一种具有冗余链路的电气系统及其通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有冗余链路的电气系统及其通信方法，属于航空航天通信卫星
技术领域。
【背景技术】
[0002] 在航空航天领域，随着航天器功能要求的不断增加，电气系统的复杂性也不断的 提高。电气系统一般由多个电气设备组成，各电气设备分别完成各自的功能，电气设备之间 通过特定的通信接口进行通信（例如RS232、RS422、1553B总线等），各个电气设备按照设 计好的时序与流程工作，以实现整个电气系统的功能。因此电气系统中设备之间交互数据 的途径与方法成为了电气系统设计所关注的关键要素之一。
[0003] 在常规的设计方法中，电气设备之间多采用点对点或者总线式的通信方式，点对 点的通信方式多采用RS232、RS422等接口，总线式的通信方式多采用1553B等接口。对于 点对点的通信方式，两个设备之间通过点对点的通信链路相连接，数据可以从一个设备发 送至另一个设备；对于总线式的通信方式，多个设备可以挂载于一条总线上，总线上的所有 设备都可以通过该总线交换数据。
[0004] 无论是点对点还是总线式的通信方式，对于两个电气设备之间，一旦某个设备的 通信链路故障（例如：物理连接断开），则两个（或者多个）电气设备之间的通信将中断， 整个电气系统中的部分功能将失效。
[0005] 解决该问题常见的方法是：为了避免单一通信链路的故障导致整个系统的功能 丧失，往往采用多个电气设备冗余备份的工作方式，例如系统中设计两个功能完全一致的 设备，分别为主设备与备份设备，一旦主设备的通信链路故障后，则采用备份设备代替主设 备，确保全系统仍然可以正常工作。
[0006] 该方法的劣势在于：虽然可以有效的解决单一通信链路故障不会影响全系统的功 能的问题，但是却增加了一个设备。在复杂的电气系统中，若采用这种方法，将每个关键设 备均增加备份，这将大大的提高系统中设备的数量，系统设计的复杂性将显著提高，同时提 高了系统的研制成本。
【发明内容】
[0007] 本发明的技术解决问题的目的在于：针对现有技术的不足，提供了一种具有冗余 链路的电气系统及其通信方法。在电气系统的各个设备之间，增加了中转设备，设计了普 通设备之间通信采用的环形链路、中转设备与普通设备或中转设备之间通信采用的中转链 路，并提出了设备之间冗余通信的具体过程与方法。
[0008] 本发明的技术解决方案是：
[0009] -种具有冗余链路的电气系统，包括：a个普通设备、b个中转设备、c条环形链路 和d条中转链路；其中，a为不小于6的自然数，b为不小于2的自然数，c为不小于6的自 然数，d为不小于8的自然数；
[0010] 每个中转设备与至少三个普通设备在同一个区域内，在同一个区域内的普通设备 之间通过环形链路相连接，在同一个区域内的普通设备与该区域内的中转设备之间采用中 转链路相连接；中转设备之间采用两条中转链路连接；环形链路和中转链路之间均采用通 信帧的方式进行通信，每个普通设备分配有通信地址，中转设备中存储着所有普通设备的 通信地址信息；
[0011] 普通设备用于完成信息接收、数据计算、信号输出的电气设备；
[0012]中转设备用于接收普通设备或中转设备发送的数据，并将接收到的数据发送给普 通设备或者其他中转设备。
[0013] 所有的通信帧共分为三种格式：传输帧、回馈帧与重发帧；传输帧中包含信源设 备地址、信目地址与有效数据；回馈帧中包含该设备的通信地址；重发帧中包含重发地址、 信目地址与有效数据。
[0014] -种具有冗余链路的电气系统之间的通信方法，步骤为：
[0015] (1)将整个电气系统中的普通设备和中转设备按照设备摆放或安装位置，分为第 一区域、第二区域、…第N区域；第一区域包括普通设备11、普通设备12、普通设备13、… 普通设备1&1和中转设备1，第二区域包括普通设备21、普通设备22、普通设备23…、普通设 备2a2和中转设备2,…;N为大于等于2的自然数；ai为第一区域中的普通设备的个数，a: 为不小于3的自然数，a2为第二区域中的普通设备的个数，a2为不小于3的自然数；
[0016] (2)同一区域的普通设备间的通信采用三级容错机制，默认采用环形链路通信，普 通设备11与其他任一普通设备12之间的通信将默认采用普通设备11与普通设备12之间 的环形链路，路线为：普通设备11到普通设备12, 一旦该链路故障，普通设备11与普通设 备12之间的通信链路重构为：普通设备11到普通设备13或本区域内的其他普通设备到普 通设备12,若该链路也故障，由中转设备1转发，普通设备11与普通设备12之间的通信链 路重构为：普通设备11到中转设备1到普通设备12 ;
[0017] (3)不同区域的设备之间通信构建了二级容错机制，第一区域中的普通设备11与 第二区域中的普通设备21之间的通信，默认链路为：普通设备11到中转设备1到中转设备 2到普通设备21，当普通设备11与中转设备1之间的链路故障后或普通设备21与中转设 备2间的链路故障后，普通设备11与普通设备21之间的通信链路重构为：普通设备11到 普通设备12或本区域内的其他普通设备到中转设备1到中转设备2到普通设备22或本区 域内的其他普通设备到普通设备21。
[0018] 具有冗余链路的电气系统中处于同一区域的普通设备之间的通信方法，步骤为：
[0019] (1)普通设备在发起通信时，生成一个传输帧，在同一个区域内的普通设备与中转 设备均能够收到该传输帧，同一个区域中的普通设备与中转设备接收到该传输帧后，将该 传输帧存储至自身的缓冲区中；
[0020] (2)接收到该传输帧的普通设备，识别该传输帧中的信目地址，确认该地址是否与 自身的通信地址匹配，若该地址与自身通信地址匹配，则表明该传输帧是发给该设备的传 输帧，该设备需要发送回馈帧，若该地址与自身通信地址不匹配，则不需要处理；中转设备 识别到该传输帧的信目地址对应的普通设备在本区域内，不需要处理；
[0021] (3)若发起通信的普通设备在设定时间间隔内收到接收设备的回馈帧，此次通信 完成，若普通设备发送重发帧，发起通信的普通设备利用其他的普通设备将之前接收到的 并缓存的传输帧重新发送，直至发起通信的普通设备在设定时间间隔内收到接收设备的回 馈帧，通信完成。
[0022] 具有冗余链路的电气系统中处于不同一区域的普通设备之间的通信方法，步骤 为：
[0023] (1)普通设备在发起通信时，生成一个传输帧，在同一个区域内的普通设备与中转 设备均能够收到该传输帧，同一个区域中的普通设备与中转设备接收到该传输帧后，将该 传输帧存储至自身的缓冲区中；
[0024] (2)同一区域内接收到该传输帧的普通设备，识别该传输帧中的信目地址与自身 不匹配，不需要处理，同一区域内接收到该传输帧的中转设备，识别到该传输帧的信目地址 对应的普通设备不在本区域内，则需要将该传输帧转发至信目地址对应区域的中转设备；
[0025] (3)对应区域的中转设备接收到该传输帧后，再将该传输帧转发至该区域内所有 的普通设备，该区域内接收到传输帧的普通设备确认该地址是否与自身的通信地址匹配， 若该地址与自身通信地址匹配，则表明该传输帧是发给该普通设备的传输帧，该普通设备 需要发送回馈帧，若该地址与自身通信地址不匹配，则不需要处理，中转设备接收到回