CN109525434B - 一种基于机载设备板卡的冗余备份方法 - Google Patents

一种基于机载设备板卡的冗余备份方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机载设备板卡的冗余备份方法，在***包含两块设备板卡时，随机选择一块作为主板，另外一块为备板，主板进行***业务处理，备板在主板故障后切换为主板，继续***业务处理。本发明在单板启动、网络风暴异常、“心跳”引脚异常、主板故障等情况下，自动进行冗余备份自动切换，增加了主板的使用寿命，提高了***的健壮性。

Description

一种基于机载设备板卡的冗余备份方法
技术领域
本发明涉及通信设备的主备倒换技术，具体涉及一种基于机载设备板卡的冗余备份方法。
背景技术
机载设备对于可靠性要求比较高，机载设备板卡一般采用两块设备板卡的形式，其中一块设备板卡作为另一块设备板卡的冗余，主板正常处理设备的任务，当主板发送故障了，备板在规定的时间内必须切换为主板，接替原来的主板继续完成设备的任务，但是每次启动固定主板和备板会影响板卡的使用寿命。
此外，机载设备对于切换的时间有比较高的要求，一般在ms级时间内必须完成切换，否则会影响业务软件的正常运行，专利《通信设备的1+1冗余备份方法及***》提供了通过网络方式发“心跳”，心跳异常时完成主备倒换，但是网络不是实时的，报文的到达时间不可控，无法保证机载设备在规定的ms级时间内完成主备切换。
发明内容
本发明的目的在于一种基于机载设备板卡的冗余备份方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于机载设备板卡的冗余备份方法，在***包含两块设备板卡时，随机选择一块作为主板，另外一块为备板，主板进行***业务处理，备板在主板故障后切换为主板，继续***业务处理。
进一步的，所述方法包括***上电、板卡心跳包引脚检查、主备板选举及运行四个阶段，并在各阶段均进行板卡检测，发送检测结果消息码，包括：
1:运行中该板发生故障瞬间重启
2:该板是主板
3:该板是备板
4:该板是主板，备板发生了故障
5:发生了切换
6:该板坏了
7:启动过程中备板坏了
8:启动过程中主板坏了。
更进一步的，***有4个IP，IP_1是设备板卡A的过渡IP，IP_2是设备板卡B的过渡IP，IP_3是设备对外IP，IP_4是备板IP，其中IP_1和IP_2通过上电后两块板卡I/O口拉高和拉低的状态位去设置，如果I/O口读取的状态位为高，那么将IP设置为IP_1；如果I/O口读取的状态位为低，那么将IP设置为IP_2。
更进一步的，在***上电阶段，为了判断此次启动是否是因为运行过程中该板故障重启，检查***中是否有IP_3设备的存在，如果存在那么发送消息码1(运行中发生故障瞬间重启)，退出冗余备份操作；如果不存在那么直接进行板卡心跳包引脚检查、主备板选举及运行。
更进一步的，在主备板选举阶段，设备板卡A作为UDP(User Datagram Protocol用户数据报文协议)的客户端，设备板卡B作为UDP的服务端；
设备板卡A通过Rand()选举主板和备板，将选举结果发送给设备板卡B，如果选举设备板卡A作为主板，那么发送master；如果选举设备板卡A作为备板，那么发送slave；
设备板卡B等待设备板卡A发送的选举结果，如果10.5s还没有收到设备板卡A发送来的选举结果，那么判断该板是否正常工作，如果是，将该板的IP切换成IP_3，发送消息8(启动过程中主板坏了)；如果否，发送消息6(该板坏了)；如果收到设备板卡A发送来的选举结果，回复设备板卡A应答ACK，如果收到的是master那么切换IP为IP_4，发送消息码3(该板是备板)；如果收到的是slave那么切换IP为IP_3，发送消息码2(该板是主板)；
设备板卡A等待设备板卡B回复的应答ACK，如果10.5s还没有收到设备板卡B回复的ACK，那么进行超时处理，判断该板是否正常工作，如果是，则将该板的IP切换成IP_3，发送消息码7(启动过程中备板坏了)；如果否，发送消息码6(该板坏了)；如果设备板卡A收到设备板卡B回复的ACK，根据选举结果做进一步操作，如果是master，那么切换IP为IP_3，发送消息码2(该板是主板)；如果是slave，那么切换IP为IP_4，发送消息码3(该板是备板)。
更进一步的，设备板卡A收到设备板卡B回复的ACK，创建心跳线程；同样设备板卡B收到设备板卡A发送的选举结果，也会创建心跳线程；心跳信号为方波信号，方波的周期为200ms。
更进一步的，在数据处理板卡心跳包引脚检查阶段，如果设备板A检测心跳引脚异常，设备板B检测心跳引脚正常，设备A会等待13s，设备B不等待，进入准备接收设备板A发送的选举结果，如果在10.5s内设备板B未能够收到设备板A发送的选举结果，设备板B判断该板是否正常工作，如果是，设备板B切换成IP_3，并且发送消息码8(启动过程中主板坏了)，过了2.5s，设备板A发现IP_3存在，切换IP_1，发送消息码6(该板坏了)；如果否，设备板B切换成IP_2，发送消息码6(该板坏了)，过了2.5s，设备板A发现IP_3不存在，设备板A判断该板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码7(启动过程中备板坏了)，如果否，切换IP为IP_1，并且发送消息码6(该板坏了)；
如果设备板A检测心跳引脚正常，设备板B检测心跳引脚异常，设备B会等待17s，设备A不等待，选举此次启动的主板和备板，将选举结果发送给设备B，如果在10.5s内设备板A未能够收到设备板B发送的应答ACK，设备板A判断该板是否正常工作，如果是，设备板A切换IP为IP_3，发送消息码7(启动过程中备板坏了)，过了6.5s，设备板B发现IP_3存在，切换IP为IP_2，发送消息码6(该板坏了)；如果否，设备板A切换IP为IP_1，发送消息码6(该板坏了)，过了6.5s，设备板B发现IP_3不存在，设备板B判断该板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码8(启动过程中主板坏了)，如果否，切换IP为IP_2，并且发送消息码6(该板坏了)；
如果设备板A检测心跳引脚异常，设备板B检测心跳引脚异常，设备板A等待13s，设备板B等待17s，过了13s，设备板A发现IP_3不存在，判断该板是否正常工作，如果主板A正常工作，那么该板切换IP_3，同时发消息码7(启动过程中备板坏了)，过了4s，设备板B发现存在IP_3，切换自己的IP_2，发送消息码6(该板坏了)；如果主板A工作不正常，那么该板切换IP_1，同时发送消息码6(该板坏了)，过了4s，设备板B发现IP_3不存在，设备板B判断该板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码8(启动过程中主板坏了)，如果否，切换IP为IP_2，并且发送消息码6(该板坏了)；
如果设备板A检测心跳引脚正常，设备板B检测心跳引脚正常，则直接进行主备板选举及运行。
更进一步的，在运行阶段，如果设备板卡A接收设备板卡B的硬线心跳信号超时，设备板卡A判断是否是网络风暴引起的，如果是网络风暴引起的，那么判断该板是否是主板，如果是主板那么发送消息4(该板是主板，备板发生了故障)，否则切换IP为IP_1，并且发送消息6(该板坏了)；如果不是网络风暴引起的，判断该板是否正常工作，如果否，那么切换IP为IP_1，发送消息6(该板坏了)；如果该板还正常工作，判断该板是否为主板，如果是主板，那么发送消息4(该板是主板，备板发生了故障)，如果不是主板，切换IP为IP_3，并且发送消息5(发生了切换)；
如果设备板卡B接收设备板卡A的硬线心跳信号超时，设备板卡B判断是否是网络风暴引起的，如果是那么判断该板是否是主板，如果是主板那么发送消息4(该板是主板，备板发生了故障)，否则切换IP为IP_2，并且发送消息6(该板坏了)；如果不是网络风暴引起的，判断该板是否正常工作，如果否，那么切换IP为IP_2，发送消息6(该板坏了)；如果该板还正常工作，判断该板是否为主板，如果是主板，那么发送消息4(该板是主板，备板发生了故障)，如果不是主板，切换IP为IP_3，并且发送消息5(发生了切换)。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明能够随机选择此次启动的主板、备板，增加主板的使用寿命；2)本发明的“心跳包”采用硬线的方式，可以在规定的ms时间内完成倒换；3)本发明在单板启动、网络风暴异常、“心跳”引脚异常、主板故障等情况下，自动进行冗余备份自动切换，至少保证一块主板正常工作，提高***的健壮性。
附图说明
图1是本发明机载设备板卡的***设备组成图。
图2是本发明冗余备份流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。
一种机载设备板卡冗余备份方法，需要如下设备：
如图1所示，设备板卡A和设备板卡B的外部通信主要采用以太网的方式，设备板卡A和设备板卡B的硬件上的区别主要通过I/O口采集的高低电平相区别。通过I/O口拉高和拉低的状态位，判断是设备板卡A还是设备板卡B。设备板卡A和设备板卡B之间采用硬线的方式实现心跳包。
冗余备份软件将以下消息码通过消息队列发送给业务软件。
a.1:运行中发生故障瞬间重启
b.2:自己是主板
c.3:自己是备板
d.4:自己是主板，备板发生了故障
e.5:发生了切换
f.6:自己坏了
g.7:启动过程中备板坏了
h.8:启动过程中主板坏了
结合图2，一种机载设备板卡冗余备份方法，包括以下步骤：
S1:***有4个IP，IP_3是设备对外IP，IP_1是设备板卡A的过渡IP，IP_2是设备板卡B的过渡IP，IP_4是备板IP，***上电后，两块板卡会通过I/O口拉高和拉低的状态位去设置对应的过渡IP，如果是如果I/O口读取的状态位为高，那么将IP设置为IP_1，该板为硬件上主板；如果I/O口读取的状态位为低，该板为硬件上备板，那么将IP设置为IP_2。
S2:***会检查下***中是否有IP_3设备的存在，如果存在那么发送消息码1(运行中自己发生故障瞬间重启)，冗余备份软件退出；如果不存在那么继续运行。当设备板A和设备板B正常运行后，如果有一块生成异常重启，另外一块主板的IP会切换为IP_3，该重启的主板应该进入故障模式。
S3:***会检查心跳包引脚是否正常，分以下四种情况：
a.设备板A检测心跳引脚异常，设备板B检测心跳引脚正常。设备A会等待13s，设备B不等待，进入准备接收设备板A发送的“选举”结果，如果在10.5s内设备板B未能够收到设备板A发送的“选举”结果，设备板B判断该板是否正常工作，如果是，设备板B切换成IP_3,并且发送消息码8(启动过程中主板坏了)，过了2.5s，设备板A发现IP_3存在，切换IP_1，发送消息码6(该板坏了)；如果否，设备板B切换成IP_2，发送消息码6(该板坏了)，过了2.5s，设备板A发现IP_3不存在，设备板A判断该板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码7(启动过程中备板坏了)，如果否，切换IP为IP_1,并且发送消息码6(该板坏了)。
b.设备板A检测心跳引脚正常，设备板B检测心跳引脚异常。设备B会等待17s，设备A不等待，“选举”此次启动哪块做主板哪块做备板，将选举结果发送给设备A，如果在10.5s内设备板A未能够收到设备板B发送的应答ACK，设备板A判断该板是否正常工作，如果是，设备板A切换IP为IP_3，发送消息码7(启动过程中备板坏了)，过了6.5s,设备板B发现IP_3存在，切换IP为IP_2，发送消息码6(该板坏了)；如果否，设备板A切换IP为IP_1，发送消息码6(该板坏了)，过了6.5s，设备板B发现IP_3不存在，设备板B判断该板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码8(启动过程中主板坏了)，如果否，切换IP为IP_2，并且发送消息码6(该板坏了)。
c.设备板A检测心跳引脚异常，设备板B检测心跳引脚异常。设备板A等待13s，设备板B等待17s。过了13s，设备板A发现IP_3不存在，判断该板是否正常工作，如果主板A正常工作，那么该板切换IP_3,同时发消息码7(启动过程中备板坏了)，过了4s，设备板B发现存在IP_3，切换自己的IP_2，发送消息码6(该板坏了)；如果主板A工作不正常，那么该板切换IP_1，同时发送消息码6(该板坏了)，过了4s，设备板B发现IP_3不存在，设备板B判断该板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码8(启动过程中主板坏了)，如果否，切换IP为IP_2，并且发送消息码6(该板坏了)。
d.如果设备板A检测心跳引脚正常，设备板B检测心跳引脚正常，继续执行。
S4:设备板卡A会通过Rand()选举出此次***启动，哪个设备当主板，哪个设备当备板。主板选举时，设备板卡A作为UDP(User Datagram Protocol用户数据报文协议)的客户端，设备板卡B作为UDP的服务端。设备板卡A会将选举结果发送给设备板卡B，如果选举出此次启动设备板卡A作为主板，那么发送master；如果选举此次启动设备板卡A作为备板，那么发送slave。主板选举阶段，板卡故障情况分以下2种情况：
a.设备板卡B会等待设备板卡A发送选举的结果，如果10.5s还没有收到设备板卡A发送来的选举结果，那么判断自己是否活着，如果是将自己的IP切换成IP_3，发送消息8(启动过程中主板坏了)；如果否，发送消息6(自己坏了)。如果收到设备板卡A发送来的选举结果，回复设备板卡A应答ACK。如果收到的是master那么切换IP为IP_4，发送消息码3(自己是备板)；如果收到的是slave那么切换IP为IP_3，发送消息码2(自己是主板)。
b.设备板卡A等待设备板卡B回复的应答ACK，如果10.5s还没有收到设备板卡B回复的ACK，那么进行超时处理，判断自己是否活着，如果是将自己的IP切换成IP_3，发送消息码7(启动过程中备板坏了)；如果否，发送消息码6(自己坏了)。设备板卡A收到设备板卡B回复的ACK，根据选举的结果做进一步操作，如果是master,那么切换IP为IP_3，发送消息码2(自己是主板)；如果是slave,那么切换IP为IP_4,发送消息码3(自己是备板)。
S5:设备板卡A收到设备板卡B回复的ACK，就会创建心跳线程；同样设备板卡B收到设备板卡A发送选举结果，也会创建心跳线程；心跳信号为方波信号，方波的周期为200ms。
在***运行过程中，网络“风暴”、业务软件的异常退出、***崩溃、***重启会停止发送“心跳”信号。网络“风暴”会导致***运行缓慢卡顿，“心跳”驱动软件有定时器，***正常运行时，每发一个“心跳”时候会将溢出值复位，每次定时器到的时候会检查溢出值是否复位，如果没有复位，那么将网络“风暴”标志位置有效，冗余备份时，检测网络“风暴”标志位置有效的时候代表出现网络“风暴”故障。冗余备份软件会监控业务软件，当业务软件异常退出后，该主板的冗余备份软件将心跳进程停止。***崩溃、***重启都会导致该主板的心跳软件进程停止。
a.如果设备板卡A接收设备板卡B的硬线心跳信号超时，设备板卡A会去判断是否是网络风暴引起的，如果是那么判断自己是否是主板，如果是主板那么发送消息4(自己是主板，备板发生了故障)，否则切换IP为IP_1，并且发送消息6(自己坏了)。如果不是网络风暴引起的，判断自己是否活着，如果否，那么切换IP为IP_1，发送消息6(自己坏了)；如果自己还活着，判断自己是否为主板，如果是主板，那么发送消息4(自己是主板，备板发生了故障)，如果不是主板，切换IP为IP_3，并且发送消息5(发生了切换)。
b.如果设备板卡B接收设备板卡A的硬线心跳信号超时，设备板卡B会去判断是否是网络风暴引起的，如果是那么判断自己是否是主板，如果是主板那么发送消息4(自己是主板，备板发生了故障)，否则切换IP为IP_2，并且发送消息6(自己坏了)。如果不是网络风暴引起的，判断自己是否活着，如果否，那么切换IP为IP_2，发送消息6(自己坏了)；如果自己还活着，判断自己是否为主板，如果是主板，那么发送消息4(自己是主板，备板发生了故障)，如果不是主板，切换IP为IP_3，并且发送消息5(发生了切换)。

Claims (2)

1.一种基于机载设备板卡的冗余备份方法，其特征在于，在***包含两块设备板卡时，随机选择一块作为主板，另外一块为备板，主板进行***业务处理，备板在主板故障后切换为主板，继续***业务处理；
包括***上电、板卡心跳包引脚检查、主备板选举及运行四个阶段，在各阶段均进行板卡故障检测，发送检测结果消息码，包括：
1:运行中发生故障瞬间重启
2:本板是主板
3:本板是备板
4:本板是主板，备板发生了故障
5:发生了切换
6:本板坏了
7:启动过程中备板坏了
8:启动过程中主板坏了；
***有4个IP，IP_1是设备板卡A的过渡IP，IP_2是设备板卡B的过渡IP，IP_3是***对外IP，IP_4是备板IP，其中IP_1和IP_2通过上电后两块板卡I/O口拉高和拉低的状态位去设置，如果I/O口读取的状态位为高，那么将IP设置为IP_1；如果I/O口读取的状态位为低，那么将IP设置为IP_2；
在***上电阶段，检查***中是否有IP_3设备板卡的存在，如果存在那么发送消息码1，退出冗余备份操作；如果不存在那么直接进行板卡心跳包引脚检查、主备板选举及运行；
在主备板选举阶段，设备板卡A作为UDP的客户端，设备板卡B作为UDP的服务端；
设备板卡A通过Rand()选举主板和备板，将选举结果发送给设备板卡B，如果选举设备板卡A作为主板，那么发送master；如果选举设备板卡A作为备板，那么发送slave；
设备板卡B等待设备板卡A发送的选举结果，如果10.5s还没有收到设备板卡A发送来的选举结果，那么判断设备板卡B是否正常工作，如果是，将设备板卡B的IP切换成IP_3，发送消息码8；如果否，发送消息码6；如果收到设备板卡A发送来的选举结果，回复设备板卡A应答ACK，如果收到的是master那么切换IP为IP_4，发送消息码3；如果收到的是slave那么切换IP为IP_3，发送消息码2；
设备板卡A等待设备板卡B回复的应答ACK，如果10.5s还没有收到设备板卡B回复的ACK，那么进行超时处理，判断设备板卡A是否正常工作，如果是，则将设备板卡A的IP切换成IP_3，发送消息码7；如果否，发送消息码6；如果设备板卡A收到设备板卡B回复的ACK，根据选举结果做进一步操作，如果是master，那么切换IP为IP_3，发送消息码2；如果是slave，那么切换IP为IP_4，发送消息码3；
在数据处理板卡心跳包引脚检查阶段，如果设备板卡A检测心跳引脚异常，设备板卡B检测心跳引脚正常，设备板卡A会等待13s，设备板卡B不等待，进入准备接收设备板卡A发送的选举结果，如果在10.5s内设备板卡B未能够收到设备板卡A发送的选举结果，设备板卡B判断本板是否正常工作，如果是，设备板卡B切换成IP_3，并且发送消息码8，过了2.5s，设备板卡A发现IP_3存在，切换IP_1，发送消息码6；如果否，设备板卡B切换成IP_2，发送消息码6，过了2.5s，设备板卡A发现IP_3不存在，设备板卡A判断本板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码7，如果否，切换IP为IP_1，并且发送消息码6；
如果设备板卡A检测心跳引脚正常，设备板卡B检测心跳引脚异常，设备板卡B会等待17s，设备板卡A不等待，选举此次启动的主板和备板，将选举结果发送给设备板卡B，如果在10.5s内设备板卡A未能够收到设备板卡B发送的应答ACK，设备板卡A判断本板是否正常工作，如果是，设备板卡A切换IP为IP_3，发送消息码7，过了6.5s，设备板卡B发现IP_3存在，切换IP为IP_2，发送消息码6；如果否，设备板卡A切换IP为IP_1，发送消息码6，过了6.5s，设备板卡B发现IP_3不存在，设备板卡B判断本板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码8，如果否，切换IP为IP_2，并且发送消息码6；
如果设备板卡A检测心跳引脚异常，设备板卡B检测心跳引脚异常，设备板卡A等待13s，设备板卡B等待17s，过了13s，设备板卡A发现IP_3不存在，判断设备板卡A是否正常工作，如果设备板卡A正常工作，那么设备板卡A切换IP_3，同时发消息码7，过了4s，设备板卡B发现存在IP_3，切换自己的IP_2，发送消息码6；如果设备板卡A工作不正常，那么设备板卡A切换IP_1，同时发送消息码6，过了4s，设备板卡B发现IP_3不存在，设备板卡B判断本板是否正常工作，如果是，切换IP为IP_3，并且发送消息码8，如果否，切换IP为IP_2，并且发送消息码6；
如果设备板卡A检测心跳引脚正常，设备板卡B检测心跳引脚正常，则直接进行主备板选举及运行；
在运行阶段，如果设备板卡A接收设备板卡B的硬线心跳信号超时，设备板卡A判断是否是网络风暴引起的，如果是网络“风暴”引起的，那么判断设备板卡A是否是主板，如果是主板那么发送消息码4，否则切换IP为IP_1，并且发送消息码6；如果不是网络风暴引起的，判断设备板卡A是否正常工作，如果否，那么切换IP为IP_1，发送消息码6；如果设备板卡A还正常工作，判断设备板卡A是否为主板，如果是主板，那么发送消息码4，如果不是主板，切换IP为IP_3，并且发送消息码5；
如果设备板卡B接收设备板卡A的硬线心跳信号超时，设备板卡B判断是否是网络风暴引起的，如果是那么判断设备板卡B是否是主板，如果是主板那么发送消息码4，否则切换IP为IP_2，并且发送消息码6；如果不是网络风暴引起的，判断设备板卡B是否正常工作，如果否，那么切换IP为IP_2，发送消息码6；如果设备板卡B还正常工作，判断设备板卡B是否为主板，如果是主板，那么发送消息码4，如果不是主板，切换IP为IP_3，并且发送消息码5。
2.根据权利要求1所述的基于机载设备板卡的冗余备份方法，其特征在于，设备板卡A收到设备板卡B回复的ACK，创建心跳线程；同样设备板卡B收到设备板卡A发送的选举结果，也会创建心跳线程；心跳信号为方波信号，方波的周期为200ms。
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