基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备，涉及网络通信领域中的综合接入媒体网关设备。本发明专利技术是对综合接入媒体网关设备的总控制单元采取主备冗余的容错架构，主备之间的同步采用温备份方式；主用、备用上层任务模块（１２０）、（２２０）之间的状态和关键数据的实时刷新，以实现主备同步；对主用上层任务模块（１２０）的状态进行实时监控，当出现故障时强制主备倒换，确保设备持续可用。本发明专利技术具有很高的可靠性；具备极快的切换时间；支持在线升级；高可用性系统（１０）不仅适用于综合接入媒体网关设备，而且可以很方便地移植到其它电信设备中去。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络通信领域中的综合接入媒体网关设备，尤其涉及一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备。
技术介绍
软交换是下一代网络(NGN)的核心；是基于包交换、以软件来实现交换与呼叫控制管理的电信网络新技术。软交换网络是目前电信网络的发展趋势，它将各种协议的接入数据以分组的方式在IP骨干网上传输，实现各种网络的融合。综合接入媒体网关(AG)位于软交换网络体系的接入层面。它在软交换的控制下，完成各种终端设备的接入(如传统电话机接入、各种宽带接入、无线接入等等)与媒体流转换的功能。因此，其高可用性的实现将大大提高接入网络的可靠性，从而提高整个软交换网络的服务质量(QoS)。所述的高可用性(HA)是指通过运用硬件或软件冗余技术来减少常规维护与系统故障引起的停机时间，使系统持续运行。电信设备的可用性指标为99.999％，这意味着一年中因各种原因导致的不可用时间不得超过5.256分钟。1、构建高可用性设备的基本原理对于一个通信设备而言，构建其高可用性一般分为两个方面：(1)基于硬件的高可用性；(2)基于软件的高可用性。这要求系统的硬件和软件都具有容错机制——当一个硬件电路或软件模块出现异常或者错误时，实现对错误的检测、定位、隔离与恢复：(1)错误检测对整个系统进行错误检测有两种方式：一是主动方式，使用-->专门的检测模块对系统进行主动的检测；二是被动方式，即系统中的各个部件出现故障时，自己主动上报给错误检测模块。在实际应用中两者相结合来使用。(2)错误定位结合与已定义的错误类型，将接收到的错误信息报告进行分析，从而得到错误报告的信息，并作相应的处理。(3)错误隔离使发生错误的模块不可用，这样做可以使错误不扩散到与之相联系的模块中去。(4)错误恢复采取一定的措施使整个系统继续正常工作。错误恢复最常用的方法是重新启动。2、基于冗余备份方式的高可用性(HA)实现技术冗余备份是指将设备中关键的硬件模块和软件模块实行1+1备份，系统运行时，备用作为主用的备份，当主用由于各种原因不可用时，备用接管主用使系统持续运行而不中断。高可用性(HA)实现技术的关键是如何控制备用接管主用，以及主备用之间关键数据及状态的同步。下面介绍三种备份方式：(1)热备份主备用同时处于工作状态，同时处理输入的信息。因此主备用模块中各种状态及数据参数均保持一致。输出端，只将当前为主用的的输出作为系统的输出，当主用出现故障时，系统选择备用的输出作为输出，备用变为主用。(2)温备份主用接收输入并向外部提供服务；备用经过初始化完毕后，处于备用态，随时准备接管主用。系统正常工作时，主用将关键数据参数的改变实时的发送至备用，备用则仅接收来自主用的状态刷新信息来刷新自己这一侧的关键数据参数。出现故障时，HA系统管理模块会通知备用倒换为主用状态，并接管主用。(3)冷备份主用接收输入并输出；备用既不接收输入，也不接收来自主用的状态刷新信息。正常工作时，主用将系统状态刷新信息写入一个稳态存储设备中，当主用出现故障时，HA管理者通知备用从稳态存储设备中读取当前所有系统状态信息，备用倒换为主用。由以上分析可知：热备份的优点是切换时间短，但由于主备用硬件软件结构-->均一致，且同步运行，因此主备用易出现的一模一样的故障，从而导致整个系统的不可用。冷备份实现原理简单可靠，由于系统运行时主备不同步，因此切换时间较长。温备份实现了系统运行时的同步，切换时间短，而且可靠性高，因此被广泛采用为实现冗余备份的高可用性技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备。该系统提高了接入媒体网关设备的高可用性及在电信市场中的竞争力(目前，高可用性的实现是目前电信设备研究的重点与热点，是电信设备的核心技术；因此也是各大电信设备制造商的商业机密)。本专利技术的目的是这样实现的：对关键硬件和软件(即综合接入媒体网关设备的总控制单元——高可用性系统10)采取主备冗余的容错架构，主备之间的同步采用温备份方式。(1)主用、备用上层任务模块120、220之间的状态和关键数据的实时刷新，以实现主备同步。(2)对主用上层任务模块120的状态进行实时监控，当出现故障时强制主备倒换，确保设备持续可用。具体地说，如图1，本综合接入媒体网关设备(简称设备)包括输入输出电路单元300和业务接口单元400；设置有高可用性系统10，高可用性系统10由结构、功能相同的主和备用总控制单元100和200组成；主和备用总控制单元100和200分别与输入输出电路单元300、业务接口单元400连通；主用总控制单元100包括主用控制模块110、主用上层任务模块120和主用底层操作支持接口130；主用控制模块110包括主用消息分发模块111、主用任务管理模块112、主用心跳检测模块113、主用加载管理模块114、主用切换/状态管理模块115和主用同步刷新模块116；主和备用总控制单元100、200之间通过主和备用同步刷新模块116和216来互相发送主和备用上层任务模块120和220之间的状态刷新信息；通过主和备-->用消息分发模块111和211来发送主和备用控制模块110和210之间控制信息；在主和备用控制模块110和210内部：主、备用消息分发模块111、211负责对高可用性系统10中各子模块之间的消息进行分发和转发；主、备用任务管理模块112、212负责管理并检测主、备用上层任务模块120、220的状态；主、备用心跳检测模块113、213通过心跳信息来管理与监视主、备用总控制单元100、200之间的链路状态；主、备用加载管理模块114、214负责主、备用总控制单元100、200内各个软件模块的启动与加载；主、备用切换/状态管理模块115、215负责总控制单元100、200的状态变化以及出现故障时的主备倒换；主、备用同步刷新模块116、216负责上层应用模块120、220之间关键数据和状态的同步。本专利技术的工作原理是：高可用性系统10采用主备冗余，两块板卡在硬件和软件上完全一致，只是在初始化装载时各按照主用或者备用的方式进行加载。在设备正常工作时，主用总控制板上的硬件及软件系统处于工作状态。这时的高可用性系统10主要用来检测主备之间的心跳信息，以及实现主备之间的状态同步。上层任务模块为总控制单元的核心软件，用来实现综合接入网关的主要功能。一旦上层任务模块中的某个协议层出现故障，将导致整个设备的不可用。因此备用总控制单元200中相应的上层任务模块的作用是作为主用中上层任务模块的备份。状态刷新信息用于主备之间上层任务模块中关键数据及状态的同步。高可用性系统10用来实现：主、备用总控制单元100、200之间的控制及数据的交互，主、备用上层应用模块120、220之间的数据及状态的同步，主、备用总控制单元100、200的状态管理及切换。本专利技术具有以下优点和积极效果：1、由于高可用性系统10能检测到各硬件与软件可能发生的错误，因此使设备具有很高的可靠性。-->2、具备极快的切换时间。当错误发生时，备用能够在很短时间内接管主用，使各种正在通信的业务不中断。3、支持在线升级，即在设备运行的情况下，实现依次对备用、主用进行软件升级，而不影响设备的正常使用，不中断正在通信的业务。具体操作是先关闭备用，对其进行升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备，包括输入输出电路单元（３００）和业务接口单元（４００）；其特征在于：设置有高可用性系统（１０），高可用性系统（１０）由结构相同的主和备用总控制单元（１００和２００）组成；主和备用总 控制单元（１００和２００）分别与输入输出电路单元（３００）、业务接口单元（４００）连通；主用总控制单元（１００）包括主用控制模块（１１０）、主用上层任务模块（１２０）和主用底层操作支持接口（１３０）；主用控制模块（１１０）包 括主用消息分发模块（１１１）、主用任务管理模块（１１２）、主用心跳检测模块（１１３）、主用加载管理模块（１１４）、主用切换／状态管理模块（１１５）和主用同步刷新模块（１１６）；主和备用总控制单元（１００、２００）之间通过主和备用同步 刷新模块（１１６和２１６）来互相发送主、备用上层任务模块（１２０、２２０）之间的状态刷新信息；通过主和备用消息分发模块（１１１和２１１）来发送主和备用控制模块（１１０和２１０）之间控制信息。

【技术特征摘要】
1、一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备，包括输入输出电路单元(300)和业务接口单元(400)；其特征在于：设置有高可用性系统(10)，高可用性系统(10)由结构相同的主和备用总控制单元(100和200)组成；主和备用总控制单元(100和200)分别与输入输出电路单元(300)、业务接口单元(400)连通；主用总控制单元(100)包括主用控制模块(110)、主用上层任务模块(120)和主用底层操作支持接口(130)；主用控制模块(110)包括主用消息分发模块(111)、主用任务管理模块(112)、主用心跳检测模块(113)、主用加载管理模块(114)、主用切换/状态管理模块(115)和主用同步刷新模块(116)；主和备用总控制单元(100、200)之间通过主和备用同步刷新模块(116和216)来互相发送主、备用上层任务模块(120、220)之间的状态刷新信息；通过主和备用消息分发模块(111和211)来发送主和备用控制模块(110和210)之间控制信息。2、按权利要求1所述的一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备，其特征在于：主、备用消息分发模块(111、211)负责高可用性系统(10)内各模块之间消息的转发，包括主备之间不同模块控制信息及数据的传递。3、按权利要求1所述的一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备，其特征在于：主、备用同步刷新模块(116、216)共同负责主备之间上层任务模块之间的关键数据及状态信息的传递，以保证主备同步，运行时备用随时接管主用。4、按权利要求1所述的一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备，其特征在于：主、备用加载管理模块(114、214)负责总控制单元内各个软件模块的加载与启动；加载的方式可以分为主用加载、备用加载和重启加载，分别适用于：主用总控制单元(100)的启动；备用总控制单元(200)的启动；主、备用总控制单元(100、200)的重启动。5、按权利要求1所述的一种基于高可用性系统的综合接入媒体网关设备，其特征在于：主、备用心跳检测模块(113、  213)用来实现主、备用总控制单元(100、200)之间的心跳检测功能；当心跳检测模块检测到心跳失败后，将通知主、备用切换/状态管理模块(115、215)采取相应动作。6、按权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，徐立，沈振刚，赵幸，黄勇，
申请(专利权)人：武汉市中光通信公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]