CN109150851A - 一种多卫星测控数据并行处理设备及方法 - Google Patents

一种多卫星测控数据并行处理设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多卫星测控数据并行处理设备及方法，属于卫星数据处理技术领域，解决了现有单个测控数据处理设备只能处理一个测控处理任务及资源占用比较高的问题。包括：通信模块，接收中心站发送的所有测控任务的测控数据，并对上述数据进行过滤，将本设备支持的数据按照卫星任务并行进行合法性检查，将合法的数据传输给数据协议处理模块；将数据协议处理模块处理后的数据发送到指定IP地址；数据协议处理模块，对接收到的数据并行进行数据协议处理，并将处理后的数据传输给通信模块。该设备功耗低、空间占用小，通过模块划分，在单个设备中并行完成多个任务的数据过滤和协议处理，在满足处理实时性的基础上，有效较低了设备的资源占用比。

Description

一种多卫星测控数据并行处理设备及方法
技术领域
本发明涉及卫星数据处理技术领域，尤其涉及一种多卫星测控数据并行处理设备及方法。
背景技术
卫星测控系统用于对航天器(卫星、飞船和其它航天器)进行跟踪、测量和控制的系统；主要包括遥控系统和遥测系统两种系统，遥控系统用于完成航天器的姿态、轨道和有效载荷部件的控制，遥测系统用于传递航天器内部工作状态和飞行参数。测控数据处理通常采用中心站处理方式，同一中心同时处理的测控任务一般为几十至几百个。遥控数据具有突发性，遥测数据具有周期性，遥控、遥测数据都具有实时性要求，处理时延要求为不大于50ms或不大于100ms，且具有先进先出的要求。不同飞行器测控数据格式和处理协议要求不同。单个任务需要处理的遥控的和遥测数据量分别为2000bit/s～1Mbit/s和4096bit/s～1Mbit/s。
测控数据的处理由测控数据处理设备(实现星地测控链路上行遥控信息解析处理、下行遥测信息解析处理的设备)完成，同一个任务的遥控和遥测数据处理通常在一台测控数据处理设备中完成。中心站集中处理各任务的测控数据，通过网络组播方式调用测控数据处理设备，测控数据处理设备完成处理后通过网络组播方式将数据发送出去。为保证测控数据处理的长期稳定可靠，测控数据处理设备通常采用双机热备工作方式。因为测控数据的组播发送方式，测控数据处理设备需从大量测控任务数据中过滤出需要处理的数据，对设备的网络接收性能有较高要求。
目前，测控数据处理设备一般采用工控机的方式，单任务独立设备集中部署方式完成多任务测控数据处理任务，这种方式需占用大量机房空间，能耗较大。另外，出现了小型嵌入式设备，通过两台热备的小型嵌入式设备可完成一个测控数据处理任务，采用10台设备一组的集中的部署方式，这种方式空间占用和能耗都有所减少，但是一个设备仍然只能处理一个测控处理任务，且资源占用比(空间任务比与功耗任务比的乘积)依旧较高。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种多卫星测控数据并行处理设备及方法，用以解决现有单个测控数据处理设备只能处理一个测控处理任务及资源占用比较高的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，提供了一种多卫星测控数据并行处理设备，包括：通信模块、数据协议处理模块；
所述通信模块，接收中心站发送的所有测控任务的测控数据，并对上述数据进行过滤，将本设备支持的数据按照卫星任务并行进行合法性检查，将合法的数据传输给数据协议处理模块；同时将数据协议处理模块处理后的数据发送到指定IP地址；
所述数据协议处理模块，对接收到的合法数据并行进行数据协议处理，并将处理后的数据传输给所述通信模块；所述数据协议处理模块存储多套测控数据协议所需的协议参数，同时进行多套测控数据协议处理。
本发明有益效果如下：本发明设备功耗低、空间占用小，通过模块划分，在单个设备中并行完成多个任务的数据过滤和协议处理，提高了数据处理的效率，实现测控数据的实时更新处理，在满足处理实时性的基础上，有效较低了设备的资源占用比。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步，所述通信模块，包括：数据收发单元、队列生成单元、规则检查单元；
所述数据收发单元用于：接收和发送测控数据；
所述队列生成单元，对上述接收的测控数据进行过滤，将本设备支持处理的卫星测控数据，按照卫星分为N个队列；
所述规则检查单元，分为N个规则检查子单元，所述检查子单元与上述N个队列一一对应；所述规则检查子单元并行对对应队列中的测控数据进行合法性检查，并将检查合格的数据发送给数据协议处理模块。
进一步，所述数据协议处理模块，包括：指令解析单元、协议处理单元、协议参数存储单元；
所述指令解析单元，对通信模块传递来的数据进行解析，辨别出指令，并根据指令进行协议查看或协议解析处理；
所述协议参数存储单元，用于存储M套测控数据协议所需的协议参数，每套测控数据协议用于处理同一卫星的测控数据；
所述协议处理单元，包括N个协议处理子单元，每个子单元对上述规则检查子单元一一对应，所述子单元调用所述协议参数存储单元相应的协议参数，对所支持卫星的测控数据进行分析处理。
进一步，所述数据收发单元包括：
数据接收子单元，通过通信端口从一个或几个固定网络地址接收所有测控数据；
数据发送子单元，分为N个数据发送通道，每个通道与上述规则检查子单元一一对应，将数据协议处理模块处理后的该卫星任务的数据发送到局域网。
进一步，所述通信模块、数据协议处理模块分别设置在不同的板卡上，且两个板卡之间通过自高速总线相连。
另一方面，提供了一种多卫星测控数据并行处理方法，包括以下步骤：包括以下步骤：
单台设备接收多路测控数据，并对接收到的数据进行过滤；
对本设备支持的测控数据并行进行规则检查；
对上述规则检查合法的测控数据并行进行数据协议处理；
将数据协议处理后的数据发送到指定IP地址。
本发明有益效果如下：本方法在单个设备中并行完成多个任务的数据过滤和协议处理，提高了数据处理的效率，实现测控数据的实时更新处理，在满足处理实时性的基础上，有效较低了设备的资源占用比。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步，所述对接收到的数据进行过滤，包括：
根据测控数据帧中的卫星标识符滤除非本设备支持卫星任务的数据；
在设备内部为每一个卫星任务单独设立一个独立的数据队列；
将本设备支持的测控数据按卫星任务放入各自对应的数据队列。
进一步，所述进行规则检查，包括：
将设备中规则检查单元，按照卫星任务划分为各自对应的规则检查子单元；
每个卫星任务对应的规则检查子单元分别从各自对应的数据队列中获取本任务测控数据，进行规则检查。
进一步，所述并行进行数据协议处理，包括：
将设备中的协议处理单元，按照卫星任务划分为各自对应的协议处理子单元；
各协议处理子单元，根据接收到的测控数据，调用对应的协议参数进行协议解析处理。
进一步，所述将数据协议处理后的数据发送到指定IP地址，为将处理后的测控数据，通过卫星任务对应的发送通道，发送到指定的IP地址。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例中多卫星测控数据并行处理设备框图；
图2为本发明实施例中多卫星测控数据并行处理设备结构图；
图3为本发明实施例中多卫星测控数据并行处理方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种多卫星测控数据并行处理设备；包括：通信模块、数据协议处理模块；
通信模块，接收中心站发送的所有测控任务的测控数据，并对上述数据进行过滤，将本设备支持的数据按照卫星任务并行进行合法性检查，将合法的数据传输给数据协议处理模块；同时将数据协议处理模块处理后的数据发送到指定IP地址；
数据协议处理模块，对接收到的合法数据并行进行数据协议处理，并将处理后的数据传输给通信模块；数据协议处理模块存储多套测控数据协议所需的协议参数，同时进行多套测控数据协议处理。
与现有技术相比，本实施例提供的多卫星测控数据并行处理设备。根据测控任务特点，通过将数据处理业务划分为不同模块，采用一台设备并行完成多个测控处理任务，提高了数据处理的效率，实现测控数据的实时更新处理，在满足处理实时性的基础上，达到较低的资源任务比；与现有处理设备相比，本实施例设备极大提高了设备的任务密度，降低了任务的空间和功耗消耗，空间消耗比提升了10倍以上。
具体来说，通信模块：完成数据过滤、解析，完成多个任务测控数据的统一收发、解析。具体地，包括：数据收发单元、队列生成单元、规则检查单元；
数据收发单元用于：通过通信端口接收和发送测控数据；
队列生成单元，对上述接收的测控数据进行过滤，将本设备支持的处理的卫星测控数据，按照卫星分为N个队列(优选的，N取8—10)；
规则检查单元，分为N个规则检查子单元，所述检查子单元与上述N个队列一一对应；所述规则检查子单元对对应队列中的测控数据进行合法性检查，并将检查合格的数据发送给数据协议处理模块进行处理，发送方式可以为顺序输入或并行输入等多种方式。其中，合法性检查包括对数据的标识符、长度、数据类型、特征字段等数据信息进行检查；
需要说明的是，由于通信模块接收测控数据是一个或几个固定网络地址(如，中心站组播)发送的所有测控任务的测控数据；同时，通信模块发送测控数据需要按照具体任务分配的IP地址进行发送，因此，数据收发方式存在不同；本实施例将数据收发单元分为数据接收子单元和数据发送子单元，以便保证本设备与外部网络之间测控数据准确稳定的传输。
其中，数据接收子单元，通过通信端口从一个或几个固定网络地址接收所有测控数据；
数据发送子单元，分为N个数据发送通道，每个通道与上述规则检查子单元一一对应，将数据协议处理模块处理后的该卫星任务的数据发送到局域网(根据具体任务分配的IP地址)。
数据协议处理模块，完成计算密度高的数据协议处理；需存储多套测控数据协议所需的协议参数，同时具有较高处理性能，以满足同时支持多套测控数据协议处理的性能。具体包括：指令解析单元、协议处理单元、协议参数存储单元；
指令解析单元，对通信模块传递来的数据进行解析，辨别出指令，并根据指令进行协议查看或协议解析处理；
协议参数存储单元，包括M个协议参数存储子单元，用于存储N套测控数据协议所需的协议参数，每套测控数据协议存储在一个子单元中，用于处理同一卫星的测控数据；需要说明的是，M的取值不小于N的取值，即设备中存储有所有支持处理的卫星测控数据协议(M的值)，在实际接收测控处理的过程中，根据实际的数据所含卫星任务数量，进行划分协议处理单元(N的值)，并只需在M个协议中调取其中对应的N个协议进行并行进行协议处理即可。
协议处理单元，包括N个协议处理子单元，每个子单元对上述规则检查子单元一一对应，该子单元调用所述协议参数存储单元相应的协议参数，对所支持卫星的测控数据进行分析处理。
需要说明的是，为了满足高密度运算的要求，本设备处理器选用高性能处理器(优选的，频率五百兆以上)。另外，为了进一步提高运算性能，设备中两个模块采用单板式设计，分别采用两个不同的处理器，设置在两块不同的板卡上，利用两个高性能处理器达到N个测控任务的测控数据处理，(N与处理器的性能相关，优选的8—10个)，且两个模块之间采用高速总线相连，保证大量数据传输的实时性，另外，本设备采用长方体结构，实现设备的小型化和低功耗。
优选的，本设备并行同时处理设备的数量设为8个，且设备体积保持和已有的小型嵌入式设备一致，功耗增加到20W。性能提升后的10台本实施例设备组合后占用19英寸机柜4U高度，同时支持40个测控处理任务，总功耗200W。计算可得，本实施例的测控数据处理设备空间任务比为0.1U/任务，功耗任务为5W/任务，资源占用比为0.5(U·W/任务数2)。
对应的，现有的典型工控机的占用通用19英寸机柜2U高的空间，空间任务比(占用机柜高度与任务数量比值)为4U/任务，功耗任务比(耗费功耗与任务数量比值)为2*40W。定义资源占用比为空间任务比*功耗任务比，则资源占用比为320(U·W/任务数2)。
现有采用小型嵌入式设备，每10台设备进行组合，占用19英寸机柜中占用4U高度空间，可同时支持5个测控处理任务，总功耗100W。计算可得，嵌入式测控数据处理设备的空间任务比为0.8U/任务，功耗任务比为20W/任务，资源占用比为16(U·W/任务数2)。
可见，本实施例中的测控数据处理设备极大提高了设备的任务密度，降低了任务的空间和功耗消耗，资源占用比降低了10倍以上。
本发明的另一个具体实施例，公开了一种多卫星测控数据并行处理方法，通过上述实施例中的设备，实现多卫星测控数据的并行处理，包括以下步骤：
步骤S1、单台设备接收多路测控数据，并对接收到的数据进行过滤；
步骤S2、对本设备支持的的测控数据并行进行规则检查；
步骤S3、对上述规则检查合法的测控数据并行进行数据协议处理；
步骤S4、将数据协议处理后的数据发送到指定IP地址。
与现有技术相比，本实施例提供的多卫星测控数据并行处理方法。根据测控任务特点，通过将数据处理业务划分为不同模块，采用一台设备并行完成多个测控处理任务，提高了数据处理的效率，实现测控数据的实时更新处理，在满足处理实时性的基础上，达到较低的资源任务比；与现有处理设备相比，本实施例设备极大提高了设备的任务密度，降低了任务的空间和功耗消耗，空间消耗比提升了10倍以上。
具体来说，在步骤S1中，为了实现并行的数据处理，对接收到的数据进行分类排列，在设备内部为每一个卫星任务单独设立一个独立的数据队列；队列的数量与并行处理的卫星任务数相同；
通过统一的数据接收单元从一个或几个固定网络地址接收数据，然后根据数据帧中的卫星标识符滤除非本设备支持卫星任务的数据，将本设备支持的卫星测控数据按卫星放入各自对应的数据队列；
在步骤S2中，进行规则检查，将设备中规则检查单元，按照卫星任务划分为各自对应的规则检查子单元；
每个卫星任务对应的规则检查子单元分别从各自对应的数据队列中获取本任务测控数据，进行规则检查。
在步骤S3中，并行进行数据协议处理，包括：
将设备中的协议处理单元，按照卫星任务划分为各自对应的协议处理子单元；
各协议处理子单元，根据接收到的测控数据，调用对应的协议参数进行协议解析处理。
在步骤S4中，数据协议处理后的数据发送到指定IP地址，为将处理后的测控数据，通过卫星任务对应的发送通道，发送到指定的IP地址。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多卫星测控数据并行处理设备，其特征在于，包括：通信模块、数据协议处理模块；
所述通信模块，接收中心站发送的所有测控任务的测控数据，并对上述数据进行过滤，将本设备支持的数据按照卫星任务并行进行合法性检查，将合法的数据传输给数据协议处理模块；同时将数据协议处理模块处理后的数据发送到指定IP地址；
所述数据协议处理模块，对接收到的合法数据并行进行数据协议处理，并将处理后的数据传输给所述通信模块；所述数据协议处理模块存储多套测控数据协议所需的协议参数，同时进行多套测控数据协议处理。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述通信模块，包括：数据收发单元、队列生成单元、规则检查单元；
所述数据收发单元，用于接收和发送测控数据；
所述队列生成单元，对上述接收的测控数据进行过滤，将本设备支持处理的卫星测控数据，按照卫星分为N个队列；
所述规则检查单元，分为N个规则检查子单元，所述检查子单元与上述N个队列一一对应；所述规则检查子单元并行对对应队列中的测控数据进行合法性检查，并将检查合格的数据发送给数据协议处理模块。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述数据协议处理模块，包括：指令解析单元、协议处理单元、协议参数存储单元；
所述指令解析单元，对通信模块传递来的数据进行解析，辨别出指令，并根据指令进行协议查看或协议解析处理；
所述协议参数存储单元，用于存储M套测控数据协议所需的协议参数，每套测控数据协议用于处理同一卫星的测控数据；
所述协议处理单元，包括N个协议处理子单元，每个子单元与上述规则检查子单元一一对应，所述子单元调用所述协议参数存储单元相应的协议参数，对所支持卫星的测控数据进行分析处理。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述数据收发单元包括：
数据接收子单元，通过通信端口从一个或几个固定网络地址接收所有测控数据；
数据发送子单元，分为N个数据发送通道，每个通道与上述规则检查子单元一一对应，将数据协议处理模块处理后的该卫星任务的数据发送到局域网。
5.根据权利要求1-4之一所述的设备，其特征在于，所述通信模块、数据协议处理模块分别设置在不同的板卡上，且两个板卡之间通过高速总线相连。
6.一种多卫星测控数据并行处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
单台设备接收多路测控数据，并对接收到的数据进行过滤；
对本设备支持的测控数据并行进行规则检查；
对上述规则检查合法的测控数据并行进行数据协议处理；
将数据协议处理后的数据发送到指定IP地址。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对接收到的数据进行过滤，包括：
根据测控数据帧中的卫星标识符滤除非本设备支持卫星任务的数据；
在设备内部为每一个卫星任务单独设立一个独立的数据队列；
将本设备支持的测控数据按卫星任务放入各自对应的数据队列。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述并行进行规则检查，包括：
将设备中规则检查单元按照卫星任务划分为各自对应的规则检查子单元；
每个卫星任务对应的规则检查子单元分别从各自对应的数据队列中获取本任务测控数据，进行规则检查。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述并行进行数据协议处理，包括：
将设备中的协议处理单元，按照卫星任务划分为各自对应的协议处理子单元；
各协议处理子单元根据接收到的测控数据，调用对应的协议参数进行协议解析处理。
10.根据权利要求6-9之一所述的方法，其特征在于，所述将数据协议处理后的数据发送到指定IP地址，为将处理后的测控数据，通过卫星任务对应的发送通道，发送到指定的IP地址。
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