CN104038370A - 一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法。对于像船舶与海洋工程这种涉及多种操作终端应用的行业，安全切换特别是系统指令权的切换研究还很少见到公开的报道。本发明的具体步骤如下：客户端节点配置与组网；各客户端节点的指令权状态标识，包括指令权的获取和指令权的给出；指令权切换，太网网络上的各客户端节点根据实际操作需要进行指令权的请求与转移。本发明无需对已有终端的应用配置作较大更改，指令权切换可结合实际应用系统的配置进行移植。

Description

一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法
技术领域
本发明属于船舶与海洋工程领域，涉及系统指令权的切换方法，具体涉及一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法。
背景技术
船舶与海洋工程上的设备与系统种类繁多，需要进行实时监控的包括航行安全、设备安全以及生活安全等方面，未来趋势是逐渐形成监控一体化。伴随着船舶与海上作业监控要求的提高，船舶、海洋平台等各类运输与作业平台上监控终端设备的种类与数量也在不断增加。
近年来，冗余技术在船舶与海洋工程领域的广泛应用使得作业平台上的设备与系统的运行可靠性、安全性、生存性得到极大幅度提升。考虑到船舶本身的结构特殊性与运行监控要求，往往会在不同的船舱位置配备多个操作终端，以供船上各类操作与维护工作人员使用，而冗余技术的应用，特别是结构上的冗余或储备使得船上的操作节点种类与数量大大增加。
对于像船舶与海洋工程这种涉及多种操作终端应用的行业，安全切换特别是系统指令权的切换研究还很少见到公开的报道。文献《一种双冗余计算机高可靠切换方案》利用对继电器电路的开关控制来实现双机冗余计算机的切换，与本专利所述的功能范畴以及方法有本质区别。专利《双机安全切换装置》（申请号CN201020626703.2，公开号CN201946003U）中所述的安全切换模块由软、硬件输入、输出设备同时组成，主要应用在双机的切换上。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法，该方法无需对已有终端的应用配置作较大更改，指令权切换可结合实际应用系统的配置进行移植。
本发明的具体步骤如下：
步骤1、客户端节点配置与组网。将需要指令权来获得实际操作权利的各个操作终端设备组建成一个以太网网络，每个操作终端设备等同于以太网网络中的一个客户端节点。
所述的客户端节点根据自身网卡配置情况通过路由器组成单网络或冗余网络，构成冗余网络需要每个客户端节点配置两块网卡。
所述的步骤1可以进一步包括如下步骤：
（1）服务器对客户端节点实施时间同步；服务器端功能由以太网网络上的主控制器节点或单独的服务器实现；
（2）各客户端节点之间相互报告各自的状态，该状态包括节点标识和时间戳；
（3）各客户端节点之间相互传输数据包内容，该数据包内容包括应用数据和指令权状态标识。
步骤2、各客户端节点的指令权状态标识，包括指令权的获取和指令权的给出。
指令权状态矢量（t, Ct,Cg,C），t表征当前时刻，Ct表征指令权获取状态，Cg表征指令权给出状态，C表征指令权最终状态；所述的Ct、Cg及C均用两种状态或值来表示指令权在当前客户端节点的状态。在当前时刻t，如果一个客户端节点获取指令权，则该客户端节点的Ct为1或真，指令权最终状态C由0变为1或假变为真；之后该客户端节点如果给出指令权，其它客户端节点接收该指令权，则该客户端节点的Cg为1或真，Ct由1变为0或真变为假，该客户端节点的指令权最终状态C也由1变为0或真变为假，其它客户端节点的状态标识与该客户端节点一致。
步骤3、指令权切换，太网网络上的各客户端节点根据实际操作需要进行指令权的请求与转移。
所述的步骤3可以进一步包括以下步骤：
（1）对于当前无指令权的客户端节点，在其它客户端节点未主动给出指令权的情况下，可通过人机界面上的按键先获得指令权，该客户端节点才可以被有效操作；在其它客户端节点给出指令权的情况下，该客户端节点可同样通过人机界面上的按键获得指令权；
（2）只有具备指令权的客户端节点，才可以给出指令权；如果在设定的时间阈值内，其它客户端节点未通过按键操作来获得指令权，则该客户端节点仍然具备指令权；如果在设定的时间阈值内，其它客户端节点接收该指令权，则该客户端节点失去指令权；
（3）对于当前已具备指令权的客户端节点，如果其它客户端节点无指令权要求，可以选择给出指令权或继续保留该指令权；当该客户端节点主动给出指令权时，重复步骤（2）；当该客户端节点未主动给出指令权，而其它客户端节点通过按键操作获取指令权时，重复步骤（1）；
（4）当同一时刻有两个或多个客户端节点同时要求获取指令权时，根据预先设定的各客户端节点的优先级顺序实施优先获取；
（5）当具备指令权的客户端节点出现故障时，相关客户端节点会根据预先设定的逻辑进行指令权自动接管，之后可重复步骤（3）进行指令权切换。
所述的操作终端设备可以是操作台、显控台、控制台或操作面板；所述的操作终端设备包括其冗余配置。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明在算法上保留了船舶上普遍采用的客户机-服务器软件体系架构特性，使用指令权按状态标识，避免指令权的误切换，提高了多操作节点系统指令权切换的安全性。
2、本发明通过对每个客户端节点实施指令权状态标识，使得指令权在各个客户端节点间的转移明确，因此指令权切换过程安全、方便。
3、本发明无需对已有终端应用配置作较大更改，指令权切换可结合实际应用系统配置进行移植，因此算法简单、高效。
附图说明
图1为本发明的网络结构图；
图2为本发明中各客户端节点的数据包内容示意图；
图3为本发明的第一种指令权切换模式示意图；
图4为本发明的第二种指令权切换模式示意图；
图5为本发明的第三种指令权切换模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法，具体步骤如下：
步骤1、客户端节点配置与组网。
如图1所示，将不同区域（Area）内需要指令权的各个客户端节点组成一个双重冗余环形网络，每个客户端节点处于同等地位，图1中各个客户端节点的实线与虚线表示双重冗余线路，虚线是备份线路。每个客户端节点配备两块网卡，两块网卡的IP地址均与该客户端节点的标识n对应，分别为a.b.p.2n-1和a.b.p.2n，其中，n为大于0的整数，a、b和p均为整数，且可取0～255中的任一值，每个客户端节点的IP地址的a、b和p相同,确保各个客户端节点间的指令权切换在该环形网络内进行。例如，标识为2的客户端节点，对应两块网卡的IP地址分别为a.b.p.3和a.b.p.4。
所有客户端节点进行时间同步后，各客户端节点的数据包内容如图2所示，包括本机标识、时间戳、指令权获取、指令权给出、指令权最终状态和应用数据。
步骤2、系统启动后，进行初始指令权状态标识，系统内的一个客户端节点默认上电就获取指令权。所有客户端节点的指令权状态矢量（t,Ct,Cg,C）中的变量Ct、Cg和C取值均为0或1，且初始化值均为0，上电默认获取指令权的客户端节点标识为1，获取指令权后指令权状态矢量变为（t1,1,0,1），t1为上电的时刻。
步骤3、指令权切换。
如图3所示，对于当前无指令权的客户端节点（除标识为1的客户端节点以外的任一节点），在标识为1的客户端节点未主动给出指令权的情况下，可通过人机界面上的按键先获得系统指令权。如果在t2时刻，标识为2的客户端节点通过人机界面上的按键获得指令权，则该客户端节点的指令权状态矢量变为（t2,1,0,1）；此时，标识为1的客户端节点指令权状态矢量变为（t2,0,0,0）。如果在t2时刻，标识为1的客户端节点主动给出指令权，其它有需要的客户端节点可同样通过人机界面上的按键获得指令权。图3、4和5中，标有（C）代表获得了指令权的客户端节点。
如图4所示，如果在t2时刻，标识为1的客户端节点主动给出指令权，标识为k的客户端节点在t3时刻接收指令权，此时标识为1的客户端节点经历的指令权状态矢量变更过程为：（t1,1,0,1）→（t2,0,1,1）→（t3,0,0,0），标识为k的客户端节点经历的指令权状态矢量变更过程为：（t1,0,0,0）→（t3,1,0,1）；k为整数，且0<k≤n。
如图5所示，对于具备指令权的客户端节点，可以选择主动给出指令权；在预定的时间阈值tmax=0.5s内，其它客户端节点未通过操作来获得，则该客户端节点仍然具备指令权；图5中，t2时刻与t3时刻的时间间隔为时间阈值tmax，所以标识为1的客户端节点还具备系统指令权；如果其它客户端节点在时间阈值tmax内接收该指令权，则该客户端节点失去指令权，指令权切换过程如图4所示。当该客户端节点未主动给出指令权，而其它操作节点根据实际操作需要获取指令权时，指令权切换过程如图3所示。
当同一时刻有两个或多个客户端节点同时要求获取指令权时，根据预先设定的各客户端节点的优先级顺序实施优先获取。
当具备指令权的客户端节点出现故障时，相关客户端节点会根据预先设定的逻辑进行指令权自动接管，之后可按图3、4和5所示的逻辑进行指令权切换。

Claims (2)

1. 一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
步骤1、客户端节点配置与组网；将需要指令权来获得实际操作权利的各个操作终端设备组建成一个以太网网络，每个操作终端设备等同于以太网网络中的一个客户端节点；
所述的客户端节点根据自身网卡配置情况通过路由器组成单网络或冗余网络，构成冗余网络需要每个客户端节点配置两块网卡；
所述的步骤1可以进一步包括如下步骤：
（1）服务器对客户端节点实施时间同步；服务器端功能由以太网网络上的主控制器节点或单独的服务器实现；
（2）各客户端节点之间相互报告各自的状态，该状态包括节点标识和时间戳；
（3）各客户端节点之间相互传输数据包内容，该数据包内容包括应用数据和指令权状态标识；
步骤2、各客户端节点的指令权状态标识，包括指令权的获取和指令权的给出；
指令权状态矢量（t, Ct,Cg,C），t表征当前时刻，Ct表征指令权获取状态，Cg表征指令权给出状态，C表征指令权最终状态；所述的Ct、Cg及C均用两种状态或值来表示指令权在当前客户端节点的状态；在当前时刻t，如果一个客户端节点获取指令权，则该客户端节点的Ct为1或真，指令权最终状态C由0变为1或假变为真；之后该客户端节点如果给出指令权，其它客户端节点接收该指令权，则该客户端节点的Cg为1或真，Ct由1变为0或真变为假，该客户端节点的指令权最终状态C也由1变为0或真变为假，其它客户端节点的状态标识与该客户端节点一致；
步骤3、指令权切换，太网网络上的各客户端节点根据实际操作需要进行指令权的请求与转移；
所述的步骤3可以进一步包括以下步骤：
（1）对于当前无指令权的客户端节点，在其它客户端节点未主动给出指令权的情况下，可通过人机界面上的按键先获得指令权，该客户端节点才可以被有效操作；在其它客户端节点给出指令权的情况下，该客户端节点可同样通过人机界面上的按键获得指令权；
（2）只有具备指令权的客户端节点，才可以给出指令权；如果在设定的时间阈值内，其它客户端节点未通过按键操作来获得指令权，则该客户端节点仍然具备指令权；如果在设定的时间阈值内，其它客户端节点接收该指令权，则该客户端节点失去指令权；
（3）对于当前已具备指令权的客户端节点，如果其它客户端节点无指令权要求，可以选择给出指令权或继续保留该指令权；当该客户端节点主动给出指令权时，重复步骤（2）；当该客户端节点未主动给出指令权，而其它客户端节点通过按键操作获取指令权时，重复步骤（1）；
（4）当同一时刻有两个或多个客户端节点同时要求获取指令权时，根据预先设定的各客户端节点的优先级顺序实施优先获取；
（5）当具备指令权的客户端节点出现故障时，相关客户端节点会根据预先设定的逻辑进行指令权自动接管，之后可重复步骤（3）进行指令权切换。
2.根据权利要求1所述的一种基于多客户端节点的系统指令权切换方法，其特征在于：所述的操作终端设备可以是操作台、显控台、控制台或操作面板；所述的操作终端设备包括其冗余配置。
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