CN105717820B - 一种auv的冗余备份检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AUV的冗余备份检测方法，包括以下步骤：AUV内部的某一节点对相关节点发送心跳包，并对自身的以太网通信状态进行检测并处理；对自身CAN通信状态进行检测并处理；对自身485设备通信状态进行检测并处理；对自身232设备通信状态进行检测并处理；对自身422设备通信状态进行检测并处理；对相关节点请求进行检测并处理。本发明经济高效。本发明自动进行冗余备份的动态切换，提高的水下机器人的生存时间，航行安全性和作业时间，提高了***的可靠性。

Description

一种AUV的冗余备份检测方法

技术领域

本发明涉及一种AUV的冗余备份检测方法。该发明适用于分布式AUV***。

背景技术

目前AUV(Autonomous Underwater Vehicle)功能越来越强大，设计越来越复杂，自身携带有大量传感器和动力设备，控制计算机自身所带有的硬件资源有限，使用一台控制计算机管理数量如此庞大的设备可能无法满足要求，使用分布式***是一种很好的解决方法。分布式各节点间使用冗余备份方法，

将分布于各处的资源综合利用，并将功能由单个节点转移到多个，从而提高效率，可以避免由于单个节点失效而使整个***崩溃的危险。节点间通过“心跳包”相互传递信息，对“心跳包”的处理将会直接影响冗余备份节点切换的准确性，实时性。

发明内容

针对上述技术不足，为了能够实现节点切换的准确性，实时性,本发明提供一种AUV的冗余备份检测方法。该方法可以在复杂的轨道环境中，快速的提供给天车最短的移动路线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种AUV的冗余备份检测方法，包括以下步骤：

AUV内部的某一节点对相关节点发送心跳包，并对自身的以太网通信状态进行检测并处理；

对自身CAN通信状态进行检测并处理；

对自身485设备通信状态进行检测并处理；

对自身232设备/422设备通信状态进行检测并处理；

对相关节点请求进行检测并处理。

所述对相关节点发送心跳包具体为：将心跳包通过以太网和/或CAN总线发送至互为备份的相关节点。

所述心跳包的内容包括自身通信状态、自身请求以及对备份节点的应答。

所述自身通信状态包括自身以太网通信状态、自身CAN通信状态、自身232通信状态、自身485通信状态、自身422通信状态。

所述对备份节点的应答包括即不响应、同意接管、启动备份。

所述对自身的以太网通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

1)无任何数据时，该节点以太网故障，通过CAN总线查看相关节点以太网状态；如果相关节点以太网相同故障，则以太网故障，并通报故障处理；如果相关节点以太网正常，请求接管标识置位；

2)无相关节点数据时，自身以太网正常，相关节点死机或发送故障，查看自身CAN状态；如果接收到相关节点CAN数据，则不做处理；如果无法收到相关节点CAN数据，则相关节点死机，启动备份标识置位；

3)参考节点无数据时，参考节点故障并通报；

4)以太网发送故障时，查看相关节点以太网状态；当相关节点发送正常时，请求接管标识置位；当相关节点也发送故障时，参考节点接收故障并通报。

所述对自身CAN通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

(1)无任何数据时，检测相关节点CAN状态，如果相关节点出现相同故障，则CAN总线故障并通报；如果相关节点CAN功能正常，请求接管标识置位。

(2)无相关节点数据时，如果以太网中相关节点正常，不做处理；如果以太网中相关节点故障，启动备份标识置位。

(3)某设备无数据时，可以接收到其它设备数据时，该设备故障并通报。

所述对自身232设备/422设备通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

无设备数据时，如果相关节点设备正常，则自身端口故障，请求接管标识置位；如果相关节点该设备故障，则相关节点设备故障并通报。

所述对自身485设备通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

当某节点为主通信节点时，如果相关节点无设备数据、无监听数据，则请求接管标识置位；如果相关节点无设备数据、有监听数据，则设备故障并通报；

当某节点为从通信节点时，当无设备数据但有监听数据时，则设备故障并通报；当无设备数据且无监听数据时，如果相关节点正常，请求接管标识置位。

所述对相关节点请求进行检测并处理包括以下步骤：

当接收到相关节点请求时，检测自身状态；如果自身满足接管条件，发送同意接管指令并等待相关节点发送关闭软件指令；

在规定时间内收到关闭软件指令，启动备份标识；

如果没有收到关闭软件指令，继续运行，不做响应；如果自身不满足接管条件，不做响应

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明方法简单和应用广泛。本发明无需其他辅助装置，程序能够自动对自身设备状态进行评估，并进行冗余备份的动态切换。

2.本发明经济高效。本发明自动进行冗余备份的动态切换，提高的水下机器人的的生存时间，航行安全性和作业时间，提高了***的可靠性。

附图说明

图1是本发明节点组成示意图；

图2是节点与对应设备组成示意图；

图3是本发明的检测算法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种AUV的冗余备份检测方法，需要如下的设备：

如图1所示，自动驾驶计算机，用于实时监控AUV***自身的设备运行状态，以及备份节点的运行状态，一台自动驾驶计算机即为一个节点，本***中采用5台自动驾驶计算机，即5个节点。自动驾驶计算机硬件资源包含以太网，CAN总线，串口232，串口485，串口422。

CAN接口设备，***中传感器通信方式为CAN，与互为备份两个节点组成网络。串口232设备，***中传感器通信方式为232，与互为备份两个节点组成网络。串口485设备，***中传感器通信方式为485，与互为备份两个节点组成网络。串口422设备，***中传感器通信方式为422，与互为备份两个节点组成网络。

如图2所示，AUV中有两个节点，同一个设备连接至两个节点，两个节点同时接收设备数据，但仅接受“主”节点控制，节点间通过两种通信介质传输“心跳包”，“心跳包”不仅包含节点自身的运行状态，同时包含该节点所携带设备的状态，依照对“心跳包”的处理策略，保证实现节点切换的准确性，实时性。提高AUV不间断运行时间。节点间通过“心跳包”相互传递信息，保证冗余备份节点切换准确实时。

冗余备份检测方法的预处理包括：确定AUV中各节点和设备的总线类型和相关电气类型；根据对应总线类型建立协议，确定节点间的组网方式和冗余备份检测的映射。

控制计算机采用风河公司的Vxwork6.8实时操作***，其编译环境为Workbench3.2，运行编译环境的操作***为Windows XP。CAN标准帧格式存在有11位标识位，其中标识位的后5位表示数据模式。方法中使用数据模式28～31进行数据交互。节点获取以太网数据并存储，获取CAN数据并存储。相关节点通过以太网和CAN发送数据，内容完全相同，将获取结果存储一份。

一种AUV的冗余备份检测方法，包括以下步骤：

对自身以太网通信状态进行估算并处理；对自身CAN通信状态进行估算并处理；对自身232通信状态进行估算并处理；对自身485通信状态进行估算并处理；对自身422通信状态进行估算并处理；对节点请求进行估算并处理；

通过以太网和CAN总线两种方式，将“心跳包”发送至互为备份节点的自动驾驶计算机。“心跳包”内容包含自身通信状态，自身请求以及对备份节点的应答三部分。

相关节点：节点1和节点2之间发送“心跳包”，节点1故障，节点2负责继续节点1的工作，同理，节点1负责继续节点2的工作，节点1和节点2互为相关节点。

参考节点：它接收所有节点的以太网“心跳包”，并将自己的“心跳包”通过以太网发送至各个节点。如果节点1(或节点2，或其他)能够接收到“参考节点”的“心跳包”，说明节点1自身的网络接收功能是正常的。参考节点发送给节点1(或节点2，或其他)的“心跳包”中，包含是否接收到节点1(或节点2，或其他)以太网数据的信息，如果节点1(节点2或其他)收到参考节点的“心跳包”信息中显示参考节点没有收到节点1(或节点2，或其他)以太网“心跳包”，则说明节点1(节点2或其他节点)以太网发送功能故障。

互为相关节点之间发送以太网“心跳包”，同时将该“心跳包”发送至参考节点。

所述自身通信状态包含自身以太网通信状态，自身can通信状态，自身232通信状态，自身485通信状态，自身422通信状态。所述自身请求包含自身正常，请求接管，关闭软件。所述对备份节点的应答包含自身正常(即不响应)，同意接管，启动备份。

所述对自身以太网通信状态进行估算并处理，包含以下5种估算结果，正常、无任何数据、无相关节点数据、参考节点无数据、以太网发送故障，所对应的处理如下：

a.无任何数据时，节点以太网故障，查看相关节点以太网状态(通过CAN获取)，如果相关节点以太网相同故障，则以太网故障，通报故障处理；如果相关节点以太网正常，请求接管标识置位。

b.无相关节点数据时，自身以太网正常，相关节点死机或发送故障，参看自身CAN状态，如果可以接收到相关节点CAN数据，则不做处理。如果无法收到相关节点CAN数据，则相关节点死机，启动备份标识置位。

c.参考节点无数据时，参考节点故障，通报故障处理。

d.以太网发送故障时，查看相关节点以太网状态，当相关节点发送正常时，请求接管标识置位，当相关节点也发送故障时，参考节点接收故障，通过故障处理。

所述对自身CAN通信状态进行估算并处理，包括以下4种结果，正常，无任何数据，无相关节点数据，某设备无数据，所对应处理如下：

a.无任何数据时，检测相关节点CAN状态，如果相关节点出现相同故障，则CAN总线故障，通过故障；如果相关节点can功能正常，请求接管标识置位。

b.无相关节点数据时，如果以太网中相关节点正常，不做处理；如果以太网中相关节点故障，启动备份标识置位。

c.某设备无数据时，可以接收到其它设备数据时，设备故障，通报故障。

所述对自身232通信状态进行估算并处理，包括以下2种结果，正常，无设备数据，所对应处理方法如下：

a.无设备数据时，如果相关节点该设备正常，自身端口故障，执行请求接管标识置位；如果相关节点该设备故障，设备故障，通报故障。

所述对自身485通信状态进行估算并处理，设备连接到两个节点，但是向设备发送数据的只能是其中一个节点，向设备发送数据的节点为主通信节点，另一个为从通讯节点。从通讯节点可以接收到设备发送的数据，同时也可以接收到主通信节点发送的数据，将接收到主通信节点发送的数据定义为监听。

a.当为主通信计算机时，结果为正常和无设备数据，所对应的处理方法如下：如果相关节点无设备数据，无监听数据，请求接管标识置位，如果相关节点无设备数据，有监听数据，设备故障，通报故障。

b.当为从通信计算机时，结果为正常，无设备数据有监听数据，无设备数据无监听数据。所对应的处理方法如下：

c.当无设备数据有监听数据时，如果相关节点无设备数据时，设备故障，通报故障。

d.当无设备数据无监听数据时，如果相关节点正常，请求接管标识置位。

这些节点中，有一个节点负责监视AUV整体的各种故障，并执行向对应的故障处理。即通报对象。

所述对自身422通信状态进行估算并处理。其内容与所述对232通信状态进行估算并处理相同。

所述对节点请求进行估算并处理，当接收到相关节点请求时，检测自身状态，自身满足接管条件，发送同意接管指令，并等待相关节点发送关闭软件指令，在规定时间内收到关闭软件指令，启动备份标识，如果没有收到关闭软件指令，继续运行，不做响应；如果自身不满足接管条件，不做响应。

接管条件：假设节点1节点2互为相关节点。虽然节点1故障，请求节点2接管，但是由于节点2也有故障，并不能完全接替节点1，完成其功能，即不满足接管条件。如果节点2可能接替节点1完成其功能，则满足接管条件。

本发明由控制计算机组成，控制计算机的连接方式如图1所示。

控制计算机与对应设备的连接方式如图2所示。

检测算法如图3所示，控制计算机间通过以太网和CAN进行数据的交互，对自身状态进行评估后，根据评估结果进行处理。

第一步：获取数据。获取以太网数据并存储，获取CAN数据并存储。相关节点通过以太网和CAN发送数据，内容完全相同，将获取结果存储一份即可。

第二步：检查接管。在以太网或CAN通信正常的情况下进行。

自身是否发出过请求：

如果是，查看相关节点是否同意接管，同意接管，将关闭软件标识置位。跳至步骤九。不同意接管，将故障标识置位。检测流程不在执行。

没有发出过请求，继续执行第三步。

第三步：以太网检测。对自身以太网状态进行评估并处理。

第四步：CAN检测。对自身CAN状态进行评估并处理。

第五步：422状态检测。如果以太网或CAN可以接收到相关节点数据，则对自身422状态进行评估并处理，否则跳过。

第六步：232状态检测。如果以太网或CAN可以接收到相关节点数据，则对自身232状态进行评估并处理，否则跳过。

第七步：485状态检测。如果以太网或CAN可以接收到相关节点数据，则对自身485状态进行评估并处理，否则跳过。

第八步：请求检测。如果以太网或CAN可以接收到相关节点数据，则对请求状态进行评估并处理，否则跳过。

第九步：发送数据。将自身状态以及处理结果通过CAN和以太网发送至相关节点。

Claims (5)

1.一种AUV的冗余备份检测方法，其特征在于包括以下步骤：

AUV内部的某一节点对相关节点发送心跳包，并对自身的以太网通信状态进行检测并处理；

对自身CAN通信状态进行检测并处理；

对自身485设备通信状态进行检测并处理；

对自身232设备/422设备通信状态进行检测并处理；

对相关节点请求进行检测并处理；

所述对自身的以太网通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

1)无任何数据时，该节点以太网故障，通过CAN总线查看相关节点以太网状态；如果相关节点以太网相同故障，则以太网故障，并通报故障处理；如果相关节点以太网正常，请求接管标识置位；

2)无相关节点数据时，自身以太网正常，相关节点死机或发送故障，查看自身CAN状态；如果接收到相关节点CAN数据，则不做处理；如果无法收到相关节点CAN数据，则相关节点死机，启动备份标识置位；

3)参考节点无数据时，参考节点故障并通报；

4)以太网发送故障时，查看相关节点以太网状态；当相关节点发送正常时，请求接管标识置位；当相关节点也发送故障时，参考节点接收故障并通报；

所述对自身CAN通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

(1)无任何数据时，检测相关节点CAN状态，如果相关节点出现相同故障，则CAN总线故障并通报；如果相关节点CAN功能正常，请求接管标识置位；

(2)无相关节点数据时，如果以太网中相关节点正常，不做处理；如果以太网中相关节点故障，启动备份标识置位；

(3)某设备无数据时，可以接收到其它设备数据时，该设备故障并通报；

所述对自身232设备/422设备通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

无设备数据时，如果相关节点设备正常，则自身端口故障，请求接管标识置位；如果相关节点该设备故障，则相关节点设备故障并通报；

所述对自身485设备通信状态进行检测并处理包括以下步骤：

当某节点为主通信节点时，如果相关节点无设备数据、无监听数据，则请求接管标识置位；如果相关节点无设备数据、有监听数据，则设备故障并通报；

当某节点为从通信节点时，当无设备数据但有监听数据时，则设备故障并通报；当无设备数据且无监听数据时，如果相关节点正常，请求接管标识置位；

所述对相关节点请求进行检测并处理包括以下步骤：

当接收到相关节点请求时，检测自身状态；如果自身满足接管条件，发送同意接管指令并等待相关节点发送关闭软件指令；

在规定时间内收到关闭软件指令，启动备份标识；

如果没有收到关闭软件指令，继续运行，不做响应；如果自身不满足接管条件，不做响应。

2.根据权利要求1所述的一种AUV的冗余备份检测方法，其特征在于所述对相关节点发送心跳包具体为：将心跳包通过以太网和/或CAN总线发送至互为备份的相关节点。

3.根据权利要求1所述的一种AUV的冗余备份检测方法，其特征在于所述心跳包的内容包括自身通信状态、自身请求以及对备份节点的应答。

4.根据权利要求3所述的一种AUV的冗余备份检测方法，其特征在于所述自身通信状态包括自身以太网通信状态、自身CAN通信状态、自身232通信状态、自身485通信状态、自身422通信状态。

5.根据权利要求3所述的一种AUV的冗余备份检测方法，其特征在于所述对备份节点的应答包括即不响应、同意接管、启动备份。