[发明专利]基于时间触发的具有竞争检测机制启动方法

说明书

本专利提出了一种新的基于时间触发的具有竞争检测机制的启动方法，属于面向实时分布式系统的网络通信_(H04W)领域。本专利提出的方法的策略首先定义了用于解决启动阶段竞争问题的冲突窗口(ATW,Arrival Timing Window)，对保证系统正常启动的冲突窗口的时间下界进行确定；然后，针对启动阶段不同冲突情况产生的系统边界，给出了一种在冲突窗口内针对启动阶段多团问题的竞争检测机制，以减少标准启动策略在任何情况下都强制丢帧而带来的启动时间开销，进而确保系统在有限的时间内正确启动。

技术领域

本专利在时间触发架构主流实现方案TTP/C(Time-Triggered Protocol classC)的顶层标准AS6003(SAE Aerospace Standard,AS6003.TTP Communication Protocol[S].1-Feb,2011.)所定义的启动策略基础上，提出了一种基于时间触发的具有竞争检测机制的启动方法，属于面向实时分布式系统的网络通信_(H04W)领域。

背景技术

信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是下一代集计算、通信与控制于一体，深度融合计算资源与物理资源，实现人与环境有机交互的智能系统。CPS的一些应用领域，如航空航天、工厂自动化、汽车电子等安全关键领域，对计算与通信的可信性、可靠性、安全性等具有高度的依赖，这些系统一旦运行失败将产生严重的后果。早期的实时计算以及通信系统均由专用硬件和软件实现，其软硬件之间高度耦合，开发以及验证成本高，更新难度大，维护和移植都很困难。时间触发架构是针对以上问题所提出的一种有效的解决方案。

时间触发架构为实时分布式系统的设计提了一种通用设计框架，其通过建立统一的全局时基为系内统各节点建立具有一致性约束的事件时序。时间触发系统中所有节点均同步到全局时基并共享通信介质。节点按照时分多址的方式访问公共通信介质，并以广播的方式传送消息。时间触发架构包含一组用于系统同步的服务，其中启动服务负责系统由启动时的异步状态转变为一致性的同步状态，其涉及到系统中各个节点之间异步以及同步的复杂逻辑交互，且须考虑应用系统不同系统拓扑、不同信道冗余策略等，同时须满足安全关键系统对实时性、可靠性的要求。时间触发架构启动算法须具备较强的容错能力以及严格的启动时间上界，是一种与系统的具体实现方式及部署方案等紧密相关的分布式算法。因此，如何提高启动效率并验证启动算法的有效性以及确定系统的启动时间上界是时间触发架构的研究难点之一。

不同的基于时间触发架构的实现方案对时间触发的设计思想有着不同的理解，其启动策略也各异。其中TTP/C作为时间触发架构的主流实现方案，TTP/C针对不同的系统部署以及安全考虑制定了不同的启动策略。AS6003顶层设计标准仅采用了显式强语义的启动消息(帧)作为系统启动的初始信号，并采用优先级退避策略以应对系统初始阶段节点异步接入公共通信介质可能产生的重复冲突问题。针对公共通信介质中由于帧的传播延迟大于帧的发送时长而导致的多团问题，AS6003强制启动节点初次启动时断开信道连接且接收节点放弃接收到的第一个启动消息以避免系统启动时产生同步分歧。

启动算法须确保系统能够在有限的时间内正确启动。精确的启动时间上界对于系统启动算法的时间性能评估与故障诊断等方面具有重要参考价值。而相关的模型检测验证方式难以建模任意节点数量部署以及任意节点间传播的启动模型，因此也难以给出该种条件下的细粒度系统启动时间上界。AS6003虽然作为顶层设计标准，然而启动时间与系统的实现方案、具体的物理层参数以及部署规模等相关，因此无法基于AS6003推导确定的系统启动时间。此外，AS6003在任何情况下都强制丢帧的策略会带来较大的启动时间开销。

发明内容

针对上述提到的问题，本权利在AS6003标准顶层启动策略基础上给出了一种具备竞争检测机制的启动新方法，利用该方法的策略以精确地评估系统的启动时间边界，减少系统启动开销，从而确保系统在有限的时间内正确启动。