CN110489245A - 基于远程过程调用rpc的故障注入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于远程过程调用RPC的故障注入方法，包括下列步骤：由故障注入前端提供故障信息，所述故障信息包括关于目标单机的信息和关于故障类型的信息；由远程过程调用RPC模块将故障信息打包到第一通信帧中并通过网络发送给卫星模拟器；由卫星模拟器将第一通信帧解析成关于目标单机的信息和关于故障类型的信息并根据关于目标单机的信息和关于故障类型的信息生成单机数据；将单机数据打包到第二通信帧中并通过网络发送给故障注入前端。本发明还涉及一种相应的系统。通过本发明，可以以通用方式快速、高效地模拟各种卫星故障。

Description

基于远程过程调用RPC的故障注入方法及系统

技术领域

本发明总的来说涉及卫星模拟器领域，具体而言，涉及一种基于远程过程调用RPC的故障注入方法。此外，本发明还涉及一种基于远程过程调用RPC的故障注入系统。

背景技术

卫星由于长时间运行在复杂、恶劣的太空环境中，因此不可避免的会出现故障，有的故障会对卫星的寿命和应用造成影响。故障注入作为一种卫星模拟方案能够有效检验系统的容错能力，已经在软件测试领域得到了广泛的应用。故障注入的基本思想是：由应用和环境共同组成系统，其中环境包含所有不属于应用程序的代码，应用和环境交互的接口处是故障的注入点，通过在故障注入点上模拟实现各类在真实环境中可能出现的故障并观察被测对象的反应，从而检验其对故障的耐受能力。

为了提高模拟程度，目前的解决方式是，建立基于半物理的实时仿真平台，以实现不同层次不同类型故障的单独注入，更加真实地得到故障信息，然而半实物仿真测试环境需要开发硬件设备，搭建硬件连接，测试的及时性和灵活性得不到保证。

为了精确有效的实现故障注入，目前的解决方案是，通过在源码中添加故障注入代码，在有故障注入请求时就进入故障注入的分支进行故障注入。然而，故障注入工具的开放性欠好，很难在此基础上进行再开发和扩展。

为了注入任意位置任意类型的故障，目前的解决方案是，提高仿真平台的通用性，根据系统配置信息构建存储所有可能的通信链路节点的故障库，通过多元组或文本模型实现对任意位置任意时间的故障注入，但该方法只实现了目标系统链路的离散故障，缺少对连续故障的注入。

从上面可以得知，目前需要一种更优化的故障注入方案。

发明内容

本发明的任务是，提供一种基于远程过程调用RPC的故障注入方法及提供，通过该方法和/或该系统，可以以通用方式快速、高效地模拟各种卫星故障。

在本发明的第一方面，该任务通过一种基于远程过程调用RPC的故障注入方法来解决，该方法包括下列步骤：

由故障注入前端提供故障信息，所述故障信息包括关于目标单机的信息和关于故障类型的信息；

由远程过程调用RPC模块将故障信息打包到第一通信帧中并通过网络发送给卫星模拟器；

由卫星模拟器将第一通信帧解析成关于目标单机的信息和关于故障类型的信息并根据关于目标单机的信息和关于故障类型的信息生成单机数据。

卫星模拟器将卫星单机数据以及其他信息打包进第二通讯帧，并通过网络发送给故障注入前端。

在本发明的一个优选方案中规定，所述故障类型是原子故障类型，其中原子故障是卫星模拟器的最底层故障。

在本发明的另一优选方案中规定，根据关于目标单机的信息和关于故障类型的信息生成单机数据各包括下列步骤：

将关于目标单机的信息和关于故障类型的信息输入到通用单机模型；以及

由通用单机模型根据所述信息生成单机数据。

在本发明的一个扩展方案中规定，该方法还包括下列步骤：

由故障注入前端接收第二通信帧；以及

由故障注入前端解析并显示第二通信帧。

在本发明的另一扩展方案中规定，故障注入前端包括用户界面，所述用户界面包括用于输入关于目标单机的信息的域、以及用于输入关于故障类型的信息的域。

在本发明的第二方面，前述任务通过一种基于远程过程调用RPC的故障注入系统来解决，该系统包括：

故障注入前端，其被配置为提供故障信息，其中所述故障信息包括关于目标单机的信息和关于故障类型的信息；

远程过程调用RPC模块，其被配置为执行下列动作：

将故障信息打包到第一通信帧中并通过网络发送给卫星模拟器；以及

卫星模拟器，其被配置为将第一通信帧解析成关于目标单机的信息和关于故障类型的信息并为根据所述信息生成单机数据。

在本发明的一个扩展方案中规定，故障注入前端包括用户界面，所述用户界面包括用于输入关于目标单机的信息的域、以及用于输入关于故障类型的信息的域，并且所述用户界面能够显示单机数据。

在本发明的一个优选方案中规定，远程过程调用RPC模块还被配置为执行下列动作：

将关于目标单机的信息和关于故障类型的信息输入到通用单机模型中；以及

由通用单机模型根据所述信息生成单机数据。

在本发明的另一优选方案中规定，所述故障类型是原子故障类型，其中原子故障是卫星模拟器的最底层故障。

本发明至少具有下列有益效果：(1)本发明使用通用单机模型组态作为实际的卫星单机模型，由此减小了建模成本；(2)在通用单机模型中设置故障注入机制，使得在搭建实际卫星单机模型时不必单独考虑故障注入的问题；(3)在故障注入前端通过RPC的方式调用卫星模拟器端的故障处理函数来对故障信息进行封装，由此降低了模拟复杂度和模拟通信成本；(4)将数据处理都抽象为原子故障，通过多个原子故障的组合来完成卫星数据的更新、传递与故障数据的注入，由此降低了故障表征复杂度。

附图说明

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的基于远程过程调用RPC的故障注入系统的示意图；

图2示出了通用单机模型的架构；

图3示出了RPC架构层次图；

图4示出了数据内部的数据结构；

图5示出了进程间的通信机制；

图6示出了故障注入流程；

图7示出了星敏感器的结构图；以及

图8示出了对星敏感器注入参数故障前后参数的变化。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的基于远程过程调用RPC的故障注入系统100的示意图。

如图1所示，根据本发明的故障注入系统包括下列组件，其中一些组件是可选的：

·故障注入前端101，其被配置为提供故障信息，其中所述故障信息包括关于目标单机的信息和关于故障类型的信息。例如，故障注入前端101例如可以是客户机或者客户机上安装的软件。故障注入前端101例如可以包括用户界面，所述用户界面包括用于输入关于目标单机的信息的域、以及用于输入关于故障类型的信息的域，并且所述用户界面能够显示单机数据。

·远程过程调用(Remote Procedure Call,RPC)模块102，其被配置为执行下列动作：

◇将故障信息打包到第一通信帧中并通过网络103发送给卫星模拟器104。

·卫星模拟器104，其被配置为模拟卫星真实的运行状态，得出卫星各单机的参数数据，并将这些参数打包到第二通讯帧发送给故障注入前端。此外卫星模拟器还可以将第一通信帧解析成关于目标单机的信息和关于故障类型的信息并为根据所述信息生成单机数据。卫星模拟器104可选地包括通用单机模型105，其可以根据输入的故障类型生成相应带有故障的单机数据。

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

本发明的主要思想在于：

(1)故障注入的过程是故障注入前端将故障信息传递给卫星模拟器，然后获取卫星模拟器对故障信息处理的返回值的过程，为了提高故障注入模型的复用性，使能够适用于不同型号的不同单机，设计了一种通用单机模型，在通用单机模型中提供模型接口，当为某型号卫星建模时可以直接调用相应接口来配置为实际的单机模型(如星敏感器、飞轮等)。

(2)为了提高故障注入模型的可维护性、提供在未来进一步的扩展和代码的易读性，将添加故障信息过程抽象为RPC，使用RPC通信能够使故障注入前端就像进行本地调用一样去调用模拟器的相应函数来处理打包故障信息。

(3)同时设计了故障注入协议用以对故障前端输出与接收故障前端的故障信息进行控制，其规定了故障信息的封装方式以及故障注入前端与卫星模拟器之间通讯链路的数据格式，是沟通故障注入前端与模拟器的桥梁。

下面分别阐述各组件的细节。

通用单机模型架构

由于任何数据以及数据交互过程均可被抽象为某种数据交互模型，因此在仿真环境中把数据交互模型称为数据流模型。基于此，设计了一个通用的数据流单机模型框架，将单机的参数与数据打包动作进行分离，通过参数库、数据打包、逻辑控制三个功能模块来描述该通用单机模型。功能模块之间通过接口进行信息交互，单机参数、数据打包以及逻辑动作都是由用户定义，同时故障注入在框架内部完成。

为了提高单机模型的复用性，对通用单机模型的内部模块做如下的约定(参见图2)：

(1)参数库中使用三元组(标识符,数据,数据锁)定义了单机的参数属性，分别表示该单机收到的指令或遥测数据的身份标识、该参数值和该值是否可以被修改，若此时值由于故障被锁定，则动力学数据无法写入参数库。

(2)数据打包模块从参数库中提取数据，进行打包封装、校验，并且当有故障激发，在打包时进行故障注入。

(3)逻辑模块读取和更新参数库的内容，同时决定数据包封装和发送的时机，还规定了发送次数。外部可以通用逻辑模块的外部接口。

单机通用模型的三个模块都提供了外部接口函数，在搭建具体单机仿真模型时，只需调用相应的接口函数来创建自己的参数库、数据更新函数、数据发送函数即可快速的完成单机建模。

故障协议设计

设计了一组故障协议来规定模拟器对故障注入前端的故障信息的打包封装格式。并将通用故障协议分为3层协议：链路层、任务数据层、业务控制层。图3展示了故障协议的层次图。

(1)链路层协议

链路层是整个故障协议的最底层，所有的上层模块都依赖于链路层，其不关心实际的远程调用逻辑，仅负责信息的收发和编解码，同时为上层模块提供业务无关的基础服务。

在链路层，数据是以通讯帧的形式在卫星单机各模块间流动的，各种数据从产生节点到目的节点需要指定一个传输的链路，并且需要规定好通讯帧的格式，本文设计的通讯帧格式如下表1所示。在此处，卫星模拟器与故障注入前端之间通过TCP(TransmissionControl Protocol，传输控制协议)进行通讯。

表1通讯帧格式描述

(2)任务数据层协议

任务数据层主要记录了故障注入的数据信息，同时对不同的故障信息设计了不同的数据格式来封装处理，这里设计了6种(协议类、单机参数类、动力学数据类、仿真控制类、指令注入类、外设类)数据格式来应对不同类型的故障信息。

这六种数据格式均分为有效载荷区和数据区两部分，有效载荷存放的是需要调用的数据交互方法和同类故障的故障数据的组数的计数器，数据区为故障前端输入的故障数据。而区别在于对不同的故障信息，数据区内部的数据结构不同，如图4所示。

(3)业务控制层协议

业务控制层定义了一组数据业务，又称为数据交互方法，卫星模拟器通过调用不同的业务来处理故障注入前端传来的故障信息，即将故障信息注入到卫星仿真模型中。

由于卫星中数据交互的任意接口位置都有可能发生故障，因此在本文中将所有的数据交互方法统称为原子故障。原子故障是卫星模拟器的最底层故障，通过原子故障可以组合共同作用实现更加复杂的故障，根据卫星模拟器故障注入的需要，设计了表2所示的28种原子故障来实现卫星模拟器的故障。

表2原子故障类型表

基于RPC的通信机制

为了提供了在未来进一步扩展和维护的可能性，使用了RPC的来完成对故障注入前端故障信息的封装。RPC是一种基于客户/服务模式的函数调用过程，它将一个服务的请求和执行分别存放客户和服务器之中，它的本质是在客户端要求远程服务端运行某项服务并获取其结果的过程，如图5所示，其是一种进程间的通信机制，一般承担系统协调与数据交互的责任，并未规定具体的实现方式、平台和语言。

通过使用RPC的通信机制，可以将故障信息的封装与故障注入前端分离，这样故障注入前端只需要负责捕获用户输入的故障信息以及显示功能，易于扩展新的故障。

在这里将故障注入前端设定为客户端，卫星模拟器为服务端，提供客户端需要的故障信息打包封装函数。通过RPC封装故障前端的故障信息的过程为：当使用者在故障注入前端添加了故障信息后。客户端将目标程序的规范和相关参数放置在调用信息包中，并请求RPC网络链路将调用包发送给被调用者，在这里即服务端。一旦服务端接收到这些信息包，服务端会将它们解包获取得任务数据，然后根据任务数据中有效载荷标识的业务方法去执行一个完全正常的本地调用，该本地调用会调用服务端中相对应的程序去处理任务数据中的数据。与此同时，服务端的调用进程将被挂起并等待结果包的返回。当服务端中的调用完成时，它将结果包发送给客户端，然后结果包传送回给客户端被挂起的进程，它们将被解包并返回客户端的初始调用函数。

故障注入流程

图6示出了故障注入流程。基于上述设计模块，故障注入实现流程如下所述。

(1)在故障注入前端的界面上给目标单机添加故障信息后，通过RPC调用数据交互方法将故障信息、故障单机信息添加到通讯帧中，然后发送给模拟器。

(2)模拟器接受到通讯帧后，分析通讯帧的目的地(即目标单机)，向目标单机发送故障数据，而单机接收到数据后，在更新或打包单机数据时根据故障类型将故障信息封装到单机数据中。

(3)之后模拟器再将单机数据按照表1所示格式组帧，然后发送给故障注入前端，故障注入前端再将收到的通讯帧解帧并且通过界面上显示。

组态化实现星敏感器

通过该模型能够组态实现所有的单机模型，由于篇幅有限，在本文仅以星敏感器为例来讲述使用通用单机模型组态化为实际单机的过程。基于上述通用单机模型实现单机模型的过程是向通用单机模型框架注册参数、数据包、逻辑，同时定义单机接口的过程。

基于通用单机模型实现星敏感器的过程为：星敏感器使用通用单机模型中的参数库搭建一个含有星敏感器的开关状态、角速度、速度等信息的参数库；构建一个打包模块来负责更新和打包参数库中的参数信息；注册控制星敏参数库和数据包的逻辑；因为在通用单机模型中实现故障注入，所以组态实现实际单机模型时不必再单独为故障注入建模。图7所示为星敏感器的结构图。

故障注入的应用

表2描述的原子故障是最基本的故障，通过多个原子故障组合能够实现任意位置、任意组合的故障注入，表3举例了一些常见的故障类型。

表3故障示例

图8示出了对星敏感器注入参数故障前后参数的变化。从图8中可以看出，本发明具有通用、简单、高效的特点。

本发明至少具有下列有益效果：(1)本发明使用通用单机模型组态作为实际的卫星单机模型，由此减小了建模成本；(2)在通用单机模型中设置故障注入机制，使得在搭建实际卫星单机模型时不必单独考虑故障注入的问题；(3)在故障注入前端通过RPC的方式调用卫星模拟器端的故障处理函数来对故障信息进行封装，由此降低了模拟复杂度和模拟通信成本；(4)将数据处理都抽象为原子故障，通过多个原子故障的组合来完成卫星数据的更新、传递与故障数据的注入，由此降低了故障表征复杂度。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (9)

1.一种基于远程过程调用RPC的故障注入方法，包括下列步骤：

由故障注入前端提供故障信息，所述故障信息包括关于目标单机的信息和关于故障类型的信息；

由远程过程调用RPC模块将故障信息打包到第一通信帧中并通过网络发送给卫星模拟器；

由卫星模拟器将第一通信帧解析成关于目标单机的信息和关于故障类型的信息并根据关于目标单机的信息和关于故障类型的信息生成单机数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述故障类型是原子故障类型，其中原子故障是卫星模拟器的最底层故障。

3.根据权利要求1所述的方法，其中根据关于目标单机的信息和关于故障类型的信息生成单机数据各包括下列步骤：

将关于目标单机的信息和关于故障类型的信息输入到通用单机模型；以及

由通用单机模型根据所述信息生成单机数据。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：

由故障注入前端接收第二通信帧；以及

由故障注入前端解析并显示第二通信帧。

5.根据权利要求1所述的方法，其中故障注入前端包括用户界面，所述用户界面包括用于输入关于目标单机的信息的域、以及用于输入关于故障类型的信息的域。

6.一种基于远程过程调用RPC的故障注入系统，包括：

故障注入前端，其被配置为提供故障信息，其中所述故障信息包括关于目标单机的信息和关于故障类型的信息；

远程过程调用RPC模块，其被配置为执行下列动作：

将故障信息打包到第一通信帧中并通过网络发送给卫星模拟器；

卫星模拟器，其被配置为将第一通信帧解析成关于目标单机的信息和关于故障类型的信息并为根据所述信息生成单机数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其中故障注入前端包括用户界面，所述用户界面包括用于输入关于目标单机的信息的域、以及用于输入关于故障类型的信息的域，并且所述用户界面能够显示单机数据。

8.根据权利要求1所述的方法，其中远程过程调用RPC模块还被配置为执行下列动作：

将关于目标单机的信息和关于故障类型的信息输入到通用单机模型中；以及

由通用单机模型根据所述信息生成单机数据。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述故障类型是原子故障类型，其中原子故障是卫星模拟器的最底层故障。