CN112100238A - 一种船舶远程维修系统以及远程维修管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶远程维修系统包括维修实体、维修对等网以及对等网客户端，其中，维修实体包括设备制造厂、船舶运输公司等；维修对等网划分为四个层级的覆盖网络，第一层级覆盖网络为跨区域覆盖网络，跨区域覆盖网络根据地域分为不同区域的子覆盖网络，各个不同区域的子覆盖网络构成第二层级覆盖网络，每一个覆盖网络具有管理节点，管理节点用于维护覆盖网络的结构；对等网客户端，用于建立并维护维修对等网各覆盖网络节点的连接，执行不同层级覆盖网络之间的路由。通过本发明的系统能够将共享信息的分发控制在对其感兴趣的组织成员内部，实现了不同的维修实体之间的数据交互和协同操作，并且可以减小传输时间，提高路由效率。

Description

一种船舶远程维修系统以及远程维修管理方法

技术领域

本发明涉及船舶远程技术保障技术领域，具体涉及一种船舶远程维修系统以及远程维修管理方法。

背景技术

船舶装备的设备类型多，故障原因复杂，需要多个领域的专家或技术人员通力合作，才能尽可能的减少失误，提高维修效率。

本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：

当前远程维修领域中技术专家的合作还局限于同一组织内部的协调，远程维修或远程诊断系统采用服务器/客户之间点到点通信的集中式结构。然而远程维修力量的合作是一个复杂的任务，围绕呼叫中心为重点的集中式组织结构缺乏必要的灵活性和可扩展性。另外，由于船舶数据较为敏感，船载设备大多具有自己的知识产权，集中存储会限制远程维修系统的使用，而且只有通过访问策略和规则的用户，才可以读写船舶设备性能数据，所以对于船舶远程维修而言，安全性和隐私性也尤为重要。

由此可知，现有技术中存在不利于数据协同操作的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种船舶远程维修系统以及远程维修管理方法，用以解决或者至少部分解决现有技术中存在不利于数据协同操作的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种船舶远程维修系统，包括：

维修实体，包括设备制造厂、船舶运输公司、数据分析中心、搜救船舶、故障船舶、备件商、通信服务提供商、科研院所领域专家、维修工程师以及远程保障呼叫中心；

维修对等网，划分为四个层级的覆盖网络，其中，第一层级覆盖网络为跨区域覆盖网络，跨区域覆盖网络根据地域分为不同区域的子覆盖网络，各个不同区域的子覆盖网络构成第二层级覆盖网络，不同区域的覆盖网络根据维修实体的作用划分为不同维修实体的子覆盖网络，各个不同维修实体的子覆盖网络构成第三层级覆盖网络，不同维修实体的子覆盖网络根据研究领域划分为不同研究领域的子覆盖网络，各个不同研究领域的覆盖网络构成第四层级覆盖网络，每一个覆盖网络具有管理节点，管理节点用于维护覆盖网络的结构；

对等网客户端，用于建立并维护维修对等网各覆盖网络节点的连接，执行不同层级覆盖网络之间的路由。

在一种实施方式中，管理节点具体包括JSON消息接口，加入请求处理模块、身份验证模块、指向表计算模块以及离开请求处理模块，其中，JSON消息接口用于分别建立一个用以接收消息的TCP服务以及一个用以发送消息的TCP客户端，TCP服务用于接收待加入维修对等网的节点发送的“加入请求”消息以及待离开船舶远程维修系统的节点发送的“离开请求”；

加入请求处理模块，用于接收TCP服务转发的“加入请求”消息后，调用身份验证模块验证待加入维修对等网的节点的身份，当验证通过后，调用“指向表计算模块”生成第一指向表，其中，“指向表计算模块”用于维护与管理指向表，指向表包括路由表、邻节点表以及超级节点列表，路由表用于存储每个成员的后继节点的位置信息，邻节点表用于存储每个成员的邻居节点的位置信息，超级节点列表用于存储超级节点的信息，超级节点用于向覆盖网中分管的节点发送密钥；“指向表计算模块”将生成的第一指向表返回给“加入请求处理模块”，再由“加入请求处理模块”转发至JSON消息接口的TCP客户端，由TCP客户端转发至对应覆盖网络的超级节点；

离开请求处理模块用于接收TCP服务转发的“离开请求”消息后，调用“指向表计算模块”生成的第二指向表，并返回到离开请求处理模块，再通过JSON消息接口的TCP客户端将第二指向表发送至对应的节点，并通知超级节点。

在一种实施方式中，对等网客户端具体包括JSON消息接口、覆盖层操作模块、数据操作模块、FTP服务器/客户端、文件格式转换工具以及即时消息和视频会议软件，其中，JSON消息接口包含一个TCP客户和一个TCP服务，分别用于发送消息和接收消息，

覆盖层操作模块用于当对应的维修实体需要连接至覆盖网络时，完成加入流程、当其他成员修改了分布哈希表中指向的数据项时处理更新请求、发出简单查询与复杂查询指令以及从其他成员接收查询指令，其中，分布哈希表用以存储不同的数据项；

数据操作模块用于当有自己或其他成员发出检索指令时，在本成员维护的分布哈希表里查找是否有符合条件的数据项、当自己保持的分布哈希表数据被修改时执行数据更新流程、存储接收到的更新数据以及当某节点加入或离开时将该成员存储的文件传送至其他成员；

FTP服务器/客户端用于实现不同成员之间的文件传输；

文件格式转换工具，用于读写不同规范的船舶数据；

即时消息和视频会议软件，用于成员之间的通讯和视频会议。

基于同样的发明构思，本发明第二方面提供了一种基于权利要求1至3任一项权利要求所述系统的远程维修管理方法，包括：

维修实体加入维修对等网；

不同的维修实体之间通过维修对等网进行信息交互。

在一种实施方式中，一个维修实体为一个节点，维修实体通过对等网客户端加入维修对等网，包括：

待加入节点向它所属的覆盖网络的管理节点发送一个“加入请求”消息；

管理节点计算待加入节点的指向表，并将该指向表和覆盖网络中超级节点的地址封装到“接受响应”消息，再将“接受响应”消息返回至新加入节点；

管理节点计算受待加入节点影响的所有节点的指向表，并在“转发接受响应”消息里封装修改后的指向表，并转发“转发接受响应”消息至受影响节点；

当待加入节点从管理节点接收到“接受响应”消息后，向每一个后继节点、邻节点以及超级节点发送“连接请求”消息。

在一种实施方式中，一个维修实体为一个节点，所述方法还包括维修实体退出维修对等网，具体为：

待离开节点向它所属的覆盖网络的管理节点发送“离开请求”消息；

管理节点向待离开节点发送“文件传输请求”消息，使离开节点将存储在其分布哈希表上的所有文件传输至邻节点；

当文件传输完成后，通过邻节点向管理节点发送“文件传输响应”消息；

管理节点向待离开节点发送“离开允许”消息，表示该成员用户可以离开覆盖网；

管理节点计算修改后的指向表，并发送给待离开节点的邻居节点和超级节点。

在一种实施方式中，在维修实体加入维修对等网成为对应覆盖网络的成员之后，所述方法还包括更新存储的信息，具体为：

当发生更新时，更新数据节点向与其属于同一覆盖子网的超级节点以及存储有自己数据的其他节点发送“档案更新”消息；

对于存储有更新节点数据的其他子网成员，更新数据节点所属子网的超级节点在收到“档案更新”消息后，将“档案更新”消息转发至存储有该档案信息的不同子网的超级节点，然后通过不同子网对应的超级节点将“档案更新”消息转发给对应子网内存储有档案信息的成员。

在一种实施方式中，不同的维修实体之间通过维修对等网进行信息交互包括进行数据查询，具体为：

数据查询成员检查自身的分布哈希表是否包含目标数据项，目标数据项包括关键字；

如果本身的分布哈希表不包含目标数据项，数据查询成员在自身的路由表中查找标识符与该数据项关键字最接近的节点作为候选后继节点，并将查询指令转交给该候选后继节点；

候选后继节点检查自身分布哈希表是否包含目标数据项，如果找到，则返回，如果没有找到该数据项，则继续转发，直到找到为止。

在一种实施方式中，数据查询包括复杂查询，具体为：

查询成员并发地向其后继成员和邻居成员发出“查询请求”消息，通过后继成员和邻居成员处理该查询，检查自己是否存储满足部分查询条件的条目，向查询成员返回消息，如果存储了部分满足条件的数据，则在“查询响应”消息中返回该数据，否则“查询响应”中包含否认响应以及被查询成员的后续成员和邻居成员，其中，被查询成员为查询成员的后继成员和邻居成员；

查询成员收到了所有被查询成员返回的“查询响应”消息后，如果没有发现满足条件的条目，则发送“查询转发”消息给上一轮所有的被查询成员，“查询转发”消息包含查询条件和已经执行过该查询的成员列表；

当收到“查询转发”消息时，被查询成员检查其中的已执行过查询的成员列表，并把消息转发给尚未执行过该次查询的成员的后续成员和邻居成员；

查询成员再继续等待新的被查询成员返回的查询响应消息，直到查询者收到满足查询条件的条目。

在一种实施方式中，数据查询包括跨层查询，具体为：

当数据查询成员在自己的覆盖子网络执行简单或复杂查询，没有找到符合的数据项时，将查询消息发送到所述覆盖子网络的超级成员，由超级成员转发到其他层级覆盖网络的超级成员，以通过其他层级覆盖网络的超级成员执行查询操作。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

本发明提供的本发明一种船舶远程维修系统包括维修实体、维修对等网和对等网客户端，维修对等网，划分为四个层级的覆盖网络，每一个覆盖网络具有管理节点，管理节点用于维护覆盖网络的结构；对等网客户端，用于建立并维护维修对等网各覆盖网络节点的连接，执行不同层级覆盖网络之间的路由。维修对等网是一个基于结构化分层对等覆盖网络的合作平台，借鉴了分组社会网的思想来组织各个维修实体。这种分组形式，能够将共享信息的分发控制在对其感兴趣的组织成员内部，实现了不同的维修实体之间的数据交互和协同操作，并且可以减小传输时间，提高路由效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中维修对等网与保障单位的相互关系示意图；

图2为本发明实施例中维修对等网信息流示意图；

图3为本发明实施例中维修对等网层次结构图；

图4为本发明实施例中加入过程的消息交换时序图；

图5为本发明实施例中离开过程的消息交换时序图；

图6为本发明实施例中更新过程案例示意图；

图7为本发明实施例中简单查询机制的案例说明图；

图8为本发明实施例中复杂查询消息交换时序图；

图9为本发明实施例中复杂查询案例示意图；

图10为本发明实施例中管理节点软件结构图；

图11为本发明实施例中维修对等网客户端软件结构图。

具体实施方式

为了克服已有技术的缺陷，解决船舶维修保障的协同问题，本发明提出一种船舶远程维修系统。船舶远程维修系统的组织单元(维修实体)包括设备制造厂、船舶运输公司、数据分析中心、搜救船舶、故障船舶、备件商、通信服务提供商、科研院所领域专家、维修工程师以及远程保障呼叫中心等，为了保证这些资源单位能及时有效的合作运行，远程维修系统不仅需要能够采集、传输和存储船舶信息，而且应该能够快速组织合适的维修专家团队。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种船舶远程维修系统，包括：

维修实体，包括设备制造厂、船舶运输公司、数据分析中心、搜救船舶、故障船舶、备件商、通信服务提供商、科研院所领域专家、维修工程师以及远程保障呼叫中心；

维修对等网，划分为四个层级的覆盖网络，其中，第一层级覆盖网络为跨区域覆盖网络，跨区域覆盖网络根据地域分为不同区域的子覆盖网络，各个不同区域的子覆盖网络构成第二层级覆盖网络，不同区域的覆盖网络根据维修实体的作用划分为不同维修实体的子覆盖网络，各个不同维修实体的子覆盖网络构成第三层级覆盖网络，不同维修实体的子覆盖网络根据研究领域划分为不同研究领域的子覆盖网络，各个不同研究领域的覆盖网络构成第四层级覆盖网络，每一个覆盖网络具有管理节点，管理节点用于维护覆盖网络的结构；

对等网客户端，用于建立并维护维修对等网各覆盖网络节点的连接，执行不同层级覆盖网络之间的路由。

具体来说，维修对等网支持不同维修实体(组织或个人)之间各种复杂类型的信息交互，如图1所示。船载技术人员可以通过维修对等网搜索船舶维修资料或与远程专家交互咨询。例如某船舶在航行途中发生故障，需要更换某型零配件，这时可以访问维修对等网寻求帮助，维修对等网根据船舶的预定航线、保险范围、备件商地址和备件库存量等信息，为其寻找最合适的备件商列表。除此以外，维修对等网还支持更为复杂的信息交互。当船舶发生故障需要远程支援时，船舶本地技术人员输入故障设备类型及故障现象等，维修对等网可以代为搜索最合适的该故障领域的技术专家，并联系他们，向其提供所需的船舶档案、维修记录及在线监测数据。另外，维修对等网还支持故障预测及船舶在线状态监测功能，船舶采集的设备监测数据借助维修对等网可以发送到远程保障服务提供商，它通过后台强大的云计算能力和故障预测算法进行关联分析，判断船舶当前工作状态，并提供适合的维护保障方案。远程资源服务商也可以把计算结果输出给维修对等网，由其根据预案寻找合适的领域专家协同诊断，如果某一位专家没有空闲时，也可以根据规则搜索另外的候选专家，并在参与此次保障任务的专家和机构之间建立通信会话，信息流见图2。

本发明提供的维修对等网是一个基于结构化分层对等覆盖网络的合作平台，借鉴了分组社会网的思想来组织各个维修实体。这种分组形式，能够把共享信息的分发控制在对其感兴趣的组织成员内部，从而减小传输时间，提高路由效率。另外当要进行复杂信息检索时，查询命令也只用在少量节点之间传播，减少了泛洪操作。

在结构化维修对等网中，具有较大的计算能力和网络资源的节点称为超节点，由超节点负责不同组之间的节点信息传输，从而达到负载平衡和网络监测的目的。维修对等网按地域分成不同的区域覆盖网，同一区域的覆盖网又可按不同分类标准分成覆盖子网，这些分类标准包括：按保障作用分类(研究领域专家、维修技术专家、备件提供商、数据分析专家等)，按机构分类(维修厂、制造厂、呼叫中心、政府救援部门)，按类型分类(同一型号的船舶保障)。对等网中每一个成员都可以通过通信设备进行信息交互。

在具体的实施过程中，维修对等网包括4个层次，每一个层次包含独立的覆盖网络，如图3所示。这些覆盖网络提供的功能包括(1)维修实体之间的逻辑连接，(2)分布式存储机制，(3)覆盖网络路由功能。图4为维修对等网的层次结构，第3层根据维修实体的作用划分了不同的覆盖网络，包括(1)船舶类型子网，(2)保障结构子网；(3)领域专家子网；(4)工程技术人员子网；(5)其他保障力量子网。这些覆盖网络又可以进一步分成第4层子网，这些成员作用相似，但还有其他不同，比如专长或研究方向不同。例如第3层的领域专家，又可以包括几个第4层覆盖子网，分别是机械设备专家子网，电子设备专家子网，通信专家子网等，这样可以帮助船舶技术人员更加高效的寻找解决故障的专家,另外当某专家需要其他领域专家提供帮助时，也比较方便。保障结构子网也可进一步划分为呼叫中心子网、专用设备制造商子网、造船厂子网、保障单位子网，科研院所子网等，在保障结构里，因为领域专家是在上班时间通过所属单位提供服务，所以他们以覆盖网节点的形式提供服务。如此类似，其他维修成员也可以划分不同的覆盖网或覆盖子网，同一型号船舶划分成一个子网，有助于共享相同或相似的维修知识和维修资源。

第2层可按地域或管理区域划分，顶层负责不同区域的覆盖网互联，不同区域成员之间的互联也非常重要，例如某特殊故障可能需要不同区域的专家来提供帮助。多个超级成员的存在，可以保证某成员失效时，网络连接能继续工作。另外，每一个覆盖网都存在一个管理节点，他负责维护该覆盖网络的结构，当有新的成员加入或现有成员退出时都要通知管理界点进行登记或注销，管理节点必须安装防火墙或杀毒软件，以防被攻击。

安全方面，当某一用户加入维修对等网前，首先必须在授权中心注册，当用户身份通过认证后，授权中心给该用户提供数字证书，数字证书中包括用户名、密码和一对公钥和私钥，当用户与其他成员交换信息或在分布哈希表中存储消息时，可以用该公/私钥对加解密消息。另外，当该用户要维修对等网时，需要提前知道管理节点的IP地址和公钥，登录管理节点后，用户名和密码用于身份验证和授权，每一个成员按照授权的角色访问服务和数据，当成员之间交换消息时，发送者用接收者的公钥加密消息，接收者收到消息后再用自己的私钥解密。

在一种实施方式中，管理节点具体包括JSON消息接口，加入请求处理模块、身份验证模块、指向表计算模块以及离开请求处理模块，其中，JSON消息接口用于分别建立一个用以接收消息的TCP服务以及一个用以发送消息的TCP客户端，TCP服务用于接收待加入维修对等网的节点发送的“加入请求”消息以及待离开船舶远程维修系统的节点发送的“离开请求”；

加入请求处理模块，用于接收TCP服务转发的“加入请求”消息后，调用身份验证模块验证待加入维修对等网的节点的身份，当验证通过后，调用“指向表计算模块”生成第一指向表，其中，“指向表计算模块”用于维护与管理指向表，指向表包括路由表、邻节点表以及超级节点列表，路由表用于存储每个成员的后继节点的位置信息，邻节点表用于存储每个成员的邻居节点的位置信息，超级节点列表用于存储超级节点的信息，超级节点用于向覆盖网中分管的节点发送密钥；“指向表计算模块”将生成的第一指向表返回给“加入请求处理模块”，再由“加入请求处理模块”转发至JSON消息接口的TCP客户端，由TCP客户端转发至对应覆盖网络的超级节点；

离开请求处理模块用于接收TCP服务转发的“离开请求”消息后，调用“指向表计算模块”生成的第二指向表，并返回到离开请求处理模块，再通过JSON消息接口的TCP客户端将第二指向表发送至对应的节点，并通知超级节点。

具体来说，每一个覆盖网络中，管理节点和超级节点都属于安全实体，负责密钥分发和维护，管理节点还需要生成并更新密钥，并向超级节点提供密钥，超级节点负责向覆盖网中自己分管的节点发送密钥。

维修对等网采用一种类似chord的覆盖网络结构，并附加了以下新的属性，(1)每一个成员可以维护多个分布哈希表，每一类型信息对应一个分布哈希表，数据分组允许用户以多个角色身份登录系统，另外由于每一种用户角色的访问权限不同，更加便于对使用策略进行监管。(2)每一个维修对等网成员都可以更新他存储或拥有的文件，例如专家可以修改他的个人信息和当前休闲状态，当某段信息被修改后，所有与该信息关联的成员都将得到通知。(3)维修对等网支持复杂查询。结构化对等覆盖网不支持具有多个检索规则的查询，即复杂查询。为此需要一种增强型路由机制，支持复杂查。

类似于chord，维修对等网中每一个成员都有一个成员ID号作为标志符，所有的成员标志符形成一个环形标志符空间，每个成员根据它在环形标志符空间的顺序，形成一个逻辑连接，每一个节点都与一批后继节点连接，成员与他的第i个后继节点之间的距离为2ⁱ次逻辑跳步。如果覆盖网有N个成员，为了保持网络的稳定性和路由效率，每一个成员至少应该维护log₂N个后继节点。存储在分布哈希表中的每一个数据项都有一个关键字作为标志符，数据项的关键字与成员ID号共享同一个标志符空间。

下面，进一步说明数据项在维修对等网成员之间的分发规则。如果一个数据项的关键字大于等于某成员的成员标志符，并小于它的第一个后继节点的成员标志符，则该成员存储这个数据项。每一个成员都维护一个路由表，用于存储其后继节点的位置信息。除了后继节点，成员也可以与标志符与自己标志符最近的节点(邻居节点)通信，这些节点都存储邻节点表中，路由表和邻节点表都合并存储在指向表中。

船舶远程维修系统包括管理节点和维修对等网客户端，通过维修对等网客户端，维修实体(机构或个人)进入系统，并根据自己所处的地点、作用以及专长成为对应覆盖层的成员。客户端负责建立并维护与维修对等网各覆盖子网成员的连接，执行覆盖层之间的路由、保存和检索对象。管理节点是维修对等网的入口，它维护成员之间的逻辑连接。

管理节点的软件结构如图10所示。为了与维修对等网客户端进行消息传输，管理节点可以基于JSON RPC库实现JSON消息接口，JSON消息接口分别建立一个TCP服务以接收消息和一个TCP客户端以发送消息。一旦收到“加入请求”消息，JSON消息接口通知“加入请求处理模块”，该模块首先调用身份验证模块检查欲加入维修对等网的成员安全证书，如果通过论证，就可以授权该用户成为某特征覆盖子网正式成员，并允许其访问相关资源，当授权成功后，“加入请求处理模块”调用“指向表计算模块”产生新的路由表和邻节点表，同时“指向表计算模块”也提供超级节点列表的一部分，其中包含1个主要超级节点以及部分二级超级节点。生成的结果返回给“加入请求处理模块”，他再转发至JSON消息接口的TCP客户端，由其将新的指向表转发给本子网的超级节点。

如果某成员要离开系统，则执行相反的流程。JSON消息接口的TCP服务收到该消息后，与“离开请求处理模块”交互，再调用“指向表计算模块”，新的路由表和邻节点表需要重新计算，结果同样返回到“离开请求处理模块”，再到JSON消息接口的TCP客户端，它负责将更新后的路由表和邻节点表发送至对应的成员，并通知超级成员其下属成员已经离开。

在一种实施方式中，对等网客户端具体包括JSON消息接口、覆盖层操作模块、数据操作模块、FTP服务器/客户端、文件格式转换工具以及即时消息和视频会议软件，其中，JSON消息接口包含一个TCP客户和一个TCP服务，分别用于发送消息和接收消息，

覆盖层操作模块用于当对应的维修实体需要连接至覆盖网络时，完成加入流程、当其他成员修改了分布哈希表中指向的数据项时处理更新请求、发出简单查询与复杂查询指令以及从其他成员接收查询指令，其中，分布哈希表用以存储不同的数据项；

数据操作模块用于当有自己或其他成员发出检索指令时，在本成员维护的分布哈希表里查找是否有符合条件的数据项、当自己保持的分布哈希表数据被修改时执行数据更新流程、存储接收到的更新数据以及当某节点加入或离开时将该成员存储的文件传送至其他成员；

FTP服务器/客户端用于实现不同成员之间的文件传输；

文件格式转换工具，用于读写不同规范的船舶数据；

即时消息和视频会议软件，用于成员之间的通讯和视频会议。

具体来说，客户端如图11所示。维修对等网客户端的关键模块如图所示，JSON消息接口负责本成员与其他成员、超级成员或管理节点之间交互信息，如管理节点一样，它也包含一个TCP客户和一个TCP服务组成，分别用于发送和接收消息。

实施例二

基于同样的发明构思，本发明实施例二提供了一种基于实施例一所述系统的远程维修管理方法，包括：

维修实体加入维修对等网；

不同的维修实体之间通过维修对等网进行信息交互。

在一种实施方式中，一个维修实体为一个节点，维修实体通过对等网客户端加入维修对等网，包括：

待加入节点向它所属的覆盖网络的管理节点发送一个“加入请求”消息；

管理节点计算待加入节点的指向表，并将该指向表和覆盖网络中超级节点的地址封装到“接受响应”消息，再将“接受响应”消息返回至新加入节点；

管理节点计算受待加入节点影响的所有节点的指向表，并在“转发接受响应”消息里封装修改后的指向表，并转发“转发接受响应”消息至受影响节点；

当待加入节点从管理节点接收到“接受响应”消息后，向每一个后继节点、邻节点以及超级节点发送“连接请求”消息。

具体来说，覆盖网络的生成与维护方法包括覆盖网成员的加入过程，如图4所示。当一个成员(节点)试图加入覆盖网时，

第1步：向它所属的覆盖网管理节点发送一个“加入请求”消息；

第2步：管理节点计算新加入成员的指向表，并将该指向表和子网中超级节点的地址封装到“接受响应”消息，再把“接受响应”消息返回至新加入节点；

第3步：管理节点还要计算受新加入节点影响的所有节点(即受影响节点)的指向表(包括路由表和邻节点表)，并在“转发接受响应”消息里封装修改后的指向表，并转发“转发接受响应”消息至受影响节点；

第4步：当新加入节点从管理节点接收到“接受响应”消息后，它向每一个后继节点、邻节点以及超级节点发送“连接请求”消息。需要说明的是，如果没有特别说明，本发明中的节点和成员表示相同的含义，都表示一个覆盖网络中的组成成员。

在一种实施方式中，一个维修实体为一个节点，所述方法还包括维修实体退出维修对等网，具体为：

待离开节点向它所属的覆盖网络的管理节点发送“离开请求”消息；

管理节点向待离开节点发送“文件传输请求”消息，使离开节点将存储在其分布哈希表上的所有文件传输至邻节点；

当文件传输完成后，通过邻节点向管理节点发送“文件传输响应”消息；

管理节点向待离开节点发送“离开允许”消息，表示该成员用户可以离开覆盖网；

管理节点计算修改后的指向表，并发送给待离开节点的邻居节点和超级节点。

具体来说，下面描述覆盖网成员的退出过程，如图5所示。

当某成员决定离开某覆盖网时，第1步：它向管理节点发送“离开请求”消息；

第2步：随后管理节点向欲离开节点发送“文件传输请求”消息，要求离开节点把存储在其分布哈希表上的所有文件传输至邻节点；

第3步：当文件传输完成后，这些邻节点向管理节点发送“文件传输响应”消息；

第4步：管理节点向离开节点发送“离开允许”消息，表示该成员用户可以离开覆盖网；

第5步：管理节点计算修改后的指向表，并发送给离开节点的邻居和超级节点。

在一种实施方式中，在维修实体加入维修对等网成为对应覆盖网络的成员之后，所述方法还包括更新存储的信息，具体为：

当发生更新时，更新数据节点向与其属于同一覆盖子网的超级节点以及存储有自己数据的其他节点发送“档案更新”消息；

对于存储有更新节点数据的其他子网成员，更新数据节点所属子网的超级节点在收到“档案更新”消息后，将“档案更新”消息转发至存储有该档案信息的不同子网的超级节点，然后通过不同子网对应的超级节点将“档案更新”消息转发给对应子网内存储有档案信息的成员。

具体来说，成员可以更新自己的档案文件(存储的信息)，例如专家出差或没有空闲时间时，可修改自己的空闲状态字段，或重新安排调度结果。当发生更新时，该成员向与其属于同一覆盖子网(第4层)的超级节点以及存储有自己数据的其他节点发送“档案更新”消息。对于存储有更新节点数据的其他子网成员，更新数据的成员所属子网的超级节点在收到“档案更新”消息后，将“档案更新”消息转发至存储有该档案信息的不同子网的超级节点，随后超级节点再将这些消息转发给本子网内存储有该信息的成员。

例如某机电组专家A(属于第4层机电专家覆盖子网)发送“档案更新”消息给本子网超级成员SP1，同时也把该消息发给复制有A的档案数据的本子网其他成员1、成员8和成员14。SP1再把A的“档案更新”消息通过第3层的保障专家子网转发给第4层的电气专家组子网的超级成员SP2，SP2随后把A的“档案更新”发给存储A档案数据的本子网成员1，成员5和成员6，如图6所示。

在一种实施方式中，不同的维修实体之间通过维修对等网进行信息交互包括进行数据查询，具体为：

数据查询成员检查自身的分布哈希表是否包含目标数据项，目标数据项包括关键字；

如果本身的分布哈希表不包含目标数据项，数据查询成员在自身的路由表中查找标识符与该数据项关键字最接近的节点作为候选后继节点，并将查询指令转交给该候选后继节点；

候选后继节点检查自身分布哈希表是否包含目标数据项，如果找到，则返回，如果没有找到该数据项，则继续转发，直到找到为止。

具体来说，下面描述维修对等网的搜索机制。对于简单查询而言，当一个成员按关键字搜索对应的数据项时，

第1步：检查自己的分布哈希表是否包含该数据项；

第2步：如果本身的分布哈希表不包含该数据项，搜索成员在自己的后继节点中查找标识符与该数据项关键字最接近的节点，把该搜索指令转交给该后继节点；

第3步：后继节点如果在它的分布哈希表中也没有找到该数据项，则循环递归下去，直到找到为止。

如图7描述了一个简单查询算法的搜索过程，某机电专家组成员1，其标志符为1，搜索关键字为12的数据，它是同一覆盖层的另一名机电专家的档案数据，由于成员1本身的分布哈希表中没有存储该数据项，他查询成员9，成员9也没有关键字12，于是转发查询至成员11，成员11找到12号关键字，并把该关键字对应的数据返回至成员1。

在一种实施方式中，数据查询包括复杂查询，具体为：

查询成员并发地向其后继成员和邻居成员发出“查询请求”消息，通过后继成员和邻居成员处理该查询，检查自己是否存储满足部分查询条件的条目，向查询成员返回消息，如果存储了部分满足条件的数据，则在“查询响应”消息中返回该数据，否则“查询响应”中包含否认响应以及被查询成员的后续成员和邻居成员，其中，被查询成员为查询成员的后继成员和邻居成员；

查询成员收到了所有被查询成员返回的“查询响应”消息后，如果没有发现满足条件的条目，则发送“查询转发”消息给上一轮所有的被查询成员，“查询转发”消息包含查询条件和已经执行过该查询的成员列表；

当收到“查询转发”消息时，被查询成员检查其中的已执行过查询的成员列表，并把消息转发给尚未执行过该次查询的成员的后续成员和邻居成员；

查询成员再继续等待新的被查询成员返回的查询响应消息，直到查询者收到满足查询条件的条目。

具有多个查询条件的命令称为复杂查询，时序图如图8所示。当某成员(IM，查询成员)发出复杂查询时，

第1步：它并发的向其后继成员(SMs(IM))和邻居成员(NMs(IM))发出“查询请求”消息，接收者(即查询成员的后继成员(SMs(IM))和邻居成员(NMs(IM)))处理该查询，检查自己是否存储了满足部分查询条件的条目，向查询成员返回消息，如果存储了部分满足条件的数据，则在“查询响应”消息中返回该数据，否则“查询响应”中包含否认响应以及被查询成员的后续成员和邻成员；

第2步：查询成员收到了所有被查询成员返回的“查询响应”消息后，如果没有发现满足条件的条目，则发送“查询转发”消息给上一轮被查询的所有成员，“查询转发”消息除了包含查询条件外，还包含已经执行过该查询的成员列表；

第3步：一旦收到“查询转发”消息，被查询成员(SMs(IM)和NMs(IM))检查其中的已执行过查询的成员列表，并把消息转发给尚未执行过该次查询的它的后续成员(SMs(SMs(IM))和SMs(NMs(IM)))和邻居成员(NMs(SMs(IM))和NMs(NMs(IM)))；

第4步：查询成员再继续等待新的被查询者返回的查询响应消息。这样每一轮查询中查询指令都被广播到新的成员，当查询者收到满足查询条件的条目后，算法停止。

该查询算法有两个优点，(1)由于执行过查询的成员不再重复执行相同的查询，避免了冗余查询；(2)当预先设定数量的条目被找到后，算法停止。而其他复杂查询策略需要遍历整个覆盖网络，相比而言，本算法减少了泛洪现象带来的流量冲击。

举例说明如下，如图9所示。大部分故障船舶都有较为固定的技术保障结构或专家，有时也会咨询同类型船舶或装有同类型设备的技术人员，例如某船舶主机出现排气系统故障，为此需要寻找对其较为熟悉的专家，如果该专家没有空闲或无法解决问题，则维修对等网搜索同类型船舶覆盖子网的专家，即处理过类似设备故障的专家，搜索条件包括维修经验、专业等级、学历职称等，这属于复杂查询。船载技术人员即成员1首先查询后继节点2,3,5,9以及邻成员2和16，如果这些成员也都回应无法解决或没有时间，成员1请求这些成员把查询转发至行它们尚未执行该次查询的后续成员及邻成员，利于后续节点2查询成员4,6,10。如果找到可用的专家而且他接受此次请求，维修对等网再向该专家发送请求加入维修消息。

在一种实施方式中，数据查询包括跨层查询，具体为：

当数据查询成员在自己的覆盖子网络执行简单或复杂查询，没有找到符合的数据项时，将查询消息发送到所述覆盖子网络的超级成员，由超级成员转发到其他层级覆盖网络的超级成员，以通过其他层级覆盖网络的超级成员执行查询操作。

具体地，维修对等网还支持跨层查询。当某成员在自己的覆盖子网执行简单或复杂查询，而没有找到符合的对象时，它可以将该消息发送到超级成员，由超级成员转发到其他覆盖层的超级成员，如果在其他覆盖子网的某成员找到请求的数据，该成员再通过这两个覆盖网络的超级成员，将数据项传回至原来的查询成员，如果跨层查询也不成功，则表明系统不存在请求的信息。

维修对等网是一个分布式的事件驱动的合作平台，他使得船舶维修人员协同工作，既是维修资源的提供者，同时也是使用者，维修过程中随着合作过程中激发的事件不断推进，这种方式能够提高远程维修的及时性和效率。

下面举例说明维修对等网的工作流程。假设某船舶主机冷却系统工作不正常，船上技术人员X采集了最近监测的淡水、海水温度、压力流量等数据，X从这些数据中无法确认是淡水管堵塞还是海水过滤器堵塞。于是X采取以下步骤：(1)连接维修对等网，搜索到了专业数据分析中心LC,它为有资质的专业保障结构，并与该船所属公司有长期合作关系(这属于复杂查询)；(2)通过维修对等网提供的任务调度服务，请求LC根据监测数据进行数据关联分析和智能故障诊断；(3)执行简单查询，搜索一名冷却系统专家，如果在X所属的对等网节点分布哈希表中没有找到合适的专家，该船舶发出复杂查询命令，按专业领域、当前可用状态、解决故障的经验等多个条件搜索，该查询通过X所属覆盖子网的超级成员转发至主机冷却系统专家的覆盖层。发出该查询的X最后接收到1个满足复杂查询条件的专家Y的响应消息，假设也接收到LC的分析结果。Y在检测LC分析结果的时候，如果还需要故障船舶的历史维修记录，同样可以向维修机构所属覆盖子网发出查询指令，在这个过程中，Y与X二者之间可以建立一个视频会议，讨论维修方案同时，X也可以邀请LC进入视频会议，请求其提供数据分析的详细结果以及其他信息。维修方案可能包括提供一个新的海水滤器配件，这就需要通过系统执行复杂查询，搜索条件包括备件价格、船舶当前航线、备件品牌等，维修对等网在备件商覆盖层搜索合适的配件提供商。

本发明的主要优点包括：

远程技术力量实体(包括技术人员和领域专家)之间的高效合作决定了远程维修的服务质量，而这个分布式的协作系统，可以看作是维修对等网络的一种表现形式。(1)维修对等网络的自组织性可以充分体现大规模分布式而且动态组织的船舶维修过程；(2)由于维修对等网络在部分节点发生故障时还能继续提供服务，这也一定程度上保证了维修网络的鲁棒性；(3)在维修保障方案的实施过程中远程专家需要经常访问故障船舶的监测数据和历史记录，维修对等网络的数据复制机制，也能保证信息检索的快速可靠。因此维修对等网络是保障各个异构维修单元协同工作的最佳解决方案。

由于本发明实施例二所介绍的方法，为基于本发明实施例一中基于船舶远程维修系统所实现的方法，故而基于本发明实施例一所介绍的系统，本领域所属人员能够了解该方法的具体实施形式，故而在此不再赘述。凡是基于本发明实施例一的系统所实现的方法都属于本发明所欲保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种船舶远程维修系统，其特征在于，包括：

维修实体，包括设备制造厂、船舶运输公司、数据分析中心、搜救船舶、故障船舶、备件商、通信服务提供商、科研院所领域专家、维修工程师以及远程保障呼叫中心；

维修对等网，划分为四个层级的覆盖网络，其中，第一层级覆盖网络为跨区域覆盖网络，跨区域覆盖网络根据地域分为不同区域的子覆盖网络，各个不同区域的子覆盖网络构成第二层级覆盖网络，不同区域的覆盖网络根据维修实体的作用划分为不同维修实体的子覆盖网络，各个不同维修实体的子覆盖网络构成第三层级覆盖网络，不同维修实体的子覆盖网络根据研究领域划分为不同研究领域的子覆盖网络，各个不同研究领域的覆盖网络构成第四层级覆盖网络，每一个覆盖网络具有管理节点，管理节点用于维护覆盖网络的结构；

对等网客户端，用于建立并维护维修对等网各覆盖网络节点的连接。

2.如权利要求1所述的船舶远程维修系统，其特征在于，管理节点具体包括JSON消息接口，加入请求处理模块、身份验证模块、指向表计算模块以及离开请求处理模块，其中，JSON消息接口用于分别建立一个用以接收消息的TCP服务以及一个用以发送消息的TCP客户端，TCP服务用于接收待加入维修对等网的节点发送的“加入请求”消息以及待离开船舶远程维修系统的节点发送的“离开请求”；

加入请求处理模块，用于接收TCP服务转发的“加入请求”消息后，调用身份验证模块验证待加入维修对等网的节点的身份，当验证通过后，调用“指向表计算模块”生成第一指向表，其中，“指向表计算模块”用于维护与管理指向表，指向表包括路由表、邻节点表以及超级节点列表，路由表用于存储每个成员的后继节点的位置信息，邻节点表用于存储每个成员的邻居节点的位置信息，超级节点列表用于存储超级节点的信息，超级节点用于向覆盖网中分管的节点发送密钥；“指向表计算模块”将生成的第一指向表返回给“加入请求处理模块”，再由“加入请求处理模块”转发至JSON消息接口的TCP客户端，由TCP客户端转发至对应覆盖网络的超级节点；

离开请求处理模块用于接收TCP服务转发的“离开请求”消息后，调用“指向表计算模块”生成的第二指向表，并返回到离开请求处理模块，再通过JSON消息接口的TCP客户端将第二指向表发送至对应的节点，并通知超级节点。

3.如权利要求1所述的船舶远程维修系统，其特征在于，对等网客户端具体包括JSON消息接口、覆盖层操作模块、数据操作模块、FTP服务器/客户端、文件格式转换工具以及即时消息和视频会议软件，其中，JSON消息接口包含一个TCP客户和一个TCP服务，分别用于发送消息和接收消息，

覆盖层操作模块用于当对应的维修实体需要连接至覆盖网络时，完成加入流程、当其他成员修改了分布哈希表中指向的数据项时处理更新请求、发出简单查询与复杂查询指令以及从其他成员接收查询指令，其中，分布哈希表用以存储不同的数据项；

数据操作模块用于当有自己或其他成员发出检索指令时，在本成员维护的分布哈希表里查找是否有符合条件的数据项、当自己保持的分布哈希表数据被修改时执行数据更新流程、存储接收到的更新数据以及当某节点加入或离开时将该成员存储的文件传送至其他成员；

FTP服务器/客户端用于实现不同成员之间的文件传输；

文件格式转换工具，用于读写不同规范的船舶数据；

即时消息和视频会议软件，用于成员之间的通讯和视频会议。

4.一种基于权利要求1至3任一项权利要求所述船舶远程维修系统的远程维修管理方法，其特征在于，包括：

维修实体加入维修对等网；

不同的维修实体之间通过维修对等网进行信息交互。

5.如权利要求4所述的远程维修管理方法，其特征在于，一个维修实体为一个节点，维修实体通过对等网客户端加入维修对等网，包括：

待加入节点向它所属的覆盖网络的管理节点发送一个“加入请求”消息；

管理节点计算待加入节点的指向表，并将该指向表和覆盖网络中超级节点的地址封装到“接受响应”消息，再将“接受响应”消息返回至新加入节点；

管理节点计算受待加入节点影响的所有节点的指向表，并在“转发接受响应”消息里封装修改后的指向表，并转发“转发接受响应”消息至受影响节点；

当待加入节点从管理节点接收到“接受响应”消息后，向每一个后继节点、邻节点以及超级节点发送“连接请求”消息。

6.如权利要求4所述的远程维修管理方法，其特征在于，一个维修实体为一个节点，所述方法还包括维修实体退出维修对等网，具体为：

待离开节点向它所属的覆盖网络的管理节点发送“离开请求”消息；

管理节点向待离开节点发送“文件传输请求”消息，使离开节点将存储在其分布哈希表上的所有文件传输至邻节点；

当文件传输完成后，通过邻节点向管理节点发送“文件传输响应”消息；

管理节点向待离开节点发送“离开允许”消息，表示该成员用户可以离开覆盖网；

管理节点计算修改后的指向表，并发送给待离开节点的邻居节点和超级节点。

7.如权利要求4所述的远程维修管理方法，其特征在于，在维修实体加入维修对等网成为对应覆盖网络的成员之后，所述方法还包括更新存储的信息，具体为：

当发生更新时，更新数据节点向与其属于同一覆盖子网的超级节点以及存储有自己数据的其他节点发送“档案更新”消息；

对于存储有更新节点数据的其他子网成员，更新数据节点所属子网的超级节点在收到“档案更新”消息后，将“档案更新”消息转发至存储有该档案信息的不同子网的超级节点，然后通过不同子网对应的超级节点将“档案更新”消息转发给对应子网内存储有档案信息的成员。

8.如权利要求4所述的远程维修管理方法，其特征在于，不同的维修实体之间通过维修对等网进行信息交互包括进行数据查询，具体为：

数据查询成员检查自身的分布哈希表是否包含目标数据项，目标数据项包括关键字；

如果本身的分布哈希表不包含目标数据项，数据查询成员在自身的路由表中查找标识符与该数据项关键字最接近的节点作为候选后继节点，并将查询指令转交给该候选后继节点；

候选后继节点检查自身分布哈希表是否包含目标数据项，如果找到，则返回，如果没有找到该数据项，则继续转发，直到找到为止。

9.如权利要求8所述的远程维修管理方法，其特征在于，数据查询包括复杂查询，具体为：

查询成员并发地向其后继成员和邻居成员发出“查询请求”消息，通过后继成员和邻居成员处理该查询，检查自己是否存储满足部分查询条件的条目，向查询成员返回消息，如果存储了部分满足条件的数据，则在“查询响应”消息中返回该数据，否则“查询响应”中包含否认响应以及被查询成员的后续成员和邻居成员，其中，被查询成员为查询成员的后继成员和邻居成员；

查询成员收到了所有被查询成员返回的“查询响应”消息后，如果没有发现满足条件的条目，则发送“查询转发”消息给上一轮所有的被查询成员，“查询转发”消息包含查询条件和已经执行过该查询的成员列表；

当收到“查询转发”消息时，被查询成员检查其中的已执行过查询的成员列表，并把消息转发给尚未执行过该次查询的成员的后续成员和邻居成员；

查询成员再继续等待新的被查询成员返回的查询响应消息，直到查询者收到满足查询条件的条目。

10.如权利要求8所述的远程维修管理方法，其特征在于，数据查询包括跨层查询，具体为：

当数据查询成员在自己的覆盖子网络执行简单或复杂查询，没有找到符合的数据项时，将查询消息发送到所述覆盖子网络的超级成员，由超级成员转发到其他层级覆盖网络的超级成员，以通过其他层级覆盖网络的超级成员执行查询操作。

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