一种基于模块化硬件的分布式信息互联控制台系统的制作方法

本发明涉及数字信息传输，具体为一种基于模块化硬件的分布式信息互联控制台系统。

背景技术：

1、指挥中心依托控制台作为调度多域数据的操作终端。为实现人机物理分离，业界常采用分布式信息互联组网，将核心主机集中部署于远端机房，前端通过以太网进行跨节点通信协作。此架构下的控制台多由模块化硬件构建，不依赖通用计算机的本地运算能力，依托专用的数字信号处理器和硬件逻辑资源直接收发并处理承载于网际协议的多媒体流与信令报文。

2、在现有的业务交互场景中，前端硬件节点主要通过建立标准组播树结构来接收远端主机的流媒体数据，并依赖常规的传输层协议将本地外设控制数据打包回传，以此支撑操作人员在物理隔离状态下完成多路信源调阅与跨机构业务协同。

3、然而，常规的网络通信机制并未充分结合底层硬件的实时运行状态。一方面，受网络抖动及各接收节点内部解码缓冲周期差异的影响，单纯依赖网络报文到达时间的组播分发机制难以扣除终端内部解码流水线时延，导致多节点协同拼接时容易出现画面撕裂以及控制响应与显示画面不一致的问题。另一方面，面对多席位向同一设备并发下发控制报文的场景，现有系统缺乏基于链路时延测算的报文仲裁机制，容易引发信令排队冲突与指令时序倒错；此外，常规表层路由策略难以结合访问控制令牌、物理渲染状态以及状态认证码进行信令准入校验，致使以太网传输链路中仍可能出现非法节点越权注入控制指令的风险。

4、因此，本发明提出一种基于模块化硬件的分布式信息互联控制台系统，来解决现有技术的不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于模块化硬件的分布式信息互联控制台系统，解决了分布式架构下多节点协同产生的视控时序不同步、并发信令冲突与越权控制问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于模块化硬件的分布式信息互联控制台系统，包括：

3、会话初始化模块，用于响应跨域协同请求生成跨域会话上下文，并提取与所述跨域会话上下文绑定的访问控制令牌；

4、流媒体发送模块，用于记录请求时间戳，根据所述访问控制令牌锁定控制信令接收通道，提取发送缓存队列内的首个完整关键帧作为同步基准帧；

5、流媒体接收模块，用于根据所述跨域会话上下文接入组播树，在显示消隐状态下缓冲流媒体视频数据至接收缓存区，基于所述同步基准帧解码生成垂直同步中断；

6、状态反馈模块，用于在所述垂直同步中断触发时结合所述访问控制令牌生成状态认证码，利用所述接收缓存区内排队帧数量计算解码流水线时延，输出包含渲染序列号、所述状态认证码与所述解码流水线时延的授权数据包；

7、信令仲裁模块，用于接收所述授权数据包并记录本地同步时间戳，根据所述状态认证码与所述渲染序列号核验目标解码节点的物理渲染输出状态，结合所述请求时间戳、所述本地同步时间戳与所述解码流水线时延计算净网络时延，基于所述净网络时延标定仲裁时间窗完成控制信令重组与注入。

8、优选的，所述会话初始化模块中，响应跨域协同请求生成跨域会话上下文，并提取与所述跨域会话上下文绑定的访问控制令牌的步骤包括：

9、读取本地硬件时钟时间戳与硬件设备识别码进行拼接并执行散列运算生成会话标识；

10、提取所述跨域协同请求中的目标操作设备信息，根据所述目标操作设备信息检索本地静态路由表获取源端编码节点标识以及源端编码节点组播地址；

11、生成随机字节序列作为所述访问控制令牌；

12、还包括：利用节点共享密钥对包含所述访问控制令牌和所述会话标识的数据字段进行对称加密得到加密封装数据字段，将所述加密封装数据字段与所述跨域会话上下文建立内存映射关联。

13、优选的，所述流媒体发送模块中，记录请求时间戳，根据所述访问控制令牌锁定控制信令接收通道的步骤包括：

14、读取实时时钟芯片的纳秒级时间计数值作为所述请求时间戳，将所述请求时间戳存储于状态标识区中；

15、将所述访问控制令牌作为特征匹配字段写入访问控制列表中；

16、接收控制数据包，提取所述控制数据包的网络传输协议头部扩展字段内的身份凭证数据，将所述身份凭证数据与所述访问控制列表进行比对，在比对一致时触发数据丢弃指令锁定所述控制信令接收通道。

17、优选的，所述流媒体发送模块中，提取发送缓存队列内的首个完整关键帧作为同步基准帧的步骤包括：

18、读取所述发送缓存队列中多媒体帧数据的媒体传输时间戳；

19、将所述媒体传输时间戳的数值与所述请求时间戳的数值进行大小比对运算，寻址定位所述媒体传输时间戳不早于所述请求时间戳且帧编码类型为帧内编码帧的首个多媒体帧数据作为所述同步基准帧；

20、还包括：提取所述同步基准帧的起始序列号、结束序列号以及媒体传输时间戳封装生成组播通知报文，并向源端编码节点组播地址发送所述组播通知报文。

21、优选的，所述流媒体接收模块中，根据所述跨域会话上下文接入组播树，在显示消隐状态下缓冲流媒体视频数据至接收缓存区的步骤包括：

22、提取所述跨域会话上下文中的源端编码节点组播地址，发送网际组管理协议加入报文建立组播映射，将接收到的所述流媒体视频数据推入所述接收缓存区；

23、向显示控制器下发寄存器控制指令切断主显存与物理输出接口的视频信号传输启动所述显示消隐状态；

24、还包括：在所述接收缓存区中寻址时间序列不早于所述同步基准帧时间属性的首个视频帧数据，提取所述首个视频帧数据的媒体传输时间戳重置数字信号处理器的内部时间计数器建立硬件解码时钟基准。

25、优选的，所述流媒体接收模块中，基于所述同步基准帧解码生成垂直同步中断的步骤包括：

26、校验确认所述同步基准帧的所有分片数据包完整驻留于所述接收缓存区内后，调用数字信号处理器对所述同步基准帧执行解码运算将像素矩阵数据翻转写入主显存；

27、在显示控制器将所述主显存中的像素矩阵数据扫描输出触发垂直同步信号电平跳变时，通过中断控制器捕获生成所述垂直同步中断；

28、还包括：在所述垂直同步中断触发后下发状态重置指令解除所述显示消隐状态，在控制信令注入未授权状态下，不向源端编码节点发送携带所述访问控制令牌的控制数据包。

29、优选的，所述状态反馈模块中，在所述垂直同步中断触发时结合所述访问控制令牌生成状态认证码的步骤包括：

30、在捕获到所述垂直同步中断时获取处于物理渲染状态的视频帧对应的显存物理地址，利用帧属性映射表根据所述显存物理地址查询实时传输协议起始序号作为所述渲染序列号；

31、将所述渲染序列号、所述跨域会话上下文中的会话标识以及所述访问控制令牌分别转换为二进制字段并执行位宽一致化处理；

32、将位宽一致化处理后的所述渲染序列号、所述会话标识以及所述访问控制令牌执行二进制异或运算，将异或运算结果输入安全散列算法生成单向散列摘要作为所述状态认证码。

33、优选的，所述状态反馈模块中，利用所述接收缓存区内排队帧数量计算解码流水线时延的步骤包括：

34、读取所述接收缓存区的写指针序号与读指针序号，计算所述写指针序号与所述读指针序号之间的差值确定为所述排队帧数量；

35、其中，当所述写指针序号小于所述读指针序号时，将所述写指针序号加上帧描述符队列容量后再减去所述读指针序号，得到所述排队帧数量；

36、提取根据显示刷新频率配置的芯片硬件基础帧周期；

37、将所述排队帧数量与所述芯片硬件基础帧周期输入硬件乘法器执行相乘运算得到所述解码流水线时延。

38、优选的，所述信令仲裁模块中，结合所述请求时间戳、所述本地同步时间戳与所述解码流水线时延计算净网络时延的步骤包括：

39、将所述本地同步时间戳的绝对时间计数值减去所述请求时间戳的绝对时间计数值得到往返总时延；

40、将所述往返总时延减去所述解码流水线时延得到时延相减结果；

41、将所述时延相减结果与零值进行取最大值比对操作，将比对输出的最大值确定为所述净网络时延。

42、优选的，所述信令仲裁模块中，基于所述净网络时延标定仲裁时间窗完成控制信令重组与注入的步骤包括：

43、获取网络接口的端口协商速率匹配对应的网络抖动补偿系数，将所述网络抖动补偿系数与一半的所述净网络时延相乘得到乘积结果，将所述乘积结果叠加至预设的轮询基准时间窗常量上得到所述仲裁时间窗；

44、在每一个所述仲裁时间窗的轮询间隔内接收由授权控制节点标识集合内持有合法的所述访问控制令牌的节点发送的多节点控制数据包，提取所述多节点控制数据包内置的信令时间戳按照数值大小对控制信令进行排序；

45、针对绝对坐标类控制信令保留所述信令时间戳数值最大的控制信令，针对成对事件类控制信令按照原始事件发生序号进行顺序保留，利用通用串行总线人机接口设备协议将保留的控制信令进行数据转换注入源端设备。

46、本发明提供了一种基于模块化硬件的分布式信息互联控制台系统。具备以下有益效果：

47、1、本发明通过提取关键帧作为同步基准，结合垂直同步中断与排队帧数量计算解码流水线时延，以扣除目标解码节点内部缓冲造成的时延影响。在部署模块化硬件的组网环境中，系统利用硬件解码机制使独立传输的流媒体数据在终端侧完成时间基准对齐，从而缓解分布式多节点协同调取场景下信息互联控制台的画面撕裂问题。在核心节点集中存放以满足人机分离要求的通信架构中，该方式能够提高视音频组播长距离传输与显示输出的稳定性。

48、2、本发明通过核验终端物理渲染状态并计算净网络时延，基于净网络时延标定仲裁时间窗，以完成并发控制信令的去重、排序与重组。针对边界隔离的模块化硬件组网布局，该处理方式能够减少多个节点并发下发交互指令时产生的信令排队冲突和指令时序倒错，支撑分布式路由节点协同前端信息互联控制台执行信号跨域抓取与推送，并在简化末端线路布局的同时维持并发数据调用的连续性。

49、3、本发明通过响应跨域协同请求构建会话上下文，并生成访问控制令牌，将访问控制令牌作为特征匹配字段动态写入访问控制列表，以锁定控制信令接收通道；同时结合状态认证码对目标解码节点的物理渲染输出状态进行核验。该方式能够跨越物理网段建立受控的组播映射关系，并在模块化硬件传输链路中阻断未授权控制报文向源端设备转发。当多层级用户在分布式网络拓扑内执行资源调度时，该系统能够为前端信息互联控制台提供基于访问控制令牌和状态认证码的控制准入机制，从而形成权限受控的统一通信链路。