专利名称：一种开关网络确定方法
技术领域：
本发明属于卫星及其他工程可靠性设计领域，涉及一种用于主备份单机之间切换 的开关网络。
背景技术：
现代通信卫星均为长寿命高可靠卫星，要在长的时间内保证转发器均能正常工 作，除了要采用高可靠长寿命的单机外，对关键部件进行冗余设计就显得尤为重要。透明转 发器中的关键有源单机，包括接收机、行波管放大器和信标机均采用冗余设计。冗余设计就 是在正常使用的主份单机外增加若干台额外的备份单机，同时在主备单机组的输入输出端 设计开关网络，通过开关网络控制主备单机的切换。为了增加备份的灵活性，冗余设计中要 尽可能使每个备份单机可以备份所有的主份单机，因此这种冗余方式也称为冗余环。以卫星有效载荷设计为例，对于一个m:n的转发器行波管放大器冗余环，如
图1所 示，它包括η个转发器通道，也就是η个输入端口，同时包括m个行波管放大器，也就是m个 输出端口，这m个输出端口中包含η个主份行波管放大器和m-n个备份行波管放大器，所要 设计的冗余环就是中间的开关网络，它主要由开关和连接开关的电缆或波导组成。正常工作状态下，η个输入端口应正好连接着η个主份的输出端口。而当其中一 个主份行波管放大器发生故障时，可以通过改变冗余环中的开关状态，使得这个失效的行 波管放大器原来对应的转发器通道(输入端口)切换到一个未使用的备份行波管放大器上 (输出端口)，这样就能保证一个主份行波管放大器发生故障时，η个转发器通道仍都能正 常工作。对于一个m η的行波管放大器冗余环，如果当任意m-n个行波管放大器失效后，都 能找到合适的开关配置，为这m-n个失效的行波管放大器找到备份，使得η个转发器通道能 一一连接到剩余未失效的η个行波管放大器上，则称此m:n的冗余环为一个完备的冗余环。卫星有效载荷冗余环设计可以保证利用最少的备份件来达到较高的可靠性，减少 卫星成本和重量，同时满足可靠性的要求。冗余环的设计具有方法多而杂，过程繁琐，结果 难验证等特点。一个同等大小的冗余环有很多种设计方式和设计结果，如何在众多的设计 方案中选择出最优的冗余环，对设计师的设计能力提出了很高的要求。最优的冗余环具备 以下特点1.冗余环中的开关数量应最少，这个特点称为冗余环的最小性；2.任何一个主份单机出现故障后，都可以在不影响其他任何通道的情况下，切换 到备份单机上，这个特点称为冗余环的一备兼容性；3.任何一个主份单机出现故障后，其切换到备份单机的通道上，经过的开关数量 最少，这个特点称为冗余环的一备最短性。目前转发器冗余环的设计和验证主要依靠设计师的经验进行手工设计。这样的设 计方法不仅需要花费较长的设计时间，同时其设计的合理性也得不到保障。尤其是当冗余 环的规模比较大时，如何设计和验证冗余环是否有效且最优也是一个比较复杂的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种开关网络确定方法， 对于给定出口数量M(主备份单机总数)和入口数量N(主份单机数量)的开关网络，此方 法可以在短时间内确定开关网络的设计方案，并确保网络的完备性和最优性。本发明的技术解决方案是一种开关网络确定方法，步骤如下(1)根据开关网络所连接的主份单机个数N和备份单机个数M-N，将开关网络拆分 成M-N个小环，M > N且M-N < 4，其中每一个小环所连接的主份单机个数和备份单机个数
分别为Mi-I和1，满足关系式
权利要求
1. 一种开关网络确定方法，其特征在于步骤如下(1)根据开关网络所连接的主份单机个数N和备份单机个数M-N，将开关网络拆分成 M-N个小环，M > N且M-N < 4，其中每一个小环所连接的主份单机个数和备份单机个数分M-N别为Mi-I和1，满足关系式-.YjH N·,i=\(2)对于每一个小环，采用具有四个端口的主份开关和中继开关将主份单机和备份单 机连接起来形成小环结构，其中与主份单机直接相连的开关为主份开关，其他的开关称为 中继开关，每个主份单机和与其相连的主份开关一一对应；小环结构共分为N个LEVEL，N满 足关系式< Mi-I彡3N，每个LEVEL中的主份开关和中继开关的四个端口中有且仅有一 个端口与前一个LEVEL连接，LEVEL X中共包含35"个中继开关，X = 1，2，...，N_1，当Mi-I为奇数时，与主份单机——对应的Mi-I个主份开均位于LEVEL N-I和LEVEL N， LEVEL N-I中前ρ个中继开关除与LEVEL N_2连接的端口外的其余三个端口都连接着LEVEL N的中继开关，若q = 0，则LEVEL N-I中的第p+1个中继开关除与LEVEL N-2连接的端口 外的其余三个端口都连接着主份开关；若q = 2，则LEVEL N-I中的第p+1个中继开关除与 LEVEL N-2连接的端口外的其余三个端口中有一个连接着LEVEL N的中继开关，剩余两个端 口连接着主份开关；若q = 4，则LEVEL N-I中的第p+1个中继开关除与LEVEL N-2连接的 端口外的其余三个端口中有两个连接着LEVEL N的中继开关，剩余一个端口连接着主份开 关；LEVEL N-I中的第p+1个以后的中继开关除与LEVELN-2连接的端口外的其余三个端口 都连接着主份开关，在LEVEL N中包含3Xp+q/2个中继开关，这些中继开关除与LEVEL N-I 连接的端口外的其余三个端口都连接着主份开关，P和q满足关系式Mi-IjH = 6Xp+q; 小环中唯一的备份单机位于环的最顶层，连接在LEVEL I的中继开关上，而各主份单机均连 接在各自对应的主份开关上；若Mi-I = 1且M-N < 3时，每个小环包含1个空余端口，除此 之外，每个小环包含3个空余端口，用于与其他小环相连；当Mi-I为偶数时，在虬-2小环的LEVELl的中继开关以及与该中继开关相连的备份单 机之间增加一个主份开关，该增加的主份开关的另外两个端点中一个连接主份单机，另一 个作为开关网络新增的输入端口；(3)将步骤(2)得到的小环结构依次连接起来，形成最终的开关网络，当m-n = 1时，仅包括1个小环，若该小环只有1个空余端口，则直接将它接负载；若该 小环有3个空余端口，则将其中任意2个空余端口相连，而剩下的1个空余端口接负载；当m-n = 2时，包括2个小环，若两个小环均只有1个空余端口，则直接将这两个空余 端口相连；若两个小环中第一小环只有1个空余端口，第二小环有3个空余端口，则将第一 小环中唯一的空余端口与第二小环中的一个空余端口相连，第二小环中剩余的2个空余端 口直接相连；当m-n = 3时，包括3个小环，3个小环各自均应包含3个空余端口，第一小环的2个空 余端口分别与第二小环的2个不同空余端口相连，第一小环的最后1个空余端口以及第二 小环的最后1个空余端口分别与第三小环的2个不同空余端口相连，第三小环的最后1个 空余端口接负载；当m-n = 4时，包括4个小环，4个小环各自均应包含3个空余端口，第一小环的3个空 余端口分别与第二小环、第三小环、第四小环的各1个空余端口相连；第二小环剩余的2个空余端口分别与第三小环、第四小环剩下的各1个空余端口相连；第三小环最后剩余的1个 空余端口与第四小环最后剩余的1个空余端口相连。
全文摘要
一种开关网络确定方法，步骤为(1)根据开关网络所连接的主份单机个数N和备份单机个数M-N，将开关网络拆分成M-N个小环，M＞N且M-N≤4，每一个小环均只含有一个备份单机；(2)对于每一个小环，采用具有四个端口的主份开关和中继开关将主份单机和备份单机连接起来形成小环结构，开关连接方式根据小环中包含的主份单机个数为奇数或者偶数分别进行；(3)将各小环组成一个大环，即可得到最终的开关网络。本方法能够在给定主备份单机数量的情况下，通过大网拆小网，小网连接关系确定，小网再组大网三个步骤，快速确定开关网络的设计方案，而且确定出的开关网络满足冗余网络的完备性、最小性、第一备份兼容性及第一备份最短性。
文档编号H04L1/22GK102104472SQ201010606049
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者尹伟臻, 沈宇飞, 田栋, 范陆海, 邓恒 申请人:中国空间技术研究院