CN104793612B

CN104793612B - 一种无人机地面控制站测试与数据采集方法及其系统

Info

Publication number: CN104793612B
Application number: CN201510191306.4A
Authority: CN
Inventors: 王鹤; 肖同新; 龚松波; 肖林; 王兴龙; 张世辉
Original assignee: Shenyang Aircraft Design and Research Institute Aviation Industry of China AVIC
Current assignee: Shenyang Aircraft Design and Research Institute Aviation Industry of China AVIC
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: CN104793612A

Abstract

本发明提供一种无人机地面控制站测试与数据采集方法及其系统，属于无人机数据处理领域，通过在无人机地面控制站增加了一台监测服务器，用于获取组网内各计算机的性能以及通讯信息，同时能模拟下行数据，配合性能测试模块用于进行座席计算机的压力测试，巧妙运用新一代网络交换机SNMP协议功能，在工业级工控机上仅通过开发的软件即可实现网络测试仪的常用功能，弥补了网络测试仪只能进行对单台网络交换机进行数据采集、协议解码、性能测试三类功能的不足。

Description

一种无人机地面控制站测试与数据采集方法及其系统

技术领域

本发明涉及无人机数据处理领域，特别是涉及一种无人机地面控制站测试与数据采集方法及其系统。

背景技术

无人机地面控制站是无人机系统的一个重要组成部分，在整个任务流程中主要承担无人机起降引导、飞行与任务控制、载荷控制、任务规划与加载、信息通信等功能，是无人机系统的指挥控制中心。

无人机地面控制站的网络是由计算机、网卡、网络交换机等设备组成的千兆双网双层以太网，具有数据类型多、吞吐量大，协议复杂，网络拓扑复杂，网络速度实时性高，丢包率、误码率要求高等特点。由于无人机地面控制站网络的特殊性，全方位的网络性能测试、数据处理分析对比、实时监控显得尤为重要。

目前常规网络的测试方法主要为使用网络测试仪或网络分析仪设备对单台网络交换机进行测试，测试内容主要为一致性测试、互操作测试和性能测试三部分，其中一致性测试是指网络测试仪可以捕获全部网络流量，互操作测试是是指解码网络各层协议、网络服务数据的一致性，网络性能测试主要包括吞吐量、丢包率、时延、背靠背、故障检测等测试。但对于大型无人机地面控制站的测试，在常规网络测试仪测试项目基础之上，还应包括如下测试与监控项目：支持通信协议支持、全网各台交换机同步交互测试、有效数据源码提取与图形化显示、下行模拟数据发送激励、收发大数据比对等，常规的网络测试仪难以满足要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型集成式网络综合测试与数据采集方法及系统，该系统既具有常规一致性测试、互操作测试、网络性能测试的功能，又具有全网交换机同步测试、有效数据源码提取与图形化显示、通过对激励的下行模拟数据发送进行数据比对采集等功能。

本发明第一方面提供了一种无人机地面控制站测试与数据采集方法，包括：

监测服务器获取并保存座席计算机与综合数据处理计算机之间的网络通信数据；

监测服务器获取并保存链路通信计算机与综合数据处理计算机之间的网络通信数据；

监测服务器对获取的上述任一网络通信数据A计算其Hash值，同时网络通信数据A的发送方对网络通信数据A的原始数据计算其Hash值并将其上传至监测服务器，监测服务器对两Hash值进行比较，若两Hash值不同，监测服务器重新获取保存在所述发送方的网络通信数据A的原始数据，并与之前获取的网络通信数据A进行二进制比对，找出具体的误差位置；

组网计算机通过其自带的性能计数器进程对计算机性能参数进行采集，将采集的计算机性能参数通过TCP/IP流式套接字传输协议发送给监测服务器，由监测服务器对组网计算机性能进行监控，其中，所述组网计算机为由监测服务器直接/间接控制的计算机；

监测服务器根据由综合数据处理计算机向座席计算机发送的数据形式，批量生成相同格式的下行数据，并将该下行数据发送至座席计算机，同时根据上述监测服务器对组网计算机性能进行监控，实时获取座席计算机性能参数进行压力测试。

优选的是，所述座席计算机与综合数据处理计算机之间采用DDS进行网络通信，所述监测服务器通过所述DDS的中间件获取所述座席计算机与综合数据处理计算机之间的网络通信数据；

所述链路通信计算机与综合数据处理计算机之间采用TCP/UDP数据传输方式进行网络通信，所述监测服务器上设有SNMP模块，并通过该SNMP模块在所述综合数据处理计算机和链路通信计算机之间设置路由器进行数据监测，获取通过该路由器上的数据。

在上述任一方案中优选的是，所述SNMP模块在所述监测服务器上设置管理站，负责网管命令的发出、数据存储及数据分析，并在被监管的路由器上运行一个SNMP代理，通过所述管理站与所述SNMP代理实现数据由路由器传送到监测服务器上。

在上述任一方案中优选的是，所述监测服务器保存网络通信数据时，数据的大小以固定数量的完整帧数据为存储长度进行存储。

在上述任一方案中优选的是，所述二进制比对通过嵌入在监测服务器上的UltraCompare软件实施。

在上述任一方案中优选的是，所述计算机性能参数包括本机系统工作状态、CPU内存使用情况、网络协议栈各层统计情况、以及系统日志数据。

本发明另一方面提供了一种无人机地面控制站测试与数据采集系统，包括通过线缆依次相连的座席计算机、内网交换机、综合数据处理计算机、外网交换机和链路通信计算机，同时，还包括一台监测服务器，所述监测服务器分别通过线缆与内网交换机和外网交换机相连，所述无人机地面控制站测试与数据采集系统包括：

数据采集模块，用于采集并保存由内网交换机和外网交换机发来的数据，其中内网交换机连接座席计算机与综合数据处理计算机，并将两者之间的网络通信数据发送给监测服务器，外网交换机连接链路通信计算机与综合数据处理计算机，并将两者之间的网络通信数据发送给监测服务器；

上行采集模拟，用于采集上行指令并对上行指令进行解析，所述上行指令包括内网上行采集模拟和外网上行采集模拟，内网上行采集模拟是指采集座席计算机发送到综合数据处理计算机之间的信息，外网上行采集模拟是指采集综合数据处理计算机发送到链路通信计算机之间的信息；

下行数据模拟，与上行采集模拟过程相反，用于模拟下行数据，并将下行数据发送给所述座席计算机，通过配合监控模块对座席计算机进行压力测试；

数据比对分析模块，用于将采集的上行指令与座席计算机保存的数据进行比对分析；

监控模块，对组网计算机进行监测，所述组网计算机为由监测服务器直接/间接控制的计算机。

优选的是，所述数据采集模块中对数据进行采集包括使用DDS中间件对所述座席计算机内席位之间、座席计算机席位与数据综合处理计算机之间网络通信进行数据采集，以及包括采用的TCP/UDP数据传输方式对综合数据处理计算机与链路通信计算机之间网络通信进行数据采集。

在上述任一方案中优选的是，所述上行采集模拟根据发送和接收地址进行分类并保存在相应目录下，同时，以发送数据的计算机名以及发送时间对目录进行命名，数据的大小以固定数量的完整帧数据为存储长度进行存储。

在上述任一方案中优选的是，对综合数据处理计算机与链路通信计算机之间网络通信进行数据采集时，在监测服务器上设有SNMP模块，所述SNMP模块在所述监测服务器上设置管理站，负责网管命令的发出、数据存储及数据分析，并在被监管的路由器上设有SNMP代理，通过所述管理站与所述SNMP代理实现数据由路由器传送到监测服务器上。

座席座席座席座席座席座席本发明的关键点：

基于SNMP协议的多网络管理模块设计；

基于Winsock2接口的套接字传输协议模块设计；

基于XML的可扩展网络设备模拟系统；

Hash值和二进制结合对比算法软件；

与现有网络测试仪技术相比，本发明的网络测试与数据采集系统巧妙运用新一代网络交换机SNMP协议功能，无需购置昂贵的网络测试仪/网络分析仪，在工业级工控机上仅通过开发的软件即可实现网络测试仪的常用功能。

此外网络测试与数据采集系统软件进一步弥补了网络测试仪只能进行对单台网络交换机进行数据采集、协议解码、性能测试三类功能的不足，通过软件实现了如下新功能：

1.可对4台网络交换机进行SNMP多网络测试与数据采集；

2.对收发信息可进行hash和二进制比对，不仅可测试网络丢包率、误码率，还能帮助用找到错误数据位位置；

3.可根据接口控制文件提取有效数据位并图形化显示，与发送端数据进行图形化比对；

4.可根据接口控制文件模拟网外系统注入信息，进行模拟数据下行发送激励，大幅节约系统集成试验成本；

5.软件功能模块集成化开发，使用简便。

附图说明

图1是按照本发明无人机地面控制站测试与数据采集系统的一优选实施例的系统功能模块示意图。

图2是图1所示实施例的服务器与地面控制站之间通信示意图。

图3是图1所示实施例的数据对比处理流程示意图。

图4是图1所示实施例的SNMP拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明无人机地面控制站测试与数据采集方法及系统做进一步详细说明。

本发明无人机地面控制站测试与数据采集系统硬件方面选用研华IPC-610-H4U上架式机箱，可支持多达15个附加卡抗冲击磁盘驱动器托架可支持3个5.25"和1个3.5"磁盘驱动器，前部可访问USB和PS/2接口，更易于数据传输，主板采用AIMB-203 G2-00A1E，主要参数为：处理器Intel Core i7，PCI/PCIe扩展槽，LAN(RJ45)2个，SATA硬盘500GB，工作温度：-20℃～+60℃。

选用4块网卡进行网口扩展，满足系统内外网络测设需求。网卡型号：Intelexpi9400pt。

该计算器作为监测服务器，是整个数据通讯结构中的发布者和数据记录者，分别通过线缆与内外双层双网中的4台交换机交联，通过SNMP(简单网络管理协议)协议进行与交换机的同步数据交互，用于运行相关的测试、监控软件，并存储相关的数据和发布压力测试数据。

在本实施例中，所述座席计算机与综合数据处理计算机之间采用DDS进行网络通信，所述监测服务器通过所述DDS的中间件获取所述座席计算机与综合数据处理计算机之间的网络通信数据。内席位之间，席位与综合数据处理单元之间网络通信使用DDS，当发布者将数据发布到全局数据空间后，DDS中间件将这些数据传播给所有感兴趣的订阅者同时，将该数据也发送给监测服务器保存。具体实现方法需要DDS系统软件的支持。

与上述不同的是，所述链路通信计算机与综合数据处理计算机之间采用TCP/UDP数据传输方式进行网络通信。

所述SNMP模块在所述监测服务器上设置管理站，负责网管命令的发出、数据存储及数据分析，并在被监管的路由器上运行一个SNMP代理，通过所述管理站与所述SNMP代理实现数据由路由器传送到监测服务器上。如图2所示，在本实施例中，SNMP为管理员提供了一个网管平台(NMS)，又称为管理站，负责网管命令的发出、数据存储、及数据分析。被监管的设备上运行一个SNMP代理(Agent)，代理实现设备与管理站的SNMP通信。本系统中，监测服务器作为管理站，地面站作为代理，运行流程如图3所示，数据处理计算机通过SNMP协议读取发送到地面站中的数据，并保存在本机上

在上所述监测服务器保存网络通信数据时，数据的大小以固定数量的完整帧数据为存储长度进行存储。在本实施例中个，首先包括对数据的显示，对于接收到的地面控制站数据进行显示，按十六进制形式显示(如图4)，并提供字节顺序显示，显示数据名称、接收次数，易于分辨不同字节的数据内容，对于接收到的地面控制站上行数据可以显示校验结果是否正确。；其次，包括数据存储，数据存储关键是文件名的定义和文件大小的控制。服务器实时抓取网络中的数据，并根据发送和接收地址进行分类，以方便回放查找。

数据处理计算机与席位计算机发送到监测服务器的数据分别保存在相应的目录下，目录名为发送数据的计算机名。每个目录下分为若干个子目录，用来保存每次传来的数据，子目录以数据开始发送的时间命名。

文件的大小以固定数量的完整帧数据为存储长度，确保文件不会太大，造成回放困难等现象。

数据的存储格式可以根据具体数据传输形式决定，比如针对上行数据的保存可以按上行数据的帧格式完整保存成文本文件，文件的大小可以按100K个完整帧数据为一个文件存储单元。

文件名以可以以如下形式形成：年月日时分秒+第一个帧数据的编号.dat。

最后，对数据分析、回放模时，可以根据数据保存的文件名选择需要回放的数据，数据分析回放软件可以对数据进行逐帧分析，或对整包数据进行整体分析。分析的结果以图形化的方式显示，可以直观的看出数据的变化趋势。

本实施例采用可扩展的下行数据模拟发送功能，通过结构性语言XML对系统进行有效的配置，模拟各种网络设备进行数据抓取接收或发送，对常见的标准网络协议(以太网协议、UDP协议、TCP协议、IP协议、ICMP协议等)进行解析和模拟，为系统调试提供有效帮助，并且可快速响应系统的数据需求变更。

在发送内容设定方面，能够输入所有接口文件中定义的数据(任务、飞管)，数据格式按帧定义，覆盖范围是数据值的全部范围，采用直接输入十六进制数值的方式进行输入，模块提供字节顺序；

采用图形界面设计任务/飞管数据格式输入窗口，并预置初始值，操作人员可以填写具体数据，也可以修改其中部分数据；软件提供自动计算填写校验结果的功能，同时可以手动编辑校验结果，两种方式操作员可以选择；对于所发送的下行数据能够动态设置发送周期，进行压力测试,也可以设置连续发送次数和时间间隔。在发送内容设定方面，能够输入所有接口文件中定义的数据(任务、飞管)，数据格式按帧定义，覆盖范围是数据值的全部范围，采用直接输入十六进制数值的方式进行输入，模块提供字节顺序；

采用图形界面设计任务/飞管数据格式输入窗口，并预置初始值，操作人员可以填写具体数据，也可以修改其中部分数据；软件提供自动计算填写校验结果的功能，同时可以手动编辑校验结果，两种方式操作员可以选择；对于所发送的下行数据能够动态设置发送周期，进行压力测试,也可以设置连续发送次数和时间间隔。

所述二进制比对通过嵌入在监测服务器上的Ultra Compare软件实施。在该实施例中，座席如图3所示，在各子任务中，数据对比分析模块由于处理的数据量大，而且其处理流程复杂，因此该模块是整个系统实现的难点所在。在数据对比分析模块中，监控计算机系统首选读取本机存储的Dat文件，利用软件算法计算出文件的Hash值，同时席位机/数据处理计算机系统计算出其上传的Dat文件的Hash值，并将Hash值上传至监控计算机。监控计算机收到席位机/数据处理计算机上传的Dat文件Hash值后与本机上Dat文件的Hash值进行对比。计算数据段的Hash值，如果没有误差，只显示结果；如果有误差，将原始数据发送到监测服务器上，进行二进制比对。针对有误差的数据，后续利用嵌入的Ultra Compare软件进行二进制对比，可以找出具体的误差位置。

本实施例中，服务器可通过SNMP协议，从交换机中读取相关的网络状态。如图4所示，SNMP简单网络管理协议，用于网络管理的协议。SNMP协议为不同种类的设备、不同厂家生产的设备、不同型号的设备，定义为一个统一的接口和协议，使得管理员可以是使用统一的外观面对这些需要管理的网络设备进行管理。通过网络，管理员可以管理位于不同物理空间的设备。SNMP被设计为工作在TCP/IP协议族上。SNMP基于TCP/IP协议工作，对网络中支持SNMP协议的设备进行管理。所有的交换机都提供SNMP监测交换机功能，SNMP监测交换机可能是监测交换网络最常用和干扰最少的办法。SNMP监测交换机控制台不需要非常靠近被监测的设备，只要求有路由可达就可以了，同时交换机的安全配置允许控制台与交换机的代理进行通信。

在测试过程中，将该软件运行在组网计算机上，计算机通过windows自带的性能计数器进程对计算机性能参数进行采集，得到本机系统工作状态，CPU内存等使用情况，网络协议栈各层统计情况，关键进程和线程，系统日志等数据后，对数据进行打包，然后通过计算机能检测软件的基于C/S(客户端/服务器)结构的功能，将数据处理计算机中的相关信息通过网络发送至服务器；

本部分功能基于Winsock2编程接口，采用面向连接的TCP/IP流式套接字传输协议，提供客户端与服务器之间的可靠无差错的数据传输。TCP协议属于Socket的通讯方式中流式套接字(Stream Socket)接口，它提供面向连接的(建立虚电路)、无差错的、发送顺序一致的、包长度不限和非重复的网络信包传输。采用TCP协议进行网络通信时，通信的两个进程相互作用的主要模式是客户机/服务器模式，即客户端向服务器发出请求，服务器接收到请求后提供相应的服务。

Socket是指两个程序之间用来进行双向传输的网络通信机制，是网络中两台主机之间的数据连接，服务器程序通过服务器的IP地址和端口号来识别自己，客户端在网络中通过服务器的IP地址找到服务器，再通过端口号连接到服务器程序，实现某项功能。套接字Socket是网络通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。

通过在服务器上，根据要求生成下行数据，将该数据以定时(定时可以手动调节)的方式来触发DDS中间件，以发布者的角色向操作席位计算机或数据处理计算机发送数据，测试结果可以观察席位计算机或数据处理计算机向测试服务器返回的CPU效率，内存使用情况，磁盘空间和网络带宽等参数来判定，并可在软件界面上显示。

软件压力测试也可在系统资源匮乏的条件下运行测试，可运行压力器(stressor)的工具，通过stressor压力器消耗掉席位机的部分计算机资源，在进行压力测试。

本发明另一方面提供了一种无人机地面控制站测试与数据采集系统，包括通过线缆依次相连的座席计算机、内网交换机、综合数据处理计算机、外网交换机和链路通信计算机，同时，还包括一台监测服务器，所述监测服务器分别通过线缆与内网交换机和外网交换机相连，所述无人机地面控制站测试与数据采集系统如图1所示，包括：

所述数据采集模块中对数据进行采集包括使用DDS中间件对所述座席计算机内席位之间、座席计算机席位与数据综合处理计算机之间网络通信进行数据采集，以及包括采用的TCP/UDP数据传输方式对综合数据处理计算机与链路通信计算机之间网络通信进行数据采集。

所述上行采集模拟根据发送和接收地址进行分类并保存在相应目录下，同时，以发送数据的计算机名以及发送时间对目录进行命名，数据的大小以固定数量的完整帧数据为存储长度进行存储。

对综合数据处理计算机与链路通信计算机之间网络通信进行数据采集时，在监测服务器上设有SNMP模块，所述SNMP模块在所述监测服务器上设置管理站，负责网管命令的发出、数据存储及数据分析，并在被监管的路由器上设有SNMP代理，通过所述管理站与所述SNMP代理实现数据由路由器传送到监测服务器上。

需要说明的是，本发明无人机地面控制站测试与数据采集方法及其系统包括上述实施例中的任何一项及其任意组合，但上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种无人机地面控制站测试与数据采集方法，其特征在于，包括：

监测服务器根据由综合数据处理计算机向座席计算机发送的数据格式，批量生成相同格式的下行数据，并将该下行数据发送至座席计算机，同时根据上述监测服务器对组网计算机性能进行监控，实时获取座席计算机性能参数进行压力测试。

2.根据权利要求1所述的无人机地面控制站测试与数据采集方法，其特征在于：所述座席计算机与综合数据处理计算机之间采用DDS进行网络通信，所述监测服务器通过所述DDS的中间件获取所述座席计算机与综合数据处理计算机之间的网络通信数据；

3.根据权利要求2所述的无人机地面控制站测试与数据采集方法，其特征在于：所述SNMP模块在所述监测服务器上设置管理站，负责网管命令的发出、数据存储及数据分析，并在被监管的路由器上运行一个SNMP代理，通过所述管理站与所述SNMP代理实现数据由路由器传送到监测服务器上。

4.根据权利要求1所述的无人机地面控制站测试与数据采集方法，其特征在于：所述监测服务器保存网络通信数据时，数据的大小以固定数量的完整帧数据为存储长度进行存储。

5.根据权利要求1所述的无人机地面控制站测试与数据采集方法，其特征在于：所述二进制比对通过嵌入在监测服务器上的Ultra Compare软件实施。

6.根据权利要求1所述的无人机地面控制站测试与数据采集方法，其特征在于：所述计算机性能参数包括本机系统工作状态、CPU内存使用情况、网络协议栈各层统计情况、以及系统日志数据。

7.一种无人机地面控制站测试与数据采集系统，包括通过线缆依次相连的座席计算机、内网交换机、综合数据处理计算机、外网交换机和链路通信计算机，其特征在于：还包括一台监测服务器，所述监测服务器分别通过线缆与内网交换机和外网交换机相连，所述无人机地面控制站测试与数据采集系统包括：

8.根据权利要求7所述的无人机地面控制站测试与数据采集系统，其特征在于：所述数据采集模块中对数据进行采集包括使用DDS中间件对所述座席计算机内席位之间、座席计算机席位与数据综合处理计算机之间网络通信进行数据采集，以及包括采用的TCP/UDP数据传输方式对综合数据处理计算机与链路通信计算机之间网络通信进行数据采集。

9.根据权利要求8所述的无人机地面控制站测试与数据采集系统，其特征在于：所述上行采集模拟根据发送和接收地址进行分类并保存在相应目录下，同时，以发送数据的计算机名以及发送时间对目录进行命名，数据的大小以固定数量的完整帧数据为存储长度进行存储。

10.根据权利要求9所述的无人机地面控制站测试与数据采集系统，其特征在于：对综合数据处理计算机与链路通信计算机之间网络通信进行数据采集时，在监测服务器上设有SNMP模块，所述SNMP模块在所述监测服务器上设置管理站，负责网管命令的发出、数据存储及数据分析，并在被监管的路由器上设有SNMP代理，通过所述管理站与所述SNMP代理实现数据由路由器传送到监测服务器上。