专利名称：复用段保护倒换的热备份装置及其方法
技术领域：
本发明涉及通信系统的复用段保护倒换技术，特别涉及复用段保护倒换的热备份实现技术。
背景技术：
同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，简称“SDH”)技术能够取得飞速发展并广泛应用，并且能被光传输系统采用，其中一个重要的原因就是它的自愈保护功能。而在各种组网保护中复用段保护(MultiplexSeetion Protection，简称“MSP”)是一种高效的保护手段，也是当今光传输系统中最重要的保护手段之一。
国际电信联盟电信标准部(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector，简称“ITU-T”)在其G.841建议中，明确定义了传输设备的复用段保护倒换协议自动保护倒换(AutoProtection Switching，简称“APS”)。协议规定，复用段保护倒换是通过K1和K2字节传递来实现的，其中K1字节前4位表征桥接请求码，后4位表征目的节点识别码，而K2字节前4位表征源节点识别码，第5位表征短路径或长路径，后3位表征复用段保护倒换的状态。
光传输系统通过复用段保护倒换确保业务在设备或光纤线路异常情况下能够通过保护倒换而不被中断。复用段保护倒换的可靠性直接影响客户的业务，是客户最关心的一项性能指标。在通信系统中，特别是光传输系统中，每个光纤的传输速率可达40Gbps，一旦由于复用段保护倒换失败而导致中断，其数据损失量是巨大的，而由此带来的经济效益损失是无法弥补的。
可见，保证复用段协议持续正常运行将是十分关键的一项技术。实际应用中，复用段协议一般运行在传输系统的主控板上，也可以运行在交叉板或者线路板上，各种板的运行都难免于因故引起的硬件故障和软硬复位的发生，因此为了保证重要协议的正常不间断运行，一般采用协议热备份的方法。即，采用对应的主用单板和备用单板进行对协议的备份，正常情况下复用段保护由主用单板运行，当主用单板出现异常，则由备用单板接替运行，以保证协议不被中断，业务得到可靠的保护。
一般的说，为了使得协议运行在主备用切换时受到的影响最小，在备用单板上同步运行着与主用单板同样的复用段保护协议，当在主用单板失效的时候，备用单板上的协议接替主用单板上的协议进行复用段保护。主备用单板的协议同步使得主备切换顺利无缝地完成。然而，在复用段保护倒换的热备份中，在复用段处于空闲态的时候进行主备切换是没有问题的，但是复用段保护倒换正在进行时，主备切换与复用段保护倒换就可能产生冲突，导致复用段保护协议进行错误的操作，影响业务的保护。同时在主单板的软件处于软复位的过程中如果发生复用段保护倒换就需要进行主备倒换，如果没有复用段的保护倒换就不需要进行主备倒换，防止频繁的主备倒换影响复用段协议的可靠运行。
因此，为了主、备单板上的复用段保护协议不间断地正常工作，就必须有有效的机制来保证网元在各种复用段倒换状态下，主备复用段协议倒换能够成功，且对业务影响达到最小，即实现各种复用段的状态下的主备协议实体无缝切换。
由于主备用单板在复用段保护倒换过程中，如果需要进行切换，则必须保持双方状态和配置等的一致性。利用网管进行主备协议切换的协调是一种方案，因为网管可以通过网关网元利用数字通信通道(Digtal CommunicationChannel，简称“DCC”)通信与所有网元保持通信，并可以收集所有网元的状态和配置信息，从而保持网元状态配置一致。但是，这种方案依赖于DCC通信和网管的可靠性，而且切换的时间比较长，复杂度较高，是一种集中式的处理方式，效率低。
另一种技术方案是利用没有运行复用段协议的其他单板控制复用段协议的主备倒换，控制主备倒换的单板专门负责与主备用单板进行通信，保持双方状态一致。该方案必须要使控制主备倒换的单板有复用段的配置信息还要能够实时检测到主板的失效。不仅由于多用一块单板进行控制而使得硬件成本增高，而且控制单板与主备用单板之间的通信控制协议的实现还大大增加了倒换实现的复杂度。另外，该方案还会减少系统可靠性，因为控制主备倒换的单板也会失效，导致复用段保护协议失败的可能性更高。
在实际应用中，上述方案存在以下问题主备倒换实现复杂，成本高昂，效率低，可靠性低。
造成这种情况的主要原因在于，采用网管进行集中式控制主备倒换的进行，或者采用额外的单板和专门的通信协议控制主备倒换的进行。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种复用段保护倒换的热备份装置及其方法，使得复用段保护倒换的主备用协议实体在任何复用段保护倒换状态下都能够实现无缝、高效、可靠的切换。
为实现上述目的，本发明提供了一种复用段保护倒换的热备份装置，包含主、备协议实体，其中，主、备协议实体还各包含协议控制器，用于控制复用段保护倒换协议的运行，主、备协议实体还各包含适配层模块，用于进行所述主协议实体和所述备协议实体之间的适配层通信、保存主、备协议控制器的状态并控制其转移、并根据该状态进行主备倒换处理；
所述主适配层模块还用于转发所述主协议控制器的命令消息，所述备适配层模块还用于转发所述备协议控制器的命令消息。
其中，所述主适配层模块对于所述主协议控制器下发的新的k字节、新的桥接倒换命令和新的k字节穿通命令不进行拦截，分别发送到相关的线路板和交叉板；所述备适配层模块对新的k字节、新的桥接倒换命令和新的k字节穿通命令进行拦截，以保证只有所述主协议控制器起作用。
所述主、备协议控制器的状态包括稳定和非稳定状态，用于标识协议是否正在进行倒换；如果发生主备倒换的时候协议控制器处于非稳定状态，则新主协议控制器将进行重启复用段协议的操作。
所述主、备适配层模块中保存的主备协议控制器的状态包括预备抢的状态；主协议实体所在单板的软件处于软复位过程中，备协议控制器处于预备抢状态，在预备抢状态时发生复用段保护倒换，则需要进行主备倒换。
本发明还提供了一种复用段保护倒换的热备份方法，用于权利要求1所述的装置，所述方法包含以下步骤，A在协议启动过程中，主协议实体正常启动协议，备协议实体在协议启动时通过所述备适配层模块与主协议实体之间的通信进行协调；B所述主协议实体每隔一个同步周期发起一次同步过程，该同步过程使得所述备协议实体与所述主协议实体保持协议数据的同步；C当主备切换发生后，新主协议实体从新备协议实体同步协议数据。
其中，所述步骤C中，如果新主协议实体从新备协议实体同步协议数据失败，则维持上次定时同步的结果，进行协议处理。
还包含步骤，D当所述主协议实体所在单板的软件处于软复位过程中时，所述备协议实体进入预备抢状态，并在预备抢成功后，由新主协议实体重新启动协议。
所述步骤A包含以下子步骤，所述主协议实体收到启动协议命令后，正常启动协议；所述备协议实体收到启动协议命令后，所述备适配层模块置状态属性为未知状态，向所述主协议实体发送请求同步命令；所述主适配层模块收到所述请求同步命令后，将所述请求同步命令转发给所述主协议控制器；所述主协议控制器收到所述请求同步命令后，在协议启动后，获得控制器数据，返回同步响应命令；所述主适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述备协议实体；所述备适配层模块收到所述同步响应命令后，设置所述状态属性为协议已启动，且转发所述同步响应命令给所述备协议控制器；所述备协议控制器收到所述同步响应命令后，设置所述控制器数据，完成协议启动过程。
所述步骤B包含以下子步骤，在每个所述同步周期内，所述主适配层模块定时向所述主协议控制器发送所述请求同步命令；所述主协议控制器收到所述请求同步命令后，仅当协议不在启动过程中时，获得所述控制器数据，返回所述同步响应命令；所述主适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述备协议实体；所述备适配层模块收到所述同步响应命令后，设置所述状态属性为协议已启动，且转发所述同步响应命令给所述备协议控制器；所述备协议控制器收到所述同步响应命令后，设置所述控制器数据，完成所述同步过程。
所述步骤C包含以下子步骤，当主备切换发生后，所述新主协议实体收到主协议实体离线命令后，返回所述请求同步命令给新主适配层模块；所述新主适配层模块收到所述请求同步命令后，将所述请求同步命令转发给新备适配层模块；所述新备适配层模块收到所述请求同步命令后，将所述请求同步命令转发给新备协议控制器；所述新备协议控制器收到所述请求同步命令后，仅当协议不在启动过程中时，获得所述控制器数据，返回所述同步响应命令；所述新备适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述新主协议实体；所述新主适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述新主协议控制器；所述新主协议控制器收到所述同步响应命令后，设置所述控制器数据。
所述步骤D包含以下子步骤，当所述主协议实体所在单板的软件处于软复位过程中时，所述备协议实体进入预备抢状态；当备协议实体在预备抢状态发生新的复用段保护倒换时，所述备协议实体发生真正的主备倒换；主备倒换成功后，变为所述新主协议实体；所述新主协议实体收到所述主协议实体离线命令后，释放当前桥接倒换，初始化控制器数据，重新启动协议。
所述主备切换的触发因素包含以下因素中的任一种手工下发协议实体所在单板与其备板的倒换命令、硬复位主协议实体所在单板、主协议实体所在单板突然不在位、软复位主协议实体所在单板的软件处于同时发生复用段保护倒换、以及协议实体所在单板的硬件坏。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，在主备协议实体均设置适配层模块，用于同步复用段保护倒换的状态，并根据状态进行相应处理，实现协议启动、协议同步和主备倒换。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即主备协议实体的适配层模块使得协议同步能够分布式的运行，协议状态的同步使得主备协议实体能够无缝倒换，从而降低复杂度、减少成本、提高效率。
图1是根据本发明的一个实施例的复用段保护倒换的热备份装置组成结构示意图；图2是根据本发明的一个实施例的复用段保护倒换的热备份方法同步流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
为了能实现分布式处理，本发明在主备单板上都设置适配层模块，使得主备单板可以在适配层进行通信，实施定时同步控制，通过命令传送协议控制器可以进行配置数据获取，从而保持主备状态同步，实现高效的主备无缝切换。
图1示出了本发明的一个实施例的复用段保护倒换的热备份装置组成结构示意图。主板11包含主适配层模块111和主协议控制器112，备板12包含备适配层模块121和备协议控制器122。其中，两个适配层模块111、121互联，用于完成适配层通信，实现主板11和备板12之间的命令消息和同步数据的传递，适配层模块111、121又各自与协议控制器112、122相联，能够转发命令消息和同步数据，另外适配层模块111、121还实现了一定的同步控制功能，比如定时发起同步过程、执行同步状态机等。协议控制器112、122则用于完成复用段保护倒换的协议运行，除了正常的协议运行之外，还要能够发起和响应同步命令消息，比如发送同步请求命令、返回同步响应命令等，并且还能根据响应配置数据或者根据请求获取数据。
在协议启动、定时同步、主备切换、预备抢成功等情况下，都要进行主备同步的过程，在以此同步过程中，主要的动态过程描述如下，首先根据触发情况，备适配层模块121会发送或者转发同步请求命令给主适配层模块111，接着主适配层模块111转发此消息给主协议控制器112，主协议控制器112即将包含参数配置以及网元状态等控制器数据提取并封装到同步响应命令中，然后返回给主适配层模块111，由其通过适配层通信通道转发给备适配层模块121，此时备适配层模块121并修改同步状态属性，表征同步已完成，然后转发给备协议控制器122，最后更新控制器数据，完成同步过程。
本发明利用适配层通信，实现主备同步，在协议启动、主备切换、定时同步、预备抢成功四种情况下进行主备同步，同步过程通过状态机控制实现，使得在任何状况下都能进行主备无缝切换。
在协议启动时，由于要保持主备单板同步运行协议，因此在本发明的一个实施例中，先由主板正常启动协议，然后由备板发起同步过程，使得备板与主板同步运行协议。在协议运行过程中，由于各种原因，复用段保护倒换的协议状态会发生变化，因此为了实现主备实时同步，必须进行周期性的同步过程，即由主板定时发起同步过程。在本发明的一个较佳实施例中，设置同步周期为2分钟。当主备切换发生后，原来的主板变成了备板，原来的备板变成了主板，新的主板必须从原来的主板中同步数据。另外，在预备抢成功后，新的主板也需要重新启动协议。
上述各情况的处理中，主要过程即为同步过程，只是发起的原因和部件不同。同步过程中，主备双方通过适配层通信获得同步数据。下面详细描述每种情况下同步过程的具体步骤。
在主板协议正常启动后，备板接收到主机下发的启动协议命令，即发起同步过程。图2示出了本发明的一个实施例的复用段保护倒换的热备份方法同步流程图。
在步骤201中，备适配层模块置状态属性为未知状态，然后向主板发送命令，请求复用段状态属性的同步，即请求同步命令。由于主备双方是通过适配层相连，因此该命令即传送到主适配层模块。
接着进入步骤202中，主适配层模块收到请求同步命令后，将这个命令转发给主协议控制器。
接着进入步骤203中，主协议控制器收到请求同步命令后，如果协议不是启动过程中，就获取控制器数据，比如复用段状态、配置参数等，并封装到同步响应命令中，返回给主适配层模块。
接着进入步骤204中，由主适配层模块将同步响应命令后发送到备板，即由备适配层模块接收。
接着进入步骤205中，备适配层模块收到同步响应命令后，设置状态属性为协议已经启动，同时转发同步响应命令给备协议控制器。
最后在步骤206中，由备协议控制器根据收到的同步响应命令，解析得到控制器数据，并同步设置到备板中，同步过程完成。
在本发明的一个实施例中，如果步骤201-205中的任意一个步骤中，由于某种原因，比如板间通信失败、协议在启动过程中不同步，而导致同步过程被中断，则备适配层模块将设置状态属性为未知状态，而协议内部就为初始的协议停止状态。在下面所述的各种同步过程中，如果发生中断，也进行同样的处理。
同样的，在本发明的一个实施例中，在协议运行中的定时周期性同步过程，可以描述如下主板每两分钟会发起一次同步，即每隔两分钟，主适配层模块即传送请求同步命令给主协议控制器；然后，主协议控制器在收到命令后，如果协议不是启动过程中，就取得控制器数据，返回同步响应命令，由主适配层模块转发给备板；备适配层模块收到同步响应命令，置状态变量为协议已经启动，转发给备协议控制器；由备协议控制器来根据同步响应命令设置控制器数据，同步过程即可完成。
在主备协议倒换完成时也进行同样的同步过程。对复用段协议来说，发生主备切换的条件很多，比如手工下发主备协议实体切换命令、手工下发协议实体所在单板与其备板的切换命令、主协议实体所在单板硬复位、主协议实体所在单板的拔插、由于预备抢成功而触发的协议实体的主备倒换、协议实体所在单板的硬件故障等，在引发主备切换后，主备换位，新的主板(即原来的备板)就会收到适配层模块传来的主板离线命令，如果此时新的备板处于倒换过程中，那么新的主板重新启动协议；否则新的主板即从新的备板(即原来的主板)同步控制器数据，同步过程如下所示首先，新的主板的协议控制器在收到主板离线命令后，返回给主适配层模块请求同步命令，由主适配层模块转发该请求同步命令给新的备板；新的备板在收到这个命令后，即转发给备协议控制器；备协议控制器在收到请求同步命令后，如果协议不是启动过程中，就取得控制器数据，返回同步响应命令给备适配层模块，由备适配层模块转发给新的主板；主适配层模块在收到同步响应命令后，转发给主协议控制器，由主协议控制器同步设置控制器数据。
另外，在主板软复位过程中，备板将处于预备抢状态，如果这个过程中，有条件触发倒换或倒换恢复，比如发生光纤断、光纤恢复、误码、误码恢复、下发外部倒换、下发外部倒换清除等情况，将导致备板发送K字节或下页面等动作，并且满足倒换条件，即备板工作正常时，那么备板即预备抢成功，变为主板，新的主板(即原来的备板)就会收到适配层模块传来的主板离线命令，这时新的主板的协议控制器将释放当前倒换页面，然后初始化控制器数据，并重新启动协议。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种复用段保护倒换的热备份装置，包含主、备协议实体，其中，主、备协议实体还各包含协议控制器，用于控制复用段保护倒换协议的运行，其特征在于，主、备协议实体还各包含适配层模块，用于进行所述主协议实体和所述备协议实体之间的适配层通信、保存主、备协议控制器的状态并控制其转移、并根据该状态进行主备倒换处理；所述主适配层模块还用于转发所述主协议控制器的命令消息，所述备适配层模块还用于转发所述备协议控制器的命令消息。
2.根据权利要求1所述的复用段保护倒换的热备份装置，其特征在于，所述主适配层模块对于所述主协议控制器下发的新的k字节、新的桥接倒换命令和新的k字节穿通命令不进行拦截，分别发送到相关的线路板和交叉板；所述备适配层模块对新的k字节、新的桥接倒换命令和新的k字节穿通命令进行拦截，以保证只有所述主协议控制器起作用。
3.根据权利要求1所述的复用段保护倒换的热备份装置，其特征在于，所述主、备协议控制器的状态包括稳定和非稳定状态，用于标识协议是否正在进行倒换；如果发生主备倒换的时候协议控制器处于非稳定状态，则新主协议控制器将进行重启复用段协议的操作。
4.根据权利要求1所述的复用段保护倒换的热备份装置，其特征在于，所述主、备适配层模块中保存的主备协议控制器的状态包括预备抢的状态；主协议实体所在单板的软件处于软复位过程中，备协议控制器处于预备抢状态，在预备抢状态时发生复用段保护倒换，则需要进行主备倒换。
5.一种复用段保护倒换的热备份方法，用于权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方法包含以下步骤，A在协议启动过程中，主协议实体正常启动协议，备协议实体在协议启动时通过所述备适配层模块与主协议实体之间的通信进行协调；B所述主协议实体每隔一个同步周期发起一次同步过程，该同步过程使得所述备协议实体与所述主协议实体保持协议数据的同步；C当主备切换发生后，新主协议实体从新备协议实体同步协议数据。
6.根据权利要求5所述的复用段保护倒换的热备份方法，其特征在于，所述步骤C中，如果新主协议实体从新备协议实体同步协议数据失败，则维持上次定时同步的结果，进行协议处理。
7.根据权利要求5或6所述的复用段保护倒换的热备份方法，其特征在于，还包含步骤，D当所述主协议实体所在单板的软件处于软复位过程中时，所述备协议实体进入预备抢状态，并在预备抢成功后，由新主协议实体重新启动协议。
8.根据权利要求7所述的复用段保护倒换的热备份方法，其特征在于，所述步骤A包含以下子步骤，所述主协议实体收到启动协议命令后，正常启动协议；所述备协议实体收到启动协议命令后，所述备适配层模块置状态属性为未知状态，向所述主协议实体发送请求同步命令；所述主适配层模块收到所述请求同步命令后，将所述请求同步命令转发给所述主协议控制器；所述主协议控制器收到所述请求同步命令后，在协议启动后，获得控制器数据，返回同步响应命令；所述主适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述备协议实体；所述备适配层模块收到所述同步响应命令后，设置所述状态属性为协议已启动，且转发所述同步响应命令给所述备协议控制器；所述备协议控制器收到所述同步响应命令后，设置所述控制器数据，完成协议启动过程。
9.根据权利要求7所述的复用段保护倒换的热备份方法，其特征在于，所述步骤B包含以下子步骤，在每个所述同步周期内，所述主适配层模块定时向所述主协议控制器发送所述请求同步命令；所述主协议控制器收到所述请求同步命令后，仅当协议不在启动过程中时，获得所述控制器数据，返回所述同步响应命令；所述主适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述备协议实体；所述备适配层模块收到所述同步响应命令后，设置所述状态属性为协议已启动，且转发所述同步响应命令给所述备协议控制器；所述备协议控制器收到所述同步响应命令后，设置所述控制器数据，完成所述同步过程。
10.根据权利要求7所述的复用段保护倒换的热备份方法，其特征在于，所述步骤C包含以下子步骤，当主备切换发生后，所述新主协议实体收到主协议实体离线命令后，返回所述请求同步命令给新主适配层模块；所述新主适配层模块收到所述请求同步命令后，将所述请求同步命令转发给新备适配层模块；所述新备适配层模块收到所述请求同步命令后，将所述请求同步命令转发给新备协议控制器；所述新备协议控制器收到所述请求同步命令后，仅当协议不在启动过程中时，获得所述控制器数据，返回所述同步响应命令；所述新备适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述新主协议实体；所述新主适配层模块收到所述同步响应命令后，将所述同步响应命令转发给所述新主协议控制器；所述新主协议控制器收到所述同步响应命令后，设置所述控制器数据。
11.根据权利要求7所述的复用段保护倒换的热备份方法，其特征在于，所述步骤D包含以下子步骤，当所述主协议实体所在单板的软件处于软复位过程中时，所述备协议实体进入预备抢状态；当备协议实体在预备抢状态发生新的复用段保护倒换时，所述备协议实体发生真正的主备倒换；主备倒换成功后，变为所述新主协议实体；所述新主协议实体收到所述主协议实体离线命令后，释放当前桥接倒换，初始化控制器数据，重新启动协议。
12.根据权利要求5或6所述的复用段保护倒换的热备份方法，其特征在于，所述主备切换的触发因素包含以下因素中的任一种手工下发协议实体所在单板与其备板的倒换命令、硬复位主协议实体所在单板、主协议实体所在单板突然不在位、软复位主协议实体所在单板的软件处于同时发生复用段保护倒换、以及协议实体所在单板的硬件坏。
全文摘要
本发明涉及通信系统的复用段保护倒换技术，公开了一种复用段保护倒换的热备份装置及其方法，使得复用段保护倒换的主备用协议实体在任何复用段保护倒换状态下都能够实现无缝、高效、可靠的切换。本发明中，在主备协议实体均设置适配层模块，用于同步复用段保护倒换的状态，并根据状态进行相应处理，实现协议启动、协议同步和主备倒换。
文档编号H04L29/06GK1801735SQ20051000544
公开日2006年7月12日 申请日期2005年1月1日 优先权日2005年1月1日
发明者王光军 申请人:华为技术有限公司