機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)，包括交換機，與交換機連接的計算機、主采集器及副采集器，交換機上設(shè)有同步時鐘，該為同步時鐘GPS時碼；所述交換機與主采集器進行網(wǎng)絡(luò)同步采集信號及IRIG—B時間信號源操作。本發(fā)明解決了網(wǎng)絡(luò)化采集方式的使用中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時間同步問題。
【專利說明】機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)，具體涉及一種機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和產(chǎn)品在航空測試領(lǐng)域的普及應(yīng)用，測試構(gòu)架從傳統(tǒng)單路PCM(Pulse Code Modulation)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗦肪W(wǎng)絡(luò)化采集數(shù)據(jù)方式，使數(shù)據(jù)的采集從專用的PCM格式接口向最新的通用商業(yè)化網(wǎng)絡(luò)化接口發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化的測試構(gòu)架為以后大型飛機的測試提供良好的試驗平臺并積累了豐富的經(jīng)驗，網(wǎng)絡(luò)化測量帶來了諸多優(yōu)勢，如:提出以UDP (User DatagramProtocOl)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化采集方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)經(jīng)典PCM輸出方式，大幅度提高每個子采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率，使總的數(shù)據(jù)流位速率可達(dá)60 Mbit / s以上。采集數(shù)據(jù)的編程、數(shù)據(jù)的加載和檢查等都可以用網(wǎng)絡(luò)方式進行，不需要專用的解調(diào)卡。通過網(wǎng)絡(luò)傳輸還可以加強試飛數(shù)據(jù)的管理、應(yīng)用和處理。網(wǎng)絡(luò)化采集方式的使用，也隨之帶來了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時間同步問題，如何解決同一個網(wǎng)絡(luò)包及不同網(wǎng)絡(luò)包內(nèi)數(shù)據(jù)的時間同步問題是目前測試領(lǐng)域內(nèi)一個無法回避和需要解決的問題，該問題直接關(guān)系到測試數(shù)據(jù)的計算。
[0003]通用的以太網(wǎng)系統(tǒng)采集結(jié)構(gòu)
以太網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成比較簡單，主要由交換機、采集器、工控機、網(wǎng)線等組成。當(dāng)系統(tǒng)工作時，IRIG-B時間信號源統(tǒng)一給各個采集系統(tǒng)授時，各個采集系統(tǒng)把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇粨Q機中，再通過交換機把數(shù)據(jù)傳輸給飛機上的工控機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸、記錄、分析等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)，其解決了網(wǎng)絡(luò)化采集方式的使用中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時間同步問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)，包括交換機，與交換機連接的計算機、主采集器及副采集器，其特殊之處在于:所述交換機上設(shè)有同步時鐘，該為同步時鐘GPS時碼；所述交換機與主采集器進行網(wǎng)絡(luò)同步采集信號及IRIG — B時間信號源操作。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點在于:解決了網(wǎng)絡(luò)化采集方式的使用中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時間同步問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明連接示意框圖。
【具體實施方式】
[0008]參見圖1，一種機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)，包括交換機，與交換機連接的計算機、主采集器及副采集器，其特征在于:所述交換機上設(shè)有同步時鐘，該為同步時鐘GPS時碼；所述交換機與主采集器進行網(wǎng)絡(luò)同步采集信號及IRIG — B時間信號源操作。[0009]以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的構(gòu)成非常靈活，包內(nèi)的參數(shù)可以根據(jù)需要選擇性的放置。例如:設(shè)置參數(shù)A的采樣率為256次/ s, B, D的采樣率為128次/ s, C, G的采樣率為64次/ s,E，F(xiàn)，H，I的采樣率為32次/ s，如果把這些數(shù)據(jù)放在同一個數(shù)據(jù)包內(nèi)，則這些參數(shù)的采集次數(shù)將不一樣，從數(shù)據(jù)包的采樣周期可得出以下結(jié)論:
1)采樣周期開始的時刻，所有的通道參數(shù)同時采樣。
[0010]2) 一個采樣周期內(nèi)采樣率大于一次的參數(shù)均為等間隔采樣。
[0011]3)在數(shù)據(jù)包內(nèi)設(shè)置的參數(shù)只有在全部采樣結(jié)束后才向外發(fā)送。
[0012]4)只在采樣周期結(jié)束后發(fā)送數(shù)據(jù)包，其它時間沒有數(shù)據(jù)包傳輸。
[0013]對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)分析可以看出，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包只有在所有數(shù)據(jù)采集完后，才統(tǒng)一輸出數(shù)據(jù)，其余時間在等待，因此會有一些疑問:周期結(jié)束時發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果數(shù)據(jù)量較大這種方法是否可行數(shù)據(jù)包是否會丟失采樣周期內(nèi)網(wǎng)絡(luò)處于空閑狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)怎樣才能充分的利用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男誓芊駥⒉蓸勇瘦^高的參數(shù)在采樣周期過程中分批多次發(fā)送
數(shù)據(jù)包類型和數(shù)量的確定與具體的應(yīng)用緊密相關(guān)。定義以太網(wǎng)格式定義數(shù)據(jù)包的類型是相當(dāng)靈活的。如果信息包很大，數(shù)據(jù)的采集、打包和傳輸所產(chǎn)生的時間延遲也比較長，甚至超出系統(tǒng)整體性能的范圍(例如使用遙測系統(tǒng))。如果丟失信息包會損失大量信息。過長的采樣周期也意味著系統(tǒng)從短暫掉電過程恢復(fù)的時間也會比較長。如果數(shù)據(jù)包太小，勢必需要增加信息包的個數(shù)，導(dǎo)致有關(guān)通訊協(xié)議的信息(如包頭文件或文件名)在整個采樣周期中所占的比例過大，使得網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率降低。
[0014]在確定采樣周期時，應(yīng)當(dāng)充分考慮數(shù)據(jù)總線的類型和有效數(shù)據(jù)量，如RS-322 /422，ARINC429，MILSTD.1553B和音頻信號采集信息等，它們都有各自的傳輸周期。采樣周期太大或太小(與總線參數(shù)更新率相比較)都將導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù)。如果采集的參數(shù)含有總線數(shù)據(jù)或串行數(shù)據(jù)，則采樣周期的頻率應(yīng)當(dāng)大于總線或串行數(shù)據(jù)的更新速率。在實際使用中，信息包的大小應(yīng)當(dāng)限制在200至1000個數(shù)據(jù)字，包含數(shù)據(jù)包的包頭文件字和有效數(shù)據(jù)字。每個采樣周期信息包的個數(shù)應(yīng)當(dāng)限制在1至16個之間。具體信息包的個數(shù)視總的參數(shù)量和參數(shù)采樣速率的種類多少來確定。其個數(shù)的計算應(yīng)當(dāng)按每個周期發(fā)包的次數(shù)為準(zhǔn)。比如有的信息包在一個周期內(nèi)發(fā)送多次。有效數(shù)據(jù)采樣率的種類應(yīng)當(dāng)限制在4種左右，當(dāng)然采樣率越高，每個采樣周期發(fā)送的信息包越多。將每種采樣率都編制一個信息包是不現(xiàn)實的，只能是采樣率低的向高的靠，數(shù)據(jù)字少的向多的靠。其原則是盡可能減少信息包的數(shù)量。實際使用中數(shù)據(jù)包的編排規(guī)則是:
1)發(fā)往不同目的地的數(shù)據(jù)應(yīng)封裝在不同數(shù)據(jù)包內(nèi)；
2)高速采樣和低速采樣應(yīng)封裝在不同的數(shù)據(jù)包內(nèi)；
3)需進行相關(guān)計算的參數(shù)盡量放在同一采集端口；
4)數(shù)據(jù)包的發(fā)包速率就高不就低；
5)數(shù)據(jù)包數(shù)量和數(shù)據(jù)包的長度要以發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備性能為依據(jù)。
[0015]在同一采集端口采集信號因執(zhí)行的同步采集命令，采集信號的同步性能由相應(yīng)的采集模塊特性決定，如:數(shù)字信號采集就是對數(shù)字信號緩存、發(fā)送，其延遲大約在8 — 10爐(測試設(shè)備:愛爾蘭的ACRA公司KAM500采集設(shè)備的429總線、1553B總線測試版卡)。而模擬信號則不同，模擬信號經(jīng)過抗混疊濾波器、A / D變換、FIR數(shù)字濾波器后緩存、發(fā)送等，由于數(shù)字濾波造成對不同頻率的信號產(chǎn)生的延遲不一樣(以KAM500的模擬信號插件KAD /ADC / 014為例)，測量和計算的結(jié)果見表I。新周期開始采樣周期開始發(fā)送數(shù)據(jù)包{3發(fā)送數(shù)據(jù)包叢發(fā)送數(shù)據(jù)包虻發(fā)送數(shù)據(jù)包23發(fā)送數(shù)據(jù)包從對于不同模擬信號，其延遲大約在4.15?595.7793 ms (采樣率在32?4096 Hz之間)。在模擬信號和數(shù)字進行相關(guān)計算，采樣率較低造成的誤差較大，甚至不能使用。如:飛行控制和飛行品質(zhì)以試飛掃頻頻率2周/ s來算，相當(dāng)于I ms對應(yīng)0.720,10 ms的信號不同步就可能導(dǎo)致7.20的相位延遲，這對數(shù)據(jù)處理勉強可以接受。但是，如果延遲20 ms，相位延遲可能達(dá)到150左右，這是不能接受的，參數(shù)時間延遲最低要求為10 ms，最好為5 ms。而對于模擬量信號之間的同步誤差取決于它們之間延遲性的大小，對于同一采樣率的信號其延遲為10?15爐。因此，通過設(shè)置不同采樣結(jié)構(gòu)可以大量的減小同步誤差。
[0016]在不同采集端口采集信號因無法執(zhí)行的同步采集命令，采集信號的同步性能除包含統(tǒng)一采集端口的同步誤差外，還要包含不同端口發(fā)出采集命令之間的時間誤差，如:1號端口中某一數(shù)據(jù)發(fā)包速率是32次/ S，2號端口中某一數(shù)據(jù)發(fā)包速率是1024次/ S，其中數(shù)據(jù)相關(guān)誤差取決于它們之間發(fā)包的時間間隔，為32 ms。如果依據(jù)數(shù)據(jù)包的編排規(guī)則，根據(jù)相關(guān)運算的數(shù)據(jù)誤差要求，提高參數(shù)的發(fā)包速率，可以大大減小數(shù)據(jù)的相關(guān)誤差，如:不同端口采樣率均設(shè)置為1024 Hz，其數(shù)字信號之間誤差約為I ms，數(shù)字信號與模擬信號之間誤差約為18.5 ms。同時，依據(jù)數(shù)據(jù)包的編排規(guī)則產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包，使數(shù)據(jù)包在網(wǎng)路傳輸?shù)臅r問上分布更均勻，在減少同步誤差的同時，使得單位時間內(nèi)數(shù)據(jù)的丟包率大為提高，如:以三個KAM500采集網(wǎng)路端口為例，每個端口有4個不同速率的數(shù)據(jù)包(32，64，128，256 Hz)，如果每一個包內(nèi)只包含800個同頻率的信號，在I s內(nèi)可以發(fā)送1440個數(shù)據(jù)包，通過長時間記錄分析，數(shù)據(jù)包的丟包率為每38 rain I次；同樣的結(jié)構(gòu)，只是在同一數(shù)據(jù)包內(nèi)信號的采樣頻率較多，通過長時間記錄統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)的丟包率為每6 min I次，其原因是數(shù)據(jù)包在發(fā)包時間上分布比較混亂造成。不同采集終端發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包之間的時間同步是由統(tǒng)一時間源給終端授時進行同步，如圖1所示，這樣的測試存在的缺陷:只能保障同一采樣終端內(nèi)時間的相關(guān)性，無法確保不同終端內(nèi)各數(shù)據(jù)的時間相關(guān)性，對不同終端數(shù)據(jù)相關(guān)性要求較嚴(yán)的采樣參數(shù)不能作為理論計算依據(jù)。如何保障不同設(shè)備不同終端按統(tǒng)一的節(jié)拍進行數(shù)據(jù)采樣是整個網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，下面給出了網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)改進的具體方法。
[0017]網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)的改進如何保障在同一時刻不同采集端口之間數(shù)據(jù)的相關(guān)性，是大量飛行相關(guān)數(shù)據(jù)測試的基礎(chǔ)。問題的關(guān)鍵是整個測試系統(tǒng)有一個同步時鐘，這個同步時鐘向每一臺采集設(shè)備發(fā)送要求同步采集命令一時間信息和秒脈沖，同步采集命令以秒脈沖的上升沿為基準(zhǔn)，所有的采集信道都采集同一時刻的數(shù)據(jù)，進行存儲發(fā)送，在秒脈沖之間按等間隔采樣，根據(jù)數(shù)據(jù)包中時間信息，就能保障不同采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)的相關(guān)性。由于整個系統(tǒng)是建立在局域網(wǎng)內(nèi)，不同采集設(shè)備的同步采集命令只能來自于網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。目前，國際已經(jīng)制定了滿足網(wǎng)絡(luò)同步要求IEEE — 1588協(xié)議，愛爾蘭的ACRA公司已經(jīng)研發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)包的時間信息進行相應(yīng)融合、處理。
【權(quán)利要求】
1.一種機載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集及同步傳輸系統(tǒng)，包括交換機，與交換機連接的計算機、主采集器及副采集器，其特征在于:所述交換機上設(shè)有同步時鐘，該為同步時鐘GPS時碼；所述交換機與主采集器進行網(wǎng)絡(luò)同步采集信號及IRIG — B時間信號源操作。
【文檔編號】H04L29/08GK103701847SQ201310516384
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】王耀斌 申請人:陜西高新實業(yè)有限公司