专利名称：一种带线路保护的单板备份方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，具体地说，涉及SDH(同步数字光纤网)传输的线路保护以及相关接口装置的备份方法。
背景技术：
在通信技术领域，线路传输以及通信装置的可靠性一直是备受关注的焦点，为了提高可靠性，一般都对线路和装置采取备份的方式，即当检测到工作装置或者线路出故障的时候，自动切换到备用装置/线路上运行。
在SDH的传输中，有一广泛应用的线路保护切换标准基于ITU-TG.841建议的自动保护切换规范。在中国专利文献“高速率SDH环路上的自动保护倒换方法及装置”(专利申请号99121279.7)中，介绍了SDH环网的APS(AutoProtection Switch，自动保护切换)实现方法。从该专利可以看出，APS切换的实现其实是比较复杂的，完整的实现代码量以10万计。从该专利中还可看出，APS切换大致可分为两类1)主用光纤检测到本地异常后，通过备用光纤向远端发送切换请求，等待对端切换完成后，本地进行光纤切换。2)备用光纤响应远端发过来的切换请求，进行保护切换。在该专利中，APS模块位居于系统的承载部分，它和其它子系统存在大量的消息交互，从而增加了切换时间。然而对于专网而言，完全可以对该实现方法进行优化。另外，APS切换是在同一母板上进行的，即工作通路和保护通路都在同一块单板上，也就是说，实现了线路保护就无法同时对单板进行备份。而目前很多物理层装置自身已经提供了APS切换功能，例如CX29704(一种SDH承载ATM信元的帧开销处理芯片)，只需进行简单的配置就可以完成本物理层装置不同光口之间的APS切换，也就是说基于该发明的任务已经可以用芯片完成了。
在装置的保护方面，目前一般对关键的单板实行主备保护，其中一块单板处于工作状态(主用)，另一块单板处于热备份方式(备用)，只要工作单板出现故障，就可以自动、迅速切换到备板。中国专利文献“一种电子通讯系统主备板切换装置”(专利申请号99229246.8)技术已经广泛应用于关键装置的保护，并取得了良好的效果。在该专利中，定义了图2所示的主备互锁逻辑电路，其中MASCT为启动互锁的标志，MASCT为“0”表示竞争主用，为“1”表示锁定备用，由软件控制。该专利还给出了如表1所示的七对主备联络信号。
表1 主备控制联络信号
下面对该表的信号作些说明切换信号实现主备之间的互锁。包括输入信号O_MS-VIE和输出信号I_MS-VIE。实现互锁的逻辑电路如图2所示。
主备复位信号用于处于主备关系的单板之间的互相复位。包括输入信号I_MS-RST和输出信号O_MS-RST。主备复位信号需要遵循的规则是只有主板可以复位备板，因此在硬件上必须采取必要的措施，使处于主用状态的单板屏蔽来自对方板的I_MS-RST信号。
切换请求信号主备间切换请求信号用于处于主备关系的单板之间的切换。包括输入信号I_MS-REQ和输出信号O_MS-REQ。主备切换请求信号需要遵循的规则是只有主板可以向备板发送切换请求，因此在硬件上必须采取必要的措施，使处于主用状态的单板屏蔽来自对板的I_MS-REQ信号或者主板软件不响应对板中断。
Watchdog溢出指示信号包括输入信号I_MS-WDO和输出信号O_MS-WDO。用于指示单板由于各种原因引起的单板复位。
单板在位指示信号
I_MS-PWRON和输出信号O_MS-PWRON。电平信号，高电平有效。可用于输入信号的屏蔽。
正常运行指示信号包括输入信号I_MS-RUN和输出信号O_MS-RUN。电平信号，高电平有效。由软件置位。
异常指示信号包括输入信号I_MS-ALM和输出信号O_MS-ALM。电平信号，高电平有效。
其中，单板异常指示信号、单板正常运行指示信号和切换请求信号都可由软件控制。
在该专利(专利号99229246.8)中，这些信号都被赋予了特殊含义和功能，只是作为主备切换中特定信息的交互。但是并不是每种单板都需要这么多功能，也就是说对一些应用是存在冗余的，比如接口单板，本身并不会有业务数据需要备份，所以运行中的交互就可以省略。另外，正常运行和异常指示信号应该是可以合并的。本发明将这些信号进行重新定义，赋予了新的含义，进行功能扩展，从而能够实现更多信息的交互，从而可以应用于APS切换。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种带线路保护的单板备份方法，用于完成主备切换的同时实现线路的跨板APS切换。由此，本发明主要解决跨板APS切换时，设置主备单板之间所需要进行的各种信息交互。
本发明另一目的在于提供一种带线路保护的单板备份装置，用于完成主备切换的同时实现线路的跨板APS切换。
发明内容主要包括·重新设置主备之间的互告线，进行功能扩展；·对主备控制逻辑电路进行扩展，实现主备单板之间进行APS切换所需的信息交互；·实现因主备单板切换而必须进行的APS切换；·基于底层软件和硬件逻辑电路实现切换过程。
具体地讲，本发明公开了一种带线路保护的单板备份装置，包括主板、备板，所述主板、备板分别工作于主用和备用方式，主板和工作光纤相连，备板和保护光纤相连，所述单板的逻辑电路上设有切换状态寄存器，用以完成自动保护切换和主备切换过程中主板和备板之间的信息交互。
所述切换状态寄存器利用WATCHDOG溢出指示信号线、异常指示信号线和正常运行指示信号线组成，用于在单板收到切换请求时查询切换原因。
所述切换状态寄存器状态定义如下表所示
所述主、备板通过线路使能控制器和通用背板相连，同步时钟由通用背板给出，从而实现切换前后的时钟同步。
本发明还公开了一种带线路保护的单板备份装置的备份方法，单板的主备切换由逻辑电路和底层软件完成，同时光纤链路进行自动保护切换。
所述切换触发包括主板发起的和备板发起的，其中主板发起的切换触发包括后台发送切换命令、前台的复位/切换按键触发、拔板触发、WATCHDOG溢出和主用光纤链路异常；备板发起的切换触发包括备板检测到主板异常、备用光纤切换请求。
所述方法至少包括发出切换请求信号，并告知告警状态；发出切换信号，通知切换结束；其中，所述切换请求信号和切换信号都引入中断，一旦进入中断服务程序后，切换过程中主、备板之间的信息交互采用底层软件的查询模式。
所述方法包括主、备板上电逻辑电路处理流程和切换流程，所述主、备板上电逻辑电路处理包括CPU正常工作并初始化完毕后，查询单板是否在位，由软件决定将连接工作光纤的单板置为主板，连接保护光纤的单板处于正常的竞争主用状态，若主板放弃主用，则备板自动竞争为主用，进行线路的自动保护切换和单板的主备切换。
所述单板的主备切换由主用单板发起，线路的自动保护切换在备板上进行，线路成功完成自动保护切换后，才进行主备切换。
所述切换触发由单板故障引起，则先由逻辑电路完成主、备切换，然后执行强制的自动保护切换。
本发明在完成主备切换的同时实现线路的跨板APS切换，解决了跨板APS切换时，设置主备单板之间所需要进行的各种信息交互。而且，本发明利用主备切换的逻辑电路和硬件资源实现了线路的自动保护切换，同时实现了线路的保护和单板的保护。
图1为本发明装置总体框架图；图2为本发明主备逻辑电路互锁图；图3为主板检测到工作光纤故障的切换流程图；图4为备板检测到远端的切换请求后执行的切换流程图；具体实施方式
本发明中涉及的装置如图1所示。两块单板分别工作于主备方式，主用单板(或称主板，主用板)和工作光纤相连，备用单板(或称备板，备用板)和保护光纤相连，工作、保护光纤各为一条SDH线路，多SDH的切换不在考虑之列。主用、备用单板通过线路使能控制器和通用背板相连，同步时钟由背板给出，从而实现切换前后时钟的同步性。只要主用单板或工作光纤出现故障，工作通路自动切换到备用通路。此时不但要完成单板的主备切换，还要进行光纤的自动保护切换。
在本发明所涉及的装置中，由于主用和备用光纤分属两块物理单板，这样，如果主、备单板需要切换，那么也需要光纤链路进行保护切换，这是本发明所面临的一个新类型。同时光纤链路切换后，也将进行主、备单板的切换。由此，这里的切换通常由以下几种方式触发1)后台发送切换命令；2)前台的复位/切换按键触发；3)拔板触发；4)WATCHDOG溢出；5)备板检测到主板异常；
备板判断主板发生异常的标准为主板的对外通信链路发生故障，这种故障可以由备板发送心跳检测包进行监测。如果主板内部发生其它故障并被系统截获，那么可在故障处理中主动发起主备切换过程。
6)主用光纤链路异常；如果主板检测到主用工作光纤信号丢失或者信号衰减，此时需要切换到备板工作。
7)备用光纤切换请求；如果备板检测到备用光纤上发来的切换请求，也必须启动切换。
图3和图4显示了6)，7)两种切换的流程。从这两个图可以看出，主板和备板之间需要进行多次的信息交互首先需要发出切换请求信号，并告知告警状态本地/远端、还是单板自身故障。其次发出切换信号，通知切换结束。这些交互通过有限的7对互告线完成，无须新增硬件资源。本发明主要解决合理利用这几个信号完成APS切换和主备切换过程中主板和备板之间的信息交互。为了满足上文提出的切换需求，原来这7对信号线需要作些扩展。本发明将WATCHDOG溢出指示引入逻辑电路，可供信息查询，利用WATCHDOG溢出指示信号、异常指示信号和正常运行指示信号，在可电擦可编程逻辑电路装置(EPLD，Erasable Programmable Logic Device)中设计了如表2所示的一个切换状态寄存器。该寄存器用于描述单板收到切换请求时，查询切换原因。之所以要如此细化，是因为有些故障不可恢复(如复位，WATCHDOG溢出)，切换完成之后无须给反馈通知，而有些则需要多次交互。
这样，通过这三根信号线(WATCHDOG溢出指示信号线，异常指示信号线和正常运行指示信号线)即可描述当前的告警状态，使对板(主备板互为对板)清楚装置的运行故障，无须通过系统的操作维护中心来交互，从而迅速执行相应的切换过程。APS切换过程中的信息交互和通知的实现通过切换请求信号和切换信号实现。这两个信号都引入中断，由中断服务程序来完成切换过程，一旦进入中断服务程序后，切换过程中的主备之间的信息交互采用查询方式进行。由于APS切换需要在50ms内完成，所以查询需要有超时设置。一般而言，光纤传输的延时是5μs/km，传输距离以200KM计，则往返的延时为1ms，下面为两个主要延时指标线路传输延时以1ms计，主备之间通信的延时以200μs计。之所以可以采用底层软件的查询模式是因为主备切换的优先级是最高的，其他任何任务在切换还在进行的时候所做的操作都是没有意义。
表2 单板切换状态寄存器
本发明还对APS的操作流程进行了优化，把由信号衰减SD(SignalDegrade)、信号故障SF(Signal Failure)引起的线路故障统一为SF，把主备切换引起的APS切换原因设置为强制切换(优先级最高)。
硬件逻辑电路经过修改，维持了原来的主备切换逻辑电路，保证快速稳定的同时，实现了功能扩充，完成了APS切换。
本发明的实施方法分两部分叙述上电逻辑电路处理和切换流程。其中切换流程根据不同触发原因分别描述。
1、上电逻辑电路处理主备单板上电后均处于默认备用状态，CPU正常工作并初始化完毕后，查询对板是否在位，即查询I_MS_PWRON。若I_MS_PWRON为0，对板不在位，将MASCT置成0，延时100μs；本板将成为主板。若I_MS_PWRON为1，即对板在位，再读取板位信号；由软件决定将连接工作光纤的单板置为主板，即将该板MASCT置成0，延时100μs；如果单板连接的是保护通道，先将MASCT置成1，延时100μs，再将MASCT置成0，处于正常的竞争主用状态，即备用方式，只要主板一放弃主用，则本板自动竞争为主用。
2、切换流程切换包括线路的切换和单板的主备切换，由于二者联系紧密，所以合在一起叙述。切换触发的条件不同，具体切换流程也略有区别。但都遵循如下基本原则1)如果主、备单板的切换由主用单板引起，则线路的自动保护切换在备板上进行；
2)主板放弃主用和线路接口的打开/闭塞控制由硬件逻辑电路执行，且两操作同时进行。在两板都正常运行时，线路自动切换完成后主板才能放弃主用、闭塞线路接口，也就是只有线路成功完成切换后，才能进行主备切换；3)如果切换由于单板故障引起，则由逻辑电路装置首先完成主、备切换，然后执行强制的APS切换。这样可尽量减小由于线路切换故障而对业务数据传输产生影响。
如果按切换的发起地分类，也可分为主板发起的切换和备板发起的切换。其中主板发起的切换包括后台发送切换命令，前台的复位/切换按键触发，WATCHDOG溢出，拔板触发以及工作线路告警等。它们的处理流程基本类似。备板发起的切换包括备板检测到主板故障，以及备用光纤发来的APS切换请求。
(1)主板发起的切换附图3中，以工作线路告警发起切换为例，说明了详细切换过程。下面对其步骤作些说明1)主板检测到SD、SF301主板检测到主用下行光纤链路的SD、SF故障；302主板上报中断，同时启动APS中断服务处理，在这个中断处理流程中，完成主备单板的切换，主板的处理均在此中断服务程序中完成；303主板首先向备板发送故障信息，然后等待备板发过来的切换消息，等待延时为200us；2)备板检测到主板发来的故障信息304备板检测到主板故障信息后，进入相应中断服务程序。在这个中断服务程序内，主要完成光纤链路的APS切换流程；3)在备板完成APS切换流程具体切换流程可参考协议ITU-TG.841。首先由上行备用光纤发送切换请求K1、K2(K1和K2在承载保护信道的STM-N(Synchronous Transport Modulelevel N，速率等级为N的同步传输模块)的复用段开销字节中传送。K1，K2字节的改变意味着可能存在APS倒换请求)，针对几种切换情形，切换的原因有SF和强制切换(根据告警状态寄存器确定)。备板监听它的下行光纤的开销K1、K2，直到收到上游端发来的切换确认消息为止；
如果切换确认则向主板回馈切换请求信号。否则，上告切换失败。
本实施例中，步骤3)包括以下流程305备板通过备用光纤向远端发送切换请求；306备板检测远端返回的切换确认信号；307备板向主板发送倒换请求信号；4)主板放弃主用308主板收到切换请求后，置MASCT为1，再置为0，放弃主用，并处于竞争主用状态，同时闭塞线路接口；5)备板切换为主用309备板收到主备切换信号；310备板打开线路接口；311备板由备用上行光纤发送无切换请求信号；312完成工作光纤和保护光纤切换，原备用光纤切换为工作光纤；313备板向主板发送倒换完成信号；314，315主备板分别上报当前的主备工作状态。
如果切换由后台命令起，那么告警信息统一置为“对板告警”，在备板执行“强制切换”。备板往远端发送的APS切换的请求字不同于线路告警，其它处理流程和线路告警一样。
如果切换由主板的WATCHDOG溢出、复位按键、拔板等异常引起，此时主板立即执行主备切换逻辑电路，由逻辑电路置位MASCT，使本板放弃主用，同时闭塞线路接口，并发送切换请求到对板，同时发送告警状态信息。对板(备板)逻辑电路检测主备竞争信号，置为主用，同时打开线路接口，并执行APS“强制切换”。流程同步骤3)。
(2)备板发起的切换流程备板发起的切换流程主要有以下两种类型响应备用光纤发来的切换请求和备板检测到主板故障后执行的切换。
图4所示为备板检测到远端光纤发来的切换请求后执行的切换流程。详细说明如下1)备用光纤收到远端发来的切换请求401备板收到改变的K1，K2字节时，将触发中断，在中断处理程序内，对K1，K2进行分析，如果确认为不是远端发来的切换请求信息，则不予处理，反之，进行切换操作；402备板往主板发送切换请求信号，然后等待主板的切换命令；2)主板在逻辑电路内执行倒换流程403主板逻辑电路检测到切换请求信号后，使本板放弃主用，发出主备切换信号；404主板闭塞线路接口；3)备板收到切换命令405备板在逻辑电路中置备板为主用，同时打开线路接口；4)备板向远端回复切换确认信息406备板检测到本板切换为主用后，向备用光纤上游端回复切换确认信息。并等待远端发来的无切换消息；407备板收到备用光纤的无切换消息；5)完成切换过程408备板向主板发送切换完成消息，完成所有切换过程；409，410主备板分别上报当前的主备工作状态。
如果备板检测到主板的故障后，向主板发出复位命令，主板立即执行复位操作，此时后续操作同主板硬件复位所执行的切换操作。
另外，还要考虑的是切换的优先级问题。对于APS切换，按照本地请求高于远端的请求进行。
上述所有实现均基于硬件逻辑电路和底层软件处理，执行速度高于基于任务模式的切换流程。和上层应用的接口主要包括切换端口目的地址需要上层配置，通知上层目前单板的切换状态。
权利要求
1.一种带线路保护的单板备份装置，包括主板、备板，所述主板、备板分别工作于主用和备用方式，主板和工作光纤相连，备板和保护光纤相连，其特征在于所述单板的逻辑电路上设有切换状态寄存器，用以完成自动保护切换和主备切换过程中主板和备板之间的信息交互。
2.如权利要求1所述的带线路保护的单板备份装置，其特征在于所述切换状态寄存器利用WATCHDOG溢出指示信号线、异常指示信号线和正常运行指示信号线组成，用于在单板收到切换请求时查询切换原因。
3.如权利要求2所述的带线路保护的单板备份装置，其特征在于所述切换状态寄存器的状态定义如下表所示
4.如权利要求1或2或3所述的带线路保护的单板备份装置，其特征在于所述主、备板通过线路使能控制器和通用背板相连，同步时钟由通用背板给出，从而实现切换前后的时钟同步。
5.一种如权利要求1所述的带线路保护的单板备份装置的备份方法，其特征在于单板的主备切换由逻辑电路和底层软件完成，同时光纤链路进行自动保护切换。
6.如权利要求5所述的带线路保护的单板备份方法，其特征在于所述切换触发包括主板发起的和备板发起的，其中主板发起的切换触发包括后台发送切换命令、前台的复位/切换按键触发、拔板触发、WATCHDOG溢出和主用光纤链路异常；备板发起的切换触发包括备板检测到主板异常、备用光纤切换请求。
7.如权利要求6所述的带线路保护的单板备份方法，其特征在于该方法至少包括发出切换请求信号，并告知告警状态；发出切换信号，通知切换结束；其中，所述切换请求信号和切换信号都引入中断，一旦进入中断服务程序后，切换过程中主、备板之间的信息交互采用底层软件的查询模式。
8.如权利要求5所述的带线路保护的单板备份方法，其特征在于该方法包括主、备板上电逻辑电路处理流程和切换流程，所述主、备板上电逻辑电路处理包括CPU正常工作并初始化完毕后，查询单板是否在位，由软件决定将连接工作光纤的单板置为主板，连接保护光纤的单板处于正常的竞争主用状态，若主板放弃主用，则备板自动竞争为主用，进行线路的自动保护切换和单板的主备切换。
9.如权利要求8所述的带线路保护的单板备份方法，其特征在于所述单板的主备切换由主用单板发起，线路的自动保护切换在备板上进行，线路成功完成自动保护切换后，才进行主备切换。
10.如权利要求8所述的带线路保护的单板备份方法，其特征在于所述切换触发由单板故障引起，则先由逻辑电路完成主、备切换，然后执行强制的自动保护切换。
全文摘要
本发明为一种带线路保护的单板备份方法及装置，该装置包括主、备两块单板，主板和工作光纤相连，备板和保护光纤相连，在切换触发后，主板、备板切换，工作通路可自动切换到备用通路，同时光纤链路进行自动保护切换。所述主用、备用装置通过线路使能控制器和所述通用背板相连，同步时钟由通用背板给出，从而实现切换前后时钟的同步性。所述切换触发包括以下方式后台发送切换命令、前台的复位/切换按键触发、拔板触发、Watchdog溢出、备板检测到主板异常、主用光纤链路异常、备用光纤切换请求。本发明用于完成主备切换的同时实现线路的跨板APS切换。解决跨板APS切换时，设置主备单板之间所需要进行的各种信息交互。
文档编号H04B1/74GK1599292SQ0315734
公开日2005年3月23日 申请日期2003年9月19日 优先权日2003年9月19日
发明者林盛荣, 符冬阳, 陈诗军 申请人:中兴通讯股份有限公司