基于时间同步状态监控的时间触发以太网故障诊断方法与流程

本发明属于机载网络通信技术领域，涉及一种通信链路故障诊断方法。

背景技术：

机载网络通信系统是整个机载航电系统的关键部件，通信系统故障将导致传感器反馈数据或飞控计算机控制指令不能正确可靠传输，对飞行器安全及飞行任务的完成有着至关重要的影响。为了提高网络通信的可靠性，一般采用冗余备份的方法避免单一链路存在的可靠性等问题。考虑成本、资源利用率等多方面因素，时间触发以太网通信系统一般采用双余度的交换网结构避免设备的层层备份。然而，双余度通信系统一直面临的一个重要问题是如何有效地进行余度表决和故障诊断，即当两个通道存在不一致问题时，如何甄别正确与故障通道。如果处理不当，双余度通信系统不仅无法提高系统可靠性，还会导致系统故障和出错的概率增大，相比于单通道时的网络可靠性更差。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种简单实用、易实现、可靠性高的故障诊断方法。

基于时间同步状态监控的时间触发以太网故障诊断方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)所述时间触发以太网执行时间同步算法，完成时间同步过程，形成全局统一的时间基准；

(2)在预先约定的时刻，所述时间触发以太网中所有端节点和交换机将其本地时间基准信息发送给相邻的交换机；

(3)所述时间触发以太网中所有交换机对接收到的时间基准信息进行延迟补偿和计算，执行时间同步状态判定过程，根据时间偏差大小判定各端口对应通信设备的时间同步状态是否正常；

(4)所述时间触发以太网中所有交换机将时间同步状态判定结果封装至状态反馈数据帧发送给各端口对应的端节点或交换机；

(5)所述时间触发以太网中所有端节点和交换机根据反馈结果执行通信链路运行状态判定过程，判断相关通信链路的运行状态是否正常。

进一步的，所述时间基准信息需在指定的时间窗口内到达其目的交换机，否则视为无效。

进一步的，所述时间偏差的计算依据是所述时间触发以太网通过时间同步过程建立的全局统一的时间基准。

进一步的，所述时间触发以太网中所有交换机对未收到正确时间基准信息的端口，直接判定其所对应通信设备的时间同步状态异常。

进一步的，所述状态反馈数据帧需在指定的时间窗口内到达各端口对应的端节点或交换机，否则视为无效。

进一步的，所述时间触发以太网中所有端节点和交换机对未收到状态反馈信息帧或收到异常状态反馈的情况，判定相关通信链路的运行状态异常，仅在收到正常状态反馈的情况时，判定相关通信链路的运行状态为正常。

本发明在时间信息的传递和反馈过程中，可有效验证相邻通信节点之间物理传输链路、双方的数据发送和接收模块等硬件部分是否正常，以及各通信节点的时间信息和软件部分的运行状态，具有简单实用、易实现、可靠性高等优点。另外，以时间触发以太网建立的全局统一的时间基准为判定依据，可为双余度通信系统提供正确的参考信息，用于解决两个通道状态不一致时无法有效判定故障通道的难题。

附图说明

图1：本发明的算法流程图。

图2：tte系统示例。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为

本技术：
的一部分，不构成对本发明方案的限定。

以图2所示原型系统为例，简述采用基于时间同步状态监控的故障诊断方法的实现过程。图2中每个节点有两个通信通道，分别连接两个不同的交换机设备，构成双余度通信链路。本发明所介绍的故障诊断方法可周期性执行，也可由一些条件触发执行，对于一个具体的诊断过程，其步骤如下：

①时间同步过程：时间触发以太网通过一定的时间同步方法，实现全局网络通信节点之间的时间同步，形成统一的时间基准。

②发送时间信息：在预先约定的时刻，端节点向其相邻交换机发送自身的本地时间基准信息，即端节点n1、n2和n3向交换机sw1和sw2发送时间信息，端节点n4和n5向交换机sw3和sw4发送时间信息；相邻交换机之间互相交换时间信息，即交换机sw1和sw2向交换机sw3和sw4发送时间信息，同时交换机sw3和sw4向交换机sw1和sw2发送时间信息。交换机有个指定的接收时间窗口，在接收窗口内到达的时间信息被认为是有效信息，可作为后续条件判定的数据，在接收时间窗口之外到达的时间信息均被丢弃。

③时间同步状态判定：交换机根据各端口接收到的时间信息，对其进行传播延迟补偿及校正，消除传输延时等因素的影响，然后对各端口校正后的时间基准进行对比，判定各端口对应通信设备的运行状态是否正常。在指定时间窗口内，对于未收到时间信息或所收到信息帧无法正确解析的端口，均认为对应的通信链路有故障。对于正确接收的时间信息，利用一定算法对其进行状态判定。为便于介绍，此处采用简单的误差比较法：以交换机的本地时间基准为参考，判断其与相邻端节点或交换机之间的时间偏差，若偏差大于某阈值，则认为相关通信链路有问题，若时间偏差在接收范围内，则认为相关通信链路正常。对于时间同步状态判定问题还可采用其他方法和思路以提高性能和可靠性，如：将所有接收到的时间信息放在一起比较，计算出大部分节点时间基准所在的分布区间，将区间之外的时间点对应的通信链路认为故障状态，这样可消除参考节点故障时产生的不利影响。

④反馈状态判定结果：交换机将判定后的状态和错误类型反馈至各端口对应的端节点或交换机，例如交换机sw1将其对端节点n1、n2和n3和相邻交换机sw3和sw4的状态判定结果反馈至相应端节点和交换机。各节点和交换机对于反馈信息帧的到达时间有最迟达到时间约束，在最迟到达时间之后收到的反馈信息均丢弃，仅在约定时间点之前到达的反馈信息可用于后续故障条件的诊断。

⑤故障条件诊断：各端节点和交换机设备收到状态反馈的信息帧后，对相关通信链路的运行状态进行判定和更新。若收到正常的状态反馈，则说明数据通信的往返链路均正常，将其设为正常状态，若收到非正常的状态反馈和错误类型，则进行相应的处理措施，如：若连续3次收到错误反馈信息帧，则认为相应通信链路故障，启动故障检测和隔离措施。

通过上述步骤和方法即可实现时间触发以太网中各通信节点及链路的故障诊断，同时，本发明还可用于解决双余度通信系统中无法有效进行余度表决的问题。以图2中节点n1的两个通信板卡(通道a和通道b)为例，假设通道a和通道b收到的数据不一致，则无法判定哪个通道出现故障和错误。利用上述方法，通道a和通道b分别将自身的时间基准信息发送给对应的交换机，交换机以全局统一的时间基准为参考，根据时间偏差判定各节点的运行状态，然后将判定结果反馈给相应的节点。仅当所有通信过程(物理通信链路、数据收发模块、数据处理软件等)均正确时，通道a或通道b才能收到运行状态正常的反馈信息。因此，两者之间必然有一个未收到反馈或收到异常状态反馈的通道，那么，两个通道即可根据各自收到的状态反馈信息判断自身的运行状态，选择正确的数据源。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种基于时间同步状态监控的时间触发以太网故障诊断方法，属于机载网络通信技术领域，其特征在于：结合时间触发以太网建立的全局统一的时间基准，以通信节点之间的时间偏差为判定条件进行故障状态的诊断。所有端节点和交换机向其相邻的交换机发送本地时间基准信息，交换机对收到的时间基准信息进行修正和对比，通过时间偏差大小判定相邻节点的运行状态，并将判定结果反馈至相应的端节点或交换机。在此过程中，相邻设备之间的物理通信链路、双方的数据发送和接收模块及通信软件均可得到验证，具有简单实用、易实现、可靠性高的优点，同时可用于解决双余度通信系统无法有效判定故障的难题。

技术研发人员：杨佳利;朱纪洪
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2017.06.26
技术公布日：2017.10.20