CN112436929B - 一种混合双通道热冗余近场通信的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本实施例公开了一种混合双通道热冗余近场通信的方法及装置，涉及航天通信领域。其中，该方法包括：接收发送端通过通信通道传来的导频信号并发送至接收端；接收所述接收端传来的时间延迟并通过所述通信通道发送至所述发送端；根据所述时间延迟在所述通信通道中传输通信数据。通过采用此方法，不仅提升通信的可靠性，而且还降低至少一半的介质成本和重量，能够带来更多的经济效益。

Description

一种混合双通道热冗余近场通信的方法及装置

技术领域

本公开涉及航天通信领域，具体涉及一种混合双通道热冗余近场通信的方法及装置。

背景技术

在航空航天、武器装备等领域，高速数据总线有着广泛的应用，其相比传统民用通信系统而言，这些总线技术在可靠性和时延方面具有更高的要求。一些成熟的技术标准包括：很早期的MIL-STD-1553B标准、基于光纤的FC-AE-1553草案、以太网的AFDX标准等。

有线介质对信号提供了稳定的通道，使得通信系统能够稳定的运行在各种环境中。然而有线介质也可能随着载体的震动或外部环境的变化而逐渐发生老化或故障，从而导致整个通信系统出现错误。尤其在商业航天领域，可重复使用的航天器正成为一种新的发展趋势，这就对通信网络的寿命提出了更高的要求；同时，有线介质存在一定的重量和体积，很大程度上限制了航天装备的有效载荷比，因此在航空航天、武器装备等领域更倾向于将有线介质替换为无线通信系统，应用无线通信系统总线技术示意图如图1所示，将航天器中各节点的之间的有线介质均替换成无线介质，由于去除了有线介质的约束，设备可以更加轻型化并且不会发生连接头老化或松动等现象。

为了提高通信系统的可靠性，通信系统往往采用双通道传输方法，也就是信号的收发通过两个独立的通道来进行，不仅需要消耗大量介质材料，通信成本较高，而且在一些新型的场景（例如可回收式的航天器）中，高频的震动和长期的使用可能带来有线介质可靠性的下降，例如光纤接口松动或破损等故障；因此亟需一种降低通信成本、提升通信可靠性的方法。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本公开实施例提出了一种混合双通道热冗余近场通信的方法及装置，能够解决现有技术中存在的有线通信介质易损耗、通信可靠性较低等问题。

本公开实施例的第一方面提供了一种混合双通道热冗余通信的方法，包括：

接收发送端通过通信通道传来的导频信号并发送至接收端；

接收所述接收端传来的时间延迟并通过所述通信通道发送至所述发送端；

根据所述时间延迟在所述通信通道中传输通信数据。

在一些实施例中，所述通信通道具体包括：无线信道和有线信道。

在一些实施例中，所述时间延迟具体包括：所述接收端接收所述无线通道传来的导频信号所用时间，相对于接收所述有线通道传来的导频信号所用时间的时间延迟差。

在一些实施例中，所述方法还包括：通过所述无线通道发送数据的发送时间相较于通过所述有线通道发送数据的发送时间至少提前了一个所述时间延迟差。

在一些实施例中，所述无线通道至少占据一个OFDM帧。

在一些实施例中，所述方法还包括：对所述通信通道进行资源分配或者对所述通信数据进行分配。

在一些实施例中，对所述通信数据进行分配具体包括：对所述通信数据的长度和/或大小进行调整。

本公开实施例的第二方面提供了一种混合双通道热冗余通信的装置，包括：

第一接收模块，用于接收发送端通过通信通道传来的导频信号并发送至接收端；

第二接收模块，用于接收所述接收端传来的时间延迟并通过所述通信通道发送至所述发送端；

数据传输模块，用于根据所述时间延迟在所述通信通道中传输通信数据。

在一些实施例中，所述通信通道具体包括：无线信道和有线信道。

在一些实施例中，所述装置还包括分配模块，用于对所述通信通道进行资源分配或者对所述通信数据进行分配。

本公开实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：

存储器以及一个或多个处理器；

其中，所述存储器与所述一个或多个处理器通信连接，所述存储器中存储有可被所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令被所述一个或多个处理器执行时，所述电子设备用于实现如前述各实施例所述的方法。

本公开实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被计算装置执行时，可用来实现如前述各实施例所述的方法。

本公开实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，可用来实现如前述各实施例所述的方法。

本公开实施例的有益效果是：通过混合双通道发送和接收来自发送端和接收端的相关数据信息，并传输通信数据，不仅提升通信的可靠性，而且还降低至少一半的介质成本和重量，能够带来更多的经济效益。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本公开的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本公开进行任何限制，在附图中：

图1是根据本公开的一些实施例所示的一种应用无线通信系统总线技术示意图；

图2是根据本公开的一些实施例所示的一种通信系统的示意图；

图3是根据本公开的一些实施例所示的一种使用FC-AE-1553协议的总线拓扑结构示意图；

图4是根据本公开的一些实施例所示的一种MIMO空间复用的发送信号的示意图；

图5是根据本公开的一些实施例所示的一种MIMO空间复用的接收信号的示意图；

图6是根据本公开的一些实施例所示的一种混合双通道热冗余通信的方法流程图；

图7是根据本公开的一些实施例所示的发送端在相同发送时间在有线通道和无线通道发送数据包的示意图；

图8是根据本公开的一些实施例所示的接收端接收两个数据包的示意图；

图9是根据本公开的一些实施例所示的发送端在使用时间延迟差提前发送的两个通道的情况示意图；

图10是根据本公开的一些实施例所示的接收端收到两个数据包的示意图；

图11是根据本公开的一些实施例所示的一种混合双通道热冗余通信的装置的结构示意图；

图12是根据本公开的一些实施例所示的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，通过示例阐述了本公开的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本公开显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本公开中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。

应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本公开所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。

本公开所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本公开范围。如本公开说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。

参看下面的说明以及附图，本公开的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本公开的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。

本公开中使用了多种结构图用来说明根据本公开的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本公开。本公开的保护范围以权利要求为准。

在航空航天、武器装备等领域，高速数据总线有着广泛的应用，其相比传统民用通信系统而言，这些总线技术在可靠性和时延方面具有更高的要求。一些成熟的技术标准包括：很早期的MIL-STD-1553B标准、基于光纤的FC-AE-1553草案、以太网的AFDX标准等。

有线介质对信号提供了稳定的通道，使得通信系统能够稳定的运行在各种环境中。然而有线介质也可能随着载体的震动或外部环境的变化而逐渐发生老化或故障，从而导致整个通信系统出现错误。尤其在商业航天领域，可重复使用的航天器正成为一种新的发展趋势，这就对通信网络的寿命提出了更高的要求；同时，有线介质存在一定的重量和体积，很大程度上限制了航天装备的有效载荷比，因此在航空航天、武器装备等领域更倾向于将有线介质替换为无线通信系统，应用无线通信系统总线技术示意图如图1所示，将航天器中各节点的之间的有线介质均替换成无线介质，由于去除了有线介质的约束，设备可以更加轻型化并且不会发生连接头老化或松动等现象。

为了提高通信系统的可靠性，通信系统往往采用双通道传输方法，也就是信号的收发通过两个独立的通道来进行，不仅需要消耗大量介质材料，通信成本较高，而且在一些新型的场景（例如可回收式的航天器）中，高频的震动和长期的使用可能带来有线介质可靠性的下降，例如光纤接口松动或破损等故障；因此亟需一种降低通信成本、提升通信可靠性的方法。

本公开实施例中还给出了一种通信系统的示例，如图2所示，其中，通信系统包括发送端和接收端；其中，发送端、接收端均至少包括链路控制端；发送端、接收端分别与双通道管理层连接。发送端和接收端通过与双通道管理层连接的有线通道和/或无线通道进行通信。

其中，链路控制层用于实现上层数据的分包组包、HARQ重传与差错控制、路由协议等功能。在双通道管理层，两份冗余数据被分配到无线通道和有线通道并由两个通道独立完成发送；例如，无线通道可以使用基于2.4GHz分米波载频的OFDM（Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用技术）多载波调制通道，而有线通道则采用曼彻斯特码调制的光纤通道。

在一些实施例中，通信系统可以应用不同的拓扑结构和通信协议，例如一个使用FC-AE-1553协议的总线拓扑结构可以由图3所示；其中，NC和NT的链路控制层采用了主从式的FC-AE-1553协议，并且在双通道管理层处信号被分到光信号调制通路和无线信号调制通路；其中，光信号调制通路与传统的双通道FC-AE-1553的一个通道保持一致；而另外一个通道则是通过无线链路建立的连接。由于并不存在实体的介质，在图中我们用虚线标识该无线通路。其他拓扑结构和更多冗余通道的方案均可从以下方法中简单拓展得到。

在一些实施例中，无线通路可以采用较为成熟的基于OFDM多载波调制的多输入多输出传输系统（OFDM-MIMO），具体的信号发送和接收过程可以如图4和图5所示。

进一步地，以信号发送的过程为例进行说明；图4中MIMO Processing可以使用发送分集（Transmitter Diversity）的方式发送数据，例如STBC、SFBC的编码方式，此时多个数据包必须为相同的数据包；或者MIMO Processing可以使用空间复用的方式，此时多个数据包可以为不同的数据包。然而，上述MIMO处理方法必须依赖于对信道信息的探测（Channel State Information），并根据信道信息对发送信号进行MIMO 处理；S/P转换器，用于对经MIMO处理后的信号进行串并转换，以将数据映射到每个天线或子载波; IFFT单元，为每个经过S/P转换器处理后的数据执行逆快速傅里叶变换;P/S转换器，对经CPInsertion处理后的数据进行处理输出转换为串行信号获得Carrier Frequency（载波频率），最后经过Antenna Array（天线阵列）发送相关信号数据。

在一些实施例中，两个数据通道的异质性决定了双通道管理层与传统的双实体介质通道的管理方法有本质的不同，即无线通道采用基于无线帧的传输方式，有线信道则使用高低电平的方式来传输信号，这意味着两者在传输相同数据包所需要的时间延迟不同。为了实现简单高效的双通道热冗余传输，这意味着双通道管理层需要配置无线发送资源以及发送时间同步，这样才能使得数据包在接收端在相同的时间点被接收。

本公开实施例还公开了一种混合双通道热冗余通信的方法，如图6所示，具体包括：

S101、接收发送端通过通信通道传来的导频信号并发送至接收端；

S102、接收所述接收端传来的时间延迟并发送至所述发送端；

S103、根据所述时间延迟在所述通信通道中传输通信数据。

在一些实施例中，所述通信通道具体包括：无线信道和有线信道。

在一些实施例中，所述时间延迟具体包括：所述接收端接收所述无线通道传来的导频信号所用时间，相对于接收所述有线通道传来的导频信号所用时间的时间延迟差。

在一些实施例中，所述方法还包括：通过所述无线通道发送数据的发送时间相较于通过所述有线通道发送数据的发送时间至少提前了一个所述时间延迟差。

在一些实施例中，所述无线通道至少占据一个OFDM帧。

在一些实施例中，所述方法还包括：对所述通信通道进行资源分配或者对所述通信数据进行分配。

在一些实施例中，对所述通信数据进行分配具体包括：对所述通信数据的长度和/或大小进行调整。

在一个具体地实施例中，为了实现使用无线通道和有线通道传输相同的通信数据且同时到达接收端这一目的，应用至少一个时间延迟并对通信数据进行资源规划。

如图7所示，给出了发送端在相同发送时间在有线通道和无线通道发送数据包的示意图；其中无线通道发送了2个OFDM数据帧作为一个数据包；有线通道发送了一组编码后的高低电平序列。

如图8所示，给出了接收端接收两个数据包的示意图，由于无线信号的处理时延以及信道延迟，其信号被接收端收到时往往晚于有线信道数据，因此两个信道信号接收时间出现了延迟差。

如图9所示，给出了发送端在使用时间延迟差提前发送的两个通道的情况示意图，此时无线信号先于有线信号的发送。由于光线通道内建立稳定的时钟相对容易，因此无线信号发送可以由双通道管理层根据有线信道时钟以及发送提前值精确计算得到；此时，接收端将在相同的时间点接收到两个通道的数据包。

在一个具体实施例中，为了实现接收端接收无线数据包的接收时间不晚于有线信道数据包的接收时间这一目的，双通道管理层在无线信道调度无线资源，例如分配OFDM的子载波数。

具体地，发送端通过调度更多的数据资源，从而使得无线信道的数据大于有线信道。这意味着无线信道数据包的长度将短于有线信道数据包的长度，虽然无线信号晚于有线信道到达接收端，但无线数据包的接收时间早于有线数据包的接收时间；此时，接收端仍然可以在基于有线信道时钟的情况下完成双通道热冗余数据包的接收。如图10所示，给出了接收端收到两个数据包的示意图，其中无线数据包到达接收端的时间晚于有线数据包到达接收端的时间，但无线数据包在本示例中仅包含一个OFDM符号，因此整个数据包的长度短于有线数据包；此时，接收端将在有线数据包全部接收完成之前就可以完成无线数据包的接收。

通过本公开实施例公开的一种混合双通道热冗余通信的方法，双通道管理层有效的管理了无线通道和有线通道，使得现有的各种协议均可直接应用。同时，相比传统的双光纤通道的方法，在光纤通路损坏的情况下，本发明所提供的方法仍然能通过无线信道提升通信的可靠性，并且采用此通信方法可以降低一半的介质成本和重量，这在商业航天领域能够带来更多的经济效益。

本公开实施例还提供了一种混合双通道热冗余通信的装置200，如图11所示，包括：

第一接收模块201，用于接收发送端通过通信通道传来的导频信号并发送至接收端；

第二接收模块202，用于接收所述接收端传来的时间延迟并通过所述通信通道发送至所述发送端；

数据传输模块203，用于根据所述时间延迟在所述通信通道中传输通信数据。

在一些实施例中，所述通信通道具体包括：无线信道和有线信道。

在一些实施例中，所述装置还包括分配模块，用于对所述通信通道进行资源分配或者对所述通信数据进行分配。

参考图12，为本公开一个实施例提供的电子设备示意图，该电子设备600包括：

存储器630以及一个或多个处理器610；

其中，所述存储器630与所述一个或多个处理器610通信连接，所述存储器630中存储有可被所述一个或多个处理器执行的指令632，所述指令632被所述一个或多个处理器610执行，以使所述一个或多个处理器610执行本申请前述实施例中的方法。

具体地，处理器610和存储器630可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线640连接为例。处理器610可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器610还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器630作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的级联渐进网络等。处理器610通过运行存储在存储器630中的非暂态软件程序、指令以及模块632，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理。

存储器630可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器610所创建的数据等。此外，存储器630可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器630可选包括相对于处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络（比如通过通信接口620）连接至处理器610。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本申请的一个实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被执行后执行本申请前述实施例中的方法。

前述的计算机可读取存储介质包括以存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方式或技术来实现的物理易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机可读取存储介质具体包括，但不限于，U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、闪存或其他固态存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）、HD-DVD、蓝光（Blue-Ray）或其他光存储设备、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备、或能用于存储所需信息且可以由计算机访问的任何其他介质。

尽管此处所述的主题是在结合操作系统和应用程序在计算机系统上的执行而执行的一般上下文中提供的，但本领域技术人员可以认识到，还可结合其他类型的程序模块来执行其他实现。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、组件、数据结构和其他类型的结构。本领域技术人员可以理解，此处所述的本主题可以使用其他计算机系统配置来实践，包括手持式设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机等，也可使用在其中任务由通过通信网络连接的远程处理设备执行的分布式计算环境中。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地和远程存储器存储设备的两者中。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所本申请的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对原有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

综上所述，本公开提出了一种混合双通道热冗余通信的方法、装置、电子设备及其计算机可读存储介质。通过混合双通道发送和接收来自发送端和接收端的相关数据信息，并传输通信数据，不仅提升通信的可靠性，而且还能降低至少一半的介质成本和重量，能够带来更多的经济效益。

应当理解的是，本公开的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本公开的原理，而不构成对本公开的限制。因此，在不偏离本公开的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。此外，本公开所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种混合双通道热冗余通信的方法，其特征在于，包括：

接收发送端通过通信通道传来的导频信号并发送至接收端，所述通信通道具体包括：无线通道和有线通道；

接收所述接收端传来的时间延迟并通过所述通信通道发送至所述发送端，所述时间延迟具体包括：所述接收端接收所述无线通道传来的导频信号所用时间，相对于接收所述有线通道传来的导频信号所用时间的时间延迟差；

根据所述时间延迟在所述通信通道中传输通信数据，包括：通过所述无线通道发送数据的发送时间相较于通过所述有线通道发送数据的发送时间至少提前了一个所述时间延迟差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线通道至少占据一个OFDM帧。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述通信通道进行资源分配或者对所述通信数据进行分配。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述通信数据进行分配具体包括：对所述通信数据的长度和/或大小进行调整。

5.一种混合双通道热冗余通信的装置，其特征在于，包括：

第一接收模块，用于接收发送端通过通信通道传来的导频信号并发送至接收端，所述通信通道具体包括：无线通道和有线通道；

第二接收模块，用于接收所述接收端传来的时间延迟并通过所述通信通道发送至所述发送端，所述时间延迟具体包括：所述接收端接收所述无线通道传来的导频信号所用时间，相对于接收所述有线通道传来的导频信号所用时间的时间延迟差；

数据传输模块，用于根据所述时间延迟在所述通信通道中传输通信数据，包括：通过所述无线通道发送数据的发送时间相较于通过所述有线通道发送数据的发送时间至少提前了一个所述时间延迟差。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括分配模块，用于对所述通信通道进行资源分配或者对所述通信数据进行分配。