舰载时间敏感网络平台系统控制架构及方法与流程

[1]本发明属于确定性网络通信，具体涉及了一种舰载时间敏感网络平台系统控制架构及方法。

背景技术：

1、[2]随着船舶电子信息系统数字化、信息化、智能化进程不断升级，其互联网络逐步发展为由控制网络和信息网络两个层次组成，前者主要负责控制系统内部以及系统之间的互联互通，承载控制信号及系统相关的监控、诊断、管理、操作等相关业务，后者主要支撑原始数据转换为信息应用于业务系统或实现控制反馈的数据互通。作为一个完整的通信信息系统，船舶电子信息系统对于承载相关业务网络的互操作性、兼容性以及传输质量要求正在不断提升，其控制网络和信息网络也呈现融合趋势，具备支持多业务、多协议、多设备和数据的互联互通、共网承载以及高质量传输能力已经成为船舶电子信息网络技术必然的演进方向。tsn技术基于通用标准构建以太网数据链路层传输，作为底层的通用架构，为实现传统控制网络和信息网络的融合提供了技术基础，不仅可以打破传统的以各种封闭协议为维度的通信体系，提高了设备的连接性和通用性，并且可以降低整个通信网络复杂度，保障关键控制信息和常规业务信息的实时、确定性传输。

2、[3]基于此，本发明提出了一种舰载时间敏感网络平台系统控制架构。

技术实现思路

1、[4]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决传统船舶电子信息网络多种总线互联、布线复杂，进而导致整个通信网络复杂度较高、信息传输的实时性较低的问题，本发明提供了一种舰载时间敏感网络平台系统控制架构，时间敏感网络平台系统控制架构，所述控制架构包括控制系统层、数据交换层和基础终端层；

2、[5]所述控制系统层，用于接收所述数据交换层发送的tsn网络运行状态，接收所述数据交换层转发的基础终端层采集的外部感知信息以及基础终端层的终端需求；还用于根据所述tsn网络运行状态、所述外部感知信息和所述终端需求发出网络资源管理信息和控制指令，并发送至所述数据交换层；

3、[6]所述数据交换层，用于根据当前控制架构的运行产生tsn网络运行状态发送给所述控制系统层、实时收集所述基础终端层的外部感知信息和终端需求并转发给所述控制系统层；还用于通过执行所述网络资源管理信息对所述基础终端层进行网络资源的分配、以及将所述控制指令转发给所述基础终端层；

4、[7]所述基础终端层，用于采集外部感知信息、根据用户需要产生的终端需求；还用于执行所述控制指令。

5、[8]在一种优选的实施方式中，所述控制系统层包括中心用户配置实体、中心网络配置器和tsn端设备；

6、[9]所述控制系统层包括中心用户配置实体、中心网络配置实体和tsn端设备；

7、[10]所述中心用户配置实体用于发现基础终端站和检查基础终端站的功能，在所述基础终端站获取终端需求和外部感知信息，并在所述数据交换层获取tsn网络运行状态配置tsn的功能；然后将所述用户需求、所述tsn网络运行状态和所述外部感知信息以及一同汇总到所述中心网络配置实体；

8、[11]所述中心网络配置实体，用于整个网络的配置和管理，具体根据所述中心用户配置实体汇总的终端需求、所述tsn网络运行状态和所述外部感知信息集中计算交换路径、资源需求、调度参数以及配置交换设备，得到控制指令和网络资源管理信息，并将所述控制指令和所述网络资源管理信息通过所述数据交换层下发至基础终端层；

9、[12]所述tsn端设备是控制系统层接入tsn网络的桥梁，用于为控制系统层提供网络服务。

10、[13]在一种优选的实施方式中，所述数据交换层与所述基础终端层和所述控制系统层分别进行通信连接。

11、[14]在一种优选的实施方式中，所述数据交换层包括tsn交换机和tsn网关设备；所述数据交换层将符合tsn协议组网要求的信息直接转发，将不符合tsn协议组网要求的信息经所述tsn网关设备进行协议转换后再进行转发。

12、[15]在一种优选的实施方式中，对于不符合tsn帧格式的外部感知信息和终端需求，所述基础终端层将其通过所述tsn网关设备进行协议转换，然后与tsn交换机进行数据交互；对于符合tsn帧格式的外部感知信息和终端需求，所述基础终端层将其直接与tsn交换机进行数据交互。

13、[16]在一种优选的实施方式中，所述tsn网关设备包括tsn协议栈、协议转换模块和目标协议栈；

14、[17]所述tsn协议栈接收所述tsn网络传输的第一消息，所述第一消息经协议转换模块进行帧解析后形成目标协议帧，所述目标协议帧由所述目标协议栈发送至所述目标总线所在网络；

15、[18]所述目标协议栈接收所述目标总线传输的第二消息，所述第二消息经所述协议转换模块进行帧封装后形成tsn帧，并将所述tsn帧由tsn协议栈发送至tsn网络。

16、[19]在一种优选的实施方式中，所述基础终端层位于所述控制架构的最底层，所述基础终端层的数据总线接口包括arinc数据总线接口、rs422数据总线接口、1553数据总线接口、can数据总线接口、音视频数据总线接口。

17、[20]在一种优选的实施方式中，所述基础终端层包括导航定位终端、动力推进终端、视频监控终端、雷达监控终端、红外监控终端、火控终端。

18、[21]在一种优选的实施方式中，所述控制架构采用tsn协议簇进行网络流量整形与调度，将船舶电子信息系统中的控制网络与信息网络融合在一起，在同一网络通道实现的确定性传输；所述tsn协议簇包括ieee 802.1qbv。

19、[22]本发明的第二方面，提出了一种舰载时间敏感网络平台系统控制方法，基于舰载时间敏感网络平台系统架构运行，所述控制方法包括：

20、[23]基础终端层采集外部感知信息，并根据用户需要产生终端需求；

21、[24]数据交换层实时收集和转发所述外部感知信息和终端需求给所述控制系统层，同时将tsn网络运行状态发送给控制系统层；

22、[25]所述控制系统层接收所述tsn网络运行状态、所述外部感知信息和所述终端需求，然后基于所述tsn网络运行状态、所述外部感知信息和所述终端需求发出网络资源管理信息和控制指令信息；

23、[26]数据交换层通过执行所述网络资源管理信息，对基础终端层进行网络资源的分配，同时将所述控制指令信息转发给基础终端层；

24、[27]基础终端层执行所述控制指令信息。

25、[28]本发明的有益效果：

26、[29](1)本发明克服传统船舶电子信息网络多种总线互联、布线复杂、组网成本高等不足的问题，公开了一种舰载tsn平台系统控制架构，利用tsn技术构建以太网数据链路层，提高了设备的连接性和通用性，从而降低整个通信网络复杂度；

27、[30](2)本发明利用tsn技术，实现了以各种封闭协议为维度的通信体系的互联互通，完成了控制网络与信息网络的融合；

28、[31](3)并实现了舰载tsn平台的集中式网络管理与资源分配，形成了满足舰载应用具体业务的确定性路由及资源分配策略，从而实现了网络管理与资源调度的决策适配。