本发明属于武器系统设计领域，具体涉及一种自行防空武器系统双冗余以太网设计方法。
背景技术：
在目前的各型自行体武器系统中，一般多采用以太网通信，武器系统各个节点设备通过网络通信，共同完成作战任务。
在这种武器系统中，网络通信系统就成为整个系统的中心，其工作的正常与否将直接影响武器系统工作的正确性、稳定性及可靠性。为了提高武器系统工作的可靠性，有必要对网络通信系统进行冗余设计，使网络通信系统在某些网络节点出现故障的情况下，仍然能保持通信的继续进行，从而保证整个系统正常工作。
造成网络通信故障的原因多种多样，其中主要原因是物理通信线路的故障。尤其对于行进间工作的自行体武器系统，由于车体一直在运动过程中，工作环境恶劣，振动加剧，网线、接插头等部件在恶劣环境中易断开或松动，从而造成网络通信故障。如果网络线路出现故障，通信将无法正常进行，会出现由于某一个(或多个)节点的通信故障造成武器系统无法继续完成作战任务。
为了提高武器系统的可靠性，必须对网络通信系统进行容错冗余设计，使网络通信系统即使在某些网络部件出现故障的情况下仍然能保持网络通信的继续进行。实现容错冗余网络的一种简单可行的方法是对接入武器系统网络的单板计算机进行双网卡冗余设计，通过在单板计算机内设计监测软件，自动监测单板计算机的网络通信状态，在出现网络通信故障后，监测软件自动切换到单板计算机的备用网卡上，保持网络通信的继续进行。
传统的网络冗余设计方法一般有以下2种：
(1)在武器系统的每个节点中安装两块网卡，分别连接到不同的hub或交换机上，形成两条通道；然后在商家提供的网卡驱动程序之上和操作系统提供的网络协议栈之下插入一个中间层软件，这个中间层软件提供网络故障检测和恢复功能以及数据传输功能。
(2)在武器系统的每个节点中安装两块网卡，但它们分别处于两个网络中，有不同的网络地址，在两个网络之间是通过路由器来互连的。这种设计在应用层实现，而不是在协议层或底层网卡驱动程序中实现的。其工作原理是:系统中每个节点都保存一张路由表，通过消息通信，周期地检测其他节点两块网卡的工作状态，存入路由表中。通过这张路由表，每个节点都知道其他所有节点两块网卡的状态。如果发现某个地址消息通信不成功，则认为此地址的网卡出现故障，所有发向此地址的消息必须通过路由器路由到此节点的另一个地址，通过这个地址再把消息路由到原来的地址，继续保持通信的正常进行。
第一种方法必须由商家提供中间层软件，依赖于第三方支持；第二种方法需要在武器系统中增加路由器设备，并且需要在节点之间传送大量的通信报文来检测网络故障，算法运行复杂，不符合武器系统实时要求。
技术实现要素：
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种技术解决方案，在系统本身的设备(单板计算机)中通过设计监测调度软件，实现双网卡冗余设计，武器系统不增加额外的硬件开销。通过监测调度软件实时监测网络通信状态，简化武器系统网络冗余设计，不增加系统成本。采用本发明提供的双网卡冗余方法简单可行，且能够满足武器系统网络通信要求。
技术方案
一种自行防空武器系统双冗余以太网设计方法，其特征在于：武器系统中配置多块单板计算机，各自运行不同的软件；每一个单板计算机上均配置有两个网卡，即网卡1和网卡2，网卡1和网卡2都通过网线与交换机连接；在每一个单板计算机中均设计有监控调度软件模块，实时监测本单板与网络的连接状态，判断连接异常后自动切换至另一路网卡进行通信；步骤如下：
步骤1：初始化配置和处理：
武器系统开始加电，各个单板计算机启动，首先查找当前可用的网卡设备，若未查找到网卡1，此时结束处理；否则，绑定网卡1的网络接口，给网卡1的网络接口分配ip地址和子网掩码；
步骤2：监控调度配置和处理：
单板计算机初始化完成后，启动监控调度任务：对当前使用的网卡1进行不间断定时查询，读取该网卡控制芯片的网线连接状态寄存器，网线连接状态寄存器中信号为1表示当前链接状态正常，则此时将链路异常标志计数值清0；网线连接状态寄存器中信号为0表示当前链接状态异常，对链路异常标志计数值加1，当链路异常标志计数值大于n时，则判断网卡1确定处于故障状态，此时首先解除网卡1的网络绑定，删除网卡1设备；其次，启用网卡2，给网卡2的网络接口分配和网卡1相同的ip地址和子网掩码，使用网卡2开始通信。
步骤2中定时查询时间间隔为20ms。
步骤2中n为3。
有益效果
本发明提出的一种自行防空武器系统双冗余以太网设计方法，有益效果和特点如下：
1)不需要增加额外的硬件设备，减少系统成本；
2)不需要第三方软硬件支持；
3)实时性高，网卡切换时间在百毫秒量级；
4)移植性好，可应用于多种操作系统。
附图说明
图1双网卡初始配置和处理流程图：(a)初始配置图；(b)处理流程图；
图2双网卡监测调度配置和处理流程图：(a)监测调度配置图；(b)处理流程图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
在武器系统配备的各单板计算机中，每一个单板计算机都配置有双路网卡，双路网卡都通过网线与武器系统的网络交换机连接。单板计算机在加电启动时，只开启并配置网卡1工作，网卡2处于静默状态不工作，只是物理上通过网线与交换机连接。在每一个单板计算机中，设计监测调度软件模块，用于实时监测当前单板计算机与网络交换机的通信状态。当监测调度软件检测到当前网卡1出现链接异常时，通过多次确认后，即快速删除当前网卡1的网络连接，之后将原来处于静默状态的网卡2启用，与网络交换机建立连接，继续执行单板计算机与武器系统网络交换机的通信任务，保证武器系统正常完成作战任务。
本设计中，网卡1和网卡2使用相同的ip地址和子网掩码。工作时，只有一个网卡工作，另一个网卡作为备份。当网卡1不能通讯时，计算机自动切换到网卡2通讯，网卡1停止工作。由于两个网卡使用同一个ip地址，对于武器系统的其他来说，同本设备已经建立起来的网络连接，切换网络适配器能够迅速恢复连接，不需要更改任何设置。这种设计提高了网络的可靠性，最大限度的避免了网络故障导致武器系统不能正常工作的问题。
如图1所示，武器系统中配置多块单板计算机，各自运行不同的软件。每一个单板计算机上均配置有两个网卡，即网卡1和网卡2，网卡1和网卡2都通过网线与交换机连接。如图2所示，在每一个单板计算机中均设计有监控调度软件模块，实时监测本单板与网络的连接状态，判断连接异常后自动切换至另一路网卡进行通信。步骤如下：
(1)初始化配置和处理：
武器系统开始加电，单板计算机启动，首先查找当前可用的网卡设备，若未查找到网卡1，此时结束处理；否则，绑定网卡1的网络接口，给网卡1的网络接口分配ip地址和子网掩码。完成上述处理后，启动监控调度任务开始工作。
(2)监控调度配置和处理：
单板计算机初始化完成后，启动监控调度任务，该任务的功能是对当前使用的网卡1进行不间断定时查询，当发现该网卡1链接故障时，就实时切换到另一个网卡2上，使网卡2成为当前启用的网络通信设备。
a)为了及时完成监控和调度的工作，保证切换的实时性，必须使用定时法进行查询，本系统中定时间隔选择20ms；同时，为了确认当前网卡链接故障，防止单次判断的误识别，本发明增加了链路异常标志计数值，即在连续多个定时周期内(本发明设计为大于3次)判断故障后，才进行网卡切换，增强本发明的容错功能。
b)判定一个网卡链接异常的方法是，读取该网卡控制芯片的网线连接状态寄存器，根据其状态判定。网线连接状态寄存器保存的是网线的连接状态，如果网线连接完好，则网线连接状态寄存器中信号为1，否则为0。
c)每一次定时查询网卡的状态寄存器，若当前链接状态正常，则此时将链路异常标志计数值清0；否则，对链路异常标志计数值加1。
d)判断链路异常标志计数值是否大于3，若不是，则返回，继续定时查询；若是，则此时判断网卡1确定处于故障状态，此时首先解除网卡1的网络绑定，删除网卡1设备；其次，启用网卡2，给网卡2的网络接口分配和网卡1相同的ip地址和子网掩码；最后，使用网卡2开始通信。