一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构制造技术

本公开提出的一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构，应用于航天系统，通过包括：硬件单元层、子系统层、任务系统层和故障诊断层；所述硬件单元层、子系统层、任务系统层和FDIR层均包括：FDIR管理模块、FDIR模块和数据通信模块；其中，所述FDIR管理模块，用于管理本层和所述相邻层的FDIR模块；所述FDIR模块，用于本层的故障检测、识别和恢复；所述数据通信模块，用于在本层、跨层进行模块间的通信。能够适应不同类型航天器的自主故障诊断与恢复需求，支持本地故障诊断和恢复以及故障诊断信息融合，提高了故障诊断的实时性和覆盖率，保证了FDIR系统自身运行的安全可靠。

FDIR layered software architecture supporting on-line fault diagnosis

【技术实现步骤摘要】
一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构
本专利技术属于计算机软件
，特别涉及一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构。
技术介绍
在线故障诊断是指基于系统在运行时被观察到的状态，在不依赖于外部环境的条件下，直接在系统内部检测、定位和恢复系统故障的技术。在线故障诊断技术能够提供给航天器在与地面基站通信隔离时的三种能力：一是故障检测，比如确定出系统中故障的存在及其发生时间；二是故障定位，比如定位故障发生的原因并确定其严重程度；三是故障恢复，比如根据故障的严重程度和可能产生的影响，选择最佳的故障恢复措施，使系统从故障中恢复。从航天器故障诊断的发展趋势上看，其研究重点也从基于硬件实现转向基于软件实现，从通过地面基站进行诊断转向航天器自主诊断。目前，面对复杂的航天器故障，FDIR(FaultDiscovery,IdentificationandRecovery)系统通常采用分层结构，然而，各自独立的诊断模块使得诊断信息无法融合，影响了诊断的覆盖率，作为航天器长期安全稳定运行的保证，FDIR系统自身的可靠性也无法得到保证。同时，面对多种航天器类型，手动部署不仅影响开发效率，更会造成安全隐患。并且现存故障诊断系统可扩展性和灵活性较差，模块耦合度较高，在系统产生变化时，会影响系统的可靠性和效率。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提出了一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构，实现适应多种航天器类型的、FDIR模块可重构的、分层的通用在线故障诊断软件框架。根据本公开的一方面，本申请实施例提出了一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构，应用于航天系统，所述分层架构包括：硬件单元层、子系统层、任务系统层和故障诊断层；所述硬件单元层、子系统层、任务系统层和FDIR层均包括：FDIR管理模块、FDIR模块和数据通信模块；其中，所述FDIR管理模块，用于管理本层和所述相邻层的FDIR模块；所述FDIR模块，用于本层的故障检测、识别和恢复；所述数据通信模块，用于在本层、跨层进行模块间的通信。在一种可能的实现方式中，所述FDIR管理模块包括：模块配置加载子模块，用于配置加载解析配置文件；模块生命周期管理子模块，用于部署FDIR模块和FDIR管理模块；恢复指令执行子模块，用于接收、执行控制指令。在一种可能的实现方式中，所述FDIR模块包括：故障检测子模块，用于将航天系统运行的数据转化为检测结果；故障识别子模块，用于将所述检测结果转化为故障识别结果；故障恢复子模块，用于将故障识别结果转化为故障恢复指令，并将所述故障恢复指令传递给同层的FDIR管理模块。在一种可能的实现方式中，所述数据通信模块包括：数据接收和发送子模块，用于与所述航天系统的通信器进行数据交换；差错控制子模块，用于将接收的数据进行差错检测；通信频率控制子模块，用于控制本层模块的故障发生。在一种可能的实现方式中，所述数据通信模块，用于在本层模块间的通信，包括：收集所述航天系统运行的数据，将所述数据传递到所述FDIR模块的故障检测子模块，所述故障检测子模块将输出的检测结果传递给所述故障识别子模块，所述故障识别子模块将输出的故障识别结果传递给故障恢复子模块，故障恢复模块根据所述识别结果发送恢复指令给所述FDIR管理模块的所述恢复指令执行子模块的执行器进行执行。在一种可能的实现方式中，所述数据通信模块，用于在跨层模块间的通信，包括：与本层相邻的下层FDIR模块将检测航天系统时产生的健康报告数据传递给本层的FDIR模块；当本层的FDIR模块无法处理故障时，将所述故障传递到上层FDIR模块进行诊断。在一种可能的实现方式中，根据航天系统的操作系统，所述数据通信模块的通信方式包括:操作系统为内核态或用户空间时，在单节点内部，所述数据通信模块采用消息队列的通信方式，在多节点之间，所述数据通信模块采用Socket的通信方式；当操作系统为分区时，在单节点内部分区之内，所述数据通信模块采用消息队列的通信方式，在单节点内部分区之间，所述数据通信模块采用APEX的通信方式，在多节点之间，所述数据通信模块采用Socket的通信方式。由此可见，本申请实施例具有如下有益效果：本公开提出的FDIR分层软件架构，通过包括硬件单元层、子系统层、任务系统层和FDIR层，且硬件单元层、子系统层、任务系统层和FDIR层均包括：FDIR管理模块、FDIR模块和数据通信模块；其中，所述FDIR管理模块，用于管理本层和所述相邻层的FDIR模块；所述FDIR模块，用于本层的故障检测、识别和恢复；所述数据通信模块，用于在本层、跨层进行模块间的通信。能够适应不同类型航天器的自主故障诊断与恢复需求，支持本地故障诊断和恢复以及故障诊断信息融合，提高了故障诊断的实时性和覆盖率，保证了FDIR系统自身运行的安全可靠。附图说明图1示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的结构框图；图2示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的功能模块图；图3示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的分层框图；图4示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的通信模块的本层通信数据流图；图5示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的通信模块的跨层通信数据流图；图6示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的通信模块的跨层通信数据流图；图7a示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的内核态操作系统的并发图；图7b示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的用户空间操作系统的并发图；图7c示出了根据本公开一实施例的支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构的分区操作系统的并发图。具体实施方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。一种完整的、通用的FDIR分层软件架构设计，包括：1)各层次组件协同完成的功能逻辑结构，如数据采集与故障诊断、诊断对象健康报告、跨层次故障诊断请求、FDIR系统自诊断等；2)针对仅有内核态、有用户空间和支持分区的三种航天器的运行时FDIR功能管理，包括消息同步控制、多种实时通信方式支持、支持消息不丢失的运行时快速可重构等；3)针对单体航天器子系统软件单/多节点部署的支持，包括自动化部署，节点间故诊(故障诊断)信息融合等；4)多粒度的、可重用的故障诊断方法接口，以支持二次开发以及快速、可靠的运行时可重构。FDIR系统的分层软件架构包括5个级别：1)Level0，发生在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构，应用于航天系统，其特征在于，所述分层架构包括:硬件单元层、子系统层、任务系统层和故障诊断层；所述硬件单元层、子系统层、任务系统层和故障诊断层均包括：FDIR管理模块、FDIR模块和数据通信模块；/n其中，所述FDIR管理模块，用于管理本层和所述相邻层的FDIR模块；/n所述FDIR模块，用于本层的故障检测、识别和恢复；/n所述数据通信模块，用于在本层、跨层进行模块间的通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种支持在线故障诊断的FDIR分层软件架构，应用于航天系统，其特征在于，所述分层架构包括:硬件单元层、子系统层、任务系统层和故障诊断层；所述硬件单元层、子系统层、任务系统层和故障诊断层均包括：FDIR管理模块、FDIR模块和数据通信模块；
其中，所述FDIR管理模块，用于管理本层和所述相邻层的FDIR模块；
所述FDIR模块，用于本层的故障检测、识别和恢复；
所述数据通信模块，用于在本层、跨层进行模块间的通信。


2.根据权利要求1所述的FDIR分层软件架构，其特征在于，所述FDIR管理模块包括：
模块配置加载子模块，用于配置加载解析配置文件；
模块生命周期管理子模块，用于部署FDIR模块和FDIR管理模块；
恢复指令执行子模块，用于接收、执行控制指令。


3.根据权利要求1所述的FDIR分层软件架构，其特征在于，所述FDIR模块包括：
故障检测子模块，用于将航天系统运行的数据转化为检测结果；
故障识别子模块，用于将所述检测结果转化为故障识别结果；
故障恢复子模块，用于将故障识别结果转化为故障恢复指令，并将所述故障恢复指令传递给同层的FDIR管理模块。


4.根据权利要求1所述的FDIR分层软件架构，其特征在于，所述数据通信模块包括：
数据接收和发送子模块，用于与所述航天系统的通信器进行数据交换；
差错控制子模块，用于将接收的数据进行差错检测；...

【专利技术属性】
技术研发人员：原仓周，彭然，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11