一种基于以太网的拖曳线列阵声纳系统信号环路传输方法

摘要

本发明公开了一种基于以太网的拖曳线列阵声纳系统信号环路传输方法，所述拖曳线列阵声纳系统包括若干个节点和一个桥接模块，各节点和桥接模块之间通过以太网形成数据传输方向互逆的双向环路，每个节点的采样数据包，同时通过两个方向传输至桥接模块。当出现以下任一情况时，桥接模块向节点发送链路设置命令，通知节点修改采样数据包发送方向：a、拖曳线列阵声纳系统初始化；b、桥接模块接收到标记为离线的节点的采样数据包；c、桥接模块对收到的采样数据包进行解析，采样数据包发生丢失。本发明提供的信号环路传输方法，实现简单，数据传输稳定实时可靠，当拖曳线列阵链路发生故障时，系统能继续稳定工作，提高了系统的稳定性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及拖曳线列阵声纳技术领域，具体涉及一种基于以太网的拖 曳线列阵声纳系统信号环路传输方法。

背景技术

拖曳线列阵声纳也称“拖曳阵声纳”，它是将水听器镶嵌在电缆上形 成线列阵，由拖曳电缆拖在舰艇尾后进行水中目标探测的声纳，主要用于 听测潜艇辐射噪声，进行远程监视，测向和识别，有的也可用于测距。

拖曳线列阵一般由前导段、仪器段、基阵段、后导段和尾端构成，阵 长数十米至数百米，工作深度可变，拖曳线列阵中的传感器有水听器模块 和非声模块，非声模块用以监控阵型和姿态，拖曳线列阵声纳基阵尺寸大， 工作频率低，利于线谱检测，能远距离隐蔽地发现目标。

拖曳电缆和线列阵总长可达数千米，传输距离长，工作环境复杂，目 前大多数传输技术在稳定性和实时性上均有不足，且一旦发生链路故障， 系统将难以继续维持正常工作，因此，研究拖曳线列阵声纳系统环路传输 及链路故障恢复方法具有重要的工程实用价值。

发明内容

本发明提供了一种基于以太网的拖曳线列阵声纳系统信号环路传输 方法，该方法数据传输稳定，易于实现，能有效恢复链路故障，提高传输 的可靠性。

一种基于以太网的拖曳线列阵声纳系统信号环路传输方法，所述拖曳 线列阵声纳系统包括若干个节点和一个桥接模块，各节点和桥接模块之间 通过以太网形成数据传输方向互逆的双向环路，每个节点的采样数据包， 同时通过两个方向传输至桥接模块。

本发明中，每个节点的采样数据包同时通过两个方向传输至桥接模 块，当其中一个方向的传输出现故障时，可以由另一个方向完成采样数据 包的传输，提高了拖曳线列阵声纳系统的稳定性和可靠性。

作为优选，当出现以下任一情况时，桥接模块向节点发送链路设置命 令，通知节点修改采样数据包发送方向：

a、拖曳线列阵声纳系统初始化；

b、桥接模块接收到标记为离线的节点的采样数据包；

c、桥接模块对收到的采样数据包进行解析，采样数据包发生丢失。

本发明中，采用以太网链路进行数据传输，达到了稳定、高速传输的 目的，并通过链路命令的交互，保证拖曳线列阵链路出现故障时，系统依 旧可以稳定工作，并具有从故障中恢复的能力。

作为优选，桥接模块向节点发送链路设置命令，通知节点修改采样数 据包发送方向，具体操作为：

桥接模块由两个方向同时向所有节点发送链路检测命令，各节点接收 到链路检测命令后，向收到链路检测命令的方向发送链路检测命令回应；

若在预定时间段内，桥接模块未接收到某个节点的某个方向的命令回 应，则桥接模块向该节点发送链路设置命令，切断该方向的环路，由另一 方向环路进行数据传输；

若在预定时间段内，桥接模块未接收到某个节点两个方向的链路检测 命令回应，则桥接模块向该节点发送链路设置命令，将该节点标记为离线。

作为优选，各个节点依次排布，每个节点包括第一端口和第二端口， 相邻两个节点的第一端口和第二端口通过以太网形成双向链路。

作为优选，桥接模块包括第一网口和第二网口，桥接模块的第一网口 与相邻节点的第一端口通过以太网形成双向链路，桥接模块的第二网口与 相邻节点的第二端口通过以太网形成双向链路。

各节点的第一端口和第二端口均可以接收链路检测命令，若第一端口 接收链路检测命令，则由第一端口发送链路检测命令回应；若第二端口接 收链路检测命令，则由第二端口发送链路检测命令回应。

链路检测命令回应中包括节点编号和端口标识(即第一端口和第二端 口)，桥接模块接收到链路检测命令回应后，将相应的端口标记为在线。

若链路发生故障，例如，桥接模块未收到第三节点的第一端口的链路 检测命令回应，则将第三节点的第一端口标记为离线，并通知第三节点的 所有采样数据包由第二端口发送；桥接模块未收到第三节点的第二端口的 链路检测命令回应，则将第三节点的第二端口标记为离线，并通知第三节 点的所有采样数据包由第一端口发送；若桥接模块未收到第三节点的第一 端口和第二端口的链路检测命令回应，则将第三节点标记为离线。

作为优选，各节点按顺序编号，采样数据包包含数据包头和采样数据， 数据包头包含节点编号和数据包计数值，数据包计数值为1至126且步进为 1的循环递增数。

每组完一次采样数据包，数据包计数值增加1，以用于下一次采样数 据包组包。

作为优选，每个节点包括DSP处理器和以太网交换芯片(即以太网 switch芯片)，DSP处理器用于将采集数据组为采样数据包、维护数据包计 数值、以及依据数据包计数值选择采样数据包的发出方向，以太网交换芯 片用于依据采样数据包的发送方向进行采样数据包转发。

以太网交换芯片根据采样数据包的发送方向进行采样数据包转发，保 证环路中采样数据包流向的一致性和正确性。

作为优选，数据包计数值的奇数和偶数分别对应不同的采样数据包发 送方向。

例如，针对某一节点而言，当数据包计数值为奇数时，DSP将采样数 据包由第一端口发出，沿环路进行顺时针传输；数据包计数值为偶数时， DSP将采样数据包由第二端口发出，沿环路进行逆时针传输。

相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

(1)采用百兆以太网链路进行数据传输，数据传输具有稳定、可靠、 实时的特点；

(2)以太网链路出现故障时，拖曳线列阵声纳系统依然可以稳定工 作，并具有从故障中恢复的能力；

(3)实现简单，能保证数据的稳定、实时、可靠传输，有效地提高 了拖曳线列阵声纳系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明基于以太网的拖曳线列阵声纳系统的节点模块结构图；

图2为本发明基于以太网的拖曳线列阵声纳系统环路信号传输的示意 图；

图3为本发明基于以太网的拖曳线列阵声纳系统中节点环路数据发送 的流程图；

图4为本发明基于以太网的拖曳线列阵声纳系统中链路发生故障时的 恢复流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明基于以太网的拖曳线列阵声纳系统信号环路 传输方法做详细描述。

本发明基于以太网的拖曳线列阵声纳系统包括若干个节点和一个桥 接模块，如图1所示，每个节点包括DSP处理器、以太网交换芯片、第一 端口和第二端口，DSP处理器用于将采集数据组为采样数据包、维护数据 包计数值、以及依据数据包计数值选择采样数据包的发出方向，以太网交 换芯片用于依据采样数据包的发送方向进行采样数据包转发。

如图2所示，各个节点依次排布，相邻两个节点的第一端口和第二端 口之间通过百兆以太网形成双向链路，桥接模块包括第一网口和第二网 口，桥接模块的第一网口与相邻节点的第一端口通过百兆以太网形成双向 链路，桥接模块的第二网口与相邻节点的第二端口通过百兆以太网形成双 向链路，整体上，桥接模块和节点之间通过百兆以太网形成数据传输方向 互逆的双向环路，每个节点的采样数据包可以同时通过两个方向传输至桥 接模块，环路中的各个节点按顺序依次编号，例如，针对节点3，节点3的 采样数据包一方面向左传输，通过节点1传输至桥接模块，另一方面向右 传输，依次通过节点2至节点N传输至桥接模块。

采样数据的传输过程如图3所示，包括：

步骤a，节点中的DSP处理器按顺序将节点编号、数据包计数值和采样 数据填入采样数据包中完成组包，数据包计数值由DSP处理器维护，为1 至126且步进为1的循环递增数。

步骤b，DSP处理器判断数据包计数值为奇数还是偶数，判断完之后 将数据包计数值增1，以供下一个数据包组包时使用；

步骤c，若步骤b中数据包计数值判断为奇数，则将采样数据包从第一 端口发送，经过以太网双向链路，按图2所示的顺时针方向将采样数据包 发往桥接模块的第一网口；若步骤b中数据包计数值判断为偶数，则将采 样数据包从节点第二端口发送，经过以太网双向链路，按图2所示的逆时 针方向将采样数据包发往桥接模块的第二网口。

当拖曳线列阵声纳系统初始化或出现故障时，采用如图4所示的方法， 进行链路的重新设置，具体包括：

步骤1，桥接模块同时通过第一网口和第二网口向各个节点发送链路 检测命令，其中经由第一网口发出的链路检测命令沿图2中环路以逆时针 方向依次传输；各节点收到链路检测命令后，通过收到链路检测命令的第 一端口向桥接模块发送链路检测命令回应，链路检测命令回应中包括节点 编号和端口标识(此处为第一端口)，链路检测命令回应沿图2中环路以顺 时针方向依次传输至桥接模块的第一网口；

经由第二网口发出的链路检测命令沿图2中环路以顺时针方向依次传 输；各节点收到链路检测命令后，通过收到链路检测命令的第二端口向桥 接模块发送链路检测命令回应，链路检测命令回应中包括节点编号和端口 标识(此处为第二端口)，链路检测命令回应沿图2中环路以逆时针方向依 次传输至桥接模块的第二网口。

步骤2，桥接模块接收各个节点的链路检测命令回应，等待500ms， 500ms的等待时间设置来自实验，以确保所有链路检测命令回应均能被正 确接收。

步骤3，桥接模块判断是否收到了所有节点所有端口的链路检测命令 回应，

若链路无故障发生时，所有节点两个端口的回应均应能收到，若收到 了命令回应，则将相应节点的相应端口标记为在线；

若链路存在故障导致桥接模块未收到某个端口的命令回应，则将该端 口标记为离线，并向该端口所对应的节点发送链路设置命令，通知该节点 将所有数据包改为从另一个端口发送，以保证拖曳线列阵声纳系统能继续 稳定工作；

若某个节点的两个端口均不在线，则将该节点标记为离线。

步骤4，桥接模块对收到的采样数据包进行解析，解析采样数据包中 的节点编号和数据包计数值；

步骤5，判断是否收到了来自某个被标记为离线的节点的采样数据包， 若收到，重复步骤1～步骤4，重新标记并设置链路状态；

步骤6，根据数据包计数值和节点编号判断链路是否发送故障，链路 正常时，桥接模块能收到所有节点的所有采样数据包；

若某个节点数据包计数值为奇数的包丢失，该节点第一端口所在链路 可能发生故障；若某个节点数据包计数值为偶数的包丢失，则该节点第二 端口所在链路可能发生故障；若某个节点所有采样数据包都丢失，则该节 点第一端口和第二端口所在链路可能都发生了故障，重复步骤1～步骤4， 重新标记并设置链路状态。