[發明專利]集群航電系統計算資源動態遠程容錯重構的無線通信方法

有效

• 申請號: 201710073485.0
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106961700B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 褚文奎;王淼;郤文清;張麗花;藺湘媛;魏斌
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;F41H13/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.集群航電系統計算資源動態遠程容錯重構的無線通信方法，其特征在于，按照以下步驟進行：

步驟一，

所有單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統之間完成一輪通信所需的時間為一個通信周期T；通信周期的基本單位為時隙，時隙長度可根據實際項目需要進行設定，設定時隙為7.8125ms；在一個通信周期內，每個節點發送消息一次，接收消息若干次；

步驟二，

若干個連續的時隙構成每個單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統通信所需的時間幀，每個時間幀能夠保證該單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統傳輸完畢所有的系統狀態數據和其它作戰所需數據，武器協同數據；主控節點占用通信周期T的第0個時間幀TF₀，包含t₀個時隙；第1個從屬單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統占用第1個時間幀TF₁，包含t₁個時隙，依次類推，第n個從屬單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統占用第n個時間幀TF_N，包含t_n個時隙；在上述約定中，t_n為自然數，n為整數；

步驟三，

不管是主控節點還是從屬節點，都只能在分配的時間幀處于活躍狀態才能向某一單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統或其它所有單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統發送消息，而在其它時間僅可以接收其它任何節點發送給它的消息；主控節點在指定時間幀TF₀既可以向所有從屬節點廣播消息，命令各單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統上報健康狀態、資源狀態和航電工作模式，也可以向指定從屬節點發送包含待重構的航電功能和相應航電工作模式的消息；這兩種消息分別形成發送命令消息和遠程重構命令消息，其數據格式一致，從屬節點在各自指定時間幀TF_j，j為自然數，向主控節點發送消息上報自身的健康狀態、和各航電工作模式，該消息稱之為狀態數據消息；

步驟四，

對于發送命令消息而言，“命令標識”位為0，“接收節點ID”為0，表示主控節點向所有從屬節點廣播發送命令消息，要求每個從屬節點向其發送狀態信息，“通用處理模塊狀態”區域位無意義，可全為0；

步驟五，

對于遠程重構命令消息而言，“命令標識”位為1；“接收節點ID”為1～127范圍內的數值，表示被主控節點選定為重構對象的單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統在無線通信網絡中的節點地址；“通用處理模塊狀態”區域位用于說明重構需求，包括重構需要實現的分區程序、航電工作模式、分區程序數目，這實際上是故障通用處理模塊在故障發生前的狀態數據；

步驟六，

對于狀態數據消息而言，“發送節點ID”表示當前發送狀態數據的從屬節點單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統地址，“平臺健康”用于說明該單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統是否健康，1表示健康，0表示故障，意味著該系統需要進行遠程重構；值得注意的是，只要該單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統通過本地重構解決了故障問題，那么該位仍然為1，即仍然記為健康狀態，該單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統會在本地故障日志庫中記錄故障事件和解決措施的；接下來的16*N₁+4+1位，說明第一個通用處理模塊駐留的分區軟件，以ID表示，航電設備的工作模式以ID表示，分區程序個數以及健康狀態，1表示當前通用處理模塊健康，0則表示當前通用處理模塊故障，依次類推，說明下一個通用處理模塊直至當前單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統最后一個通用處理模塊，包括所有備份通用處理模塊的相關狀態；“本地重構計數”占2位，用以標識當前故障節點已經通過多少次本地重構解決當前單個飛機平臺上的綜合模塊化航空電子系統故障問題；“備份通用處理模塊可用數”用于說明本節點還剩多少健康的、可用的備份通用處理模塊，為遠程重構提供判斷依據。

2.根據權利要求1所述的集群航電系統計算資源動態遠程容錯重構的無線通信方法，其特征在于，所述步驟六的遠程重構的可用時間開銷，計算方法如下：

第i個從屬節點在同構型集群航電系統組網運行的t_fault時刻發生故障，故障發生后，該節點在本地處理器經過故障探測、故障報文生成、故障報文發送至發送緩沖區、報文移出發送緩沖區、信道編碼、信號調制等準備活動，歷時τ1；

不過報文發送的時間需要考慮t_fault％T距離ti時間幀的長度，記為τ9，即在故障發生后，需要等待一段時間故障節點才能將故障信息報給主控節點，考慮到故障時機t_fault％T在ti時間幀到來的前后不同，τ9取值分別如下：

上述公式(1)和公式(2)用一個統一的數學模型進行表示，如下：

通常τ1包含在τ9內，且τ1＜＜τ9；

在故障節點的時間幀帶來后，故障節點進行報文發送，發送時間與發送信息總量a_i和速率R有關系，記為τ2＝a_i/R；在為每個節點分配發送時間幀時，以滿足其數據需求為根本；考慮容限問題，發送時間幀t_i略大于τ2；信號由故障節點傳送到主控節點的時間記為τ3＝L_i，0/C，其中L_i，0表示第i個架飛機距離主控節點的距離，根據任意兩架飛機能夠在350km里范圍內直接進行通信，考慮到光速為3*10⁵km/s，因此，τ3的值將小于1.85ms；

對于主控節點而言，在接收到信號后，經過信號解調、信道解碼，將數據發送至接收緩沖區，然后經過一定時間的等待，數據移出緩沖區，進行遠程重構決策，生成遠程重構命令報文，將遠程重構命令報文發送至發送緩沖區，報文從發送緩沖區移出進行信道編碼、信號調制，這個過程所消耗的時間稱之為遠程重構命令報文準備時間，記為τ4；之后，重構節點將向無線通信系統發送報文，發送時間與發送信息總量a_k和速率R有關系，記為τ5＝a_k/R，主控節點選中第k個從屬節點作為重構節點，i≠k；主控節點0將信號發送至重構節點k的傳輸時間記為τ6，由上述分析可知τ6≈τ3≤1.85ms；

重構節點k將在接收到信號后，進行信號解調、信道解碼，之后將數據發送至接收緩沖區；經過一定時間的等待，重構節點將數據移出緩沖區，提交給處理器執行遠程重構操作，這一過程簡稱為遠程重構，歷時記為為τ7；

故障節點將信息迅速發送至主控節點，而主控節點的時間幀可能還遠遠沒有到來，記這個間隔時間為主從式通信的周期其中為第j個節點的通信時間幀長度，j＝0時代表主控節點，j≠0時代表從屬節點；通常，τ8≥τ3+τ4；

由于只能由主控節點才能進行遠程重構決策，因此遠程重構代價即時間開銷為

Δt_{remote_reconfig}＝τ9+τ2+τ8+τ5+τ6+τ7 (4)

帶入各參數，公式(4)更改為：

由公式(5)可知，當i＝n且位于ti時間幀內時，間隔時間τ9＝0，τ8＝τ3+τ4，此時遠程重構時間開銷最小，為

Δt_{remote_reconfig}＝τ2+τ3+τ4+τ5+τ6+τ7

＝a_n/R+τ3+τ4+a₀/R+τ6+τ7

(6)

當i＝1且時，間隔時間此時遠程重構時間開銷最大，為

由公式(6)和公式(7)可知，故障時刻越接近主控節點下一時間幀的到來時刻，那么遠程重構可用時間就越緊迫，反之則越為寬松。