CN103281322B - 一种用于卫星测试数据采集与控制的中间件系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于卫星测试数据采集与控制的中间件系统，包括应用层、通讯模式实现层、通讯协议适配层；应用层通过服务组件、服务容器、资源定位服务来实现将特定通信协议变换为通讯模式；通讯模式实现层与应用层连接，根据应用层所选用的通讯模式，转发数据信息包；通讯协议适配层，与通讯模式实现层连接，将数据信息包转换为目标协议数据包，并实现数据或消息的收发。通过本发明的中间件通用系统隔离了应用功能与具体设备的通讯协议，从而可以随意的更换硬件设备和其具体通讯协议。

Description

一种用于卫星测试数据采集与控制的中间件系统

技术领域

本发明是一种用于卫星测试数据采集与控制的中间件系统，属于工业控制行业的分布式监控系统领域。

背景技术

在卫星研制过程中，用户会在封闭的专属通讯网络中，使用多种仪器对卫星整星或星上部件进行试验。通过计算机控制仪器设备和星上部件是实现部分研制工作自动化的基础，但因为仪器和部件的生产商众多，通信协议不同，导致开发相关监控系统的成本高，可复用度低，新仪器和产品快速投入使用周期较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于卫星测试数据采集与控制的中间件系统，能够解决卫星研制活动的相关仪器设备控制协议的改变，而导致的顶层通讯协议变更的问题，从而能够节约时间和人力成本，加快系统开发周期，提高软件的复用性。

本发明包括如下技术方案：

一种用于卫星测试数据采集与控制的中间件系统，包括应用层、通讯模式实现层和通讯协议适配层；

应用层通过服务组件、服务容器、资源定位服务来实现将特定通信协议变换为通讯模式；

通讯模式实现层与应用层连接，根据应用层所选用的通讯模式转发数据信息包；

通讯协议适配层，与通讯模式实现层连接，将数据信息包转换为目标协议数据包，并实现数据或消息的收发。

通讯模式实现层包括数据信息包接口；所述数据信息包接口支持18种数据类型，能够携带多个多种数据类型的数据单元。

通讯模式实现层包括通讯模式接口；所述通讯模式接口包括单向通讯模式、双向同步通讯模式、双向异步通讯模式、事件订阅模式和缓冲带通讯模式共5种通讯模式接口。

通讯协议适配层包括主控制与配置接口、数据包发送协议接口、数据包接收协议接口、服务生命周期维护协议接口、服务注册与注销接口、身份认证协议接口和服务查询接口。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明通过数据信息包能够兼容大量通讯协议的格式，并能够实现协议扩展，能够适用于传输各种研制卫星的仪器设备产生的数据，本发明通过通讯模式实现层向应用层提供统一的通讯接口，屏蔽了通讯协议适配层的变化和具体的通讯协议细节；能够解决卫星研制活动的相关仪器设备控制协议的改变，而导致的顶层通讯协议变更的问题，从而能够节约时间和人力成本，加快系统开发周期，提高软件的复用性。

附图说明

图1为本发明的中间件系统的示意图；

图2为应用层体系示意图；

图3为单向通讯模式示意图；

图4为双向同步通讯模式示意图；

图5为双向异步通讯模式示意图；

图6为事件订阅模式示意图；

图7为缓冲带模式示意图；

图8为本发明的中间件通用系统的应用举例示意图；

图9为简化后的应用举例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明将卫星测试数据采集和控制中使用的任何通讯协议，抽象为“在通信的接发方组件之间，以某种通讯模式进行的数据交换”的控制行为。如图1所示，系统整体采用三层的结构：应用层、通讯模式实现层、通讯协议适配层。

应用层通过服务组件、服务容器、资源定位服务来实现特定通信协议变换为通讯模式。

通讯模式实现层，与应用层连接，根据应用层所选用的通讯模式，转发数据信息包。

通讯协议适配层，与通讯模式实现层连接，将数据信息包转换为目标协议数据包，并实现数据或消息的收发。

所述服务组件(ServiceComponent简称：SC)是向其他服务组件提供功能服务的单元；是通讯模式的操作目标和操作发起者；是应用业务功能逻辑开发的模块单位。

所述服务容器（ServiceContainer简称：SV）是管理服务组件的单位。内部能够管理多个服务组件的生命周期；是应用业务逻辑模块的运行环境。

所述资源定位服务（LINOSEResourceLocationService简称资源定位服务或RLS）在系统中，处于中心的位置，管理全系统的服务容器和服务组件的服务生命周期；向全系统提供查询服务、运行时身份识别等功能的中心服务器，如图2所示。

应用层采用C编程语言接口定义，分为数据操作接口、服务容器控制接口、服务组件控制接口、通讯模式操作接口和系统辅助接口，共五类。

本发明通过对计算机系统和大量仪器设备中的各种数据类型的分析，设计出能够传输18种数据类型的数据单元，进而覆盖各种“协议中的数据”，称为数据信息包，简称数据包。

数据包中的每个数据单元可携带最多3个属性，分别为：

A.数据识别码，称数据键或DKey，用于识别数据个体。

B.数据类型识别码，称数据类型或DType，用于识别数据内存的存储格式。

C.数据内容，称数据体或Data，即为由DKey指向业务数据。

按照计算机存储方式定义以下数据类型(如表1所示)

表1

序号	类型	元素宽度	数据范围
				1	8位整数	1byte	-128到127
2	8位无符号整数	1byte	0到255
				3	16位整数	2byte	-32768到32767
4	16位无符号整数	2byte	0到65535
				5	32位整数	4byte	-2^31-1到2^31-1
6	32位无符号整数	4byte	0到2^32
				7	64位整数	8byte	-2^63-1到2^63-1
8	64位无符号整数	8byte	0到2^64
				9	32浮点型	4byte	IEEE754标准
10	64浮点型	8byte	同上
				11	二进制	Nbyte	可存储连续多个字节数据
12	字符串	Nbyte	可存储以0结束多个字节
				13	宽字符串	Nbyte	可存储以00结束多个字节
14	数据块	Nbyte	可存储固定大小的多个数据段
				15	不定长数据块	Nbyte	可存储非固定大小的多个数据段
16	记录集	Nbyte	可存储一个子数据包
				17	功能码	Nbyte	可存储以0结束多个字节
18	消息号	4byte	0到2^32

一个数据包能够存储最多65535个数据单元。一个数据包的所有信息的内存占用量，最大为10M字节。

通讯模式实现层中的通讯模式包括4种基本远程调用模式（单向通讯模式、双向同步通讯模式、双向异步通讯模式、事件订阅模式），还包括一种专门用于优化设备数据采集的模式（缓冲带模式）。

单向通讯模式，如图3所示，从请求方发送数据包到服务方，且不需要服务端返回任何结果。单向通讯模式接口定义如下：

双向同步通讯模式，如图4所示，从请求方发送数据包到服务方，且请求方等待服务方完成，并传回结果数据包。双向通讯模式的接口定义如下：

双向异步通讯模式，如图5所示，从请求方发送数据包到服务方，且请求方能够再之后的任何时候得到服务方传回结果数据包，并可在发送后向其他服务方发起本模式的调用。接口定义如下：

序号	接口定义	说明
			1.	生成对象接口	生成一个内存发送对象
2.	发起调用接口	将数据包发送给指定组件，
			3.	销毁对象接口	从内存中删除一个对象
4.	生成接收对象接口	生成一个接收数据包队列
			5.	接收数据接口	尝试接收一个数据包
6.	返回结果接口	发送结果数据包给发起方
			7.	撤销调用接口	中断等待结果数据包
8.	等待调用结果接口	尝试等待结果

事件订阅模式，如图6所示，服务生成一个事件，在任何时候能够向事件接收者发送数据包。接口定义如下：

缓冲带模式，如图7所示，服务方缓冲请求方的发送内容，然后，系统按请求方的设定，按特定周期，自动在服务方多次发起请求。实现一次请求，常时间有效的采集数据功能。接口定义如下：

通讯协议适配层，在网络中，实现6个基本通讯协议，向通讯模式实现层提供：数据包发送协议、服务注册注销协议、数据包接收协议、服务生命周期维护协议、服务查询协议、身份认证协议，并支持协议扩展功能。

身份认证协议，实现设置用户身份信息，包括用户名、登陆密钥、运行密钥等信息的管理。

服务注册注销协议，实现服务向资源定位服务，提交登记信息和撤销登记信息的功能。

服务查询协议，实现查询未知服务的功能。

数据包发送协议，提供发送数据包功能。

数据包接收协议，提供接收数据包功能。

服务生命周期维护协议，提供设置服务生命周期维护时长设置功能。

通讯协议适配层采用C++接口定义，分为主控制与配置接口、数据包发送协议接口、数据包接收协议接口、服务生命周期维护协议接口、服务注册与注销接口、身份认证协议接口和服务查询接口，共7种接口。

实施例

下面以利用本发明的中间件通用系统搭建分布式监控系统，以实现对某星上部件的自动化控制和数据采集为例进行说明。如图8所示，所述分布式监控系统包括程控设备AglientN8241、Can总线收发器、微波数据解调卡、控制主机A、资源定位服务器，通过控制主机A对某星上部件进行自动化控制和数据采集。AglientN8241(下文简称8241)为安捷伦设备任意波形发生器，其提供IVI标准设备接口协议，物理链路为以太网。Can总线收发器(下文简称Can盒)为中国某研究所开发，通讯总线为USB串口，仅提供数据交换协议。微波数据解调卡(下文简称TM卡)为中国某研究所开发，通讯总线为PCI，使用操作系统PCI总线控制器，直接控制板卡映射寄存器。

具体实施分为两步：

第一步，在分布式监控系统网络中,至少部署一台资源定位服务器，其他计算机部署本发明的服务容器和服务组件软件包，并配置所连接的资源定位服务器。

第二步，根据具体设备的功能特点，将各个设备的功能转换为通讯模式，如表2所示。

表2

在应用层等价开发三个服务组件，分别为Can盒、8421和TM卡，并根据上表，开发通讯协议适配层软件逻辑。

在应用层另外定义一个组件为控制机A，通过通讯模式实现层的通讯模式接口与以上三个设备服务组件对接。

如果控制机A的启动执行过程依次为：正弦波调制设置、输出通道设置、启动Can接收数据、启动TM卡数据接收。

则需要以下步骤：

1.通过应用层的服务容器控制接口，启动服务容器。

首先，检查资源定位服务的地址配置，然后，通过通讯协议适配层的服务注册与注销接口、身份认证协议接口向资源定位服务发送数据包，通过检查后，资源定位服务将生成运行期认证信息，并发回给请求方，完成服务容器启动过程。

2.在容器中生成Can盒、TM卡、8421和控制机A共四个组件。

首先，通过服务注册与注销接口，将运行期容器认证信息和组件信息发送到资源定位服务，通过检查后，资源定位服务将生成组件生命周期维护信息，并发回给请求方，完成服务组件启动过程；如图9所示。

3.Can盒组件打开对应的USB口，探测设备连接成功后，再通过通讯模式实现层的事件订阅模式的生成事件源对象接口启动CanRecvEvent事件；

4.TM卡组件初始化PCI总线控制器，并通过通讯模式实现层的缓冲带模式的初始化接口，启动缓冲带模式，然后，通过生成接收对象接口生成接收对象，等待数据包到达；

5.8421组件初始化IVI接口，探测设备连接成功后，再通过通讯模式实现层的单双向通讯模式生成接收对象接口生成接收对象，然后，等待其他组件的单向、双向通讯模式调用；

6.在控制机A组件上调用通讯模式实现层的通讯模式接口，按表2设计和控制过程的顺序依次调用对应组件，实现设备控制协议。

具体描述如下表3：

表3

本发明通过通讯模式实现层向应用层提供统一的通讯接口，屏蔽了通讯协议适配层的变化和具体的通讯协议细节。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，使用本发明的领域技术人员能够根据具体协议的情况，向系统中添加具体协议控制逻辑，而不脱离本发明的权利要求。

本发明未详细说明内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种用于卫星测试数据采集与控制的中间件系统，其特征在于：包括应用层、通讯模式实现层和通讯协议适配层；

应用层通过服务组件、服务容器、资源定位服务来实现将特定通信协议变换为通讯模式；所述服务组件是向其他服务组件提供功能服务的单元，是通讯模式的操作目标和操作发起者；所述服务容器是管理服务组件的单位，能够管理多个服务组件的服务生命周期；所述资源定位服务是中心服务器，能够管理全系统的服务容器和服务组件的服务生命周期；应用层包括数据操作接口、服务容器控制接口、服务组件控制接口、通讯模式操作接口和系统辅助接口；通过应用层的服务容器控制接口，启动服务容器；

通讯模式实现层与应用层连接，根据应用层所选用的通讯模式转发数据信息包；通讯模式实现层包括数据信息包接口和通讯模式接口；所述数据信息包接口支持18种数据类型，能够携带多个多种数据类型的数据单元；所述18种数据类型包括记录集；所述通讯模式接口包括单向通讯模式、双向同步通讯模式、双向异步通讯模式、事件订阅模式和缓冲带模式共5种类型的通讯模式接口；在缓冲带模式，服务方缓冲请求方的发送内容，然后，按请求方的设定，按特定周期，自动在服务方多次发起请求；缓冲带模式的通讯模式接口包括生成对象接口、发起调用接口、销毁对象接口、初始化接口、生成接收对象接口、接收数据接口、返回结果接口、配置变更接口和撤销调用接口；生成对象接口用于生成一个内存发送对象，并配置持续时间和重复次数；发起调用接口用于将数据包发送给指定服务组件，销毁对象接口用于从内存中删除一个对象；初始化接口用于启动缓冲带接收机制，并设置并行触发数、最小响应误差、单一请求最大持续时间和最快触发周期限制参数；生成接收对象接口用于生成一个接收数据包队列，接收数据接口用于接收一个数据包，返回结果接口用于将数据包发送给发起方；配置变更接口用于修改初始化配置；撤销调用接口用于将中断数据包发送给指定服务组件；

通讯协议适配层，与通讯模式实现层连接，将数据信息包转换为目标协议数据包，并实现数据或消息的收发；通讯协议适配层包括主控制与配置接口、数据包发送协议接口、数据包接收协议接口、服务生命周期维护协议接口、服务注册与注销接口、身份认证协议接口和服务查询接口。