[发明专利]一种应用于航空电子系统时间触发通信的重构系统和方法

说明书

本发明公开了一种应用于航空电子系统时间触发通信的重构系统和重构方法，重构系统是在传统航空电子系统中增加有：端系统故障记录模块、资源检查模块、配置生成模块和重构执行模块。重构方法包括有在端系统出现故障后选择重构策略的步骤，根据冗余端系统的备份资源执行迁移式重构的步骤，根据可占用空闲资源执行抢占式重构的步骤，对于资源不足则执行降级式重构的步骤。本发明重构方法在应用迁移的基础上，建立应用到消息的关联，针对不同的资源约束条件，以设计消息二次调度的方式来解决端系统模块上应用失效的故障问题。该重构方法基于可满足性模理论调度方法，能够使航空电子系统运行时支持端系统故障的恢复。

技术领域

本发明涉及航空电子技术领域，更特别地说，是指一种应用于航空电子系统时间触发通信的重构方法，该重构方法能够实现航空电子时间触发网络中端系统的消息级故障恢复。

背景技术

近年来，综合化航空电子系统经历了分立式、联合式、综合式到高度综合的发展过程。目前，高度综合的分布式综合模块化航空电子(Distributed Integrated ModularAvionics，DIMA)体系结构成为航空电子系统的发展方向。利用分布式架构将所有综合化模块分布在整个飞行器中，并通过时间触发网络实现安全关键性消息的严格周期确定性。2009年1月第1版第1次印刷出版的《先进航空电子综合技术》，在第 219-221页公开的内容，其航空电子软件系统结构框图如图1所示。图中，“故障管理”和“配置管理”模块用于检测模块级故障，并根据预定义的方案完成模块功能的配置和替换。

时间触发(Time-Triggered，TT)网络是一种具有严格时间确定性的实时网络，其通过预先规划调度窗口实现消息传输的低抖动和高可靠性，可以应用于工业自动控制系统、车载电子系统、航空电子系统等分布式实时嵌入式系统。在时间触发网络中，时间触发消息的发送、转发和接收时刻由交换机中静态调度表决定，具有严格的时间确定性。时间触发消息静态调度表的生成需要调度算法来实现。时间触发消息因其在时间维度上的确定性，多用于实时性要求较高的应用(application)，完成关键的任务(task)，执行重要的功能 (function)。在航空电子系统发生故障时，时间触发消息的实时性与确定性能否得到保障，势必会影响到其对故障的抵抗能力。

《电光与控制》于2014年12月第21卷第12期公开了“时间触发以太网时钟同步的仿真与性能验证”，作者王梦迪等。在图2中介绍了单通信信道时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet，TTE)网络的物理拓扑结构，端系统(End System，ES)和交换机(switch)通过双向通信链路连接。根据通信任务“端到端”(end-to-end)的角色充当源端系统和目的端系统；交换式网络中的交换设备中含有转发和多路复用功能的模块被称为“交换节点”。将端系统和交换节点统称为“节点”。

重构(reconfiguration)技术是在某种条件或状态发生时，适时调整控制参数或构型，利用现有资源重建局部功能甚至全部功能的一种容错控制方法。为了确保航空电子系统的可靠性，提升任务(task)执行的成功率，航空电子系统需要具备在运行时重构的能力，以在减少资源利用的基础上对故障做出及时的反应。然而现有重构的研究未能深入到消息级别，因此不能直接应用于时间触发消息的调度。

发明内容

为了针对航空电子系统时间触发网络中因端系统模块故障，导致其上驻留的应用失效的问题，本发明提出了一种应用于航空电子系统时间触发通信的重构方法。本发明重构方法在应用迁移(application migration)的基础上，建立应用(application)到消息(message)的关联，针对不同的资源约束条件，以设计消息二次调度(second scheduling，SS)的方式来解决端系统模块上应用失效(application failure) 的故障问题。本发明重构方法基于可满足性模理论调度(Satisfiability Modulo Theories，SMT)方法，能够使航空电子系统运行时支持端系统的消息级故障恢复。