CN106100954A - 一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法 - Google Patents

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赵君伟
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Abstract

一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法：步骤1：基于SpaceWire总线的数据通信开始后，APS自动保护倒换装置开始工作；步骤2：APS模块将两个独立的SpaceWire节点模块联系起来，APS模块不断检测两个互为主备的SpaceWire节点工作状态；步骤3：主节点链路发生故障时，APS模块利用远端失效指示信号通过备用节点链路向对端发出倒换请求数据码，产生倒换信号给对端的APS模块，APS模块收后立即将对端的总线切换到备用SpaceWire总线上，同时对端的备用发送模块发送倒换确认数据码给本端备用节点，本端备用节点收到倒换确认数据码后，产生本地倒换信号给本地APS模块。

Description

一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法
技术领域
本发明的一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法，属于航天通信技术领域，具体涉及一种基于SpaceWire总线的APS(Auto-Protection Switch)自动保护倒换冗余技术。
背景技术
SpaceWire总线是由欧空局、欧洲空间公司和学术界共同制定提出的一种全新的高速(2Mb/s～400Mb/s)、点对点、全双工的串行总线网络。总线标准致力于航天器有效载荷***数据和控制信息的处理，以满足未来高性能高速数据传输为目标，提供一种统一的用来连接传感器、数据处理单元、大容量存储器的基础架构。SpaceWire总线具有很好的电磁兼容特性，同时加强了在线错误检测与恢复、故障处理和保护以及时间广播等方面的功能。
上述优点使得SpaceWire总线在众多航天总线中脱颖而出，受到国内外越来越多的科研组织关注，并开始或将要为多个航天任务服务。近年来，SpaceWire总线先后在ESA、NASA和JAXA的发射任务中得以成功应用。中国风云四号气象卫星计划将SpaceWire总线作为主控网络。
在对长期有效、可靠运行有特殊要求的领域，冗余是重要的容错技术之一，是提高整机及***可靠性的一种重要设计技术。SpaceWire标准包括物理层、信号层、字符层、交换层、信息包层以及网络层六层。实际上其中的物理层、信号层和字符层对应于OSI模型的物理层，而交换层、包层和网络层对应于OSI模型的链路层。在SpaceWire规范中，并未提供有关冗余机制。实现这一机制有很多方法，但没有一种称为SpaceWire规范。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法，以提高SpaceWire总线可靠性为目标，对其传输链路、通信协议、关键设备等的冗余技术进行研究，根据SpaceWire总线协议特点，结合现有的冗余技术，提出一种自动保护倒换装置(APS)，将互为主备的两个SpaceWire节点联系起来实现SpaceWire总线的主备冗余倒换功能，大大提高了SpaceWire总线传输的可靠性。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法，在满足SpaceWire总线协议的前提下，另外开发设计带有冗余功能的SpaceWire总线节点。采用自动保护倒换装置，将互为主备的两个SpaceWire节点联系起来，实现SpaceWire总线的主备冗余倒换功能。具体包括如下步骤：
步骤S1：基于SpaceWire总线的数据通信开始后，APS自动保护倒换装置开始工作；
步骤S2：APS模块将两个独立的SpaceWire节点模块联系起来，APS模块不断检测两个互为主备的SpaceWire节点的工作状态；
步骤S3：APS模块检测到主节点链路发生故障(LOS－A：Loss of Signal for NodeA)时，APS模块利用远端失效指示信号(RDI－B：Remote Defect Indicator for Node B)通过备用节点链路向对端发出倒换请求数据码，对端的备用接收模块收到该倒换请求数据码后，产生倒换信号给对端的APS模块，APS模块收到后立即将对端的总线切换到备用SpaceWire总线上，同时对端的备用发送模块发送倒换确认数据码给本端备用节点，本端备用节点收到倒换确认数据码后，产生本地倒换信号给本地APS模块，本端APS立即将本地的总线切换到备用SpaceWire总线上，完成冗余保护倒换。
其中，正常工作情况下，仅有主节点链路工作，备用节点链路不工作，当主要节点链路发生故障时，APS装置自动切换到备用节点链路上，保证设备间的通讯正常。
其中，正常工作情况下，APS模块不断检测两个互为主备的SpaceWire节点的工作状态；当检测到链路发生故障时，APS模块能够与SpaceWire节点收发数据信号，互相通信，完成总线的切换，实现冗余保护功能。
本发明还提供了一种SpaceWire总线冗余验证***，通过SpaceWire总线节点的APS装置，实现***的冗余，确保总线传输的可靠性。SpaceWire总线冗余验证***由计算机、PC总线、SpaceWire节点1，SpaceWire总线节点2，以及执行器组成。计算机通过PC总线与SpaceWire总线节点1相连接，总线节点1和节点2之间通过两组双向收发的总线电缆连接，SpaceWire总线节点2与执行器相连接。节点1与节点2分别配置有APS自动倒换装置。正常工作情况下，仅有主收、主发链路工作，备收与备发不工作，当主收或主发链路发生故障时，APS装置保证***自动切换到备收和备发链路上，确保设备间的正常通讯。
本发明一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法，其优点及功效在于：本发明方法在满足SpaceWire总线协议的前提下，另外开发设计带有冗余功能的SpaceWire总线节点，采用自动保护倒换装置，将互为主备的两个SpaceWire节点联系起来，实现SpaceWire总线的主备冗余倒换功能，大大提高了SpaceWire总线传输的可靠性。
附图说明
图1 SpaceWire总线冗余验证***原理。
图2带自动保护倒换APS功能的SpaceWire总线板卡。
图3 APS倒换工作原理示意图之上游主发送到下游主接收链路发生故障。
图4 APS倒换工作原理示意图之下游主发送到上游主接收链路发生故障。
图5 APS倒换工作原理示意图之双向链路发生故障。
图6总线冗余验证***主链路中主发故障。
图7总线冗余验证***主链路中主收故障。
图8总线冗余验证***主链路中主收和主发同时故障。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
基于SpaceWire总线协议，结合现有冗余技术，在传统的SpaceWire总线板卡上(设计有两个SpaceWire总线节点)，设计本发明中的自动保护倒换装置(APS)。通过一个APS模块将两个独立的SpaceWire节点模块联系起来。
本发明的一种SpaceWire总线冗余验证***，通过SpaceWire总线节点的APS装置，实现***的冗余，确保总线传输的可靠性。SpaceWire总线冗余验证***由计算机、PC总线、SpaceWire节点1，SpaceWire总线节点2，以及执行器组成。计算机通过PC总线与SpaceWire总线节点1相连接，总线节点1和节点2之间通过两组双向收发的总线电缆连接，SpaceWire总线节点2与执行器相连接。节点1与节点2分别配置有APS自动倒换装置。
APS自动倒换装置不断检测两个互为主备的SpaceWire总线节点的工作状态，当检测到主节点链路发生故障(LOS－A：Loss of Signal for Node A)时，APS模块利用远端失效指示信号(RDI－B：Remote Defect Indicator for Node B)通过备用节点链路向对端发出倒换请求数据码，对端的备用接收模块收到该倒换请求数据码后，产生倒换信号给对端的APS模块，APS模块收到后立即将对端的总线切换到备用SpaceWire总线上，同时对端的备用发送模块发送倒换确认数据码给本端备用节点，本端备用节点收到倒换确认数据码后，产生本地倒换信号给本地APS模块，本端APS立即将本地的总线切换到备用SpaceWire总线上，完成一次冗余保护倒换。
假设如图3中上游主发送到下游主接收链路发送故障，图中红色X标记出的链路发送故障，图中数字代表倒换过程的顺序。
上游主节点发送到下游的主节点接收间的链路发生故障；
下游主节点检测到该链路失效后，向下游备节点发送失效指示信号；
下游备节点发送倒换请求数据码给上游备节点；
上游备节点收到倒换请求数据码后发送倒换信号给上游APS模块，APS模块将上游总线从主节点倒换到备节点上。
上游备节点发送倒换确认数据码给下游备节点；
下游备节点收到倒换确认数据码后产生倒换确认信号给下游的APS模块，APS模块将下游总线从主节点倒换到备节点上，完成一次APS倒换，上游与下游站点开始通过备用节点进行数据传输。
假设如图4中下游主发送到上游主接收链路发送故障，图中红色X标记出的链路发送故障，图中数字代表倒换过程的顺序。
下游主节点发送到上游的主节点接收间的链路发生故障；
上游主节点检测到该链路失效后，向上游备节点发送失效指示信号；
上游备节点发送倒换请求数据码给下游备节点；
下游备节点收到倒换请求数据码后发送倒换信号给下游APS模块，APS模块将下游总线从主节点倒换到备节点上。
下游备节点发送倒换确认数据码给上游备节点；
上游备节点收到倒换确认数据码后产生倒换确认信号给上游的APS模块，APS模块将上游总线从主节点倒换到备节点上，完成一次APS倒换，上游与下游站点开始通过备用节点进行数据传输。
假设如图5中上游主节点到下游主节点间的双向链路同时发送故障，如图中红色X标记所示，图中数字和字母分别代表一个方向链路倒换过程的顺序。
上游主节点到下游主节点间的双向链路同时发生故障时，其各单向倒换过程与图3和图4一致。唯一不同的是(4)(f)和(6)(d)步骤。在(4)(f)和(6)(d)步骤中设置了倒换互锁电路，用于防止双向链路重复倒换。
当APS自动倒换装置应用于图1中***时，工作状况如图6,7,8所示。
正常工作时，主链路接通，备用链路不工作，当主链路中主发发生故障，其冗余倒换过程与图3一致，倒换后执行器仍能保持正常工作。
当主链路中主收发生故障，其冗余倒换过程与图4一致，倒换后执行器仍能保持正常工作。
当主链路中，主收与主发同时发生故障时，其冗余倒换过程与图5一致，倒换后执行器仍能正常工作。

Claims (4)

1.一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：基于SpaceWire总线的数据通信开始后，APS自动保护倒换装置开始工作；
步骤S2：APS模块将两个独立的SpaceWire节点模块联系起来，APS模块不断检测两个互为主备的SpaceWire节点的工作状态；
步骤S3：APS模块检测到主节点链路发生故障时，APS模块利用远端失效指示信号通过备用节点链路向对端发出倒换请求数据码，对端的备用接收模块收到该倒换请求数据码后，产生倒换信号给对端的APS模块，APS模块收到后立即将对端的总线切换到备用SpaceWire总线上，同时对端的备用发送模块发送倒换确认数据码给本端备用节点，本端备用节点收到倒换确认数据码后，产生本地倒换信号给本地APS模块，本端APS立即将本地的总线切换到备用SpaceWire总线上，完成冗余保护倒换。
2.根据权利要求1所述的一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法，其特征在于：正常工作情况下，仅有主节点链路工作，备用节点链路不工作，当主要节点链路发生故障时，APS装置自动切换到备用节点链路上，保证设备间的通讯正常。
3.根据权利要求1所述的一种基于SpaceWire总线的APS冗余方法，其特征在于：正常工作情况下，APS模块不断检测两个互为主备的SpaceWire节点的工作状态；当检测到链路发生故障时，APS模块能够与SpaceWire节点收发数据信号，互相通信，完成总线的切换，实现冗余保护功能。
4.一种SpaceWire总线冗余验证***，特征在于：它是由计算机、PC总线、SpaceWire总线节点1，SpaceWire总线节点2，以及执行器组成；计算机通过PC总线与SpaceWire总线节点1相连接，总线节点1和总线节点2之间通过两组双向收发的总线电缆连接，SpaceWire总线节点2与执行器相连接；节点1与节点2分别配置有APS自动倒换装置。
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