一种级联式心跳设计方法技术

随着航空技术的迅猛发展，航空电子系统正向开放式、综合化、模块化的方向发展。在嵌入式计算设备高度集成的今天，设备内的多模块交互、系统内的多设备交互已是航空电子系统普遍的实现方式。这种方式带来了系统强大的运行能力，同时也给系统的测试性提出了挑战，如何在众多计算单元中诊断出故障点成为可靠航电系统的必备能力之一。本发明专利技术针对多模块的复杂级联系统提出一种心跳设计方法，在其运行过程中，可以通过模块自身反应出本模块以及其前级模块故障情况，并传递给后级模块知晓。本发明专利技术方法在多模块的设备内部以及多设备的系统内部均具有实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复杂机载电子系统的故障检测技术，涉及一种高可靠级联序列的心跳设计方法。
技术介绍
随着航空技术的迅猛发展，航空电子系统正向开放式、综合化、模块化的方向发展。在嵌入式计算设备高度集成的今天，设备内的多模块交互、系统内的多设备交互已是航空电子系统普遍的实现方式。这种方式带来了系统强大的运行能力，同时也给系统的测试性提出了挑战，如何在众多计算单元中诊断出故障点成为可靠航电系统的必备能力之一。心跳监控是多个计算单元间通讯监控的有效方法之一，传统的心跳监控一般用于两两通讯模块之间，采用应答式方式，周期判断相互之间通讯状况。但对于较多计算单元的大型系统或设备，多个模块间均具有级联或者交联式通讯需求，本级模块获取的信息，往往是前一级模块从前两级模块处获取并转发，采用传统方式心跳，仅能判断出前一级模块状态，却不能判断出所有前级模块状态。本专利技术提出的级联序列式心跳设计，有效地解决了多级模块间健康状态监控级联交互问题，实现了多模块复杂系统间的健康监控。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种对于多单元多模块的复杂级联系统，在运行过程中，如何通过模块自身反应本模块及其前级模块故障情况，并使下级模块知晓的心跳设计方法。在多模块的设备内部以及多设备的系统内部均具有实用价值。本专利技术的技术解决方案—种高可靠性级联式心跳设计方法，其特征是，本方法基于若干个计算节点相互交联组成的网络系统，其心跳设计方法步骤如下:第一步，根据网络系统中心跳的监控需求，画出心跳流图，并将心跳流图分解为若干单向心跳子图，单向心跳子图中计算节点分为始节点、中间节点以及末节点，其中，始节点为仅向后级节点发送心跳的节点，中间节点为既接收前级节点的心跳，同时又向后级节点发送心跳的节点，末节点为仅接收前级节点心跳的节点；若在分解心跳流图时，存在个别节点与其他节点构成循环心跳监控，则该节点应至少被包含在三种心跳子图中，在每种子图中，该节点分别担任始节点、中间节点以及末节点；第二步，对每一张心跳子图区分出所有始节点、中间节点、模块节点；从始节点起开始对所有节点进行心跳分配，每个始节点需要至少两个心跳编号以组成一个心跳序列，每个中间节点需要至少一个心跳编号、每个末节点不需要心跳编号，每个心跳编号为一个自然数，心跳编号之间无重复；第三步，工作模式下，始节点以一定周期向后级节点发送第二步中分配到的心跳序列，若始节点工作正常，则每一个后级节点按照预定期望收到该始节点在第二步中分配到的的心跳序列；若始节点出现故障，后级节点收到不同的心跳序列，或收不到任何序列，则后级节点发现始节点故障，并报告始节点故障；第四步，中间节点每个前一级节点的预定期望心跳序列为:所有前两级节点工作正常时依据4.1向前一级节点发送的心跳序列及该前一级节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；工作模式下，中间节点首先依据每个前一级节点的预定期望心跳序列对收到该前一级节点的心跳序列进行判断，并根据判断结果向后一级节点发送心跳序列，分为三种情况:4.1若每个前一级节点的心跳序列都与该节点预定期望心跳序列一致，则认为所有前级节点工作正常，该中间节点向后一级节点发送的心跳序列如下:由该中间节点的所有前一级节点的心跳序列及该中间节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；4.2若部分前一级节点的心跳序列与该节点预定期望心跳序列不一致，则根据第二步心跳序列编码发现对应的工作故障的节点，并报告始相应的节点故障，此时该中间节点向后一级节点发送的心跳序列如下:由该中间节点的所有正常前一级节点的心跳序列及该中间节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；4.3若所有前一级节点的心跳序列都与该节点预定期望心跳序列不一致，则根据第二步心跳序列编码发现对应的工作故障的节点，发现所有前级节点工作故障，并报告所有节点故障，此时该中间节点向后级节点发送的心跳序列如下:由该中间节点的所有前级节点的心跳序列中的最大值编号及该中间节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；第五步，工作模式下，末节点对收到的每个前级节点心跳序列进行判断，若部分前级节点的心跳序列与该节点预定期望心跳序列不一致，则发现这部分前级节点工作故障，并报告相应的节点故障；第六步，在完成前五步所有心跳序列设计后，对于同一个节点，如果出现心跳序列不同，但故障表意相同，选择采用其中序列数值和最小的心跳序列；本专利技术的优点和积极效果:通过描述将所有计算单元简单通讯图以及心跳健康的心跳需求，描述出相应的心跳流图，对每一张单向心跳流图进行始节点、中间节点、末节点分类。针对始节点、中间节点、末节点进行心跳编号分配，形成每个节点的心跳序列，针对每一种接收到的序列，节点可以判断出它的前级节点状态。由此可以判断出自身所使用的信号源是否正常，信息是否可靠。对于多计算模块相互交织的系统，级联心跳设计，可以提供一种多远端数据源数据可靠性的判断，级联心跳将不仅局限于两两模块之间的健康监控，而能反映出级联下的多层前级模块的健康状态，这种功能是的本级模块对远端数据的可靠性提供了一种辨识依据。同时级联心跳设计采用跳变式非应答心跳，能够区别出模块的通讯链路故障以及CPU故障，具有较大的信息量。通过该方法设计出的心跳监控体系具有:满足监控需求、代码量小、可靠性高、系统开销小、信息量大、设计简单等特点。【附图说明】图1是本专利技术级联心跳不意图；图2是本专利技术模块间的心跳流示意图；图3是本专利技术分解后的单向心跳流示意图之一；图4是本专利技术分解后的单向心跳流示意图之二 ；图5是本专利技术始节点与下一级节点的心跳关联图；图6是本专利技术中间节点与上下一级节点的心跳关联图；图7是本专利技术末节点与上一级节点的心跳关联图；图8是本专利技术实施例的系统心跳流示意图；图9是本专利技术实施例的系统心跳流分解后的单向心跳流示意图之一及心跳编号；图10是本专利技术实施例的系统心跳流分解后的单向心跳流示意图之二及心跳编号;图11是本专利技术实施例的系统心跳流分解后的单向心跳流示意图之三及心跳编号;图12是本专利技术实施例的单向心跳流示意图一的节点心跳序列分配；图13是本专利技术实施例的单向心跳流示意图二的节点心跳序列分配；图14是本专利技术实施例的单向心跳流示意图三的节点心跳序列分配；【具体实施方式】下面对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术解决的主要问题是当多个设备或者多个模块级联交互成一个大型系统或者设备时，在处理数据时，如何判断数据源头可靠性的问题。例如当一个数据经过了 1、2、3个处理模块后供第4个模块使用，此时使用信息的模块不知道这个数据是否有效，以传统的心跳设计，4模块可以知道它的前级3模块是否健康，但此时依然不能排除它的更前级1或2模块是否健康。这种健康又分为两种，一种是全然没有数据，仅仅是由3模块在“臆想”得向下传递假数据，另一种是1、2模块的计算CPU已经故障，但数据收发的执行机构仍在重复最后一次的正确数据。这种状况为假健康状态。这两种假健康状态以传统的心跳监控机制很难发现。本专利技术较好的解决了心跳级联传递，以及跳动变化问题，如图1所示。根据系统结构，确定各设备(功能模块)间的信号流关系，画出级联节点图，多所有模块进行顺序编号；并根据级联节点图，按照监控需求画出心跳图，如图2所示，确定各丰旲块间的心跳关系；将两两互联的心跳图分离成若干个单向的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可靠性级联式心跳设计方法，其特征是，本方法基于若干个计算节点相互交联组成的网络系统，其心跳设计方法步骤如下：第一步，根据网络系统中心跳的监控需求，画出心跳流图，并将心跳流图分解为若干单向心跳子图，单向心跳子图中计算节点分为始节点、中间节点以及末节点，其中，始节点为仅向后级节点发送心跳的节点，中间节点为既接收前级节点的心跳，同时又向后级节点发送心跳的节点，末节点为仅接收前级节点心跳的节点；若在分解心跳流图时，存在个别节点与其他节点构成循环心跳监控，则该节点应至少被包含在三种心跳子图中，在每种子图中，该节点分别担任始节点、中间节点以及末节点；第二步，对每一张心跳子图区分出所有始节点、中间节点、模块节点；从始节点起开始对所有节点进行心跳分配，每个始节点需要至少两个心跳编号以组成一个心跳序列，每个中间节点需要至少一个心跳编号、每个末节点不需要心跳编号，每个心跳编号为一个自然数，心跳编号之间无重复；第三步，工作模式下，始节点以一定周期向后级节点发送第二步中分配到的心跳序列，若始节点工作正常，则每一个后级节点按照预定期望收到该始节点在第二步中分配到的的心跳序列；若始节点出现故障，后级节点收到不同的心跳序列，或收不到任何序列，则后级节点发现始节点故障，并报告始节点故障；第四步，中间节点每个前一级节点的预定期望心跳序列为：所有前两级节点工作正常时依据4.1向前一级节点发送的心跳序列及该前一级节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；工作模式下，中间节点首先依据每个前一级节点的预定期望心跳序列对收到该前一级节点的心跳序列进行判断，并根据判断结果向后一级节点发送心跳序列，分为三种情况：4.1若每个前一级节点的心跳序列都与该节点预定期望心跳序列一致，则认为所有前级节点工作正常，该中间节点向后一级节点发送的心跳序列如下：由该中间节点的所有前一级节点的心跳序列及该中间节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；4.2若部分前一级节点的心跳序列与该节点预定期望心跳序列不一致，则根据第二步心跳序列编码发现对应的工作故障的节点，并报告始相应的节点故障，此时该中间节点向后一级节点发送的心跳序列如下：由该中间节点的所有正常前一级节点的心跳序列及该中间节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；4.3若所有前一级节点的心跳序列都与该节点预定期望心跳序列不一致，则根据第二步心跳序列编码发现对应的工作故障的节点，发现所有前级节点工作故障，并报告所有节点故障，此时该中间节点向后级节点发送的心跳序列如下：由该中间节点的所有前级节点的心跳序列中的最大值编号及该中间节点自身在第二步中分配到的心跳编号合并而成；第五步，工作模式下，末节点对收到的每个前级节点心跳序列进行判断，若部分前级节点的心跳序列与该节点预定期望心跳序列不一致，则发现这部分前级节点工作故障，并报告相应的节点故障；第六步，在完成前五步所有心跳序列设计后，对于同一个节点，如果出现心跳序列不同，但故障表意相同，选择采用其中序列数值和最小的心跳序列。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬，雷攀，张梦妮，孙海玲，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61