[發明專利]一種基于軟件總線的無人機快自愈系統

有效

• 申請號: 201810383670.4
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108647174B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 張平;談佳;甘明明;鐘興;李方;杜廣龍;陳明軒;湯峰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42;G06F16/23;G06F16/25
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于軟件總線的無人機快自愈系統，其特征在于，包括：雙軟件總線和功能模塊，軟件總線作為系統的基礎，是協調操作系統和掛載在軟件總線之上的功能模塊的中間軟件，軟件總線采用功能和數據分離的結構；雙軟件總線，其中一個為主軟件總線，運行全功能模塊；另一個為備用軟件總線，僅運行部分功能模塊，有需要時對主軟件總線和備用軟件總線進行主備切換，實現系統核心組件軟件總線的自愈；

所述雙軟件總線采用采用主備兩種運行狀態的雙軟件總線互評結構，所述備用軟件總線僅運行模塊評估和數據同步模塊，以功能模塊的形式掛載在主軟件總線之上，且模塊評估僅對主軟件總線進行功能評估，其它的功能模塊處于已注冊但未對外提供服務狀態；

所述主軟件總線進行自我評估，備用軟件總線進行主軟件總線的評估，根據主軟件總線的自評結果和備用軟件總線的他評結果，當自評和他評結果滿足切換條件時，則對主軟件總線和備用軟件總線進行主備切換，實現系統核心組件軟件總線的自愈；

對主軟件總線和備用軟件總線進行主備切換，實現系統核心組件軟件總線的自愈時，采用功能模塊自愈分級的機制：功能模塊自愈分級機制采用用戶自指定和系統判定相結合的判定形式，不同的自愈級別對應不同的自愈策略；

系統判定的功能模塊自愈分級采用面向任務的消息被動評估算法，并將模塊的自愈級別寫入到模塊評估體系中。

2.根據權利要求1所述的基于軟件總線的無人機快自愈系統，其特征在于，軟件總線采用功能和數據分離的結構；

其中功能部分包括消息調度、模塊管理、模塊評估、數據同步和時間維護；消息調度進行模塊間的消息轉發調度；模塊管理進行掛載在軟件總線的功能模塊的注冊、注銷和故障恢復；模塊評估根據軟件總線的運行狀態，依據模塊評估體系分別進行所有功能模塊的評估和軟件總線功能模塊的評估，并通知模塊管理進行對應的操作；數據同步根據軟件總線的運行狀態，分為主動同步和被動同步，在主軟件總線上，數據同步更新主軟件總線的數據部分，并向備用軟件總線數據同步發出數據同步要求，在備用軟件總線上，根據主軟件總線的數據同步消息進行數據的同步；時間維護負責維護無人機的時間更新；

數據部分包括模塊信息和模塊評估體系；模塊信息包含掛載在軟件總線上的各功能模塊的運行信息和管理信息，為軟件總線和各功能模塊的自愈提供數據記錄；模塊評估體系是判斷軟件總線和各功能模塊是否正常運行和故障時如何處理的依據。

3.根據權利要求1所述的基于軟件總線的無人機快自愈系統，其特征在于，軟件總線功能包括：

①規范模塊間通訊協議和模塊的接口，保證系統的可擴展性和功能模塊的互操作性；

②為掛載在軟件總線上的各功能模塊提供全生命周期管理；

③對掛載在軟件總線上的各模塊依據模塊評估體系進行運行時評估；

④對軟件總線上的運行數據進行備份；

⑤維護無人機系統內部的時間，對外提供接口，實現與其它系統的時間同步。

4.根據權利要求1所述的基于軟件總線的無人機快自愈系統，其特征在于，功能模塊包括系統功能模塊和用戶自定義功能模塊；

系統功能模塊包括硬件抽象封裝模塊、通信封裝模塊和數據庫模塊，其中硬件抽象封裝模塊和通信封裝模塊在操作系統之上，對功能終端包括傳感器和執行器的原始接口進行抽象封裝；數據庫模塊封裝了數據庫接口，為功能模塊的數據增、刪、查、改提供支持；

用戶自定義模塊為用戶個性化需求提供可擴展支持，用戶根據自己的實際需求對系統功能模塊進行功能重構。

5.根據權利要求1或4所述的基于軟件總線的無人機快自愈系統，其特征在于，系統判定的功能模塊自愈分級具體評估過程如下：

初始條件：

①功能模塊類型權重因子：系統模塊包括軟件總線、硬件抽象封裝模塊、通信封裝模塊和數據庫模塊為μ_s，用戶定義功能模塊為μ_u；

②系統功能模塊列表LIST_ms：{Ms₁，Ms₂，Ms₃，...，Ms_p-1，Ms_p}；

③用戶定義功能列表LIST_mu：{Mu₁，Mu₂，Mu₃，...，Mu_q-1，Mu_q}；

④功能模塊自愈分級閾值列表LIST_l：{L₁，L₂，...，L_n}，其中L₁＜L₂＜…＜L_n；

⑤功能模塊服務響應平均時間列表LIST_t：{T₁，T₂，T₃，...，T_p，...，T_p+q}；

⑥各功能模塊的初始自愈級別LIST_hi：其中任意功能模塊的自愈級別在功能模塊自愈分級閾值列表LIST_l的鄰近區間[L_i，L_i+1]；

算法執行流程：

①無人機執行任務的功能模塊序列為LIST_task：{M₁，M₂，M₃，...，M_i，...，M_x}，任務功能序列LIST_task對應的運行時間列表為LIST_time：其中i∈{1，2，3，...，p+q}，x為完成任務需要執行的功能模塊數，為功能模塊M₁對應的時間段數目；

②依據LIST_task和LIST_time，按下公式(1)，以各模塊的執行時間除以所有模塊執行的總時間來生成任務執行過程中功能模塊權重因子的序列為LIST_μ：{μ₁，μ₂，μ₃，...，μ_i，...，μ_x}，μ_i為功能模塊M_i的任務執行權重因子，x為LIST_task中模塊的總數目；

③根據各模塊消息調度實際情況更新LIST_t，令H′＝μ_iμ_jT′_k，其中T′_k為LIST_t的更新值，μ_i∈{μ_s，μ_u}，μ_j∈LIST_μ；

④對比H′和LIST_l，若H′的值由L_i＜H′≤L_i+1，改變為H′＜L_i或H′＞L_i+1，變更至下個區間值，則更新LIST_hi中模塊對應的自愈級別，否則保持不變；

⑤重復步驟③、④，直至此次任務結束。