隨著基于工業(yè)以太網(wǎng)的測(cè)控技術(shù)不斷發(fā)展，煤炭監(jiān)測(cè)監(jiān)控類系統(tǒng)正在向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方面加速發(fā)展，在此過程中，安裝在煤礦地面的主控計(jì)算機(jī)作為整體系統(tǒng)的指揮中心，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要使用雙機(jī)熱備功能，來達(dá)到一臺(tái)機(jī)器發(fā)生故障時(shí)另一臺(tái)機(jī)器自動(dòng)接手業(yè)務(wù)并負(fù)責(zé)運(yùn)行的目的，即主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)采集設(shè)備層數(shù)據(jù)，一旦主機(jī)發(fā)生異常，備機(jī)將在極短的時(shí)間內(nèi)代替主機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并保存歷史數(shù)據(jù)；當(dāng)主機(jī)重新啟動(dòng)，備機(jī)會(huì)自動(dòng)將主機(jī)丟失的歷史數(shù)據(jù)拷貝給主機(jī)[1]。

　　【摘要】針對(duì)現(xiàn)有煤礦測(cè)控類系統(tǒng)主控雙機(jī)熱備方案存在的定制性差、成本高和單點(diǎn)故障等問題，提出了一種以靈活性、低成本和可靠性為設(shè)計(jì)原則的雙機(jī)熱備軟件設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)闡述了煤礦測(cè)控類系統(tǒng)雙機(jī)熱備軟件整體架構(gòu)、心跳檢測(cè)模塊、資源管理模塊和數(shù)據(jù)同步模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。

　　【關(guān)鍵詞】雙機(jī)熱備,測(cè)控,心跳檢測(cè),數(shù)據(jù)同步

　　1.引言

　　煤礦企業(yè)的信息化建設(shè)實(shí)踐證明：基于共享存儲(chǔ)設(shè)備的簡(jiǎn)單雙機(jī)熱備方案有很大的局限性，除了可能會(huì)形成新的單點(diǎn)故障點(diǎn)（磁盤陣列柜設(shè)備）外，硬件成本較高和軟件運(yùn)行環(huán)境要求較高等都是這種解決方案在實(shí)際使用中無法避免的問題，不太符合大部分煤礦生產(chǎn)環(huán)境的要求。另外，商業(yè)化的一些純軟件雙機(jī)熱備方案數(shù)據(jù)同步時(shí)間較長(zhǎng)，無法滿足測(cè)控類系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。因此，如何構(gòu)建一個(gè)符合煤礦企業(yè)環(huán)境使用的雙機(jī)熱備平臺(tái)成為一個(gè)急需解決的問題。

　　筆者從方案的靈活性、低成本和可靠性方面考慮，設(shè)計(jì)了基于專用數(shù)據(jù)同步技術(shù)的雙機(jī)熱備純軟件解決方案。本文將著重闡述該解決方案的整體架構(gòu)、心跳信號(hào)、數(shù)據(jù)同步等技術(shù)的原理與實(shí)現(xiàn)方法。

　　2.煤礦測(cè)控類系統(tǒng)雙機(jī)熱備軟件整體架構(gòu)

　　在計(jì)算機(jī)的硬件配置方面，本文提出每臺(tái)計(jì)算機(jī)提供2個(gè)網(wǎng)卡，一個(gè)是心跳專用網(wǎng)卡，使用網(wǎng)線直接連接，用來提供專用的心跳信號(hào)傳輸通道，保證心跳信號(hào)發(fā)送快速和穩(wěn)定；另一個(gè)是業(yè)務(wù)網(wǎng)卡，連接業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，用來為監(jiān)測(cè)監(jiān)控業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供傳輸通道。同時(shí)，業(yè)務(wù)網(wǎng)卡也可以作為備用的心跳網(wǎng)卡。

　　雙機(jī)熱備軟件分為心跳檢測(cè)模塊、資源管理模塊[2]和數(shù)據(jù)同步模塊，其中心跳檢測(cè)模塊用于主（A）機(jī)、備（B）機(jī)互相取得對(duì)方的存活狀態(tài)信息和其他必要信息，資源管理模塊用于監(jiān)測(cè)和控制納入雙機(jī)熱備管轄的業(yè)務(wù)服務(wù)、進(jìn)程等資源，數(shù)據(jù)同步模塊采用了為煤礦測(cè)控類系統(tǒng)專門開發(fā)的專用數(shù)據(jù)同步組件，如圖1所示。

　　雙機(jī)熱備軟件作為測(cè)控類系統(tǒng)軟件的一個(gè)重要的組成部分，設(shè)計(jì)使用接口的方式發(fā)布功能，所有相關(guān)的配置信息存放在雙機(jī)熱備軟件配置文件中。雙機(jī)熱備軟件對(duì)外提供主機(jī)、熱備的狀態(tài)信號(hào)，提供主機(jī)、熱備狀態(tài)的切換接口，但不負(fù)責(zé)對(duì)所監(jiān)視的資源進(jìn)行干預(yù)，所有的切換、清理、啟停等動(dòng)作由業(yè)務(wù)軟件自行完成，雙機(jī)熱備軟件只提供狀態(tài)判別結(jié)果作為業(yè)務(wù)軟件后續(xù)執(zhí)行動(dòng)作的依據(jù)，這是本文提出的方案與其他方案之間的主要區(qū)別。這種設(shè)計(jì)可以提供極大的靈活性和軟件兼容性，給不同的業(yè)務(wù)軟件提供不同的切換策略定制空間。

　　3.煤礦測(cè)控類系統(tǒng)雙機(jī)熱備軟件心跳檢測(cè)模塊

　　煤礦測(cè)控類系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性要求極高，而心跳信號(hào)在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間必須持續(xù)傳輸，因此在心跳信號(hào)的傳輸渠道上設(shè)計(jì)了冗余的方式，即：

　�。�1）專用心跳網(wǎng)絡(luò)渠道

　　心跳網(wǎng)絡(luò)是心跳信號(hào)的專用網(wǎng)段，只能傳輸雙機(jī)熱備心跳信息，以保證及時(shí)性和可靠性；同時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置為物理獨(dú)立的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不與辦公網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，因此本文設(shè)計(jì)為使用網(wǎng)線直連兩臺(tái)計(jì)算機(jī)。

　　心跳信號(hào)使用UDP方式進(jìn)行傳輸，主機(jī)、熱備分別啟動(dòng)監(jiān)聽服務(wù)，同時(shí)分別啟動(dòng)UDP客戶端把信號(hào)信息發(fā)送給對(duì)方。監(jiān)聽端口默認(rèn)為11006，可以在配置文件中設(shè)定。

　�。�2）業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)渠道

　　業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中平時(shí)傳輸?shù)氖菢I(yè)務(wù)信息，但也可以作為心跳信號(hào)的備用網(wǎng)絡(luò)使用，當(dāng)心跳網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)，可以使用業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)方存活狀態(tài)的判斷。心跳信號(hào)傳輸方法不變，監(jiān)聽端口默認(rèn)為11007，也可以在配置文件中設(shè)定。

　　在系統(tǒng)正常工作情況下，心跳交互信息由“服務(wù)正常嗎”查詢信息和對(duì)方計(jì)算機(jī)的“服務(wù)正常”應(yīng)答信息構(gòu)成[3]。而且心跳信號(hào)傳輸?shù)膬?nèi)容必須精簡(jiǎn)，以達(dá)到快速響應(yīng)的目的。同時(shí)為了保證不被特殊情況下出現(xiàn)的雜亂信息干擾，需要使用一定格式的協(xié)議約束心跳數(shù)據(jù)，具體設(shè)計(jì)以一個(gè)常規(guī)心跳數(shù)據(jù)幀為例進(jìn)行說明：

　　舉例：0xD10xE20x000x020x000x010x8A0x4C，含義解釋如下：

　　起始幀頭：選取了2個(gè)字節(jié)的特定數(shù)據(jù)0xD1和0xE2來代表心跳幀的起始；

　　功能編號(hào)：0x00代表常規(guī)心跳命令；

　　數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度：0x02代表后續(xù)的數(shù)據(jù)單元字節(jié)數(shù)；

　　數(shù)據(jù)單元：0x00代表發(fā)送者當(dāng)前為備機(jī)，0x01代表發(fā)送者某項(xiàng)資源為正常狀態(tài)；

　　CRC校驗(yàn)：0x8A0x4C代表從起始幀頭到數(shù)據(jù)單元最后一個(gè)字節(jié)進(jìn)行16位CRC校驗(yàn)計(jì)算的結(jié)果。

　　4.煤礦測(cè)控類系統(tǒng)雙機(jī)熱備軟件資源管理模塊

　　本文中的資源管理不僅僅提供了如公用IP地址資源的分配管理，還把“資源”的范圍擴(kuò)大到所有雙機(jī)切換策略中可作為判斷依據(jù)的資源對(duì)象，目前有如下幾種：

　　（1）對(duì)方心跳專用網(wǎng)心跳信號(hào)

　　即通過心跳專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的對(duì)方的常規(guī)心跳信號(hào)，針對(duì)信號(hào)本身是否發(fā)來進(jìn)行監(jiān)視，如果正常發(fā)來常規(guī)心跳信號(hào)，則認(rèn)為對(duì)方存活，如果超過一定時(shí)間沒有收到此信號(hào)，則認(rèn)為對(duì)方可能故障。

　�。�2）對(duì)方業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)心跳信號(hào)

　　即通過業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的對(duì)方的常規(guī)心跳信號(hào)，同樣針對(duì)信號(hào)本身是否發(fā)來進(jìn)行監(jiān)視；與心跳專用網(wǎng)心跳信號(hào)不同的是，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)心跳信號(hào)不是一直發(fā)送的，當(dāng)本機(jī)收不到對(duì)方發(fā)來的心跳專用網(wǎng)信號(hào)時(shí)，主動(dòng)通過業(yè)務(wù)網(wǎng)發(fā)送常規(guī)心跳信號(hào)（心跳專用網(wǎng)信號(hào)仍然繼續(xù)發(fā)送）。如果對(duì)方業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)心跳信號(hào)沒有回送常規(guī)心跳信號(hào)，則認(rèn)為對(duì)方可能已故障或者所有網(wǎng)絡(luò)均中斷。（3）WindowsService類型的業(yè)務(wù)服務(wù)

　　所有以WindowsService形式存在的業(yè)務(wù)服務(wù)均可加入受監(jiān)視的資源列表，可以根據(jù)服務(wù)的各種狀態(tài)和持續(xù)時(shí)間調(diào)整切換策略，策略設(shè)定在雙機(jī)熱備服務(wù)的配置文件中。

　　服務(wù)狀態(tài)有：已停止、正在停止、正在運(yùn)行、正在啟動(dòng)。一般建議已停止、正在停止作為資源故障狀態(tài)，正在運(yùn)行作為資源正常狀態(tài)，正在啟動(dòng)作為資源未知狀態(tài)。

　�。�4）Windows進(jìn)程資源

　　普通的exe程序可以作為Windows進(jìn)程資源加入受監(jiān)視資源列表，可以根據(jù)進(jìn)程的各種狀態(tài)和持續(xù)時(shí)間調(diào)整切換策略。

　　進(jìn)程狀態(tài)有：存在、不存在。一般建議不存在作為資源故障狀態(tài)，存在作為資源正常狀態(tài)。

　�。�5）定制業(yè)務(wù)資源

　　不同的業(yè)務(wù)軟件可能有不同的特殊資源需要監(jiān)視，定制業(yè)務(wù)資源可以由業(yè)務(wù)軟件開發(fā)人員進(jìn)行配置。配置時(shí)需要設(shè)定資源編號(hào)和資源名稱，資源編號(hào)用來唯一標(biāo)識(shí)該資源，資源名稱用于在日志、接口輸出等環(huán)節(jié)描述該資源。定制業(yè)務(wù)資源的狀態(tài)不由雙機(jī)熱備軟件判斷，而是由業(yè)務(wù)軟件通過接口寫入雙機(jī)熱備服務(wù)，然后參與雙機(jī)切換策略的執(zhí)行。

　　5.煤礦測(cè)控類系統(tǒng)雙機(jī)熱備軟件數(shù)據(jù)同步模塊

　　在雙機(jī)熱備軟件的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)同步是一個(gè)關(guān)鍵問題。本文采用的數(shù)據(jù)同步方式為：主機(jī)和備機(jī)兩個(gè)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫同時(shí)工作，數(shù)據(jù)分別存放在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上[4]�；ハ嗤�步的數(shù)據(jù)有：I/O實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、用戶口令數(shù)據(jù)等[5]。同步方法主要是利用數(shù)據(jù)庫操作的監(jiān)視和分析技術(shù)，將測(cè)控類系統(tǒng)業(yè)務(wù)軟件數(shù)據(jù)庫的增刪改等操作信息以事務(wù)為單位，通過異步的方式，實(shí)時(shí)地傳輸?shù)搅硪慌_(tái)計(jì)算機(jī)上，并按原來的順序再執(zhí)行一遍這些操作，這樣就可以達(dá)到主機(jī)數(shù)據(jù)庫和備機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)保持一致的目的。

　　6.結(jié)語

　　本文提出的雙機(jī)熱備軟件在煤礦實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的使用效果，特別是給予了測(cè)控業(yè)務(wù)軟件開發(fā)人員極大的定制靈活性，可以把煤礦測(cè)控類系統(tǒng)軟件中的一些特殊要求很容易的加入到雙機(jī)熱備切換策略中，例如串口通訊是否正常等這類定制的雙機(jī)監(jiān)管資源。煤礦測(cè)控類系統(tǒng)軟件運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，對(duì)穩(wěn)定性要求高，雙機(jī)熱備軟件也在不斷的適應(yīng)新情況，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，為煤礦用戶提供更加穩(wěn)定可靠的測(cè)控系統(tǒng)軟件。

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