CN113825131A - 一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法及管控架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法及管控架构，在卫星组网情况下，对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址；采用网络化寻址，实现网络控制中心对所有卫星节点及各单机的实时管理调度。本发明实现了卫星节点单机的统一管控，简化了整体控制架构，将星地、星间多条链路一体化设计，并可扩展到地面设备的管理，形成网络系统内所有单机设备的一体化管控，可极大提升管控效率，降低差错率。
Description
技术领域
本发明涉及卫星管理技术领域，尤其涉及一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法及管控架构。
背景技术
卫星星座是发射入轨能正常工作的卫星的集合，通常是由一些卫星环，按一定的方式配置组成的一个卫星网。卫星星座可运用于卫星导航定位系统，能够实时提供运载体的速度、姿态及时间信息；可以用于全球通讯，起到中转站的作用，传递通讯信息；还可以用于全球环境监测，通过遥感全球的地表信息，来对全球的环境情况进行监测。
近些年来，以低轨卫星星座为代表的新兴卫星互联网星座不断涌现，针对卫星星座中数以千计卫星网络节点单机管控需求，传统通信卫星管控分为测控和运控，且多为单星工作模式，每颗卫星有一个测控站，负责对卫星平台及部分载荷进行测控；运控则一般由运控中心及关口站进行，负责载荷的业务调度管理。
对于天地一体化的卫星通信网络而言，卫星节点数量多、单机总数量巨大，如果仍采用传统的管控方法，则工作复杂，且容易出错。
发明内容
针对卫星网络中传统的管控方法存在的问题，本发明从如何实现卫星节点及其卫星上各个单机的统一管控出发，提供一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法及管控架构，以提高通信网络的管控效率并降低差错率。
第一方面，本发明保护一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，在卫星组网情况下，对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址；采用网络化寻址，实现网络控制中心对所有卫星节点及各单机的实时管理调度。
进一步地，所述网络化寻址过程具体为：网络控制中心生成链路层数据帧，通过站点的相应链路发送给卫星节点，卫星节点解析并执行网络控制中心的指令。
更进一步地，所述网络控制中心生成链路层数据帧，包括如下步骤：
步骤A1，网络控制中心根据对各个单机的控制内容生成相应的应用层管控指令包，所述应用层管控指令包的包头中包含指令类型信息；
步骤A2，应用层管控指令包到达网络层后，添加网络层包头，生成网络层数据包，所述网络层包头包含对应单机的网络编址信息；
其中，所述对应单机的网络编址信息包括该单机所在卫星节点的地址编号以及该单机的地址编号，其中卫星节点的地址编号是唯一的，单机的地址编号也是唯一的，并且单机的地址编号包含卫星节点的地址信息。
步骤A3，网络层数据包到达数据链路层后，根据传输链路添加相应的链路层帧头，生成链路层数据帧；
步骤A4，链路层数据帧达到物理层后，根据当前链路的编码调制参数，生成相应的物理波形。
更进一步地，所述生成相应的物理波形，由相应链路传输到卫星节点上。
更进一步地，所述站点将链路层数据帧发送给卫星节点的链路包括测控链路、馈电链路和用户链路；在生成链路层数据帧时，根据每个链路的特点添加相应的链路层帧头。
对于不同的物理传输链路，链路层数据帧限制的数据帧长度不同。
更进一步地，所述卫星节点解析并执行网络控制中心的指令，包括如下步骤：
步骤B1，卫星节点接收到物理层信号后，解调解码生成链路层数据帧，在完成链路层数据帧校验后，将管控数据包交给综合管控单机；
步骤B2，综合管控单机解析网络层数据包包头中的单机地址编号，判断该单机是否属于本卫星节点；
步骤B3，如果是本卫星节点上的单机，则根据综合管控单机与该单机间的接口类型，生成相应的接口数据帧，经接口传输给该单机后，单机执行该指令；
步骤B4，如果不是本卫星节点上的单机，则解析网络层数据包包头中的卫星节点地址编号，并将网络层数据包通过星间链路传输到该卫星节点，由该卫星节点上的综合管控单机进行后续处理工作。
进一步地，所述综合管控单机与该单机间的接口类型包括RS422、1553B、LVDS。
进一步地，所述对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址，具体为：采用信息标签实现对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址。
所述信息标签，用于实现卫星星座载荷单机的统一编址；包括预留字段，信息类型字段，处理方式字段，卫星接口编号字段和载荷管控/遥测信息标号字段；
所述预留字段用于后续扩展使用；
所述信息类型字段用于用户区分遥控信息和遥测信息；
所述处理方式字段用于区分遥控和遥测信息的对应处理方式；
所述卫星接口编号字段用于唯一标识卫星载荷单机及其接口；
所述载荷遥控/遥测信息编号字段用于唯一标识卫星载荷单机的遥控指令和遥测信息。
进一步地，所述信息标签为5byte；所述预留字段为3bit；所述信息类型字段为1bit；所述处理方式字段为2bit；所述卫星接口编号字段为24bit，其中卫星载荷单机占14bit，卫星载荷单机接口编号占10bit；所述载荷遥控/遥测信息编号字段为10bit。
第二方面，本发明保护一种基于统一编址的卫星节点网络化管控架构，该架构包括网络控制中心，站点和一个或多个卫星节点。
所述网络控制中心用于生成相应的卫星控制指令；
所述站点用于卫星控制指令的传输；
所述一个或多个卫星节点用于执行卫星控制指令。
进一步地，所述网络控制中心包括应用层、网络层、数据链路层和物理层；所述站点包括测控站，用户站和关口站；所述卫星节点包括综合管理单机和一个或多个单机。
本发明的有益效果：1、本发明能够实现对16384颗卫星及其内部1024个载荷接口的统一管理，并且采用网络化的层次性结构，按照顶层到底层的逻辑编址，方便遥控和遥测信息在卫星星座中的寻址和转发，满足巨型星座中大量卫星载荷单机的编址需求；2、本发明中的信息标签在统一化编址的同时也加入了处理方式控制字段，用于选择是否需要实现遥控指令的应答回传和遥测信息的星上存储，满足对卫星星座载荷单机灵活管理的需求，有效提升卫星星座的管理效率；3、简化了地面网控中心的操作，使得整个卫星星座管理更加高效有序。
附图说明
图1为一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法流程示意图；
图2为实施例1中直接处理方式下的协议栈处理流程示意图；
图3为实施例1中转发处理方式下的协议栈处理流程示意图；
图4为实施例1中信息标签示意图；
图5为实施例2中卫星节点网络化管控架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
如图1所示，一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，在卫星组网情况下，对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址；采用网络化寻址，实现网络控制中心对所有卫星节点及各单机的实时管理调度。
网络控制中心通过不同星地传输链路实现与综合管控单机之间的信息传输，再由综合管控单机通过RS422、1553B、LVDS等总线实现各个遥控指令的分发。综合管控单机解析管控数据包头中的单机地址信息，根据该单机是否属于本卫星节点将处理方式分为以下两种：
1、直接处理：
如果是本卫星节点上的单机，则根据综合管控单机与该单机间的接口类型，生成相应的接口数据帧，经接口传输给该单机后，单机执行该指令。
具体地，如图2所示，遥控时，网络控制中心将每个遥控数据封装成管控包格式，每个星地链路帧传输管控包。综合管控单机对收到的星地链路层承载的遥控数据包内容进行CRC校验，并且通过遥测对管控网络控制中心进行包传输应答。对于接收正确的管控包数据，封装为星内总线链路层帧并通过星内总线链路发往各个载荷单机。
2、转发处理：
如果不是本卫星节点上的单机，则解析管控包头中的卫星节点地址编号，并将管控数据包通过星间链路路由信息传输到该卫星节点，由该卫星节点上的综合管控单机进行后续处理工作。
具体地，如图3所示，遥控时，网络控制中心将每个遥控数据封装成管控包格式，每个星地链路帧传输管控包。综合管控单机对收到的星地链路层承载的遥控数据包内容进行CRC校验，并对接收正确的管控包头进行解析。得综合管控单机到卫星节点地址编号后，将管控数据包通过星间链路路由信息传输到该卫星节点。该卫星节点上的综合管控单机对收到的星间链路层承载的遥控数据包内容进行CRC校验，并且通过遥测对管控网络控制中心进行包传输应答。对于接收正确的管控包数据，封装为星内总线链路层帧并通过星内总线链路发往各个载荷单机。
具体地，所述对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址，具体为：采用信息标签实现对卫星星座载荷单机的网络化统一编址。
针对卫星星座中载荷单机采用统一的编址方法进行网络化管理，使得整个卫星管理架构更有层次性，方便进行寻址和转发，简化了地面网控中心的操作，使得整个卫星星座管理更加高效有序。
所述信息标签，包括预留字段，信息类型字段，处理方式字段，卫星接口编号字段和载荷管控/遥测信息标号字段。
具体地，如图4所示，信息标签设计为5byte，用于实现卫星星座载荷单机的统一编址。
预留字段设计为3bit，用于后续扩展使用，默认“000”。
信息类型字段设计为1bit，用户区分遥控信息和遥测信息，其中bit“1”表示遥控信息，bit“0”表示遥测信息。
处理方式字段设计为2bit，用于区分遥控和遥测信息的对应处理方式，其中对于遥控信息，“00”表示针对该遥控信息需要反馈应答回传信息用以确认该遥控信息是否正确执行，“01”表示针对该遥控信息无需反馈应答回传信息；对于遥测信息，“00”表示该遥测信息直接转发，“01”表示该遥测信息需要星上存储；处理方式控制字段的加入，满足对卫星星座载荷单机灵活管理的需求，有效提升卫星星座的管理效率。
卫星接口编号字段设计为24bit，用于唯一标识卫星载荷单机及其接口，其中卫星编号占14bit，用于实现卫星的编址；载荷单机接口编号占10bit，用于实现卫星内部载荷接单的接口编号。最多能够实现对16384颗卫星及其内部1024个载荷接口的统一管理。
载荷遥控/遥测信息编号字段设计为10bit，用于唯一标识卫星载荷单机的遥控指令和遥测信息。
通过对所有卫星节点以及卫星节点上的单机进行统一编址，所有单机都具有唯一地址。在地面网络控制中心生成相关的指令时，只需要保证单机地址正确，无论是通过星地间的测控链路、馈电链路还是用户链路传输，只要该指令能正确传输到任何一颗卫星节点上，都可以通过网络化的寻址到达对应的单机。
实施例2
一种基于统一编址的卫星节点网络化管控架构，如图5所示，该架构包括网络控制中心，站点和一个或多个卫星节点。
所述网络控制中心用于生成相应的卫星控制指令；
所述站点用于卫星控制指令的传输；
所述一个或多个卫星节点用于执行卫星控制指令。
具体地，所述网络控制中心包括应用层、网络层、数据链路层和物理层；所述站点包括测控站，用户站和关口站；所述卫星节点包括综合管理单机和一个或多个单机。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于：在卫星组网情况下，对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址；采用网络化寻址，实现网络控制中心对所有卫星节点及各单机的实时管理调度。
2.根据权利要求1所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于，所述网络化寻址过程具体为：网络控制中心生成链路层数据帧，通过站点的相应链路发送给卫星节点，卫星节点解析并执行网络控制中心的指令。
3.根据权利要求2所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于，所述网络控制中心生成链路层数据帧，包括如下步骤：
步骤A1，网络控制中心根据对各个单机的控制内容生成相应的应用层管控指令包，所述应用层管控指令包的包头中包含指令类型信息；
步骤A2，应用层管控指令包到达网络层后，添加网络层包头，生成网络层数据包，所述网络层包头包含对应单机的网络编址信息；
其中，所述对应单机的网络编址信息包括该单机所在卫星节点的地址编号以及该单机的地址编号，卫星节点的地址编号是唯一的，单机的地址编号也是唯一的，并且单机的地址编号包含卫星节点的地址信息；
步骤A3，网络层数据包到达数据链路层后，根据传输链路添加相应的链路层帧头，生成链路层数据帧；
步骤A4，链路层数据帧达到物理层后，根据当前链路的编码调制参数，生成相应的物理波形。
4.根据权利要求2所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于，所述站点将链路层数据帧发送给卫星节点的链路包括测控链路、馈电链路和用户链路；在生成链路层数据帧时，根据每个链路的特点添加相应的链路层帧头。
5.根据权利要求3所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于，所述卫星节点解析并执行网络控制中心的指令，包括如下步骤：
步骤B1，卫星节点接收到物理层信号后，解调解码生成链路层数据帧，在完成链路层数据帧校验后，将管控数据包交给综合管控单机；
步骤B2，综合管控单机解析网络层数据包包头中的单机地址编号，判断该单机是否属于本卫星节点；
步骤B3，如果是本卫星节点上的单机，则根据综合管控单机与该单机间的接口类型，生成相应的接口数据帧，经接口传输给该单机后，单机执行该指令；
步骤B4，如果不是本卫星节点上的单机，则解析网络层数据包包头中的卫星节点地址编号，并将网络层数据包通过星间链路传输到该卫星节点，由该卫星节点上的综合管控单机进行后续处理工作。
6.根据权利要求5所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于，所述综合管控单机与该单机间的接口类型包括RS422、1553B、LVDS。
7.根据权利要求2所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于，所述对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址，具体为：采用信息标签实现对各个卫星节点以及卫星上各个单机进行统一编址；
所述信息标签，用于实现卫星星座载荷单机的统一编址；包括预留字段，信息类型字段，处理方式字段，卫星接口编号字段和载荷管控/遥测信息标号字段；
所述预留字段用于后续扩展使用；
所述信息类型字段用于用户区分遥控信息和遥测信息；
所述处理方式字段用于区分遥控和遥测信息的对应处理方式；
所述卫星接口编号字段用于唯一标识卫星载荷单机及其接口；
所述载荷遥控/遥测信息编号字段用于唯一标识卫星载荷单机的遥控指令和遥测信息。
8.根据权利要求7所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控方法，其特征在于：所述信息标签为5byte；所述预留字段为3bit；所述信息类型字段为1bit；所述处理方式字段为2bit；所述卫星接口编号字段为24bit，其中卫星载荷单机占14bit，卫星载荷单机接口编号占10bit；所述载荷遥控/遥测信息编号字段为10bit。
9.一种基于统一编址的卫星节点网络化管控架构，其特征在于：包括网络控制中心，站点和一个或多个卫星节点；
所述网络控制中心用于生成相应的卫星控制指令；
所述站点用于卫星控制指令的传输；
所述一个或多个卫星节点用于执行卫星控制指令。
10.根据权利要求9所述的基于统一编址的卫星节点网络化管控架构，其特征在于，所述网络控制中心包括应用层、网络层、数据链路层和物理层；所述站点包括测控站，用户站和关口站；所述卫星节点包括综合管理单机和一个或多个单机。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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