[发明专利]集群航电系统计算资源动态远程容错重构的无线通信方法

权利要求书

1.集群航电系统计算资源动态远程容错重构的无线通信方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤一，

所有单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统之间完成一轮通信所需的时间为一个通信周期T；通信周期的基本单位为时隙，时隙长度可根据实际项目需要进行设定，设定时隙为7.8125ms；在一个通信周期内，每个节点发送消息一次，接收消息若干次；

步骤二，

若干个连续的时隙构成每个单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统通信所需的时间帧，每个时间帧能够保证该单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统传输完毕所有的系统状态数据和其它作战所需数据，武器协同数据；主控节点占用通信周期T的第0个时间帧TF₀，包含t₀个时隙；第1个从属单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统占用第1个时间帧TF₁，包含t₁个时隙，依次类推，第n个从属单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统占用第n个时间帧TF_N，包含t_n个时隙；在上述约定中，t_n为自然数，n为整数；

步骤三，

不管是主控节点还是从属节点，都只能在分配的时间帧处于活跃状态才能向某一单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统或其它所有单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统发送消息，而在其它时间仅可以接收其它任何节点发送给它的消息；主控节点在指定时间帧TF₀既可以向所有从属节点广播消息，命令各单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统上报健康状态、资源状态和航电工作模式，也可以向指定从属节点发送包含待重构的航电功能和相应航电工作模式的消息；这两种消息分别形成发送命令消息和远程重构命令消息，其数据格式一致，从属节点在各自指定时间帧TF_j，j为自然数，向主控节点发送消息上报自身的健康状态、和各航电工作模式，该消息称之为状态数据消息；

步骤四，

对于发送命令消息而言，“命令标识”位为0，“接收节点ID”为0，表示主控节点向所有从属节点广播发送命令消息，要求每个从属节点向其发送状态信息，“通用处理模块状态”区域位无意义，可全为0；

步骤五，

对于远程重构命令消息而言，“命令标识”位为1；“接收节点ID”为1～127范围内的数值，表示被主控节点选定为重构对象的单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统在无线通信网络中的节点地址；“通用处理模块状态”区域位用于说明重构需求，包括重构需要实现的分区程序、航电工作模式、分区程序数目，这实际上是故障通用处理模块在故障发生前的状态数据；

步骤六，

对于状态数据消息而言，“发送节点ID”表示当前发送状态数据的从属节点单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统地址，“平台健康”用于说明该单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统是否健康，1表示健康，0表示故障，意味着该系统需要进行远程重构；值得注意的是，只要该单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统通过本地重构解决了故障问题，那么该位仍然为1，即仍然记为健康状态，该单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统会在本地故障日志库中记录故障事件和解决措施的；接下来的16*N₁+4+1位，说明第一个通用处理模块驻留的分区软件，以ID表示，航电设备的工作模式以ID表示，分区程序个数以及健康状态，1表示当前通用处理模块健康，0则表示当前通用处理模块故障，依次类推，说明下一个通用处理模块直至当前单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统最后一个通用处理模块，包括所有备份通用处理模块的相关状态；“本地重构计数”占2位，用以标识当前故障节点已经通过多少次本地重构解决当前单个飞机平台上的综合模块化航空电子系统故障问题；“备份通用处理模块可用数”用于说明本节点还剩多少健康的、可用的备份通用处理模块，为远程重构提供判断依据。

2.根据权利要求1所述的集群航电系统计算资源动态远程容错重构的无线通信方法，其特征在于，所述步骤六的远程重构的可用时间开销，计算方法如下：

第i个从属节点在同构型集群航电系统组网运行的t_fault时刻发生故障，故障发生后，该节点在本地处理器经过故障探测、故障报文生成、故障报文发送至发送缓冲区、报文移出发送缓冲区、信道编码、信号调制等准备活动，历时τ1；

不过报文发送的时间需要考虑t_fault％T距离ti时间帧的长度，记为τ9，即在故障发生后，需要等待一段时间故障节点才能将故障信息报给主控节点，考虑到故障时机t_fault％T在ti时间帧到来的前后不同，τ9取值分别如下：

上述公式(1)和公式(2)用一个统一的数学模型进行表示，如下：

通常τ1包含在τ9内，且τ1＜＜τ9；

在故障节点的时间帧带来后，故障节点进行报文发送，发送时间与发送信息总量a_i和速率R有关系，记为τ2＝a_i/R；在为每个节点分配发送时间帧时，以满足其数据需求为根本；考虑容限问题，发送时间帧t_i略大于τ2；信号由故障节点传送到主控节点的时间记为τ3＝L_i，0/C，其中L_i，0表示第i个架飞机距离主控节点的距离，根据任意两架飞机能够在350km里范围内直接进行通信，考虑到光速为3*10⁵km/s，因此，τ3的值将小于1.85ms；

对于主控节点而言，在接收到信号后，经过信号解调、信道解码，将数据发送至接收缓冲区，然后经过一定时间的等待，数据移出缓冲区，进行远程重构决策，生成远程重构命令报文，将远程重构命令报文发送至发送缓冲区，报文从发送缓冲区移出进行信道编码、信号调制，这个过程所消耗的时间称之为远程重构命令报文准备时间，记为τ4；之后，重构节点将向无线通信系统发送报文，发送时间与发送信息总量a_k和速率R有关系，记为τ5＝a_k/R，主控节点选中第k个从属节点作为重构节点，i≠k；主控节点0将信号发送至重构节点k的传输时间记为τ6，由上述分析可知τ6≈τ3≤1.85ms；

重构节点k将在接收到信号后，进行信号解调、信道解码，之后将数据发送至接收缓冲区；经过一定时间的等待，重构节点将数据移出缓冲区，提交给处理器执行远程重构操作，这一过程简称为远程重构，历时记为为τ7；

故障节点将信息迅速发送至主控节点，而主控节点的时间帧可能还远远没有到来，记这个间隔时间为主从式通信的周期其中为第j个节点的通信时间帧长度，j＝0时代表主控节点，j≠0时代表从属节点；通常，τ8≥τ3+τ4；

由于只能由主控节点才能进行远程重构决策，因此远程重构代价即时间开销为

Δt_{remote_reconfig}＝τ9+τ2+τ8+τ5+τ6+τ7 (4)

带入各参数，公式(4)更改为：

由公式(5)可知，当i＝n且位于ti时间帧内时，间隔时间τ9＝0，τ8＝τ3+τ4，此时远程重构时间开销最小，为

Δt_{remote_reconfig}＝τ2+τ3+τ4+τ5+τ6+τ7

＝a_n/R+τ3+τ4+a₀/R+τ6+τ7

(6)

当i＝1且时，间隔时间此时远程重构时间开销最大，为

由公式(6)和公式(7)可知，故障时刻越接近主控节点下一时间帧的到来时刻，那么远程重构可用时间就越紧迫，反之则越为宽松。