CN114050858B - 一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法 - Google Patents

一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法 Download PDF

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Abstract

一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法，S1、基于双层递阶巨型星座网络管理方法，超大规模低轨卫星向上进行故障状态共享。所述双层递阶网络管理方法包括：双层递阶网络管理包括分组管理和分簇管理，MEO作为组管理者管理组内LEO，分组内根据相应的分簇原则进行分簇，选择一颗簇首卫星节点作为此分簇的管理者，管理簇内LEO，各个簇首与相应的组管理者MEO构建通信链路；S2、分别实现两种故障响应机制，通过实现周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障；通过实现触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障；所述通信故障是链路故障、通信设备故障；S3、建立巨型星座系统故障信息数据库，以进行故障数据库匹配。

Description

一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法
技术领域
本发明涉及卫星网络故障管理和响应技术领域，主要涉及一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法。
背景技术
自20世纪60年代实现卫星通信技术以来，航天技术的不断进步使得卫星通信技术得到了快速的发展与应用。人们对于卫星通信的需求也不断加大，对地面区域的覆盖要求不断提高，以至要求实现全球覆盖，从而促使产生了大规模卫星星座通信系统。
低轨卫星具有低生产成本、高容量、高速率、低时延等特点，并且低轨卫星网络更适合远距离传输，因此更具有构建全球覆盖卫星通信网络的能力。大规模低轨卫星星座通信系统，其不会受到地理条件、地理位置等因素的影响，覆盖范围大且可以基本实现全天候全球无缝覆盖，适应性强灵活度高，可以提供高质量的通信业务。
随着全球在轨星座数目的不断增加，星座(卫星网络)规模趋向巨型化发展。低轨卫星的小型化、低成本的发展趋势，导致异构化型的巨型星座系统其节点稳定性较差，相较于大平台卫星系统，其出现节点或星座故障的概率要大很多。此外，空间环境影响也将造成不确定性的设备损坏等情况。因此，节点和星座的故障发现及响应、卫星的控制需求将急剧增加。网络发生故障时的快速定位和排除等都是网络运维中的关键问题。我国目前实际的卫星系统运维及故障管理与响应机制主要通过地面测控系统完成，卫星将状态信息传回地面测控站，由地面测控站进行故障分析并将通过上注测控指令到故障卫星解决故障问题。然而，仅靠测控站计算机辅助的人力显然无法支撑巨型星座系统内的多重故障处置。随着星座规模的不断增加，测控站建设敏感性导致地面测控网无法实现对低轨卫星的全时段观测，测控站与卫星的时间窗匹配问题的复杂度呈指数级增长，也即无法保证故障处置的时效性。当卫星发生故障时，其有限的自检测与自响应能力不能及时的反馈故障信息，同时也不能及时的得到故障响应。因此，亟需通过高效的网络运维技术，构建天基测控网，并辅助地面测控站实现对巨型星座卫星的全时段状态监测，以进行高效故障管理与响应。
经过对现有文献的检索发现，崔丽华等人于2019年3月发表了题为“基于深度学习的光网络故障预测技术研究”的文章。该文章提出了一种基于深度全连接神经网络模型的故障预测方法，其将数据增强算法引入故障预测过程，用以平衡数据特征分布。其结果表明，基于深度学习算法的告警与非告警的二分类预测效果可以通过适当的数据增强得到提升，同时多故障场景的多分类预测效果也可以得到提升。
经过对现有文献的检索发现，楼丽琪等人于2019年5月发表了题为“基于机器学习的光网络告警智能分析技术研究”的文章。该文章提出了一种基于机器学习的异常数据重要性量化分析算法，卫星节点对其监测的数据报错较多，但重要性不明，在这种问题中可以利用机器学习算法对异常数据重要性进行量化评估，以得到异常数据的重要性权重。
综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术大多只局限于思考管理过程中的故障诊断方法，而缺少对具体故障管理流程及故障响应方法的分析；(2)故障管理与响应首先要依赖于高效的运维架构，现有技术并没有在高效的运维架构基础上提出故障管理与响应的解决方案。解决上述技术问题的意义在于：可以实现超大规模低轨卫星星座系统的分钟级快速故障发现与故障响应，并且故障数据库的规范设计也保证了故障响应的可靠性，极大的提升故障网络恢复正常运作的能力，同时也将保证网络业务服务的连续性和一致性。
发明内容
发明目的：随着低轨卫星网络的规模的不断扩大，超大规模低轨卫星星座的故障管理与响应机制也成为巨型网络正常运作首要解决的问题。本发明目的设计一种高效的巨型星座故障管理与响应方法，实现超大规模低轨卫星网络内卫星节点的高效管理与故障状态共享，并且根据坚实可靠的故障响应机制实现分钟级故障响应时延，同时，建立与维护故障信息数据库为巨型星座故障管理与响应提供故障方案基础。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法，包括以下步骤：
步骤S1、基于双层递阶网络管理方法，超大规模低轨卫星向上进行故障状态共享。所述双层递阶网络管理方法包括：
双层递阶网络管理包括分组管理和分簇管理，MEO作为组管理者管理组内LEO，分组内根据相应的分簇原则进行分簇，选择簇头卫星节点作为此分簇的管理者，管理簇内LEO，各个簇头与相应的组管理者MEO构建通信链路。
所述基于双层递阶网络管理方法的故障状态共享包括：
步骤S1.1、MEO与邻接MEO间相互通信进行状态共享，倘若MEO故障可以迅速定位至故障MEO节点的位置；
步骤S1.2、MEO作为组管理者接收组内簇首卫星上报的故障状态信息；
步骤S1.3、LEO簇首接收簇内卫星节点故障状态信息，并将其上传至对应的组管理者卫星；
步骤S2、分别实现两种故障响应机制，分别为：通过实现周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障，通过实现触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障。所述通信故障是例如链路故障、通信设备故障等，故障节点无法进行通信；所述状态故障是例如摄像机损坏，温度过高等，此时故障节点仍可通信，但无法正常执行业务；所述周期性信息采集故障响应机制包括：
步骤S2.1、MEO管理者向其分组内各簇簇首发送状态信息收集指令，各簇簇首向簇内节点广播状态信息收集指令；
步骤S2.2、各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与临接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应。
所述触发式信息更新响应机制包括：
步骤S2.3、状态故障的卫星自主发起状态信息更新，其将故障信息上报以进行故障响应。
步骤S3、建立巨型星座系统故障信息数据库，以进行故障数据库匹配。所述巨型星座系统故障信息数据库包括：
对于已知的状态故障条目，按照编号、故障现象、故障原因和故障解决方案的要求提前插入故障数据库中；对于LEO上报的目前数据库中未知的故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，并更新故障数据库。
基于周期性信息采集和触发式信息更新的故障响应机制分别针对解决通信故障和状态故障两种节点故障问题，实现了超大规模低轨卫星网络的分钟级故障响应时延。
进一步地，所述步骤S2.2中各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与邻接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应的具体步骤如下：
步骤S2.2.1、若故障节点是簇内成员节点，则所述具体步骤包括：
步骤S2.2.1.1、各簇内LEO收集链路状态信息时，若发现邻居节点的链路状态异常，则将可能产生故障的节点与自身路由表进行比对，若可能出现故障的节点是自身到簇首的下一跳节点，则通过备选路由继续向簇首传递自身收集的链路状态信息，同时报告可能出现故障的节点信息；
步骤S2.2.1.2、若出现大面积故障导致部分节点的运维信令包无法传输到簇首，那么在这些节点中随机选取一个节点作为新备用簇首节点，临时重新成簇，新备用簇首向簇内其他卫星广播原簇头故障信息，各节点向新簇首重发自身收集的链路状态信息；
步骤S2.2.1.3、在簇首节点向MEO管理卫星发送本簇内的状态信息时，若簇首节点收到多条同样的疑似故障报告，则向MEO卫星汇报该故障信息。MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，同时向各簇发送临时路由表；
步骤S2.2.1.4、节点故障恢复时，MEO向各簇发送故障恢复信令，各簇撤销过程中选择的新簇首，且受影响节点删除临时路由表。
步骤S2.2.2、若故障节点是簇首节点，则所述具体步骤包括：
步骤S2.2.2.1、当簇首节点的邻居节点发现与簇首节点的链路异常时，由发现故障簇首节点的邻居节点作为新的备用簇首节点；
步骤S2.2.2.2、新的备用簇首节点向簇内其他卫星进行簇首故障广播，各节点向备用簇首节点重新发送自身收集的链路状态信息；
步骤S2.2.2.3、备用簇首节点向MEO卫星汇报故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，同时向各簇发送临时路由表；
步骤S2.2.2.4、节点故障恢复时，MEO向各簇发送故障恢复信令，各簇撤销过程中选择的新簇首，且受影响节点删除临时路由表。
进一步地，所述步骤S2.3中状态故障的卫星自主发起状态信息更新，其将故障信息上报以进行故障响应的具体步骤如下：
步骤S2.3.1、若发生状态故障的节点其覆盖范围内存在地面站，则直接发送故障信息至地面站，由地面站传回故障响应方案给故障节点；
步骤S2.3.2、若发生状态故障的节点其覆盖范围内不存在地面站，且故障节点为簇内卫星节点，则按照路由表将故障状态信息传输至LEO簇首；
步骤S2.3.3、若LEO簇首节点其覆盖范围内存在地面站，则发送故障信息至地面站，由地面站传回故障响应方案给LEO簇首，LEO簇首传回故障响应方案给故障节点；
步骤S2.3.4、若LEO簇首节点其覆盖范围内不存在地面站，LEO簇首向MEO卫星报告故障，由MEO比对，若属于故障数据库，则将故障响应方案发回故障节点所在簇的簇首，簇首将故障响应方案发回至故障节点；
步骤S2.3.5、若故障信息不属于故障数据库，MEO将故障信息发至地面站，由地面站将故障响应方案传回MEO，并更新故障数据库；同时将故障响应方案发回故障节点所在簇的簇首，簇首将故障响应方案发回至故障节点。
本发明通过周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障；通过触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障；最后根据故障信息匹配故障数据库以进行故障响应。相比于现有的卫星网络故障管理与响应方法，本发明可以实现超大规模低轨卫星星座系统的分钟级快速故障发现与故障响应，并且故障数据库的规范设计也保证了故障响应的可靠性，极大的提升故障网络恢复正常运作的能力，同时也将保证网络业务服务的连续性和一致性。
有益效果：本发明提供了一种高效的巨型星座故障管理与响应方法，为保障未来的超大规模低轨卫星星座网络的良好运行提供了一个能快速响应的故障发现和故障解决的方案。本发明为超大规模低轨卫星网络基于双层递阶网络的管理方法，实现高效故障状态共享，MEO作为分组管理者接收组内簇头上报的故障状态信息，组内各簇簇首作为簇的管理者接收簇内节点的故障状态信息上报；基于周期性信息采集和触发式信息更新的故障响应机制分别针对解决通信故障和状态故障两种节点故障问题，实现了超大规模低轨卫星网络的分钟级故障响应时延。同时，故障信息数据库的建立与维护也为巨型星座高效故障管理与响应的实现奠定坚实可靠的方案基础。相比于现有的卫星网络故障管理与响应方法，本发明可以实现超大规模低轨卫星星座系统的分钟级快速故障发现与故障响应，并且故障数据库的规范设计也保证了故障响应的可靠性，极大的提升故障网络恢复正常运作的能力，同时也保证了网络服务的连续性和一致性。
附图说明
图1是本发明提供的巨星座系统故障管理网络模型图；
图2是本发明提供的周期性信息采集故障响应机制示意图；
图3是本发明提供的触发式信息更新故障响应机制示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例在超大规模低轨卫星星座场景中，基于双层递阶网络管理方法，提出了一种故障状态共享与分钟级快速响应的巨型星座故障管理与响应方法。
在如图1所示的超大规模低轨卫星星座场景中，设定存在万颗级别的数量庞大的LEO卫星，实施例中为10000颗，同时也存在着数量较少的MEO卫星作为管理者，共同管理这些数量庞大的LEO卫星，实施例中设定MEO数量为10颗。双层递阶网络管理方法包括分组管理和分簇管理，每一颗MEO管理的分组包含自身覆盖范围内的所有LEO卫星，若某颗LEO同时被多颗MEO覆盖，则加入距离最近的MEO其管理的分组。MEO卫星作为组管理者管理组内LEO卫星。分组内根据节点间邻接关系进行分簇，首先将分组根据分组内拓扑关系划分为N个初始簇，若初始簇内节点数量大于Mmax，则进一步根据邻接关系划分子簇，并且确保每一子簇内节点数量不小于Mmin，如果出现簇内节点数目小于Mmin的分簇则将其并入其相邻其他分簇中，本实施例中设置Mmax为200，Mmin为50。分好簇后需要选择一颗簇首卫星节点作为此分簇的管理者，管理簇内LEO卫星，各个簇首与相应的组管理者MEO构建通信链路。簇首的选择利用Dijkstra算法计算簇内所有其他节点到当前节点的最短跳数之和，选择总跳数最小的节点作为簇首节点。本发明基于此双层递阶网络架构实现巨型网络的高效故障管理与响应。
巨型星座网络高动态性的特点使得一般的网络运维方法和故障管理与响应方法产生难以承受的信令开销。所以本方法在提出高效故障管理与响应方法的同时，将连续的时间划分为众多合适的离散时间间隙，在每个离散时间间隙内假定网络拓扑不变，在此固定拓扑上运行双层递阶网络管理方法，并在此基础上实施本故障管理与响应方法。拓扑更新时隙设置的越小，网络拓扑更能反应真实的变化情况，但是与此同时，拓扑计算消耗的计算资源将更大，耗时也会更长，所以需要选择合适的拓扑更新时间间隙长度。本实施例中取拓扑更新时间间隙长度为1分钟。
下面分三步对本发明提出的巨型星座故障管理与响应方法进行描述：
步骤S1、基于双层递阶网络管理方法，超大规模低轨卫星向上进行故障状态共享。具体地，
步骤S1.1、MEO与邻接MEO间相互通信进行状态共享，若某MEO发生通信故障，邻接MEO与故障MEO交互信息时可以发现链路异常，即可以迅速定位至故障MEO节点的位置，并向地面站请求调度修复，若MEO发生状态故障，可直接查找故障信息数据库寻找故障响应方案，如无则将故障问题发至地面站寻求响应；
步骤S1.2、MEO作为组管理者接收组内簇首卫星上报的故障状态信息；
步骤S1.3、LEO簇首接收簇内卫星节点故障状态信息，并将其上传至对应的组管理者卫星。
步骤S2、分别实现两种故障响应机制，分别为：通过实现周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障，通过实现触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障。所述通信故障是例如链路故障、通信设备故障等，故障节点无法进行通信；所述状态故障是例如摄像机损坏，温度过高等，此时故障节点仍可通信，但无法正常执行业务。故障响应机制包括周期性信息采集故障响应和触发式信息更新故障响应机制。
(一)周期性信息采集故障响应机制
步骤S2.1、MEO管理者向其分组内各簇簇首发送状态信息收集指令，各簇簇首向簇内节点广播状态信息收集指令；
步骤S2.2、各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与邻接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应。根据可能发生故障的节点是簇首节点还是簇内节点，存在着不同的响应方式。
(1)若故障节点是簇内成员节点
各簇内LEO收集链路状态信息时，若发现邻居节点的链路状态异常，则将可能产生故障的节点与自身路由表进行比对，若可能出现故障的节点是自身到簇首的下一跳节点，则通过备选路由继续向簇首传递自身收集的链路状态信息，同时报告可能出现故障的节点信息。
若出现大面积故障导致部分节点的运维信令包无法传输到簇首，那么在这些节点中随机选取一个节点作为新备用簇首节点，临时重新成簇，新备用簇首向簇内其他卫星广播原簇头故障信息，各节点向新簇首重发自身收集的链路状态信息。
在簇首节点向MEO管理卫星发送本簇内的状态信息时，若簇首节点收到多条同样的疑似故障报告，则向MEO卫星汇报该故障信息。MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，同时向各簇发送临时路由表。
节点故障恢复时，MEO向各簇发送故障恢复信令，各簇撤销过程中选择的新簇首，且受影响节点删除临时路由表。
(2)若故障节点是簇头节点
当簇首节点的邻居节点发现与簇首节点的链路异常时，由发现故障簇首节点的邻居节点作为新的备用簇首节点；新的备用簇首节点向簇内其他卫星进行簇首故障广播，各节点向备用簇首节点重新发送自身收集的链路状态信息；备用簇首节点向MEO卫星汇报故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，同时向各簇发送临时路由表；节点故障恢复时，MEO向各簇发送故障恢复信令，各簇撤销过程中选择的新簇首，且受影响节点删除临时路由表。
周期性信息采集故障响应机制具有如下优点：
①MEO管理者通过周期性下发状态信息收集指令可以及时掌握网络拓扑变化情况，并迅速定位故障卫星进行故障响应；
②周期性信息采集故障响应机制可以及时定位和解决通信故障卫星。不同于状态故障卫星仍然可以进行通信以上报自身节点存在的问题，通信故障卫星已丧失通信能力，因此需要其他节点进行故障发现，而周期性的方式能很大程度上减少故障发现所需要的时延；
③极大的提升故障网络恢复正常运作的能力，同时也保证了网络服务的连续性和一致性。
(二)触发式信息更新故障响应机制
步骤S2.3、状态故障的卫星自主发起状态信息更新，其将故障信息上报以进行故障响应。
步骤S2.3.1、若发生状态故障的节点其覆盖范围内存在地面站，则直接发送故障信息至地面站，由地面站传回故障响应方案给故障节点；
步骤S2.3.2、若发生状态故障的节点其覆盖范围内不存在地面站，且故障节点为簇内卫星节点，则按照路由表将故障状态信息传输至LEO簇首；
步骤S2.3.3、若LEO簇首节点其覆盖范围内存在地面站，则发送故障信息至地面站，由地面站传回故障响应方案给LEO簇首，LEO簇首传回故障响应方案给故障节点；
步骤S2.3.4、若LEO簇首节点其覆盖范围内不存在地面站，LEO簇首向MEO卫星报告故障，由MEO比对，若属于故障数据库，则将故障响应方案发回故障节点所在簇的簇首，簇首将故障响应方案发回至故障节点；
步骤S2.3.5、若故障信息不属于故障数据库，MEO将故障信息发至地面站，由地面站将故障响应方案传回MEO，并更新故障数据库；同时将故障响应方案发回故障节点所在簇的簇首，簇首将故障响应方案发回至故障节点。
触发式信息更新故障响应机制具有如下优点：
①自主触发式信息更新为状态故障节点提供了更大灵活性，同时也减少不必要的周期性信息采集时延；
②极大的提升故障网络恢复正常运作的能力，同时也保证了网络服务的连续性和一致性。
具体而言，假设网络拓扑计算的时间间隙为时间T，那么MEO管理者周期性下发状态信息收集指令的周期为时间I。设置不同的状态信息收集指令的周期可以获得不同的故障发现与响应能力，周期越小故障发现越及时，响应时延越短，但同时会有更多的信令开销。本实施例中，网络拓扑计算的时间间隙T设置为1分钟，MEO管理者周期性下发状态信息收集指令的周期I可以设置为30s，即一个拓扑更新时间间隙内MEO会下发两次状态信息收集指令。如步骤图2所示，每个周期开始时，管理者MEO下发状态收集指令，即MEO广播状态信息收集的指令给自己所管理分组下的所有簇首LEO卫星；簇首LEO卫星收集到信令后，根据存储在簇首LEO的最佳路由表将状态信息收集的指令发送至本簇内的所有LEO卫星节点；当簇成员LEO节点接收到指令后，便通过访问存储在节点的最佳路由表按照最短路径发送已经填入自己状态信息及对应的邻接链路状态信息的信令发送给对应的簇首LEO卫星。各个簇首LEO完成本簇LEO节点的状态信息更新后，同时填入自己的状态信息通过层间链路将本簇的状态信息发送给管理头MEO。因此，一个MEO会接收同一个分组下多个LEO簇头的状态信息。各个簇之间的状态收集同时进行，同时各个MEO之间的状态信息收集也同时进行。通过MEO卫星间的状态信息共享，每颗MEO都能获得LEO层卫星的运行状态，从而实现对LEO层卫星的管理。周期性信息采集故障响应机制LEO发送信令结构如下表1所示：
表1周期性信息采集故障响应机制下状态信息信令结构
字段 类型 说明
Dst_addr Int 目标节点地址
Src_addr Int 源节点地址
Next_hop Int 下一跳地址
Pkt_type Int 包类型
Pkt_len Int 包长度
Time_stamp Double 记录该信令生成的时间戳
Self_state Int 自身状态信息
Front_nodes Int 同轨道前一节点ID及状态
Back_nodes Int 同轨道后一节点ID及状态
Left_nodes Int 左邻轨道节点ID及状态
Right_nodes Int 右邻轨道节点ID及状态
如图3所示，在触发式信息更新故障响应机制中，如果状态故障卫星的覆盖范围内存在地面站，故障节点至地面站的距离要比故障节点经簇头至MEO的距离短很多，相比也将具有较短的延时效果，所以状态故障节点优先将故障信息发至覆盖范围内的地面站，由地面站传回故障响应方案。若不存在地面站，则将故障信息发至所在簇的簇首节点，由簇首节点将故障信息发至覆盖范围内的地面站，由地面站传回故障响应方案。若簇首卫星的覆盖范围内不存在地面站，则簇首卫星将故障信息发至所在组的管理者MEO，由MEO进行故障响应。若故障信息属于故障数据库，MEO直接传回故障解决方案；若故障信息不属于故障数据库，MEO将故障信息发至地面站，由地面站进行计算机辅助的人工处理，将故障解决方案发回MEO，MEO更新故障数据库，同时将故障解决方案发回故障节点。其中触发式信息更新故障响应机制LEO发送信令结构如下表2所示：
表2触发式信息更新故障响应机制下状态信息信令结构
Figure BDA0003320712020000101
Figure BDA0003320712020000111
步骤S3、建立巨型星座系统故障信息数据库，以进行故障数据库匹配。
对于已知的状态故障条目，按照故障编号、故障现象、故障原因和故障解决方案的要求提前插入故障数据库中；对于LEO上报的目前数据库中未知的故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，并更新故障数据库。具体的故障信息数据库结构如下表3所示：
表3故障信息数据库结构
故障编号 故障现象 故障原因 故障解决方案
Fault_id Fault_phenomenon Fault_cause Fault_solution
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤 S1、基于双层递阶巨型星座网络管理方法，超大规模低轨卫星向上进行故障状态共享；所述双层递阶网络管理方法包括：
双层递阶网络管理包括分组管理和分簇管理，MEO作为组管理者管理组内LEO，分组内根据相应的分簇原则进行分簇，选择一颗簇首卫星节点作为此分簇的管理者，管理簇内LEO，各个簇首与相应的组管理者 MEO构建通信链路；
所述基于双层递阶网络管理方法的故障状态共享包括：
步骤 S1.1、MEO与邻接MEO间相互通信进行状态共享，倘若MEO故障，则能迅速定位至故障MEO节点的位置；
步骤 S1.2、MEO作为组管理者接收组内簇首卫星上报的故障状态信息；
步骤 S1.3、LEO簇首接收簇内卫星节点故障状态信息，并将其上传至对应的组管理者卫星；
步骤 S2、分别实现两种故障响应机制，分别为：通过实现周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障；通过实现触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障；所述通信故障是包括链路故障、通信设备故障，故障节点无法进行通信；所述状态故障是包括摄像机损坏、温度过高，此时故障节点仍能通信，但无法正常执行业务；
所述周期性信息采集故障响应机制包括：
步骤 S2.1、MEO管理者向其分组内各簇簇首发送状态信息收集指令，各簇簇首向簇内节点广播状态信息收集指令；
步骤 S2.2、各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与邻接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应；
所述触发式信息更新响应机制包括：
步骤 S2.3、状态故障的卫星自主发起状态信息更新，其将故障信息上报以进行故障响应；
步骤 S3、建立巨型星座系统故障信息数据库，以进行故障数据库匹配；所述巨型星座系统故障信息数据库包括：
对于已知的状态故障条目，按照编号、故障现象、故障原因和故障解决方案的要求提前插入故障数据库中；对于LEO上报的目前数据库中未知的故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，并更新故障数据库。
2.根据权利要求1所述的一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法,其特征在于,所述步骤S2.2中各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与邻接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应的具体步骤如下：
步骤S2.2.1、若故障节点是簇内成员节点，则所述具体步骤包括：
步骤S2.2.1.1、各簇内LEO收集链路状态信息时，若发现邻居节点的链路状态异常，则将可能产生故障的节点与自身路由表进行比对，若可能出现故障的节点是自身到簇首的下一跳节点，则通过备选路由继续向簇首传递自身收集的链路状态信息，同时报告可能出现故障的节点信息；
步骤S2.2.1.2、若出现大面积故障导致部分节点的运维信令包无法传输到簇首，那么在这些节点中随机选取一个节点作为新备用簇首节点，临时重新成簇，新备用簇首向簇内其他卫星广播原簇头故障信息，各节点向新簇首重发自身收集的链路状态信息；
步骤S2.2.1.3、在簇首节点向MEO管理卫星发送本簇内的状态信息时，若簇首节点收到多条同样的疑似故障报告，则向MEO卫星汇报该故障信息；MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，同时向各簇发送临时路由表；
步骤S2.2.1.4、节点故障恢复时，MEO向各簇发送故障恢复信令，各簇撤销过程中选择的新簇首，且受影响节点删除临时路由表；
步骤S2.2.2、若故障节点是簇首节点，则所述具体步骤包括：
步骤S2.2.2.1、当簇首节点的邻居节点发现与簇首节点的链路异常时，由发现故障簇首节点的邻居节点作为新的备用簇首节点；
步骤S2.2.2.2、新的备用簇首节点向簇内其他卫星进行簇首故障广播，各节点向备用簇首节点重新发送自身收集的链路状态信息；
步骤S2.2.2.3、备用簇首节点向MEO卫星汇报故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，同时向各簇发送临时路由表；
步骤S2.2.2.4、节点故障恢复时，MEO向各簇发送故障恢复信令，各簇撤销过程中选择的新簇首，且受影响节点删除临时路由表。
3.根据权利要求1所述的一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法,其特征在于,所述步骤S2.3中状态故障的卫星自主发起状态信息更新，其将故障信息上报以进行故障响应的具体步骤如下：
步骤S2.3.1、若发生状态故障的节点其覆盖范围内存在地面站，则直接发送故障信息至地面站，由地面站传回故障响应方案给故障节点；
步骤S2.3.2、若发生状态故障的节点其覆盖范围内不存在地面站，且故障节点为簇内卫星节点，则按照路由表将故障状态信息传输至LEO簇首；
步骤S2.3.3、若LEO簇首节点其覆盖范围内存在地面站，则发送故障信息至地面站，由地面站传回故障响应方案给LEO簇首，LEO簇首传回故障响应方案给故障节点；
步骤S2.3.4、若LEO簇首节点其覆盖范围内不存在地面站，LEO簇首向MEO卫星报告故障，由MEO比对，若属于故障数据库，则MEO将故障响应方案发回故障节点所在簇的簇首，簇首将故障响应方案发回至故障节点；
步骤S2.3.5、若故障信息不属于故障数据库，MEO将故障信息发至地面站，由地面站将故障响应方案传回MEO，并更新故障数据库；同时MEO将故障响应方案发回故障节点所在簇的簇首，簇首将故障响应方案发回至故障节点。
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