ES2292548T3 - Dispositivo redundante de gestion de entradas/salidas, en particular un sistema de enrutamiento informatico. - Google Patents

Dispositivo redundante de gestion de entradas/salidas, en particular un sistema de enrutamiento informatico. Download PDF

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Abstract

Dispositivo de gestión de entradas y salidas de datos digitales, que comprende unos primeros medios de gestión (1) y unos segundos medios de gestión (2) unidos el uno al otro por dos interfaces, una red (23) y una línea de seguridad (24), intercambiando estos medios mutuamente mensajes de interrogación a través de esas dos interfaces (23, 24), siendo considerados los medios (1) como fallando por los otros medios (2) cuando no emiten ningún mensaje en un intervalo de tiempo dado en al menos una de las dos interfaces (23, 24), caracterizado porque comprende medios adaptados para la ejecución de al menos un algoritmo de reinicialización de los primeros y segundos medios (1, 2), siendo desactivados los medios (1) que fallan y activados los otros medios (2) durante la reinicialización después de la detección de una falla, estando implantado el algoritmo de reinicialización en los primeros medios (1) y segundo medios, y activado por los segundos medios (2), siendo accesible la localización de memoria del algoritmo desde esos segundos medios.

Description

Dispositivo redundante de gestión de entradas/salidas, en particular un sistema de enrutamiento informático.
La presente invención se refiere a un dispositivo redundante de gestión de entradas/salidas, en particular a un sistema de enrutamiento informático. Se aplica en particular para el procesamiento de las informaciones de gestión de tráfico aéreo. Más generalmente, se aplica para cualquiera de los sistemas de gestión de entradas y salidas de datos digitales que necesitan una gran seguridad de funcionamiento sin un aumento excesivo del costo.
La densidad del tráfico aéreo ha alcanzado un nivel muy significativo. Además, las exigencias de seguridad aérea son cada vez mayores. Una consecuencia de esta situación es que la gestión del tráfico aéreo debe procesar un gran número de informaciones, destinadas en particular a los controladores aéreos y a los pilotos de aviones. Estas informaciones son en particular relativas a una amplia categoría de datos del radar, a situaciones meteorológicas, a planes de vuelo o aún más a datos de tipo ILS concernientes a los sistemas de aterrizaje.
El procesamiento de estas informaciones no puede hacerse más que por medios informáticos potentes. Entre estos medios, un rol esencial es jugado por los medios de interconexión de los diferentes centros de informaciones o de decisiones. Estos medios de interconexión tienen en particular una función de enrutamiento de las informaciones, por consiguiente tienen en particular una función de direccionamiento de los datos hacia los centros adecuados de destino. Teniendo en cuenta los muy significativos flujos de datos en juego, estos medios desempeñan un rol esencial para el buen funcionamiento global de un sistema de gestión del tráfico aéreo. Los datos procesados son en particular los datos del radar y otros datos relativos a la situación de vuelo de los aviones, tales como por ejemplo planes de vuelo o informaciones meteorológicas.
Existen equipos conocidos y en particular disponibles comercialmente, dotados con sus sistemas de explotación, que permiten responder a estas necesidades de enrutamiento. A modo de ejemplo, se puede citar una gama de productos conocidos por la marca registrada LINES nacida de la expresión anglosajona "Link Interface Node for External Systems". Estos productos, de tipo modular, están designados para permitir el enrutamiento y el procesamiento de mensajes de entradas/salidas entre líneas series entrantes o salientes y Ethernet. Las líneas series estándares tales como por ejemplo X25, HDLC o BSC son procesadas al igual que las líneas dedicadas, tales como por ejemplo protocolos de transmisiones de informaciones de radar particulares.
Estos enrutadores pueden funcionar como una arquitectura de programa de tipo de procesador frontal. Están equipados con un programa de tipo FPBSS, habiendo salido este último término de la expresión anglosajona "Front Processor Basic System Software". En esta forma de realización, el enrutador está vinculado a un solo programa de aplicación. No tiene más que una función de dar curso, por ejemplo el direccionamiento de los datos hacia el destino adecuado. Todo el núcleo de la aplicación está en una o varias computadoras centrales. En otras palabras, son necesarios tantos enrutadores como sean aplicables.
Una utilización más perfecta de estos enrutadores puede hacerse de acuerdo con un modo de comunicación abierto, llamado OCP según la expresión anglosajona "Open Communication Processor". En este modo, un enrutador está unido a varias aplicaciones y funciona sensiblemente como un servidor de datos. Permite en particular direccionar y procesar datos desde cualquier punto de entrada hacia cualquier punto de salida. Este modo de funcionamiento está particularmente bien adaptado a la gestión del tráfico aéreo. En una aplicación de gestión del control aéreo, este modo permite en efecto en particular las siguientes funcionalidades, es decir:
-
una distribución del tipo caja negra de los datos del radar hacia los centros, siendo recibidos los datos del radar por interfaces en serie y transmitidos a través de una red local, por ejemplo Ethernet, hacia un grupo de máquinas identificadas, difusión aún llamada UDP multicast en la literatura anglosajona;
-
una conversión autónoma de mensajes o protocolos, que permite en particular la conversión del formato del mensaje o de protocolos específicos, así por ejemplo ISR2 en ASTERIX, X25 en HDLC-UI...;
-
una función de control de línea en los sistemas de radar, es decir la transmisión de datos del radar por líneas series hacia los circuitos de procesamiento.
En una aplicación de tipo gestión de tráfico aéreo, la seguridad del funcionamiento de los sistemas informáticos, y por consiguiente de los sistemas de enrutamiento resulta de vital importancia, puesto que en realidad está en juego la seguridad de los pasajeros. A modo de ejemplo, las normas de seguridad en vigor imponen que la cobertura aérea de un centro de control de tráfico aéreo no debe ser interrumpida más que unos segundos al año. Por consiguiente, es necesario recurrir a técnicas de redundancia, es decir en particular duplicar los equipos a fin de que uno de ellos pueda sustituir al otro en caso de falla. Por regla general, cada enrutador es duplicado. Un problema por resolver es el paso de un enrutador a otro, cuando el primero está fallando. Una solución conocida consiste en prever un enrutador activo, llamado principal, y un enrutador inactivo, llamado esclavo, con un tercer sistema que arbitra el paso de la ejecución del principal al esclavo. Esta solución no es económica debido en particular a la utilización de un tercer sistema, que se añade al enrutador redundante.
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Para hacer el sistema económico, es posible suprimir el árbitro. Se prevé entonces un protocolo de intercambios entre el principal y el esclavo. En particular, cuando el principal falla, el esclavo no recibe más mensajes. El esclavo toma entonces el relevo. Sin embargo, hay modos degradados, en particular cuando el principal degrada los datos procesados sin que lo sepa. El principal no sabiendo que está fallando no desactiva sus entradas/salidas. El esclavo por su lado sabe que el principal está fallando pero no está entonces en condiciones de tomar correctamente el control del enrutamiento, en particular debido a que el principal no ha desactivado sus puertos de entradas/salidas. El sistema continúa funcionando en modo degradado. De ello resulta una degradación preocupante de la seguridad de funcionamiento.
Un documento EP-A-0 416 943 describe un dispositivo de gestión de entradas y salidas de datos digitales. Un documento US-A-5 675 723 describe un dispositivo multiservidor.
Una finalidad de la invención es reducir los costos vinculados a la seguridad de funcionamiento, suprimiendo la utilización de un tercer sistema de arbitraje, y esto sin degradar la seguridad de funcionamiento cualesquiera que sean los tipos de puertos de entradas/salida. A este efecto, la invención tiene por objeto un dispositivo de gestión de entradas y salidas de datos digitales, caracterizado porque comprende primeros medios de gestión y segundos medios de gestión unidos uno al otro por dos interfaces, una red y una línea de seguridad, intercambiando estos medios mutuamente mensajes de interrogación a través de esas dos interfaces, siendo considerados los medios como fallando por los otros medios cuando no emiten ningún mensaje en un intervalo de tiempo dado en al menos una de las dos interfaces.
Los medios de gestión de entradas y salidas pueden ser enrutadores o servidores de datos.
En la inicialización, los primeros medios tienen por ejemplo el rol de principal y los segundos medios el rol de esclavo, gestionando el principal los datos de entradas y salidas. Para asegurar una redundancia, los medios tienen las mismas funciones y comprenden los mismos programas y los mismos ficheros de configuración.
Cuando los medios son detectados por los otros medios como estando en falla, estos últimos desactivan por ejemplo los medios que están en falla. El esclavo puede entonces asumir la gestión de los datos en lugar del principal.
Ventajosamente, los mensajes de interrogación, la frecuencia de envío de estos mensajes, el tiempo límite entre dos mensajes son establecidos en un fichero de configuración contenido en cada uno de los medios, siendo almacenados varios tipos de estos parámetros en función de aplicaciones dadas. Así, los parámetros propios de una aplicación pueden ser descargados en una memoria viva durante la inicialización del dispositivo.
La invención tiene en particular como principales ventajas que se adapta a numerosas aplicaciones y que resulta simple de poner en práctica.
Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes con la ayuda de la descripción que aparece a continuación en relación con los dibujos anexados que representan:
- la figura 1, un ejemplo de sistema de enrutamiento redundante en el caso en que los puertos de entradas y salidas son de tipo serie;
- la figura 2, un ejemplo de enrutamiento redundante comprendiendo una red de comunicación, del tipo Ethernet, con puestos clientes.
La figura 1 presenta un ejemplo de sistema de enrutamiento redundante en el caso en que los puertos de entradas/salidas sean de tipo serie. El sistema comprende un enrutador 1 que tiene la función de principal y un enrutador 2 que tiene la función de esclavo. Estos dos enrutadores tienen las mismas funciones y comprenden en particular los mismos programas y los mismos ficheros de configuraciones. Un mismo puerto 3 de cada enrutador comunica por una conexión en serie con un mismo sistema 4, por ejemplo un módem. A este efecto, la conexión entre este último y los dos enrutadores se hace a través de un cable en y 5. Un bus de seguridad 6 une los dos enrutadores 1, 2.
Cuando los dos enrutadores 1, 2 se inicializan juntos, el principal 1 activa sus modos eléctricos en sus puertos de entradas/salidas 3 mientras que el esclavo 2 deja sus puertos 3 inactivos, es decir en el estado de alta impedancia. Esto significa que aunque los dos enrutadores están configurados, sólo el principal 1 intercambia con el módem 4. En caso de falla del principal, pueden producirse en particular dos casos:
-
el principal vuelve a cero o se "resetea" poniendo sus puertos 3 en el estado de alta impedancia y se convierte el mismo en esclavo, a la vez, el esclavo 2 deviene principal y sus puertos son eléctricamente activados, ésta es la situación normal y simple de gestionar;
-
el principal deviene en falla, pero no se "resetea", el esclavo sabe que debería convertirse en principal, pero el actual principal no desactiva sus puertos, no hay por consiguiente conmutación de un enrutador al otro debido a un conflicto potencial entre los puertos 3 de los dos enrutadores, ésta es la situación más compleja de gestionar.
Sin embargo la segunda situación debe ser arreglada porque afecta peligrosamente la seguridad de funcionamiento. En este modo de funcionamiento, el principal puede en realidad procesar o expedir datos falsos. Para tratar este problema, se prevé en particular el bus de seguridad 6 conectado entre los dos enrutadores y destinado a enviarle una orden de "reseteo", es decir una orden de desactivación de sus puertos 3, siendo enviada esta orden por el esclavo. Este último puede entonces retomar el mando.
El tipo de arquitectura redundante ilustrado por la figura 1 es bien adaptado cuando los puertos de entradas/salidas en cuestión son puertos serie. No es lo mismo cuando el enrutador intercambia por una red local, llamada LAN en la literatura anglosajona según la expresión "Local Área Network", por ejemplo Ethernet.
La figura 2 ilustra un ejemplo de realización de un dispositivo de acuerdo con la invención. Se trata de un sistema de enrutamiento informático que comprende dos enrutadores 1, 2, de los cuales uno es principal y el otro esclavo. Estos dos enrutadores funcionan en modo abierto OCP. Siendo el dispositivo redundante, los dos enrutadores comprenden entonces las mismas funciones, y en particular los mismos programas y los mismos ficheros de configuración. Del mismo modo, las entradas y salidas hacia otros sistemas son redundantes.
Los dos enrutadores están unidos por ejemplo por una red 23, por ejemplo Ethernet o Internet, a uno o varios sistemas clientes remotos 21, 22. Además están unidos a otros sistemas, por ejemplo módem, a través de conexiones en serie. Un cable en y 5 une un mismo puerto 3 de cada enrutador a un mismo sistema, en particular de forma que estos dos puertos 3 puedan intercambiar con ese sistema. Cuando el principal está activo, su puerto serie está activado mientras el del esclavo está desactivado, estando por ejemplo en el estado de alta impedancia.
Los dos enrutadores están unidos entre sí por la red 23, por ejemplo Ethernet o Internet, y por una línea de seguridad 24, por ejemplo un bus. A modo de ejemplo, se considera una red Ethernet 23. En el arranque, o en la inicialización del dispositivo, un enrutador 1 es principal y el otro 2 esclavo. El principal es el que gestiona entonces los datos de entradas y salidas, por consiguiente el que los expide. Durante el funcionamiento, los dos enrutadores 1, 2 intercambian mutuamente mensajes de interrogación, llamados "polling messages" en la literatura anglosajona. Estos mensajes de interrogación son por ejemplo intercambiados cíclicamente, es decir a intervalos de tiempos regulares. Los mismos son intercambiados por la red Ethernet 23, por ejemplo mediante una difusión del tipo UDP unicast. Mensajes de interrogación son también intercambiados a través de la conexión de seguridad 24. Un dispositivo de acuerdo con la invención comprende por consiguiente al menos dos interfaces de intercambio de mensajes de interrogación, una interfaz de red, por ejemplo Ethernet, y un bus de comunicación 24. Un mensaje de interrogación es enviado por el esclavo al principal para verificar que el principal está en buen estado de funcionamiento, para verificar que no está fallando. A este efecto, el principal debe responder a este mensaje. Puede ser utilizado cualquier tipo de mensaje de interrogación. Lo más simple es por ejemplo enviar al principal un mensaje dado y verificar que éste lo reenvía íntegramente. Por su parte, el principal envía por su parte mensajes de interrogación al esclavo para verificar que éste está también en estado de funcionamiento. Por consiguiente hay así una supervisión de dos equipos 1, 2 sin la ayuda de un tercer equipo.
Cuando el esclavo 2 no recibe al menos un mensaje de interrogación en un intervalo de tiempo dado en al menos una de las dos interfaces, Ethernet 23 o la conexión de seguridad 24, su programa considera que el principal está fallando. El esclavo decide entonces convertirse en principal. A este efecto, activa el mecanismo de conmutación. Este mecanismo de conmutación puede tener varios componentes. Comprende un algoritmo, establecido por ejemplo a la vez en el principal y el esclavo, que fuerza al principal a ponerse en cero, más específicamente a reinicializarse. Este algoritmo está programado además de tal manera que durante esa reinicialización, el esclavo toma el mando, por consiguiente deviene activo en el procesamiento de los datos, mientras que el principal permanece inactivo. Este algoritmo prevé además la desactivación de los puertos de entradas/salidas del principal y la activación de los puertos de entradas/salidas del esclavo devenido principal. Un puesto de supervisión 25 permite por ejemplo leer resúmenes de averías o fallas enviadas por el principal o el esclavo. Este puesto 25 puede ser utilizado además para otras funciones en el cuadro general de la aplicación. El dispositivo comprende por ejemplo medios de alerta para prevenir una falla, a fin de que el equipo en falla sea reemplazado en los plazos impuestos.
El algoritmo que fuerza la puesta en cero del principal, y finalmente su desactivación, está implantado en el principal, pero es activado por el esclavo. A este efecto, el esclavo conoce la localización de memoria de ese algoritmo. Más exactamente la localización de memoria de ese algoritmo está contenida en el esclavo, al menos accesible. De preferencia y de forma simétrica, el algoritmo está también implantado en el esclavo, por razones de estandarización de realización de los equipos, pero también para que el principal pueda desactivar completamente al esclavo en caso de falla de este último. Por consiguiente el principal tiene acceso además a la dirección del algoritmo de puesta en cero presente en el esclavo. El algoritmo de puesta en cero, su dirección, los mensajes de interrogación, la frecuencia de envío de esos menajes, el tiempo límite entre dos mensajes antes de la conmutación, así como otros parámetros de configuraciones están en particular implantados en un fichero de configuración contenido en cada enrutador. Varios tipos de estos parámetros pueden ser almacenados en ese fichero de configuración, cada tipo dependiente del tipo de aplicación final. En la inicialización de los enrutadores, los parámetros propios de una aplicación son por ejemplo descargados a una memoria viva. La gestión de las diferentes capas de los programas, de ellas el algoritmo de puesta en cero, así como las comunicaciones entre esas capas son procesadas clásicamente por un sistema explotación, eventualmente asociado a capas de programas intermediarias, llamadas "middleware" en la literatura anglosajona, implantadas en los enrutadores.
La invención ha sido descrita para un dispositivo de enrutamiento informático, estando asociado un enrutador a un enrutador redundante. Desde luego la invención puede aplicarse a otros medios de gestión de entradas/salidas, tales como por ejemplo servidores de datos. Se aplica ventajosamente a todos los tipos de aplicaciones que necesitan una gran seguridad de funcionamiento con exigencias de economías. Además, resulta simple su puesta en práctica, puesto que esta puesta en práctica es esencialmente a través de programas.

Claims (14)

1. Dispositivo de gestión de entradas y salidas de datos digitales, que comprende unos primeros medios de gestión (1) y unos segundos medios de gestión (2) unidos el uno al otro por dos interfaces, una red (23) y una línea de seguridad (24), intercambiando estos medios mutuamente mensajes de interrogación a través de esas dos interfaces (23, 24), siendo considerados los medios (1) como fallando por los otros medios (2) cuando no emiten ningún mensaje en un intervalo de tiempo dado en al menos una de las dos interfaces (23, 24), caracterizado porque comprende medios adaptados para la ejecución de al menos un algoritmo de reinicialización de los primeros y segundos medios (1, 2), siendo desactivados los medios (1) que fallan y activados los otros medios (2) durante la reinicialización después de la detección de una falla, estando implantado el algoritmo de reinicialización en los primeros medios (1) y segundo medios, y activado por los segundos medios (2), siendo accesible la localización de memoria del algoritmo desde esos segundos medios.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en la inicialización de su funcionamiento, los primeros medios (1) cumplen el rol de principal y los segundos medios (2) cumplen el rol de esclavo, gestionando el principal los datos de entradas y salidas.
3. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios (1, 2) están unidos por la red (23) a uno o varios sistemas (21, 22).
4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios (1, 2) están unidos a sistemas por una o varias conexiones en serie, un cable en y (5) uniendo un mismo puerto (3) de cada enrutador a un sistema.
5. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios (1, 2) tienen las mismas funciones y comprenden los mismos programas y los mismos ficheros de configuración.
6. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cuando unos medios (1) son detectados como fallando por los otros medios (2), estos últimos desactivan los medios fallando.
7. Dispositivo de acuerdo las reivindicaciones 2 y 6, caracterizado porque siendo los medios defectuosos (1) el principal, el esclavo desactiva las entradas/salidas del principal y activa sus propias entradas/salidas.
8. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los mensajes de interrogación, la frecuencia de envío de estos mensajes, el tiempo límite entre dos mensajes son implantados en un fichero de configuración contenido en cada uno de los medios (1, 2), siendo almacenados varios tipos de estos parámetros en función de aplicaciones de datos.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque para la inicialización de los medios (1, 2), los parámetros propios de una aplicación son descargados en una memoria viva.
10. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende medios de alerta para prevenir una falla.
11. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la red es una red digital local.
12. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios de gestión de datos de entradas/salidas son enrutadores informáticos.
13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque los enrutadores funcionan en modo abierto OCP.
14. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 13, caracterizado porque los medios de gestión de datos de entradas/salidas son servidores de datos.
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