CN114938326A - 一种舰船用高可靠信息服务设备和信息服务方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种舰船用高可靠信息服务设备，针对舰船技术需求和特性，通过集成综合信息处理、集中监测、接口转接和故障定位，实现了对信息进行集中管控的功能，解决了现有舰船各系统信息化程度不一，相对独立，信息集中管控困难，缺乏信息服务和发布平台等问题。本发明采用水冷散热、冗余设计等措施确保了整套系统的降噪、低功耗、长时稳定运行，具有低噪声的优点；本发明具有丰富的转换接口，解决了现有多种船用接口互相不匹配、接口协议不一致，难以实现跨系统信息传输等问题。本发明具有高可靠信息交互能力、实时监测、故障定位的能力，解决了大量信息交互的应用场景下，集中实时状态监测困难、通信中断难以准确定位源头等问题。

Description

一种舰船用高可靠信息服务设备和信息服务方法

技术领域

本发明属于船舶电子与信息技术领域，具体涉及一种舰船用高可靠信息服务设备和信息服务方法。

背景技术

由于舰船的性能需求，如今在设计中对各类设备的可靠性、噪声指标、国产化要求日趋严格。随着舰船信息化水平不断提升，为满足全船信息交互的有效执行，在大系统或全船设计了多种专用总线和网络等信息传输通道，用于保障数据的大量传输。然而舰船各系统信息化程度不一，对信息的需求大不相同，具有一定的独立性，需要一个高可靠的设备处理过程数据，对信息进行集中管控，并可提供信息服务和发布的平台。

结合当今舰船领域的工程特点，各系统在更新换代过程中，仍有大量的设备由于沿用前期原型开展设计，或根据自身功能特性运用了多种不同的数据传输形式，包括以太网传输、CAN总线传输、FC总线传输等，即难以对接口类型进行全船性统一设计，故需要实现接口间的转换而不影响相关设备的技术状态。全船各类信息交互设备的状态由于缺乏实时监测，一旦出现通信中断的情况，难以对问题源头准确定位，不利于及时的维修处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种舰船用高可靠信息服务设备和信息服务方法，用于对信息进行集中管控。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种舰船用高可靠信息服务设备，包括主柜体和扩展接口箱，用于接收包括航行状态、设备运行状态、舱室环境的状态信息，接收远端控制指令并转发给本地控制设备或执行机构，或直接向本地控制设备或执行机构发布控制指令；还用于逐级解析信息传输、逐段判断链路通断，从而定位故障源头；主柜体包括接口转换单元、人机交互模块、至少两个主控模块和至少两个交换模块；接口转换单元通过千兆以太网分别与两个交换模块连接；每个主控模块分别通过千兆以太网与每个交换模块相连，用于确保通信链路的可靠性；主控模块的两个网口设置为负载均衡绑定模式，用于提供两条互备的信息收发工作链路；两个主控模块之间采用直连千兆以太网建立心跳链路，用于进行实时的热备切换；两个主控模块通过包括VGA、USB的接口与人机交互模块连接；人机交互模块用于显示故障链路、综合信息，并进行界面操控；接口转换单元包括FC口、CAN口、硬接线接口和扩展接口箱接入的各类接口，用于转换和传输跨舱室、跨系统场景下的多种船用信息接口，与船用典型接口设备进行接口转换和信息交互；接口转换单元通过双冗余FC口连接扩展接口箱；主控模块和信号处理模块分别包括综合信息服务模块；综合信息服务模块包括数据存储转发模块、协议配置模块、实时数据监控模块、用户权限管理模块、数据查询模块、数据管理模块，用于收集、解析、管理、查询和发布外部设备的状态信息，实现源头接口的故障定位；接口转换单元包括CAN接口卡、FC接口卡、IO接口卡和信号处理卡；接口卡通过PCIE口和USB口连接信号处理卡，用于实现以太网与CAN口、以太网与FC口、以太网与硬接线之间的接口转换；扩展接口箱采用壁挂式安装；扩展接口箱包括信号处理模块、以太网接口卡、至少两个用于热备的控制卡、至少两路DC 24V供电线路；扩展接口箱之间采用双冗余FC口通信。

按上述方案，主柜体还包括存储模块和电源模块；存储模块通过以太网连接主控模块，用于存储包括航行状态、设备运行状态、健康状态、报警信息和操作日志的信息；存储模块包括数据库模块，数据库模块采用达梦数据库；电源模块用于转换外部供电为各模块供电；电源模块包括UPS，用于在供电中断的情况下保障一定时间的应急使用。

按上述方案，主控模块还包括操作系统模块；操作系统模块采用中标麒麟操作系统和相应驱动程序。

按上述方案，主柜体还包括机柜，采用铸铝工艺加工铸造；机柜内部设有导轨，用于抽屉式入柜安装柜内模块。

进一步的，还包括水冷设备；水冷设备的进水主管路接口和回水主管路接口设置于机柜的顶部，与全船水冷管路相连；机柜的供水管路与机柜的顶部和底部垂直，用于在机柜内模块的上下表面采用流道式水冷散热，使冷却水通过主管路将设备表面的热量带走，降低设备表面温度。

一种舰船用高可靠信息服务设备的信息服务方法，包括以下步骤：

S0：搭建舰船用高可靠信息服务设备，包括主柜体和扩展接口箱；主柜体包括接口转换单元、人机交互模块、至少两个主控模块和至少两个交换模块；接口转换单元通过千兆以太网分别与两个交换模块连接；每个主控模块分别通过千兆以太网与每个交换模块相连；主控模块的两个网口设置为负载均衡绑定模式；两个主控模块之间采用直连千兆以太网建立心跳链路；两个主控模块通过包括VGA、USB的接口与人机交互模块连接；接口转换单元包括FC口、CAN口、硬接线接口和扩展接口箱接入的各类接口；接口转换单元通过双冗余FC口连接扩展接口箱；主控模块和信号处理模块分别包括综合信息服务模块；综合信息服务模块包括数据存储转发模块、协议配置模块、实时数据监控模块、用户权限管理模块、数据查询模块、数据管理模块；接口转换单元包括CAN接口卡、FC接口卡、IO接口卡和信号处理卡；接口卡通过PCIE口和USB口连接信号处理卡；扩展接口箱采用壁挂式安装；扩展接口箱包括信号处理模块、以太网接口卡、至少两个用于热备的控制卡、至少两路DC 24V供电线路；扩展接口箱之间采用双冗余FC口通信；

S1：外部设备向舰船用高可靠信息服务设备发送状态信息；

S2：舰船用高可靠信息服务设备解析信息、判断链路通断状态并显示结果；

S3：当出现故障时，操作人员通过人机交互模块查看中断的物理链路及未接收到数据的扩展接口箱，判断出现故障的源头设备。

进一步的，所述的步骤S1中，若外部设备处于主柜体所在舱室区域，则外部设备将状态信息发送至主柜体；接口转换单元将以太网以外的通信协议转换为以太网通信协议，通过交换模块发送至主控模块，主控模块解析后在人机交互模块进行状态信息呈现。

进一步的，所述的步骤S1中，若外部设备处于主柜体以外的舱室区域，则外部设备将包括经纬度、航向的航行状态信息发送至最接近的扩展接口箱；扩展接口箱接收后，将以太网、硬接线、CAN协议按照FC协议格式封装成FC数据帧，通过FC总线在跨舱室的扩展接口箱之间传输，直至发送至主柜体；状态信息在主柜体内经接口转换单元、交换模块、人机交互模块分别进行协议转换和解析，最终在人机交互模块中显示航行信息。

进一步的，还包括以下步骤：主柜体的主控模块经交换模块、接口转换单元、扩展接口箱向执行机构下达控制指令，执行机构响应指令并执行动作。

一种计算机存储介质，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行信息服务方法。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种舰船用高可靠信息服务设备和信息服务方法，针对舰船技术需求和特性，通过集成综合信息处理、集中监测、接口转接和故障定位，实现了对信息进行集中管控的功能，解决了现有舰船各系统信息化程度不一，相对独立，信息集中管控困难，缺乏信息服务和发布平台等问题。

2.本发明采用水冷散热、冗余设计等措施确保了整套系统的降噪、低功耗、长时稳定运行，具有低噪声的优点。

3.本发明具有丰富的转换接口，解决了现有多种船用接口互相不匹配、接口协议不一致，难以实现跨系统信息传输等问题。

4.本发明具有高可靠信息交互能力、实时监测、故障定位的能力，解决了大量信息交互的应用场景下，集中实时状态监测困难、通信中断难以准确定位源头等问题。

5.本发明还实现了基础软件国产化。

附图说明

图1是本发明实施例的主柜体的正视图。

图2是本发明实施例的主柜体的侧视图。

图3是本发明实施例的扩展接口箱的正视图。

图4是本发明实施例的扩展接口箱的侧视图。

图5是本发明实施例的接线关系图。

图6是本发明实施例的信息流示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明的实施例包括主柜体、机柜内设备、扩展接口箱；机柜内设备包括水冷组合机柜、主控模块(双冗余)、交换模块(双冗余)、接口转换单元、人机交互模块、电源模块；软件部分包括达梦数据库、综合信息服务软件、中标麒麟操作系统和相应驱动程序。

(1)采用主柜体集成式设计，将主控模块、存储模块、交换模块、接口转换单元、人机交互模块等功能模块集成在一台小型柜体中。

主柜体采用铸铝工艺加工铸造，机柜内部安装有导轨，柜体内设备除人机交互模块外其余设备两侧均配置有安装导轨，均采用抽屉式入柜安装，人机交互模块在机柜内固定安装。

主柜体内每台主控模块均通过千兆以太网与两台冗余交换模块相连，主控模块对2个网口设置为负载均衡绑定模式，结合主控模块上运行的冗余互备软件，为整套设备提供2条互备的信息收发工作链路；存储模块通过千兆以太网与两台冗余的主控模块相连；两台冗余主控模块之间采用直连千兆以太网建立心跳链路；两台冗余主控模块通过VGA、USB接口与人机交互模块相连；两台冗余主控模块均部署综合信息服务软件，执行信息的收集和发布。

综合信息服务软件分为数据存储及转发、协议配置、实时数据监控、用户权限管理、数据查询、数据管理共6个功能模块，实现信息收集、解析、显示、管理、查询、发布等全流程功能。

(2)配置接口转换单元和扩展接口箱，实现跨舱室、跨系统场景下的多种船用信息接口转换和传输，可与船用典型接口设备(FC、CAN、以太网、硬接线等接口)进行接口转换和信息交互。

主柜体内配置接口转换单元，实现以太网接口与FC接口/CAN接口/硬接线实现接口转换；接口转换模块通过2路千兆以太网与两台冗余交换模块相连；接口转换模块内置CAN接口卡、FC接口卡、IO接口卡、信号处理卡，接口卡通过PCIE接口及USB接口与信号处理卡相连，实现以太网与CAN、以太网与FC、以太网与硬接线之间的接口转换；通过冗余FC总线与各舱室配置的壁挂式扩展接口箱相连。

扩展接口箱采用壁挂式安装，在接口转换模块的板卡配置基础上，增设2套控制卡(热备)、1套以太网接口卡；箱体对外有2路DC 24V供电线路，一用一备；扩展接口箱之间采用双冗余FC总线通信。

(3)主柜体、扩展接口箱对信息传输进行逐级解析、链路通断逐段判断，结合人机交互模块精确定位故障源头。

主柜体的主控模块、扩展接口箱的信号处理模块均运行综合信息服务软件，接入该信息服务设备的外部设备发送的各类状态信息，通过主柜体对外的以太网接口，主柜体接口转换模块对外的FC、CAN、硬接线接口，及扩展接口箱接入的各类接口，进行接收并传输，最终主柜体主控模块上运行综合信息服务软件对接收到的以太网协议进行数据解析，在人机交互模块实现综合信息显示，并实现源头接口的故障定位。

(4)采用水冷结合自然散热的形式大幅降低该设备噪音；冗余机制确保工作链路的高可靠；电源模块配备UPS，提供应急使用场景。

主柜体外接全船水冷系统，内部的主控模块、存储模块上下表面均采用流道式水冷散热，其余模块采用自然散热，极大降低设备噪音；主控模块、交换模块均采用冗余互备配置，一台交换模块故障时，可自动切换至另外一台交换模块，确保通信链路的可靠性，两台主控模块采用冗余热备，一台主控模块故障时，冗余互备软件通过心跳线、监听的存储模块运行状态、综合信息服务软件运行状态等触发条件，进行实时的热备切换，切换延时低；电源模块包含UPS，在舰船供电中断的情况下，可保障一定时间的应急使用；整套冗余机制、供电机制可确保该信息服务设备长时稳定运行。

两台主控模块均配置国产操作系统系统(中标麒麟操作系统)，存储模块配置国产关系数据库(达梦数据库)。

(1)舰船用高可靠信息服务设备通过集成优化设计，采用柜体加扩展接口箱的设计形式，集计算、存储、网络交换、接口转换、人机交互、信息传输等能多功能为一体，为舰船应用场景提供了统一的信息服务、发布的公共平台。

一是可部署监测类、控制类软件，用于接收航行状态、设备运行状态、舱室环境等状态信息，接收远端控制指令并转发至泵、阀、控制箱等本地控制设备或执行机构，也可以通过该服务设备直接向泵、阀、控制箱等发布控制指令等；

二是可提供丰富的计算资源，部署信号处理、态势综合评估等算力需求大的应用软件，接收任务后，实时将计算结果反馈至用户端；

三是提供大容量存储资源，作为全船的存储中心，用于记录航行状态、设备运行状态及健康状态、报警信息、操作日志等。

(2)通过配置接口转换单元及扩展接口箱，为跨舱室、跨系统的多种不同接口设备之间提供了便利的协议转换服务，实现信息传输；

(3)通过跨舱室的分级解析及协议转发，可精准掌握各段链路的数据通断情况，在人机交互模块显示故障链路，并定位故障源头接口，极大缩短溯源故障设备的时间；

(4)采用水冷、自然散热的形式，大大降低设备噪音，适用舰船减振降噪的特殊环境；主控模块、交换模块采用冗余互备模式，提高了设备的可靠性；基础软件的国产化率100％。

如图1和图2所示，本舰船用高可靠信息服务设备由主柜体(1台)和扩展接口箱(按需配置)组成，其中主柜体包括人机交互模块1台、主控模块2台、交换模块2台、接口转换单元1台，电源模块1台。主柜体采用落地式加背部支撑的安装形式与舰船舱内基座相连，扩展接口箱在各舱室按需进行壁挂式安装。主柜体的对外接口均采用航插连接器的形式布置于柜体顶部。两条DN10的进水/回水主管路接口也布置于柜体顶部，与全船水冷管路相连。主柜体内供水管路垂直与底部布置，分出DN5支管与主控模块、交换模块相连，冷却水通过设备表面流道经过柜体的主管路，将热量带走，降低设备表面温度。

如图3所示，主柜体需外部提供2路冗余220V/50Hz交流电，经电源模块滤波、电制转换后，分出220V/50Hz交流电为主控模块、交换模块人机交互模块、存储模块供电，分出24V直流电为接口转换模块供电。各舱室按需配置的扩展接口箱所在舱室提供24V直流电。主控模块、交换模块、接口转换模块、存储模块之间均采用千兆以太网进行信息传输。人机交互模块通过VGA和USB与主控模块连接，实现界面显示和操控功能。接口转换模块与扩展接口箱、扩展接口箱之间均采用双冗余FC总线连接。主柜体、扩展接口箱对外具备FC、CAN、以太网、硬接线等多种接口连接形式。综合信息服务软件、冗余互备软件、操作系统均运行于主控模块，数据库运行于存储模块。

如图4所示，舰船机电控制类设备多为CAN、硬接线形式，信息类设备多为以太网、FC接口形式，主柜体、扩展接口箱具备多种对外接口形式，基本覆盖了全船典型设备的信息交互需求。

若外部设备处于主柜体所在舱室区域，则可直接连接至主柜体顶部，将状态信息发送至主柜体，接口转换单元将以太网以外的通信协议转换为以太网通信协议，通过交换模块发送至主控模块，经解析后，在人机交互模块进行状态信息呈现。

若外部设备处于主柜体以外的舱室区域，以导航设备为例，可就近连接至附近的扩展接口箱，将经纬度、航向等航行状态信息发至扩展接口箱，扩展接口箱接收后，将以太网、硬接线、CAN协议按照FC协议格式，封装成FC数据帧，通过FC总线在跨舱室的扩展接口箱之间传输，直至发送至主柜体后，经接口转换单元，交换模块、人机交互模块，分别进行协议转换、解析，最终在主柜体的人机交互模块中显示航行信息。

对泵、阀等执行结构可直接或间接接入扩展接口箱，通过主柜体的主控模块中嵌装的控制类软件，下达控制指令，经主控模块、交换模块、接口转换单元、扩展接口箱，发送至执行机构，执行机构响应指令并执行动作。

扩展接口箱、主柜体间均采用双冗余FC总线，扩展接口箱之间、扩展接口箱与主柜体之间出现链路中断的可能性极低。由于主柜体、每个扩展接口箱均会进行协议解析及链路通断状态判断，各级链路通断状态、是否接收到数据等情况可在主柜体的人机交互模块全面显示。当出现故障时，可通过综合信息服务软件链路状态管理界面查看链路中断的物理链路及未接收到数据的扩展接口箱，从而准确判断出现故障的源头设备。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种舰船用高可靠信息服务设备，其特征在于：包括主柜体和扩展接口箱，用于接收包括航行状态、设备运行状态、舱室环境的状态信息，接收远端控制指令并转发给本地控制设备或执行机构，或直接向本地控制设备或执行机构发布控制指令；还用于逐级解析信息传输、逐段判断链路通断，从而定位故障源头；

主柜体包括接口转换单元、人机交互模块、至少两个主控模块和至少两个交换模块；接口转换单元通过千兆以太网分别与两个交换模块连接；每个主控模块分别通过千兆以太网与每个交换模块相连，用于确保通信链路的可靠性；主控模块的两个网口设置为负载均衡绑定模式，用于提供两条互备的信息收发工作链路；两个主控模块之间采用直连千兆以太网建立心跳链路，用于进行实时的热备切换；两个主控模块通过包括VGA、USB的接口与人机交互模块连接；人机交互模块用于显示故障链路、综合信息，并进行界面操控；

接口转换单元包括FC口、CAN口、硬接线接口和扩展接口箱接入的各类接口，用于转换和传输跨舱室、跨系统场景下的多种船用信息接口，与船用典型接口设备进行接口转换和信息交互；接口转换单元通过双冗余FC口连接扩展接口箱；主控模块和信号处理模块分别包括综合信息服务模块；综合信息服务模块包括数据存储转发模块、协议配置模块、实时数据监控模块、用户权限管理模块、数据查询模块、数据管理模块，用于收集、解析、管理、查询和发布外部设备的状态信息，实现源头接口的故障定位；

接口转换单元包括CAN接口卡、FC接口卡、IO接口卡和信号处理卡；接口卡通过PCIE口和USB口连接信号处理卡，用于实现以太网与CAN口、以太网与FC口、以太网与硬接线之间的接口转换；

扩展接口箱采用壁挂式安装；扩展接口箱包括信号处理模块、以太网接口卡、至少两个用于热备的控制卡、至少两路DC 24V供电线路；扩展接口箱之间采用双冗余FC口通信。

2.根据权利要求1所述的一种舰船用高可靠信息服务设备，其特征在于：

主柜体还包括存储模块和电源模块；

存储模块通过以太网连接主控模块，用于存储包括航行状态、设备运行状态、健康状态、报警信息和操作日志的信息；存储模块包括数据库模块，数据库模块采用达梦数据库；

电源模块用于转换外部供电为各模块供电；电源模块包括UPS，用于在供电中断的情况下保障一定时间的应急使用。

3.根据权利要求1所述的一种舰船用高可靠信息服务设备，其特征在于：

主控模块还包括操作系统模块；操作系统模块采用中标麒麟操作系统和相应驱动程序。

4.根据权利要求1所述的一种舰船用高可靠信息服务设备，其特征在于：

主柜体还包括机柜，采用铸铝工艺加工铸造；机柜内部设有导轨，用于抽屉式入柜安装柜内模块。

5.根据权利要求4所述的一种舰船用高可靠信息服务设备，其特征在于：

还包括水冷设备；水冷设备的进水主管路接口和回水主管路接口设置于机柜的顶部，与全船水冷管路相连；机柜的供水管路与机柜的顶部和底部垂直，用于在机柜内模块的上下表面采用流道式水冷散热，使冷却水通过主管路将设备表面的热量带走，降低设备表面温度。

6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述的舰船用高可靠信息服务设备的信息服务方法，其特征在于：包括以下步骤：

S0：搭建舰船用高可靠信息服务设备，包括主柜体和扩展接口箱；主柜体包括接口转换单元、人机交互模块、至少两个主控模块和至少两个交换模块；接口转换单元通过千兆以太网分别与两个交换模块连接；每个主控模块分别通过千兆以太网与每个交换模块相连；主控模块的两个网口设置为负载均衡绑定模式；两个主控模块之间采用直连千兆以太网建立心跳链路；两个主控模块通过包括VGA、USB的接口与人机交互模块连接；接口转换单元包括FC口、CAN口、硬接线接口和扩展接口箱接入的各类接口；接口转换单元通过双冗余FC口连接扩展接口箱；主控模块和信号处理模块分别包括综合信息服务模块；综合信息服务模块包括数据存储转发模块、协议配置模块、实时数据监控模块、用户权限管理模块、数据查询模块、数据管理模块；接口转换单元包括CAN接口卡、FC接口卡、IO接口卡和信号处理卡；接口卡通过PCIE口和USB口连接信号处理卡；扩展接口箱采用壁挂式安装；扩展接口箱包括信号处理模块、以太网接口卡、至少两个用于热备的控制卡、至少两路DC 24V供电线路；扩展接口箱之间采用双冗余FC口通信；

S1：外部设备向舰船用高可靠信息服务设备发送状态信息；

S2：舰船用高可靠信息服务设备解析信息、判断链路通断状态并显示结果；

S3：当出现故障时，操作人员通过人机交互模块查看中断的物理链路及未接收到数据的扩展接口箱，判断出现故障的源头设备。

7.根据权利要求6所述的信息服务方法，其特征在于：所述的步骤S1中，若外部设备处于主柜体所在舱室区域，则外部设备将状态信息发送至主柜体；接口转换单元将以太网以外的通信协议转换为以太网通信协议，通过交换模块发送至主控模块，主控模块解析后在人机交互模块进行状态信息呈现。

8.根据权利要求6所述的信息服务方法，其特征在于：所述的步骤S1中，若外部设备处于主柜体以外的舱室区域，则外部设备将包括经纬度、航向的航行状态信息发送至最接近的扩展接口箱；扩展接口箱接收后，将以太网、硬接线、CAN协议按照FC协议格式封装成FC数据帧，通过FC总线在跨舱室的扩展接口箱之间传输，直至发送至主柜体；状态信息在主柜体内经接口转换单元、交换模块、人机交互模块分别进行协议转换和解析，最终在人机交互模块中显示航行信息。

9.根据权利要求6所述的信息服务方法，其特征在于：还包括以下步骤：主柜体的主控模块经交换模块、接口转换单元、扩展接口箱向执行机构下达控制指令，执行机构响应指令并执行动作。

10.一种计算机存储介质，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如权利要求6至权利要求9中任意一项所述的信息服务方法。

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