作信道的运行状态。即当主备服务器对象之间正常通信时，只要主服务器对象的运行状态和主工作信道运行状态中任何一个状态出现故障而备用服务器对象正常，则***进行主从设备切换；而当主备服务器对象之间的通信出现故障，备用工作信道监听主工作信道状态，只有当主工作信道状态出现故障以后，才启动主从切换，而不是因为备用服务器对象接收不到主运行状态信息，就判断主服务器对象故障从而启动进行主从切换，这样能有效避免将正常运行的主服务器对象切换成备用服务器对象的误切换。

上述可监听通讯连接方式为网络通讯或串行通讯方式。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：主/从服务器对象运行状态的检测方法包含以下步骤：

步骤(一)：主服务器对象定时检测与之连接的外部设备是否脱机，如果在定时间隔里检测到所有的外部设备都脱机，则表示主服务器对象故障；

步骤(二)：主服务器对象与外部设备连接正常，备用服务器对象定时检测主服务器对象的通信量，如果在定时间隔里未检测到主服务器对象的通信量，则表示主服务器对象故障。

主/从服务器对象与外接的客户对象之间工作信道状态检测的方法包含以下步骤：

步骤(一)：为每个客户对象及服务器对象设置四个参数：

帧差错率：接收到的无效字节数占接收到的总字节数的百分比；

通信差错极值：帧差错率的最大极限值；

数据流率：每秒接收的字节数乘8的数目；

通信统计时间间隔；

步骤(二)：在一个通信统计时间间隔里：

当数据流率为0时，则表示工作信道状态出现故障；

当数据流率不为0时，如果帧差错率小于通信差错极值，表示工作信道状态良好；如果帧差错率大于通信差错极值，则表示工作信道状态出现故障。

为了保证冗余机制的完善，作为进一步改进，本发明所述的主服务器对象至少具有二个工作信道端口，当主服务器对象与客户对象间的主工作信道出现故障，主服务器对象将所有外接设备的主工作信道端口切换到另一工作信道端口，主服务器对象的其他备用工作信道端口接收轮流测试。同样，所述的备用服务器对象也具有至少二个工作信道端口，当备用服务器对象与客户对象间的备用工作信道出现故障，备用服务器对象将所有外接设备的备用工作信道端口切换到另一工作信道端口，备用服务器对象的备用工作信道端口接收轮流测试。当然，客户对象也可以具有多个工作信道端口，当客户对象与主服务器对象间的主工作信道出现故障，客户对象将主工作信道端口切换到备用工作信道端口。

上述信道端口切换方法包含以下步骤：

步骤1：为每个工作信道设定一个安全访问定时器；

步骤2：判断工作信道安全访问定时器是否超时，如没有超时，计算工作信道状态；如已经超时，延迟一端时间后，继续判断工作信道安全访问定时器是否超时；

步骤3：如果当前工作信道状态出现故障，判断另一个工作信道端口上次工作是否正确关闭，如果另一个工作信道端口上次工作是正确关闭，则激活另一个工作信道端口；

步骤4：如果另一个工作信道端口上次工作是非正常关闭，则重复步骤1、步骤2、步骤3。

步骤5：如果所有工作信道端口均非正常关闭，则表示工作信道状态出现故障。

与现有技术相比，本发明的优点在于：第一，冗余***中是否需要主从设备切换的判断依据是不管主备服务器对象之间的通信是否正常，只要主工作信道运行状态出现故障而备用服务器对象正常，即进行主从设备切换，而不是仅仅考虑备用服务器对象检测道主服务器对象的运行状态出现故障后才进行主从设备切换，能较好避免误切换；第二，在判断主服务器对象自身运行状态时设置一定时器，超过定时器间隔未检测主服务器对象的通信量或与外设脱机，就判定主服务器对象故障；第三，为主备工作信道建立帧差错率、通信差错极值、数据流率、通信统计时间间隔四个参数，可以安全稳定的判断工作信道是否工作正常。本发明提供主从设备切换控制方法相较现有技术是一个更安全，更完善的冗余切换控制机制。

附图说明

图1为本发明实施例中冗余***的结构框图；

图2为本发明实施例中主服务器对象切换控制方法流程图；

图3为本发明实施例中备用服务器对象的切换控制方法流程图；

图4为本发明实施例中主/备用服务器对象运行状态的检测方法流程图；

图5为本发明实施例中主/备工作信道状态检测的方法流程图；

图6本发明实施例中信道端口切换方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1所示的冗余***中，包括有正在运行的主服务器对象1，客户对象2，与主服务器对象具有相同配置的备用服务器对象3，连接主服务器对象与客户对象的主工作信道，连接备用服务器对象与客户对象的备用工作信道；主服务器对象通过可监听通讯连接方式与备用服务器对象连接；该可监听通讯连接方式可以为网络通讯方式也可以为串行通讯方式。

主服务器对象与备用服务器对象通过信号线相连，并且备用服务器对象与主服务器对象之间通过该信号线建立实时通信机制，主服务器对象会按照定义好的时间间隔反复发送主服务器对象的自身运行状态和主工作信道的运行状态给备用服务器对象；主服务器对象与备用服务器对象的切换控制方法是主备服务器对象同时进行逻辑判断。对于主服务器对象来说，主服务器对象定时判断主工作信道状态是否正常12，如果主工作信道状态是正常的，其不启动切换13，如果主工作信道状态不正常，其判断备用服务器对象的运行状态是否正常14，如果备用服务器对象运行状态不正常或者备用服务器对象判断与主服务器对象之间的通信不正常，则都判断为备用服务器对象不正常，这时，也不启动切换13；如果备用服务器对象是正常的，则主服务器对象主动向备用服务器对象发送切换命令15，启动切换16，如图2所示。

对于备用服务器来说，首先判断主服务器对象的运行状态是否正常11，如果判断出主服务器对象的运行状态正常，则不进行主从切换13，如果判断出主服务器对象的运行状态不正常，或者备用服务器对象判断与主服务器对象之间的通信不正常，则备用服务器对象启动备用工作信道对主工作信道进行监听17，通过判断主工作信道的运行状态12，当主工作信道的运行状态也正常，则不进行主从切换13；如主工作信道的运行状态出现故障、备用服务器对象正常，则立即启动切换16，如图3所示。

如图4，上述判断主服务器对象的自身运行状态11始于启动一个固定时间间隔的定时器111，判断定时器是否超时112，如定时器超时，返回到111，如定时器没有超时，判断主主服务器对象与之连接的外部设备是否脱机113，如主服务器对象与之连接的外部设备脱机，则给出主服务器对象故障信号114；如主服务器对象与之连接的外部设备脱机没有脱机，继续判断主服务器对象与客户对象之间是否有通信量115，如通信量为零，则给出主服务器对象故障信号114，如通信量不为零，则给出主服务器对象工作正常信号116。

本发明为每个客户对象及服务器对象设置四个参数：帧差错率，定义为接收到的无效字节数占接收到的总字节数的百分比；通信差错极值，定义为帧差错率的最大极限值；数据流率，定义为每秒接收的字节数乘8的数目；通信统计时间间隔，定义为一固定时间间隔的定时器。

上述判断主工作信道的运行状态12同样始于启动一个通信统计时间间隔的定时器121，判断定时器是否超时122，如定时器超时，返回到121，如定时器没有超时，判断数据流率是否为零123，如数据流率为零，则给出工作信道状态出现故障信号124，如数据流率不为零，继续判断帧差错率是否小于通信差错极值125，如果帧差错率大于通信差错极值，则给出工作信道状态出现故障信号124，如果帧差错率小于通信差错极值，则给出工作信道状态正常信号126，详见图5。

为了保证冗余机制的完善，本发明所述的主服务器对象至少具有二个工作信道端口，当主服务器对象与客户对象间的主工作信道出现故障，主服务器对象将所有外接设备的主工作信道端口切换到另一工作信道端口，主服务器对象的其他备用工作信道端口接收轮流测试。同样，所述的备用服务器对象也具有至少二个工作信道端口，当备用服务器对象与客户对象间的备用工作信道出现故障，备用服务器对象将所有外接设备的备用工作信道端口切换到另一工作信道端口，备用服务器对象的备用工作信道端口接收轮流测试。当然，客户对象也可以具有多个工作信道端口，当客户对象与主服务器对象间的主工作信道出现故障，客户对象将主工作信道端口切换到备用工作信道端口。在本实施例中，主服务器对象具有四个工作信道端口，备用服务器对象也具有四个工作信道端口，客户对象具有两个工作信道端口。

如图6，为了保证主备工作信道的安全畅通，本发明为每个工作信道设有一个安全访问定时器；信道端口切换方法同样始于启动一个安全访问定时器131，判断定时器是否超时132，如已超时，延迟10毫秒133，然后后返回到131，如没有超时，计算工作信道状态134；判断当前工作信道状态是否出现故障135，如没有出现故障，给出当前工作信道状态正常信号136；如出现故障，判断下一个工作信道端口上次是否正常关闭137，如上次非正常关闭，判断是否还存在下一个工作信道端口138，如有，则延迟10毫秒133，然后后返回到131；如上次正常关闭，则激活下一个工作信道端口139，并给出当前工作信道状态正常信号136，如所有工作信道端口均非正常关闭，则给出当前工作信道状态故障信号140。

Claims (11)

1.一种主从设备切换控制方法，至少包括有一正在运行的主服务器对象，一客户对象，一与主服务器对象具有相同配置的备用服务器对象，一连接在主服务器对象与客户对象间的主工作信道及一连接在备用服务器对象与客户对象间的备用工作信道；主服务器对象通过可监听通讯连接方式与备用服务器对象连接；其特征在于：所述的主从设备切换控制方法包含以下步骤：

步骤一：在备用服务器对象与主服务器对象之间建立实时通信机制，主服务器对象会按照定义好的时间间隔反复发送主运行状态给备用服务器对象；

步骤二：当备用服务器对象与主服务器对象之间通信正常，主服务器对象定时检测主运行状态，当主运行状态出现故障、备用服务器对象正常，则主服务器对象主动发送切换控制命令给备用服务器对象，备用服务器对象启动运行备用工作信道，客户对象通过备用工作信道与备用服务器对象通信；当主运行状态正常，客户对象继续通过主工作信道与主服务器对象通信；

步骤三：当备用服务器对象与主服务器对象之间通信出现故障；备用服务器对象通过备用工作信道监听主工作信道状态，当主工作信道状态出现故障、主服务器对象与客户对象间的通信中断而备用服务器对象正常，则备用服务器根据接收到的主工作信道状态中的故障信号启动运行备用工作信道，客户对象通过备用工作信道与备用服务器对象通信；当主工作信道状态正常，客户对象继续通过主工作信道与主服务器对象通信。

2.根据权利要求1所述的主从设备切换控制方法，其特征在于所述的主运行状态包括主服务器对象的运行状态和主工作信道的运行状态。

3.根据权利要求1所述的主从设备切换控制方法，其特征在于所述的可监听通讯连接方式为网络通讯或串行通讯方式。

4.根据权利要求2所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述步骤二中服务器对象运行状态的检测方法包含以下步骤：

步骤(一)：主服务器对象定时检测与之连接的外部设备是否脱机，如果在定时间隔里检测到所有的外部设备都脱机，则表示主服务器对象故障；

步骤(二)：主服务器对象与外部设备连接正常，备用服务器对象定时检测主服务器对象的通信量，如果在定时间隔里未检测到主服务器对象的通信量，则表示主服务器对象故障。

5.根据权利要求1所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述步骤三中工作信道状态检测的方法包含以下步骤：

步骤(一)：为每个客户对象及服务器对象设置四个参数：

帧差错率：接收到的无效字节数占接收到的总字节数的百分比；

通信差错极值：帧差错率的最大极限值；

数据流率：每秒接收的字节数乘8的数目；

通信统计时间间隔；

步骤(二)：在一个通信统计时间间隔里：

当数据流率为0时，则表示工作信道状态出现故障；

当数据流率不为0时，如果帧差错率小于通信差错极值，表示工作信道状态良好；如果帧差错率大于通信差错极值，则表示工作信道状态出现故障。

6.根据根据权利要求1至5中任一权利要求所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述的主服务器对象至少具有二个工作信道端口，当主服务器对象与客户对象间的主工作信道出现故障，主服务器对象将所有外接设备的主工作信道端口切换到另一工作信道端口，主服务器对象的其他备用工作信道端口接收轮流测试。

7.根据权利要求6所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述的信道端口切换方法包含以下步骤：

步骤1：为每个工作信道设定一个安全访问定时器；

步骤2：判断工作信道安全访问定时器是否超时，如没有超时，计算工作信道状态；如已经超时，延迟一端时间后，继续判断工作信道安全访问定时器是否超时；

步骤3：如果当前工作信道状态出现故障，判断另一个工作信道端口上次工作是否正确关闭，如果另一个工作信道端口上次工作是正确关闭，则激活另一个工作信道端口；

步骤4：如果另一个工作信道端口上次工作是非正常关闭，则重复步骤1、步骤2、步骤3。

步骤5：如果所有工作信道端口均非正常关闭，则表示工作信道状态出现故障。

8.根据根据权利要求1至5中任一权利要求所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述的客户对象具有两个工作信道端口，当客户对象与主服务器对象间的主工作信道出现故障，客户对象将主工作信道端口切换到另一工作信道端口。

9.根据权利要求8所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述的信道端口切换方法包含以下步骤：

步骤1：为每个工作信道设定一个安全访问定时器；

步骤2：判断工作信道安全访问定时器是否超时，如没有超时，计算工作信道状态；如已经超时，延迟一端时间后，继续判断工作信道安全访问定时器是否超时；

步骤3：如果当前工作信道状态出现故障，判断另一个工作信道端口上次工作是否正确关闭，如果另一个工作信道端口上次工作是正确关闭，则激活另一个工作信道端口；

步骤4：如果另一个工作信道端口上次工作是非正常关闭，则重复步骤1、步骤2、步骤3。

步骤5：如果所有工作信道端口均非正常关闭，则表示工作信道状态出现故障。

10.根据根据权利要求1至5中任一权利要求所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述的备用服务器对象具有至少二个工作信道端口，当备用服务器对象与客户对象间的备用工作信道出现故障，备用服务器对象将所有外接设备的备用工作信道端口切换到另一工作信道端口，备用服务器对象的备用工作信道端口接收轮流测试。

11.根据权利要求10所述的主从设备切换控制方法，其特征在于：所述的信道端口切换方法包含以下步骤：

步骤1：为每个工作信道设定一个安全访问定时器；

步骤2：判断工作信道安全访问定时器是否超时，如没有超时，计算工作信道状态；如已经超时，延迟一端时间后，继续判断工作信道安全访问定时器是否超时；

步骤3：如果当前工作信道状态出现故障，判断另一个工作信道端口上次工作是否正确关闭，如果另一个工作信道端口上次工作是正确关闭，则激活另一个工作信道端口；

步骤4：如果另一个工作信道端口上次工作是非正常关闭，则重复步骤1、步骤2、步骤3。

步骤5：如果所有工作信道端口均非正常关闭，则表示工作信道状态出现故障。

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