一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统及方法与流程

本发明涉及航空障碍灯控制，具体涉及一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统及方法。

背景技术：

1、航空障碍灯是标识高层建筑、输电铁塔、烟囱、通信塔等高耸障碍物的重要助航设备；随着城市超高建筑增多及低空领域逐步开放，多盏障碍灯必须实现同步闪烁以形成统一警示信号；现有技术主流采用固定主从架构：预设一盏主控灯统一发出同步指令，其余联闪灯接收后同步闪烁；该方案结构简单、应用广泛，但现有固定主从架构在实际运行中仍存在以下技术缺陷：

2、一、单点故障导致系统瘫痪，主控灯与物理节点固定绑定，一旦主控灯因雷击、电源故障等离线，所有从节点均无法工作；例如，主控灯遭雷击损坏后，其余从节点全部无法工作，民航部门发出限期整改通知；

3、二、缺乏自动故障恢复能力，主控灯故障后需人工登高维修，响应周期长、安全隐患大；例如，主控灯损坏后需人工登高维修，恢复周期长，期间该航道无任何航空警示；

4、三、主控选任静态化且无动态优化，主控灯由安装时预设，无法根据信号强度、健康度等择优切换；故障节点恢复后也无合理处理逻辑；例如，信号最弱的一盏灯因标识符最小被固定为主控，导致周边多盏副灯频繁失步。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统及方法，通过分布式集群架构实现虚拟主灯角色的动态解耦，通过心跳检测实现主灯故障的自动感知，通过分布式共识投票实现健康节点的自动选举与角色切换，并通过恢复节点强制降级实现故障恢复后的合理管理，以解决现有固定主从架构中主控灯物理节点固定绑定导致单点故障时系统整体瘫痪、主控灯故障后缺乏自动恢复能力需人工登高维修、以及主控选任静态化无法依据节点健康度动态优化选举的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本申请提供了一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，包括：

3、集群构建模块，用于将多个航空障碍灯节点组建为分布式集群，且各节点之间采用对等通信方式；

4、状态监测模块，用于各节点周期性广播心跳报文，接收其他节点广播的心跳报文，并实时监测各节点的在线状态与健康度评分，生成并维护集群成员状态表；所述集群成员状态表至少包含各节点的节点标识、当前角色标识、在线状态、健康度评分及节点重连探测状态；所述重连探测状态用于表示节点是否处于链路重连探测过程中；

5、虚拟主灯选举模块，用于读取所述集群成员状态表并筛选集群健康节点；若当前虚拟主灯出现工作状态异常，且集群不存在处于重连探测状态的节点时，基于分布式共识机制从所述集群健康节点内选举生成集群内唯一的虚拟主灯，所述虚拟主灯为下发同步闪烁指令的逻辑管控角色；其中，所述工作状态异常为当前虚拟主灯节点累计心跳缺失达到预设心跳阈值；

6、进一步的，本发明还提供了一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制，包括如下步骤：

7、s1、各节点上电启动后广播探测报文，探测并发现集群在线节点，建立双向对等通信链路以完成集群组网，并将所有节点的初始角色统一配置为从节点；

8、s2、集群组网完成后，各节点根据本地集群成员状态表确认集群内无有效虚拟主灯且无节点处于重连探测状态后，等待预设随机退避时间，通过节点间相互投票校验，在获得超过半数在线健康节点确认后，选举产生集群首个集群内唯一的虚拟主灯节点；

9、s3、集群运行过程中，各节点周期性广播心跳报文，并依据接收的心跳报文实时更新本地集群成员状态表；若当前虚拟主灯节点处于重连探测状态，则该节点的心跳缺失不计入失效次数；当累计心跳缺失次数达到预设心跳阈值时，判定当前虚拟主灯节点工作状态异常；

10、s4、当检测到当前虚拟主灯节点工作状态异常，且本地集群成员状态表中无节点处于重连探测状态时，等待随机退避计时器超时后发起选举投票请求；各节点依据在线状态、重连探测状态及健康度评分完成投票校验，获得超过半数在线健康节点投票确认后，将对应节点切换为新的虚拟主灯，并向集群全网广播选举结果；

11、s5、当选的虚拟主灯节点以本节点本地时钟作为集群同步时序基准生成同步时序基准信号，配置统一的闪烁模式参数，将携带同步时序基准信号与闪烁模式参数的同步闪烁指令广播至集群内所有从节点；各从节点接收到指令后，依据同步时序基准信号校准本地时钟，并按照闪烁模式参数执行灯光同步闪烁动作；

12、s6、当监测到原虚拟主灯节点恢复心跳广播、结束重连探测状态且稳定上线时，若集群当前存在有效虚拟主灯节点，则将该恢复节点锁定配置为从节点，且不触发新一轮集群选举；同时向全网广播节点角色变更通知，使其余节点更新本地集群成员状态表中对应节点的在线状态、角色标识及重连探测状态。

13、本发明的有益效果为：

14、本发明通过分布式集群架构将多个航空障碍灯节点组建为对等通信网络，虚拟主灯作为逻辑角色与物理节点动态解耦，配合心跳超时感知与自动选举，解决了固定主从架构中主控灯绑定导致单点瘫痪的问题，实现了主灯角色在健康节点间的动态迁移；

15、通过状态监测模块使各节点周期性广播心跳报文并实时监测健康度评分，当心跳缺失累计达到预设阈值时自动判定主灯异常并发起选举，解决了主控灯故障后缺乏自动恢复能力、需人工登高维修的问题，实现了主灯故障的自动感知与自动恢复；

16、通过健康度阈值筛选与投票裁决机制仅在健康节点中选举主灯，配合故障恢复节点强制降级为从节点，解决了主控灯静态选任无法动态择优、故障节点恢复后抢占主灯引发震荡的问题，实现了主灯选任的动态择优与恢复节点的合理管理。

1.一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述集群构建模块包括：

3.根据权利要求2所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述链路建立单元还包括：

4.根据权利要求1所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述状态监测模块包括：

5.根据权利要求1所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述虚拟主灯选举模块包括：

6.根据权利要求5所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述根据本节点本地存储的所述集群成员状态表对发起节点的健康度及在线状态进行校验，包括：

7.根据权利要求1所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述同步控制模块包括：

8.根据权利要求1所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述节点恢复模块，包括：

9.根据权利要求1所述的一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制系统，其特征在于，所述虚拟主灯选举模块还包括：

10.一种具有虚拟主灯自选举机制的航空障碍灯集群同步控制方法应用于权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：