一种遥控水下作业系统通信网络及其调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种遥控水下作业系统通信网络及其调度方法。系统包括主要由水上主、从控制器构成的水上子网络，以及主要由水下主、从控制器构成的水下子网络，将控制功能下放到各控制器，以提高系统的可扩展性和容错能力。调度包括水上主控制器调度和水下主控制器二部分，均包括主循环过程和定时中断服务过程。调度方法采用双主从并发调度方法使交换机内不存在端口报文发送冲突，提高控制系统通信的确定性和实时性；并嵌入完备的通信错误检测机制，保证报文的完整性及系统的自检能力，提高系统的可靠性。还采用应急处理方法，保证系统在出现通信故障时具备应急回收能力。
【专利说明】一种遥控水下作业系统通信网络及其调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术，特别涉及遥控水下作业系统及其通信调度方法。
【背景技术】
[0002]水下作业技术是非常广泛的领域，涉及国防军事、水利设施建设、抗洪抢险、海洋资源开发利用等。相比于陆地，水下作业环境更加恶劣，作业系统失效后救援回收困难，易造成重大人员或财产损失。因此水下智能作业系统是典型的安全关键系统，需要在设计时充分考虑系统的可靠性和应急功能。随着水下作业任务要求的不断提高，水下作业系统的复杂度也越来越高。传统的集中式控制结构存在主控制器负荷大、功能扩展难、容错能力差、故障率高等缺点；而基于工业通信网络的分布式控制结构则可以通过把控制功能下放到各本地控制器降低控制风险，提高系统的可扩展性和容错能力。
[0003]传统控制网络一般采用专用网络，如各种现场总线网络，多为短报文数据交换，强调通信延时的确定性和传输可靠性。由于以太网技术具有成本低、速度高、通用性等特点，目前已经逐步应用到一些实时控制领域，以取代原有的专用网络。为适应工业系统的实时性要求，工业以太网多采用基于时间片的分时调度方法，如Powerlink，Profinet I/O, EPA等，或者采用集总帧的方法，如EtherCAT。这些方法都需要专用的设备或协议来实现网络精确的时间同步，在一定程度上提高了系统的成本。而对于非实时数据，工业以太网仍采用传统的TCP/IP协议。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种基于工业以太网技术的遥控水下作业系统的通信网络，目的在于将该系统的控制功能下放到各控制器，以提高系统的可扩展性和容错能力；本发明还设计了该通信网络的调度方法，能够满足系统控制器之间通信的软实时性和可靠性要求。
[0005]本发明提供的一种用于遥控水下作业的通信系统，其特征在于，它包括水上子网络和水下子网络二部分，其中，
[0006]所述水上子网络由水上主控制器，M个水上从控制器，以及水上工业交换机，水上波分复用收发器构成，水下子网络由水下主控制器，N个水下从控制器，以及水下工业交换机，水下波分复用收发器构成；
[0007]水上、水下子网络由水上主控制器和水下主控制器通过光纤进行远距离数据交换；
[0008]水上主控制器负责收集M个水上从控制器对水下作业平台的控制指令，并将这些指令打包成一个集成指令报文通过工业交换机和波分复用收发器发送给水下主控制器；水上主控制器还用于检测与水上从控制器及水下主控制器之间的通信错误；
[0009]水下主控制器受控于水上主控制器，用于接收到集成指令报文后，将集成指令报文分解转发至相应的N个水下从控制器，接收各水下从控制器反馈的状态信息，并将其打包成一个水下网络的状态信息报文反馈给水上主控制器；水下主控制器还用于检测与水下从控制器及水上主控制器之间的通信错误；各水上从控制器和水下从控制器均用于被动响应主控制器的调度报文；
[0010]水上、水下工业交换机用于连接水上控制器和水下控制器，并采用存储转发机制以消除各端口的报文发送冲突；
[0011]水上、水下波分复用收发器用于实现信号的光电转换和远距离传输。
[0012]本发明提供的一种用于上述通信系统的调度方法，其特征在于，包括水上主控制器调度和水下主控制器调度二部分；
[0013]所述水上主控制器调度包含水上定时中断服务过程和水上主循环过程；水上定时中断服务过程用于完成调度报文的发送及其发送错误检测，以及对上一微调度周期对应水上从控制器的报文响应超时错误检测；所述水上主循环过程用于实时接收各水上从控制器的反馈报文并进行报文接收错误检测，同时检查所有水上从控制器的通信错误计数器值，若有水上从控制器的通信错误计数器值超过用户设定的容忍阈值，则提示用户进行系统检查或水下平台的应急回收；
[0014]所述水下主控制器同样包括水下定时中断服务过程和水下主循环过程，其中，水下定时中断服务过程由接收到来自水上主控制器的集成指令报文AB的事件使能，进行调度报文的发送、调度报文发送错误检测，以及对上一微调度周期对应控制器的报文响应超时错误检测；调度结束后，水下主控制器禁止定时器中断；
[0015]水下主循环过程用于实时接收处理水上主控制器发送来的指令报文AB及水下从控制器的所有馈报文，检测报文接收错误，将水下从控制器的通信错误计数器值写入状态反馈集成报文BA并发送给水上主控制器；水下主循环过程还用于检测水下主控制器与水上主控制器之间的通信状态，当诊断出永久通信故障时，水下主控制器释放应急浮筒，进入应急回收状态。
[0016]本发明针对大型遥控水下作业系统的实时性及可靠性要求，提出一种通信系统及其调度方法，具有如下优点:
[0017](I)通信网络设计双主从并发调度方法使交换机内不存在端口报文发送冲突，提高控制系统通信的确定性和实时性；
[0018](2)调度方法中嵌入完备的通信错误检测机制，保证报文的完整性及系统的自检能力，提高系统的可靠性。
[0019](3)设计应急处理方法，保证系统在出现通信故障时具备应急回收能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明提出的遥控水下作业系统网络结构；
[0021]图2为本发明提出的一种双主从以太网调度时序图；
[0022]图3为本发明提出的水上主控制器定时调度处理流程图；
[0023]图4为本发明提出的水上主控制器主循环流程图；
[0024]图5为本发明提出的水下主控制器主循环流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026]本发明提出的一种遥控水下作业系统的通信网络，如图1所示，网络分为水上和水下两部分，水上主控制器，M个水上从控制器，以及水上工业交换机，水上波分复用收发器构成水上网络，水下主控制器，N个水下从控制器，以及水下工业交换机，水下波分复用收发器构成水下网络。M、N为大于等于I的正整数。
[0027]水上、水下子网络由水上主控制器和水下主控制器通过光纤进行远距离数据交换。
[0028]水上主控制器负责收集M个水上从控制器对水下作业平台的控制指令，并将这些指令打包成一个集成指令报文发送给水下主控制器。
[0029]水下主控制器接收到集成指令报文后，将控制指令分解转发至相应的N个水下从控制器，接收这些从控制器反馈的状态信息，并将其打包成一个水下网络的状态信息报文反馈给水上主控制器。
[0030]水上、水下工业交换机用于连接水上控制器和水下控制器。
[0031 ] 水上、水下波分复用收发器用于实现信号的光电转换和远距离传输。
[0032]从网络拓扑上看，水上网络和水下网络分别以各自的工业交换机为根节点形成星型网络。若不进行通信调度管理，所有控制器均具有主动发起通信的能力，交换机通过存储转发机制来消除各端口的报文发送冲突，理论上讲冲突不会造成报文的丢失，但会造成报文延时的不确定性，特别是当网络通信负荷比较重时，这种延时的不确定性更加突出，以西门子工业交换机为例，有报文冲突时最高延时可达100毫秒，难以满足控制系统的实时性、确定性要求。
[0033]本发明针对上述水下作业系统的通信网络提出一种双主从确定性调度方法，使交换机所有端口不出现报文发送冲突，因而，节点间的通信时延仅由交换机的报文处理速度来决定，是确定性的。以西门子工业交换机为例，无报文冲突时交换机内的最高延时为10毫秒。水上主控制器是水上网络的主节点，负责调度管理水上的M个从控制器；水下主控制器是水下网络的主节点，负责调度管理水下的N个从控制器。水下主控制器同时受控于水上主控制器，只有当其接收到水上主控制器的指令报文后，才开始将该指令报文调度分发给水下其他控制器。
[0034]双主从以太网调度方法主要在水上主控制器和水下主控制器中实现，水上、水下各从控制器只需被动响应主控制器的调度报文。
[0035]假定水上主控制器代号为A，水下主控制器代号为B，Ai (i = 1,2,…，Μ)为水上主控制器对水上从控制器i的查询报文，iA为水上从控制器i对水上主控制器回复的指令报文；AB为水上主控制器发送给水下主控制器的含有水上各从控制器对水下各从控制器指令的集成指令报文；Bj(j = 1,2,…，N)为水下主控制器对水下从控制器j的指令报文，JB为水下从控制器j对水下主控制器回复的控制器状态报文；BA为水下主控制器发送给水上主控制器的水下各控制器状态集成报文。本发明提出的调度时序如图2所示。
[0036]微调度时刻是指调度报文的发送时刻，即t = KT时刻，微调度周期是指两个相邻微调度时刻之间的间隔，即T。
[0037]其中T为微调度周期，其取值决定于从控制器对主控制器调度报文的响应时间，一般最小取所有从控制器最长响应时间的2?3倍。图2中上方时间轴为水上主控制器的调度时序，水上主控制器在各微调度时刻依次向水上从控制器i发送调度报文Ai，并在下一个微调度时刻到来之前完成对水上从控制器i反馈报文iA的接收，从而消除了水上工业交换机内的报文冲突；图2中下方时间轴为水下主控制器的调度时序，水下主控制器在各微调度时刻依次向水下从控制器j发送调度报文Bj，并在下一个微调度时刻到来之前完成对水下从控制器j反馈报文jB的接收，从而消除了水下工业交换机内的报文冲突。水下主控制器的调度由正确接收到水上主控制器发送来的集成指令报文AB条件触发，即水下主控制器只有正确接收到AB报文后，才开始对各水下从控制器进行调度通信，并在调度结束后把所有水下从控制器反馈的状态信息打包到BA报文中去，反馈给水上主控制器。
[0038]为充分利用时隙，提高通信频率，本发明提出的调度方法在保证交换机内不出现报文冲突的前提下，对水上网络和水下网络进行并发调度。
[0039]具体实施方法为:水上主控制器和水下主控制器均以Ta = Tb = Max (M, N) *T为宏调度周期进行调度，水上主控制器在第k个宏调度周期的最后一个微调度时刻(k+l)*TA向水下主控制器发送集成指令报文ABk，k为正整数，表示宏调度周期的序号，不等待水下主控制器的反馈报文即开始下一个宏调度周期的调度，并在接收到水下主控制器的反馈报文BAk后的下一个微调度时刻，立即向水下主控制器发送新一轮的集成指令报文AB(k+1)。该方案使水上主控制器充分利用水下网络的调度时间，来准备新的集成指令报文AB，形成水上、水下网络的并发调度，提高整个网络的实时性。
[0040]图2给出的是水上从控制器个数M小于水下从控制器个数N的情形，为实现水上、水下网络的宏调度周期一致，避免出现报文冲突的情况，水上网络的调度每个宏调度周期有N-M个空闲微调度时刻，而水下网络则处于满负荷状态。当水上从控制器个数M大于水下从控制器个数N时，水上网络处于满负荷状态，而水下网络有M-N个空闲微调度时刻。当M等于N时，该调度方案通信效率达到最高。
[0041]为保证报文的完整性，本发明在需要进行报文交换的各控制器之间建立逻辑连接，并采用带确认的数据通信机制。因此，水上主控制器能够检测与水上从控制器及水下主控制器之间的报文发送错误和报文接收错误；水下主控制器能够检测与水下从控制器及水上主控制器之间的报文发送错误和报文接收错误。此外，本发明提出的调度方法还在水上主控制器和水下主控制器中进行响应超时检测。例如水上主控制器向水上从控制器i发送调度报文Ai后，水上从控制器i必须在时间T内正确回复水上主控制器iA报文，否则将产生响应超时错误，有可能引发报文冲突，造成调度失败。
[0042]水上主控制器为每个水上从控制器设计三个通信错误计数器，分别是报文发送错误计数器、报文接收错误计数器和报文响应超时错误计数器。
[0043]当水上主控制器向某水上从控制器成功发送一个报文时，该控制器的报文发送错误计数器减一，直至减为零后不再累减，定义为饱和减一；相反，当水上主控制器向该控制器发送报文产生错误时，该控制器的报文发送错误计数器加一，直至达到一个用户设定的发送错误容忍阈值后不再累加，定义为饱和加一。同理，当水上主控制器正确接收某水上从控制器的报文时，该控制器接收错误计数器饱和减一；反之，该控制器的接收错误计数器饱和加一。响应超时计数器也按照相同的机制进行处理。
[0044]水上主控制器同时检测与水下主控制器之间的报文发送错误、报文接收错误及报文接收超时错误。报文发送错误与报文接收错误的定义及检测方法与前述相同，不再赘述。报文接收超时错误是指水上主控制器连续L个宏调度周期未接收到水下主控制器的状态反馈集成报文BA，其中L是用户设置的容忍阈值，一般可取3?4。
[0045]水下主控制器为每个水下从控制器设计三个通信错误计数器，分别是报文发送错误计数器、报文接收错误计数器和报文响应超时错误计数器。错误计数器操作方法与水上主控制器相同。
[0046]为使水上主控制器实时掌握水下网络的通信状态，水下主控制器将水下从控制器的三个通信错误计数器打包到BA报文中反馈给水上主控制器。
[0047]水下主控制器同时检测与水上主控制器之间的报文发送错误、报文接收错误及报文接收超时错误。报文发送错误与报文接收错误的定义及检测方法与前述相同，不再赘述。报文接收超时错误是指水下主控制器连续L个宏调度周期未接收到水上主控制器的集成指令报文AB，其中L是用户设置的容忍阈值，一般可取3?4。
[0048]本发明提出的调度方案中，正常工况下水上主控制器能够获得所有水上从控制器和水下从控制器的通信错误计数器值，当有从控制器的发送/接收/响应超时错误计数器值达到用户设定的阈值时，水上主控制器触发声光报警，提醒用户检查通信网络或进入应急回收工况。水上主控制器同时检测与水下主控制器之间的报文发送、接收及报文接收超时错误，当检测到与水下主控制器之间报文发送/接收错误计数器值达到用户设定的阈值或产生BA报文接收超时错误时，水上主控制器断定与水下主控制器发生永久性通信故障，此时水上主控制器停止调度，触发声光报警以提醒用户进入应急回收工况，应急回收具体方法如下:
[0049]水上主控制器启用与平台应急上浮相关的水下控制器(即进排水控制器，控制高压气阀对压载水舱排水，实现平台上浮)的备用逻辑连接，尝试与该控制器进行点对点应急通信。若能成功，则表明水下主控制器故障，但以太网物理链路仍工作正常，因而水上主控制器可以使用原通信链路与进排水控制器通信，对平台进行应急回收。若不能建立应急通信，则表明水上/水下通信链路故障，水上主控制器不动作，等待水下主控制器执行应急动作，建立备用应急通信链路。
[0050]本发明提出的调度方案中，正常工况下，水下主控制器将所有水下从控制器的通信错误计数器值打包入BA报文中反馈给水上主控制器。
[0051]当水下主控制器检测到与水上主控制器之间的报文发送/接收错误计数器值达到用户设定的阈值或产生AB报文接收超时错误时，水下主控制器断定与水上主控制器产生永久性通信故障，则水下主控制器停止调度，释放应急浮筒，将应急通信电缆(应急通信电缆采用零浮力电缆，正常时缠绕在应急浮筒上，一端与进排水控制器相连接，另一端用水密接头密封固定在应急浮筒上)带上水面，以便于操作人员把应急通信电缆的另一端通过水密接头连接到水上主控制器上，建立水上主控制器与进排水控制器的应急通信链路，对水下平台进行应急回收。之后水下主控制器退出工作状态。
[0052]本发明提供的调度方法主要包括水上主控制器调度过程和水下主控制器调度过程二部分。水上从控制器和水下从控制器只需被动响应主控制器的调度报文即可。
[0053]水上主控制器主要包含两个过程:定时中断服务过程和主循环过程。其中，定时中断服务过程中，调度定时器的周期设置为微调度周期T，完成调度报文的发送及其发送错误检测，以及对上一微调度周期对应控制器的报文响应超时错误检测。主循环过程是一个无限循环，用于实时接收各控制器的反馈报文并进行报文接收错误检测，同时检查所有控制器的通信错误计数器值，若有控制器的通信错误计数器值超过用户设定的容忍阈值，则提示用户进行通信网络检查或水下平台的应急回收。具体而言，如图3所示，水上主控制器的定时中断处理过程主要包括如下步骤:
[0054]I)计算当前需要发送调度报文的控制器编号，计算方法如下:假定上一微调度时刻水上主控制器发送调度报文的控制器编号为i_l，则当前需要调度的控制器编号为i ;当i = 1,2,…，M时，水上主控制器当前需要调度的控制器为水上从控制器i ;若水上从控制器个数M大于等于水下从控制器个数N，则当i = M+1时，水上控制器当前需要调度的控制器为水下主控制器；若M小于N，则当i = M+l，-,N-1时，水上主控制器不调度，当i = N时，水上主控制器调度水下主控制器；调度时序如图2中上方时间轴所示；
[0055]2)水上主控制器向当前被调度的水上从控制器发送调度报文Ai或向当前被调度的水下主控制器发送调度报文AB ；
[0056]3)水上主控制器检测水上从控制器1-Ι (当i = 2,3,…，M+1时)是否已经回复报文，若是，则将水上从控制器i_l的报文响应超时错误计数器饱和减一；否则，将水上从控制器1-ι的报文响应超时错误计数器饱和加一；
[0057]4)水上主控制器检测调度报文Ai (i = 1,2,…，Μ)或AB是否已正确发送，若正确发送，则将相应控制器的发送错误计数器饱和减一；若产生发送错误，则将相应控制器的发送错误计数器饱和加一；
[0058]5)若当前被调度的控制器为水下主控制器，则水上主控制器将当前被调度控制器编号清零，表明当前一个宏调度周期已经结束；
[0059]6)结束。
[0060]如图4所示，水上主控制器主循环过程主要包括如下步骤:
[0061]I)启动BA报文接收超时定时器；
[0062]2)尝试接收水上从控制器及水下主控制器的反馈报文，若接收到水上从控制器i的反馈报文iA(i = 1，2，…，M)，转入步骤3)，否则转入步骤4)；
[0063]3)判断接收到的反馈报文iA是否正确，如果是，将水上从控制器i的接收错误计数器饱和减一，否则将水上从控制器i的接收错误计数器饱和加一；
[0064]4)若接收到水下主控制器的反馈报文BA，则重启BA报文接收定时器，转入步骤5)，否则转入步骤6)；
[0065]5)判断接收到的反馈报文BA是否正确，如果是，将水下主控制器的接收错误计数器饱和减一，否则将水下主控制器的接收错误计数器饱和加一；
[0066]6)判断BA报文接收超时定时器是否溢出，若是，则置位BA报文接收超时错误标志，并重启BA报文接收超时定时器；否则转入步骤7)；
[0067]7)检查所有从控制器的通信错误计数器，包括所有水上从控制器及BA报文中所含有的水下从控制器的发送/接收/响应超时错误计数器，若有计数器值达到用户设定的容忍阈值(容忍阈值越大，系统对偶然发生的通信错误越不敏感，一般取3?4即可)，则水上主控制器以声光报警的方式提示操作人员进行通信网络检查或水下平台的应急回收；否则转入步骤8)；
[0068]8)检查水下主控制器的报文发送/接收错误计数器和BA报文接收超时错误标志，若计数器值达到用户设定的容忍阈值或产生BA报文接收超时错误，则水上主控制器触发声光报警，提醒操作人员对水下平台进行应急上浮回收；否则转入步骤9)；
[0069]9)若操作人员使能应急回收，则水上主控制器退出调度，与进排水控制器进行点对点应急通信，回收平台；否则转入步骤2)；
[0070]10)结束。
[0071]水下主控制器同样包括两个过程:定时中断服务过程和主循环过程。，其中，定时中断服务过程中，调度定时器定时周期为微调度周期T，由接收到来自水上主控制器的集成指令报文AB使能定时中断，进行调度报文的发送及相应的报文发送错误检测，以及对上一微调度周期对应控制器的报文响应超时错误检测。定时器中断服务处理过程与水上主控制器相同，调度时序如图2中下方时间轴所示，这里不再赘述。主循环过程也是一无限循环，实时接收处理水上主控制器发送来指令报文AB及水下从控制器的所有馈报文，检测报文接收错误，将水下从控制器的通信错误计数器值写入BA报文并反馈给水上主控制器。主循环还检测水下主控制器与水上主控制器之间的通信状态，当诊断出永久通信故障时，水下主控制器释放应急浮筒，并退出工作状态，平台进入应急回收状态。具体而言，如图5所示，水下主控制器主循环过程主要包括如下步骤:
[0072]I)启动AB报文超时定时器，将该定时器周期设置为L*TA，其中L为用户设置的容忍阈值，一般取3?4, Ta为宏调度周期；
[0073]2)尝试接收来自水上主控制器和水下从控制器的报文；若接收到来自水上主控制器的报文AB，转入步骤3);否则，转入步骤4)；
[0074]3)重启AB报文超时定时器，判断AB报文接收是否正确，若是，则水下主控制器将水上主控制器接收错误计数器饱和减一，并启动调度定时器T ;否则水下主控制器将水上主控制器接收错误计数器饱和加一，不对水下从控制器调度；
[0075]4)若接收到来自水下从控制器j(j = I, 2，— ,N)的反馈报文jB，则转入步骤5)；否则转入步骤6)；
[0076]5)判断jB报文接收是否正确，若是，则水下主控制器将水下从控制器j的接收错误计数器饱和减一；否则将水下从控制器j的接收错误计数器饱和加一；
[0077]6)根据最后一个水下从控制器N是否已经回复报文判断水下调度是否结束，若是，则禁止调度定时器T，并向水上主控制器发送BA报文；若否，转入步骤7)；
[0078]7)判断AB报文超时定时器是否溢出或水上主控制器发送/接收错误计数器值是否达到用户设定的阈值，若是，则水下主控制器释放应急浮筒，平台进入应急回收状态，转入步骤8);否则，转入步骤2)；
[0079]8)水下主控制器退出主循环，结束。
[0080]以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于遥控水下作业的通信系统，其特征在于，它包括水上子网络和水下子网络二部分，其中， 所述水上子网络由水上主控制器，M个水上从控制器，以及水上工业交换机，水上波分复用收发器构成，水下子网络由水下主控制器，N个水下从控制器，以及水下工业交换机，水下波分复用收发器构成； 水上、水下子网络由水上主控制器和水下主控制器通过光纤进行远距离数据交换； 水上主控制器负责收集M个水上从控制器对水下作业平台的控制指令，并将这些指令打包成一个集成指令报文通过工业交换机和波分复用收发器发送给水下主控制器；水上主控制器还用于检测与水上从控制器及水下主控制器之间的报文发送错误和报文接收错误； 水下主控制器受控于水上主控制器，用于接收到集成指令报文后，将集成指令报文分解转发至相应的N个水下从控制器，接收各水下从控制器反馈的状态信息，并将其打包成一个水下网络的状态信息报文反馈给水上主控制器；水下主控制器还用于检测与水下从控制器及水上主控制器之间的报文发送错误和报文接收错误；各水上从控制器和水下从控制器均用于被动响应主控制器的调度报文； 水上、水下工业交换机用于连接水上控制器和水下控制器，并采用存储转发机制以消除各端口的报文发送冲突； 水上、水下波分复用收发器用于实现信号的光电转换和远距离传输。
2.根据权利要求1所述的用于遥控水下作业的通信系统，其特征在于，设水上主控制器代号为A，水下主控制器代号为B，i表示水上从控制器序号，j表示水下从控制器序号，i=1,2,…，M，j = l，2，…，N，Μ、N分别表示水上从控制器和水下从控制器的数量； 所述水上主控制器用于在各微调度时刻依次向水上从控制器i发送调度报文Ai，并在下一个微调度时刻到来之前完成对水上从控制器i反馈报文iA的接收，以消除水上工业交换机内的报文冲突； 所述水上主控制器为每个水上从控制器设有三个通信错误计数器，分别是报文发送错误计数器、报文接收错误计数器和报文响应超时错误计数器，分别用于对与水上从控制器之间的报文发送错误、报文接收错误及报文接收超时错误进行计数； 所述水上主控制器同时检测与水下主控制器之间的报文发送错误、报文接收错误及报文接收超时错误； 所述水下主控制器用于在正确接收到水上主控制器发送来的集成指令报文AB后，在各微调度时刻依次向水下从控制器j发送调度报文Bj，并在下一个微调度时刻到来之前完成对水下从控制器j反馈报文jB的接收，以消除水下工业交换机内的报文冲突。
3.一种用于权利要求1所述通信系统的调度方法，其特征在于，包括水上主控制器调度和水下主控制器调度二部分； 调度过程中各调度定时器的周期均设置为微调度周期T，水上主控制器和水下主控制器均以Max(M，N)*T为宏调度周期进行调度； 所述水上主控制器调度包含水上定时中断服务过程和水上主循环过程；水上定时中断服务过程用于完成调度报文的发送及其发送错误检测，以及对上一微调度周期对应水上从控制器的报文响应超时错误检测；所述水上主循环过程用于实时接收各水上从控制器的反馈报文并进行报文接收错误检测，同时检查所有水上从控制器和BA报文中包含的水下从控制器的通信错误计数器值，若有水上/水下从控制器的通信错误计数器值超过用户设定的容忍阈值，则提示用户进行系统检查或水下平台的应急回收； 所述水下主控制器同样包括水下定时中断服务过程和水下主循环过程，其中，水下定时中断服务过程由接收到来自水上主控制器的集成指令报文AB使能，进行调度报文的发送及报文发送错误检测，以及对上一微调度周期对应控制器的报文响应超时错误检测；调度结束后，水下主控制器禁止定时中断服务过程； 水下主循环过程用于实时接收处理水上主控制器发送来的指令报文AB及水下从控制器的所有馈报文，检测报文接收错误，将水下从控制器的通信错误计数器值写入BA报文并反馈给水上主控制器；水下主循环过程还用于检测水下主控制器与水上主控制器之间的通信状态，当诊断出永久通信故障时，水下主控制器释放应急浮筒，进入应急回收状态。
4.根据权利要求2所述的调度方法，其特征在于，所述水上定时中断服务过程包括下述步骤: (al)更新当前需要发送调度报文的控制器编号，设当前被调度的水上从控制器编号为i ; (a2)水上主控制器向当前被调度的水上从控制器发送调度报文Ai或向当前被调度的水下主控制器发送调度报文AB ； (a3)检测水上从控制器i_l是否已经回复报文，若是，则水上从控制器i_l的报文响应超时错误计数器饱和减一；否则，水上从控制器i_l的报文响应超时错误计数器饱和加一；(a4)检测调度报文Ai是否已正确发送，若正确发送，则水上从控制器i的发送错误计数器饱和减一；若出现发送错误，则水上从控制器i的发送错误计数器饱和加一。
5.根据权利要求2所述的调度方法，其特征在于，所述水下定时中断服务过程包括下述步骤: (bl)更新当前需要发送调度报文的控制器编号，设当前被调度的下上从控制器编号为j ; (b2)水下主控制器向当前被调度的水下从控制器j发送调度报文Bj ； (b3)检测第j_l个水下从控制器是否已经回复报文，若是，则水下从控制器j_l的报文响应超时错误计数器饱和减一；否则，水下从控制器j_l的报文响应超时错误计数器饱和加一； (b4)检测调度报文Bj是否已正确发送，若正确发送，则水下从控制器j的发送错误计数器饱和减一；若出现发送错误，则水下从控制器j的发送错误计数器饱和加一。
6.根据权利要求3或5所述的调度方法，其特征在于，更新当前需要发送调度报文的控制器编号的方法如下: 对于水上控制器而言，假定上一微调度时刻水上主控制器发送调度报文的控制器编号为i_l，则当前需要调度的控制器编号为i ;当i = 1,2,…，M时，水上主控制器当前需要调度的控制器为水上从控制器i ;若水上从控制器个数M大于等于水下从控制器个数N，则当i = M+1时，水上控制器当前需要调度的控制器为水下主控制器；若M小于N，则当i =M+1，…，N-1时，水上主控制器不调度，当i = N时，水上主控制器调度水下主控制器；对于水下控制器而言，假定上一微调度时刻水下主控制器发送调度报文的控制器编号为j-1，则当前需要调度的控制器编号为j，j = 1,2,…，N。
7.根据权利要求2所述的调度方法，其特征在于，所述水上主循环过程包括下述过程: (cl)启动BA报文接收超时定时器，将该定时器周期设置为L*TA，其中L为用户设置的容忍阈值，Ta为宏调度周期； (c2)尝试接收水上从控制器及水下主控制器的反馈报文，若接收到水上从控制器i的反馈报文iA, i = 1,2, ".,M,转入步骤(c3),否则转入步骤(c4)； (c3)判断接收到的反馈报文iA是否正确，如果是，将水上从控制器i的接收错误计数器饱和减一，否则将水上从控制器i的接收错误计数器饱和加一； (c4)若接收到水下主控制器的反馈报文BA，则重启BA报文接收定时器，转入步骤(c5)，否则转入步骤(c6)； (c5)判断接收到的反馈报文BA是否正确，如果是，将水下主控制器的接收错误计数器饱和减一，否则将水下主控制器的接收错误计数器饱和加一； (c6)判断BA报文接收超时定时器是否溢出，若是，则置位BA报文接收超时错误标志，并重启BA报文接收超时定时器；否则转入步骤(c7)； (c7)检查所有从控制器的通信错误计数器，包括所有水上从控制器及BA报文中所含有的水下从控制器的发送计数器、接收计数器和响应超时错误计数器的数值，若有计数器值达到用户设定的容忍阈值，则水上主控制器以声光报警的方式提示操作人员进行通信网络检查或水下平台的应急回收；否则转入步骤(c8)； (c8)检查水下主控制器的报文发送/接收错误计数器和BA报文接收超时错误标志，若计数器值达到用户设定的容忍阈值或产生BA报文接收超时错误，则水上主控制器触发声光报警，提醒操作人员对水下平台进行应急上浮回收；否则转入步骤(c9)； (c9)若操作人员使能应急回收，则水上主控制器退出调度，与进排水控制器进行点对点应急通信，回收平台；否则转入步骤(c2)； (clO)结束。
8.根据权利要求2至5中任一所述的调度方法，其特征在于，所述水下主循环过程包括下述过程: (dl)启动AB报文超时定时器，将该定时器周期设置为L*TA，其中L为用户设置的容忍阈值，Ta为宏调度周期； (d2)尝试接收来自水上主控制器和水下从控制器的报文；若接收到来自水上主控制器的报文AB，转入步骤(d3);否则，转入步骤(d4)； (d3)重启AB报文超时定时器，判断AB报文接收是否正确，若是，则水下主控制器将水上主控制器接收错误计数器饱和减一，并启动调度定时器T ;否则水下主控制器将水上主控制器接收错误计数器饱和加一，不对水下从控制器调度； (d4)若接收到来自水下从控制器j的反馈报文jB，则转入步骤(d5);否则转入步骤(d6), j = 1,2, — ,N； (d5)判断jB报文接收是否正确，若是，则水下主控制器将水下从控制器j的接收错误计数器饱和减一；否则将水下从控制器j的接收错误计数器饱和加一； (d6)根据最后一个水下从控制器N是否已经回复报文判断水下调度是否结束，若是，则禁止调度定时器T，并向水上主控制器发送BA报文；若否，转入步骤(d7)； (d7)判断AB报文超时定时器是否溢出或水上主控制器发送/接收错误计数器值是否达到用户设定的阈值，若是，则水下主控制器释放应急浮筒，平台进入应急回收状态，转入步骤(d8);否则，转入步骤(d2)； (d8)水下主控制器退出主循环，结束。
【文档编号】H04L29/08GK104168313SQ201410384522
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】秦元庆, 徐国华, 张琦, 周纯杰, 夏英凯, 赵寅 申请人:华中科技大学