CN107920116B - 一种可动态扩展的机载网络服务数据通信方法 - Google Patents

一种可动态扩展的机载网络服务数据通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于机载嵌入式软件技术领域，具体涉及一种可动态扩展的机载网络服务数据通信方法。本发明能实现多服务器和多客户端之间的基于不同机载网络协议之间的数据通信，有效的解决机载环境下不同网络域之间、不同网络协议之间的动态可扩展的数据订阅与发布问题。该方法的步骤包括：1)创建通信系统，所述通信系统包括服务器、客户端，还包括设置在服务器和客户端之间的中间节点；2)服务器至中间节点的数据发布过程；3)客户端至中间节点的数据订阅过程。

Description

一种可动态扩展的机载网络服务数据通信方法
技术领域
本发明属于机载嵌入式软件技术领域，具体涉及一种可动态扩展的机载网络服务数据通信方法。
背景技术
AEEC在2012年发布了ARINC 834-3标准，提供了包括GAPS(Generic AircraftParameter Service)、STAP(Simple Text Avionics Protocol)以及ADBP(Avionics DataBroadcast Protocol)在内的一组协议，其中ADBP定义了基于订阅的服务，在数据源(服务器)与客户端间将飞机参数作为XML对象进行收发，从而实现运行在机载系统内的应用能够访问特定的航电网络数据的目的。
对于机载系统内部，使用ARINC834-3标准能实现对飞机参数的获取，数据源应用作为服务器，航电应用作为客户端，即以服务器和客户端的模型来实现机载系统内部的飞机参数获取。但并不支持数据源(服务器)的扩展，服务器和客户端一对多的关系限制了同一客户端对不同来源飞机参数获取的灵活性。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明针对机载设备间网络化通信的应用场景，提出一种能实现多数据源(服务器)和多客户端之间的基于不同机载网络协议之间的数据通信，有效的解决机载环境下不同网络域之间、不同网络协议之间的动态可扩展的数据订阅与发布问题。
本发明的技术方案：
本发明提供了一种可动态扩展的机载网络服务数据通信方法，包括以下步骤：
1)创建通信系统，所述通信系统包括服务器、客户端，还包括设置在服务器和客户端之间的中间节点；所述服务器和客户端均至少一个；
2)服务器至中间节点的数据发布过程；
2.1)服务器正常启动后接收到来自飞机航电系统的数据，不同的服务器可以接收不同航电总线数据；所述航电总线数据包括AFDX或ARINC 429、ARINC 717、RS422以及离散量；
2.2)服务器解析各自航电总线数据并生成飞机参数消息；所述飞机参数消息包括飞机参数来源总线、飞机参数发布者、飞机参数编号、飞机参数长度、飞机参数值、CRC32校验码以及时间戳；
2.3)服务器根据相应航电总线数据解析规则判断飞机参数值是否可信，如果可信则转入步骤2.4)，否则转入步骤2.8)；
2.4)服务器将飞机参数消息主动发布给中间节点；
2.5)中间节点在收到飞机参数消息后，通过解析飞机参数消息中的CRC32校验码、时间戳来验证消息的合规性；所述合规性包括消息的实时性和完整性；
2.6)如果该消息合规，则转入步骤2.7)，否则转入步骤2.8)；
2.7)中间节点接收到的来自服务器的飞机参数消息，若中间节点查阅到有订阅，则转发飞机参数消息；然后转入步骤2.9)；
2.8)丢弃飞机参数消息，通知日志记录模块记录日志；
2.9)结束本次传输过程；
3)客户端至中间节点的数据订阅过程；
3.1)客户端在正常启动后向中间节点发送飞机参数订阅请求；客户端运行过程中通过采用可动态扩展的方式请求飞机参数；
3.2)客户端等待接收来自中间节点的飞机参数消息，如果收到飞机参数消息，则转入步骤3.3)，否则客户端始终处于等待接收飞机参数消息的状态；
3.3)客户端接收到中间节点发布的飞机参数消息，通过解析飞机参数消息中的CRC32校验码、时间戳来验证消息的合规性，
3.4)如果消息合规，则转入步骤3.5)，否则转入步骤3.6)；
3.5)客户端获取所有飞机参数值，循环接收飞机参数消息，直至取消订阅该条飞机参数；
3.6)丢弃消息，通知日志记录模块记录日志，转至步骤3.2)。
进一步地，上述可动态扩展包括两方面：
A：一个或多个飞机参数消息被不同客户端动态订阅；
B：一个或多个客户端动态订阅来自不同服务器的飞机参数消息；动态订阅为增加订阅或者取消订阅。
进一步地，上述中间节点发布飞机参数时采用先到先发(FIFO)的原则来实现。
进一步地，所述飞机参数来源总线定义飞机参数的来源；
所述飞机参数发布者用于定义发布此飞机参数的应用或设备名称；
所述飞机参数编号用于定义飞机参数所属编号，同一来源内具有唯一性；
所述飞机参数长度用于定义飞机参数长度，单位为字节；
所述飞机参数值用于定义飞机参数具体的值。
本发明具有的优点效果：
1、本发明方法采用中间节点(Proxy)实现了服务器(Server)、客户端(Client)之间通信隔离，即服务器(Server)与客户端(Client)不需要关注对方工作状态，且不需要维护彼此间的网络连接。
2、本发明方法结合发布订阅机制，实现了ARINC 834-3协议中所缺少的服务器动态可扩展性。即通过增加中间节点的方法，服务器能够在工作的过程中动态增加，并且不影响客户端的工作情况。
3、对于客户端，当服务器发生变更时不需要随之进行修改，在客户端工作工程中，仅与中间节点通信来接收所需数据，所需数据可来自多个服务器。
4、中间节点在接收服务器消息后，会第一时间根据客户端要求分发其订阅的消息，相比ARINC 834-3协议提高了数据发布的效率，减少了订阅数据的冗余。
附图说明
图1为本发明的通信系统的基本架构示意图。
图2为本发明的通信系统中客户端动态扩展后的架构示意图。
图3为本发明的通信系统中服务器动态扩展后的架构示意图。
图4为本发明的通信系统中客户端、服务器均进行动态扩展后的架构示意图。
图5为本发明的数据传输过程。
图6为本发明多服务器数据传输过程。
具体实施方式
在民用客机信息系统中，采用本方法实现机载信息系统与航电网络间的服务器、接收端的可动态扩展以及飞机参数的订阅与发布。
为了在机载设备内实现多种机载网络协议之间的数据通信，本发明定义了此种通信方法及系统：基于ADBP协议中的“提供基于订阅的服务”和“使用XML进行传输”的方法，同时结合订阅发布(Pub-Sub)机制，实现了服务器和客户端从1:1到N:M的可扩展性，通过使用中间节点(Proxy)来进行数据分发，采用服务器(Server)、中间节点、客户端(Client)的通信模型。
系统组成
本方法采用的基本系统架构组成如图1所示，包括服务器(Server)、中间节点(Proxy)、客户端(Client)的通信模型，其中服务器为数据源，客户端为数据订阅端，如图1所示。
订阅发布机制中服务器和客户端为异步通信，服务器仅不断的发布飞机参数消息给已知的中间节点，而不需要确定客户端是否已经开始接收消息。客户端在已知的中间节点处注册所需的飞机参数消息，当中间节点收到来自服务器的飞机参数消息后，即会向订阅了该飞机参数消息的客户端发布，即服务器和客户端无需关注对方的工作情况以及连接情况就可进行发布或订阅工作。
当有多个客户端加入时，服务器无需关注与新加入的客户端之间的连接建立与否，系统架构如图2所示。
同样地，当新的服务器加入时，客户端无需与之重新建立连接即可接受来自新服务器的飞机参数，系统架构如图3所示。
不同于以往服务器和客户端1:1的对应关系，中间节点的存在实现了服务器和客户端的动态扩展性，即同一客户端可以动态的接收来自不同服务器的飞机参数消息，同一服务器可以动态的向不同客户端发布飞机参数消息。不同服务器可以不同顺序启动，不同客户端可以不同时间向不同服务器请求飞机参数消息，系统架构如图4所示。
数据通信模型
本方法通过使用中间节点(Proxy)实现了对服务器(Server)和客户端(Client)的网络隔离。
对于服务器，应用独立启动，在接收到来自航电总线的航电数据后，主动将数据发送给中间节点(Proxy)。对于同一机载设备，中间节点与服务器可以驻留在同一模块，也可以分别驻留在不同的模块上。
对于客户端，启动后与中间节点(Proxy)通信，发送其所需的飞机参数，随后进入监听状态中间节点(Proxy)发布的飞机参数，对于同一客户端，其可以多次向Proxy请求飞机参数，从而实现了飞机参数消息的动态获取。
客户端与服务器通信模型和通信方法如图5所示。客户端在启动后向中间节点(Proxy)注册所需订阅的飞机参数，而无需在意服务器是否启动，当服务器启动并正常发送飞机参数消息后，中间节点(Proxy)将客户端的飞机参数消息逐个发布。
当客户端需要其他飞机参数消息时，客户端可以动态向中间节点(Proxy)请求而不影响之前订阅的其他飞机参数消息(如图5中的飞机参数1、2、3)，客户端可以请求来自服务器的飞机参数消息，也可以请求来自其他服务器的飞机参数消息，从而实现了服务器的动态扩展性，具体通信方法和模型如图6所示。
当客户端在订阅飞机参数1、2、3后，某个时刻后再次向中间节点请求订阅飞机参数4、5、6，中间节点在收到新的飞机参数订阅请求后，在服务器正常工作的情况下，将会发送飞机参数1、2、3、4、5、6到客户端，从而实现飞机参数的动态请求，达到提高客户端程序运行速度提高传输效率的目的。
中间节点发布飞机参数消息时采用先到先发(FIFO)的原则来实现，即在客户端订阅的周期内，先从服务器到达中间节点的飞机参数消息会有限发送给订阅了飞机参数消息的客户端，每次发布包含一个飞机参数消息的消息，客户端在接收到Proxy发布的飞机参数消息后重新进入侦听状态，等待下一个飞机参数发布。
若服务器出现故障，如应用未正常启动或飞机航电总线出现故障，客户端将无法收到所订阅的飞机参数消息，或可将此飞机参数消息的接收时间视作无穷大。在服务器重新正常工作后，飞机参数消息的发布恢复正常，即数据服务器的故障不会影响到客户端的工作情况，比如订阅时机或启动顺序等，从而简化了开发人员的工作量。
消息定义
对于飞机参数消息，服务器和客户端需要有统一的消息格式定义，这里采用分级的方式来定义飞机参数消息，即飞机参数的来源总线，飞机参数的发布者，飞机参数编号，飞机参数长度以及飞机参数值。具体飞机参数消息结构如表1所示。
表1
消息内容 含义
飞机参数来源总线 飞机参数的来源，如AFDX、ARINC429或离散量。
飞机参数发布者 发布此飞机参数的应用或设备名称。
飞机参数编号 飞机参数所属编号，同一来源内具有唯一性。
飞机参数长度 飞机参数长度，单位为字节。
飞机参数值 飞机参数具体的值
CRC32 机参数消息的CRC32校验码
时间戳 飞机参数消息的时间戳
对于飞机参数订阅消息，客户端将所需飞机参数打包成一条消息，其中飞机参数长度置为0，飞机参数值为空，仅告知其所需的飞机参数来源、发布者和编号，中间节点接收到订阅消息后即可获得其所需订阅的飞机参数信息。
对于取消飞机参数订阅消息，客户端将所需取消的飞机参数打包成一条消息，其中飞机参数长度置为-1，飞机参数值为空，仅告知其所需的飞机参数来源、发布者和编号，中间节点接收到取消订阅消息后即可获得其所需取消订阅飞机参数信息。
运行流程
根据上面的介绍现对本发明的方法进行详细的描述，本发明方法分为2部分操作步骤，分别为服务器在接收到航电数据后向中间节点的主动发布过程与客户端向中间节点的飞机参数订阅及获取过程；
A-服务器至中间节点的数据发布过程；
A1)服务器正常启动后接收到来自飞机航电系统的数据，不同的服务器可以接收不同航电总线数据；所述航电总线数据包括AFDX或ARINC 429、ARINC 717、RS422以及离散量；
A2)服务器解析各自航电总线数据并生成飞机参数消息；所述飞机参数消息包括飞机参数来源总线、飞机参数发布者、飞机参数编号、飞机参数长度、飞机参数值、CRC32校验码以及时间戳；
A3)服务器根据相应航电总线数据解析规则判断飞机参数值是否可信，如果可信则转入步骤A4)，否则转入步骤A8)；
A4)服务器将飞机参数消息主动发布给中间节点；
A5)中间节点在收到飞机参数消息后，通过解析飞机参数消息中的CRC32校验码、时间戳来验证消息的合规性；所述合规性包括消息的实时性和完整性；
A6)如果该消息合规，则转入步骤A7)，否则转入步骤A8)；
A7)中间节点接收到的来自服务器的飞机参数消息，若中间节点查阅到有订阅，则转发飞机参数消息；然后转入步骤A9)；
A8)丢弃飞机参数消息，通知日志记录模块记录日志；
A9)结束本次传输过程；
B-客户端至中间节点的数据订阅过程；
B1)客户端在正常启动后向中间节点发送飞机参数订阅请求；客户端运行过程中通过采用可动态扩展的方式请求飞机参数；可动态扩展包括两方面：
A：一个或多个飞机参数消息被不同客户端动态订阅；
B：一个或多个客户端动态订阅来自不同服务器的飞机参数消息；动态订阅为增加订阅或者取消订阅。
B2)客户端等待接收来自中间节点的飞机参数消息，如果收到飞机参数消息，则转入步骤B3)，否则客户端始终处于等待接收飞机参数消息的状态；
B3)客户端接收到中间节点发布的飞机参数消息，通过解析飞机参数消息中的CRC32校验码、时间戳来验证消息的合规性，
B4)如果消息合规，则转入步骤B5)，否则转入步骤B6)；
B5)客户端获取所有飞机参数值，循环接收飞机参数消息，直至取消订阅该条飞机参数；
B6)丢弃消息，通知日志记录模块记录日志，转至步骤B2)。

Claims (3)

1.一种可动态扩展的机载网络服务数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)创建通信系统，所述通信系统包括服务器、客户端，还包括设置在服务器和客户端之间的中间节点；所述服务器和客户端均至少一个；
2)服务器至中间节点的数据发布过程；
2.1)服务器正常启动后接收到来自飞机航电系统的数据，不同的服务器可以接收不同航电总线数据；所述航电总线数据包括AFDX或ARINC 429、ARINC 717、RS422以及离散量；
2.2)服务器解析各自航电总线数据并生成飞机参数消息；所述飞机参数消息包括飞机参数来源总线、飞机参数发布者、飞机参数编号、飞机参数长度、飞机参数值、CRC32校验码以及时间戳；
2.3)服务器根据相应航电总线数据解析规则判断飞机参数值是否可信，如果可信则转入步骤2.4)，否则转入步骤2.8)；
2.4)服务器将飞机参数消息主动发布给中间节点；
2.5)中间节点在收到飞机参数消息后，通过解析飞机参数消息中的CRC32校验码、时间戳来验证消息的合规性；所述合规性包括消息的实时性和完整性；
2.6)如果该消息合规，则转入步骤2.7)，否则转入步骤2.8)；
2.7)中间节点接收到的来自服务器的飞机参数消息，若中间节点查阅到有订阅，则转发飞机参数消息；然后转入步骤2.9)；
2.8)丢弃飞机参数消息，通知日志记录模块记录日志；
2.9)结束本次传输过程；
3)客户端至中间节点的数据订阅过程；
3.1)客户端在正常启动后向中间节点发送飞机参数订阅请求；客户端运行过程中通过采用可动态扩展的方式请求飞机参数；
所述可动态扩展包括两方面：
A：一个或多个飞机参数消息被不同客户端动态订阅；
B：一个或多个客户端动态订阅来自不同服务器的飞机参数消息；动态订阅为增加订阅或者取消订阅；
3.2)客户端等待接收来自中间节点的飞机参数消息，如果收到飞机参数消息，则转入步骤3.3)，否则客户端始终处于等待接收飞机参数消息的状态；
3.3)客户端接收到中间节点发布的飞机参数消息，通过解析飞机参数消息中的CRC32校验码、时间戳来验证消息的合规性，
3.4)如果消息合规，则转入步骤3.5)，否则转入步骤3.6)；
3.5)客户端获取所有飞机参数值，循环接收飞机参数消息，直至取消订阅该条飞机参数；
3.6)丢弃消息，通知日志记录模块记录日志，转至步骤3.2)。
2.根据权利要求1所述的可动态扩展的机载网络服务数据通信方法，其特征在于：
所述中间节点发布飞机参数时采用先到先发FIFO的原则来实现。
3.根据权利要求1或2所述的可动态扩展的机载网络服务数据通信方法，其特征在于：
所述飞机参数来源总线定义飞机参数的来源；
所述飞机参数发布者用于定义发布此飞机参数的应用或设备名称；
所述飞机参数编号用于定义飞机参数所属编号，同一来源内具有唯一性；
所述飞机参数长度用于定义飞机参数长度，单位为字节；
所述飞机参数值用于定义飞机参数具体的值。
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