本發(fā)明屬于機(jī)載網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通信鏈路故障診斷方法。

背景技術(shù)：

機(jī)載網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)載航電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，通信系統(tǒng)故障將導(dǎo)致傳感器反饋數(shù)據(jù)或飛控計(jì)算機(jī)控制指令不能正確可靠傳輸，對(duì)飛行器安全及飛行任務(wù)的完成有著至關(guān)重要的影響。為了提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，一般采用冗余備份的方法避免單一鏈路存在的可靠性等問(wèn)題。考慮成本、資源利用率等多方面因素，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)通信系統(tǒng)一般采用雙余度的交換網(wǎng)結(jié)構(gòu)避免設(shè)備的層層備份。然而，雙余度通信系統(tǒng)一直面臨的一個(gè)重要問(wèn)題是如何有效地進(jìn)行余度表決和故障診斷，即當(dāng)兩個(gè)通道存在不一致問(wèn)題時(shí)，如何甄別正確與故障通道。如果處理不當(dāng)，雙余度通信系統(tǒng)不僅無(wú)法提高系統(tǒng)可靠性，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障和出錯(cuò)的概率增大，相比于單通道時(shí)的網(wǎng)絡(luò)可靠性更差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單實(shí)用、易實(shí)現(xiàn)、可靠性高的故障診斷方法。

基于時(shí)間同步狀態(tài)監(jiān)控的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)故障診斷方法，其特征在于，包含以下步驟：

(1)所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)執(zhí)行時(shí)間同步算法，完成時(shí)間同步過(guò)程，形成全局統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)；

(2)在預(yù)先約定的時(shí)刻，所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)中所有端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)將其本地時(shí)間基準(zhǔn)信息發(fā)送給相鄰的交換機(jī)；

(3)所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)中所有交換機(jī)對(duì)接收到的時(shí)間基準(zhǔn)信息進(jìn)行延遲補(bǔ)償和計(jì)算，執(zhí)行時(shí)間同步狀態(tài)判定過(guò)程，根據(jù)時(shí)間偏差大小判定各端口對(duì)應(yīng)通信設(shè)備的時(shí)間同步狀態(tài)是否正常；

(4)所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)中所有交換機(jī)將時(shí)間同步狀態(tài)判定結(jié)果封裝至狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)幀發(fā)送給各端口對(duì)應(yīng)的端節(jié)點(diǎn)或交換機(jī)；

(5)所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)中所有端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)根據(jù)反饋結(jié)果執(zhí)行通信鏈路運(yùn)行狀態(tài)判定過(guò)程，判斷相關(guān)通信鏈路的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

進(jìn)一步的，所述時(shí)間基準(zhǔn)信息需在指定的時(shí)間窗口內(nèi)到達(dá)其目的交換機(jī)，否則視為無(wú)效。

進(jìn)一步的，所述時(shí)間偏差的計(jì)算依據(jù)是所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)通過(guò)時(shí)間同步過(guò)程建立的全局統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。

進(jìn)一步的，所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)中所有交換機(jī)對(duì)未收到正確時(shí)間基準(zhǔn)信息的端口，直接判定其所對(duì)應(yīng)通信設(shè)備的時(shí)間同步狀態(tài)異常。

進(jìn)一步的，所述狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)幀需在指定的時(shí)間窗口內(nèi)到達(dá)各端口對(duì)應(yīng)的端節(jié)點(diǎn)或交換機(jī)，否則視為無(wú)效。

進(jìn)一步的，所述時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)中所有端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)對(duì)未收到狀態(tài)反饋信息幀或收到異常狀態(tài)反饋的情況，判定相關(guān)通信鏈路的運(yùn)行狀態(tài)異常，僅在收到正常狀態(tài)反饋的情況時(shí)，判定相關(guān)通信鏈路的運(yùn)行狀態(tài)為正常。

本發(fā)明在時(shí)間信息的傳遞和反饋過(guò)程中，可有效驗(yàn)證相鄰?fù)ㄐ殴?jié)點(diǎn)之間物理傳輸鏈路、雙方的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊等硬件部分是否正常，以及各通信節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息和軟件部分的運(yùn)行狀態(tài)，具有簡(jiǎn)單實(shí)用、易實(shí)現(xiàn)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。另外，以時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)建立的全局統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)為判定依據(jù)，可為雙余度通信系統(tǒng)提供正確的參考信息，用于解決兩個(gè)通道狀態(tài)不一致時(shí)無(wú)法有效判定故障通道的難題。

附圖說(shuō)明

圖1：本發(fā)明的算法流程圖。

圖2：tte系統(tǒng)示例。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，此處所說(shuō)明的方案只用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，為

本技術(shù)：
的一部分，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明方案的限定。

以圖2所示原型系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)述采用基于時(shí)間同步狀態(tài)監(jiān)控的故障診斷方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。圖2中每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)通信通道，分別連接兩個(gè)不同的交換機(jī)設(shè)備，構(gòu)成雙余度通信鏈路。本發(fā)明所介紹的故障診斷方法可周期性執(zhí)行，也可由一些條件觸發(fā)執(zhí)行，對(duì)于一個(gè)具體的診斷過(guò)程，其步驟如下：

①時(shí)間同步過(guò)程：時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)通過(guò)一定的時(shí)間同步方法，實(shí)現(xiàn)全局網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步，形成統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。

②發(fā)送時(shí)間信息：在預(yù)先約定的時(shí)刻，端節(jié)點(diǎn)向其相鄰交換機(jī)發(fā)送自身的本地時(shí)間基準(zhǔn)信息，即端節(jié)點(diǎn)n1、n2和n3向交換機(jī)sw1和sw2發(fā)送時(shí)間信息，端節(jié)點(diǎn)n4和n5向交換機(jī)sw3和sw4發(fā)送時(shí)間信息；相鄰交換機(jī)之間互相交換時(shí)間信息，即交換機(jī)sw1和sw2向交換機(jī)sw3和sw4發(fā)送時(shí)間信息，同時(shí)交換機(jī)sw3和sw4向交換機(jī)sw1和sw2發(fā)送時(shí)間信息。交換機(jī)有個(gè)指定的接收時(shí)間窗口，在接收窗口內(nèi)到達(dá)的時(shí)間信息被認(rèn)為是有效信息，可作為后續(xù)條件判定的數(shù)據(jù)，在接收時(shí)間窗口之外到達(dá)的時(shí)間信息均被丟棄。

③時(shí)間同步狀態(tài)判定：交換機(jī)根據(jù)各端口接收到的時(shí)間信息，對(duì)其進(jìn)行傳播延遲補(bǔ)償及校正，消除傳輸延時(shí)等因素的影響，然后對(duì)各端口校正后的時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，判定各端口對(duì)應(yīng)通信設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。在指定時(shí)間窗口內(nèi)，對(duì)于未收到時(shí)間信息或所收到信息幀無(wú)法正確解析的端口，均認(rèn)為對(duì)應(yīng)的通信鏈路有故障。對(duì)于正確接收的時(shí)間信息，利用一定算法對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)判定。為便于介紹，此處采用簡(jiǎn)單的誤差比較法：以交換機(jī)的本地時(shí)間基準(zhǔn)為參考，判斷其與相鄰端節(jié)點(diǎn)或交換機(jī)之間的時(shí)間偏差，若偏差大于某閾值，則認(rèn)為相關(guān)通信鏈路有問(wèn)題，若時(shí)間偏差在接收范圍內(nèi)，則認(rèn)為相關(guān)通信鏈路正常。對(duì)于時(shí)間同步狀態(tài)判定問(wèn)題還可采用其他方法和思路以提高性能和可靠性，如：將所有接收到的時(shí)間信息放在一起比較，計(jì)算出大部分節(jié)點(diǎn)時(shí)間基準(zhǔn)所在的分布區(qū)間，將區(qū)間之外的時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的通信鏈路認(rèn)為故障狀態(tài)，這樣可消除參考節(jié)點(diǎn)故障時(shí)產(chǎn)生的不利影響。

④反饋狀態(tài)判定結(jié)果：交換機(jī)將判定后的狀態(tài)和錯(cuò)誤類型反饋至各端口對(duì)應(yīng)的端節(jié)點(diǎn)或交換機(jī)，例如交換機(jī)sw1將其對(duì)端節(jié)點(diǎn)n1、n2和n3和相鄰交換機(jī)sw3和sw4的狀態(tài)判定結(jié)果反饋至相應(yīng)端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)。各節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)對(duì)于反饋信息幀的到達(dá)時(shí)間有最遲達(dá)到時(shí)間約束，在最遲到達(dá)時(shí)間之后收到的反饋信息均丟棄，僅在約定時(shí)間點(diǎn)之前到達(dá)的反饋信息可用于后續(xù)故障條件的診斷。

⑤故障條件診斷：各端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)設(shè)備收到狀態(tài)反饋的信息幀后，對(duì)相關(guān)通信鏈路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定和更新。若收到正常的狀態(tài)反饋，則說(shuō)明數(shù)據(jù)通信的往返鏈路均正常，將其設(shè)為正常狀態(tài)，若收到非正常的狀態(tài)反饋和錯(cuò)誤類型，則進(jìn)行相應(yīng)的處理措施，如：若連續(xù)3次收到錯(cuò)誤反饋信息幀，則認(rèn)為相應(yīng)通信鏈路故障，啟動(dòng)故障檢測(cè)和隔離措施。

通過(guò)上述步驟和方法即可實(shí)現(xiàn)時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)中各通信節(jié)點(diǎn)及鏈路的故障診斷，同時(shí)，本發(fā)明還可用于解決雙余度通信系統(tǒng)中無(wú)法有效進(jìn)行余度表決的問(wèn)題。以圖2中節(jié)點(diǎn)n1的兩個(gè)通信板卡(通道a和通道b)為例，假設(shè)通道a和通道b收到的數(shù)據(jù)不一致，則無(wú)法判定哪個(gè)通道出現(xiàn)故障和錯(cuò)誤。利用上述方法，通道a和通道b分別將自身的時(shí)間基準(zhǔn)信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的交換機(jī)，交換機(jī)以全局統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)為參考，根據(jù)時(shí)間偏差判定各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，然后將判定結(jié)果反饋給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。僅當(dāng)所有通信過(guò)程(物理通信鏈路、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理軟件等)均正確時(shí)，通道a或通道b才能收到運(yùn)行狀態(tài)正常的反饋信息。因此，兩者之間必然有一個(gè)未收到反饋或收到異常狀態(tài)反饋的通道，那么，兩個(gè)通道即可根據(jù)各自收到的狀態(tài)反饋信息判斷自身的運(yùn)行狀態(tài)，選擇正確的數(shù)據(jù)源。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于時(shí)間同步狀態(tài)監(jiān)控的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)故障診斷方法，屬于機(jī)載網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于：結(jié)合時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)建立的全局統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，以通信節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間偏差為判定條件進(jìn)行故障狀態(tài)的診斷。所有端節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)向其相鄰的交換機(jī)發(fā)送本地時(shí)間基準(zhǔn)信息，交換機(jī)對(duì)收到的時(shí)間基準(zhǔn)信息進(jìn)行修正和對(duì)比，通過(guò)時(shí)間偏差大小判定相鄰節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，并將判定結(jié)果反饋至相應(yīng)的端節(jié)點(diǎn)或交換機(jī)。在此過(guò)程中，相鄰設(shè)備之間的物理通信鏈路、雙方的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊及通信軟件均可得到驗(yàn)證，具有簡(jiǎn)單實(shí)用、易實(shí)現(xiàn)、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可用于解決雙余度通信系統(tǒng)無(wú)法有效判定故障的難題。

技術(shù)研發(fā)人員：楊佳利;朱紀(jì)洪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.26
技術(shù)公布日：2017.10.20