CN111478856A - 基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法和系统，由主机和多个从机组成二级网络结构，主机识别从机主备状态，从机识别下一级产品的主备状态，主从路由级联，主机采用路由表表征外部从机的通信状态，根据从机遥测更新情况，识别从机的主备状态，自主更新主机的本地路由表。本发明通过主机自主适应从机的主备开关机状态，实现通信路由的自主更新，实现整个二级网络的双冗余设备间自主路由寻址，能够灵活适应不同采用模块/单机级冗余设计的航天器，实现指令用户的正确路由以及路由自主更新与设备间主备交叉路径自主寻址。

Description

基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法和系统
技术领域
本发明涉及星载电子设备领域，具体地，涉及一种基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法和系统。
背景技术
综合管理单元是整星指令发送的核心单机，完成接收并处理地面上行遥控信息、自主产生程控指令、校验并发送指令等功能，通过识别指令目的地并转发，实现星地遥控与星上程控。随着卫星外部单机与模块冗余度增加，指令分发路径呈指数级方式增长，综合管理单元无法及时识别接收端失效情况，将给整星控制带来危险。
目前，路由技术延伸到航天电子信息领域中用于记录路径信息，由于航天的高可靠性要求，路由表采用地面指定的方式设置，一般为静态信息。专利文献CN101534225A公开了一种检测路由信息真实性的方法和装置，设置虚假路由信息计数器并初始化；检测被检测节点发送给检测节点的路由信息中的单条路由信息，当检测到单条路由信息为虚假路由信息时，虚假路由信息计数器加1；当虚假路由信息计数器的数据超过预定阈值，判定所述被检测节点是欺骗节点，所述被检测节点发送给检测节点的路由信息为虚假路由信息；当所述路由信息中单条路由信息检测完毕，虚假路由信息计数器的数据没有超过预定阈值，判定所述被检测节点是诚实节点，所述被检测节点发送给检测节点的路由信息为真实路由信息。这种基于节点路径度量跳数信息和路由数据库的检测方法，检测路由信息的真实性，路由信息不能自主更改，无法实现动态检测路由状态的自主寻址。另外，现有技术中有关在检测端记录大量路由网络信息的做法，在航天器有限的资源条件下无法实现，只能考虑逐级存储的方式记录信息。
卫星采用符合CCSDS标准的分包遥控遥测方案，以分包方式进行数据分层动态管理。遥控包采用应用过程识别符(APID)区分遥控数据去向，使用APID中1个比特位作为接收端单机或模块的主备位。遥测包采用APID标识卫星上产生源包的数据源，使用APID中1个比特位作为数据源端的主备位，采用源包序列计数对遥测包进行计数，此计数为连续进行。
综合管理单元外部单机及其内部模块均采用主备份冗余设计，每个单机和模块具有唯一固定APID，综合管理单元采用路由表记录外部单机或模块的主备特征状态，发送指令时根据路由表修改遥控APID，以实现指令正确路由。同时根据路由表识别遥测接收路径，进行数据源端的遥测接收，若路由表主备状态表征不正确，则管理单元无法接收数据源端返回的状态遥测。
数据源端必为指令接收端，基于此，利用遥测采集的实时特性，根据指令接收端的遥测更新情况判定其生命状况。如果指令接收端遥测超过一定时间未更新，则认为该接收端已失去生命信息，将其对应的通信路由表中该路路由位取反，如此，通过遍历实现路由表的实时更新。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法和系统。
根据本发明提供的一种基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，由主机和多个从机组成二级网络结构，主机采用路由表表征外部从机的通信状态，根据从机遥测更新情况，识别从机的主备状态，自主更新主机的本地路由表。
优选地，所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，包括如下步骤：
步骤S1：主机上电后，初始化通信路由表中所有从机为主份路由；
步骤S2：主机按照通信路由表，依次向所有从机发送状态采集指令；
步骤S3：主机等待设定时间后，依次接收从机返回的状态遥测，存储到本地缓存；
步骤S4：主机根据本地缓存中存储的从机遥测，依次根据从机遥测的更新状态，设定失效计数，根据失效计数与翻转阈值的比较，更新通信路由表中从机主备路由状态，主机将更新后的通信路由表写入本地路由表寄存器。
优选地，所述步骤S4包括：
步骤S41：主机从本地缓存中取出第一个从机的遥测，判断遥测更新状态，若遥测更新状态为已更新，则该路失效计数清0；若遥测更新状态为未更新，则该路失效计数加1；
步骤S42：若失效计数大于翻转阈值，则根据数据掩码更新该路从机路由，同时失效计数清0，否则，则维持该路路由。
优选地，主机发送指令时，根据通信路由表修改指令的APID主备信息位，标识正确的指令用户。
优选地，使用从机全部或部分遥测作为更新判断依据，允许遥测采集出现毛刺缺陷，设定翻转阈值。
优选地，通过掩码标识从机在路由表中的位置，执行现存路由表与掩码异或的操作实现路由表的更新。
优选地，将二级网络结构退化为一级网络结构。
根据本发明提供的一种基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址系统，由主机和多个从机组成二级网络结构，主机采用路由表表征外部从机的通信状态，根据从机遥测更新情况，识别从机的主备状态，自主更新主机的本地路由表。
优选地，所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址系统，包括如下模块：
模块S1：主机上电后，初始化通信路由表中所有从机为主份路由；
模块S2：主机按照通信路由表，依次向所有从机发送状态采集指令；
模块S3：主机等待设定时间后，依次接收从机返回的状态遥测，存储到本地缓存；
模块S4：主机根据本地缓存中存储的从机遥测，依次根据从机遥测的更新状态，设定失效计数，根据失效计数与翻转阈值的比较，更新通信路由表中从机主备路由状态，主机将更新后的通信路由表写入本地路由表寄存器。
优选地，所述模块S4包括：
模块S41：主机从本地缓存中取出第一个从机的遥测，判断遥测更新状态，若遥测更新状态为已更新，则该路失效计数清0；若遥测更新状态为未更新，则该路失效计数加1；
模块S42：若失效计数大于翻转阈值，则根据数据掩码更新该路从机路由，同时失效计数清0，否则，则维持该路路由。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过主机自主适应从机的主备开关机状态，实现通信路由的自主更新，实现路由自主更新与设备间主备交叉路径自主寻址。
2、本发明可灵活适应不同采用模块/单机级冗余设计的航天器，实现指令用户的正确路由。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为APID格式定义示意图；
图2为自主路由寻址方法实施组成框图；
图3为自主路由寻址方法工作过程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提出的自主路由寻址方法，由主机与若干从机实施。主机与从机成二级网络结构，在第二级网络中从机作为下一级产品的主机。主机向从机发送指令前，根据通信路由表修改指令的APID主备信息位。从机接收到该指令后，将指令APID与自身固化APID比较，若完全相同，则接收该指令，否则丢弃。同时，主机周期性采集从机遥测，采集后存储到本地缓存。主机路由表对应一张路由维护表，包含用于判断路由表中每一位对应的从机遥测更新判据的位置信息和路由对应位的掩码信息。同时，对每个从机记录失效计数与失效计数翻转阈值。主机每周期对依次从本地缓存中取出从机遥测，判断遥测是否更新，若已更新，将失效计数清0；若未更新，则将失效计数加1，说明该从机出现路径故障，需要尝试进行主备份切换。当失效计数累积到翻转阈值，根据掩码信息对路由表相应位进行取反操作，并将该路失效计数清除为0。
本发明的自主路由寻址方法实施在星载计算机上，由通用处理器模块、扩展单元、功能扩展模块和RS422接口组成，通用处理器模块与扩展单元、扩展单元与功能扩展模块之间通过RS422串行总线连接。通用处理器模块通过RS422总线向扩展单元发送指令，扩展单元同样通过RS422总线向功能扩展模块指令，同时两者均反向采集遥测。通用处理器模块与扩展单元发送指令前均根据内置路由表修改指令的APID主备信息位，APID格式特征如图1所示，0到4位作为模块识别，其中0位是模块主/备标识，1至4位用于区分不同单机内不同模块，最多可区别16块模块；5到8位作为单机识别，其中5位是单机主/备标识，6到8位用于区分不同单机，最多可区别8台单机；9位、10位作为备用识别。
同时，通用处理器模块与扩展单元分别周期性采集扩展单元与功能扩展模块的遥测，存放于本地缓存，采集周期为0.5s，遥测包格式如表1所示，包括6字节包主导头和偶数字节包数据域，包主导头中包括版本号、包识别、包顺序控制和包数据长度，选用源包序列计数作为遥测更新判断依据。其中，版本号占3比特；包识别中类型指示占1比特，辅导头标志占1比特，应用过程识别符采用APID指令占11比特；包顺序控制中分组标志占2比特，源包序列计数占14比特；报数据长度占16比特。
表1遥测包格式定义
Figure BDA0002406400720000051
通用处理器模块内置路由表的结构如表2所示，每一比特代表一个接收端的主备状态，该路由表存放于管理单元路由表寄存器，路由表共16bit，第n位表示第N个通道的主备选择状态，其中0表示主，1表示备。
表2路由表结构
比特位 对应设备名称 初始态
0 内部模块2 0
1 内部模块1 0
2 内部模块4 0
3 内部模块3 0
4 备用 0
5 扩展单元1 0
6 扩展单元2 0
7 扩展单元3 0
8 备用 0
9 备用 0
10 备用 0
11 备用 0
12 备用 0
13 备用 0
14 备用 0
15 备用 0
路由表对应一张路由维护表，如表3所示，包含用于判断路由表中每一位对应的接收端遥测是否更新的判据位置信息和路由对应位掩码信息。
表3路由维护表结构
序号 遥测源 遥测判据起始位置 路由表比特位掩码
1 扩展单元1 4 2#0000_0000_0010_0000#
2 扩展单元2 4 2#0000_0000_0100_0000#
3 扩展单元3 6 2#0000_0000_1000_0000#
4 内部模块1 4 2#0000_0000_0000_0010#
5 内部模块2 8 2#0000_0000_0000_0001#
6 内部模块3 4 2#0000_0000_0000_1000#
7 内部模块4 4 2#0000_0000_0000_0100#
具体实施方式选用包序列计数作为判定依据，起始位置如表3遥测判据起始位置所示，设定翻转阈值为3。通用处理器模块初始化时将每路从机失效计数和初始包序列计数值设定为0，将扩展单元1切换为备机。由于选用“包序列计数”作为判据，那么判断其是否更新就是比较本周期该计数与上周期该计数相比有无变化。选取遥测起始位置为4/6/8的包序列计数为判断依据，是由于该值是递增的变化值，也可以选用其他变化的遥测来做判据。
自主路由寻址方法具体工作流程如图3所示，包括如下步骤:
(1)通用处理器模块上电后，初始化通信路由表中为全主份路由；
(2)通用处理器模块按照路由表，依次向所有扩展单元及内部模块发送“遥测采集”指令；
(3)通用处理器模块等待T时间后，依次接收所有扩展单元及内部模块返回的状态遥测，存储到本地缓存；
(4)通用处理器模块按照路由维护表的顺序，首先从本地缓存中取出扩展单元1的遥测，由于扩展单元1处于备机状态，与路由表表征不一致，不能正确采集遥测，失效计数加1；
(5)失效计数未达到翻转阈值时维持扩展单元1的路由；
(6)重复(4)、(5)步，直至完成路由维护表中所有扩展单元及内部模块主备路由状态的更新；
(7)通用处理器模块将更新后的路由表写入本地路由表寄存器；
(8)重复步骤(2)～(7)，进行到第3个周期时，扩展单元1的失效计数累计到翻转阈值3，此时从路由维护表取出扩展单元1对应的掩码2#0000_0000_0010_0000#，与现有路由表做异或，更新路由表。
路由表中1个比特既可表征一个内部模块的主备状态，也可表征一个外部单机的主备状态，二者均称为从机主备状态。
出现新增从机时，主机从路由表中选用1个新的比特位表征该从机主备状态，同时在路由维护表中新增一行，包括掩码和判据位置信息，用掩码指征路由表新选用的比特位，用判据位置信息指征新增从机更新判据在本地缓存中位置。
同理，扩展单元1作为主机，由其下一级多个功能扩展模块作为从机，扩展单元1本地也存储着一张路由表和一张路由维护表，格式分别同表2、表3，具体工作流程与通用处理器模块相同，定周期进行二级路由的自主更新。如果所有从机均不具备下级产品，那么该结构退化为一级路由网络结构。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，其特征在于，由主机和多个从机组成二级网络结构，主机识别从机主备状态，从机识别下一级产品的主备状态，主从路由级联，主机采用路由表表征外部从机的通信状态，根据从机遥测更新情况，识别从机的主备状态，自主更新主机的本地路由表。
2.根据权利要求1所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：主机上电后，初始化通信路由表中所有从机为主份路由；
步骤S2：主机按照通信路由表，依次向所有从机发送状态采集指令；
步骤S3：主机等待设定时间后，依次接收从机返回的状态遥测，存储到本地缓存；
步骤S4：主机根据本地缓存中存储的从机遥测，依次根据从机遥测的更新状态，设定失效计数，根据失效计数与翻转阈值的比较，更新通信路由表中从机主备路由状态，主机将更新后的通信路由表写入本地路由表寄存器。
3.根据权利要求2所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41：主机从本地缓存中取出第一个从机的遥测，判断遥测更新状态，若遥测更新状态为已更新，则该路失效计数清0；若遥测更新状态为未更新，则该路失效计数加1；
步骤S42：若失效计数大于翻转阈值，则根据数据掩码更新该路从机路由，同时失效计数清0，否则，则维持该路路由。
4.根据权利要求2所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，其特征在于，主机发送指令时，根据通信路由表修改指令的APID主备信息位，标识正确的指令用户。
5.根据权利要求2所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，其特征在于，使用从机部分遥测作为更新判断依据，判据起始位置由路由维护表结构中“遥测判据起始位置”指定，允许遥测采集出现毛刺缺陷，设定翻转阈值。
6.根据权利要求2所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，其特征在于，通过掩码标识从机在路由表中的位置，执行现存通信路由表与掩码异或的操作，实现通信路由表的更新。
7.根据权利要求1所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址方法，其特征在于，如果所有从机均不存在下一级产品，则从机无需存储本地路由表，二级网络将退化为一级网络结构。
8.一种基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址系统，其特征在于，由主机和多个从机组成二级网络结构，主机识别从机主备状态，从机识别下一级产品的主备状态，主从路由级联，主机采用路由表表征外部从机的通信状态，根据从机遥测更新情况，识别从机的主备状态，自主更新主机的本地路由表。
9.根据权利要求8所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址系统，其特征在于，包括如下模块：
模块S1：主机上电后，初始化通信路由表中所有从机为主份路由；
模块S2：主机按照通信路由表，依次向所有从机发送状态采集指令；
模块S3：主机等待设定时间后，依次接收从机返回的状态遥测，存储到本地缓存；
模块S4：主机根据本地缓存中存储的从机遥测，依次根据从机遥测的更新状态，设定失效计数，根据失效计数与翻转阈值的比较，更新通信路由表中从机主备路由状态，主机将更新后的通信路由表写入本地路由表寄存器。
10.根据权利要求9所述的基于主从模式的双冗余设备间通信路由的寻址系统，其特征在于，所述模块S4包括：
模块S41：主机从本地缓存中取出第一个从机的遥测，判断遥测更新状态，若遥测更新状态为已更新，则该路失效计数清0；若遥测更新状态为未更新，则该路失效计数加1；
模块S42：若失效计数大于翻转阈值，则根据数据掩码更新该路从机路由，同时失效计数清0，否则，则维持该路路由。
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