CN111669213A - 一种卫星通信资源的动态管控系统体系架构和管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星通信资源的动态管控系统体系架构和管控方法，该系统的体系架构包括三层硬件架构和四层功能架构，该架构通过资源实现监视管理、面向任务匹配的网络规划与资源分配、需求更新的动态资源调配等手段，实现了卫星资源的可视、可控和动态高效分配。本发明解决了传统卫星通信系统中存在的网络开通时间长、资源使用过程缺少有效管控手段等问题，本发明的优点是，可以面向任务申请进行快速的资源分配和在任务执行过程中根据需求变化进行动态资源调配，可以实时监视卫星通信资源使用情况从而对空闲资源进行快速回收和重分配，大大缩短了网络规划和资源分配时间。

Description

一种卫星通信资源的动态管控系统体系架构和管控方法

技术领域

本发明涉及卫星通信系统技术领域，尤其涉及一种卫星通信资源管理系统。

背景技术

卫星通信资源是由功率、波束、频率、时隙等构成的多维资源，各类资源之间既关系密切，又相互制约。每一次资源分配，不仅需要考虑任务需求所需调用的多个波束资源情况，还需要统筹卫星的整体资源和任务地球站设备资源占用情况进行分配，分配算法复杂，难度较大。任务执行过程中的需求变化，或者高优先级任务申请，都需要对已分配的卫星资源进行动态调整，不能导致执行中任务的通信保障中断。有的已分配资源可能长时间被闲置，造成卫星通信资源的浪费，需要通过对全部资源的实时监视和分析，实现对空闲资源的快速回收和重分配，并且对碎片资源进行合理利用。这些都对卫星通信资源的动态管理和高效控制提出了很高的要求，这个问题也一直是卫星通信系统设计的难点。尤其是在多星、多网、多体制等复杂条件下，面向多个并发通信保障任务的卫星通信资源动态管控系统是一个在异构管理环境下，涉及组织应用、网络管理、设备管理等宏观管理功能与微观管理功能并存的多点多层次分布的复杂管理问题。

科学合理、实时高效的卫星通信资源配置和管理，是提高卫星通信系统资源利用率、缩短任务资源分配时间、降低多星多波束系统干扰的有效手段，可以达到有效利用系统资源和最大限度满足各种应用所需要的服务质量的目的，可以为实现卫星资源的可视、可控和动态高效分配，为卫星资源统一管控、任务生命周期流程化管理和网系快速开通提供重要支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种可对卫星通信资源进行动态管控的系统体系架构和管控方法，从而提高卫星通信资源的利用率。

本发明提出的一种卫星通信资源的动态管控系统体系架构，主要包括：

系统由三级管理架构组成，一级管控设备由配置于中心管理卫星地球站的两套卫星通信资源动态管控中心设备组成，包括主份、备份各一套，二级管控设备由若干个配置于固定的区域管理卫星地球站的卫星通信资源区域管控设备组成，三级管控设备由若干个配置于车载任务管理卫星地球站的卫星通信资源任务管控设备组成，三级管控设备之间通过中心管理卫星地球站、区域管理卫星地球站、任务管理地球站之间的卫星通信信道进行信息连通；

卫星通信资源动态管控中心设备由加载了资源动态管控中心软件的资源动态管控中心服务器和资源管控接口设备、载波监视设备组成，卫星通信资源区域管控设备由加载了区域资源动态管控软件的区域动态管控服务器和区域资源管控接口设备、区域载波监视设备组成，卫星通信资源任务管控设备由加载了任务资源动态管控软件的车载资源管控设备和车载载波监视设备组成；

资源动态管控中心软件和区域资源动态管控软件的功能结构相同，均包括应用服务层、核心服务层和数据服务层，应用服务层由包括任务管理、任务规划、资源分配、资源监视在内的功能模块组成，提供用户操作、监视和信息发布界面；核心服务层提供支持包括任务创建、任务规划、资源分配、资源监视在内的应用服务的核心服务功能；数据服务层提供针对卫星通信资源、站型设备数据、任务需求、网络规划预案、资源分配预案、任务保障评估信息的统一数据访问服务；任务资源动态管控软件的功能包括任务需求上报、站型设备数据上报、任务载波监视功能；

资源管控接口设备由业务测控设备适配器、载波监视设备适配器、决策支持设备适配器和网控中心接口适配器组成，通过接口协议提供与业务测控设备、载波监视设备和决策支持设备的接口适配服务，通过软总线与卫星通信网控中心设备交互信息；区域资源管控接口设备由区域业务测控设备适配器、区域载波监视设备适配器、区域决策支持设备适配器和区域网控接口适配器组成，通过接口协议提供与区域业务测控设备、区域载波监视设备和区域决策支持设备的接口适配服务，通过软总线与卫星通信区域网控设备交互信息；

载波监视设备完成对全系统卫星通信资源范围的星上载波进行实时监视和分析，区域载波监视设备完成对分配给区域管理站的卫星通信资源进行星上载波实时监视和分析，车载载波监视设备完成对任务分配的卫星通信资源进行星上载波实时监视和分析。

在本发明提出的卫星通信资源动态管控系统体系架构中，所述的核心服务层提供支持包括任务创建、任务规划、资源分配、资源监视在内应用服务的核心服务功能，具体包括：

需求分析、任务创建、任务监视、任务撤消、任务评估五个软件模块共同完成任务管理所需的核心功能服务；

网络业务建模、网络资源规划、规划结果仿真、规划预案管理四个软件模块共同完成任务规划所需的核心功能服务；

资源质量评价、分配策略管理、分配算法管理、分配预案管理四个软件模块共同完成资源分配所需的核心功能服务；

载波监视、干扰识别、故障监视、资源呈现、资源调配五个软件模块共同完成资源监视所需的核心功能服务。

在本发明提出的卫星通信资源动态管控系统体系架构中，所述的数据服务层提供针对卫星通信资源、站型设备数据、任务需求、网络规划预案、资源分配预案、任务保障评估信息的统一数据访问服务，具体是指，数据服务层由卫星通信资源库、站型设备资源库、任务需求库、网络规划预案库、资源分配预案库和任务保障评估库共六个信息库组成，这些信息库采用统一的数据访问服务模式，支持核心服务层通过事件服务总线进行信息交互。

本发明还给出了一种所述的卫星通信资源动态管控系统体系架构，来实现面向任务卫星通信资源的动态管控方法，具体包括：

一级管控设备或二级管控设备使用载波监视设备或区域载波监视设备，分别实时监视分配给二级管控设备或三级管控设备的卫星通信资源的使用情况，一旦发现资源长时间空闲，则快速将资源收回并重新分配给申请资源的其他任务；

一级管控设备通过与业务测控设备的信息交互，完成对包括波束指向、转发器增益在内的卫星通信资源参数的配置，并根据任务通信需求变化，快速进行参数调整，从而确保通信任务保障质量；

一级管控设备或二级管控设备通过与决策支持设备的信息交互，实现面向任务的网络规划和资源分配，能根据任务需求变化对网络规划和资源分配进行动态更新调整；

一级管控设备或二级管控设备可以通过查找任务需求库和站型设备数据库的匹配数据，对网络规划预案库、资源分配预案库进行快速查询，形成新的资源分配方案。

本发明的优点在于：

(1)可以面向任务申请进行快速的资源分配，并且在任务执行过程中可根据任务需求变化进行动态资源调配；

(2)可以实时监视已分配的卫星通信资源使用情况，一旦发现资源长时间空闲，可以快速将资源收回并重新分配给申请资源的其他任务；

(3)通过建立任务需求库、站型设备库、网络规划预案库和资源分配预案库，并在任务申请时进行匹配查询，可以大大缩短网络规划和资源分配的时间，提高资源管控的科学性。

附图说明

图1所示为本发明中卫星通信资源动态管控系统组成示意图；

图2所示为本发明中卫星通信资源动态管控中心软件功能结构图；

图3所示为本发明中资源管控接口设备组成示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种卫星通信资源动态管控系统体系架构，系统由三级管理架构组成，一级管控设备由配置于中心管理卫星地球站的两套卫星通信资源动态管控中心设备组成，包括主份、备份各一套，二级管控设备由若干个配置于固定的区域管理卫星地球站的卫星通信资源区域管控设备组成，三级管控设备由若干个配置于车载任务管理卫星地球站的卫星通信资源任务管控设备组成，三级管控设备之间通过中心管理卫星地球站、区域管理卫星地球站、任务管理地球站之间的卫星通信信道进行信息连通；

卫星通信资源动态管控中心设备由加载了资源动态管控中心软件的资源动态管控中心服务器和资源管控接口设备、载波监视设备组成，卫星通信资源区域管控设备由加载了区域资源动态管控软件的区域动态管控服务器和区域资源管控接口设备、区域载波监视设备组成，卫星通信资源任务管控设备由加载了任务资源动态管控软件的车载资源管控设备和车载载波监视设备组成；

资源动态管控中心软件和区域资源动态管控软件的功能结构相同，均包括应用服务层、核心服务层和数据服务层，如图2所示，应用服务层由包括任务管理、任务规划、资源分配、资源监视在内的功能模块组成，提供用户操作、监视和信息发布界面；核心服务层提供支持包括任务创建、任务规划、资源分配、资源监视在内的应用服务的核心服务功能；数据服务层提供针对卫星通信资源、站型设备数据、任务需求、网络规划预案、资源分配预案、任务保障评估信息的统一数据访问服务；任务资源动态管控软件的功能包括任务需求上报、站型设备数据上报、任务载波监视功能；

资源管控接口设备由业务测控设备适配器、载波监视设备适配器、决策支持设备适配器和网控中心接口适配器组成，如图3所示，通过接口协议提供与业务测控设备、载波监视设备和决策支持设备的接口适配服务，通过软总线与卫星通信网控中心设备交互信息；区域资源管控接口设备由区域业务测控设备适配器、区域载波监视设备适配器、区域决策支持设备适配器和区域网控接口适配器组成，通过接口协议提供与区域业务测控设备、区域载波监视设备和区域决策支持设备的接口适配服务，通过软总线与卫星通信区域网控设备交互信息；

载波监视设备完成对全系统卫星通信资源范围的星上载波进行实时监视和分析，区域载波监视设备完成对分配给区域管理站的卫星通信资源进行星上载波实时监视和分析，车载载波监视设备完成对任务分配的卫星通信资源进行星上载波实时监视和分析。

本发明所提出的卫星通信资源动态管控系统体系架构中，应用服务层由任务管理、任务规划、资源分配、资源监视功能模块组成，具体包括：

任务管理模块首先需要使用形式化语言对执行任务所需的卫星通信资源保障需求进行准确描述，需求信息包括任务等级、任务区域、参加保障任务的卫星地球站种类、通信业务类型、业务速率和业务频度等，然后需要通过与网控中心进行交互，根据通信保障过程中反馈的信息，对任务执行情况和资源使用状况进行实时监视、评估，最后需要在通信保障任务结束或中止后进行资源回收，并根据积累的通信保障记录，对通信保障过程进行评估，并将评估结果反馈给任务规划模块；

任务规划模块需要依据通信需求和资源分配策略，采用资源规划算法计算通信任务所需的卫星频率和功率资源需求，同时还需要根据通信需求选取适用的卫星通信体制，选用能够覆盖任务区域的卫星波束，并明确选定通信体制下对通信能力有影响的关键参数；

资源分配模块需要从任务规划所得出的资源需求出发，基于现有可用卫星资源和使用状态，结合保障任务等级和资源分配策略，采用适当的资源分配算法生成可行的卫星资源分配方案；

资源监视模块需要根据载波监视信息和数据库信息进行干扰识别、资源呈现和违规监视，并通过与网控中心的信息交互，进行故障监视、资源调配。

本发明所提出的卫星通信资源动态管控系统体系架构中，核心服务层提供支持包括任务创建、任务规划、资源分配、资源监视在内应用服务的核心服务功能，需求分析、任务创建、任务监视、任务撤消、任务评估五个软件模块共同完成任务管理所需的核心功能服务；网络业务建模、网络资源规划、规划结果仿真、规划预案管理四个软件模块共同完成任务规划所需的核心功能服务；资源质量评价、分配策略管理、分配算法管理、分配预案管理四个软件模块共同完成资源分配所需的核心功能服务；载波监视、干扰识别、故障监视、资源呈现、资源调配五个软件模块共同完成资源监视所需的核心功能服务。

本发明所提出的卫星通信资源的动态管控系统体系架构中，数据服务层提供针对卫星通信资源、站型设备数据、任务需求、网络规划预案、资源分配预案、任务保障评估信息的统一数据访问服务，具体包括：

数据服务层由卫星通信资源库、站型设备资源库、任务需求库、网络规划预案库、资源分配预案库和任务保障评估库共六个信息库组成，这些信息库采用统一的数据访问服务模式，支持核心服务层通过事件服务总线进行信息交互。

本发明所提出的体系架构可以面向任务实现对卫星通信资源的动态管控，具体包括：

一级管控设备或二级管控设备使用载波监视设备或区域载波监视设备，分别实时监视分配给二级管控设备或三级管控设备的卫星通信资源的使用情况，一旦发现资源长时间空闲，则快速将资源收回并重新分配给申请资源的其他任务；

一级管控设备通过与业务测控设备的信息交互，完成对包括波束指向、转发器增益在内的卫星通信资源参数的配置，并根据任务通信需求变化，快速进行参数调整，从而确保通信任务保障质量；

一级管控设备或二级管控设备通过与决策支持设备的信息交互，实现面向任务的网络规划和资源分配，能根据任务需求变化对网络规划和资源分配进行动态更新调整；

一级管控设备或二级管控设备可以通过查找任务需求库和站型设备数据库的匹配数据，对网络规划预案库、资源分配预案库进行快速查询，形成新的资源分配方案。

Claims (4)

1.一种卫星通信资源动态管控系统体系架构，其特征在于：

系统由三级管理架构组成，一级管控设备由配置于中心管理卫星地球站的两套卫星通信资源动态管控中心设备组成，包括主份、备份各一套，二级管控设备由若干个配置于固定的区域管理卫星地球站的卫星通信资源区域管控设备组成，三级管控设备由若干个配置于车载任务管理卫星地球站的卫星通信资源任务管控设备组成，三级管控设备之间通过中心管理卫星地球站、区域管理卫星地球站、任务管理地球站之间的卫星通信信道进行信息连通；

卫星通信资源动态管控中心设备由加载了资源动态管控中心软件的资源动态管控中心服务器和资源管控接口设备、载波监视设备组成，卫星通信资源区域管控设备由加载了区域资源动态管控软件的区域动态管控服务器和区域资源管控接口设备、区域载波监视设备组成，卫星通信资源任务管控设备由加载了任务资源动态管控软件的车载资源管控设备和车载载波监视设备组成；

资源动态管控中心软件和区域资源动态管控软件的功能结构相同，均包括应用服务层、核心服务层和数据服务层，应用服务层由包括任务管理、任务规划、资源分配、资源监视在内的功能模块组成，提供用户操作、监视和信息发布界面；核心服务层提供支持包括任务创建、任务规划、资源分配、资源监视在内的应用服务的核心服务功能；数据服务层提供针对卫星通信资源、站型设备数据、任务需求、网络规划预案、资源分配预案、任务保障评估信息的统一数据访问服务；任务资源动态管控软件的功能包括任务需求上报、站型设备数据上报、任务载波监视功能；

资源管控接口设备由业务测控设备适配器、载波监视设备适配器、决策支持设备适配器和网控中心接口适配器组成，通过接口协议提供与业务测控设备、载波监视设备和决策支持设备的接口适配服务，通过软总线与卫星通信网控中心设备交互信息；区域资源管控接口设备由区域业务测控设备适配器、区域载波监视设备适配器、区域决策支持设备适配器和区域网控接口适配器组成，通过接口协议提供与区域业务测控设备、区域载波监视设备和区域决策支持设备的接口适配服务，通过软总线与卫星通信区域网控设备交互信息；

载波监视设备完成对全系统卫星通信资源范围的星上载波进行实时监视和分析，区域载波监视设备完成对分配给区域管理站的卫星通信资源进行星上载波实时监视和分析，车载载波监视设备完成对任务分配的卫星通信资源进行星上载波实时监视和分析。

2.如权利要求1所述的卫星通信资源动态管控系统体系架构，其特征在于：所述的核心服务层提供支持包括任务创建、任务规划、资源分配、资源监视在内应用服务的核心服务功能，

需求分析、任务创建、任务监视、任务撤消、任务评估五个软件模块共同完成任务管理所需的核心功能服务；

网络业务建模、网络资源规划、规划结果仿真、规划预案管理四个软件模块共同完成任务规划所需的核心功能服务；

资源质量评价、分配策略管理、分配算法管理、分配预案管理四个软件模块共同完成资源分配所需的核心功能服务；

载波监视、干扰识别、故障监视、资源呈现、资源调配五个软件模块共同完成资源监视所需的核心功能服务。

3.如权利要求1所述的卫星通信资源动态管控系统体系架构，其特征在于：所述的数据服务层提供针对卫星通信资源、站型设备数据、任务需求、网络规划预案、资源分配预案、任务保障评估信息的统一数据访问服务，

数据服务层由卫星通信资源库、站型设备资源库、任务需求库、网络规划预案库、资源分配预案库和任务保障评估库共六个信息库组成，这些信息库采用统一的数据访问服务模式，支持核心服务层通过事件服务总线进行信息交互。

4.一种利用权利要求1所述的卫星通信资源动态管控系统体系架构，来实现面向任务卫星通信资源的动态管控方法，其特征在于，包括：

一级管控设备或二级管控设备使用载波监视设备或区域载波监视设备，分别实时监视分配给二级管控设备或三级管控设备的卫星通信资源的使用情况，一旦发现资源长时间空闲，则快速将资源收回并重新分配给申请资源的其他任务；

一级管控设备通过与业务测控设备的信息交互，完成对包括波束指向、转发器增益在内的卫星通信资源参数的配置，并根据任务通信需求变化，快速进行参数调整，从而确保通信任务保障质量；

一级管控设备或二级管控设备通过与决策支持设备的信息交互，实现面向任务的网络规划和资源分配，能根据任务需求变化对网络规划和资源分配进行动态更新调整；

一级管控设备或二级管控设备可以通过查找任务需求库和站型设备数据库的匹配数据，对网络规划预案库、资源分配预案库进行快速查询，形成新的资源分配方案。

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