CN113268383A - 一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，将GNCC计算机的四机四总线控制权管理状态表示为4×4矩阵表示，通过遍历方式使得总线控制权管理矩阵状态迁移具有确定性，便于代班方法设计正确性确认验证；采用均衡策略、非均衡策略以及降级策略的三级递进遍历方式有效降低遍历算法复杂度，减少算法执行开销。针对总线控制权管理矩阵实施状态空间分级遍历操作实现GNC总线故障工况下的四机四总线代班处置及容错操作。

Description

一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法
技术领域
本发明涉及一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，实现GNC总线故障工况下的四机四总线代班处置及容错操作，提高GNC系统容错能力及在轨运行可靠性，可用于航空、航天领域的系统可靠性设计，属于系统可靠性领域。
背景技术
为提高数据通信网络的可靠性，空间站GNC分系统设计为四机四总线拓扑结构，GNCC计算机为四机结构，每个单机配备三个总线控制器接口(接口1、接口2、接口3)，每个总线控制器接口均具备控制对应GNC总线的能力， GNCC计算机与GNC总线拓扑结构图如图1所示，对应图1，GNCC计算机与GNC总线接口关系矩阵如下表所示。
表1 GNCC计算机与GNC总线接口关系矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE001
如何有效组织管理GNC总线控制器接口资源、实现总线故障时的总线代班及容错操作、保证总线资源充足及单机负载均衡，成为空间站GNC分系统容错设计关键问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：有效解决GNC分系统四机四总线拓扑结构在 GNC总线故障时的总线代班及容错操作，最大程度保证总线资源充足及单机负载均衡。通过遍历方式使得总线控制权管理矩阵状态迁移具有确定性，便于代班方法设计正确性确认验证；采用均衡策略、非均衡策略以及降级策略的三级递进遍历方式有效降低遍历算法复杂度，减少算法执行开销。
本发明的技术解决方案是：一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，包括如下步骤：
步骤(1)，定义四机四总线控制权管理矩阵CtrlMatrix，矩阵维度为4×4，用于表征GNCC计算机四个单机控制四条GNC总线的状态，进入步骤(2)；
步骤(2)，定义四机四总线控制规则SystemCtrlRule，确定总线控制要求以及代班条件，进入步骤(3)；
步骤(3)，定义每条总线的控制优先级规则PriorCtrlRule，确定每条总线故障时相应控制单机的接替顺序，进入步骤(4)；
步骤(4)，定义四条总线的丢弃优先级规则PriorDiscard，确定当系统需要降级运行时总线控制放弃顺序，进入步骤(5)；
步骤(5)，检测四条总线工作状态；若发生总线故障，则更改控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，将发生故障总线的管理状态置为不可用；若未发生总线故障，不做操作，进入步骤(6)；
步骤(6)，检测控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，判定状态值是否满足四机四总线控制规则SystemCtrlRule，若不满足，进入步骤(7)；否则，不执行代班操作，进入步骤(11)；
步骤(7)，执行第一级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤(8)；
步骤(8)，执行第二级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤(9)；
步骤(9)，执行第三级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤(11)；
步骤(10)，根据步骤(7)或步骤(8)或步骤(9)代班策略执行结果更新控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，进入步骤(11)；
步骤(11)，若由步骤(6)或步骤(10)转入，表明未执行代班操作或本次代班操作成功，返回步骤(5)；若由步骤(9)转入，表明代班操作失败，报警等待人为干预。
进一步地，所述步骤(1)中，控制权管理矩阵CtrlMatrix用于表征总线控制管理状态，并作为总线故障状态记录以及代班策略的操作对象；根据硬件接口连接关系，矩阵中12个元素为可用状态，4个元素为不可用状态。
进一步地，所述步骤(2)中，控制规则SystemCtrlRule为依据系统需求预先制定的总线控制原则，作为总线控制管理及故障发生时代班策略执行规范。
进一步地，所述步骤(4)中，将总线挂接部件的数量和总线编号作为总线的评分标准，总线挂接部件数量越多则总线评分越高，若挂接相同数量，则总线编号小的评分高；将将总线评分最低的总线设置为最高优先级，另外三条总线依次类推。
进一步地，所述步骤(5)中，周期性进行总线工作状态检测，若发现总线故障，则通过更改控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值记录故障状态。
进一步地，所述步骤(7)中，第一级总线故障代班策略即均衡策略，代班操作成功的判断条件为：四条总线均正常工作，四机的每个单机有且仅控制一条总线。
进一步地，所述步骤(8)中，第二级总线故障代班策略即非均衡策略，代班操作成功的判断条件为：四条总线均正常工作，某个或某两个单机不控制总线，由三个单机或两个单机控制四条总线，每个单机最多控制两条总线。
进一步地，所述步骤(9)中，第三级总线故障代班策略即降级策略，代班操作成功的判断条件为：只能实现三条总线正常工作，由三个单机或两个单机控制三条总线，每个单机最多控制两条总线。
进一步地，所述步骤(9)中，当且仅当单机控制总线的资源只能保证三条总线正常工作，则进入三条总线正常工作的降级运行模式，依据定义的丢弃优先级规则PriorDiscard丢弃一条总线的控制权。
进一步地，所述步骤(9)中，当单机控制总线的资源只能保证最多两条总线正常工作时，无法进行代班操作，等待地面人员进行干预。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，通过遍历方式使得总线控制权管理矩阵状态迁移具有确定性，便于代班方法设计正确性确认验证；
(2)本发明提出的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，采用均衡策略、非均衡策略以及降级策略的三级递进遍历方式有效降低遍历算法复杂度，减少算法执行开销。
附图说明
图1为GNCC计算机与GNC总线拓扑结构图。
图2为本发明流程图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～2所示)：
在本申请实施例所提供的方案中，如图2所示，一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，实施步骤如下：
(1)定义四机四总线控制权管理矩阵CtrlMatrix，矩阵维度为4×4，用于表征GNCC计算机四个单机控制四条GNC总线的状态，进入步骤(2)。基于上文表1所示，将单机与GNC总线关系归纳为三种状态：USING(接口正常且处于使用态)、AVAIL(接口正常且处于空闲态)、ERROR(无物理连接或接口故障禁止使用态)。系统初始状态，四个单机的接口1分别管理一条总线，接口2与接口3为空闲态，GNCC计算机能够正常管理四条总线通信，则管理矩阵CtrlMatrix初始状态定义如下表所示：
表2管理矩阵CtrlMatrix初始状态
Figure DEST_PATH_IMAGE002
将四机四总线控制权管理问题映射为针对总线控制权管理矩阵(维度4×4) 的维护操作，管理矩阵CtrlMatrix状态空间大小为312＝531441(仅考虑12个连接接口，每个连接接口具有3种状态，即表2中非ERROR位置)。
(2)定义四机四总线控制规则SystemCtrlRule，确定总线控制要求以及代班条件，进入步骤(3)。控制规则SystemCtrlRule定义如下表：
表3控制规则SystemCtrlRule定义
Figure BDA0003039739150000052
(3)定义每条总线的控制优先级规则PriorCtrlRule，确定每条总线故障时相应控制单机的接替顺序，进入步骤(4)。优先级规则PriorCtrlRule定义如下表：
表4优先级规则PriorCtrlRule定义
Figure DEST_PATH_IMAGE003
(4)定义四条总线的丢弃优先级规则PriorDiscard，确定当系统需要降级运行时总线控制放弃顺序，进入步骤(5)。丢弃优先级规则PriorDiscard定义如下表：
表5丢弃优先级规则PriorDiscard定义
Figure DEST_PATH_IMAGE004
(5)检测四条总线工作状态；若发生总线故障，则更改控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，将发生故障总线的管理状态置为不可用；若未发生总线故障，不做操作，进入步骤(6)。举例说明：总线1故障，则将A机控制总线1 的状态位置置为ERROR，如下表所示：
表6管理矩阵CtrlMatrix状态更新
Figure DEST_PATH_IMAGE005
(6)检测控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，判定状态值是否满足四机四总线控制规则SystemCtrlRule表3，若不满足，进入步骤(7)；否则，不执行代班操作，进入步骤(11)。当前步骤仅判定控制规则SystemCtrlRule表3 的第一、第二、第三条原则。
(7)执行第一级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤 (8)。代班成功的判断条件即对应控制规则SystemCtrlRule表3的第四条原则。
(8)执行第二级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤(9)。代班成功的判断条件即对应控制规则SystemCtrlRule表3的第五条原则。
(9)执行第三级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤 (11)。代班成功的判断条件即对应控制规则SystemCtrlRule表3的第六条原则。
(10)根据步骤(7)或(8)或(9)代班策略执行结果更新控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，进入步骤(11)。前面步骤发生了代班操作并且代班成功，则更新后的矩阵CtrlMatrix的状态值满足控制规则SystemCtrlRule表3 的所有原则。
(11)若由步骤(6)或步骤(10)转入，表明未执行代班操作或本次代班操作成功，返回步骤(5)；若由步骤(9)转入，表明代班操作失败，报警等待人为干预。当不满足控制规则SystemCtrlRule表3的所有原则时，已经超出自主容错能力，交由地面人员干预更加可靠。
本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置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。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供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步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)，定义四机四总线控制权管理矩阵CtrlMatrix，矩阵维度为4×4，用于表征GNCC计算机四个单机控制四条GNC总线的状态，进入步骤(2)；
步骤(2)，定义四机四总线控制规则SystemCtrlRule，确定总线控制要求以及代班条件，进入步骤(3)；
步骤(3)，定义每条总线的控制优先级规则PriorCtrlRule，确定每条总线故障时相应控制单机的接替顺序，进入步骤(4)；
步骤(4)，定义四条总线的丢弃优先级规则PriorDiscard，确定当系统需要降级运行时总线控制放弃顺序，进入步骤(5)；
步骤(5)，检测四条总线工作状态；若发生总线故障，则更改控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，将发生故障总线的管理状态置为不可用；若未发生总线故障，不做操作，进入步骤(6)；
步骤(6)，检测控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，判定状态值是否满足四机四总线控制规则SystemCtrlRule，若不满足，进入步骤(7)；否则，不执行代班操作，进入步骤(11)；
步骤(7)，执行第一级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤(8)；
步骤(8)，执行第二级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤(9)；
步骤(9)，执行第三级总线故障代班策略，判断代班策略执行结果是否满足代班成功的判断条件；若满足，则代班成功，进入步骤(10)；否则，进入步骤(11)；
步骤(10)，根据步骤(7)或步骤(8)或步骤(9)代班策略执行结果更新控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值，进入步骤(11)；
步骤(11)，若由步骤(6)或步骤(10)转入，表明未执行代班操作或本次代班操作成功，返回步骤(5)；若由步骤(9)转入，表明代班操作失败，报警等待人为干预。
2.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(1)中，控制权管理矩阵CtrlMatrix用于表征总线控制管理状态，并作为总线故障状态记录以及代班策略的操作对象；根据硬件接口连接关系，矩阵中12个元素为可用状态，4个元素为不可用状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(2)中，控制规则SystemCtrlRule为依据系统需求预先制定的总线控制原则，作为总线控制管理及故障发生时代班策略执行规范。
4.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(4)中，将总线挂接部件的数量和总线编号作为总线的评分标准，总线挂接部件数量越多则总线评分越高，若挂接相同数量，则总线编号小的评分高；将将总线评分最低的总线设置为最高优先级，另外三条总线依次类推。
5.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(5)中，周期性进行总线工作状态检测，若发现总线故障，则通过更改控制权管理矩阵CtrlMatrix的状态值记录故障状态。
6.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(7)中，第一级总线故障代班策略即均衡策略，代班操作成功的判断条件为：四条总线均正常工作，四机的每个单机有且仅控制一条总线。
7.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(8)中，第二级总线故障代班策略即非均衡策略，代班操作成功的判断条件为：四条总线均正常工作，某个或某两个单机不控制总线，由三个单机或两个单机控制四条总线，每个单机最多控制两条总线。
8.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(9)中，第三级总线故障代班策略即降级策略，代班操作成功的判断条件为：只能实现三条总线正常工作，由三个单机或两个单机控制三条总线，每个单机最多控制两条总线。
9.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(9)中，当且仅当单机控制总线的资源只能保证三条总线正常工作，则进入三条总线正常工作的降级运行模式，依据定义的丢弃优先级规则PriorDiscard丢弃一条总线的控制权。
10.根据权利要求1所述的一种基于分级策略的四机四总线故障代班方法，其特征在于：所述步骤(9)中，当单机控制总线的资源只能保证最多两条总线正常工作时，无法进行代班操作，等待地面人员进行干预。
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