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