一種提升可用性的監(jiān)控對容錯系統(tǒng)余度管理方法
【技術領域】
[0001 ]本技術屬高可靠機載容錯計算機技術及應用。
【背景技術】
[0002]長航時無人飛行器有著飛行時間長，可靠性與可用性要求高的特點。通常提高工 作可靠性與可用性通常采用具有容錯能力的多節(jié)點容錯計算機實現對核心功能的可靠執(zhí) 行，如具有一次故障安全的雙節(jié)點容錯計算機，一次故障/工作能力的三節(jié)點容錯計算機、 二次故障/工作能力的四節(jié)點容錯計算機等，容錯是利用冗余的元件或者部件來屏蔽已發(fā) 生故障對系統(tǒng)產生的影響，但它需要增加系統(tǒng)內軟件和硬件的資源開銷。所以故障容錯可 定義為:若一個系統(tǒng)在出現運行性故障時，能依靠系統(tǒng)內駐的能力來保持系統(tǒng)連續(xù)正確地 執(zhí)行其預定的流程和輸入輸出功能，這個系統(tǒng)稱作故障容錯系統(tǒng)。
[0003]飛行控制與管理計算機系統(tǒng)的余度管理是容錯關鍵技術之一。余度管理的基本功 能是檢測計算機的故障及隔離故障部件，另外還應負責故障的復位、故障記錄、申報和處理 等功能。余度管理是通過監(jiān)控和表決余度信號來實現的。在信息正確的基礎上，可使任何已 故障的子系統(tǒng)從系統(tǒng)中隔離。余度管理是建立在容錯構型的基礎上對所有余度通道均采用 相同的工作程序，從而，余度管理均采用了相同的輸入、相同的處理和計算，具有相同的輸 出。
【發(fā)明內容】
[0004] 為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本發(fā)明提供一種提高系統(tǒng)可用性的余度 管理方法。該方法在基于故障靜默的容錯基礎上結合系統(tǒng)的可用性需求，針對故障靜默容 錯方式系統(tǒng)降級過快的缺點，通過增加容錯層級，增加系統(tǒng)可恢復能力，改進了基于監(jiān)控對 容錯的多節(jié)點故障邏輯，實現新的高可用性余度管理方法。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案是：一種提升可用性的監(jiān)控對容錯系統(tǒng)余度管理方法，其 特征在于:所述方法包括以下步驟：
[0006] 1)節(jié)點內表決監(jiān)控
[0007] 1.1)狀態(tài)信號一致性比較監(jiān)控，對離散量、數字狀態(tài)量信號采取一致性監(jiān)控，A控 制器與B控制器比較一致，選擇A控制器數據進入節(jié)點級表決監(jiān)控；
[0008] 1.2)非狀態(tài)信號門限比較監(jiān)控，對模擬量信號、數字量還原的非狀態(tài)信號采取設 置門限方式的比較監(jiān)控，當A控制器與B控制器的差值絕對值小于門限值，認為節(jié)點內比較 一致，選擇A控制器數據進入節(jié)點級表決監(jiān)控；
[0009] 1.3)當步驟1.1)和步驟1.2)出現比較不一致時，記錄為故障狀態(tài)，置該節(jié)點為問 題節(jié)點，分別選擇A控制器數據和B控制器數據進入節(jié)點級表決監(jiān)控；
[0010] 2)節(jié)點級表決監(jiān)控
[0011] 2.1)狀態(tài)指示信號，當三節(jié)點的狀態(tài)指示信號比較一致時，表決值取采樣值；
[0012] 2.2)進行非狀態(tài)信號三節(jié)點表決；
[0013] 三信號中選擇中值，作為監(jiān)控的基準值，如果其他兩非中值信號與中值信號之間 的差在門限范圍內，則該非中值信號為正常，否則該非中值信號為故障；
[0014] 若兩個非中值信號與中值信號之差均超過門限，則形成1:1:1的奇異故障，認為信 號均故障；
[0015] 若其中一個非中值信號與中值信號之差超過門限，另外一個非中值信號與中值信 號之差在監(jiān)控門限之內，形成2:1的情況，判定超出監(jiān)控門限的為故障，另一個非中值信號 為正常。
[0016] 上述方法還包括
[0017] 3)故障檢測、故障隔離、故障重構策略；
[0018] 3.1)當出現節(jié)點內比較不一致時，置為問題節(jié)點，使用問題節(jié)點A控制器數據參與 節(jié)點間的表決監(jiān)控，監(jiān)控到該A控制器數據故障時，認為問題節(jié)點A控制器故障，進行重構， 問題節(jié)點B控制器參與節(jié)點間的表決監(jiān)控；
[0019] 當問題節(jié)點A控制器正常，B控制器故障，則置問題節(jié)點B控制器故障，由A控制器單 獨參與節(jié)點間的表決監(jiān)控，此時三節(jié)點間均正常工作，余度不降級；
[0020] 3.2)當節(jié)點內比較一致，節(jié)點間三余度監(jiān)控出現某一節(jié)點故障，則判定為該節(jié)點 失效，置該節(jié)點失效，放棄對系統(tǒng)的控制權，系統(tǒng)余度降級為2節(jié)點；
[0021] 3.3)系統(tǒng)降級為兩節(jié)點后，節(jié)點內比較監(jiān)控策略不變，節(jié)點間比較不一致時，降級 策略為：出現問題節(jié)點的首先降級，未出現問題節(jié)點的不降級；當無問題節(jié)點仍出現節(jié)點比 較不一致時，缺省使用當前控制節(jié)點，剔除故障節(jié)點。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0023] 1)本余度管理方法實現基于監(jiān)控對的容錯三節(jié)點、雙節(jié)點容錯計算機的冗余管 理；
[0024] 2)本方法能夠確保節(jié)點容錯計算機系統(tǒng)系統(tǒng)數據的可信，在飛行控制與管理等領 域的應用有效性；
[0025] 3)本方法比基于故障靜默的監(jiān)控對容錯減緩了系統(tǒng)的余度降級，通過軟硬件結合 方式，當某一節(jié)點內發(fā)生一次故障時，實現備份控制器可重構為主控制器，保證了系統(tǒng)的不 降級；
[0026] 4)本方法提高了基于監(jiān)控對容錯系統(tǒng)的可靠性與可用性，再考慮安全的同時，增 加了容錯方式的靈活性；
[0027] 5)本方法采用節(jié)點內監(jiān)控、節(jié)點間監(jiān)控的兩級監(jiān)控方式，確保了數據有效可信；
[0028] 6)本方法對故障的檢測準確，可實現對故障的重構隔離；
[0029] 7)本方法實現簡潔，具有較好的擴展應用，可實現對雙節(jié)點，四節(jié)點的容錯系統(tǒng)使 用。
[0030] 8)本方案具有工程可實現性，可以被廣泛應用。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明三節(jié)點同步硬件電路框圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明節(jié)點內處理器狀態(tài)轉換圖；
[0033]圖3為本發(fā)明余度管理算法流程圖；
【具體實施方式】
[0034] 本方案建立了三節(jié)點的容錯計算機平臺，每個節(jié)點由雙處理器的監(jiān)控對處理單元 和總線接口單元組成。通過實現節(jié)點內和節(jié)點間的表決監(jiān)控、故障檢測、故障隔離、故障重 構等策略，將將系統(tǒng)的性能損失降低到最小，達到提升可用性的目的。容錯計算機余度配置 見圖1。
[0035]節(jié)點內處理器狀態(tài)轉換圖見圖2，
[0036] 1.三節(jié)點容錯平臺同時工作，每個節(jié)點內包含兩個控制器，A控制器和B控制器，正 常時A控