半實物試驗環(huán)境中事件自動化控制技術(shù)

汪漢波

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

大型自動化試驗環(huán)境由實際儀器設(shè)備、模擬試驗系統(tǒng)和計算機仿真系統(tǒng)構(gòu)成，分布于各個試驗節(jié)點。各個試驗節(jié)點相互協(xié)作，共同完成試驗任務(wù)。為了高效協(xié)同完成試驗，實現(xiàn)對試驗環(huán)境中各個試驗分系統(tǒng)、節(jié)點、通信設(shè)備和實驗過程的控制和管理，需要建立試驗控制管理系統(tǒng)，通過它來檢驗試驗設(shè)備在各種環(huán)境下的工作情況，實現(xiàn)試驗過程的部分自動化運行，減少人工操作干涉，提高試驗的效率。

試驗控制管理系統(tǒng)是實驗室的控制和管理中心，由總控模塊和控制代理模塊構(gòu)成。總控模塊部署在總控服務(wù)器上，由管理員操作，實現(xiàn)對各個分系統(tǒng)、節(jié)點和設(shè)備的管理。控制代理模塊部署在各被控設(shè)備上，用于接受控制模塊的指令，實現(xiàn)對被控設(shè)備的管理。

事件控制是試驗過程控制的基礎(chǔ)。根據(jù)事件表依次執(zhí)行事件，推進試驗進行。各個試驗節(jié)點的事件需要調(diào)度和同步，以便配合完成試驗。

1 方法描述

1.1 事件調(diào)度

試驗控制主要是通過對事件的調(diào)度來完成。事件是試驗控制基礎(chǔ)和依據(jù)，由試驗規(guī)劃生成，形成事件表下發(fā)到各個控制代理，由控制代理依據(jù)事件表來完成對本節(jié)點試驗流程的控制。需要解決2方面的問題：①事件調(diào)度：節(jié)點控制代理按照什么樣的方式進行事件的調(diào)度，以按照規(guī)劃的事件表來完成試驗流程的控制；②事件同步：采用何種方式實現(xiàn)整個試驗系統(tǒng)全局事件的同步。

事件調(diào)度可以采用2種方式：事件驅(qū)動和時間驅(qū)動。

事件驅(qū)動方式下，事件間的邏輯關(guān)系一般是由多個節(jié)點間的事件構(gòu)成，單由一個節(jié)點的控制代理難以完成事件的調(diào)度，必須由總控統(tǒng)一協(xié)調(diào)，這樣大量的控制工作都集中到了總控，容易形成性能瓶頸，影響試驗的效果。因此這種調(diào)度方式不適合大規(guī)模的系統(tǒng)試驗。

時間驅(qū)動方式下，事件的調(diào)度按照時間的推進來進行，規(guī)劃時只需要明確什么時間觸發(fā)某一事件即可，各節(jié)點控制代理也可以獨立地按照自己事件表順序調(diào)度事件，而不需要關(guān)心其它節(jié)點的運行情況。易于實現(xiàn)分層的試驗控制結(jié)構(gòu)，大量控制工作分散到了各控制代理，減輕了總控的負擔(dān)。在實現(xiàn)了各節(jié)點時間同步的基礎(chǔ)上這是一種簡單、有效的調(diào)度方式。

綜上所述，事件的組織和調(diào)度主要基于時間推進而驅(qū)動，同時為便于因果邏輯事件的處理，在時間驅(qū)動中加入一定的事件邏輯關(guān)系處理能力。

1.2 事件表設(shè)計

試驗規(guī)劃完成后以各節(jié)點的事件組成獨立的事件表，事件表中詳細定義了事件的內(nèi)容、觸發(fā)條件、以及事件間的邏輯關(guān)系。事件設(shè)計如表1所示。

表1 事件表

序號：試驗規(guī)劃時為每一個事件分配的全局唯一編號；觸發(fā)節(jié)點：觸發(fā)該事件的節(jié)點號；事件內(nèi)容：描述該事件要求完成的動作；目的節(jié)點：事件內(nèi)容中描述的動作涉及的目的節(jié)點號，一個事件可以涉及多個目的節(jié)點；推進步長：該事件完成后到下一個事件觸發(fā)之間需要推進的時間；觸發(fā)條件：觸發(fā)該事件需要滿足的條件，即當(dāng)哪些事件已經(jīng)產(chǎn)生才能夠觸發(fā)該事件。觸發(fā)條件描述了事件間的邏輯關(guān)系，可以在按時間推進的基礎(chǔ)上增加按事件驅(qū)動調(diào)度的能力。

1.3 事件調(diào)度流程

控制代理依照事件表中定義的時間順序和邏輯關(guān)系進行事件的調(diào)度，基本事件推進過程如圖1所示。

當(dāng)試驗總控下發(fā)啟動指令時，觸發(fā)啟動事件，控制代理開始依據(jù)事件表進行事件的推進。

后續(xù)事件根據(jù)事件表中定義的到下次事件推進的步長來確定在某一時刻觸發(fā)。

當(dāng)收到總控下發(fā)的停止指令時，觸發(fā)停止事件，結(jié)束事件推進；也可以在事件表中定義最后一個事件觸發(fā)后等待多長時間自動觸發(fā)停止事件。

圖1 事件推進過程

對于未滿足觸發(fā)條件的事件，有2種處理方式：①將其丟失不執(zhí)行，繼續(xù)推進事件表后面的事件；②將其放入到一個等待事件隊列中，然后繼續(xù)推進事件表后面的事件，等到其相關(guān)聯(lián)事件的產(chǎn)生后，再觸發(fā)該事件。可以根據(jù)事件的類型和其在試驗過程的作用來選擇采用何種處理方式。

在試驗過程，控制代理每完成一個事件的工作都需要實時的向試驗總控上報當(dāng)前的試驗運行狀態(tài)，使總控了解該節(jié)點的事件推進情況。總控維護有全局事件表，全局事件表中定義有節(jié)點間事件的邏輯關(guān)系，總控通過監(jiān)控各節(jié)點的運行狀態(tài)，來協(xié)調(diào)它們之間的調(diào)度和推進流程，如圖2所示。

圖2 總控調(diào)度事件

1.4 事件同步

各個控制代理根據(jù)各自的事件表推動試驗運行，考慮到仿真系統(tǒng)的仿真時間可能快于或慢于實際系統(tǒng)時間，而且存在事件推進中的異常和人為的調(diào)整事件表，會對整個試驗的全局事件同步造成影響。因此，需要試驗總控來統(tǒng)一協(xié)調(diào)各控制代理間的事件同步。

事件同步的基本原則是按照最慢節(jié)點的推進速度進行同步。對事件同步分以下3種情況考慮。

1）當(dāng)仿真系統(tǒng)運行速度快于實物系統(tǒng)運行速度，依據(jù)按照最慢節(jié)點同步的原則，需要按實物系統(tǒng)的物理時間來推進試驗，因此，仿真系統(tǒng)內(nèi)部可以通過增加時延的方式，與實物系統(tǒng)事件同步。這一同步控制可以由仿真控制代理（仿真控制系統(tǒng)獨立完成），不需要試驗總控進行協(xié)調(diào)。

2）當(dāng)仿真系統(tǒng)運行速度慢于實物系統(tǒng)運行速度，依據(jù)按照最慢節(jié)點同步的原則，需要實物系統(tǒng)也按照仿真系統(tǒng)的運行速度來推進試驗，因此，必須對每個實物節(jié)點的運行速度進行調(diào)整，這需要由試驗總控來進行協(xié)調(diào)才能完成全局的事件同步。

3）當(dāng)某個節(jié)點的事件推進出現(xiàn)異常，對后續(xù)事件的推進帶來影響時，會造成整個試驗全局事件的不同步，這也需要由試驗總控來協(xié)調(diào)處理。

因為仿真系統(tǒng)快的情況可以由仿真控制代理獨立實現(xiàn)事件同步，因此主要需要解決是后2種情況。

仿真系統(tǒng)運行速度慢于實物系統(tǒng)時，必須由總控參與協(xié)調(diào)各控制代理間事件同步。

同步的基本思路是計算仿真系統(tǒng)慢于實物系統(tǒng)的時間誤差△T，通過總控的控制將該誤差值增加到所有節(jié)點事件表的推進步長中，使實物節(jié)點按照仿真系統(tǒng)的運行速度來推進試驗,達到全局的事件同步。如為原有推進步長TO,則重新計算后的新推進步長TN有：

事件同步原理如圖3所示。

圖3 事件同步原理

具體的處理流程如圖4所示。

試驗開始后仿真控制代理（仿真控制系統(tǒng)）實時監(jiān)控仿真系統(tǒng)的運行速度。當(dāng)仿真運行速度慢到一定程度時（超過預(yù)先定義的時間誤差閥值 TT），仿真控制代理暫停所有仿真節(jié)點的運行，計算并向試驗總控上報時間誤差△T；總控收到上報后，暫停所有節(jié)點的運行，并將△T通知給各試驗節(jié)點的控制代理，控制代理根據(jù)仿真時間誤差，重新計算事件表，將所有事件的推進步長均增加△T；所有節(jié)點完成同步后，總控重新啟動所有節(jié)點的運行，使所有實物節(jié)點與仿真系統(tǒng)從同一時刻重新開始試驗，實現(xiàn)事件同步。

為降低事件同步對試驗流程的影響，只有當(dāng)仿真延時變化達到一定誤差閥值，對試驗推進將造成極大影響時才進行事件同步。時間誤差閥值TT可以根據(jù)規(guī)劃的事件間最小步長或平均步長乘以一個系數(shù)計算獲得。

節(jié)點試驗運行出現(xiàn)異常會造成整個試驗全局事件的不同步。需要其它的控制代理暫停試驗，調(diào)整相應(yīng)節(jié)點的事件表，然后等待異常節(jié)點推進到正常事件時，再重新啟動試驗。

圖4 事件同步處理流程

2 應(yīng)用范例與測試結(jié)果

事件控制應(yīng)用于某試驗環(huán)境中，采用的服務(wù)器操作系統(tǒng)為 Windows 2000 Server，客戶端操作系統(tǒng)為Windows 2000 Professional，數(shù)據(jù)庫為Oracle 9i。開發(fā)工具為 Visual C++ 6.0 Enterprise。試驗總控部署于服務(wù)器，控制代理部署于超過200個節(jié)點，試驗管理人員錄入試驗?zāi)_本后，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)識別的事件表。事件表按節(jié)點分割后，分發(fā)到各個節(jié)點。事件表內(nèi)容為XML文件形式。各個節(jié)點在試驗總控的指令下，按照事件表的約定進行試驗。圖5為實際應(yīng)用部署圖。

圖5 實際應(yīng)用部署

該實驗室控制管理系統(tǒng)經(jīng)過用戶測試，得到以下結(jié)果：①控制管理節(jié)點數(shù)量不少于300個試驗節(jié)點；②時間同步服務(wù)器可同時連接客戶端數(shù)量不少于300個；③單個試驗事件總數(shù)可不少于30 000個，即每個試驗節(jié)點平均事件數(shù)不少于100個；④各節(jié)點事件出現(xiàn)誤差后，可在0.5 s以內(nèi)實現(xiàn)同步；⑤單節(jié)點出現(xiàn)異常，事件控制機制在1 s以內(nèi)停止其他參試節(jié)點的運行；⑥試驗內(nèi)容規(guī)劃的時間精度達到秒級；⑦規(guī)劃下發(fā)及節(jié)點初始化點時間小于60 s；⑧網(wǎng)絡(luò)時間同步誤差不大于50 ms。

3 結(jié)語

經(jīng)過在試驗環(huán)境中具體應(yīng)用，及用戶的測試，可以看出，在試驗管理中加入事件控制后，提高了試驗過程的可控性，試驗?zāi)_本分解為步步推進的事件，經(jīng)過調(diào)度，有效避免試驗過程因同步問題產(chǎn)生偏差，確保試驗順利進行，減少了人工干預(yù)操作，確保試驗結(jié)果具有檢驗實際效能的意義。

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