CN201904801U - 综合化航电系统通信监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及综合化航电系统通信监控系统，包括主机控制模块和目标监视模块，主机控制模块连接在目标机服务器上，目标监视模块设置在通信单元和目标机代理之间，通信单元设置在目标机系统内核中，主机控制模块和目标监视模块通过目标机代理和目标机服务器相互通信，主机控制模块包括控制面板、命令处理单元、任务记录单元、数据库以及监控日志输出单元，目标监视模块包括监视器模块、上传任务模块以及存储单元。本实用新型解决了现有技术中通信状态和通信全过程的监视工具无法直观、准确的诊断整个通信过程运行过程中出现故障的技术问题，本实用新型通信过程对用户透明、保持了嵌入式操作系统内核的特性。

Description

综合化航电系统通信监控系统

技术领域

本实用新型是作为操作系统内核组件安装在基于ARINC653标准的综合化航电系统上，监视系统通信状态和通信事件信息的专用通信监视工具。

背景技术

目前基于ARINC653的综合化航空电子系统的应用日益广泛，综合化航空电子系统是一种高度综合化、模块化的系统，分区作为ARINC653提出的系统管理和资源配置的核心概念，其通信的正确性和可靠性成为航空电子系统要解决的重要问题。但通常会有通信错误或者异常发生，而并无针对ARCINC653标准航电系统的通信状态和通信全过程的监视工具，常常需要通过串口显示调试信息来进行故障定位和诊断，存在以下不足：在应用中需要添加打印代码可能会引入新的问题；需要为不同的应用程序添加不同的打印代码，复用性差。另外打印的调试信息一般都是以文本方式显示，不够直观，不利于理解和复原指定消息的整个通信过程。

本实用新型在对分区间通信监视的原理进行研究的基础上，提出了一种可行的分区间通信监控方法和相应的设计、实现方案。实际应用表明分区间通信监视器极大地改善和提高了航空电子系统的通信监控能力，为通信故障诊断和分析提供了依据。

发明内容

为了解决现有技术中通信状态和通信全过程的监视工具无法直观、准确的诊断整个通信过程运行过程中出现故障的技术问题，本实用新型提供一种综合化航电系统通信监控系统。

本实用新型的技术解决方案：

综合化航电系统通信监控系统，其特殊之处在于：包括主机控制模块和目标监视模块，

所述主机控制模块连接在目标机服务器上，

所述目标监视模块设置在通信单元和目标机代理之间，所述通信单元设置在目标机系统内核中，

所述主机控制模块和目标监视模块通过目标机代理和目标机服务器相互通信，

所述主机控制模块包括控制面板、命令处理单元、任务记录单元、数据库以及监控日志输出单元，

所述目标监视模块包括监视器模块、上传任务模块以及存储单元，

所述控制面板用于接收指令、发送指令给命令处理单元并接收命令处理单元反馈的指令处理结果；

所述命令处理单元用于接收控制面板发送的指令、接收目标机服务器反馈的指令处理结果、发送指令给目标机服务器以及反馈指令处理结果给控制面板；

所述任务记录单元用于接收目标机服务器发送的监控日志、发送监控日志给数据库以及发送监控日志接收状况给目标机服务器；

所述监控日志输出单元用于接收控制面板的指令，读取数据库中监控日志并输出；

所述监视器模块用于接收目标机代理发送的指令、监控日志记录状况、读取通信单元中监控通道信息、发送卸载监控日志指令给上传任务模块以及发送监控日志给存储单元；

所述上传任务单元用于接收监视器模块卸载监控日志的指令、读取存储单元的监控日志、发送监控日志给目标机代理，

所述存储单元用于存储监视器模块发送的监控日志。

上述命令处理单元包括用于接收指令的发送单元、用于发送指令的接收单元以及接收或发送指令处理状况的反馈单元。

上述监视器模块包括依次连接的接收命令单元、执行命令单元和返回结果单元，所述执行命令单元包括用于给存储单元内存配置、给上传任务模块上传配置、给通信单元进行事件类型配置、给通道信息进行监控通道配置和监控点选项的配置模块、用于实时监控通道信息的监控模块、用于停止监控通道信息的停止模块、用于接收或发送上传监控日志指令的上传模块以及记录监控日志的记录模块。

上述监控日志输出单元为通信视图单元。

综合化航电系统通信监控方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】搭建监控系统：

1.1】在监控目标机的系统内核中插入目标监视模块，所述目标监视模块包括监视器模块、上传任务模块以及存储单元；

1.2】在目标机服务器的工作端连入主机控制模块，所述主机控制模块包括控制面板、命令处理单元、任务记录单元、数据库以及监控日志显示单元；

2】初选监控对象：

2.1】输入用户指令给控制面板，控制面板将用户指令发送给命令处理单元，命令处理单元从目标机服务器上读取当前在线的目标机信息，之后通过命令处理单元反馈给控制面板，

2.2】控制面板根据命令处理单元反馈的目标机信息，选定一个目标机作为初选监控对象；

3】细选监控对象：

3.1】根据步骤2.2】选择的初选监控对象，控制面板发出连接初选监控对象的指令，并通过命令处理单元发送给目标机服务器，目标机服务器再发送给目标机代理，目标机代理再发送给监视器模块，监视器模块从与目标机连接的通信单元中读取初选监控对象的通道信息；

3.2】监视器模块通过目标机代理将初选监控对象的通道信息发送给目标机服务器，目标机服务器再将初选监控对象的通道信息发送给命令处理单元，命令处理单元再将初选监控对象的通道信息反馈给控制面板，

4】准备监控工作：

4.1】监控面板根据步骤3.2】中命令处理单元反馈的通道信息，启用监控系统准备工作，

给用于存储监控日志的存储单元配置内存，用于接收上传任务指令的上传任务模块上传配置，给通信单元进行事件类型配置，给通道信息进行监控通道配置和监控点选项，

4.2】步骤4.1】完成后，监视器模块依次通过目标机代理、目标机服务器、命令处理单元将准备就绪的信息反馈给监控面板，

5】启动监控系统：

5.1】监控面板发送启动监控指令，通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块，

5.2】监视器模块监控到监控日志后发送给存储单元，

5】停止监控：

5.1】控制面板发送停止监控指令，并通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块，

5.2】监视器模块监视器模块停止监控，并将停止监控的状态通过目标机代理、目标服务器、命令处理单元反馈给控制面板，

6】卸载监控日志：

6.1】控制面板发送卸载日志记录，通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块；

6.2】监视器模块发送给上传任务单元，所述上传任务单元从存储单元中读取监控日志，并发送给目标机代理，通过目标机服务器、命令处理单元、任务记录模块发送给数据库；

7】断开监控系统：

7.1】存储单元中记录的监控日志全部卸载完全时，控制面板发送断开连接指令，并通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块；

7.2】监视器模块执行断开后将断开连接信息通过目标机代理、目标服务器、命令处理单元反馈给控制面板；

8】监控结束。

还包括监控日志输出步骤：

控制面板给监控日志输出单元发送输出监控日志指令，监控日志输出单元从数据库中读取监控日志并输出。

上述命令处理单元包括用于接收指令的发送单元、用于发送指令的接收单元以及接收或发送指令处理状况的反馈单元。

上述监控器模块包括依次连接的接收命令单元、执行命令单元和返回结果单元，所述执行命令单元包括用于给存储单元内存配置、给上传任务模块上传配置、给通信单元进行事件类型配置、给通道信息进行监控通道配置和监控点选项的配置模块、用于实时监控通道信息的监控模块、用于停止监控通道信息的停止模块、用于接收或发送上传监控日志指令的上传模块以及记录监控日志的记录模块。

上述监控日志输出单元为通信视图单元。

本实用新型的优点：

1、通信过程对用户透明：能对特定消息的整个通信过程进行跟踪，图形化显示特定消息从发送应用程序开始，传播到的发送端口、通道、内核通信任务、接收端口、接收应用程序这些特殊位置的时标、位标、消息自身属性等信息，准确定位故障位置。

2、保持了嵌入式操作系统内核的特性：无需对操作系统内核进行修改，插桩代码量很小，探针效应小，具有潜在经济效益和社会效益。

3、保持了监控方法的通用性：在所有支持ARINC653标准的嵌入式操作系统上都可以应用本方法或系统进行监控。

4、提供了对其它内核关键事件进行监控的扩展能力：监控方法提供了良好的框架结构，使用者可以根据需要定义新的事件类型和事件信息，例如分区间切换事件、中断事件、用户自定义事件等。

5、本实用新型的目的是提供一种在保持嵌入式机载操作系统特性和内核的同时，能有效监控应用程序间通信状态及关系的监视工具。使分区间的通信过程对使用者完全透明，能进行通信事件的过程跟踪，能通过图形方式准确快速地定位通信故障的位置。

附图说明

图1为本实用新型综合化航电系统端口监视系统的结构示意图；

图2为本实用新型控制面板的窗口示意图；

图3为主机控制模块处理流程图；

图4为主机控制模块和目标视模块通信过程示意图；

图5为主机控制模块与目标监视模块通信过程传输的通信数据包的示意图。

具体实施方式

通过控制面板输入监控命令，所述监控命令包括获取目标机名称列表、连接目标机、获取目标机通道信息、配置目标机监视器、启动目标机监视系统、停止目标机监视器、上传监控日志、断开目标机连接；

根据ARINC653标准定义通用的通信事件类型，通信事件类型包括消息发送事件、消息分发事件、消息接收事件。这些通信事件的具体数据定义参见表1、表2和表3。

表1消息发送点记录格式

数据项	数据项类型
		记录类型号	32位整数
消息发送开始时的时间戳	64位整数
		消息发送结束时的时间戳	64位整数
发送消息的进程名	字符串
		发送消息的通道id	32位整数
发送消息的端口名	字符串

发送消息的分区名	字符串
		消息id	32位整数
消息长度	32位整数
		消息具体内容	字节流

表2消息分发点记录格式

数据项	数据项类型
		记录类型号	32位整数
消息分发开始时的时间戳	64位整数
		消息分发结束时的时间戳	64位整数
分发消息的通道id	32位整数
		发送消息的端口名	字符串
发送消息的分区名	字符串
		接收消息的端口名	字符串
接收消息的分区名	字符串
		消息id	32位整数
消息长度	32位整数
		消息具体内容	字节流

表3消息接收点记录格式

数据项	数据项类型
		记录类型号	32位整数
消息接收开始时的时间戳	64位整数
		消息接收结束时的时间戳	64位整数
接收消息的进程名	字符串

接收消息的通道id	32位整数
		接收消息的端口名	字符串
接收消息的分区名	字符串
		消息id	32位整数
消息长度	32位整数
		消息具体内容	字节流

控制流程和数据流程：

主机控制模块是控制命令的核心部分，是一切控制指令的发起者，如图1所示，主要包括：显示视图控制命令：在记录完日志信息后，控制通信视图显示采集到的通信视图；监控命令：用户通过控制台发送给目标机监视器的各种控制命令，具体的控制命令有获取目标机名称列表、连接目标机、获取目标机通道信息、配置目标机监视器、启动目标机监视器、停止目标机监视器、上传监控日志、断开目标机连接，这些控制命令通过目标机服务器发送到目标机代理，然后转发到目标机监视器，从而控制目标机的活动。

主机控制模块是整个系统的全局控制器，管理全局业务过程的控制逻辑，协调各子模块的处理顺序。所述主机控制模块包括控制面板、命令处理单元(UI事件响应程序)、任务记录单元、数据库以及监控日志输出单元，主要功能有：

发送监控命令：控制面板接收来自用户的监控命令，通过命令处理单元到目标机服务器，然后再由它转发给目标机代理再转到监视器模块。配置目标监视模块

配置项有缓冲区配置和卸载配置：缓冲区配置主要设置目标监视模块的缓冲区的大小、个数等属性。卸载配置设置通信信息的卸载路径、卸载方式和日志文件等属性。

记录监控日志文件：将监视到的通信监控信息记录到主机端的监控日志文件中，供事后进行通信正确性分析和通信错误诊断。

显示通信监控信息：通过通信视图显示通信监控信息和结果。通信监控信息的具体内容包括：某条通信消息的发送端口(sender port)名称、分发通道(distribute channel)名称和接收端口(receiver port)名称。

通信视图以图形化方式展现了在任务、端口、通道上发生的通讯事件的详细信息，如图3所示，在视图中用户可以选择特定通信事件然后突出显示它，就可以看到该通信息事件中所涉及消息的整个传输过程。

目标监视模块的控制命令包括：

控制监视器模块记录监控日志信息、根据接收到的配置控制命令和记录控制命令，记录监控日志信息；

目标监视模块：目标监视模块在目标机端执行，负责具体的通信监视。该模块由监视程序和卸载程序组成。主要包括监视器模块、上传任务模块以及存储单元。

监视器模块是数据流的主要部分，主要内容是监控日志数据流，该数据流内容首先在开始记录监控日志后，存储在目标机监视器日志信息缓冲区中，然后由上传任务发送到主机控制模块，最后被通信视图显示给用户。

上传任务单元：控制上传监控日志通信信息：根据接收到的上传控制命令和配置控制命令，上传已记录在存储单元中的日志信息。

监视程序：监视器模块接收到目标机代理转发的主机端控制命令，并根据它们进行各种具体操作，控制监视器模块的活动。监视程序通过预先定义的操作系统内核通信插桩代码，启动、停止通信监视。在启动监视后，通信程序中的监视器桩代码会把通信事件信息进行拷贝并保存到端口监视器的缓冲区。

卸载程序：启动监视器模块后，卸载程序会按用户请求或分批自动将已保存在存储单元的监控日志，上传到主机控制模块中的数据库，保存为本地日志文件。

监控日志是进行通信事件分析的基础，但如果目标机按照传统的同步远程文件系统方式设计，需要等待将监控日志信息写入主机的文件系统后才能退出，那样将可能会产生严重的探针效应，影响目标机系统的实时性。所以使用异步上传工作方式，满足实际应用的要求。

监控日志数据上传系统采用Eclipse Job作业技术，使用日志接收作业接收监控日志信息，使用日志记录作业写监控日志文件，优点是使目标机无需等待日志信息写入主机日志文件就能立即返回，把对目标机的影响减小到最低。

首先，监控日志卸载程序调用远程文件异步卸载接口向主机写日志文件。然后，通过的主机控制模块和目标机监控模块之间的通信机制，将监控日志信息发送到主机，记录任务单元经监控日志接收并将它们保存到数据库中，最后使目标机写日志文件操作立即返回。最后，监控日志记录线程从内存中读取日志信息，并调用本地文件系统接口将日志信息写入日志文件。

主机控制模块与目标监视模块的通信过程：

如图5错误！未找到引用源。所示，主机控制模块应用程序与目标监视模块代理通信的具体步骤：首先主机控制模块与目标监视模块建立连接，在成功建立此连接后。用户就可以使用控制面板向目标监视模块发送各种控制命令，发送的控制命令依次通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理转发到监视器模块。此时目标机监视工具已经创建，也就是存储单元内存配置、上传任务模块上传配置、通信单元进行事件类型配置、通道信息进行监控通道配置和监控点选项已经就绪、并处于阻塞状态，等待来自主机控制模块的控制命令。如果接收到控制命令，就调用监视器模块的的记录模块，记录监控日志。并把这些监控日志暂存在存储单元中，等待主机控制模块卸载指令，执行卸载，将卸载的监控日志最终以日志文件的形式保存到主机端的数据库。

主机控制模块应用程序与目标监视模块应用程序通信过程传输的通信数据包如图4所示：

首先，主机控制模块向目标机端发送连接目标机命令，该命令的作用是请求目标机连接。接收到连接命令后，目标监视模块返回当前目标机系统中的通道信息。

主机控制模块接收到通道信息和连接信息后，通过主机端监视器控制面板显示给用户，用户根据需要配置目标机监视器的各种属性，包括：目标机配置命令、缓冲区配置、上传日志配置、监视事件配置、监视通道配置和监视点配置。然后把向目标机发送生效配置命令，使这些目标机配置生效。目标监视模块接收到生效命令后，配置自身属性，如果未发生故障，返回就绪信息，表示目标监视模块已就绪，随时可以进行通信监视操作。

主机控制模块接收到就绪信息后，向目标监视模块启动监视命令，开始记录监控日志信息，将需要监控的通信事件记录到监视器模块的缓冲区。经过任意一段监控时间后，用户通过主机控制模块的控制面板向目标机发送停止监视器命令，停止记录监控日志信息。目标监视模块停止具体的记录监控日志操作后，向主机端监视器发送已停止回复信息，表示已经停止记录监控日志信息，可以开始上传日志(适用于延迟方式，如果连续模式将自动上传日志)。

主机控制模块接收到已停止记录日志回复后，就可以向目标监视模块发送上传监控日志命令，通知目标监视模块将保存在目标机监视器的缓冲区(也就是存储单元)中的监控日志信息上传回主机端。目标监视模块上传监控日志完成后，返回上传日志已完成命令。

最后，主机控制模块向目标监视模块发送断开连接命令，表示断开与目标机监视器的连接，目标机端监视器返回结束回复信息。

本实用新型还提供了一种监控方法：

1】搭建监控系统：

1.1】在监控目标机的系统内核中插入目标监视模块，主机控制模块包括控制面板、命令处理单元、任务记录单元、数据库以及监控日志显示单元；命令处理单元包括用于接收指令的发送单元、用于发送指令的接收单元以及接收或发送指令处理状况的反馈单元；

1.2】在目标机服务器的工作端连入主机控制模块，监控器模块包括依次连接的接收命令单元、执行命令单元和返回结果单元，所述执行命令单元包括用于给存储单元内存配置、给上传任务模块上传配置、给通信单元进行事件类型配置、给通道信息进行监控通道配置和监控点选项的配置模块、用于实时监控通道信息的监控模块、用于停止监控通道信息的停止模块、用于接收或发送上传监控日志指令的上传模块以及记录监控日志的记录模块；

2】初选监控对象：

2.1】输入用户指令给控制面板，控制面板将用户指令发送给命令处理单元，命令处理单元从目标机服务器上读取当前在线的目标机信息，之后通过命令处理单元反馈给控制面板，

2.2】控制面板根据命令处理单元反馈的目标机信息，选定一个目标机作为初选监控对象；

3】细选监控对象：

3.1】根据步骤2.2】选择的初选监控对象，控制面板发出连接初选监控对象的指令，并通过命令处理单元发送给目标机服务器，目标机服务器再发送给目标机代理，目标机代理在发送给监视器模块，监视器模块从与目标机连接的通信单元中读取初选监控对象的通道信息；

3.2】监视器模块通过目标机代理将初选监控对象的通道信息发送给目标机服务器，目标机服务器再将初选监控对象的通道信息发送给命令处理单元，命令处理单元再将初选监控对象的通道信息反馈给控制面板，

4】准备监控工作：

4.1】监控面板根据步骤3.2】中命令处理单元反馈的通道信息，启用监控系统准备工作，

给用于存储监控日志的存储单元配置内存，用于接收上传任务指令的上传任务模块上传配置，给通信单元进行事件类型配置，给通道信息进行监控通道配置和监控点选项，

4.2】步骤4.1】完成后，监视器模块依次通过目标机代理、目标机服务器、命令处理单元将准备就绪的信息反馈给监控面板，

5】启动监控系统：

5.1】监控面板发送启动监控指令，通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块，

5.2】监视器模块监控到监控日志暂存在监视器模块缓存中，监视器模块缓存缓存储满之后，监视器模块监控日志发送给存储单元，

5】停止监控：

5.1】控制面板发送停止监控指令，并通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块，

5.2】监视器模块监视器模块停止监控，并将停止监控的状态通过目标机代理、目标服务器、命令处理单元反馈给控制面板，

6】卸载监控日志：

6.1】控制面板发送卸载日志记录，通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块；

6.2】监视器模块发送给上传任务单元，所述上传任务单元从存储单元中读取监控日志，并发送给目标机代理，通过目标机服务器、命令处理单元、任务记录模块发送给数据库；

7】断开监控系统：

7.1】存储单元中记录的监控日志全部卸载完全时，控制面板发送断开连接指令，并通过命令处理单元、目标机服务器、目标机代理发送给监视器模块；

7.2】监视器模块执行断开后将断开连接信息通过目标机代理、目标服务器、命令处理单元反馈给控制面板；

8】监控结束。

9】监控日志输出：

控制面板给监控日志输出单元发送输出监控日志指令，监控日志输出单元从数据库中读取监控日志并输出。监控日志输出单元为通信视图单元。

通信监视器的具体工作步骤：

(1)首先启动宿主机通信监视器，通过目标机服务器建立和待监控目标机连接。

(2)连接后根据目标机通信监视器的反馈设置监视器的各监控选项，随后生效设置。

(3)配置选项生效后，打开监视器，开始通信监视。

(4)定期将记录的通信事件信息上传到宿主机，保存到监控日志文件中并显示通信视图。

(5)停止监控，内核桩代码不再记录并上传通信事件信息。

(6)断开目标机连接，结束监控。

Claims (4)

1.综合化航电系统通信监控系统，其特征在于：包括主机控制模块和目标监视模块，

所述主机控制模块连接在目标机服务器上，

所述目标监视模块设置在通信单元和目标机代理之间，所述通信单元设置在目标机系统内核中，

所述主机控制模块和目标监视模块通过目标机代理和目标机服务器相互通信，

所述主机控制模块包括控制面板、命令处理单元、任务记录单元、数据库以及监控日志输出单元，

所述目标监视模块包括监视器模块、上传任务模块以及存储单元，

所述控制面板用于接收指令、发送指令给命令处理单元并接收命令处理单元反馈的指令处理结果；

所述命令处理单元用于接收控制面板发送的指令、接收目标机服务器反馈的指令处理结果、发送指令给目标机服务器以及反馈指令处理结果给控制面板；

所述任务记录单元用于接收目标机服务器发送的监控日志、发送监控日志给数据库以及发送监控日志接收状况给目标机服务器；

所述监控日志输出单元用于接收控制面板的指令，读取数据库中监控日志并输出；

所述监视器模块用于接收目标机代理发送的指令、监控日志记录状况、读取通信单元中监控通道信息、发送卸载监控日志指令给上传任务模块以及发送监控日志给存储单元；

所述上传任务单元用于接收监视器模块卸载监控日志的指令、读取存储单元的监控日志、发送监控日志给目标机代理，

所述存储单元用于存储监视器模块发送的监控日志。

2.根据权利要求1所述的综合化航电系统通信监控系统，其特征在于：所述命令处理单元包括用于接收指令的发送单元、用于发送指令的接收单元以及接收或发送指令处理状况的反馈单元。

3.根据权利要求1或2所述的综合化航电系统通信监控系统，其特征在于：所述监视器模块包括依次连接的接收命令单元、执行命令单元和返回结果单元，所述执行命令单元包括用于给存储单元内存配置、给上传任务模块上传配置、给通信单元进行事件类型配置、给通道信息进行监控通道配置和监控点选项的配置模块、用于实时监控通道信息的监控模块、用于停止监控通道信息的停止模块、用于接收或发送上传监控日志指令的上传模块以及记录监控日志的记录模块。

4.根据权利要求3所述的综合化航电系统通信监控系统，其特征在于：所述监控日志输出单元为通信视图单元。

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