CN116155680B - 宽频带双平面多冗余通信架构及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽频带双平面多冗余通信架构及通信方法，将所述网络数据包同时传输至所述测控单机中的网络交换模块的双平面中；再使网络交换模块的双平面中的每个平面通过电气网络端口接收网络数据包，并将网络数据包传输至接收采编模块中，基于网络数据接收算法进行信号处理以形成目标信号，两路独立网络端口电气隔离，互不影响，双平面数据发送和接收算法架构，让传感器和总线数据在两个相互独立的通道内传输，保同时又互为冗余备份，提高数据传输的可靠性，并且双平面的存在使得即使有一个平面的数据存在数据丢失，也可以使用另一个平面传输的数据将丢失的数据补齐，从而提高数据传输的可靠性，增强数据传输的冗余度。

Description

宽频带双平面多冗余通信架构及通信方法

技术领域

本发明涉及遥测通信技术领域，更为具体地，涉及一种宽频带双平面多冗余通信架构及通信算法。

背景技术

针对当前工业领域和航空航天领域，以太网传输以其高速、稳定、可靠、灵活的特点逐步取代传统的串行总线，以太网传输协议中udp组播的传输协议又以其简单灵活的特点既能实现大数据量的传输，又能满足各个模块间数据的共享，在数据采集和遥测通信领域中获得了越来越多的应用。但在实际应用过程中，udp协议传输的不可靠性可能会导致出现丢包、乱序、数据不完整的特点。在航空航天以及对关键数据要求严苛的工业领域，要求数据传输可靠，但现有技术中的单通道传输往往存在数据包丢失的问题。

因此，亟需一种保证数据传输的可靠性，同时又互为冗余备份，提高数据传输的可靠性的宽频带双平面多冗余通信架构、方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种宽频带双平面多冗余通信架构、方法，以解决现有技术存在不可靠性，可能会导致出现丢包、乱序、数据不完整的问题。

本发明提供的一种宽频带双平面多冗余通信架构，包括预设数量个测控单机和一个信号综合系统，其中，

在每个测控单机中设置有两个采编模块和网络交换模块；

所述网络交换模块包括双平面；所述双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；

所述双平面中的每个平面用于通过平面自身中的电气网络端口实现数据发送和数据接收，并且每个平面为所接收的数据标记与平面自身相对应的标号；

在所述两个采编模块中，一个为用于发出数据的发出采编模块，另一个为用于接收数据的接收采编模块；

所述发出采编模块用于将获取的总线数据和传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并同时将所述网络数据包传输至所述网络交换模块的双平面中；

所述接收采编模块用于基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中；

所述信号综合系统用于对所述目标信号和所述网络数据包进行统一综合管理。

优选地，每个采编模块至少包括传感器、总线输入接口；

所述传感器用于生成传感器数据；

在所述总线输入接口上连接有总线，所述总线用于传输所述总线数据。

优选地，所述采编模块具有两个网络端口；

所述网络端口包括第一平面网口和第二平面网口。

优选地，所述网络端口设置有1588分布式时钟，所述网络端口所传输的网络数据包中包含有由1588分布式时钟同步的时间戳信息。

优选地，所述双平面包括第一平面和第二平面；

所述第一平面和所述第二平面在所述网络交换模块内部电气隔离；

在所述第一平面或所述第二平面中包括五个电气网络端口和一路光纤网络端口；

所述第一平面、所述第二平面分别通过自身的电气网络端口与所述第一平面网口和所述第二平面网口相连接；

所述光纤网络端口与所述信号综合系统相连接。

优选地，在所述网络交换模块中配置有MAC地址，所述MZC地址用于对所述电气网络端口进行自由配置；并且，

通过所述MAC地址对经由所述网络交换模块的数据进行管理和缓存。

优选地，所述接收采编模块所应用的网络数据接收算法为：

所述双平面中的两个平面同时通过与平面自身相对应的网络端口向所述接收采编模块发送标有标号的网络数据包；

各自判断两份标有标号的网络数据包中的标号是否与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应；其中，所述第一平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第一平面网口的端口号相对应；所述第二平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第二平面网口的端口号相对应；

若两份标有标号的网络数据包的标号均与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应，则接收两份标有标号的网络数据包；根据所述标有标号的网络数据包中的ID键值将两份标有标号的网络数据包缓存在与所述ID键值相对应的环形缓冲区中以形成两份已缓存数据；所述两份已缓存数据与所述两份标有标号的网络数据包各自对应；

选择一份已缓存数据进行遍历和帧处理以形成完整数据；所述帧处理包括数据剔除和数据还原；所述数据剔除为：将多余的相同帧计数的数据帧删除，使每一个帧计数仅保留一个与所述帧计数相对应的数据帧以形成无重复数据；所述数据还原为：若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包不存在数据帧缺失的缺口，则直接将所述无重复数据包作为完整数据包；若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包存在数据帧缺失的缺口，则确定所缺失的数据帧的帧计数，在另一份已缓存数据中查找与所述帧计数相对应的数据帧作为替补帧，并将所述替补帧与所述无重复数据共同作为完整数据；

根据所述帧计数对所述完整数据进行有顺序的数据重组以形成全帧数据包，并将所述全帧数据包作为目标信号。

优选地，包括三个测控单机；

所述三个测控单机包括第一测控单机、第二测控单机、第三测控单机；其中，

所述第一测控单机的第一平面中的电气网络端口与所述第二测控单机的第一平面中的电气网络端口相连接；所述第一测控单机的第二平面中的电气网络端口与所述第二测控单机的第二平面中的电气网络端口相连接；

所述第二测控单机的第一平面中的电气网络端口与所述第三测控单机的第一平面中的电气网络端口相连接；所述第二测控单机的第二平面中的电气网络端口与所述第三测控单机的第二平面中的电气网络端口相连接。

本发明还提供一种宽频带双平面多冗余通信方法，基于如前所述的宽频带双平面多冗余通信架构，包括：

使预设数量个测控单机进行信号通信以产生网络数据包，根据所述网络数据包形成目标信号，并通过信号综合系统对所述目标信号和所述网络数据包进行统一综合管理；其中，所述使预设数量个测控单机进行信号通信的过程，包括：

在一次信号通信任务中，使所述测控单机中的两个采编模块一个作为发出采编模块，一个作为接收采编模块，其中，使所述发出采编模块获取总线数据和传感器数据，并对所述总线数据和所述传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并将所述网络数据包同时传输至所述测控单机中的网络交换模块的双平面中；所述双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；

使网络交换模块的双平面中的每个平面通过所述电气网络端口接收所述网络数据包，每个平面为所述网络数据包标记与平面自身相对应的标号以形成标有标号的网络数据包，并通过所述电气网络端口将所述标有标号的网络数据包传输至接收采编模块中；

令所述接收采编模块基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中。

优选地，基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号的步骤包括：

各自判断两份标有标号的网络数据包中的标号是否与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应；其中，所述第一平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第一平面网口的端口号相对应；所述第二平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第二平面网口的端口号相对应；所述两份标有标号的网络数据包由所述双平面中的两个平面分别同时通过与平面自身相对应的网络端口向所述接收采编模块发送；

若两份标有标号的网络数据包的标号均与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应，则接收两份标有标号的网络数据包；根据所述标有标号的网络数据包中的ID键值将两份标有标号的网络数据包缓存在与所述ID键值相对应的环形缓冲区中以形成两份已缓存数据；所述两份已缓存数据与所述两份标有标号的网络数据包各自对应；

选择一份已缓存数据进行遍历和帧处理以形成完整数据；所述帧处理包括数据剔除和数据还原；所述数据剔除为：将多余的相同帧计数的数据帧删除，使每一个帧计数仅保留一个与所述帧计数相对应的数据帧以形成无重复数据；所述数据还原为：若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包不存在数据帧缺失的缺口，则直接将所述无重复数据包作为完整数据包；若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包存在数据帧缺失的缺口，则确定所缺失的数据帧的帧计数，在另一份已缓存数据中查找与所述帧计数相对应的数据帧作为替补帧，并将所述替补帧与所述无重复数据共同作为完整数据；

根据所述帧计数对所述完整数据进行有顺序的数据重组以形成全帧数据包，并将所述全帧数据包作为目标信号。

从上面的技术方案可知，本发明提供的宽频带双平面多冗余通信架构，包括预设数量个测控单机，在每个测控单机中设置有两个采编模块和网络交换模块；网络交换模块包括双平面；双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；双平面中的每个平面用于通过平面自身中的电气网络端口实现数据发送和数据接收，并且每个平面为所接收的数据标记与平面自身相对应的标号；发出采编模块用于将获取的总线数据和传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并同时将所述网络数据包传输至所述网络交换模块的双平面中；接收采编模块用于基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中，从而每个采编模块包含两路独立的网络端口，两路独立的网络端口电气隔离，各自在独立的平面内传输，互不影响，双平面数据发送和接收算法架构，让传感器和总线数据在两个相互独立的通道内传输，保证了数据传输的可靠性，同时又互为冗余备份，提高了数据传输的可靠性，并且双平面的存在使得即使有一个平面的数据存在数据丢失，也可以使用另一个平面传输的数据将丢失的数据补齐，从而实现关键数据的双平面传输，提高数据传输的可靠性，增强数据传输的冗余度。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明书内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的宽频带双平面多冗余通信架构的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的宽频带双平面多冗余通信方法的流程图。

具体实施方式

udp协议传输的不可靠性可能会导致出现丢包、乱序、数据不完整的特点。在航空航天以及对关键数据要求严苛的工业领域，要求数据传输可靠，但现有技术中的单通道传输往往存在数据包丢失的问题。

针对上述问题，本发明提供一种宽频带双平面多冗余通信架构、方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了说明本发明提供的宽频带双平面多冗余通信架构、方法，图1对本发明实施例的宽频带双平面多冗余通信架构进行了示例性标示；图2对本发明实施例的宽频带双平面多冗余通信方法进行了示例性标示。

以下示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1所示，本发明提供的一种宽频带双平面多冗余通信架构，包括预设数量个测控单机和一个信号综合系统，其中，在图1所示的实施例中包括三个测控单机和一个信号综合系统，所述三个测控单机包括第一测控单机、第二测控单机、第三测控单机，虽然名称为第一、第二、第三测控单机，各个测控单机之间通过网络交换模块实现数据交互和共享，但三个单机并没有先后顺序，结构构造也都是相同的，在图1中分别标记为测控单机1、测控单机2和测控单机3。

在本实施例中，在每个测控单机中设置有两个采编模块和一个网络交换模块；网络交换模块包括双平面；平面为传输平面，亦或成为传输通道组成的面，双平面即为包括两个并行的传输平面，即网络交换模块提供两个并行的平面进行网络交换功能，两个平面在网络交换模块内部电气隔离，互不影响，该双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口，在本实施例中，每个平面包括但不限于五个电气网络端口和一路光纤网络端口，任何一个网络端口都可以接收和发送数据，属于全双工通信端口，两个平面为相互隔离平面，两个平面只能在各自平面内部进行数据交换，不会在两个平面间进行数据交换，比如在图1中的测控单机1中的网络交换模块，左边设置有但不限于五个平面1网口，右边设置有五个平面2网口，该五个平面1网口即代表双平面中其中一个面的五个电气网络端口，该五个平面2网口即代表双平面中另一个平面的五个电气网络端口。

在本实施例中，该双平面中的每个平面用于通过平面自身中的电气网络端口实现数据发送和数据接收，并且每个平面为所接收的数据标记与平面自身相对应的标号；即数据通过双平面接收，为了便于需要区分双平面的两份电气网络端口所接收的数据，使每个平面为所接收的数据标记与平面自身相对应的标号来确定该数据是由哪个平面以及平面对应的哪个端口传输，在实际操作时可以通过为两个平面分别设定不同的端口号，将端口号绑定到各自平面的接收回调函数中，只有对应端口号平面的数据才能接收完成，以确保数据的有序传输，防止垃圾信号或流氓信息的产生；并且，在所述网络交换模块中配置有MAC地址，所述MZC地址用于对所述电气网络端口进行自由配置；通过所述MAC地址对经由所述网络交换模块的数据进行管理和缓存，即网络交换模块自带MAC地址，可以实现网络数据管理和缓存，也可以通过网络交换模块实现网络接口的灵活配置。

在本实施例中，在所述两个采编模块中，一个为用于发出数据的发出采编模块，另一个为用于接收数据的接收采编模块；两个采编模块的硬件结构是相同的，仅仅是在进行一次信号通信任务时，两个采编模块的功能会有所区分；无论用于数据发出还是数据接收，其硬件相同，在本实施例中，每个采编模块至少包括传感器、总线输入接口；所述传感器用于生成传感器数据；在所述总线输入接口上连接有总线，所述总线用于传输所述总线数据；比如在本实施例中，在图1中为了区分哪个是发出采编模块，哪个是接收采编模块，在图1的测控单机1（第一测控单机）中，网络交换模块下方的采编模块标有传感信号接口，可将其视作发出采编模块，网络交换模块上方的采编模块视作接收采编模块。

并且，采编模块具有两个网络端口；网络端口包括第一平面网口和第二平面网口，比如在图1中，网络交换模块中，左边设置有五个平面1网口，右边设置有五个平面2网口，该五个平面1网口即代表双平面中其中一个面的五个电气网络端口，在本实施例中可以将左边部分称为第一平面，右边部分称为第二平面，那么在图1的测控单机1中采编模块与第一平面（平面1网口）相连的网络端口即为第一平面网口，为了便于区分，在图1中将采编模块中的第一平面网口也标记为平面1网口，采编模块与第二平面（平面2网口）相连的网络端口即为第二平面网口，为了便于区分，在图1中将采编模块中的第二平面网口也标记为平面2网口。

即双平面包括第一平面和第二平面；该第一平面和所述第二平面在所述网络交换模块内部电气隔离，二者彼此不受影响；在第一平面或第二平面中包括五个电气网络端口和一路光纤网络端口；第一平面、第二平面分别通过自身的电气网络端口与两个采编模块中的第一平面网口和第二平面网口相连接；光纤网络端口与所述信号综合系统相连接；即发出采编模块的第一平面网口与第一平面的电气网络端口连接，第一平面的电气网络端口与接收采编模块的第一平面网口连接，在该连接中，所涉及的端口或网口在图1中统一标示为平面1网口，此外，两个测控单机中的网络交换模块也通过平面1网口相连接，比如测控单机1（第一测控单机）的网络交换模块的平面1网口与测控单机2（第二测控单机）中的网络交换模块的平面1网口相连接，从而实现测控单机与测控单机之间的数据交互和共享；发出采编模块的第二平面网口与第二平面的电气网络端口连接，第二平面的电气网络端口与接收采编模块的第二平面网口连接，在该连接中，所涉及的端口或网口在图1中统一标示为平面2网口，两个测控单机中的网络交换模块也通过平面2网口相连接，比如测控单机1（第一测控单机）的网络交换模块的平面2网口与测控单机2（第二测控单机）中的网络交换模块的平面2网口相连接，从而实现测控单机与测控单机之间的数据交互和共享。

在本实施例中，存在三个测控单机，所述三个测控单机包括第一测控单机、第二测控单机、第三测控单机；其中，

所述第一测控单机的第一平面中的电气网络端口与所述第二测控单机的第一平面中的电气网络端口相连接；所述第一测控单机的第二平面中的电气网络端口与所述第二测控单机的第二平面中的电气网络端口相连接；即测控单机1（第一测控单机）的网络交换模块的平面1网口与测控单机2（第二测控单机）中的网络交换模块的平面1网口相连接；测控单机1（第一测控单机）的网络交换模块的平面2网口与测控单机2（第二测控单机）中的网络交换模块的平面2网口相连接；

所述第二测控单机的第一平面中的电气网络端口与所述第三测控单机的第一平面中的电气网络端口相连接；所述第二测控单机的第二平面中的电气网络端口与所述第三测控单机的第二平面中的电气网络端口相连接；即测控单机2（第二测控单机）的网络交换模块的平面1网口与测控单机3（第三测控单机）中的网络交换模块的平面1网口相连接；测控单机2（第二测控单机）的网络交换模块的平面2网口与测控单机3（第三测控单机）中的网络交换模块的平面2网口相连接；

如此，得以实现上述第一、第二、第三测控单机相互之间的数据交互和数据共享。

在本实施例中，两个采编模块的网络端口（第一平面网口、第二平面网口）设置有1588分布式时钟，可以通过1588时钟实现各个测控单机采编模块之间的时间同步，网络端口所传输的网络数据包中包含有由1588分布式时钟同步的时间戳信息，保证各个传感器和总线数据采集时间的同步特性，时间同步精度可以达到1us。

此外，采编模块所包括传感器和总线输入接口可以为多种，包含但不限于1553B总线、can总线、LVDS总线、RS422总线、RS232总线，模拟量传感器、开关量传感器等，每个采编模块都能够实现，尤其用于发出数据的发出采编模块能够将总线数据和传感器数据综合，打包成网络数据包，通过双平面发送，接收端口通过双平面接收后，通过数据接收算法将网络数据包缓存、挑帧、剔重后，再重新组帧、编码后发送到信号综合系统，由信号综合系统将数据解析和处理。

该发出采编模块用于将获取的总线数据和传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并同时将所述网络数据包传输至所述网络交换模块的双平面中；再由网络交换模块的双平面中的每个平面通过所述电气网络端口接收所述网络数据包，每个平面为所述网络数据包标记与平面自身相对应的标号以形成标有标号的网络数据包，并通过所述电气网络端口将所述标有标号的网络数据包传输至接收采编模块中；

在本实施例中，该网络数据包的格式如下表所示：

其中，对于本实施例中的网络数据包来说，ID键值中，每个模块分配一个独占的模块编号。

ID键值中，参数类型分为8类：P类型为模拟量，编号为1；D类型为开关量，编号2；N类型为CAN总线数据，编号3；M类型为串口数据，编号4；Q类型为其他含视频图像，编号5；R类型为1553B总线数据，编号6；S类型为串口数据，编号7；T类型为LVDS数据，编号8。

‘ID键值’用于网络数据包接受过程中区分数据包的种类，根据不同种类的数据包采取不同的接收方式。

‘大小’标识该网络数据包数据域的长度，由两个字节标识；

‘时间’标识该网络数据包采集完成的时刻，通过1588分布时钟实现各个模块之间时间的同步采集，由于网络传输时间的不确定性，因此在网络数据包中增加了4个字节时间戳，用于网络数据包解析过程中时间的对齐。

SEQ NUM为帧计数，用于记录网络数据包发送的数目，可以在网络数据包解析过程中统计丢包率，也可以通过帧计数来实现网络数据包的剔重和挑帧。

数据包帧头和帧尾用来标识完整的数据包的起始和结尾，总体数据包组帧按照异步流的形式，接收端做帧解析算法过程中通过数据包的帧头帧尾来截取整个数据包的数据域，从而网络数据包中能够携带各种能够说明该网络数据包来源和规格的数据。

所述接收采编模块用于基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中；

所述信号综合系统用于对所述目标信号和所述网络数据包进行统一综合管理。

从而发出采编模块-具有双平面的网络交换模块-接收采编模块-信号综合系统完成一个信号通信任务；并且双平面的存在使得数据发送和接收具有双重保障，让传感器和总线数据在两个相互独立的通道内传输，即使有部分数据丢失也能够通过另一传输通道传输的数据找回，保证了数据传输的可靠性，同时又互为冗余备份，提高了数据传输的可靠性。

接收采编模块所应用的网络数据接收算法为：

所述双平面中的两个平面同时通过与平面自身相对应的网络端口向所述接收采编模块发送标有标号的网络数据包；

各自判断两份标有标号的网络数据包中的标号是否与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应；其中，所述第一平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第一平面网口的端口号相对应；所述第二平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第二平面网口的端口号相对应；

若两份标有标号的网络数据包的标号均与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应，则接收两份标有标号的网络数据包；根据所述标有标号的网络数据包中的ID键值将两份标有标号的网络数据包缓存在与所述ID键值相对应的环形缓冲区中以形成两份已缓存数据；所述两份已缓存数据与所述两份标有标号的网络数据包各自对应；需要说明的是，在实际操作中，接收到的网络数据包来自多个测控单机外接的多个模块，每个模块采集完数据按照规定的网络数据包格式组包，发送端通过在网络数据包中写入ID键值来标识当前网络数据包的源地址，因此可以通过ID键值将接收到的网络数据包区分并缓存到不同的环形缓冲区；

选择一份已缓存数据进行遍历和帧处理以形成完整数据；所述帧处理包括数据剔除和数据还原；所述数据剔除为：将多余的相同帧计数的数据帧删除，使每一个帧计数仅保留一个与所述帧计数相对应的数据帧以形成无重复数据；所述数据还原为：若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包不存在数据帧缺失的缺口，则直接将所述无重复数据包作为完整数据包；若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包存在数据帧缺失的缺口，则确定所缺失的数据帧的帧计数，在另一份已缓存数据中查找与所述帧计数相对应的数据帧作为替补帧，并将所述替补帧与所述无重复数据共同作为完整数据；即发送端通过双平面两个网络端口同时发送，因此双平面传输的数据相同，接收端需要剔除相同帧计数的数据包，选择一路中的帧计数，保证数据包帧计数的连续性。如果其中一个平面数据帧丢失，可自动转到另一平面寻找当前需要的帧计数的数据，在本实施例中数据包经过剔重和挑帧后形成完整数据，该完整数据可以布置到另一个环形缓冲区，用于下一步数据包重组；

根据所述帧计数对所述完整数据进行有顺序的数据重组以形成全帧数据包，并将所述全帧数据包作为目标信号；该重组即为将完整数据中的各个子数据分别存储至各自独立的环形缓冲区内，并在各自独立的环形缓冲区（数据重组缓冲区）内按顺序提取所有的子数据以对所述子数据进行数据重组形成全帧数据包，并将所述全帧数据包作为目标信号；换句话说，经过数据包接收、缓存、剔重和挑帧后，将完整数据中的各个类型数据包分别存入各自独立的环形缓冲区内部，由于每个数据包长度不同，数据重组缓冲区按照异步流的形式存入，当存入缓冲区中的数据字节数等于规定的最大数据长度时，将数据重组缓冲区的数据发送给PCM 编码单元进行编码调制，即将各个环形缓冲区内部的数据包取出重新组成一个PCM全帧数据包，再将新的PCM全帧数据包通过双平面网络发送给信号综合系统，完成整个信号通信的过程。

此外，该PCM全帧数据包由PCM编码功能实现，每个测控单机均具备数字PCM编码功能，截至到PCM编码功能的实现，整个信号通信的过程即为将采集到的总线数据和传感器数据组成分包遥测数据包，分包遥测数据包通过双平面以UDP组播的形式发送，再通过网络交换模块的双平面接收到网络组播数据，通过数据缓存、剔重、挑帧后将数据转换成PCM码流，发送给射频模块调制发射。

如上所述，本发明提供的宽频带双平面多冗余通信架构，包括预设数量个测控单机，在每个测控单机中设置有两个采编模块和网络交换模块；网络交换模块包括双平面；双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；双平面中的每个平面用于通过平面自身中的电气网络端口实现数据发送和数据接收，并且每个平面为所接收的数据标记与平面自身相对应的标号；发出采编模块用于将获取的总线数据和传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并同时将所述网络数据包传输至所述网络交换模块的双平面中；接收采编模块用于基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中，从而每个采编模块包含两路独立的网络端口，两路独立的网络端口电气隔离，各自在独立的平面内传输，互不影响，双平面数据发送和接收算法架构，让传感器和总线数据在两个相互独立的通道内传输，保证了数据传输的可靠性，同时又互为冗余备份，提高了数据传输的可靠性，并且双平面的存在使得即使有一个平面的数据存在数据丢失，也可以使用另一个平面传输的数据将丢失的数据补齐，从而实现关键数据的双平面传输，提高数据传输的可靠性，增强数据传输的冗余度。

如图2所示，本发明还提供一种宽频带双平面多冗余通信方法，基于如前所述的宽频带双平面多冗余通信架构，包括：

使预设数量个测控单机进行信号通信以产生网络数据包，根据所述网络数据包形成目标信号，并通过信号综合系统对所述目标信号和所述网络数据包进行统一综合管理；其中，所述使预设数量个测控单机进行信号通信的过程，包括：

S1：在一次信号通信任务中，使所述测控单机中的两个采编模块一个作为发出采编模块，一个作为接收采编模块，其中，使所述发出采编模块获取总线数据和传感器数据，并对所述总线数据和所述传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并将所述网络数据包同时传输至所述测控单机中的网络交换模块的双平面中；所述双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；

S2:使网络交换模块的双平面中的每个平面通过所述电气网络端口接收所述网络数据包，每个平面为所述网络数据包标记与平面自身相对应的标号以形成标有标号的网络数据包，并通过所述电气网络端口将所述标有标号的网络数据包传输至接收采编模块中；

S3:令所述接收采编模块基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中。

具体地，基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号的步骤包括：

S31:各自判断两份标有标号的网络数据包中的标号是否与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应；其中，所述第一平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第一平面网口的端口号相对应；所述第二平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第二平面网口的端口号相对应；所述两份标有标号的网络数据包由所述双平面中的两个平面分别同时通过与平面自身相对应的网络端口向所述接收采编模块发送；

S32:若两份标有标号的网络数据包的标号均与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应，则接收两份标有标号的网络数据包；根据所述标有标号的网络数据包中的ID键值将两份标有标号的网络数据包缓存在与所述ID键值相对应的环形缓冲区中以形成两份已缓存数据；所述两份已缓存数据与所述两份标有标号的网络数据包各自对应；

S33:选择一份已缓存数据进行遍历和帧处理以形成完整数据；所述帧处理包括数据剔除和数据还原；所述数据剔除为：将多余的相同帧计数的数据帧删除，使每一个帧计数仅保留一个与所述帧计数相对应的数据帧以形成无重复数据；所述数据还原为：若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包不存在数据帧缺失的缺口，则直接将所述无重复数据包作为完整数据包；若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包存在数据帧缺失的缺口，则确定所缺失的数据帧的帧计数，在另一份已缓存数据中查找与所述帧计数相对应的数据帧作为替补帧，并将所述替补帧与所述无重复数据共同作为完整数据；

S34:根据所述帧计数对所述完整数据进行有顺序的数据重组以形成全帧数据包，并将所述全帧数据包作为目标信号。

简言之，整个过程中每个测控单机相同的网络数据包都会从两个端口同时发送，接收端（网络交换模块的两个平面）同时从两个端口接收，接收端通过端口号来区分接收到的数据来自哪个平面，同时进入对应的回调函数，在回调函数内部通过解析网络数据包的ID键值识别当前数据包属于哪个单机的哪一路数据（模拟量数据包、1553B总线数据包、can总线数据包、串口总线数据包），将当前的数据包存入相对应的环形缓冲区。双平面的数据存入各自独立的环形缓冲区，需要将数据从各自的环形缓冲区中取出，解析出各自的帧计数，判断当前的帧计数同解析出的帧计数的大小，来决定是否取用当前的数据包，将正确的帧计数对应的网络数据包存入另一个环形缓冲区（剔重缓冲区），三个单机（测控单机）各自的剔重缓冲区中存入了剔重后的连续帧计数的数据包，程序将循环查询是否有新的数据包存入，并将新的数据包重新存入到数据重组缓冲区中，由于每个数据包长度不同，数据重组缓冲区按照异步流的形式存入，当存入缓冲区中的数据字节数等于规定的最大数据长度时，将数据重组缓冲区的数据发送给PCM 编码单元进行编码调制。

所述的宽频带双平面多冗余通信方法的具体实现方法可参考图1对应实施例中相关步骤的描述，在此不作赘述。

本发明提供的本发明提供的宽频带双平面多冗余通信方法，在一次信号通信任务中，首先使所述测控单机中的两个采编模块一个作为发出采编模块，一个作为接收采编模块，其中，使所述发出采编模块获取总线数据和传感器数据，并对所述总线数据和所述传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并将所述网络数据包同时传输至所述测控单机中的网络交换模块的双平面中；所述双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；再使网络交换模块的双平面中的每个平面通过所述电气网络端口接收所述网络数据包，每个平面为所述网络数据包标记与平面自身相对应的标号以形成标有标号的网络数据包，并通过所述电气网络端口将所述标有标号的网络数据包传输至接收采编模块中；而后令所述接收采编模块基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中，两路独立的网络端口电气隔离，各自在独立的平面内传输，互不影响，双平面数据发送和接收算法架构，让传感器和总线数据在两个相互独立的通道内传输，保证了数据传输的可靠性，同时又互为冗余备份，提高了数据传输的可靠性，并且双平面的存在使得即使有一个平面的数据存在数据丢失，也可以使用另一个平面传输的数据将丢失的数据补齐，从而实现关键数据的双平面传输，提高数据传输的可靠性，增强数据传输的冗余度。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的宽频带双平面多冗余通信架构、方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的宽频带双平面多冗余通信架构、方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (6)

1.一种宽频带双平面多冗余通信架构，其特征在于，包括预设数量个测控单机和一个信号综合系统，其中，

在每个测控单机中设置有两个采编模块、和网络交换模块；所述采编模块具有两个网络端口；所述网络端口包括第一平面网口和第二平面网口；

所述网络交换模块包括双平面；所述双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；

所述双平面中的每个平面用于通过平面自身中的电气网络端口实现数据发送和数据接收，并且每个平面为所接收的数据标记与平面自身相对应的标号；所述双平面包括第一平面和第二平面；

所述第一平面和所述第二平面在所述网络交换模块内部电气隔离；

在所述第一平面或所述第二平面中包括五个电气网络端口和一路光纤网络端口；

所述第一平面、所述第二平面分别通过自身的电气网络端口与所述第一平面网口和所述第二平面网口相连接；

所述光纤网络端口与所述信号综合系统相连接；

在所述两个采编模块中，一个为用于发出数据的发出采编模块，另一个为用于接收数据的接收采编模块；

所述发出采编模块用于将获取的总线数据和传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并同时将所述网络数据包传输至所述网络交换模块的双平面中；

所述接收采编模块用于基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中；所述接收采编模块所应用的网络数据接收算法为：

所述双平面中的两个平面同时通过与平面自身相对应的网络端口向所述接收采编模块发送标有标号的网络数据包；

各自判断两份标有标号的网络数据包中的标号是否与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应；其中，所述第一平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第一平面网口的端口号相对应；所述第二平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第二平面网口的端口号相对应；

若两份标有标号的网络数据包的标号均与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应，则接收两份标有标号的网络数据包；根据所述标有标号的网络数据包中的ID键值将两份标有标号的网络数据包缓存在与所述ID键值相对应的环形缓冲区中以形成两份已缓存数据；所述两份已缓存数据与所述两份标有标号的网络数据包各自对应；

选择一份已缓存数据进行遍历和帧处理以形成完整数据；所述帧处理包括数据剔除和数据还原；所述数据剔除为：将多余的相同帧计数的数据帧删除，使每一个帧计数仅保留一个与所述帧计数相对应的数据帧以形成无重复数据；所述数据还原为：若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包不存在数据帧缺失的缺口，则直接将所述无重复数据包作为完整数据包；若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包存在数据帧缺失的缺口，则确定所缺失的数据帧的帧计数，在另一份已缓存数据中查找与所述帧计数相对应的数据帧作为替补帧，并将所述替补帧与所述无重复数据共同作为完整数据；

根据所述帧计数对所述完整数据进行有顺序的数据重组以形成全帧数据包，并将所述全帧数据包作为目标信号；

所述信号综合系统用于对所述目标信号和所述网络数据包进行统一综合管理。

2.如权利要求1所述的宽频带双平面多冗余通信架构，其特征在于，

每个采编模块至少包括传感器、总线输入接口；

所述传感器用于生成传感器数据；

在所述总线输入接口上连接有总线，所述总线用于传输所述总线数据。

3.如权利要求2所述的宽频带双平面多冗余通信架构，其特征在于，

所述网络端口设置有1588分布式时钟，所述网络端口所传输的网络数据包中包含有由1588分布式时钟同步的时间戳信息。

4.如权利要求3所述的宽频带双平面多冗余通信架构，其特征在于，

在所述网络交换模块中配置有MAC地址，所述MAC地址用于对所述电气网络端口进行自由配置；并且，

通过所述MAC地址对经由所述网络交换模块的数据进行管理和缓存。

5.如权利要求3所述的宽频带双平面多冗余通信架构，其特征在于，包括三个测控单机；

所述三个测控单机包括第一测控单机、第二测控单机、第三测控单机；其中，

所述第一测控单机的第一平面中的电气网络端口与所述第二测控单机的第一平面中的电气网络端口相连接；所述第一测控单机的第二平面中的电气网络端口与所述第二测控单机的第二平面中的电气网络端口相连接；

所述第二测控单机的第一平面中的电气网络端口与所述第三测控单机的第一平面中的电气网络端口相连接；所述第二测控单机的第二平面中的电气网络端口与所述第三测控单机的第二平面中的电气网络端口相连接。

6.一种宽频带双平面多冗余通信方法，基于如权利要求1-5任一所述的宽频带双平面多冗余通信架构，包括：

使预设数量个测控单机进行信号通信以产生网络数据包，根据所述网络数据包形成目标信号，并通过信号综合系统对所述目标信号和所述网络数据包进行统一综合管理；其中，所述使预设数量个测控单机进行信号通信的过程，包括：

在一次信号通信任务中，使所述测控单机中的两个采编模块一个作为发出采编模块，一个作为接收采编模块，其中，使所述发出采编模块获取总线数据和传感器数据，并对所述总线数据和所述传感器数据进行综合打包以形成网络数据包，并将所述网络数据包同时传输至所述测控单机中的网络交换模块的双平面中；其中，所述采编模块具有两个网络端口；所述网络端口包括第一平面网口和第二平面网口；所述双平面的每个平面中包括预设数量个电气网络端口和预设数量个光纤网络端口；所述双平面包括第一平面和第二平面；所述第一平面和所述第二平面在所述网络交换模块内部电气隔离；在所述第一平面或所述第二平面中包括五个电气网络端口和一路光纤网络端口；所述第一平面、所述第二平面分别通过自身的电气网络端口与所述第一平面网口和所述第二平面网口相连接；所述光纤网络端口与所述信号综合系统相连接；

使网络交换模块的双平面中的每个平面通过所述电气网络端口接收所述网络数据包，每个平面为所述网络数据包标记与平面自身相对应的标号以形成标有标号的网络数据包，并通过所述电气网络端口将所述标有标号的网络数据包传输至接收采编模块中；

令所述接收采编模块基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号，并将所述目标信号发送至所述信号综合系统中；基于网络数据接收算法接收所述网络交换模块的双平面发出的标有标号的网络数据包，对所述标有标号的网络数据包进行信号处理以形成目标信号的步骤包括：

各自判断两份标有标号的网络数据包中的标号是否与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应；其中，所述第一平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第一平面网口的端口号相对应；所述第二平面对所述网络数据包标记的标号理应与所述第二平面网口的端口号相对应；所述两份标有标号的网络数据包由所述双平面中的两个平面分别同时通过与平面自身相对应的网络端口向所述接收采编模块发送；

若两份标有标号的网络数据包的标号均与所述接收采编模块的网络端口的端口号相对应，则接收两份标有标号的网络数据包；根据所述标有标号的网络数据包中的ID键值将两份标有标号的网络数据包缓存在与所述ID键值相对应的环形缓冲区中以形成两份已缓存数据；所述两份已缓存数据与所述两份标有标号的网络数据包各自对应；

选择一份已缓存数据进行遍历和帧处理以形成完整数据；所述帧处理包括数据剔除和数据还原；所述数据剔除为：将多余的相同帧计数的数据帧删除，使每一个帧计数仅保留一个与所述帧计数相对应的数据帧以形成无重复数据；所述数据还原为：若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包不存在数据帧缺失的缺口，则直接将所述无重复数据包作为完整数据包；若所选择的已缓存数据所产生的无重复数据包存在数据帧缺失的缺口，则确定所缺失的数据帧的帧计数，在另一份已缓存数据中查找与所述帧计数相对应的数据帧作为替补帧，并将所述替补帧与所述无重复数据共同作为完整数据；

根据所述帧计数对所述完整数据进行有顺序的数据重组以形成全帧数据包，并将所述全帧数据包作为目标信号。