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■ 編者按
有這么幾股力量都在推動(dòng)具有經(jīng)濟效益的現貨組件的（COTS）高實(shí)用性的通信系統發(fā)展。放寬管制、融合語(yǔ)音和數據網(wǎng)絡(luò )、Internet，更不用說(shuō)脆弱的經(jīng)濟了，所有這些都需要增值業(yè)務(wù)，而增值業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，更容易實(shí)現并且可以帶來(lái)逐漸增長(cháng)的用戶(hù)數，并改善業(yè)務(wù)提供商整體投資的回報（ROI）。平衡這些需求對于業(yè)務(wù)提供商、系統開(kāi)發(fā)商和類(lèi)似的組件供應商來(lái)說(shuō)都代表著(zhù)新的挑戰。
繼續使用COTS組件，是符合當今需求的通信解決方案，并且已經(jīng)證明由于規模經(jīng)濟和增長(cháng)的互操作性，COTS組件能夠降低整體系統成本。通信設備制造商（TEM）可以解放出來(lái)集中精力整合現貨組件并增加具體的垂直服務(wù)，這就產(chǎn)生了更短的方案開(kāi)發(fā)時(shí)間。由于其利用了可獲得的，廣泛使用的成熟組件，因此COTS方法也降低了風(fēng)險。
既然解決方案仍然需要滿(mǎn)足現存專(zhuān)用設備的系統實(shí)用性、質(zhì)量和性能特性，COTS方法也引起了一些有意思的困難。需要大量的分析工作來(lái)決定組件是否正確安裝，當被捆綁時(shí)，這些組件將產(chǎn)生足夠的價(jià)格點(diǎn)。但是，如果所有的組件能夠共同工作以提供可估計的可靠性水平，這才是唯一有效的。這一策略代表了可升級和可靠性從單塊集成電路的分離，其從一開(kāi)始就被設計并完全在方案開(kāi)發(fā)者的控制之下。
這種二分法是有挑戰性的，但是可以通過(guò)直接方式來(lái)分析，并顯示了其遵從基本的技術(shù)和經(jīng)濟原理。
這篇文章的目的就是提供對市場(chǎng)部門(mén)和形成產(chǎn)業(yè)的這一重要的技術(shù)力量的深入了解。其將含蓋實(shí)用性的基本內容，包括它是如何被測量的；發(fā)生故障的最常見(jiàn)的原因和避免故障熟知的方法；網(wǎng)絡(luò )、系統和組件實(shí)用性的差別；以及故障群和冗余的概念。也將推薦8個(gè)最常見(jiàn)和最經(jīng)濟的高實(shí)用性結構，并提供每一個(gè)結構的優(yōu)缺點(diǎn)。"高實(shí)用性經(jīng)濟"概念被提出以對決定每一結構實(shí)用性代價(jià)背后的技術(shù)和科學(xué)提供最大的理解。這篇文章包括了每一個(gè)設計者在選擇COTS組件并規劃一個(gè)高實(shí)用性但是節約成本的通信系統結構時(shí)，應該熟記在心?quot;10條實(shí)用性理論"。
■ 定義高實(shí)用性需求
對于業(yè)務(wù)提供者來(lái)說(shuō)，在節約成本系統上的高實(shí)用性業(yè)務(wù)對于他們的成功是至關(guān)重要的。放寬管制和更為激烈的競爭使得他們更加關(guān)注于其方案的經(jīng)濟性，但是他們也不愿意犧牲原系統的決定性作用。
幾個(gè)因素在業(yè)務(wù)提供者產(chǎn)生業(yè)務(wù)產(chǎn)值方面扮演了重要的作用
- 延長(cháng)一個(gè)已有方案在市場(chǎng)中的時(shí)間；尤其是在網(wǎng)絡(luò )從TDM時(shí)期轉移到數據包（或者IP）時(shí)期的時(shí)候
- 改善方案的實(shí)用性；當它們不能有效運作時(shí)，也不能贏(yíng)利。
- 盡可能快的把一個(gè)新業(yè)務(wù)推向市場(chǎng)，在盡可能節約成本的情況下拓展現存系統的能力和性能。創(chuàng )新性新業(yè)務(wù)將增加業(yè)務(wù)提供者的用戶(hù)數量，并允許他們把他們一般的固定管理費用集成在大量的增值用戶(hù)群上。
業(yè)務(wù)提供商一直在尋找縮減提供業(yè)務(wù)整體成本的方法--或者整體擁有成本，包括采購、開(kāi)發(fā)、配置和運行的成本。為了能夠滿(mǎn)足這些要求，他們要求甚至更加便宜并且更靈活的系統，這些系統仍然可以滿(mǎn)足現存專(zhuān)用設備的實(shí)用性、質(zhì)量和性能特性。這增加了它們提供者的壓力--就是通常叫成TEM的通用設備制造商。
傳統上，關(guān)鍵的通信應用存在于昂貴的、專(zhuān)用單塊集成電路系統上，這些系統使用特定的硬件和軟件建立，并從根本上設計來(lái)產(chǎn)生高層次的實(shí)用性和決定性。但是，建設、配置、維護和運行這些系統的高成本是和低成本、開(kāi)放標準方法不可比擬的，這種方法最初在臺式電腦領(lǐng)域出現，現在建模在Internet后的下一代基于IP的網(wǎng)絡(luò )中已變得普遍深入。因此，許多TEM們已經(jīng)開(kāi)始注意COTS方法。
已經(jīng)被廣泛接受的一點(diǎn)是COTS組件可以降低系統整體成本。COTS可以使得業(yè)務(wù)提供商和TEM們產(chǎn)生收入，并保持競爭力，這是因為組件成本被優(yōu)化了，投入市場(chǎng)的時(shí)間縮短了，并由于增加的競爭力、多組件資源、較少的開(kāi)發(fā)風(fēng)險、可升級和可預計的可靠性及性能（或者決定性）的驅動(dòng)而使性能得到了改善。
COTS組件開(kāi)發(fā)者擁有專(zhuān)業(yè)技能來(lái)建立水平的、成本優(yōu)化的構建模塊，這些模塊可以應用于廣泛的垂直解決方案中。例如，一個(gè)良好規劃的構建模塊，比如一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口，可以用在通信交換、語(yǔ)音郵件應用和互動(dòng)語(yǔ)音應答（IVR）應用中。因此，供應商可以把產(chǎn)品賣(mài)給幾個(gè)TEM，以更少的成本實(shí)現更多相同的事情。在傳統的模型中，每一個(gè)TEM需要專(zhuān)業(yè)技能來(lái)建立這些一般功能建設模塊，并且由于他們的專(zhuān)業(yè)化將建立更少的模塊。應用COTS建設模塊方法，TEM們可以集中來(lái)增加專(zhuān)業(yè)化垂直商業(yè)邏輯在通用建設模塊的上面以滿(mǎn)足他們用戶(hù)的需要。這就極大地縮減了他們整體開(kāi)發(fā)的工作量和開(kāi)發(fā)更低成本的組件。已經(jīng)不斷地顯示出，開(kāi)放的標準COTS組件可以從根本上降低TEM的開(kāi)發(fā)成本和投入市場(chǎng)時(shí)間，這些組件可以與方案中其它元素高度地相互操作。
由于建設模塊可以從多種資源獲得，TEM們也可以在從供應商間的競爭中獲益時(shí)避免制造商封閉，這種競爭將帶來(lái)更低的價(jià)格和迅速的組件改善。
對于業(yè)務(wù)提供商來(lái)說(shuō)，既然他們擁有降低的方案開(kāi)發(fā)成本和更低的配置和操作成本，COTS可以有助于最小化TCO。
■ 實(shí)用性計算
許多時(shí)候經(jīng)常把可靠性和實(shí)用性等同起來(lái)，當然兩個(gè)概念對于高實(shí)用性概念來(lái)說(shuō)都是十分重要的。所以當定義實(shí)用性時(shí)，注意到術(shù)語(yǔ)間細微的差別是十分有用的：
- 可靠性是某件事在一段具體時(shí)間內不會(huì )失敗的可能性
- 實(shí)用性是一項業(yè)務(wù)可以獲得的時(shí)間和整體時(shí)間的比率。換句話(huà)說(shuō)：
實(shí)用性＝MTTF/(MTTF+MTTR)，此處MTTF代表故障的平均時(shí)間而MTTR代表修復的平均時(shí)間。
當MTTF增加到無(wú)限，MTTR減少到零時(shí)，實(shí)用性接近100％；百分比越高，越好。
正如表中建議的那樣，實(shí)用性尤其在非常接近1的區間內才被討論。盡管99％的正常運行時(shí)間看起來(lái)很好，它仍然將導致每年超過(guò)3天半的故障時(shí)間。大部分方案不會(huì )被認為是高可用的，直到它們接近99.9％的運行時(shí)間--大概每年9個(gè)小時(shí)的故障時(shí)間。但是，通信行業(yè)使用4個(gè)9級別到5個(gè)9級別范圍的實(shí)用性。
問(wèn)題是越高的實(shí)用性，將要求提供業(yè)務(wù)越高的成本。對業(yè)務(wù)提供商、他們系統和組件供應商的這個(gè)大的挑戰要求實(shí)用性和成本間的平衡。
系統整體的實(shí)用性可以通過(guò)把系統分解成獨立的組件來(lái)決定--這些組件包含硬件和軟件。硬件的實(shí)用性可以進(jìn)一步?jīng)Q定于平臺的實(shí)用性和I/O板的實(shí)用性，軟件也是一樣。
數學(xué)上：
系統實(shí)用性＝（硬件實(shí)用性）與（軟件實(shí)用性）
硬件實(shí)用性＝（平臺實(shí)用性）與（I/O板實(shí)用性）
軟件實(shí)用性＝（操作系統實(shí)用性）與（中間件實(shí)用性）與（軟件實(shí)用性）與（應用實(shí)用性）
并不是網(wǎng)絡(luò )中每一個(gè)組件都必須提供相同級別的實(shí)用性；尤其，9的數量由終端用戶(hù)具體要求而定。組件供應商不需要提供所有組件都是5個(gè)9，但是他們必須產(chǎn)生可以使得業(yè)務(wù)滿(mǎn)足高實(shí)用性要求的組件。組件在系統中被整合的方式對于實(shí)用性有很大的影響，正如系統在網(wǎng)絡(luò )中被安排的方式一樣。
◎ 網(wǎng)絡(luò )對實(shí)用性的影響
網(wǎng)絡(luò )中設備的位置也會(huì )影響實(shí)用性。隨著(zhù)設備向公共網(wǎng)絡(luò )的核心框架的接近，實(shí)用性也就要求的越嚴格；當處于邊緣的時(shí)候，實(shí)用性要求將更加輕松。例如，本地環(huán)路沒(méi)有很多的內建保護以防止故障。實(shí)際上，Telcordia把本地交互網(wǎng)絡(luò )實(shí)用性具體為99.93%1，其被認為代表了利潤和成本間的平衡，而且用戶(hù)發(fā)現這種平衡也是可以接受的。但是，互聯(lián)這些本地交換的核心網(wǎng)絡(luò )必須提供更好的實(shí)用性。
對于不同業(yè)務(wù)類(lèi)型的實(shí)用性預期值也是不同的。關(guān)鍵和重要的業(yè)務(wù)，比如119，要求比其它非關(guān)鍵業(yè)務(wù)更高的實(shí)用性級別。
在決定系統或者組件實(shí)用性要求的首要考慮因素是決定組件在網(wǎng)絡(luò )中應該位于什么地方，被用來(lái)做什么和對于最終終端用戶(hù)方案將怎樣與其它系統組合。
◎ 實(shí)用性的"邏輯性"
測量硬件實(shí)用性要求考慮獨立組件，組成了整合電路、晶體管、二極管，電阻器、電容器、中繼、交換機、連接器以及其它東西構成的系統。
有很多現成的方法來(lái)估計硬件可靠性和硬件組件的實(shí)用性。基于這個(gè)考慮，不同的硬件提供商通過(guò)Bellcore算法提供整合的平臺級和電話(huà)板塊級MTTF數據。他們的數據用作輸入和開(kāi)始點(diǎn)，但不會(huì )基于獨立電子組件來(lái)決定可用特性。
組件組合的方式對于方案整體的實(shí)用性有很大的影響。
如果組件串行組合，方案依靠所有組件的實(shí)用性，并且整體系統的實(shí)用性比最差組件的實(shí)用性還要低。當如果組件被并行集成在一起，獨立組件實(shí)用性級別將有一些不同。整體系統實(shí)用性可能甚至比最優(yōu)組件的實(shí)用性還要高。
開(kāi)發(fā)者另一個(gè)需要考慮的就是盡可能地使用并行實(shí)用性。尤其，規劃一個(gè)并行實(shí)用性方案不會(huì )增加對整個(gè)方案的成本，因為成本在并行組件實(shí)際被加上后才體現出來(lái)。業(yè)務(wù)提供商可以在起初沒(méi)有并行組件的情況下配置系統，然后當其能證明合理時(shí)輕松地增加實(shí)用性。
由于冗余被引入系統，系統的可用特性發(fā)生了重大的改變。實(shí)用性計算變成了一種費力并且容易出錯的工作，因為計算必須考慮冗余的效果，失效切換到冗余組件的成功率，MTTR失效組件的效率及相似的問(wèn)題。使用平臺和電話(huà)板塊MTTF數據作為輸入和使用可靠模塊圖（RBD）2以正確決定系統級別可用特性可以獲得更好的結果。
使用RBD，互聯(lián)的模塊可以被建立來(lái)顯示和分析系統中任何組件失效的效果。RBD也可以說(shuō)明成功失效轉移的概率，在帶有操作要素的系統中建立冗余，這些要素比如缺乏立即可用的空閑部分。比如來(lái)自Relex
Software Corporation*的軟件可以用來(lái)產(chǎn)生系統級可用特性。這些包計算了整體的失敗路徑以在成千上萬(wàn)的失效場(chǎng)景中決定系統整體的可靠性和實(shí)用性。既然失效路徑的數量隨著(zhù)系統組件數量的增加而成指數增長(cháng)，軟件運行Monte
Carlo仿真3為不同滿(mǎn)意級別獲得不同的可靠性指數。
開(kāi)發(fā)者第三個(gè)應該考慮的因素就是擁有這些相對不太昂貴的工具并在不同實(shí)用性配置選擇下完整地分析他們方案的可用特性。這樣的測試要求嚴格的方法來(lái)決定系統特定的可用特性。
■ 故障原因
◎ 過(guò)載
業(yè)務(wù)中斷的主要一個(gè)原因就是系統或者網(wǎng)絡(luò )的過(guò)載：過(guò)少的資源處理過(guò)多的呼叫。這樣的例子包括一個(gè)新業(yè)務(wù)的初始推出或者突然出現業(yè)務(wù)高峰。
當新業(yè)務(wù)被推出時(shí)，預測終端用戶(hù)的反映或者業(yè)務(wù)將在實(shí)際條件下如何運行是很困難的。建模是很有用的；但是經(jīng)常的發(fā)生的情況是，當試圖預測一個(gè)復雜系統的實(shí)際表現時(shí)，整體要素可能被忽略。
使用的業(yè)務(wù)高峰發(fā)生在廣告戰役時(shí)或者是節假日期間，比如母親節。
除非系統可以正確地設計來(lái)解決用戶(hù)的大量涌入或者減輕負載，否則它們將失敗。精確地決定出哪一個(gè)組件首先失敗是很困難的。有時(shí)問(wèn)題變得更加復雜，很小的故障經(jīng)常導致災難性的事件，因為默認管理系統本身變得過(guò)載了。
確保系統被設計來(lái)解決過(guò)載問(wèn)題是開(kāi)發(fā)者第四個(gè)應該考慮的問(wèn)題。系統必須提供一些負載緩沖并在出錯時(shí)允許大量的業(yè)務(wù)返回。操作、管理和維護（OA&M）系統，經(jīng)常被用來(lái)協(xié)助防止過(guò)載，而且也必須高可用和容錯。否則，它們可能會(huì )拖垮整個(gè)系統或者使實(shí)用性問(wèn)題變得復雜。
◎ 有計劃和無(wú)計劃停機
停機可以是有計劃的或者是無(wú)計劃的。有計劃的停機是要進(jìn)行升級，加入新功能或者進(jìn)行預防性維護而引起的。
無(wú)計劃停機是由于系統故障或者操作者錯誤引起的，操作者錯誤經(jīng)常是由于很糟糕的培訓，過(guò)于復雜化，不正確使用或者技術(shù)粗糙的員工引起的。
根據來(lái)自網(wǎng)絡(luò )可靠性指導委員會(huì )（NRSC）的研究，對于33％報告的業(yè)務(wù)中斷，程序出錯是根本原因。程序中斷的頻率有上升的趨勢，正如在右面圖中顯示的那樣。
產(chǎn)業(yè)分析顯示人為或者處理問(wèn)題引起了大概80％4的非計劃關(guān)機，而剩下的是因為產(chǎn)品的問(wèn)題。
◎ 非計劃關(guān)機的人為因素
人是易犯錯的，也經(jīng)常犯錯。來(lái)自Gartner Group5的研究報告，同時(shí)也經(jīng)常被引用的數據是， 40％的非計劃關(guān)機應歸咎于單獨的操作者錯誤。這包括操作者、維護者和每一個(gè)在物理上和通信系統接觸的人。發(fā)生程序錯誤的人往往是半技術(shù)人員，他們更熟悉硬件安裝和鋪設線(xiàn)路。擁有廣泛技術(shù)經(jīng)驗的維護者往往遠程解決更為復雜的任務(wù)。
業(yè)務(wù)提供商也精通于這些問(wèn)題，并通過(guò)這些考慮來(lái)設計他們的網(wǎng)絡(luò )。他們不喜歡解決復雜的線(xiàn)路問(wèn)題，他們喜歡能夠進(jìn)行遠程診斷被控環(huán)境安全方面的問(wèn)題--保持盡可能多的對實(shí)際系統的操作。此外，綜合培訓，認證和培訓課程可以有助于提高技術(shù)知識和減少一般的人為錯誤。
對人類(lèi)操作的依靠可能增加系統的MTTR。人員不得不出現在現場(chǎng)（這并不是總能確保的），并且人類(lèi)的反映時(shí)間也經(jīng)常慢于自動(dòng)恢復處理過(guò)程。此外，人經(jīng)常會(huì )犯錯，并可能降低系統中其它組件的MTTF或者阻止失敗組件的MTTR。盡管系統設計者十分努力來(lái)把人為因素從業(yè)務(wù)中盡可能地去除掉，但是，為了實(shí)現最小化MTTR的接口，他們必須首先決定是否成為默認管理過(guò)程的一部分。
當設計一個(gè)綜合可用策略時(shí)第五個(gè)建議是已經(jīng)充分考慮了人為因素。正如每一個(gè)NRSC建議的那樣，高實(shí)用性系統必須努力從業(yè)務(wù)過(guò)程中把人類(lèi)因素去除掉。如果發(fā)生了一個(gè)錯誤，系統必須能夠捕獲正確的診斷信息并在不等待人為介入時(shí)迅速把系統返回到業(yè)務(wù)中。這不僅防止了人的錯誤，而且由于需要更少的人員和輪班，也減少了勞動(dòng)力成本。越多的任務(wù)需要越少的人，越便宜的勞動(dòng)力成本就可以維護系統。
當系統正在運行時(shí)，確保您的系統可以使業(yè)務(wù)提供商測試更新的軟件版本是減少人為錯誤可能性的另一個(gè)好方法。這種測試允許他們非常容易地更新到新軟件上。如果檢測到新軟件版本上出現問(wèn)題，系統可以被恢復成軟件熟知的穩定版本。
◎ 管理非計劃關(guān)機
即使擁有最好的組件和最好的質(zhì)量控制程序，組件錯誤也是不可避免的，并且默認檢測和默認維修都會(huì )影響MTTR。錯誤被檢測的速率直接影響系統恢復所需要的時(shí)間。如果一個(gè)備份組件可用并能夠承擔至少一些失敗組件的功能，則可以保持業(yè)務(wù)實(shí)用性級別。如果失敗組件沒(méi)有備份或者負載分擔功能，那么可能發(fā)生業(yè)務(wù)中斷。
為了恰當管理非計劃關(guān)機，系統必須有一個(gè)故障管理計劃。故障管理是一個(gè)典型的五級過(guò)程，是一些決定了MTTR效率的原則。
檢測--故障被注冊，但是故障組件不會(huì )被定位
診斷--決定哪一個(gè)組件已經(jīng)發(fā)生故障了
分離--確保一個(gè)故障不會(huì )引起系統失敗。（分離不必使得系統功能正常。）
恢復--把系統恢復到預期的行為
維修--恢復系統的所有功能，包括所有的冗余
故障通知必須能夠在這一過(guò)程的許多時(shí)刻都能夠進(jìn)行。通知事件例子包括系統拓撲的改變--當板卡被脫離出業(yè)務(wù)時(shí)，放回至業(yè)務(wù)中，從系統中刪除或者插入到系統中。在上面五步的每一步之間必須有一個(gè)到下一步或者過(guò)程中各步的通知。在故障檢測時(shí)，通知可能被發(fā)送到診斷和分離步驟，或者同時(shí)恢復軟件組件。
或許業(yè)務(wù)提供商最大的需求是對系統更好的可視性。他們要求可視性是為了決定系統是否正常，預測未來(lái)可能的失敗和實(shí)施故障檢測、診斷、分離和修復。當系統中有組件發(fā)生改變而超過(guò)一個(gè)特定的門(mén)限值時(shí)，業(yè)務(wù)提供商需要預先的指示，并也要求遠程通知和報警功能。
故障管理的最后一部分是故障預測。故障預測是故障檢測的可選形式，故障檢測包括內建診斷。根據可預測故障，系統操作者可以有機會(huì )率先實(shí)施在線(xiàn)修復而不是等待事故發(fā)生。
對于開(kāi)發(fā)高實(shí)用性系統第六點(diǎn)需要考慮的因素是選擇其產(chǎn)品中含有足夠技術(shù)支持的組件供應商，這樣可以獲得充足的信息來(lái)重建系統狀態(tài)并在短時(shí)間內修復故障。
◎ 老化組件的影響
理解不同組件隨時(shí)間發(fā)生失效的統計率可能是在設計系統為最大實(shí)用性方面非常強大的工具。
通常，硬件遵循所謂"浴缸曲線(xiàn)"--故障率在系統投入使用的前幾個(gè)月降低，但是在一定時(shí)間后再一次增加。最初的降低是因為"強化試驗"，較差的組件失效的相對較快，而被去除掉。較穩定的組件在系統中保留下來(lái)。一段時(shí)間后，它們開(kāi)始變差，最終失效。硬件行為在下面的圖中由點(diǎn)線(xiàn)表示。
另一方面，軟件在最初階段得到改善，也是由于"強化試驗"，但是隨著(zhù)時(shí)間的推移不會(huì )顯示相同的衰減模型。理論上，軟件行為在圖中由破折線(xiàn)表示。但是實(shí)際上，軟件行為表現的更像是如實(shí)線(xiàn)那樣，在升級或者錯誤修復時(shí)顯示峰值。最后，軟件將無(wú)限地穩定和平滑下去。
應該記住一個(gè)好的公理--當配置的軟件硬化時(shí)，配置的硬件軟化。
■ 高實(shí)用性配置
防止系統級故障的關(guān)鍵因素是冗余性。組件冗余的類(lèi)型和數量決定了系統的故障特性。這篇文章將討論8種不同的高實(shí)用性結構，并指出它們的優(yōu)缺點(diǎn)，確定它們的可用特性。必須注意8個(gè)框架的不同在于冗余性和系統如何從故障中恢復。
◎ 聚類(lèi)
在聚類(lèi)時(shí)，整個(gè)計算機或者系統將被復制，這樣如果/當一個(gè)聚類(lèi)中的系統發(fā)生故障時(shí)，系統的操作被移交到空閑系統。提供的空閑系統的數量可以從2N（每一個(gè)提供的系統都有一個(gè)空閑系統）到N+1（對N個(gè)系統只有唯一一個(gè)空閑系統）變化。空閑系統可以被配置成激活/備用模式，比如空閑備用系統將準備運行，但是當前處于空閑狀態(tài)。較重要的地方可以配置激活/激活配置；所有系統，包括備用系統，將和相互的活動(dòng)同步，動(dòng)態(tài)負載分擔也變得可能。激活/激活配置將更難實(shí)現，但是如果可以獲得負載分擔，比如所有系統都在運行時(shí)，整個(gè)系統能力可以最大化并且硬件不會(huì )處于空閑來(lái)等待故障，其恰恰可以提供經(jīng)濟上的補償。
聚類(lèi)的優(yōu)勢在于可以和任何基于PC的系統工作，適合尺寸輕巧的PCI，并使用標準網(wǎng)絡(luò )連接以保持系統可以相互通知，最重要的是，它適合地理上的多樣性。如果在自然災害的情況下，比如洪水、大火或者地震，聚類(lèi)可以繼續業(yè)務(wù)的實(shí)用性。聚類(lèi)的缺點(diǎn)包括價(jià)格昂貴外設的復制和隨著(zhù)時(shí)間的推移相對長(cháng)的故障時(shí)間（秒級別，而其它一些方法是毫秒級）。故障后重新同步系統也是這一結構的一個(gè)缺點(diǎn)--有時(shí)它們不得不從線(xiàn)路上拆下來(lái)以把聚類(lèi)恢復成必要的冗余狀態(tài)。
◎ 硬件容錯
硬件容錯是CPU處理邏輯的復制，同時(shí)6執行相同的指令設置。
比較在容錯機制中從復制的CPU的輸出結果以決定結果中是否存在差別。假如從2個(gè)處理器產(chǎn)生兩個(gè)不同的結果，不可能迅速和有效地決定產(chǎn)生錯誤的CPU，所以實(shí)行三模塊冗余技術(shù)（TMR）。TMR運行3個(gè)處理器，考慮了更為有效的故障分離過(guò)程，假如一個(gè)CPU的輸出和其它兩個(gè)CPU的輸出不匹配，這個(gè)CPU被認為產(chǎn)生了錯誤，并被業(yè)務(wù)中去除，然后進(jìn)行在線(xiàn)修復。
這一機制的主要優(yōu)點(diǎn)是在應用級別透明的情況下，防止了硬件故障。如果硬件故障在一套組件上被檢測出，那些組件可以被迅速并容易地去除掉，而不用要求在應用級軟件中有任何特定失效轉移邏輯。業(yè)務(wù)的用戶(hù)不會(huì )注意到任何的業(yè)務(wù)降級，甚至是瞬間的降級。但是這種配置不會(huì )防止軟件錯誤和失效。錯誤軟件指針可能使得整個(gè)復制系統崩潰。相似地，這些系統的PCI實(shí)現不能適應互聯(lián)媒體處理外設卡的故障，這是因為CT總線(xiàn)帶狀線(xiàn)路的局限性。除了容錯機制外，要求這些外設卡的系統也需要實(shí)現聚類(lèi)或者一個(gè)cPCI結構。
◎ 外設熱插拔和冗余
外設熱插拔（PHS）允許在線(xiàn)維修、更新或者在cPCI機箱中增加外設，而不需要關(guān)閉整個(gè)系統。外設可以是電話(huà)板卡、磁盤(pán)驅動(dòng)、風(fēng)扇、電源供應、管理和報警模塊以及其它一些設備。外設熱插拔對于降低關(guān)機時(shí)間有重要的影響，這種關(guān)機無(wú)論是計劃中的還是計劃外的。
盡管外設熱插拔在降低維修時(shí)間上十分有效，但是其單獨不能防止操作中關(guān)機或者花費在獲得空閑設備和分派技術(shù)人員進(jìn)行維修的時(shí)間。為了防止操作中關(guān)機，提出了外設的冗余性。擁有外設冗余，如果一個(gè)外設發(fā)生故障，空閑外設可以接管故障外設的操作，而不需要操作者的介入。技術(shù)人員然后可以不用那么迅速被分派去恢復系統的冗余性。
不僅PHS可以在最小關(guān)機時(shí)間內拆除失效組件，而且考慮了預防性維護。知道了系統低效運行應該發(fā)生了故障，外設冗余也可以使得業(yè)務(wù)提供商更好地增加系統能力。
◎ 冗余系統插槽
冗余系統插槽（RSS）系統在cPCI系統中提供了冗余的，可熱插拔的單板卡計算機（SBC）。通過(guò)在故障時(shí)消除SBC，這一系統擁有外設熱插拔cPCI系統的能力。
每一個(gè)SBC有一個(gè)分離的操作系統和應用的實(shí)例。SBC可能處于激活/備份模式下，這樣激活的SBC控制機箱中的兩個(gè)cPCI總線(xiàn)部分。如果激活的SBC關(guān)機，備份SBC接管故障SBC的處理任務(wù)，并控制兩個(gè)cPCI總線(xiàn)部分。在激活/激活模式中，兩個(gè)SBC是激活的，并控制其自己的總線(xiàn)部分。但是，如果一個(gè)SBC關(guān)機，另一個(gè)SBC將控制前一個(gè)SBC控制的總線(xiàn)部分，系統的操作將繼續。
RSS的主要好處是只在故障時(shí)拆除SBC，并在不需復制昂貴的外設和大量的應用改變的條件下可以被實(shí)現。此外，為了滿(mǎn)足外設實(shí)用性，實(shí)現帶有RSS的外設冗余是可能的，其提供了一個(gè)高級別的系統實(shí)用性。負面效果是，依靠選擇在失效轉移中使用的重起模式，降低重起的時(shí)間是非常明顯的。而且，RSS標準（PICMG
2.13）還不曾修訂，許多cPCI平臺制造商有自己的所有版權，在當今的市場(chǎng)中也擁有不兼容的解決方案。
◎ 群集在一個(gè)箱中（也叫做"鎖定總線(xiàn)"）
在群集于一個(gè)箱內（CIB）的配置中，在一個(gè)cPCI機箱中有兩個(gè)或者更多的邏輯系統。每一個(gè)邏輯系統是一個(gè)完整的計算機，其包含自己的獨立cPCI和H.110總線(xiàn)、自己的SBC、外設卡、操作系統和應用。在一個(gè)方案中組合群集和外設熱插拔是相似的。類(lèi)似于多機箱群集，如果SBC卡關(guān)機，整個(gè)邏輯系統也將關(guān)機并且對于系統中的I/O卡由另一個(gè)節點(diǎn)的SBC卡管理也是不可能的。在一個(gè)機箱中的系統是相互獨立的，只是共享同一個(gè)卡的框架、電源供應系統和制冷系統。
群集在一個(gè)箱中的主要優(yōu)勢是尺寸靈巧的cPCI，其允許外設在失效時(shí)被熱插拔。至于RSS和PHS，它們只擁有更少的共享資源，所以單一地方故障可被最小化。由于排列的原因，失效轉移的次數可能好于多機箱群集系統的失效轉移次數；但是，排列消除了地理位置多樣性的優(yōu)勢。
◎ 整合外設（也叫做"一個(gè)插槽中的計算機"）
當前，整合外設是尺寸精巧的cPCI卡，包括嵌入式的主處理器，典型的就是在一個(gè)外設卡上作為一個(gè)子板。嵌入式主處理器子卡應用于這樣的操作環(huán)境中，包含操作系統、電話(huà)驅動(dòng)器、庫、API和電話(huà)應用--功能類(lèi)似于在其它配置中由SBC實(shí)施的功能。
整合外設的好處是它是在一個(gè)插槽中完整的（主機＋外設）備份計算機。每一個(gè)外設和主處理器是獨立于其它外設的，這些外設存在于同一個(gè)機箱中。當發(fā)生故障時(shí)，其被分離成單外設卡，只有那個(gè)外設和其主機需要被恢復或者拆除。重起的外設對機箱中其它外設沒(méi)有任何影響。負面效果是，由于沒(méi)有PCI或者TDM總線(xiàn)可以資源共享，卡上的資源限制了應用的能力。換句話(huà)說(shuō)，每一個(gè)整合的外設卡只能實(shí)現卡上擁有的資源的功能。要求多卡的方案（比如一個(gè)是為傳真，一個(gè)為會(huì )議等）使用這種結構不能很容易地實(shí)現功能。而且，每一個(gè)卡需要操作系統的一個(gè)備份，這可能是十分昂貴的，并且盡管被局限在一個(gè)卡上，軟件的弱點(diǎn)依然存在。
◎ 包交換背板
數據包背板配置把一個(gè)冗余的高速數據包總線(xiàn)引入到系統的背板中，以適應高帶寬流量比如控制、媒體或者數據。這樣一個(gè)背板可以代替并/或者實(shí)現cPCI總線(xiàn)或者TDM總線(xiàn)，以改善吞吐量和實(shí)用性。
包交換背板（PSB），正如定義在PICMG2.16中那樣，把一個(gè)基于包的以太網(wǎng)結構放置在cPCI背板上。規劃為4線(xiàn)單冗余或者8線(xiàn)雙冗余星型拓撲結構，數據通過(guò)路由IP包到目的地來(lái)傳送數據，使得從每一個(gè)插槽到兩個(gè)冗余以太網(wǎng)交換板卡的每一個(gè)的連接成為可能。系統處理器、PCI和TDM總線(xiàn)作為系統中單點(diǎn)故障而被拆除。數據包背板配置的其它變量也被建議，包括StarFabric、InfiniBand*和其它。
但是，多個(gè)松散配對的CPU可能很難做為一個(gè)單一系統來(lái)管理，所以需要額外的軟件來(lái)在雙以太網(wǎng)情況下失效轉移。支持這一結構的產(chǎn)品現在正開(kāi)始投入市場(chǎng)，所以使用這種方法建立復雜方案時(shí)，完整的系統可能并不常見(jiàn)。
◎ 網(wǎng)絡(luò )路由
網(wǎng)絡(luò )路由是一種有效的高實(shí)用性配置方法，因為呼叫可能被路由到完全不同的設備上，使得以非常可靠的方式降低業(yè)務(wù)中斷。此外，根據網(wǎng)絡(luò )中不同層（包括物理層、系統層、邏輯層和業(yè)務(wù)層）業(yè)務(wù)中斷的生存能力，網(wǎng)絡(luò )被分成了水平的各個(gè)層次（類(lèi)似于OSI模型）。
但是，使用在這些層的技術(shù)是不同的。一些用來(lái)避免網(wǎng)絡(luò )中斷的技術(shù)包括：保存能力、系統多樣性、地理位置多樣性、尺寸限制、動(dòng)態(tài)路由、恢復路由，自愈保護路由和其它的技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò )路由結構在今天通過(guò)SS7上面的智能網(wǎng)（IN）已經(jīng)廣泛地配置。當其努力獲得越來(lái)越高的與公共交換電話(huà)網(wǎng)絡(luò )（PSTN）相當的整體實(shí)用性時(shí)，也擁有Internt擴建的動(dòng)力。這一結構很有前途，也是下一代網(wǎng)絡(luò )中繼續研究的一個(gè)領(lǐng)域。
■ 實(shí)用性法則
基于獨立的研究，通常被接受的實(shí)用性原理，市場(chǎng)規則和經(jīng)驗，這篇文章建議下面的實(shí)用性法則。
- 高實(shí)用性的關(guān)鍵是冗余性
- 增加組件的冗余將增加整體系統的實(shí)用性
- 在N+M組件冗余中，隨著(zhù)M的增加，實(shí)用性的增加反而降低（比如N+1經(jīng)常是最有效的）
- 系統的實(shí)用性直接與其組件的實(shí)用性相關(guān)
- 降低MTTR也可以增加實(shí)用性；例子包括最小化啟動(dòng)時(shí)間，改善診斷和實(shí)現快速升級
- 整體上說(shuō)，從解決操作中關(guān)機時(shí)間來(lái)看，CompactPCI（cPCI）比PCI更有效。
- 任何時(shí)間點(diǎn)，用戶(hù)都可以縮短關(guān)機時(shí)間，通常指的是"買(mǎi)回時(shí)間"
- 隨著(zhù)時(shí)間的推移，軟件硬化，硬件軟化
- 隨著(zhù)實(shí)用性增加，系統成本增加的更快
- 一旦達到了某種尺寸大小的機箱，密度對實(shí)用性/成本的比率幾乎沒(méi)有什么影響。隨著(zhù)信道的增加，大部分配置可以線(xiàn)性測量
■ 結論
上面討論的在配置方面的強調重點(diǎn)已經(jīng)轉移到了系統的可用特性上。但是，公共網(wǎng)絡(luò )由幾個(gè)這樣的系統整合而成。而且，除了系統的可用特性，幾個(gè)其它因素也可以決定整體系統的可用特性。自然災害、恐怖活動(dòng)以及人類(lèi)錯誤的影響，比如偶然的光纜疊接、網(wǎng)絡(luò )擁塞等必須被了解和考慮。
網(wǎng)絡(luò )設計在網(wǎng)絡(luò )實(shí)用性方面有很重要的作用。檢測故障和產(chǎn)生告警的技術(shù)在抑制中斷持續時(shí)間方面是關(guān)鍵的第一步。除了檢測過(guò)程，診斷、分離、恢復和修復過(guò)程在下面的步驟中也是十分重要的。作為恢復策略的一部分，設計網(wǎng)絡(luò )時(shí)可以附加額外的容量。如果這些額外容量，在修復進(jìn)行時(shí)，能夠持續實(shí)現一個(gè)用戶(hù)的需求，那么就不會(huì )認為是一次斷電。
究竟哪一個(gè)高實(shí)用性配置對于具體業(yè)務(wù)提供商來(lái)說(shuō)是恰當的，是一個(gè)難題，其要求對特定商業(yè)模型和IT框架額外的分析。這篇文章被設計來(lái)確定、比較和對比可實(shí)現的8個(gè)高實(shí)用性配置以期讀者可以更好地了解這些，并決定選擇哪一個(gè)配置。
需要額外的信息或者幫助來(lái)決定什么配置是最恰當的，和怎樣建立具體的高實(shí)用性網(wǎng)絡(luò )，請和Dialogic?技術(shù)銷(xiāo)售代表聯(lián)系，電話(huà)1-800-755-4444，并向操作者詢(xún)問(wèn)購買(mǎi)。
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