[发明专利]一种热备份计算机中多模冗余总线容错架构及其控制方法

说明书

本发明涉及一种热备份计算机中多模冗余总线容错架构及其控制方法，属于通信技术领域。本发明根据空间站制导导航控制分系统特性，设计一种包含M条总线的热备份计算机多模冗余总线容错架构。根据任务需求，使众多的敏感器、执行结构合理的分布于M条总线上。空间站制导导航控制计算机的各个单机设计有N路总线控制线路，分别连接在M条总线中的N条总线。正常情况下，每台单机控制一条总线，即每台单机的一路总线控制器工作在主控模式，其他N‑1路总线控制器作为冗余备份工作在监听/休眠模式。采用该种热备份计算机多模冗余总线容错架构及其控制方法，满足了复杂长寿命制导导航控制分系统对总线长期高可靠且总线数据吞吐带宽高的性能要求。

技术领域

本发明涉及一种热备份计算机中多模冗余总线容错架构及其控制方法，特别适用于总线数据量庞大且具有长时间高可靠任务需求的多模冗余热备份计算机系统中，属于通信技术领域。

背景技术

传统热备份计算机中均采用单总线方式与其他敏感器、执行机构、部件以及其它分系统通信，这种总线具有结构简单、造价低、容易实现等优点，但同时其存在三个显著的缺点：

1、当控制周期较短，且每个控制周期内需要传输的总线数据量较大时，单总线方式无法满足需求。

2、单总线结构中，若总线故障会引起制导导航控制分系统功能失效，无法满足长时间高可靠的性能需求。

3、在单总线结构中，除总线故障外，总线控制器故障也会引起总线通讯故障，造成单机失效，系统降级。

空间站具有多个舱段，制导导航控制分系统庞大，与传统航天器相比，需要更多的敏感器、执行机构以及部件与制导导航控制计算机配合完成制导导航控制任务，即制导导航控制计算机需要跟更多的敏感器、执行结构、部件及其它分系统通信，造成星载总线每个控制周期需要传输的数据量增大，负载加重。单总线结构中，当星载总线数据传输速率一定时，总线数据量增加势必使传输所耗机时加大。当控制周期较短时，总线传输时间将成为系统性能瓶颈，不能满足制导导航控制分系统对总线的需求。

空间站要求在轨工作15年，这就要求制导导航控制分系统总线能够长时间高可靠地工作。单总线结构亦不能满足此需求。

空间站制导导航控制计算机采用拜占庭容错结构，设计有4台单机，是一种多机热备份计算机。拜占庭容错体系一个重要特点是各个单机可以分工同时获取异源敏感器数据，然后通过热备份计算机内部交换比对，确保每台单机获得全部、统一的正确数据，作为决断依据。若采用单总线结构，拜占庭容错体系中各个单机分工同时获取异源数据的优势不能发挥，使系统性能降低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种热备份计算机多模冗余总线容错架构及其控制方法。空间站制导导航控制分系统设计寿命长，机构复杂，部件多，制导导航控制计算机与敏感器以及制导导航控制计算机与执行机构之间存在大量的数据传输。为了突破传统单总线结构数据传输速率小的瓶颈，并满足空间站长寿命高可靠性的要求，需要设计一种适用于拜占庭容错架构的热备份计算机多模冗余总线容错架构及其控制方法，以满足空间站制导导航控制分系统对总线高效，长期高可靠的性能要求。

本发明的技术解决方案是：

一种热备份计算机多模冗余总线容错架构，该容错架构包括热备份控制计算机和M条总线，M为自然数且M大于等于2；其中热备份计算机中含有K个单机，K为自然数且K大于等于4；每个单机上包含有N路总线控制器，N为自然数；热备份计算机中总线控制器的总数(K×N)为M的F倍，F为自然数，F大于等于2，且M优选不小于N；热备份计算机中K×N个总线控制器均匀分布在M条总线上；所述的多模冗余总线架构为：总线数量M大于等于2且热备份计算机中总线控制器总数(K×N)为M的F倍，F为自然数，F大于等于2；

当M为偶数时，上述的M条总线中，出现故障的总线数大于等于M/2时，热备份计算机不能正常工作；