CN112966906B - 航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，能够有效提高卫星地面测控站资源利用率。本发明通过下述技术方案实现：监控软件将数字化、信号处理及基带处理和存储功能分别构造资源池，建立流程化服务的绑定关系，将资源调度和资源分配的结果作为输入，基于任务驱动的动态资源调度客户服务；业务服务模块将服务进行粗粒度划分后，通过服务管理部署工具将各个服务组织在不同的服务器中，各个服务颗粒之间通过定义的接口进行通信，集中监控平台基于站内预先设置的资源重组策略，统一化定义资源调度策略，进行测控任务和设备资源的分配，完成全业务从任务准备‑任务执行‑任务结束的流程运行闭环和异常处置闭环。
Description
技术领域
本发明属于无线电测控技术领域，尤其涉及一种航天地面测控站资源池架构的集中监控平台。
背景技术
资源池作为一种能够高效整合各类资源的架构模式,已在地面无线接入中得到了较为广泛的应用。航天器地面测控站的主要任务是完成航天器的距离、速度和角度等外测数据的测量、以及遥控数据发送和遥测数据接收，并按约定的接口要求与中心完成相关业务数据交互。站内单套测控设备一般由天伺馈、发射、接收、基带、监控、时频、测试标校、数据交互等分系统组成，按照此架构，测控站往往按照“烟囱式”的建设模式组织实施。不同功能不同系列的卫星，地面站的运行管控自成体系，与所支持的卫星系统具有较强的耦合性，从而形成了如图3所示的“烟囱”林立的局面。即各套设备分别研制相应的分系统，备份天线、发射、接收等前端信道设备和基带等终端处理设备，并配置监控、时频、测试标校、数据交互等公用设备，以独立完成各自分配的测控任务。然而现有的监控平台设计，不能满足系统功能的在线升级和新设备的不停机接入。资源池架构是将不同功能的处理设备模块化、标准化、通用化，组成可以共用的“资源池”系统，通过统一的资源监控系统进行管理。当不同工作任务来时，资源监控系统经过资源评估后，对于空闲资源进行灵活调度快速重构以满足任务需求。当任务结束后，所有资源又被释放回“资源池”供下次使用。资源池架构地面站可简单分为射频前端子系统、数字化资源池、信号处理资源池、存储资源池等组成。射频前端子系统包括天伺馈、场放、功放、开关矩阵、信道设备等。数字化资源池采用统一硬件平台实现，用于完成数字模拟信号的转化。在目前的卫星通信领域中包括宽带数字化单元、窄带数字化单元。信号处理资源池采用统一硬件平台，通过万兆网与数字化子系统进行基带IQ数据交换，可根据任务需求加载不同基带波形或者波束形成软件，调制解调数据信息则通过IP交换网与数据中心进行交换。存储资源池用于协议解析、数据分发、数据存储等。总体上看，资源池式体系结构采用了设备集中共用的架构方式。资源池架构的卫星地面测控站系统除了具有原始烟囱式架构地面测控站的业务能力外，还具有很多新的突出优势：
（1）可开放性：系统软硬件架构具有良好的开放性，软硬件接口遵循标准化和规范化，能够基于标准模块构建硬件系统，能够借鉴现有成熟的商用组网技术，为构建开放性的地面站系统提供基础保障；
（2）可扩展性：增强了地面段的弹性(可缩放)和可扩展性，实现了软硬件接口标准化和规范化，能够借鉴现有成熟的商用组网技术，为构建开放性的地面站系统提供基础保障，能够根据应用需求逐步扩容建设，具备良好的向后兼容能力；
（3）可通用性：系统基本物理资源有较好的通用性，能够支撑多频段、多极化、多功能等不同应用领域的航天任务需求；
（4）可重构性：增强了系统的可重构性，系统的软硬件架构可根据常规任务规划和应急任务响应，通过动态重构部分计算和传输资源，临时进行资源组合完成任务执行。
资源池架构是目前新提出的技术概念，目前已成功应用于互联网、雷达监测、电子侦察等领域中。随着商业航天的快速发展,各类卫星星座项目的持续推进,航天器的商业应用日趋普及,航天器的在轨数量将会激增，在轨航天器数量将越来越多，规模越来越大，类型与应用模式越来越复杂，管控要求和难度大幅提升。相对于数量激增的在轨航天器，在轨航天器呈现出数量多、平台多、种类多，地面测运控系统将面临着数量不足、设备短缺的问题。传统单颗卫星的测运控任务，对多星的同时测运控支持、多星及星座在轨运行管理等，对地面测运控网络如何提供及时、有效、灵活的测运控服务提出了极高的要求，大大增加了航天测运控系统的负担和操作复杂性。,重点依靠资源投入和人力增加的测控模式,已经难以适应未来多星、多任务、多用户的测控服务的发展需要。随着航天事业的发展，测控设备的任务越来越繁重。基于设备本地操作监视的分散监控模式越来越不适应测控网高效运行的要求，迫切需要对测控设备进行远程集中监控，以提高测控网的运行管理能力。测控设备由不同的单位研制，采用不同的监控接口，使用不同的信息传输协议。即使同类型的设备，其监控元素定义也存在很大差异，因此，对测控设备实现统一的远程集中监控难度很大。
随着测控设备的增加，相应的远程监控客户端也要增加，远程监控客户端软件需要的运行环境存在差异，网管中心无法根据需要对设备远程监控信息元素进行裁减或扩充，无法实现对监控信息内容的定制，网管中心对其进行集中有效的管理和维护难度很大。软件开发过程重复，浪费人力、物力和财力。比如，传统的航天地面系统采用图3所示的现有烟囱式测控站资源池架，各套测控站单独建设，每套地面站包括独立的信道设备、开关矩阵、多功能数字基带、数据交互分系统、时频分系统、测试标校分系统、健康管理分系统、监控分系统，这种多套航天地面测控站，资源浪费严重。
发明内容
本发明目的在于解决上述技术问题，提供一种能够有效提高卫星地面测控站资源利用率的航天地面测控站资源池架构的集中监控平台。
为实现本发明的上述目的，一种航天地面测控站资源池架构的集中监控平台，包括客户服务、业务服务、基础服务和硬件支撑平台。其中，客户服务包括任务管理客户服务和资源管理客户服务。客户服务采用基于插件的软件架构，显示界面可定制，不同用户可定制不同的界面，软件可依据配置显示不同模式的任务执行情况。业务服务分为运维服务、任务管理服务、监控管理服务、标校测试服务和信息管理服务，每个业务服务由某个软件单元实现、并可被其它服务调用的可重用服务颗粒构成。业务服务基于任务需求和设备能力统一化定义下的资源调度策略，根据设备工作计划自主分配任务需求，进行测控任务和设备资源的分配，依据任务要求匹配定制流程，启动预定控制逻辑自动完成任务执行，实时检测异常事件，测控测距数据的接收、解析、分发、检测、重传，形成决策并开展故障处置，完成全业务从任务准备-任务执行-任务结束的流程运行闭环和成异常处置闭环；完成实现全自主数据处理流程闭环，当发生主备切换时，备服务从缓存中获取系统当前运行快照，并根据快照信息恢复运行状态，接替主服务继续执行，可实现主备无缝接入。基础服务包括通信服务、文件处理服务、日志服务、消息中间件以及数据库访问服务等，为系统功能服务提供底层软件支撑。基础服务封装了各分系统数据交互接口，利用高效可靠的传递机制进行平台无关的数据交互，实现了业务服务之间可靠的异步通信，降低了系统之间的耦合度，提高系统的扩展性和可用性。硬件支撑平台主要包括监控工作站计算机和系统监控计算机。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明通过服务发布部署的形式动态接入软件系统，将资源调度和资源分配的结果作为输入，预先重组基于站内预先设置的资源重组策略，依据测控任务需求形成设备组合；自主分配根据设备工作计划的任务需求、前端与终端设备的实际能力，自主进行测控任务和设备资源的分配。自动化运行建立面向服务的架构体系和流程化服务的绑定关系，实现系统资源分配与系统资源实、统资源分配与系统资源利用的分离。在不影响原系统工作的情况下，动态增加服务并挂载进原系统设备不停机接入。
本发明根据测控任务需求，完成站内设备资源调度、形成设备组合；设备方式由本控和远控配合完成资源调度，远控将测控任务需求分配到站内的前端设备，本控进一步完成终端设备的资源调配，形成设备组合。将服务进行粗粒度划分后，通过服务管理部署工具将各个服务组织在不同的服务器中，并设置每个服务的主备状态。既可以整体进行服务主备切换，同时也能对单个服务的主备进行切换。
本发明将每个所述服务颗粒均为1：1热备份方式运行在两台监控服务器上，当主服务发生异常时，可切换到备服务进行工作。在监控服务运行过程中，将任务运行状态（资源分配结果、任务运行节点、设备运行状态）实时保存在缓存（如Redis）中，当发生主备切换时，备服务从缓存中获取系统当前运行快照，并根据快照信息恢复运行状态，接替主服务继续执行，可实现主备无缝接入。当航天地面测控站进行设备扩展时，可单独启动设备监控服务来支持对新增设备的监控管理功能，不对已有的监控功能产生影响；当航天地面测控站进行任务扩展时，可重新编辑新的任务运行控制服务来支持对新的任务类型，不影响正在运行的任务；当集中监控平台的公共服务（计划管理、宏管理等功能）进行升级时，采用灰度发布的方法，平滑过渡，逐步升级。通过上述方式实现不停机接入功能。采用面向服务的监控体系结构，实现了新设备的不停机接入和系统功能的在线升级，并采用基于任务需求和设备能力统一化定义下的资源调度策略，明确了资源重组的具体实施方式、奠定了自动化运行的技术基础。
本发明采用远程版本管理系统分为配置管理服务端软件、配置管理客户端软件、配置管理中心端软件，配置管理服务端软件部署在测控站的一台服务器上，用于通过配置管理中心端，获取所有软件的最新版本，并对历次版本进行管理，可收集当前各软件的运行位置和运行版本上报配置管理中心端，并可接收中心端发起软件更新请求；配置管理客户端软件部署在每台软件运行计算机上，与服务端软件通讯，上报软件运行版本、软件运行情况。配置远程版本管理系统，统一对各软件的版本管理和升级进行控制。具备远程在线升级功能。
附图说明
图1是本发航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台示意图。
图2是本发航天器地面测控站资源池架构的集中监控部署示意图。
图3是现有烟囱式测控站资源池架构示图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的优选实施例中，航天地面测控站资源池架构的集中监控平台，包括客户服务、业务服务、基础服务和硬件支撑平台。其中，客户服务包括任务管理客户服务和资源管理客户服务。客户服务采用基于插件的软件架构，显示界面可定制，不同用户可定制不同的界面，软件可依据配置显示不同模式的任务执行情况。业务服务分为运维服务、任务管理服务、监控管理服务、标校测试服务和信息管理服务，每个业务服务由某个软件单元实现、并可被其它服务调用的可重用服务颗粒构成。业务服务基于任务需求和设备能力统一化定义下的资源调度策略，根据设备工作计划自主分配任务需求，进行测控任务和设备资源的分配，依据任务要求匹配定制流程，启动预定控制逻辑自动完成任务执行，实时检测异常事件，测控测距数据的接收、解析、分发、检测、重传，形成决策并开展故障处置，完成全业务从任务准备-任务执行-任务结束的流程运行闭环和成异常处置闭环；完成实现全自主数据处理流程闭环，当发生主备切换时，备服务从缓存中获取系统当前运行快照，并根据快照信息恢复运行状态，接替主服务继续执行，可实现主备无缝接入。基础服务包括通信服务、文件处理服务、日志服务、消息中间件以及数据库访问服务等，为系统功能服务提供底层软件支撑。基础服务封装了各分系统数据交互接口，利用高效可靠的传递机制进行平台无关的数据交互，实现了业务服务之间可靠的异步通信，降低了系统之间的耦合度，提高系统的扩展性和可用性。硬件支撑平台主要包括监控工作站计算机和系统监控计算机。
参阅图2。客户服务部署在2台监控工作站计算机上件可依据配置显示成任务管理客户服务和资源管理客户服务。业务服务和基础服务均为1：1热备份方式运行在两台系统监控计算机上，所有的服务以一个整体进行切换：当主机运行的一个服务发生异常时，将切换到备份计算机进行工作。
需要强调，各个服务颗粒之间通过简单、精确定义的接口进行通信，不涉及底层编程接口和通信模型，根据需要通过网络对松耦合、粗粒度的服务颗粒进行分布式部署和组合使用，在升级任何一项服务颗粒时，也不影响其余服务的正常运行，从而实现系统功能的在线升级。同时，当新设备接入时，只需启动该设备对应业务服务、并配置好对应的接口文件即可，而不影响已接入设备的正常运行，实现新设备的不停机接入。
参阅图3。资源调度设计上，具体的，调度策略分为预先重组和自主分配两类，其中，前者基于站内预先设置的资源重组策略，依据测控任务需求形成设备组合；后者根据设备工作计划的任务需求、前端与终端设备的实际能力，自主进行测控任务和设备资源的分配。在进行资源调度时，采用基于任务需求和设备能力匹配矩阵的资源调度策略，首先应明确调度方式，即由谁为主发起此项工作，然后明确调度策略，确认调度工作的实施原则。
通过监控颗粒化的软件架构设计，采用面向服务的监控体系结构，实现了新设备的不停机接入和系统功能的在线升级，并明确了资源重组的具体实施方式、奠定了自动化运行的技术基础。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，包括采用客户端-服务器，基于资源池的测控设备体系硬件架构和采用基于插件，面向客户服务模块、包含了通信服务、文件处理服务、日志服务、消息服务中间件，工作流程引擎及数据库访问服务，运维服务、任务管理服务、监控管理服务、标校测试服务和信息管理服务的业务服务模块、封装了各分系统数据交互接口的基础服务模块，并部署于不同监控计算机上，快速重构的监控软件体系构架，其特征在于，监控软件将数字化、信号处理及基带处理和存储功能分别构造资源池，建立流程内容设计和流程化服务的绑定关系，将资源调度和资源分配的结果作为输入，基于任务驱动的动态资源调度客户服务；客户服务模块按需显示不同的参数信息、任务执行不同用户定制个性化显示界面，并根据权限设置控制相应设备；业务服务模块将服务进行粗粒度划分后，通过服务管理部署工具将各个服务组织在不同的服务器中，并设置每个服务的主备状态，各个服务颗粒之间通过定义的接口进行通信，粗颗粒度的服务颗粒进行分布式部署和组合使用，集中监控平台基于站内预先设置的资源重组策略，设置每个服务的主备状态，采用面向服务的监控体系结构，监控颗粒化的软件架基于任务需求和设备能力统一化定义资源调度策略，根据设备工作计划自主分配任务需求，进行测控任务和设备资源的分配，依据任务要求匹配定制流程，启动预定控制逻辑自动完成任务执行，实时检测异常事件，测控测距数据的接收、解析、分发、检测、重传，形成决策并开展故障处置，完成全业务从任务准备-任务执行-任务结束的全自主运行流程闭环和异常处置闭环当发生主备切换时，备服务从缓存中获取系统当前运行快照，并根据快照信息恢复运行状态，接替主服务继续执行，实现主备无缝接入。
2.如权利要求1所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：硬件架构采用客户端-服务器架构，软件部署在多台监控工作站计算机上，显示界面可定制，不同用户不同的界面；软件依据配置显示不同模式的任务执行情况，显示一个或多个工作模式的参数信息，每个工作模式可配置显示不同参数内容。
3.如权利要求1所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：监控软件包含了客户服务、业务服务和基础服务，其中，客户服务采用基于插件的软件架构，基础服务包含了通信服务、文件处理服务、日志服务、消息中间件以及数据库访问服务，为系统功能服务提供底层软件支撑。
4.如权利要求3所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：业务服务分为运维服务、任务管理服务、监控管理服务、标校测试服务和信息管理服务：每个业务服务由某个软件单元实现，并可被其它服务调用的可重用服务颗粒构成。
5.如权利要求1所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：每个服务颗粒均为1：1热备份方式运行在两台系统监控计算机上，所有的服务以一个整体进行切换：当主机运行的一个服务发生异常时，将切换到备份服务器进行工作。
6.如权利要求1所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：基础服务模块封装了系统各分系统数据交互接口，利用高效可靠的传递机制进行平台无关的数据交互，实现了业务服务之间可靠的异步通信。
7.如权利要求1所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：各个服务颗粒之间通过定义的接口进行通信，不涉及底层编程接口和通信模型，根据需要通过网络对松耦合、粗粒度的服务颗粒进行分布式部署和组合使用，在升级任何一项服务颗粒时，不影响其余服务的正常运行，从而实现系统功能的在线升级。
8.如权利要求1所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：调度方式分为测站方式和设备方式两类，其中，前者由本控根据测控任务需求，完成站内设备资源调度、形成设备组合；后者由本控和远控配合完成资源调度，远控将测控任务需求分配到站内的前端设备，本控进一步完成终端设备的资源调配，形成设备组合。
9.如权利要求8所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：在进行资源调度时，采用基于任务需求和设备能力匹配矩阵的资源调度策略，首先应明确调度方式，然后明确调度策略，确认调度工作的实施原则。
10.如权利要求9所述的航天器地面测控站资源池架构的集中监控平台，其特征在于：调度策略分为预先重组和自主分配两类，其中，前者基于站内预先设置的资源重组策略，依据测控任务需求形成设备组合；后者根据设备工作计划的任务需求、前端与终端设备的实际能力，自主进行测控任务和设备资源的分配。
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Also Published As
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|---|---|
| CN112966906A (zh) | 2021-06-15 |
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