用光纖構建冗余系統

介紹

在最基本的層面上來講，系統有效性是指系統在需要時可以成功運行的概率。高系統有效性這一術語被廣泛地用于一切與生產力有關的事物，包括可靠性和可維護性。通過高有效性，可以構建冗余和可恢復性系統。該系統激發了連鎖反應，用光纖基礎設施完成設置，能夠提供各種容錯級別的產品和解決方案。特別值得一提的是，光纖矩陣路由和擴展解決方案，不僅可以提供模塊化冗余系統架構的機制，還具有高帶寬、低成本、支持復雜的拓撲結構等優點。因此，Thinklogical公司設計了一套基于光纖的冗余矩陣路由和擴展解決方案，以滿足在模塊化冗余系統中進行可靠信號傳輸的需求。

冗余和可恢復性系統的高有效性

冗余涉及到多種技術，這些技術都與物理備份有關，而彈性則主要與通信協議有關。冗余設備在發生故障時可以激活，但如果沒有很好的彈性，就有可能丟失數據，甚至會發生無法建立冗余連接這種更糟糕的情況。彈性系統在發生故障時會返回到一個可操作狀態。因此，如果一個故障使系統離線的話，高度彈性的系統可以在最短的停機時間內恢復其預定的工作和功能。

建立冗余和可恢復性系統，需要進行全盤考慮。必須逐一考慮每個潛在的風險，不僅要考慮如何降低風險，還要保證如何最大限度地減少其對系統的影響。冗余系統的要求或需求基于以下一套標準問題：

·系統是否需要全天候運行，停機是不可接受的嗎？

·如果系統發生故障，是否需要無縫地從主系統切換到備份系統？

·信號源和目標地之間數據共享的恒定和可靠要達到什么樣的程度？

·怎樣才能盡量減少系統內的單點故障，如何確保構建基礎結構的設備不會使系統整體停止運作？

通過冗余和容錯實現的高有效性，是許多矩陣路由和擴展設備的重要組成部分，尤其是在安全可視化計算環境中。如果說幾分鐘的企業系統故障只是一種不便的話，那么失去安全可視化計算系統則是一場災難。如果控制系統不起作用或顯示不良會造成經濟的重大損失、設備損壞、擾亂公共服務和／或安全的話，通常就需要使用某種形式的冗余和容錯。這些情況下的冗余意味著雙重甚至三重設備備份，在主設備出現故障時能夠無中斷運作。在這些類型的使用環境中，故障成本太高，冗余系統是至關重要的。

通過使用光纖解決方案來設計冗余系統，用戶可以享有高度可靠的數據傳輸、降低安裝成本以及保證根據需求的改變進行升級。本文將討論幾種不同的基于光纖的冗余和容錯功能以及結構，但主要集中闡述雙模塊冗余，也稱為并聯冗余，這正是Thinklogical公司的系統所采用的方法。本文還將突出介紹一系列有助于提高系統有效性的Thinklogical公司的產品。

組件的冗余

確保可靠運作最重要的一步就是能提供冗余的、熱插拔的組件。系統的模塊或組件能夠無縫地被去除、更換或增加也是很關鍵的。更換也不應該需要重新布線或重新編程。此外，目前也發明了許多新方法，比如一種基于狀態的管理以及能夠自動學習的診斷程序，就可以提高控制器檢測、通知并描述組件故障的能力。對許多用戶來說，無需關閉系統就可以進行維護和修改系統的功能是非常有用的，尤其是如果這種改變或維修能夠在幾分鐘內完成的話。系統的關鍵組件

·不間斷電源（UPS）

·冗余供電

·冗余組件

·機箱

·處理器

·I／O模塊

·傳感器和驅動器

·計算機用戶界面

·網絡

·媒體

·服務器

·數據庫

Thinklogical的系統應急

電源的冗余是一種常用的增強系統有效性的方法。單電源故障會造成災難性的后果，帶來巨額的經濟損失。在這種苛刻的條件下要確保系統的完整性和性能就需求采用電源冗余。因此，所有Thinklogical的矩陣路由和模塊化擴展產品都配備有冗余的支持熱插拔的電源。

Thinklogical的VX和HDX系列矩陣路由器的關鍵組件設計都支持熱插拔，比如風扇和光纖插座（SFP+），從而盡可能地減小了某個組件發生故障對業務系統的影響。熱插拔的I／O板卡也提供了優秀的在線擴展能力，不用關閉矩陣路由器電源中斷信號處理就可以進行重新配置。此外，HDX系列矩陣路由器配有雙控制卡，在發生故障時可以在兩塊卡之間進行切換。冗余模式

在行業中有許多通用的冗余模式，比如備用冗余和雙模塊冗余，或叫做并聯冗余。

備用冗余

備用冗余指的是有一個一樣的備用設備作為主設備的備份。在備用冗余里，備份設備不分享任何的負載，只有在主設備發生故障時它們才會被使用。此外，可能要由第三方來監視系統，并在需要時給出切換命令。

在備用冗余中，備份設備的設置有三種狀態：冷備份、熱備份和在線備份。在冷備份中，為了保護備份設備的壽命，電源是關閉的。這種模式的缺點是需要用很長的時間來使備份系統啟動并運行。雖然硬件和軟件都是可用的，但都需要通電才能進入當前的操作狀態。

熱備份響應時間更快，因為備份（冗余）系統一直在運行，并且定期與控制設備（DUC）進行同步。在主系統發生故障時，冗余系統可以從故障系統中斷開，并接入備份系統。這使系統可以快速恢復（通常在幾秒鐘內）并繼續工作。盡管在斷開／重連的過程中會丟失一些數據，熱備份在那些對少許數據丟失不敏感的領域內是一個可接受的方案。

在這兩種類型的冗余模式里，系統的切換都不是無縫的，也增加了故障的概率。為了消除這種增加的概率，需要在冗余系統中增加額外的硬件（第三方選擇器）來幫助系統從主設備切換到備份設備。雖然這些系統組件增強了可靠性，但它們通常是串聯，這就造成了一種串并聯的連接，又為系統帶來了新的故障點。此外，因為增加了額外的硬件設備，這種系統的成本通常會翻倍。

在線備份意味著主、備數據系統同時運作，并同時提供同樣的數據流給下游用戶。如果主系統出故障了，那么切換到備份系統是完全無縫的，或者說是“無沖擊的”，也不會丟失數據。用戶如果無法容忍冷備份和熱備份系統的數據丟失，那么在線備份就是最佳的選擇。在線備份模式也會有一些變化，比如雙模塊冗余或叫做并聯冗余。這些模式之間的主要區別是看主系統和備份系統之間的同步有多緊密。

雙重模塊冗余（DMR）或并聯冗余

多個設備并聯并完全同步的運行，這種方法被稱為DMR或并聯冗余。這種模式的特點是切換時間非常短。

雙系統冗余具有以下三個基本原則：

1、物理隔離的信號路徑

2、雙機箱冗余的信號控制器

3、狀態信息同步

一套DMR矩陣路由和擴展系統配置了兩臺并聯運行、緊密同步的主路由器和備份矩陣路由器。同一個信號同時傳輸到兩臺鏡像矩陣路由器中，再把這些信號發送到目的接受端。如果有多個矩陣路由器的話，你就要辨別哪一個信號是正確的，這是個問題。不對運行參數進行動態檢查就武斷授予一臺矩陣路由器優先權，選擇一個你“最相信”的設備是不可取的。同時，監測并決定什么時候切換到備份設備也是很復雜的。

Thinklogical的優勢

Thinklogical公司設計了一套經濟、彈性的解決方案來解決DMR模式的復雜性。這一功能被設計在SDI Xtreme 3G+接收器中，稱為“切換能力”。這使組件可以同時接收兩個輸入光纖上同樣的數據流。默認情況下，它會通過在接收到的數據流中搜索同步字符，嘗試與“主”光纖進行同步。同時，它還會檢查“備份”光纖，嘗試與其同步。在一段預定的時間后，會選擇任何一個接收器鎖定的數據流，從中解碼出SDI數據。如果所選擇的數據流丟失同步，接收器會自動選擇其他的數據流。在切換時SDI視頻只有極少的丟失。為了防止切換器在間歇信號之時來回切換，接收器會繼續使用“切換過的”數據流，不管它是否重新鎖定到原來的流。如果發生類似于切換過的數據流丟失鎖定這種情況時，接收器會嘗試切回到原來的流。

這種同步方案確保了系統中無論哪個點發生故障，都能夠有最大正常運行時間。有趣的是，這種方法反映了在實現災難恢復時共同的典型設計。事實上，絕大部分高有效性系統遵循這個樸素的設計方式：一個單獨的、高品質的、多功能的具有全面內部彈性的物理系統運行相關功能，并與備份、物理隔離、完全一樣的系統相配對。這種設計的首要目的是預防失效，或從失效中迅速恢復過來，這允許系統可以在任何重要組件部分或全部失效時，繼續運行。

總結

冗余的想法并不難理解，但實現它卻需要一些思考。最開始關于冷、熱以及在線備份的決定會影響到實現時的所有方面。對一個性能良好的系統來說，選擇適當的硬件和強大的系統結構是決定性的。

很顯然，如果沒有一個綜合的矩陣路由和擴展解決方案，公司就不能充分享受冗余模式的好處。Thinklogical公司的系統解決方案為具有創新精神的公司提供了創造高密度、可升級、冗余系統結構的能力，以獲得廣泛的功能和高投資回報率。要記住更低的系統成本并不總是等于更低的總成本，這一點非常重要。不過更重要的是，一次意外關機的成本遠遠大于冗余的成本。如果數據的連通性對公司或組織是至關重要的話，那么就應該考慮安裝冗余系統，并在選擇關鍵設備時仔細進行權衡。