專利名稱：一種高效的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法， 及該方法在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，軌道交通已成為城市生活中最重要基礎(chǔ)交通工具。軌道 交通的運(yùn)行關(guān)系城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)，軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)為軌道交通系統(tǒng)提供了從 列車、隧道、車站、電站及車輛段不同的子系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的途 徑，因此，系統(tǒng)需要具備高效率和高可靠性特點(diǎn)。當(dāng)前ISCS系統(tǒng)主要采用RAID和數(shù)據(jù)備份 等方法獲取外部子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。存在一定缺點(diǎn)首先數(shù)據(jù)傳輸容易中斷，不能實(shí)時(shí)的讓 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；其次造成歷史數(shù)據(jù)的丟失，對(duì)系統(tǒng)的趨勢(shì)分析與歷史數(shù)據(jù)的查詢帶來(lái)了不 便；最后出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。隨著科技的進(jìn)步，設(shè)備成本的逐步降低，設(shè)計(jì)一種能夠依托現(xiàn)有設(shè)備對(duì)軌道交通 ISCS系統(tǒng)復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行熱備的方法，是相關(guān)部門所期待，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)缺乏穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)采集和備 份的問(wèn)題，提供一種高效率、高穩(wěn)定性、支持雙機(jī)熱切換備份功能于一體的解決方法，可以 很好的保證ISCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的可靠性與高效性。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下一種高效的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法，使用兩個(gè)冗余raP(FEPl和FEP2)，以主/備 配置方式運(yùn)行。綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS與各子系統(tǒng)之間存在緊密的耦合關(guān)系，子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、監(jiān) 控功能、人機(jī)界面均通過(guò)ISCS完成，正常情況下集成的相關(guān)系統(tǒng)依賴ISCS實(shí)現(xiàn)正常操作功 能。穩(wěn)定持續(xù)的外部子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，是地鐵ISCS系統(tǒng)的重要需求。前置處理機(jī)(FEP)用于處理ISCS與外部子系統(tǒng)連接的接口工作，使用Modbus通 信協(xié)議。數(shù)據(jù)通過(guò)FEP輸入/輸出到CISCS，DISCS和SISCS中。為滿足地鐵ISCS系統(tǒng)高 可靠性的需求，F(xiàn)EP是基于兩個(gè)冗余FEP(FEP1和FEP2)，以主/備配置方式運(yùn)行。外部子系 統(tǒng)通過(guò)LAN網(wǎng)路或串口方式連接。主與備FEP是物理上分開(kāi)的、由兩個(gè)獨(dú)立電源供電的設(shè)備。第一個(gè)FEP，即首先得 電的FEP是備FEP，另一個(gè)FEP，則是主FEP。兩個(gè)FEP可以通過(guò)LAm或LAN2交換信息。FEP 之間的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)SCADA M0DBUSTCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。主FEP總牽頭建立與備FEP的 通訊連接。備FEP是主FEP的從機(jī)。正常情況下當(dāng)FEPl與FEP2的LAN2連接正常時(shí)，兩個(gè) FEP之間的連接是通過(guò)LAN2實(shí)現(xiàn)的。如果兩個(gè)FEP之間的LAN2通訊連接失敗，F(xiàn)EP之間將 通過(guò)LAm交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交換頻率(500ms)可以在FEP配置文件中完全配置完成。主FEP 可以發(fā)送控制命令將備FEP切換設(shè)置成主FEP。
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主FEP讀取備FEP標(biāo)記法如圖1所示，其中標(biāo)號(hào)1為主FEP，標(biāo)號(hào)2為備FEP，標(biāo)號(hào) 3表示主FEP與備FEP建立LAN連接，標(biāo)號(hào)4表示備FEP回應(yīng)主FEP建立的連接，標(biāo)號(hào)5表 示主FEP讀取備FEP記法，標(biāo)號(hào)6表示備FEP發(fā)送記法給主FEP，標(biāo)號(hào)7表示備FEP收到命 令，標(biāo)號(hào)8表示主FEP輪詢時(shí)間間隔。當(dāng)外部系統(tǒng)失敗時(shí)，為確定哪一個(gè)FEP更適合成為主FEP，將為與各外部系統(tǒng)的連 接指定一個(gè)權(quán)重記法。記法將取決于系統(tǒng)自身?？傮w權(quán)重記法將取決于實(shí)際連接各權(quán)重記 法的總和。各系統(tǒng)的權(quán)重可以任意配置。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)多個(gè)冗余連接與FEP連接時(shí)，如 果通訊節(jié)點(diǎn)投入工作則將其計(jì)入系統(tǒng)的權(quán)重。FEP切換流程將選擇權(quán)重記法更高的FEP為 主 FEP。如圖2所示，其中標(biāo)號(hào)1為FEP啟動(dòng)，標(biāo)號(hào)2為兩個(gè)FEP是否連接，標(biāo)號(hào)3為另一 個(gè)FEP是否是主FEP，標(biāo)號(hào)4為另一個(gè)FEP是否是備FEP，標(biāo)號(hào)5為本FEP是主FEP，標(biāo)號(hào)6 為本FEP是備FEP。如圖3所示，其中標(biāo)號(hào)1為本FEP是否是主FEP，標(biāo)號(hào)2為兩個(gè)FEP是否連接，標(biāo)號(hào) 3為讀取備FEP的權(quán)重記法表，標(biāo)號(hào)4為比較權(quán)重記法，標(biāo)號(hào)5為本FEP權(quán)重記法大于另一 個(gè)FEP，標(biāo)號(hào)6為確認(rèn)本地FEP權(quán)重記法大于另個(gè)FEP，標(biāo)號(hào)7為改變狀態(tài)與模式并通知備 FEP變?yōu)橹鱂EP，標(biāo)號(hào)8為收到另一個(gè)FEP的回應(yīng)，標(biāo)號(hào)9為改變狀態(tài)與模式，標(biāo)號(hào)10為服 務(wù)器連接是否正常，標(biāo)號(hào)11為本FEP變?yōu)閭銯EP。在以下情況(少有的情況)下，F(xiàn)EPl和FEP2都可能同時(shí)成為備FEP。如FEPl與 FEP2之間的LANl和LAN2通訊連接都失敗。如果服務(wù)器發(fā)現(xiàn)FEPl和FEP2都是備FEP，服務(wù)器將發(fā)送命令將其中一個(gè)FEP設(shè)置 成主FEP。被選擇成為主FEP的FEP，將扮演并繼續(xù)負(fù)起主FEP的角色直到服務(wù)器發(fā)送切換 FEP的命令，或者FEPl與FEP2之間的LANl或LAN2通訊連接恢復(fù)正常，并且能夠確定哪一 個(gè)是主FEP。


圖1是本發(fā)明的主FEP讀取備FEP標(biāo)記法示意圖；圖2是本發(fā)明的FEP初始化狀態(tài)流程圖；圖3是本發(fā)明的FEP切換過(guò)程流程圖；圖4是本發(fā)明的FEP架構(gòu)概要圖；圖5是本發(fā)明的服務(wù)器讀取FEP輪詢表/狀態(tài)表示意圖；圖6是本發(fā)明的服務(wù)器發(fā)送命令控制外部系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS與各子系統(tǒng)之間存在緊密的耦合關(guān)系，子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、監(jiān) 控功能、人機(jī)界面均通過(guò)ISCS完成，正常情況下集成的相關(guān)系統(tǒng)依賴ISCS實(shí)現(xiàn)正常操作功 能。穩(wěn)定持續(xù)的外部子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，是地鐵ISCS系統(tǒng)的重要需求。前置處理機(jī)(FEP)用于處理ISCS與外部子系統(tǒng)連接的接口工作，使用Modbus通 信協(xié)議。數(shù)據(jù)通過(guò)FEP輸入/輸出到CISCS，DISCS和SISCS中。為滿足地鐵ISCS系統(tǒng)高 可靠性的需求，F(xiàn)EP是基于兩個(gè)冗余FEP(FEP1和FEP2)，以主/備配置方式運(yùn)行。外部子系統(tǒng)通過(guò)LAN網(wǎng)路或串口方式連接。如圖4所示。其中標(biāo)號(hào)1為FEP1，標(biāo)號(hào)2為FEP2，標(biāo)號(hào)3 12分別為BAS、FAS、 PSD、ACS、AFC、PIDS、CLK、TIS、PA、FG 子系統(tǒng)。標(biāo)號(hào) 13 為 LAN1，標(biāo)號(hào) 14 為 LAN2，標(biāo)號(hào) 15 為 串行通信。兩個(gè)FEP以主備方式配置。兩個(gè)FEP均通過(guò)LAm和LAN2連接到外部系統(tǒng)。通 過(guò)LANl連接，F(xiàn)EP可以與ISCS服務(wù)器通訊。通過(guò)LAN2 (主連接)和LANl (備連接)，F(xiàn)EP 可以以主、熱備方式通訊與運(yùn)行。通過(guò)LAN2連接，F(xiàn)EP可以監(jiān)視與控制通過(guò)LAN連接的子 系統(tǒng)。通過(guò)串行通訊連接，F(xiàn)EP可以監(jiān)視串行連接的子系統(tǒng)。1)通訊原理a)FEP從不發(fā)起和服務(wù)器的通訊。b)主服務(wù)器總是發(fā)起和主或者從FEP的通訊。c) 一旦通訊已經(jīng)建立，主服務(wù)器會(huì)從主FEP循環(huán)讀取FEP輪詢表。d) 一旦通訊已經(jīng)建立，主服務(wù)器會(huì)從從FEP循環(huán)讀取從FEP狀態(tài)表。e) FEP輪詢表包括FEP狀態(tài)表和其他所有外部系統(tǒng)表。f)每個(gè)FEP狀態(tài)表表明它內(nèi)部的操作狀態(tài)和與外部系統(tǒng)的鏈接狀態(tài)。每個(gè)FEP都 有一個(gè)認(rèn)證碼。g)服務(wù)器和FEP之間的通訊有三種i.服務(wù)器下載一個(gè)文件，例如FEP配置文件用FTP協(xié)議下載到FEP。ii.服務(wù)器通過(guò)TCP/IP協(xié)議讀取FEP的FEP輪詢表/FEP狀態(tài)表。iii.服務(wù)器通過(guò)專用鏈路使用TCP/IP MODBUS協(xié)議在主FEP表寫入控制數(shù)去DO 和 D08。h)讀取FEP輪詢表或者狀態(tài)的比率可以通過(guò)交易配置編輯器設(shè)置。i)主服務(wù)器通過(guò)主FEP發(fā)起和發(fā)送命令到外部系統(tǒng)。j)主服務(wù)器和主從FEP都建立TCP/IP連接。在任何時(shí)間下，一個(gè)FEP可能和主 服務(wù)器有多個(gè)鏈接建立。FEP不知道服務(wù)器IP地址。k)包括狀態(tài)數(shù)據(jù)的和主服務(wù)器的交換數(shù)據(jù)是通過(guò)主FEP進(jìn)行的。如圖5所示，其中標(biāo)號(hào)1為服務(wù)器，標(biāo)號(hào)2為FEP，標(biāo)號(hào)3表示服務(wù)器發(fā)送讀取FEP 中的輪詢表/狀態(tài)表的請(qǐng)求，標(biāo)號(hào)4為FEP獲取外部子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，標(biāo)號(hào)5為FEP將輪 詢表/狀態(tài)表返回給服務(wù)器，標(biāo)號(hào)6表示服務(wù)器輪詢的時(shí)間間隔。如圖6所示，其中標(biāo)號(hào)1為服務(wù)器，標(biāo)號(hào)2為FEP，標(biāo)號(hào)3為外部子系統(tǒng)，標(biāo)號(hào)4表 示服務(wù)器發(fā)送控制命令給FEP，標(biāo)號(hào)5表示FEP將來(lái)自服務(wù)器的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給外部子系 統(tǒng)，標(biāo)號(hào)6表示FEP收到外部子系統(tǒng)對(duì)控制命令的確認(rèn)消息，標(biāo)號(hào)7表示FEP將來(lái)自外部子 系統(tǒng)的確認(rèn)消息發(fā)給服務(wù)器。在以下情況下FEP會(huì)回復(fù)服務(wù)器帶有異常代碼=0x00的異?；貜?fù)消息a)在發(fā)送服務(wù)器觸發(fā)的控制命令后FEP沒(méi)有收到外部系統(tǒng)的回復(fù)命令。b)FEP檢測(cè)到外部系統(tǒng)的回復(fù)消息的檢校和錯(cuò)誤。c)FEP檢測(cè)到來(lái)自外部系統(tǒng)的回復(fù)消息的從機(jī)地址錯(cuò)誤。2)故障處理故障類型FEP 故障；
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服務(wù)器故障；外部系統(tǒng)故障。FEP 故障主FEP 故障 從FEP檢測(cè)到故障交換身份主FEP。從FEP 故障 主FEP檢測(cè)到故障但是不交換身份。服務(wù)器故障 FEP檢測(cè)到服務(wù)器故障(和服務(wù)器的通訊連接故障)。
FEP關(guān)閉重新初始化FEP與服務(wù)器的通訊端口。外部系統(tǒng)故障 當(dāng)主FEP檢測(cè)到和外部系統(tǒng)鏈路故障。主FEP比較它與從FEP的標(biāo)記。 如果從FEP的標(biāo)記比較好，主FEP會(huì)命令從FEP成為主FEP。 如果主FEP的標(biāo)記比較好，不會(huì)轉(zhuǎn)變身份本發(fā)明經(jīng)在廣州地鐵三號(hào)線ISCS系統(tǒng)中應(yīng)用，取得了良好的效果。
權(quán)利要求
一種高效的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法，其特征在于由兩個(gè)冗余FEP(FEP1和FEP2)，以主/備配置方式運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法，其特征在于用于地鐵綜合監(jiān)控系 統(tǒng)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法，其特征在于兩個(gè)FEP使用心跳提 供系統(tǒng)的檢測(cè)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法，其特征在于兩個(gè)FEP使用較完善 的切換流程。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高效的雙機(jī)熱備切換的設(shè)計(jì)方法及其在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)中的應(yīng)用，其特征在使用兩個(gè)冗余FEP(FEP1和FEP2)，以主/備配置方式運(yùn)行，這種使用雙機(jī)熱備切換的方法，可以使地鐵ISCS得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，大大降低了FEP產(chǎn)生故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。為ISCS系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作提供了保障。
文檔編號(hào)H04L12/24GK101916096SQ201010239259
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者王有斌 申請(qǐng)人:新太科技股份有限公司