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摘 要 民航通信承载着通用性的计算机网络数据及各类专用设备数据传输的业务数据，提高其通信网可靠性及可用性尤为重要和迫切。研究设计双机热备系统方案，使通信主机出现故障时能够在规定的时间内自动切换；采用共享的磁盘阵列，充分保证数据的高可靠性和可用性并实现了历史数据共享功能。有效避免了长时间的服务中断，保证民航通信系统稳定、可靠的服务。
关键词 民航；通信；可靠性；可用性；双机热备
中图分类号：TN820 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-040-02
随着民航事业的迅猛发展，各机场航班量剧增，飞行流量不断增大，对管制部门的要求越来越高，相应对管制手段的要求也越来越高。由于目前民航空中管制甚高频（VHF）通信系统VHF设备的数量及使用的频点也在不断增加，加之电信业务量的不断扩大及通信设备种类繁多，确保民航通信系统可靠性及可用性显得尤为迫切和重要。在信息系统建设中存在充满各种安全危机，作为运行通信关键业务的服务器是保障系统安全、有效运作的基础，服务器的某个误操作或软硬件故障都有可能导致通信关键业务的瘫痪或中断，甚至造成重大事故的发生。除了通过RAID、hot spare来保障存储系统以及数据的安全性外，为了防止服务器应用程序的意外宕机，采用两台服务器冗余且互为备份共同执行同一任务的双机热备架构模式防止服务器错误的发生。本文设计研究应用于民航通信系统双机热备技术服务器，实现故障设备与正常设备之间无扰切换，有效提高通信系统的可靠性和可用性。
1 双机热备简介
双机热备是近年来服务器端的安全性、可用性的一次重大革命。双机热备即通过运行两台服务器协作完成一项服务任务过程中，实现系统备份和冗余，从而保证系统的高可靠性。
在运行过程中，主服务器发生网络或者是主机故障时，故障服务器正在执行的任务会被备份服务器会迅速接管。整个通信系统的中央服务器通过双机热备技术，实现了整个通信系统的全天候安全运行，保证服务器故障情况下的通信系统不间断运行。
双机系统的基本构成通常包括了两台运行有双机热备系统软件的互为备份的服务器，并通过心跳线连接通信监测各自的运行情况。在通信系统运行过程中，出现任何网络或者是主机故障都会自动触发双机热备系统软件的错误判定、故障隔离流程，备份服务器接管被中断的服务并在最短的时间内通过联机恢复继续执行中断的服务。
2 双机热备系统基本原理
双机热备最主要的作用是确保系统的不间断安全运行。主服务器和备份服务器通过scsi、串口或者网络等通道互相监视各自的服务执行情况，发现不正常状况时，备份服务器会迅速替换故障服务器投入系统运行，实现了系统的不间断运行和数据的完整性。双机热备系统结构如图l所示。
双机热备系统由两台实时数据库服务器（1和2）组成。首先，主服务器在对外提供服务的同时，通过通信通道（scsi、串口或者网络）实现同备份服务器之间状态及数据信息的一致性。另外，主服务器和备份服务器通过心跳诊断信息确定对方是否处于正常运行状态。在通信系统运行过程中，若备份服务器2在一定时间内未接收到来自主服务器1的心跳信息时，则说明主服务器1未处于正常运行状态，进而切换机制被触发。备份服务器2便立即替代故障主服务器1与各个客户端进行连接通讯，成为新的主服务器。而发生故障的服务器1修复后会自动作为新的备用服务器运行。
3 双机热备服务器系统实现
3.1 双机热备的实现方式
3.1.1 基于共享存储设备方式
基于共享存储方式的双机热备系统主要由主从服务器、网络终端、交换机、磁盘阵列设备等组成。两台服务器之间通过心跳线相互监测各自的运行状况。在工作过程中，若监测到一台服务器出现故障则会触发双机热备系统软件的错误判定流程，另一台服务器执行服务接管任务；若无故障出现，系统会根据不同的工作方式通过虚拟IP地址的形式发送服务请求给一台服务器，由它承担服务的运行。
3.1.2 纯软件方式
纯软件方式的双机热备系统是通过镜像软件将保存在主备机中数据实时复制到另一台服务器上，并同时保证外服务过程中双服务器数据的一致性。如果一台服务器出现故障，可以及时切换到另一台服务器。
3.2 双机热备工作方式
3.2.1 主从方式（Active/Standby）
基于Active/Standby方式的服务器热备是双机热备的常见形式。这种方式是指在同一时间内，主服务器和备份服务器只有一台处于Active（激活）状态，处于激活状态的服务器发生故障造成中断或瘫痪时，通过心跳诊断等软件检测方式激活处于Standby（待机）状态的服务器，迅速替换故障服务器执行通信系统重要任务，保证通信系统不间断运行。
3.2.2 双工方式（Active/Active）
在工作过程中，两台服务器同时执行各自的工作任务，两台服务器之间通过心跳线相互监测各自的运行状况。若一台服务器发生故障造成中断或瘫痪时，会立即触发资源切换、服务接管任务，确保系统服务的不间断运行。
3.3 双机热备实现方案
3.3.1 总体方案设计
本文双机热备系统设计方案是基于共享存储器结构和主从工作方式实现的。方案中两台服务器（主机）通过光纤连接到磁盘阵列（共享存储）上，而两台服务器（主机）之间通过私有心跳网络线连接通信，共享数据（如数据库等）则存放在公共的磁盘阵列存储系统上。通过安装在两台主机上的双机热备软件Rose HA监视系统的状态，协调两台主机的工作。其方案设计拓扑图和系统结构框图如图2和图3所示。
服务器通过私用网络心跳（HeartBeat）信号监测另一台服务器的运行状况，进而进行资源切换和接管操作。为了确保切换的有效性和降低误操作率，私用网络通讯路径一般由RS-232 Socket私用网络和TCP/IP Socket私有网络两条相互独立的物理路径组成。前者是通过配置服务器空闲的串口实现通讯；后者则需要通过LAN建立连接或将两台主机的网卡通过反线直接连接进行通讯。 在搭建配置完成系统后，安装在主服务器上的Rose HA软件则通过私用网络传递的心跳信息进行系统的监控，了解另一服务器的运行状态。若通信系统工作过程中出现故障，安装在服务器上的Rose HA软件会通过私有网络捕捉到发生变化的心跳信息，进而触发Rose HA软件的资源切换和服务接管流程，控制通信系统进行备份服务器接替工作。以此同时，工作人员的修复维护工作并不影响对外数据服务提供，已经修复的故障主机可作为备份机或通过Rose HA软件设定再次进行切换或接管，实现双机热备系统的正常工作。
对于民航通信数据服务，系统通过虚拟IP地址指定能够提供数据服务的主机服务器网络地址。当一台服务器出现故障时，Rose HA软件会通过将虚拟IP地址指向备份服务器的网卡，完成切换及接管工作。同时触发应数据库启动程序，实现民航通信数据库的正常连接，确保民航通信系统的不间断运行及高可用性。
3.3.2 实施步骤
步骤一：在整体分析调查民航通信业务需求的基础上，搭建配置服务器、共享磁盘阵列及Rose HA软件环境。确定作为共享存储设备的磁盘阵列和主、备机服务器及各种关键参数，采取主从方式完成通信系统的配置。
步骤二：完成服务器网卡及心跳网络线的安装配置。两台服务器网卡分别设置对外服务网络地址，并将两台服务器的第二块网卡通过心跳网络线连接，如图3所示，服务器的第二块网卡地址分别设置为各自的心跳网络地址，实现心跳信息的传输。
步骤三：完成共享存储器安装和配置。将两台服务器通过光纤与磁盘阵列连接，通过Rose HA软件创建配置物理卷及各自的对外网络地址及公共虚拟IP地址，并保证两地址在同一网段内。创建可供调用的代理名和服务名，并设置windows系统服务里代理启动及数据库服务类型为“手动”。
4 结束语
本文完成了应用于民航通信领域双机热备系统方案的初步设计和实现。此方案基本满足数据实时性与数据完整性的要求，实现了主机自动切换功能和历史数据共享功能。但由于民用航空通信要求高度可靠性，所以在稳定升级硬件的基础上，更好结合软件双机热备的优势，是有待进一步解决的问题。
参考文献
[1]孙艳玲.民航空中管制通信系统可靠性的研究[D].山东：山东大学，2007.
[2]张磊，李玉龙等.服务器管理系统双机热备管理软件的设计与实现[J].电脑知识与技术，2009，5（33）：9419-9420.
[3]刘晓洁，黄永佳.基于Linux的双机热备系统的实现技术[J].计算机应用研究，2007，24（4）：255-257.
[4]杨晓芬，王永会.实时数据库系统双机热备机制设计与实现[J].计算机工程与应用，2012，48（29）：124-126.
[5]钟宇.煤矿企业纯软件方式的双机热备系统研究[J].工矿自动化，2012（08）：84-86.
[6]王崇霞.数据库双机热备份系统解决方案[J].微机发展，2003（S3）：79-80.
关键词 民航；通信；可靠性；可用性；双机热备
中图分类号：TN820 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-040-02
随着民航事业的迅猛发展，各机场航班量剧增，飞行流量不断增大，对管制部门的要求越来越高，相应对管制手段的要求也越来越高。由于目前民航空中管制甚高频（VHF）通信系统VHF设备的数量及使用的频点也在不断增加，加之电信业务量的不断扩大及通信设备种类繁多，确保民航通信系统可靠性及可用性显得尤为迫切和重要。在信息系统建设中存在充满各种安全危机，作为运行通信关键业务的服务器是保障系统安全、有效运作的基础，服务器的某个误操作或软硬件故障都有可能导致通信关键业务的瘫痪或中断，甚至造成重大事故的发生。除了通过RAID、hot spare来保障存储系统以及数据的安全性外，为了防止服务器应用程序的意外宕机，采用两台服务器冗余且互为备份共同执行同一任务的双机热备架构模式防止服务器错误的发生。本文设计研究应用于民航通信系统双机热备技术服务器，实现故障设备与正常设备之间无扰切换，有效提高通信系统的可靠性和可用性。
1 双机热备简介
双机热备是近年来服务器端的安全性、可用性的一次重大革命。双机热备即通过运行两台服务器协作完成一项服务任务过程中，实现系统备份和冗余，从而保证系统的高可靠性。
在运行过程中，主服务器发生网络或者是主机故障时，故障服务器正在执行的任务会被备份服务器会迅速接管。整个通信系统的中央服务器通过双机热备技术，实现了整个通信系统的全天候安全运行，保证服务器故障情况下的通信系统不间断运行。
双机系统的基本构成通常包括了两台运行有双机热备系统软件的互为备份的服务器，并通过心跳线连接通信监测各自的运行情况。在通信系统运行过程中，出现任何网络或者是主机故障都会自动触发双机热备系统软件的错误判定、故障隔离流程，备份服务器接管被中断的服务并在最短的时间内通过联机恢复继续执行中断的服务。
2 双机热备系统基本原理
双机热备最主要的作用是确保系统的不间断安全运行。主服务器和备份服务器通过scsi、串口或者网络等通道互相监视各自的服务执行情况，发现不正常状况时，备份服务器会迅速替换故障服务器投入系统运行，实现了系统的不间断运行和数据的完整性。双机热备系统结构如图l所示。
双机热备系统由两台实时数据库服务器（1和2）组成。首先，主服务器在对外提供服务的同时，通过通信通道（scsi、串口或者网络）实现同备份服务器之间状态及数据信息的一致性。另外，主服务器和备份服务器通过心跳诊断信息确定对方是否处于正常运行状态。在通信系统运行过程中，若备份服务器2在一定时间内未接收到来自主服务器1的心跳信息时，则说明主服务器1未处于正常运行状态，进而切换机制被触发。备份服务器2便立即替代故障主服务器1与各个客户端进行连接通讯，成为新的主服务器。而发生故障的服务器1修复后会自动作为新的备用服务器运行。
3 双机热备服务器系统实现
3.1 双机热备的实现方式
3.1.1 基于共享存储设备方式
基于共享存储方式的双机热备系统主要由主从服务器、网络终端、交换机、磁盘阵列设备等组成。两台服务器之间通过心跳线相互监测各自的运行状况。在工作过程中，若监测到一台服务器出现故障则会触发双机热备系统软件的错误判定流程，另一台服务器执行服务接管任务；若无故障出现，系统会根据不同的工作方式通过虚拟IP地址的形式发送服务请求给一台服务器，由它承担服务的运行。
3.1.2 纯软件方式
纯软件方式的双机热备系统是通过镜像软件将保存在主备机中数据实时复制到另一台服务器上，并同时保证外服务过程中双服务器数据的一致性。如果一台服务器出现故障，可以及时切换到另一台服务器。
3.2 双机热备工作方式
3.2.1 主从方式（Active/Standby）
基于Active/Standby方式的服务器热备是双机热备的常见形式。这种方式是指在同一时间内，主服务器和备份服务器只有一台处于Active（激活）状态，处于激活状态的服务器发生故障造成中断或瘫痪时，通过心跳诊断等软件检测方式激活处于Standby（待机）状态的服务器，迅速替换故障服务器执行通信系统重要任务，保证通信系统不间断运行。
3.2.2 双工方式（Active/Active）
在工作过程中，两台服务器同时执行各自的工作任务，两台服务器之间通过心跳线相互监测各自的运行状况。若一台服务器发生故障造成中断或瘫痪时，会立即触发资源切换、服务接管任务，确保系统服务的不间断运行。
3.3 双机热备实现方案
3.3.1 总体方案设计
本文双机热备系统设计方案是基于共享存储器结构和主从工作方式实现的。方案中两台服务器（主机）通过光纤连接到磁盘阵列（共享存储）上，而两台服务器（主机）之间通过私有心跳网络线连接通信，共享数据（如数据库等）则存放在公共的磁盘阵列存储系统上。通过安装在两台主机上的双机热备软件Rose HA监视系统的状态，协调两台主机的工作。其方案设计拓扑图和系统结构框图如图2和图3所示。
服务器通过私用网络心跳（HeartBeat）信号监测另一台服务器的运行状况，进而进行资源切换和接管操作。为了确保切换的有效性和降低误操作率，私用网络通讯路径一般由RS-232 Socket私用网络和TCP/IP Socket私有网络两条相互独立的物理路径组成。前者是通过配置服务器空闲的串口实现通讯；后者则需要通过LAN建立连接或将两台主机的网卡通过反线直接连接进行通讯。 在搭建配置完成系统后，安装在主服务器上的Rose HA软件则通过私用网络传递的心跳信息进行系统的监控，了解另一服务器的运行状态。若通信系统工作过程中出现故障，安装在服务器上的Rose HA软件会通过私有网络捕捉到发生变化的心跳信息，进而触发Rose HA软件的资源切换和服务接管流程，控制通信系统进行备份服务器接替工作。以此同时，工作人员的修复维护工作并不影响对外数据服务提供，已经修复的故障主机可作为备份机或通过Rose HA软件设定再次进行切换或接管，实现双机热备系统的正常工作。
对于民航通信数据服务，系统通过虚拟IP地址指定能够提供数据服务的主机服务器网络地址。当一台服务器出现故障时，Rose HA软件会通过将虚拟IP地址指向备份服务器的网卡，完成切换及接管工作。同时触发应数据库启动程序，实现民航通信数据库的正常连接，确保民航通信系统的不间断运行及高可用性。
3.3.2 实施步骤
步骤一：在整体分析调查民航通信业务需求的基础上，搭建配置服务器、共享磁盘阵列及Rose HA软件环境。确定作为共享存储设备的磁盘阵列和主、备机服务器及各种关键参数，采取主从方式完成通信系统的配置。
步骤二：完成服务器网卡及心跳网络线的安装配置。两台服务器网卡分别设置对外服务网络地址，并将两台服务器的第二块网卡通过心跳网络线连接，如图3所示，服务器的第二块网卡地址分别设置为各自的心跳网络地址，实现心跳信息的传输。
步骤三：完成共享存储器安装和配置。将两台服务器通过光纤与磁盘阵列连接，通过Rose HA软件创建配置物理卷及各自的对外网络地址及公共虚拟IP地址，并保证两地址在同一网段内。创建可供调用的代理名和服务名，并设置windows系统服务里代理启动及数据库服务类型为“手动”。
4 结束语
本文完成了应用于民航通信领域双机热备系统方案的初步设计和实现。此方案基本满足数据实时性与数据完整性的要求，实现了主机自动切换功能和历史数据共享功能。但由于民用航空通信要求高度可靠性，所以在稳定升级硬件的基础上，更好结合软件双机热备的优势，是有待进一步解决的问题。
参考文献
[1]孙艳玲.民航空中管制通信系统可靠性的研究[D].山东：山东大学，2007.
[2]张磊，李玉龙等.服务器管理系统双机热备管理软件的设计与实现[J].电脑知识与技术，2009，5（33）：9419-9420.
[3]刘晓洁，黄永佳.基于Linux的双机热备系统的实现技术[J].计算机应用研究，2007，24（4）：255-257.
[4]杨晓芬，王永会.实时数据库系统双机热备机制设计与实现[J].计算机工程与应用，2012，48（29）：124-126.
[5]钟宇.煤矿企业纯软件方式的双机热备系统研究[J].工矿自动化，2012（08）：84-86.
[6]王崇霞.数据库双机热备份系统解决方案[J].微机发展，2003（S3）：79-80.