CN202455368U - 一种用于运载火箭的地面实时网络系统 - Google Patents

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张晨光
吕明
安雪岩
郑桂波
李璨
任毅
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Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering
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China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering
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Abstract

本实用新型公开了一种用于运载火箭的地面实时网络系统，包括指挥计算机、实时内存网络交换机、各系统控制计算机、网管计算机、数据服务器、以太网交换机、浏览计算机。本实用新型采用实时内存网络技术用于运载火箭地面测试与发射控制网络系统，有效解决了以太网存在的信息传输时间不确定性，实现了网络信息传输时间确定性、可靠、可控、可追溯的高精度要求；有效解决了以太网的网络冲突而产生的误码和丢帧，降低了网络信息传输的误码率，提高了网络信息传输的可靠性。

Description

一种用于运载火箭的地面实时网络系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于运载火箭的地面实时网络系统，尤其涉及一种用于运载火箭地面测试与发射控制的实时网络系统，属于测试技术领域。
背景技术
现代运载火箭在进行各项测试与发射过程中，指挥计算机发出指挥进程命令，经过网络系统传输到各系统控制计算机，各系统控制计算机执行指挥进程完成相应的测试项目，测试结束后将测试结果包括测试状态和测试数值量通过网络系统传送到指挥计算机、数据服务器进行综合管理与分析，在此过程中可靠的网络信息传输至关重要，尤其是指挥进程命令的信息传输必须及时、准确，实时性和可靠性要求较要求。
目前地面网络系统普遍采用以太网通信技术实现，以太网通信技术信息传输与交换采用载波侦听多址/冲突检测机制(CSMA/CD)并建立了OSI模型，网络信息传输需遵循OSI定义的7层网络模型。因载波侦听多址/冲突检测机制固有特性决定了，在信息传输过程中将延迟随机长度的时间段重发数据，同时网络冲突在一定范围内将会出现误码和丢帧现象。因此采用以太网通信技术信息传输时间的不确定性，以及传输过程中误码或丢帧，无法满足高精度要求的运载火箭网络信息传输要求。实时内存网络技术信息传输与交换是通过分配共享内存的读和写操作完成，所有网络节点采用共享内存的工作方式，每个节点在内存上有自己的物理拷贝，当某个节点对其本地内存进行写操作时，该点的数据更新会立刻广播到网络上所有节点，确保每个节点内存实时刷新，网络各节点通过光纤与实时内存网络交换机连接，并形成星形网络结构。信息的管理是在共享内存中完成，信息交换时间通常在几微秒内完成，同时没有任何网络协议，并具有高带宽特点。因此采用实时内存网络技术能够满足时间确定性、可靠、可控、可追溯的网络信息传输要求。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术缺陷，提供一种用于运载火箭的地面实时网络系统，解决了地面测试信息传输时间的不确定性，提高了信息传输的实时性和可靠性。
本实用新型的技术解决方案是：一种用于运载火箭的地面实时网络系统，包括指挥计算机、实时内存网络交换机、控制计算机、网管计算机、数据服务器、以太网交换机和浏览计算机；指挥计算机、控制计算机、网管计算机和数据服务器中配置实时内存网卡，指挥计算机、控制计算机、网管计算机、数据服务器与实时内存网络交换机之间通过光纤相连接形成星形网络结构，数据服务器与以太网交换机、以太网交换机与浏览计算机之间通过网线连接；
指挥计算机，发送指挥进程命令信息到控制计算机，接收控制计算机发送的进程回令信息及测试状态信息；
实时内存网络交换机，完成指挥计算机、数据服务器与控制计算机之间的信息传输与交换；
控制计算机，接收指挥计算机的指挥进程命令信息，向指挥计算机发送指挥进程回令信息及测试状态信息，向数据服务器发送测试状态信息；
网管计算机，通过实时内存网络交换机获取整个网络的共享内存使用信息，监测网络设备运行状态；
数据服务器，实现实时内存网到以太网的信息转换，完成测试状态信息数据发布；
以太网交换机，完成数据服务器与浏览计算机之间的信息传输与交换；
浏览计算机，浏览数据服务器发布的测试状态信息。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本实用新型采用实时内存网络技术用于运载火箭地面测试与发射控制网络系统，有效解决了以太网存在的信息传输时间不确定性，实现了网络信息传输时间确定性、可靠、可控、可追溯的高精度要求；有效解决了以太网的网络冲突而产生的误码和丢帧，降低了网络信息传输的误码率，提高了网络信息传输的可靠性；
(2)本实用新型在组建运载火箭地面测试与发射控制网络系统时，对于指挥进程命令、测试状态及数值量等传输要求较高的信息采用实时内存网络进行数据交换，对于浏览信息等传输要求不高的信息采用以太网进行数据传输并采用标准IE进行数据浏览与访问，即满足了高精度网络信息传输要求，又实现了标准的信息发布，提高了现代运载火箭地面测试与发射控制网络系统的信息管理与应用需求。
附图说明
图1为本实用新型的组成结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明：
如图1所示为本实用新型地面实时网络系统连接示意及通信链路图，指挥计算机、各系统控制计算机、数据服务器配置实时内存网卡，通过实时内存网络交换机完成测试与发射控制系统中各种测试信息的传输与转换，网络管理计算机配置实时内存网卡完成对实时内存网络管理，以上与实时内存网络交换机连接采用光纤方式。数据服务器配置以太网卡与以太网交换机连接，完成信息的标准WEB发布，浏览终端配置以太网卡与以太网交换机连接通过IE方式完成各种测试信息的浏览与查询。
指挥计算机是在根据指挥员口令发送指挥进程命令信息到各系统控制计算机，接收各系统控制计算机发送的进程回令信息及重要测试状态及数值量；
实时内存网络交换机完成指挥计算机、数据服务器与各系统控制计算机的信息传输与交换。采用共享内存网络交换技术，网络各节点通过光纤与实时内存网络交换机连接，并形成星形网络结构；
各系统控制计算机接收指挥计算机的指挥进程命令信息，完成相应的测试项目，向指挥计算机发送指挥进程回令信息及重要测试状态及数值量，向数据服务器发送所有测试状态及数值量；
网管计算机提供整个网络系统状态监测、设备运行状态监测、网络共享内存信息流量分析等功能；
数据服务器完成测试和发射过程中的各系统测试数据存储、数据管理、数据分析、数据转发、数据发布等功能，是整个测试与发射控制系统的信息管理与分析中心。数据服务器配置实时内存网卡和以太网网卡，实现实时内存网网络到以太网络的信息转换，完成测试信息WEB方式的数据发布。
以太网交换机完成数据服务器与浏览终端的信息传输与交换。采用以太网信息交换技术实现。
浏览终端采用标准的IE浏览器，浏览数据服务器发布的测试信息。
在进行各项测试与发射过程中，测试信息传输与交换通过读和写操作共享内存实现，当某个节点对其本地内存进行写操作时，该点的数据更新会立刻广播到网络上所有节点，确保每个节点内存实时刷新。
根据任务要求和各分系统在测试过程中交换的数据量统一分配和管理共享内存，为了确保数据交换安全，各系统控制计算机具有唯一的共享内存段，对于关键的测试信息采取“双内存段”或“多内存段”方式，提高其可靠性；
根据各系统控制计算机具有唯一的共享内存段，按照信息流形式，将指挥进程命令信息、回令信息、测试状态信息采用单发测试信息采取队列(FIFO)方式，将各系统的测试数值量采用复发测试信息采取覆盖(Cover)方式；
网络管理计算机统一进行共享内存的分配与管理，并通过专用软件实时监测设备运行状态、共享内存使用情况，测试数据流和定量分析与统计等功能。
具体信息流说明如下：
(1)测试与发射过程中，根据指挥员口令指挥计算机发送指挥进程命令信息A1，实时内存网络交换机将A1信息传输到各系统控制计算机和数据服务器；
(2)各系统控制计算机根据A1进行相关测试，完成测试后回复指挥进程回令A2及测试状态量B1和测试数值B2，实时内存网络交换机将A2、B1、B2信息指挥计算机和数据服务器；
(3)指挥计算机接收到A2、B1、B2信息后进行相关处理和显示，提示本测试进程阶段完成情况，以进行下一阶段测试工作；
(4)数据服务器接收A1、A2、B1、B2信息，对这些信息进行综合分析与处理，并使用专用软件将其转换成以太网信息a1、a2、b1、b2，以太网交换机将这些信息发送到浏览计算机进行数据浏览和查询；
(5)网管计算机通过实时内存网络交换机获取整个网络的共享内存使用情况信息，监测网络设备运行状态。浏览计算机发送查询请求信息D，获得所需的各种测试信息。
根据实时内存网络信息流的分析，分配共享内存大小及使用方式如表1所示。
表1地面实时网络系统共享内存分配表
  节点名称   FIFO(MB)  Cover(MB)   总计(MB)
  指挥计算机   64   64
  网管计算机   32  128   160
  A系统控制计算机   64  256   320
  B系统控制计算机   32  128   160
  C系统控制计算机   32  2024   2056
  D系统控制计算机   32   32
  E系统控制计算机   32  128   160
  数据服务器   64  2024   2088
本实用新型未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种用于运载火箭的地面实时网络系统，其特征在于：包括指挥计算机、实时内存网络交换机、控制计算机、网管计算机、数据服务器、以太网交换机和浏览计算机；指挥计算机、控制计算机、网管计算机和数据服务器中配置实时内存网卡，指挥计算机、控制计算机、网管计算机、数据服务器与实时内存网络交换机之间通过光纤相连接形成星形网络结构，数据服务器与以太网交换机、以太网交换机与浏览计算机之间通过网线连接；
指挥计算机，发送指挥进程命令信息到控制计算机，接收控制计算机发送的进程回令信息及测试状态信息；
实时内存网络交换机，完成指挥计算机、数据服务器与控制计算机之间的信息传输与交换；
控制计算机，接收指挥计算机的指挥进程命令信息，向指挥计算机发送指挥进程回令信息及测试状态信息，向数据服务器发送测试状态信息；
网管计算机，通过实时内存网络交换机获取整个网络的共享内存使用信息，监测网络设备运行状态；
数据服务器，实现实时内存网到以太网的信息转换，完成测试状态信息数据发布；
以太网交换机，完成数据服务器与浏览计算机之间的信息传输与交换；
浏览计算机，浏览数据服务器发布的测试状态信息。
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