[發(fā)明專(zhuān)利]一種熱備份計(jì)算機(jī)中多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711083696.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107977289B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史少龍;衣學(xué)慧;劉超偉;馮丹;江耿豐;徐建;邢曉琪;高瑛珂;程照強(qiáng);譚彥亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F11/16
• 分類(lèi)號(hào): G06F11/16;G06F11/20
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發(fā)明涉及一種熱備份計(jì)算機(jī)中多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)及其控制方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明根據(jù)空間站制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)特性，設(shè)計(jì)一種包含M條總線的熱備份計(jì)算機(jī)多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)。根據(jù)任務(wù)需求，使眾多的敏感器、執(zhí)行結(jié)構(gòu)合理的分布于M條總線上。空間站制導(dǎo)導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)單機(jī)設(shè)計(jì)有N路總線控制線路，分別連接在M條總線中的N條總線。正常情況下，每臺(tái)單機(jī)控制一條總線，即每臺(tái)單機(jī)的一路總線控制器工作在主控模式，其他N?1路總線控制器作為冗余備份工作在監(jiān)聽(tīng)/休眠模式。采用該種熱備份計(jì)算機(jī)多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)及其控制方法，滿足了復(fù)雜長(zhǎng)壽命制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)對(duì)總線長(zhǎng)期高可靠且總線數(shù)據(jù)吞吐帶寬高的性能要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱備份計(jì)算機(jī)中多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)及其控制方法，特別適用于總線數(shù)據(jù)量龐大且具有長(zhǎng)時(shí)間高可靠任務(wù)需求的多模冗余熱備份計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)熱備份計(jì)算機(jī)中均采用單總線方式與其他敏感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、部件以及其它分系統(tǒng)通信，這種總線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其存在三個(gè)顯著的缺點(diǎn)：

1、當(dāng)控制周期較短，且每個(gè)控制周期內(nèi)需要傳輸?shù)目偩€數(shù)據(jù)量較大時(shí)，單總線方式無(wú)法滿足需求。

2、單總線結(jié)構(gòu)中，若總線故障會(huì)引起制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)功能失效，無(wú)法滿足長(zhǎng)時(shí)間高可靠的性能需求。

3、在單總線結(jié)構(gòu)中，除總線故障外，總線控制器故障也會(huì)引起總線通訊故障，造成單機(jī)失效，系統(tǒng)降級(jí)。

空間站具有多個(gè)艙段，制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)龐大，與傳統(tǒng)航天器相比，需要更多的敏感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及部件與制導(dǎo)導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)配合完成制導(dǎo)導(dǎo)航控制任務(wù)，即制導(dǎo)導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)需要跟更多的敏感器、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、部件及其它分系統(tǒng)通信，造成星載總線每個(gè)控制周期需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增大，負(fù)載加重。單總線結(jié)構(gòu)中，當(dāng)星載總線數(shù)據(jù)傳輸速率一定時(shí)，總線數(shù)據(jù)量增加勢(shì)必使傳輸所耗機(jī)時(shí)加大。當(dāng)控制周期較短時(shí)，總線傳輸時(shí)間將成為系統(tǒng)性能瓶頸，不能滿足制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)對(duì)總線的需求。

空間站要求在軌工作15年，這就要求制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)總線能夠長(zhǎng)時(shí)間高可靠地工作。單總線結(jié)構(gòu)亦不能滿足此需求。

空間站制導(dǎo)導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)采用拜占庭容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)有4臺(tái)單機(jī)，是一種多機(jī)熱備份計(jì)算機(jī)。拜占庭容錯(cuò)體系一個(gè)重要特點(diǎn)是各個(gè)單機(jī)可以分工同時(shí)獲取異源敏感器數(shù)據(jù)，然后通過(guò)熱備份計(jì)算機(jī)內(nèi)部交換比對(duì)，確保每臺(tái)單機(jī)獲得全部、統(tǒng)一的正確數(shù)據(jù)，作為決斷依據(jù)。若采用單總線結(jié)構(gòu)，拜占庭容錯(cuò)體系中各個(gè)單機(jī)分工同時(shí)獲取異源數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮，使系統(tǒng)性能降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種熱備份計(jì)算機(jī)多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)及其控制方法。空間站制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，部件多，制導(dǎo)導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)與敏感器以及制導(dǎo)導(dǎo)航控制計(jì)算機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間存在大量的數(shù)據(jù)傳輸。為了突破傳統(tǒng)單總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸速率小的瓶頸，并滿足空間站長(zhǎng)壽命高可靠性的要求，需要設(shè)計(jì)一種適用于拜占庭容錯(cuò)架構(gòu)的熱備份計(jì)算機(jī)多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)及其控制方法，以滿足空間站制導(dǎo)導(dǎo)航控制分系統(tǒng)對(duì)總線高效，長(zhǎng)期高可靠的性能要求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種熱備份計(jì)算機(jī)多模冗余總線容錯(cuò)架構(gòu)，該容錯(cuò)架構(gòu)包括熱備份控制計(jì)算機(jī)和M條總線，M為自然數(shù)且M大于等于2；其中熱備份計(jì)算機(jī)中含有K個(gè)單機(jī)，K為自然數(shù)且K大于等于4；每個(gè)單機(jī)上包含有N路總線控制器，N為自然數(shù)；熱備份計(jì)算機(jī)中總線控制器的總數(shù)(K×N)為M的F倍，F(xiàn)為自然數(shù)，F(xiàn)大于等于2，且M優(yōu)選不小于N；熱備份計(jì)算機(jī)中K×N個(gè)總線控制器均勻分布在M條總線上；所述的多模冗余總線架構(gòu)為：總線數(shù)量M大于等于2且熱備份計(jì)算機(jī)中總線控制器總數(shù)(K×N)為M的F倍，F(xiàn)為自然數(shù)，F(xiàn)大于等于2；

當(dāng)M為偶數(shù)時(shí)，上述的M條總線中，出現(xiàn)故障的總線數(shù)大于等于M/2時(shí)，熱備份計(jì)算機(jī)不能正常工作；