基于可配置订阅链的异构数据资源调度系统及方法与流程

1.本发明属于航天器地面测试技术领域，具体涉及一种基于可配置订阅链的异构数据资源调度系统及方法。


背景技术：

2.随着我国载人航天器朝着大型化、模块化的方向发展，特别是多舱段长期有人值守空间站的逐步建设，多样性的在轨任务随之带来了更加复杂的舱内仪表分系统研制、测试与升级问题。为了优化航天员在轨操作的准确性、高效性、安全性指标要求，仪表分系统在地面测试过程中会开展大量的、高频次的设计调整和迭代升级，这就涉及到仪表分系统与其他分系统间、仪表分系统内部各设备间的数据节点增减、数据报文内容变更、数据流向调整等问题。因此，在仪表分系统研制与地面测试过程中，就会存在外部数据节点数量、格式、交互形式等数据调度策略随在轨任务不同而发生变化的需求。传统的数据调度策略的修改依赖于调度系统代码的更改和重编译，其灵活性不足、快速性较差。
3.综上，当载人航天器仪表分系统在地面测试和任务升级过程中存在大量数据调度逻辑和接口格式更改时，采用现有的定制式数据调度策略方法将存在测试周期长、灵活性不足的问题，这就要求有一种灵活、稳定的新型数据资源调度方法，可以实现数据处理过程、数据流转过程的在线灵活调整和热更新。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为解决载人航天器仪表分系统在地面测试和任务升级过程中存在大量数据调度逻辑和接口格式更改时，采用现有的数据调度策略方法存在测试周期长、灵活性不足的问题，而提出的一种基于可配置订阅链的异构数据资源调度系统及方法。
5.本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
6.基于本发明的一个方面，基于可配置订阅链的异构数据资源调度系统，所述系统包括数据寄存模块、外部数据链路模块、被动型数字映像体模块、主动型数字映像体模块和适配型数字映像体模块，其中：
7.所述数据寄存模块用于存取各种类型的数据；
8.所述外部数据链路模块用于创建、保持和断开外部数据链路，外部数据链路用于数据通信，且外部数据链路模块具有对外部数据链路的状态监视功能；
9.所述被动型数字映像体模块中包含基于报文数据解码方案创建的被动型数字映像体对象，通过外部数据链路接收数据并利用报文数据解码方案解析报文数据，实现各被动型数字映像体对象到对应外部真实设备间的数据反向同步能力，实现对外部真实设备运行参数的实时跟踪；
10.所述主动型数字映像体模块中包含有基于报文数据组码方案创建的主动型数字映像体对象，组码当前状态数据形成报文并通过外部数据链路向外发送报文数据，实现各主动型数字映像体对象到对应外部真实设备间的数据正向同步能力，实现对外部真实设备
中状态参数的强制更新；
11.所述适配型数字映像体模块中包含有适配型数字映像体对象，各适配型数字映像体对象内部均含有数据处理模块，各数据处理模块的源数据及处理结果数据均通过数据寄存模块实现与被动型数字映像体和主动型数字映像体的共享访问；
12.根据在轨任务的状态参数显示需求，建立各适配型数字映像体对象与对应的被动型数字映像体对象间的执行信号订阅通道，以及各适配型数字映像体对象与对应的主动型数字映像体对象间的执行信号发布通道，发布和订阅过程依次沿数据流向下游传递，构建出不同设备节点间的数据流向，实现不同设备节点间异构数据的解析、转发与调度。
13.基于本发明的另一个方面：基于可配置订阅链的异构数据资源调度方法，所述方案具体包括以下步骤：
14.根据从调度策略文件中读取的配置命令来初始化数据寄存模块中不同类型数据寄存单元的长度和默认值；
15.根据从调度策略文件中读取的外部数据链路与报文数据解码方案，创建各个被动型数字映像体对象，利用各个被动型数字映像体对外部真实设备的运行参数进行同步跟踪；
16.根据从调度策略文件中读取的外部数据链路与报文数据组码方案，创建各个主动型数字映像体对象，利用各个主动型数字映像体对外部真实设备的状态参数进行推送更新；
17.根据从调度策略文件中读取的数据转发规则，创建各个适配型数字映像体对象，适配型数字映像体对象对数据寄存模块内的各类型数据进行访问、处理和更新；各适配型数字映像体对象与被动型数字映像体对象间基于委托模式形成执行信号订阅通道，与主动型数字映像体对象间基于事件通知模式形成执行信号发布通道；
18.通过订阅通道和发布通道实现数据流的传递。
19.本发明的有益效果是：本发明提出了基于可配置订阅链的异构数据资源调度方法，本发明具有消息订阅链机制，用于实现基于配置参数的动态数据流功能。基于委托列表和事件的消息队列池，可实现对消息数据的发布和多点订阅，订阅端可在消息发布时，实时获取相关的消息数据供委托方法处理；消息队列池具备多点发布、多点接收的能力，接收端只接收和订阅通道号一致的消息，因此本消息队列在发布接收端松耦合的前提下，可实现一对一、一对多、多对一、多对多的消息传递。
20.本发明中的主/被动型数字映像体可实现与外界真实设备间的参数状态同步功能及热更新功能。可以在系统运行过程中实现设备参数增减及通信协议更新，缩短了测试周期，提高了数据资源调度过程的稳定性、高效性和灵活性。
21.本发明定义了一套独有的调度策略配置文件格式，实现了针对外界设备状态、数据处理过程及数据流向的动态配置和热更新，使系统具备了在运行时调整数据处理方法和数据处理流程的能力。
附图说明
22.图1为创建的数据寄存模块的示意图；
23.图2为数据寄存模块使用方法的示意图；
24.图3为被动型数字映像体模块的示意图；
25.图4为主动型数字映像体模块的示意图；
26.图5为适配型数字映像体模块的示意图；
27.图6为可配置策略数据交互支持平台运行流程图；
28.图7为可配置策略数据交互支持平台的架构图；
29.图8为消息机制设计的示意图。
具体实施方式
30.具体实施方式一、本实施方式所述的一种基于可配置订阅链的异构数据资源调度系统，所述系统包括数据寄存模块、外部数据链路模块、被动型数字映像体模块、主动型数字映像体模块和适配型数字映像体模块，其中：
31.所述数据寄存模块用于存取各种类型的数据；
32.所述外部数据链路模块用于创建、保持和断开外部数据链路，外部数据链路用于数据通信，且外部数据链路模块具有对外部数据链路的状态监视功能；
33.所述被动型数字映像体模块中包含基于报文数据解码方案创建的被动型数字映像体对象，通过外部数据链路接收数据并利用报文数据解码方案解析报文数据，实现各被动型数字映像体对象到对应外部真实设备间的数据反向同步能力，实现对外部真实设备运行参数的实时跟踪；
34.所述主动型数字映像体模块中包含基于报文数据组码方案创建的主动型数字映像体对象，组码当前状态数据形成报文并通过外部数据链路向外发送报文数据，实现各主动型数字映像体对象到对应外部真实设备间的数据正向同步能力，实现对外部真实设备中状态参数的强制更新；
35.所述适配型数字映像体模块中包含有适配型数字映像体对象，各适配型数字映像体对象内部均含有可定制型数据处理模块，各数据处理模块的源数据及处理结果数据均通过数据寄存模块实现与被动型数字映像体和主动型数字映像体的共享访问；
36.根据在轨任务的状态参数显示需求，建立各适配型数字映像体对象与对应的被动型数字映像体对象间的执行信号订阅通道，以及各适配型数字映像体对象与对应的主动型数字映像体对象间的执行信号发布通道，发布和订阅过程依次沿数据流向下游传递，构建出不同设备节点间的数据流向，实现不同设备节点间异构数据的解析、转发与调度。
37.本实施方式基于可配置策略数据交互支持平台，可配置策略数据交互支持平台是一种包括以太网协议在内的多节点、异构数据流组织功能的系统平台，具备对网段内各设备的数据接收、内容解析、数据汇总融合、格式转换以及数据发送功能，可根据调度策略灵活组织上述功能，实现定制化的通信协议解析和数据流规划。
38.可配置策略数据交互支持平台是针对多舱段空间站仪表分系统接口计算机地面测试任务的研究成果之一。支撑了多舱段空间站仪表分系统地面测试任务，实现了对测试任务中涉及的空间站各分系统数字仿真系统、虚拟总线、音频单元、话音处理器、智能显示器、综合显示器间数据流的交互、转换、处理工作。
39.数字映像体：用于定义和运行数据调度策略中涉及的各数据实体、数据处理方法以及数据流走向。数字映像体的构建过程包含对数据调度策略中各数据实体类型的定义、
参数处理方法的定义、数据流的定义及对象构建。构建好的数字映像体对象是外界设备的一份数字化对象拷贝，它具备从外界收取数据和信号，按外界实物的行为去处理数据，并具有对处理后的结果向外发送的能力。
40.如图3至图5所示，被动型数字映像体和主动型数字映像体均用来定义和描述数据资源调度系统所连接的外部设备，上述两类映像体均通过各自的设备通信协议完整的反映所连接的外部设备的状态，两者的差别是被动型数字映像体只能够实现从外部设备同步设备运行状态，而主动型数字映像体则只能够实现向外部设备更新参数状态。
41.适配型数字映像体则反映了不同设备间数据的转换与适配过程，并将该处理过程构建为适配器对象，实现对不同外部设备参数的格式转换和处理。
42.数字映像体的定义和配置过程：
[0043][0044]
第一行：创建数字映像体，固定值为“create devagent”，
“‑
re”代表本映像体是被动响应，后面为数字映像体名称。
[0045]
第二行，设置数字映像体功能，“set bus_rdata”表示为接收数据处理，后面值为通信链路名称.数据流名称。
[0046]
第三行：创建一个参数，固定值为“create mem”；“param_1”为参数名，可由用户自定义(该参数名在数字映像体内用于描述指定的状态参数，不可重复)；“db_f”为参数类型，这里表示为float型(系统预留了一系列参数类型名称，其中“db_b”表示byte，“db_ui16”表示ushort，“db_d”表示double，“db_ui32”表示uint值)；“4”表示该值在数据寄存模块中的位置，由用户自定义；
[0047]
第四行，数据处理方式，固定值为“add expression＝”，表示添加数据处理方式，“b2f”为字节转换为float型数据，“recv_ztfz.dyfxt(36,4)”表示从数据链路recv_ztfz中的数据流dyfxt中的第36位开始取出长度为4的数据；
[0048]
第五行：参数创建结束，固定值“end mem”；
[0049]
第六行：参考第三行的描述。
[0050]
第七行：参考第四行的描述，其中，“cpy”为字节拷贝功能，当数据长度不足一个字节按位处理时，例如数据长度为0.5，则写法为“recv_ztfz.dyfxt(40,1)0x0f”，不同位置取该位置二进制中全为1其余为0的十六进制值，例如值在后0.5为，则写法为“recv_ztfz.dyfxt(54,1)0xf0”。
[0051]
第八行：参考第五行的描述。
[0052]
第十二行：发送通知，固定值为“set bus_wsign”，后面为通知代号(订阅过该通知的数字映像体将会自动进行数据处理及转发)。
[0053]
第十三行：数据映像体创建结束位，固定值为“end devagent”。
[0054]
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述数据寄存模块、外部数据链路模块、被动型数字映像体模块、主动型数字映像体模块和适配型数字映像体模块均是基于配置脚本动态创建的。
[0055]
本发明的配置脚本动态的具体含义为：
[0056]
配置文件：在计算机科学领域，配置文件是一种计算机文件，可以为一些计算机程序配置参数和初始设置。
[0057]
脚本：脚本就是由一条条命令组成的字符串。它是使用一种特定的描述性语言，依据一定的格式编写的可解读语言。
[0058]
动态语言：程序在运行时可以改变其结构，比如新的执行过程可以被引进，已有的执行过程可以被删除等。由于结构可变，结构一般是函数。
[0059]
脚本语言创造时一般采用动态结构。
[0060]
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述数据寄存模块中包括各自内存地址独立的9种数据寄存单元，分别是：四字浮点型数据寄存单元、双字浮点型数据寄存单元、双字有符号整型寄存单元、双字无符号整型寄存单元、单字有符号整型寄存单元、单字无符号整型寄存单元、四字无符号整型寄存单元、四字有符号整型寄存单元以及单字节无符号整型寄存单元。
[0061]
数据寄存模块：用于支持各数据处理过程常量及参数结果的临时保存和提取。数据寄存模块包括9种数据类型区域，各类型数据均在数据寄存模块的数据组织框架下，设计为“数据寄存单元”、“数据寄存位”两层拓扑结构，如图1所示。其中，每个寄存位可以存储一个指定类型的数值；每种类型的所有寄存位汇集为一类寄存单元，实现对该类型数据单值或数组的存取；9种类型的寄存单元组合为数据寄存模块，实现对不同类型数值的存取和管理。
[0062]
数据寄存模块的使用方法如图2所示，各模块向数据寄存模块的存入操作，为保证存入数据不会因数据源中成员数值的变化而变化，因此设计采用值拷贝方式进行赋值，若是对单个数据进行赋值，则直接拷贝到指定位置编号的寄存位上；若是对数组进行赋值，则从指定位置编号开始，将源数组中各元素值取出并按寄存位进行逐一赋值。
[0063]
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述外部数据链路模块中包括udp点对点收发链路、udp组播收发链路和rs422通信收发链路。
[0064]
通过创建不同形式的外部数据链路，实现与不同接口格式、不同接口协议的远程
设备的连接和数据交互。
[0065]
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述报文数据解码方案由调度策略文件进行定义，报文数据解码方案的内容分为两个层级：第一层级定义了当前被动型数字映像体模块中所包含的所有成员变量，以及成员对应的真实设备的各个运行参数；第二层级定义了每个成员变量从报文数据到工程值的数据处理过程，对应真实设备上报文码到工程值的转换关系，如图3所示。
[0066]
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述报文数据组码方案由调度策略文件进行定义，报文数据组码方案的内容分为两个层级：第一层级定义了当前主动型数字映像体模块中所包含的所有成员变量，以及成员对应的真实设备的各个状态参数；第二层级定义了每个成员变量从工程值到报文数据的数据处理过程，对应真实设备上数据的同步过程，如图4所示。
[0067]
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述发布和订阅过程依据订阅端和发布端设备数量的不同，分别形成串形链、分支链、汇集链。
[0068]
具体实施方式八：结合图6说明本实施方式。基于具体实施方式一所述的一种基于可配置订阅链的异构数据资源调度系统的调度方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0069]
根据从调度策略文件中读取的配置命令来初始化数据寄存模块中不同类型数据寄存单元的长度和默认值；
[0070]
根据从调度策略文件中读取的外部数据链路与报文数据解码方案，创建各个被动型数字映像体对象，利用各个被动型数字映像体对外部真实设备的运行参数进行同步跟踪；
[0071]
根据从调度策略文件中读取的外部数据链路与报文数据组码方案，创建各个主动型数字映像体对象，利用各个主动型数字映像体对外部真实设备的状态参数进行推送更新；
[0072]
根据从调度策略文件中读取的数据转发规则，创建各个适配型数字映像体对象，适配型数字映像体对象对数据寄存模块内的各类型数据进行访问、处理和更新；各适配型数字映像体对象与被动型数字映像体对象间基于委托模式形成执行信号订阅通道，与主动型数字映像体对象间基于事件通知模式形成执行信号发布通道；
[0073]
通过订阅通道和发布通道实现数据流的传递。
[0074]
总结上述步骤为，读取调度策略文件(策略是协议，一个以配置文件方式描述的协议)，根据配置文件内容更新数据寄存模块，实现基于调度策略的各类型数据寄存单元的长度及初始值更新，实现对包括double型、float型、整型等在内共9类型数据寄存单元的管控。之后由创建的外部数据链路，实现本系统与外界设备间的协议层的连接，使外界设备与本系统间具备数据交互的能力。之后创建数字映像体，根据映像体功能特征和外部设备数量，创建三种类型的数字映像体集合，一种是被动型数字映像体集合，负责各数据映像体到对应外部真实设备间的数据反向同步能力，实现对外部真实设备运行参数的同步跟踪；第二种是主动型数字映像体集合，负责各数据映像体到对应外部真实设备间的数据正向同步能力，实现向外部真实设备中状态参数的推送更新；第三种是适配型数字映像体集合，实现不同仿真节点异构数据间基于订阅链的处理与转发调度；最终实现对数据的接收、处理和转发工作。
[0075]
实施例
[0076]
参考图7，采用本发明方法构建的可配置策略数据交互支持平台，可用于多舱段空间站仪表分系统地面测试与航天员地面训练任务。该平台由硬件部分和软件部分组成；
[0077]
平台中，消息池用于支持软件各模块间的消息数据订阅式交互，使模块间具备网状交互形态；
[0078]
平台中，数据寄存模块用于支持各数据处理过程数据、参数结果等数值进行临时保存和提取；
[0079]
平台中，lua支持库用于实现对转发策略要求但平台未提供的数据处理模块的灵活定制；
[0080]
平台中，数管业务逻辑用于实现对数据寄存模块的空间拓展控制、数据变更监视功能；
[0081]
平台中，数据链路业务逻辑用于创建基于以太网udp、rs422串口的数据链路；
[0082]
平台中，任务加载业务逻辑用于读取和解析数据调度策略文件中的脚本命令；
[0083]
平台中，运行环境管理逻辑用于管理当前计算机的ip等重要网络信息；
[0084]
平台中，远程数据服务逻辑用于向外部客户端提供协议更新、数据查看等业务，方便用户远程监控接口计算机的工作；
[0085]
数字映像体业务逻辑作为平台的最重要部分，用于定义和运行接口协议中规定的各数据实体、数据处理方法以及数据流走向。
[0086]
参考图6，本设备在启动后，按照读取策略、更新数据寄存模块、创建外部数据链路、创建数字映像、启动远程数据服务的流程顺序开始运行，其中，更新数据寄存模块可实现基于配置策略的数据寄存空间类型、数据寄存空间长度的更新，实现对包括四字浮点型、双字浮点型、双字有符号整型等9种数据寄存单元的管控；
[0087]
创建外部数据链路可实现对以太网udp点对点收发、以太网udp组播收发和rs422收发链路的创建和应用；
[0088]
创建数字映像体可实现对接口协议数据实体类型定义、参数处理方法定义、数据流定义的具体实现和行为构建，由具体的业务需求体现在策略配置文件中。
[0089]
参考图2，在设备软件中，考虑到数据的直接操作性对数据处理性能提升很大，因此各类型数据的寄存单元设计为公共透明，在全软件各模块中均可直接访问和操作；
[0090]
各模块向数据寄存单元的存入操作，为保证存入数据不会因数据源中成员数值的变化而变化，因此设计采用值拷贝方式进行赋值，若是对单个数据进行赋值，则直接拷贝到指定位置编号的寄存位上；若是对数组进行赋值，则从指定位置编号开始，将源数组中各元素值取出并按寄存位进行逐一赋值；
[0091]
参考图5，适配型数字映像体反映了不同设备间数据的转换与适配过程，并将该处理过程构建为适配器对象，实现对不同外部设备参数的格式转换和处理；
[0092]
参考图8，基于委托列表和事件的消息队列池，可实现对消息数据的发布和多点订阅，订阅端可在消息发布时，实时获取相关的消息数据供委托方法处理；
[0093]
消息队列池具备多点发布、多点接收的能力，接收端只接收和订阅通道号一致的消息，因此本消息队列在发布接收端松耦合的前提下，可实现一对一、一对多、多对一、多对多的消息传递。
[0094]
本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的调度策略构建过程和运行流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。