专利名称：网关设备主备单板倒换方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种实现网关设备主备单板倒换的方法。
背景技术：
第三代移动通信系统(3G)以其先进的空中接口技术、核心网全面的IP包交换及控制技术，使数据通信产业和无线通信产业的技术得到了很好的融合，使无线通信能更好地满足对数据业务(主要是IP业务)快速增长的需求。
WCDMA(宽带码分多址)/CDMA2000都是第三代移动通信系统，采用了与第二代移动通信系统类似的结构，从系统结构和功能上看，都包括了无线接入网络(RAN)和核心网络(CN)。其中，无线接入网络用于处理包括对无线资源的管理在内的所有与无线有关的功能；核心网络负责处理系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由。
核心网络从逻辑上分为两个子系统电路交换域(CS)和分组交换域(PS)。CS域处理传统的电路交换业务，每次通信需占用一些资源建立专用的一条链路，如语音业务；PS域基于分组交换网络，处理分组交换业务，信令和数据都是以数据包形式在分组网中传输，不需要建立专用链路，每个分组都自己找路由。
在WCDMA网络中，核心网分组交换域的主要设备是SGSN(服务GPRS支持节点)和GGSN(网关GPRS支持节点)，如图1所示。其中，SGSN执行移动性管理、安全管理、接入控制和路由选择等功能。GGSN负责提供GPRSPLMN(通用无线分组业务公共陆地移动网络)与外部PDN(分组数据网)的接口，并提供必要的网间安全机制(如防火墙)。GGSN是WCDMA核心网PS域功能节点，通过Gn/Gp接口SGSN相连，通过Gi接口与外部分组数据网络相连，GGSN提供数据包在WCDMA移动网和外部数据网之间的路由和封装。
移动分组数据用户发起的数据业务经SGSN设备接入，发往GGSN，最后经由GGSN发往外部分组数据网。在此过程中，SGSN与GGSN设备间的交互是通过两者的Gn/Gp接口实现的，Gn是同一PLMN(公共陆地移动网络)内的GSN(GPRS支持节点)之间的接口，Gp是不同PLMN的GSN之间的接口，接口间的通信遵从GTP(GPRS隧道协议)协议，GTP协议中，包含路径管理功能。所述路径是指一对GSN之间传输信令和数据的通路，由各自端点的IP地址/UDP(用户数据报文协议)端口号构成，可以分为信令路径和数据路径；路径协议是指在GSN之间用于承载GTP协议的UDP/IP协议。
CDMA2000系统由移动终端MT、基站收发信机BTS、基站控制器BSC和移动交换中心MSC、分组控制功能PCF模块及分组数据服务节点PDSN等部分组成。PDSN(分组数据服务节点)是CDMA核心网PS域功能的核心节点之一，主要功能是提供数据包在PS网络和外部数据网(Internet或私有的IP网络)之间的路由和封装，PCF在CDMA系统中位于BSC与PDSN之间，它提供分组数据业务支持。PDSN与PCF之间的接口为A10/A11(R-P接口)接口，A10接口传输PCF和PDSN之间的用户业务；A11接口传输PCF和PDSN之间的信令信息。PCF与BSC之间的接口为A8/A9接口，A8接口传输BS和PCF之间的用户业务；A9接口传输BS和PCF之间的信令信息。PCF作为无线接入网络的一部分可以和BSC放置在一起，也可以单独放置，PDSN在CDMA2000网络中的位置如图2所示，通过Pi接口与外部分组数据网络相连，提供数据包在CDMA2000移动网和外部数据网之间的路由和封装。
由图1和图2可见，GGSN/PDSN作为各自网络中PS域的核心设备，最主要的功能是完成无线核心网和外部PDN(分组数据网)的数据交互。
在WCDMA中，手机的数据报文在SGSN和GGSN直接通过GTP(GPRS隧道协议)封装进行承载，即GGSN的Gn接口和SGSN之间通过GTP的隧道进行数据和信令的交互，通过信令交互GGSN和SGSN建立合法用户的PDP(分组数据协议)上下文等信息，在此基础上GGSN将从无线接入网侧接收的数据报文还原成IP报文后通过Gi接口和PDN进行数据交互。
同样，在CDAM网络中，PDSN和PCF间的报文通过GRE(通用路由封装)封装进行承载，即在PDSN的R-P接口和PCF之间通过GRE的隧道进行数据和信今的交互。同样，通过信令的交互，PDSN和PCF之间建立合法用户的上下文等信息，PDSN在R-P侧处理与PCF交互的报文，在Pi接口处理无线网和外部PDN的数据报文的交互。
总之，GGSN/PDSN在无线网络的数据交换过程中处于网关设备的角色，是联系无线核心网数据业务和外网数据业务的纽带，其数据报文转发路径如图3所示。
作为无线核心网的网关设备，在设备出现故障时如何保证用户数据仍能转发是用户使用中十分关心的问题。通常，对网关设备采用的是N+1的备份方法，即在设备正常工作时有N个模块进行用户数据的转发，如果其中一个模块出现故障时，作为备份的模块将启动并代替故障模块进行业务处理和数据的转发，通过这个备份模块保证设备的正常数据处理，提高设备的可靠性。
主备倒换的流程如图4所示在设备正常工作状态中，业务备板处于闲置状态，用户的相关信息只存在相应的业务板上，如果某块业务板故障，此时备用板启动，其上没有任何用户的信息，原来经过发生故障的业务板处理的数据流由于业务板故障全部无法转发，用户必须下线后重新发起激活流程。
可以看出，这种备份方法存在以下缺点1、N+1备份，即一个模块对工作的N个模块进行备份，所以如果在设备中有两个或两个以上设备出现故障时，则无法进行数据转发功能的备份，此时将会造成部分用户无法进行数据业务的交互；2、在设备故障倒换时，由于N个工作模块对应1个备份模块，因此无法预知N个模块中的哪一个模块会发生故障，所以备份模块需要重新初始化相关信息，这样，会造成故障模块相关的用户信息全部丢失，使部分用户下线，无法继续进行数据报文的转发。只有在SGSN和GGSN、PCF和PDSN重新进行信令协商后才能进行数据的转发，也就是说需要重新开始信令协商，才能进行后续数据业务的处理。这样，会使用户数据业务中断。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现网关设备主备单板倒换的方法，以解决现有基于N+1备份方法中多个模块发生故障时引起用户数据业务中断的问题，进一步提高设备的可靠性。
为此，本发明提供如下的技术方案一种网关设备主备单板倒换方法，包括A、为各业务单板建立1+1备份；B、为所述业务单板及其备份建立虚拟逻辑对应关系表；C、当需要进行主备倒换时，修改所述虚拟逻辑对应关系表中对应的主备关系；D、根据所述修改后的虚拟逻辑对应关系表完成主备单板倒换后数据流的转发处理。
所述步骤A包括所述业务单板按预定方式将处理的业务信息备份到其对应的备板上。
所述步骤B包括B1、为所述业务单板及其备份设定逻辑板号和虚拟板号；
B2、根据所述设定的逻辑板号和所述虚拟板号建立虚拟逻辑对应关系表。
所述步骤C包括C1、当需要进行主备倒换时，获取需要倒换的虚拟板号；C2、根据所述虚拟板号修改所述虚拟逻辑对应关系表中所述虚拟板号与所述逻辑板号的对应关系。
所述虚拟逻辑对应关系表包括虚拟板号、与所述虚拟板号对应的主逻辑板号、与所述虚拟板号对应的备份逻辑板号。
所述步骤C2具体为互换所述虚拟板号与对应的主逻辑板号和备份逻辑板号的对应关系。
所述步骤D包括D1、建立包含所述虚拟板号的路由信息表；D2、根据所述路由信息表获取存放所述用户PDP上下文信息的虚拟板号；D3、根据所述虚拟板号查找所述虚拟逻辑对应关系表，获取所述虚拟板号对应的主逻辑板号；D4、将所述用户业务数据转发到所述主逻辑板号对应的业务单板上。
所述步骤D还包括倒换后的业务单板根据预先备份的业务信息处理所述用户业务数据。
所述预定方式具体为定时将所述业务单板中的用户业务信息相关数据备份到所述业务单板对应的备份单板上。
所述业务单板及其对应的备份单板互为备份。
由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过采用1+1备份方法，使系统中的每个网关设备都得到了可靠的备份；通过引入虚拟逻辑板号来进行数据的处理和转发，使用户在对网上设备状态没有感知的情况下，即可简单、有效地完成设备的主备倒换，保证了用户业务数据转发的连续性；同时，也避免了现有技术中由于主备倒换导致的用户重新激活操作，减少了网上设备状态对用户的影响，增强了作为联系无线网和分组数据网桥梁的网关设备的可靠性。
图1是GGSN在WCDMA网络中的位置示意图；图2是PDSN在CDMA2000网络中的位置示意图；图3是GGSN/PDSN数据报文转发路径示意图；图4是现有技术中网关设备主备倒换时数据转发的流程；图5是本发明中网关设备主备倒换时数据转发的流程；图6是分布式系统设备结构框图；图7是本发明方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的核心在于针对现有技术方案的缺点，对网关设备的各业务单板采用1+1备份的方式，为各业务单板及其备份分别设定不同的逻辑板号，为编号不同的业务单板及其备份设定同一个虚拟板号，根据设定的逻辑板号和虚拟板号建立虚拟逻辑对应关系表，在该表中标明了各虚拟板号对应的一组逻辑板号及其该组中运行的业务单板。在数据转发路由表中采用虚拟板号来标识业务单板的地址。当报文进入网关设备时，首先通过路由表查找存放该用户上下文信息的虚拟板号，然后通过虚拟逻辑对应关系表查找到进行转发处理的逻辑板号，并将数据转发到对应逻辑板进行处理。当需要进行主备倒换时，首先修改对应的虚拟逻辑关系对应表的内容，将备板的逻辑板号与原业务单板的逻辑板号互换。这时，在路由表上查找到存放该用户上下文信息的虚拟板号，通过虚拟板号查到的逻辑板号即为当前业务单板的逻辑板号，通过该逻辑板号将数据发送到对应的业务单板进行处理。这样，使主备倒换过程中数据转发途径与倒换前完全相同，用户不会感知到设备的倒换，从而保证用户数据转发在系统主备倒换时仍能正常进行。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图5是本发明网关设备主备倒换时数据转发的流程当业务主板处于正常工作状态时，业务备板处于备份状态，业务主板将用户信息转发到备板进行数据备份；当业务主板出现故障时，此时备板上已经有相关用户的信息(该信息包括用户的转发信息，计费信息等)，将用户数据流转发到业务备板上，数据流将继续转发，使用户不会感觉到设备的动作。
通常，网关设备大都采用分布式系统结构，如图6所示图中所示业务板1、2和业务板3、4各为一组主备业务板。其中，主控板完成对各业务单板功能和接口板功能的控制，接口板完成数据的接收和发送，一个接口板可以对应多组业务板，在接口板上建有路由信息表，该表包括需要转发数据的目的地址和逻辑板号标识等路由信息。当有数据进入网关设备时，首先根据该数据中的地址信息查找该路由信息表，找到对应的业务单板，然后将数据转发到该业务单板进行处理；同样，当有数据需要发送时，由业务单板将数据发送到接口板，接口板根据该数据中的地址信息查找该路由信息表，找到下一个节点地址，然后将数据发送到下一个节点。
为了克服现有技术N+1备份方式的缺点，本发明对网关设备采用了1+1的备份方法，即对每个业务单板都配备一个与之相同的备板，并实现备板与业务单板的热备份，比如，按一定的方式定时将业务单板中的业务信息备份到备板上，使备板完全能够感知和自己对应的业务单板，从而保证设备模块的完全备份，提高整个系统的稳定性。一旦该业务单板出现故障或者需要进行系统维护时，不需要对备板进行初始化，以及与相关设备进行信令协商即可将用户业务数据转发到该备板上进行处理。
具体实现流程参见图7，包括以下步骤步骤701为各业务单板建立1+1备份，在设备运行时，业务单板按预定方式将处理的业务信息备份到其对应的备板上。比如，业务单板与其备板同步运行，通过定时进行信息交互，将业务单板上的业务信息及时备份到对应的备板上。业务单板及其对应的备份单板互为备份，并将当前参与业务处理的单板称为业务主板，将当前未参与业务处理的单板称为业务备板。
在GPRS(通用无线分组业务)系统中，有一个重要的数据库记录信息，即用户PDP上下文(分组数据协议上下文)，用于管理从手机MS(移动终端)到网关GGSN(网关GPRS支持节点)及到ISP(网络报务提供商)之间的数据路由信息。当MS访问GPRS内部网络或外部因特网络时，MS提出PDP上下文请求消息，MS可以与运营商签约选择固定服务的GGSN，或由SGSN(服务GPRS支持节点)选择服务的GGSN，SGSN再向GGSN发建立PDP上下文请求消息，GGSN分配MS一个IP地址。在成功地建立和激活PDP上下文后，MS、SGSN和GGSN都存储了用户的PDP上下文信息。有了用户的位置信息和数据的路由信息，MS就可以访问该网络的资源。因此，上述业务单板上的业务信息包括用户的PDP上下文信息。
步骤702为业务单板及其备份设定逻辑板号和虚拟板号。
步骤703根据设定的逻辑板号和虚拟板号建立虚拟逻辑对应关系表。
虚拟逻辑对应关系表包括虚拟板号、与虚拟板号对应的主逻辑板号、与虚拟板号对应的备份逻辑板号。
在逻辑板号和虚拟板号的设定中，使逻辑板号对应于设备的逻辑编号，而虚拟板号对应于路由表中的地址编号，因此，对于一对主、备单板，其逻辑板号不同，但他们的虚拟板号相同。例如对于一对主备板，它们的逻辑板号分别是3和4，但它们共同的虚拟板号是3，即虚拟板号对应着一个主逻辑板号和一个备份逻辑板号。将虚拟板号和逻辑板号的对应关系存储在虚拟逻辑对应关系表中，对应关系表中的索引和虚拟板号相对应，在对应位置填写当前与该虚拟板号相关的主逻辑板号，这样通过虚拟逻辑对应关系表可以找到对应的主逻辑板号。虚拟逻辑对应关系表格式如下表1所示表1
其中1、2、3、4是设备的逻辑板号，由于采用两个逻辑板号对应一个虚拟板号的方法，所以对应的虚拟板号为1、3，在设备中逻辑板号1和2对应虚拟板号1，逻辑板号3和4对应虚拟板号3。其中，括号中的逻辑板号2表示虚拟板号1对应的主逻辑板号，同样，括号中的逻辑板号3表示虚拟板号3对应的主逻辑板号。
步骤704建立包含虚拟板号的路由信息表。
本技术领域人员知道，网关设备为了实现用户数据的正确转发，需要有一个路由信息表，在该表中，通过地址信息标明了每个用户数据需要转发的目的地址。通常，用各业务单板的逻辑地址来表示。在本发明中，为了实现设备的1+1备份，引入了虚拟板号，在路由信息表中用该虚拟板号来标识用户数据的目的地址。在前面已经描述，每个虚拟板号对应一对逻辑板号(业务主板和业务备板的编号)，而虚拟逻辑对应关系表给出了每个虚拟板号对应的主逻辑板号，这样，就可以根据虚拟逻辑对应关系表查找到实际的业务主板的地址，进而可以将用户数据转发到对应的业务主板上进行处理。
步骤705当需要进行主备倒换时，获取需要倒换的虚拟板号。通常，设备发生故障或需要维护时，为了保障用户业务的正常运行，需要进行主备设备的倒换。比如，设备发生故障时，发生故障的业务单板会向设备管理单元上报故障告警，在该故障告警信息中会包含该业务单板的地址信息(逻辑板号和/虚拟板号)，因此设备管理单元能够知道发生故障的虚拟板号。如果需要对设备的某个单元进行维护，需要进行主备倒换时，可以由设备管理单元选定需要倒换的虚拟板号。
步骤706根据虚拟板号修改虚拟逻辑对应关系表中该虚拟板号与逻辑板号的对应关系。
因为每个虚拟板号对应一组逻辑板号，其中，一个为业务主板的逻辑板号，另一个是业务备板的逻辑板号，而且在虚拟板号中包含了对应的业务主板的逻辑板号信息。又由于是1+1备份，因此只需修改虚拟板号对应的主逻辑板号。
例如，对于表1所示的虚拟逻辑对应关系表，如果逻辑板号2对应的业务单板发生故障，需要将该板上的业务倒换到逻辑板号1对应的业务备板上。此时，只需互换虚拟板号与对应的主逻辑板号和备份逻辑板号的对应关系，则表项的对应关系修改为下表2所示表2
完成虚拟逻辑对应关系表的修改后，对用户业务数据的转发和发生故障前是完全相同的。如下几个步骤步骤707根据路由信息表获取存放用户PDP上下文信息的虚拟板号。
步骤708根据虚拟板号查找虚拟逻辑对应关系表，获取虚拟板号对应的主逻辑板号。
步骤709将用户业务数据转发到主逻辑板号对应的业务单板上。业务单板根据已存储的该用户PDP上下文信息对用户数据进行处理。
由上述过程可见，利用本发明方法完成故障设备倒换时，由于用于管理从手机MS(移动终端)到网关GGSN及到ISP之间的数据路由信息是由业务主板同步写到业务备板中，当业务主板出现故障后，通过本发明方法直接将用户数据转发到对应的备板上。这样，对于用户数据来说，数据业务的转发途径完全相同，用户不会感知到设备的倒换；对于备板来说，由于实现了业务信息的热备份，因此不需要进行信令协商即可对接收的用户数据进行处理，保证了用户数据转发在系统主备倒换时仍能正常进行。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种网关设备主备单板倒换方法，其特征在于，包括A、为各业务单板建立1+1备份；B、为所述业务单板及其备份建立虚拟逻辑对应关系表；C、当需要进行主备倒换时，修改所述虚拟逻辑对应关系表中对应的主备关系；D、根据所述修改后的虚拟逻辑对应关系表完成主备单板倒换后数据流的转发处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括所述业务单板按预定方式将处理的业务信息备份到其对应的备板上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括B1、为所述业务单板及其备份设定逻辑板号和虚拟板号；B2、根据所述设定的逻辑板号和所述虚拟板号建立虚拟逻辑对应关系表。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括C1、当需要进行主备倒换时，获取需要倒换的虚拟板号；C2、根据所述虚拟板号修改所述虚拟逻辑对应关系表中所述虚拟板号与所述逻辑板号的对应关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述虚拟逻辑对应关系表包括虚拟板号、与所述虚拟板号对应的主逻辑板号、与所述虚拟板号对应的备份逻辑板号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C2具体为互换所述虚拟板号与对应的主逻辑板号和备份逻辑板号的对应关系。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括D1、建立包含所述虚拟板号的路由信息表；D2、根据所述路由信息表获取存放所述用户PDP上下文信息的虚拟板号；D3、根据所述虚拟板号查找所述虚拟逻辑对应关系表，获取所述虚拟板号对应的主逻辑板号；D4、将所述用户业务数据转发到所述主逻辑板号对应的业务单板上。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤D还包括倒换后的业务单板根据预先备份的业务信息处理所述用户业务数据。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定方式具体为定时将所述业务单板中的用户业务信息相关数据备份到所述业务单板对应的备份单板上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务单板及其对应的备份单板互为备份。
全文摘要
本发明公开了一种网关设备主备单板倒换方法，包括为各业务单板建立1+1备份；为业务单板及其备份建立虚拟逻辑对应关系表；当需要进行主备倒换时，修改虚拟逻辑对应关系表中对应的主备关系；根据修改后的虚拟逻辑对应关系表完成主备单板倒换。利用本发明，可以避免网关设备主备倒换时用户业务数据的丢失，减小对用户业务数据转发的影响，提高设备的稳定性和可靠性。
文档编号H04B1/74GK1735033SQ20041005831
公开日2006年2月15日 申请日期2004年8月10日 优先权日2004年8月10日
发明者夏渊 申请人:华为技术有限公司