ES2244891T3 - Cluster de pasarela tolerante a fallos. - Google Patents

Abstract

Al menos una configuración de ordenador conectada a una red con al menos dos ordenadores redundantes para la transmisión de canales de datos orientados a la conexión, se muestra que cada ordenador contiene dos pasarelas y varias pasarelas forman un clúster conmutado, con lo que las pasarelas se acoplan unas a las otras y entre las pasarelas acopladas se ha previsto un clúster conmutado, así como entre las pasarelas acopladas diferentes medios de clúster conmutados de información para la colocación de canales de información de uso, que, en la fase de instalación de la conexión, eligen una unión de entre las conexiones alternativas de las pasarelas acopladas.

Description

Clúster de pasarela tolerante a fallos.

La presente invención trata de una configuración de ordenador de acuerdo con el término genérico de la reivindicación 1.

Para comunicaciones de datos, por ejemplo en vías férreas, se utilizan redes de ordenadores. A estas redes de ordenadores pertenecen, junto a la línea de transmisión, diferentes componentes de la red, como por ejemplo el router, las pasarelas (Gateway) y los dispositivos de conmutación. Debido a las averías de los componentes de la red, así como a las sobrecargas en la red, se puede llegar a presentar limitaciones en la comunicación, o a la avería en la propia comunicación. Estas averías pueden conllevar estados de funcionamiento limitados, especialmente en el caso del ferrocarril.

Por esta razón, las redes de ordenadores se instalan con grandes requerimientos de disponibilidad, con redundancia. Los requisitos redundantes permiten el acondicionamiento de los canales de transmisión en caso de averías, y/o el incremento de la capacidad de transmisión en la red de comunicación. La redundancia puede incorporar líneas de transmisión por cable o inalámbricas, así como también dispositivos electrónicos centrales y remotos.

Un requerimiento especial queda representado por la conmutación fiable de los canales orientados a la conexión. Estos canales se utilizan en el caso de las vías férreas, entre otros para el control de los trenes, por ejemplo en el marco del ETCS (Electronic Train Control System).

Se conoce por los documentos de patentes alemanas 197 21 246, 198 32 594 y 198 47 292, arquitecturas de comunicación, que se basan en la introducción de ordenadores de pasarela para la conmutación de canales de datos orientados a la conexión. Esta arquitectura ofrece especialmente ventajas en la coordinación de los servicios de ferrocarril tanto centrales como remotos, así como en la reducción del uso de dispositivos de radiobúsqueda.

La disminución de la disponibilidad total del servicio de comunicación ocasionado por la adición de ordenadores de pasarela es problemática. Esto es especialmente crítico, cuando un ordenador de pasarela se coloca de manera central, actuando casi como un nodo de red, y sirviendo a una gran cantidad de líneas.

Se conocen subredes acopladas al procedimiento de retorno al funcionamiento normal, instaladas, por ejemplo, por la ATM, por la "A novel generic gateway protection configuration applied to ATM networks"; Struyve, K.; Velde, B.V.: Demeester, P.; Communications, 1997, ICC 97 Montereal, "Towards the Knowledge Millenium", 1997 IEEE Internacional Conference on, Volume: 3, 8-12 June 1997, Pages: 1174-1179 vol.3. Se combinan dos estrategias de retorno al procedimiento normal, para asegurar una disponibilidad del sistema en un entorno de red heterogéneo. Con la combinación de estas estrategias de retorno al procedimiento normal, se compensan las averías de los nodos de protección, así como las de las pasarelas.

La presente invención se basa en la función de mejorar la disponibilidad del servicio de comunicación para canales de datos orientados a la comunicación.

La función se resuelve con las características señaladas en la reivindicación 1. Con la arquitectura de comunicación redundante según la invención, el servicio de comunicación se hace tolerante a fallos, tanto contra averías del propio ordenador de pasarela, como contra averías de los medios de transmisión conectados. El principio básico consiste en interconectar varias pasarelas de comunicación para clúster conmutados tolerantes a fallos. Un clúster conmutado está representado por una conexión redundante lógica en una red de ordenadores o una conexión de redes lógica, y contiene tantas pasarelas y accesos como se desee, por ejemplo, canales base-RDSI. Es capaz de montar y llevar una conexión a una dirección. Esta medida de seguridad contra averías de la conmutación redundante de la red, depende del número y de la configuración de las conexiones de la red, las pasarelas y los clúster conmutados, y puede cortarse según sean las exigencias de un caso concreto. Una disposición redundante contiene al menos un clúster conmutado. Según se vaya necesitando, se pueden establecer y planificar más clúster conmutados. En este caso, se pueden procurar también conexiones alternativas entre varios clúster conmutados. El número de ordenadores utilizados es escalable y depende de los requerimientos de carga y disponibilidad, del tipo y cantidad de protocolos de interfaz externos y de las circunstancias del dispositivo local. Según la elección y establecimiento de la conexión lógica, se liberan los recursos completos temporales que ya no son necesarios, y vuelven a estar disponibles los otros procesos de transmisión.

De acuerdo con la reivindicación 2, el tipo y el número de conexiones de red por clúster conmutado y de pasarelas por clúster conmutado, así como la adición de pasarelas a los ordenadores, son configurables. En función de las características de un clúster conmutado y de las conexiones de red disponibles, se puede instalar una conexión alternativa de un clúster conmutado para una dirección concreta.

Con la ayuda de la transmisión de información especial originada por un acoplamiento, se pueden reconocer los componentes averiados de un clúster conmutado y suspender la conmutación de las conexiones. Un clúster conmutado puede transmitir según sea la petición de conexiones de un usuario externo, entre protocolos de interfaz de red externos, dentro, y en la presencia de más clúster conmutados, como también fuera del clúster.

Con el acoplamiento de la pasarela, dentro de un clúster conmutado, pueden establecerse conexiones lógicas de una pasarela del clúster conmutado a todas las otras pasarelas del mismo clúster.

El acoplamiento de la pasarela entre diferentes clúster conmutados consigue, dentro de las conexiones lógicas de una pasarela, establecer un clúster conmutado en todas las pasarelas de otro clúster conmutado.

Según la reivindicación 3, las pasarelas del clúster conmutado pueden unirse por medio de acoplamientos redundantes o no redundantes. Mediante la colocación redundante del medio de acoplamiento, las pasarelas son tolerantes a averías del medio de acoplamiento.

Al mismo tiempo, se han previsto para las conexiones físicas de las pasarelas entre diferentes ordenadores, según la reivindicación 4, medios de transmisión punto a punto, como por ejemplo enlaces seriales, así como también sistemas ómnibus, como por ejemplo, LAN.

En una realización técnica según la reivindicación 5, se consigue el acoplamiento mediante una Pila de memoria (Stack) del protocolo de acoplamiento. Una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento contiene, al mismo tiempo, uno o varios protocolos de transmisión. Cada ordenador de pasarela alimenta tantas Pilas de memoria del protocolo de acoplamiento como clúster conmutados en el ordenador haya.

Una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento sirve para el acoplamiento de la pasarela de un clúster conmutado y el acoplamiento de una pasarela según la reivindicación 6 para su propio acoplamiento (del clúster interno). Otras Pilas de memoria del protocolo de acoplamiento sirven para el acoplamiento de una pasarela de una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento con todas las pasarelas de otra Pila de memoria del protocolo de acoplamiento (acoplamiento al clúster externo). Dos o más Pilas de memoria del protocolo de acoplamiento externas se sirven de un miembro troncal común, en el que se puede establecer una o más conexiones lógicas en ambas direcciones. Según la cantidad de acoplamientos de una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento para una o varias pasarelas, se sirve una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento de uno o varios miembros troncales. La cantidad correspondiente de miembros troncales surge de la configuración de pasarelas y clúster conmutados. La cantidad de miembros troncales para el acoplamiento del clúster interno de una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento se determina mediante la cantidad de pasarelas usadas de una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento. La cantidad de miembros troncales de una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento para el acoplamiento del clúster externo a otra Pila de memoria del protocolo de acoplamiento se determina mediante la cantidad de pasarelas usadas en la Pila de memoria del protocolo de acoplamiento.

Durante la fase de formación de la unión de una conexión lógica, se autoriza a cada pasarela alcanzable en el clúster conmutado marcado, un recurso temporal en el miembro troncal que corresponda. Las conexiones lógicas se establecen según las peticiones de las instancias externas del miembro troncal, y entre el protocolo de túnel de la Pila de memoria del protocolo de acoplamiento. La cantidad de conexiones lógicas depende del tipo y del número de protocolos de interfaz externos y de las peticiones de conexión de las instancias externas.

El medio utilizado para la instalación de los canales de datos usados según la reivindicación 7 o la Pila de memoria del protocolo de acoplamiento contiene funciones que permiten una selección de una pasarela adecuada fuera de un clúster conmutado. Así, se pueden insertar protocolos primitivos especiales según las reivindicaciones 8 ó 9, que se transmiten mediante conexiones lógicas de una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento a las pasarelas alcanzables.

El funcionamiento primitivo para la selección de las pasarelas puede desarrollarse como una región de protocolo, o bien como un protocolo de una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento.

En la dirección de los ordenadores externos o de la conexión de los ordenadores, trabajan los ordenadores de pasarela con el necesario protocolo de transmisión que corresponda, de las partes externas de la comunicación. Para conseguir el control de los trenes, según la reivindicación 10, puede servir, por ejemplo, la Pila de memoria del protocolo llamado EURORADIO.

Mediante la pasarela, se consigue un desacoplamiento completo, siguiendo el protocolo de la técnica, del protocolo de transmisión externo y del protocolo de transmisión. Así, la información de la pasarela es transparente para las partes externas de la comunicación. Según se vaya necesitando, también se pueden usar, mediante las pasarelas, protocolos de transmisión externos paralelos. Además, también es posible, mediante la tecnología de pasarelas, una conversión, siguiendo el protocolo de la técnica, entre distintos protocolos de transmisión externos. La selección de los protocolos externos de transmisión puede depender de las aplicaciones conectadas, así como también de los medios de transmisión utilizados.

Mediante el uso de diferentes protocolos y ordenadores externos en un clúster conmutado para la representación de una conexión lógica de ordenadores externa, junto a zonas de transición de la red tolerantes a fallos, se ofrece la posibilidad de disponer de orde-
nadores alternativos al sistema completo redundante.

La cantidad de partes de la comunicación de la transmisión redundante depende de la cantidad y las características de las técnicas de conexionado de redes externas, y, en principio, no se restringe.

La seguridad contra averías de la configuración de ordenador puede elegirse libremente. La cantidad de clúster conmutados, la cantidad de ordenadores utilizados, la adición de pasarelas y clúster conmutados a los ordenadores y el tipo de redundancia de los medios de acoplamiento entre los ordenadores son todos parametrizables. También el grado de redundancia de los ordenadores conectados puede elegirse libremente. El tipo y la cantidad conexiones de red alternativas posibles de las configuraciones de ordenador entre las instancias externas pueden configurarse mediante los protocolos de interfaz de red que se utilicen. La cantidad de conexiones posibles no está limitada. El tipo y la cantidad de protocolos de interfaz de red externos y el rendimiento del ordenador, incluyendo los medios de acoplamiento, son totalmente de dimensionamiento escalable. Mediante la combinación de seguridad contra averías de la configuración de ordenador con un/varios ordenador/es redundantes, se puede adaptar la disponibilidad total de un servicio de transmisión de datos a las peticiones. La configuración de ordenador puede conseguir conexiones redundantes dentro del clúster conmutado y entre diferentes clúster conmutados. Así, pueden conseguirse, junto a canales de transmisión alternativos dentro de un ordenador, también canales de transmisión alternativos entre diferentes ordenadores (conexión de ordenadores) Es posible una conversión entre diferentes medios de transmisión, protocolos y ordenadores externos conectados. La elección de una conexión de entre varias alternativas de un clúster conmutado facilita la optimización según determinados criterios, por ejemplo, la distribución de la carga, los componentes averiados de la configuración de ordenador y los protocolos de interfaz de red averiados pueden reconocerse automáticamente y suspenderse de las siguientes transmisiones. La transmisión redundante es transparente para los usuarios externos. Mediante la ampliación de la disposición alrededor de un protocolo de transmisión que funciona de punta a punta con un corrector de fallos que afecta a las conexiones averiadas, las averías pueden ocultarse en el canal de transmisión para las aplicaciones.

A continuación se explica con más detalle la presente invención, mediante los gráficos figurativos. Se muestran, en la:

Figura 1, una selección de pasarela de protocolo primitivo en el ejemplo de cuatro alternativas y, en la

Figura 2, un acoplamiento redundante de dos clúster conmutados con tres pasarelas cada uno.

El funcionamiento primitivo para la selección de una pasarela es ejemplar para la configuración representada con cuatro conexiones lógicas en la Figura 1.

La secuencia de protocolos primitivos se compone de tres fases:

Primera fase: Según la petición, mediante una instancia de llamada, una pasarela de llamada envía un mensaje de activación a todas las pasarelas alcanzables en una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento. En caso de que el acoplamiento de la pasarela de un clúster se dé por subyacentemente, el mensaje de activación alcanza también la pasarela de llamada, donde se prepara del mismo modo, como en las demás pasarelas redundantes paralelas.

Segunda fase: Las pasarelas llamadas de ámbito de funcionamiento prueban la posibilidad de las conexiones requeridas, y generan un mensaje de respuesta en la pasarela de llamada. El mensaje de respuesta puede, además, contener un parámetro de evaluación transmitido de forma individual, mediante el cual se puede conseguir una optimización, como por ejemplo una distribución de la carga.

Tercera fase: Mediante la pasarela de llamada, se consigue, mediante las informaciones transmitidas en el mensaje de respuesta, la evaluación, alcanzable en las pasarelas conectadas. Los mensajes de respuesta contienen, además, un parámetro de evaluación, de modo que se puedan evaluar mediante la pasarela de llamada, que es adecuada para las conexiones posibles, especialmente para la nueva conexión. Con el parámetro de evaluación se puede conseguir, por ejemplo, una optimización de la carga entre los ordenadores de pasarelas. Sobre la conexión elegida se sitúa el enlace para el usuario, en cuya conexión para la pasarela de llamada se confirma para la pasarela seleccionada.

En la Figura 2 se representa a modo de ejemplo la arquitectura y el acoplamiento lógico de dos clúster conmutados con tres pasarelas cada uno, basándose en tres ordenadores redundantes. Cada ordenador contiene, además, una pasarela de un clúster conmutado. Este requisito se cumple, mientras al menos un ordenador esté en funcionamiento con al menos dos conexiones a la red (una de entrada, una de salida). La avería de las conexiones de red, los medios de acoplamiento y los ordenadores de pasarela pueden tolerarse. Las averías implican, dado el caso, interrupciones de la comunicación en las conexiones existentes, y limitaciones en la zona de mayor margen de carga. Mientras el rendimiento de la instalación esté a punto y se disponga de conexiones de red libres, se pueden colocar, sin embargo, nuevas conexiones. En caso de que la interrupción de una conexión de red conlleve problemas en el campo de aplicación, puede conseguirse, mediante una región de protocolo adecuada punta a punta, una reestructuración cubierta por la aplicación de la conexión.

La invención no restringe los ejemplos de ejecución aquí expuestos. Además, es posible realizar, mediante la combinación o modificación de medios y características, otros ejemplos de ejecución, sin olvidar el ámbito de la invención. Este ámbito se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. Al menos una configuración de ordenador conectada a una red con al menos dos ordenadores redundantes para la transmisión de canales de datos orientados a la conexión, se muestra que cada ordenador contiene dos pasarelas y varias pasarelas forman un clúster conmutado, con lo que las pasarelas se acoplan unas a las otras y entre las pasarelas acopladas se ha previsto un clúster conmutado, así como entre las pasarelas acopladas diferentes medios de clúster conmutados de información para la colocación de canales de información de uso, que, en la fase de instalación de la conexión, eligen una unión de entre las conexiones alternativas de las pasarelas acopladas.

2. La configuración de ordenador, según la reivindicación 1, muestra que el tipo y cantidad de pasarelas por clúster conmutado, el tipo y cantidad de conexiones de red por clúster conmutado y la adición de pasarelas a los ordenadores, son configurables.

3. La configuración de ordenador, según una de las reivindicaciones anteriores, muestra que para el acoplamiento entre las pasarelas se han previsto medios de acoplamiento redundantes o no redundantes.

4. La configuración de ordenador, según la reivindicación 1, muestra que se ha previsto conexiones en serie punto a punto y/o conexiones ómnibus como medios de acoplamiento.

5. La configuración de ordenador, según las reivindicaciones 3 ó 4, muestra que para el acoplamiento de la pasarela en los medios de acoplamiento, se ha previsto Pilas de memoria del protocolo de acoplamiento.

6. La configuración de ordenador, según la reivindicación 5, muestra que en cada pasarela está prevista una Pila de memoria del protocolo de acoplamiento para el acoplamiento de las pasarelas de un clúster bajo la otra, y varias Pilas de memoria del protocolo de acoplamiento para el acoplamiento de las pasarelas a las pasarelas de otro clúster conmutado.

7. La configuración de ordenador, según una de las reivindicaciones anteriores, muestra que el medio para la instalación de canales de información en uso mediante un criterio transmisible entre dos de las pasarelas acopladas, por ejemplo la distribución de la carga, ayuda a la elección de las conexiones disponibles.

8. La configuración de ordenador, según una de las reivindicaciones anteriores, muestra que para la coordinación de redundancias en la fase de instalación de la conexión de un canal de información de uso, se puede llevar a cabo un ritmo de sucesión primitivo entre las pasarelas acopladas a la Pila de memoria del protocolo de acoplamiento de una pasarela.

9. La configuración de ordenador, según la reivindicación 8, muestra que para la coordinación de redundancias en la fase de instalación de la conexión de un canal de información en uso entre las pasarelas de un clúster conmutado bajo la otra, también se puede llevar a cabo el orden de sucesión primitivo de la pasarela.

10. La configuración de ordenador, según una de las reivindicaciones anteriores, se caracteriza por su utilización para una red de nodos y para un clúster de red ambos redundantes, en el ámbito de la comunicación ferroviaria.