專利名稱：一種基于dsp的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟件聲納系統(tǒng)，尤其涉及一種基于DSP的、具有多陣聲納的數(shù)據(jù)流實(shí) 時(shí)管理中間件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)聲納的硬件結(jié)構(gòu)和軟件體系都比較固定和封閉，是一種單機(jī)單控的獨(dú)立設(shè) 備，每種聲納對應(yīng)于不同的設(shè)備、不同的用途，聲納的維護(hù)和升級昂貴耗時(shí)。隨著數(shù)字 信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，聲納逐漸發(fā)展成為以通用數(shù)字信號處理器(Digital Signal ft~OCeSSOr，簡稱DSP)為核心處理單元的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，聲納的工作模式變成多機(jī)總控，聲納 硬件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。但是聲納功能在相當(dāng)程度上還是由DSP算法與軟件定義的，與DSP底 層資源以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仍然是緊密相關(guān)的。隨著新型聲納功能需求出現(xiàn)，如多基陣目標(biāo)定位、 數(shù)據(jù)融合等，聲納系統(tǒng)的開放性、分布性和網(wǎng)絡(luò)性已經(jīng)凸現(xiàn)其重要性，新型聲納應(yīng)用要求實(shí) 現(xiàn)不同聲納數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)共享、調(diào)度和管理，任何連接在網(wǎng)絡(luò)上的DSP將被統(tǒng)一地配置和 調(diào)度。因此借鑒軟件無線電的思想，水聲領(lǐng)域?qū)⒕哂锌梢浦残浴⒖芍赜眯蕴卣鞯能浻布?biāo)準(zhǔn) 化聲納稱為軟件聲納。軟件聲納的一個(gè)重要研究方向是在現(xiàn)有聲納設(shè)備的基礎(chǔ)上，將多部 聲納陣元域數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和功能擴(kuò)展，硬件資源采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用 化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)使用不同的模塊搭載不同的軟件來完成不同的功能。其中軟件聲納實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 流管理中間件能夠利用開放式系統(tǒng)技術(shù)方便地開發(fā)、集成、升級和維護(hù)各種聲納資源和應(yīng) 用系統(tǒng)，在系統(tǒng)資源和應(yīng)用軟件之間構(gòu)建起一座橋梁。在實(shí)時(shí)性指標(biāo)的基礎(chǔ)上，降低異構(gòu)聲 納數(shù)據(jù)流交換共享的代價(jià)，縮短開發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率。
開放式實(shí)時(shí)中間件在中間件的基礎(chǔ)上加入了開放性和實(shí)時(shí)性的概念，要求中間件 不僅能夠具備透明的異構(gòu)共享能力，還必須具備開放式、軟/硬實(shí)時(shí)等條件，使其更加適合 作為一個(gè)高速信息化載體在跨網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)平臺中起作用。一方面，開放式要求中間件系統(tǒng)具 有四個(gè)特征可移植性、可互操作性、可伸縮性和易獲得性。另一方面，聲納數(shù)據(jù)處理一個(gè)重 要特點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性，要求中間件能夠滿足一種可控的實(shí)時(shí)性。
設(shè)計(jì)聲納實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流管理中間件的首要任務(wù)是完成對水聲系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的規(guī)范 化，以便對數(shù)據(jù)的有效管理。在傳統(tǒng)聲納系統(tǒng)中，基陣與應(yīng)用之間是一一對應(yīng)的關(guān)系，每個(gè) 聲納系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換格式和方式都不同。在開放式聲納系統(tǒng)中，如果沒有一致的數(shù)據(jù)格式， 可能導(dǎo)致聲納應(yīng)用端無法區(qū)分不同基陣數(shù)據(jù)。因此，對于聲納應(yīng)用端，根據(jù)采樣數(shù)據(jù)的屬 性，要求每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)必須要有一個(gè)明確的數(shù)據(jù)排列順序。另外，應(yīng)用端請求數(shù)據(jù)也 需要有一個(gè)規(guī)范要求，主要包括數(shù)據(jù)請求內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理時(shí)延。
數(shù)據(jù)管理模式直接決定了聲納實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流管理中間件的終端協(xié)同能力，一股來 說，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的管理模式分為三類集中式數(shù)據(jù)管理、分布式數(shù)據(jù)管理以及協(xié)作式數(shù)據(jù)管 理。在聲納實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流管理中間件系統(tǒng)中，由于聲納各節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作表現(xiàn)為一個(gè)應(yīng)用共 享多個(gè)通道端的數(shù)據(jù)，暫時(shí)不考慮多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同數(shù)據(jù)處理功能，因此，協(xié)作式數(shù)據(jù)管 理模式并不適用。由于聲納實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流管理中間件對于實(shí)時(shí)性的要求很高，因此，采用分布式的數(shù)據(jù)管理模式較為合適。
構(gòu)建聲納實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流管理中間件系統(tǒng)的時(shí)候，還需要考慮選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。對應(yīng)于集中式和分布式兩種模式，有總線型和分布式兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的優(yōu)點(diǎn)是由于采用分散控制，即使某個(gè)局部出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響全網(wǎng)的操作，具有很高的 可靠性；網(wǎng)中路徑的選擇采用最短路徑算法，故網(wǎng)上延遲時(shí)間少，傳輸速率高，但控制復(fù)雜； 各個(gè)節(jié)點(diǎn)間均可以直接建立數(shù)據(jù)鏈路，信息流程短，便于全網(wǎng)范圍內(nèi)的資源共享。在分布式 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，淡化了主控站(Central Controller，簡稱CC)的概念，每一個(gè)終端(Remote Terminal，簡稱RT)節(jié)點(diǎn)都有可能成為主控站，需要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)流網(wǎng)絡(luò)情況來進(jìn)行自 適應(yīng)的選擇。
在聲納水聲系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流管理中間件的實(shí)時(shí)通信中，數(shù)據(jù)交換的模式是影響實(shí) 時(shí)性的一個(gè)重要因素。為了保證中間件數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性，需要設(shè)計(jì)合理的數(shù) 據(jù)交換模式，盡可能的避免數(shù)據(jù)重復(fù)傳輸和大量通信控制在不同終端間的切換。一股把網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)交換分成兩種模式PULL模式和PUSH模式。相比PULL模型，PUSH模型下通道端與 應(yīng)用端之間的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)要簡潔許多，避免了同一個(gè)通道的數(shù)據(jù)在不同時(shí)隙中進(jìn)行多次 重復(fù)傳輸，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐率和實(shí)時(shí)性能。
此外聲納數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)通信機(jī)制決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，合適的數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)通信機(jī) 制能夠保證聲納系統(tǒng)擁有較高的實(shí)時(shí)通信效率和網(wǎng)絡(luò)傳輸吞吐率。在這里，數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)調(diào) 度協(xié)議顯得尤為重要，直接決定了中間件的交互性能以及整個(gè)聲納系統(tǒng)的實(shí)時(shí)特性。借鑒 以太網(wǎng)的調(diào)度協(xié)議 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，載波監(jiān) 聽多路訪問/沖突檢測方法)和RTCC(Real Time Communication Control，實(shí)時(shí)通信控制 方法)。根據(jù)聲納應(yīng)用需求，在數(shù)據(jù)量越大的時(shí)候，RTCC的速率越接近于直接傳輸，實(shí)時(shí)性 能越好；在穩(wěn)定性方面，RTCC基本和直接傳輸一致。因此相比于以太網(wǎng)下的CSMA/⑶協(xié)議， RTCC結(jié)合PUSH模式更加適合聲納數(shù)據(jù)流管理中間件的調(diào)度，擁有更好的實(shí)時(shí)性能。
最后也需要考慮聲納系統(tǒng)的開放性結(jié)構(gòu)，拋棄傳統(tǒng)單機(jī)單控的思想，必須建立模 塊化的應(yīng)用功能，方便聲納系統(tǒng)的升級和維護(hù)。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于DSP的軟件聲 納數(shù)據(jù)流管理中間件，為不同應(yīng)用功能的聲納子系統(tǒng)提供一個(gè)開放的數(shù)據(jù)流管理中間件平 臺，以管理所有子系統(tǒng)陣元數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多部聲納系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，以及系統(tǒng)功能的靈活 配置和多基陣數(shù)據(jù)流的綜合實(shí)時(shí)處理。
技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，采用通用信號處理機(jī)的DSP硬件平 臺，在DSP硬件平臺上設(shè)有控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的CC和作為數(shù)據(jù)交互對象的RT，其中CC為 DSP硬件平臺上的部分DSP，RT為DSP硬件平臺上的其余部分DSP，主控計(jì)算機(jī)對DSP進(jìn)行 程序下載并控制數(shù)據(jù)的傳輸；RT分為通道端(Channel，簡稱CHA)和應(yīng)用端(Application， 簡稱APP)。CHA指數(shù)據(jù)源端，可以是一個(gè)聲納的全部數(shù)據(jù)，也可以是一個(gè)基陣的數(shù)據(jù)，甚至 可以是不同聲納基陣數(shù)據(jù)的組合；APP是數(shù)據(jù)消費(fèi)/處理端，主要用于請求數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處 理，在特定的情況下，應(yīng)用端可以根據(jù)需要變成通道端，實(shí)現(xiàn)對于資源的二次共享。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理中，處理端對接收到的數(shù)據(jù)最基本的要求是要明確每一個(gè)數(shù)據(jù)確切 的語義。因此，在聲納系統(tǒng)中，要求每個(gè)數(shù)據(jù)塊根據(jù)采樣數(shù)據(jù)的屬性對其所包含的數(shù)據(jù)必須 要有一個(gè)明確的數(shù)據(jù)排列順序。
在聲納中，采集系統(tǒng)對輸出端的多路采集數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，形成一個(gè)數(shù)據(jù)通路。為了 得到某個(gè)數(shù)據(jù)明確的語義，首先要知道各路采樣數(shù)據(jù)在該數(shù)據(jù)通路中的存放順序。對于某 個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)拍內(nèi)的數(shù)據(jù)來說，數(shù)據(jù)的排序可以分兩層一是按采樣時(shí)間關(guān)鍵字排序；二是按 陣元編號關(guān)鍵字排序。按照兩種關(guān)鍵字的不同組合，可以把數(shù)據(jù)存放格式分為兩類第一類 順序是先考慮采樣時(shí)間關(guān)鍵字排序，后考慮陣元編號關(guān)鍵字；第二類順序是先考慮陣元編 號關(guān)鍵字排序，后考慮采樣時(shí)間關(guān)鍵字。
假設(shè)陣元編號為i (i = 0，1，. . .，m)，該通道一個(gè)節(jié)拍內(nèi)數(shù)據(jù)的長度為T，數(shù)據(jù)編號 為 DijG = 0，…，T-1)，則
按第一類順序就是(Dc^Dtll,……，Dtl(H);D10,Dn,……，D1(H)；……，Dm(H)),數(shù) 據(jù)的排列結(jié)構(gòu)是先按照采樣時(shí)間標(biāo)簽順序放置某陣元一個(gè)節(jié)拍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，然后再按照 陣元的先后順序把這些已排列數(shù)據(jù)組合起來形成一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。
按第二類順序就是(D00，D10,……，Dm0 ；D01, D11,……，Dml ；D02……，Dm2 ；……， Dckt-D,…，Dm(H))，數(shù)據(jù)的排列結(jié)構(gòu)是先按照陣元的順序排列某個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后 按照采樣時(shí)間標(biāo)簽的先后順序排列一個(gè)節(jié)拍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。
不同的應(yīng)用可能采取的數(shù)據(jù)處理方法不同，采用不同的數(shù)據(jù)排列順序就能方便各 應(yīng)用端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。例如在某個(gè)應(yīng)用中可能采用的算法是先完成每一個(gè)陣元某段時(shí)間 T內(nèi)的數(shù)據(jù)處理，得到N個(gè)中間處理結(jié)果，然后對N個(gè)中間處理結(jié)果進(jìn)行綜合分析，得到最后 的目標(biāo)結(jié)果；那么此時(shí)采用第一類順序就能極大的便利應(yīng)用端處理程序?qū)?shù)據(jù)的流水線式 的獲取。
聲納系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)的主要屬性包含基陣類型，基陣號，文件格式，順序 標(biāo)識，采樣頻率，采樣時(shí)間，陣元編號和數(shù)據(jù)等。聲納數(shù)據(jù)根據(jù)基陣物理形態(tài)可分為線列陣 數(shù)據(jù)和圓柱陣數(shù)據(jù)等，根據(jù)基陣功能可分為基元數(shù)據(jù)、方位能量數(shù)據(jù)、跟蹤波束數(shù)據(jù)等。考 慮上述因素，本發(fā)明規(guī)范了通道數(shù)據(jù)格式，主要是基陣數(shù)據(jù)格式，另外考慮開放性要求，對 應(yīng)用端數(shù)據(jù)格式也進(jìn)行了規(guī)范。其中，基陣數(shù)據(jù)格式采用表1所示存儲格式進(jìn)行存儲，應(yīng)用 端數(shù)據(jù)格式采用表2所示存儲格式進(jìn)行存儲。
表 權(quán)利要求
1. 一種基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述軟件聲納系統(tǒng)數(shù)據(jù) 流管理中間件采用通用信號處理機(jī)的DSP硬件平臺，在DSP硬件平臺上設(shè)有控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)行的主控端和作為數(shù)據(jù)交互對象的終端，其中主控端為DSP硬件平臺上的部分DSP，終端 為DSP硬件平臺上的其余部分DSP，主控計(jì)算機(jī)對DSP進(jìn)行程序下載并控制數(shù)據(jù)的傳輸； 基陣數(shù)據(jù)格式采用下表所示存儲格式進(jìn)行存儲
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述 軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件采用分布式的數(shù)據(jù)管理模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述 軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件采用分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述 軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件采用PUSH模式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述 軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件采用基于RTCC的實(shí)時(shí)調(diào)度方法，所述實(shí)時(shí)調(diào)度方法中主控站選舉方法如下首先選擇出在邏輯上與數(shù)據(jù)源端和數(shù)據(jù)消費(fèi)端相區(qū)分開的節(jié) 點(diǎn)，再從選擇出的節(jié)點(diǎn)中選擇出在調(diào)度中與各節(jié)點(diǎn)的通信延時(shí)最小的節(jié)點(diǎn)，作為最終的主 控站；各終端按照調(diào)度表進(jìn)行周期調(diào)度，所述調(diào)度表脫機(jī)生成，對于調(diào)度表中第i個(gè)任務(wù)Mi, 滿足如下條件U(Mi) ^ U(Aj), j = 1,2,... ,NamD(Mi) ^ D(Aj), j = 1,2,... ,Nam
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述 實(shí)時(shí)調(diào)度方法中，在線加入的時(shí)鐘觸發(fā)時(shí)刻Ta滿足如下條件
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于 所述實(shí)時(shí)調(diào)度方法中，通道端數(shù)據(jù)源的重要級按照如下方式進(jìn)行調(diào)整設(shè)定任務(wù)Mi申請的應(yīng)用為Mi = (AjI j = 1，2，...，n}，任務(wù)Mi中應(yīng)用的緊急度為Iuj | j =1,2,..., η}，首先對任務(wù)Mi中應(yīng)用的緊急度進(jìn)行降序排列，使得
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述 實(shí)時(shí)調(diào)度方法中，采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級調(diào)度方法，所述動(dòng)態(tài)優(yōu)先級調(diào)度方法包括如下步驟(bl)通過
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，其特征在于所述 實(shí)時(shí)調(diào)度方法中，采用路由節(jié)點(diǎn)Link連接故障的自動(dòng)調(diào)整方法，所述方法如下首先判斷最優(yōu)路徑中的節(jié)點(diǎn)Ni以及下一節(jié)點(diǎn)Nj之間的Link通信是否出現(xiàn)故障，如判斷結(jié)果為否，則 正常通信；若判斷結(jié)果為是，則在節(jié)點(diǎn)Ni的其他鄰接節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)到達(dá)目的地的最優(yōu)鄰 接節(jié)點(diǎn)Nk，并將節(jié)點(diǎn)Ni的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給該鄰接節(jié)點(diǎn)Nk而到達(dá)目的地，并且修改局部路由表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，所述軟件聲納系統(tǒng)數(shù)據(jù)流管理中間件采用通用信號處理機(jī)的DSP硬件平臺，在DSP硬件平臺上設(shè)有控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的主控端和作為數(shù)據(jù)交互對象的終端，其中主控端為DSP硬件平臺上的部分DSP，終端為DSP硬件平臺上的其余部分DSP，主控計(jì)算機(jī)對DSP進(jìn)行程序下載并控制數(shù)據(jù)的傳輸，并采用規(guī)范化的數(shù)據(jù)格式。本發(fā)明提供的一種基于DSP的軟件聲納數(shù)據(jù)流管理中間件，為不同功能的聲納子系統(tǒng)提供一個(gè)開放的數(shù)據(jù)平臺來統(tǒng)一、有序地管理所有子系統(tǒng)陣元數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活配置和多基陣數(shù)據(jù)流的綜合實(shí)時(shí)處理。
文檔編號G06F9/44GK102033749SQ20101059306
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者方世良, 汪磊, 羅昕煒, 羅琳, 鄧紹慶 申請人:東南大學(xué)