CN114389677B - 一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置和方法,包括预处理设备、数字交换网络、信号处理设备资源池、集群管理服务端和信息融合存储系统，所述预处理设备用于接收天线收到的各频点微波信号，且预处理设备与数字交换网络连接，所述数字交换网络与信号处理设备资源池连接，且信号处理设备资源池由多个信号处理集群组成，该种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置通过改变传统并列式系统架构，更加适应卫星导航通信系统大容量的需求，同时通过对信号处理设备资源的统一协调管理，提高系统配置机动灵活性，提升备份设备利用率，降低设备成本的同时，增强备份可靠性，降低系统服务中断风险。

Description

一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置
技术领域
本发明涉及卫星导航通信技术领域，尤其涉及一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置。
背景技术
传统卫星导航地面站信号处理系统中，根据频点和体制不同采用并列式架构，划分为多个信号处理链路，每个链路由各自适配的多个信号处理设备组成，彼此之间相互独立，一路信号使用一组信号处理设备，专用性较强，存在较多冗余设备，在这种架构下，为保证系统不间断运行的可靠性，通常对多台关键信号处理设备分别进行1:1备份，相当于把所有信号处理设备全部复制一套，系统中有一半设备处于待机工作状态，当某一信号处理设备发生故障或定期检修退出运行时，其1:1备份设备切换至主工作状态代替其工作，直到故障设备检修完成重新接入系统；
但上述传统地面站信号处理系统架构和方法存在如下缺点：(1)这种信号处理架构下，每台信号处理设备的功能固定，配置好后不能轻易改变，灵活机动性差；(2)信号处理链路的每台信号处理设备需要1:1备份，成倍增加系统设备数量，组建和维护成本都很高；(3)每台备用设备只作为唯一一台主设备的备份，在较稳定运行过程中，有将近一半的设备闲置，增加系统功耗，备份利用率很低；(4)当某信号处理节点处于主设备维修、备设备工作状态时，该节点处相当于没有备份设备，如果此时备设备也故障，将导致系统信号处理通路的中断，系统服务中断风险较高，因此本发明提出一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置，该种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置通过改变传统并列式系统架构，更加适应卫星导航通信系统大容量的需求，同时通过对信号处理设备资源的统一协调管理，提高系统配置机动灵活性，提升备份设备利用率，降低设备成本的同时，增强备份可靠性，降低系统服务中断风险。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，包括预处理设备、数字交换网络、信号处理设备资源池、集群管理服务端和信息融合存储系统，所述预处理设备用于接收天线收到的各频点微波信号，且预处理设备与数字交换网络连接，所述数字交换网络与信号处理设备资源池连接，且信号处理设备资源池由多个信号处理集群组成，所述数字交换网络与集群管理服务端连接，且集群管理服务端由服务器组成，所述数字交换网络与信息融合存储系统连接，且信息融合存储系统用于收集所有信号处理结果。
进一步改进在于：所述集群管理服务端包括告警生成模块、告警分析模块、集群切换模块、集群恢复模块和状态维护模块，所述告警生成模块的输出端与告警分析模块连接，且告警分析模块的输出端与集群切换模块连接，所述集群切换模块的输出端与集群恢复模块连接。
进一步改进在于：所述集群管理服务端还包括有状态维护模块，用于与设备连接，并实时记录设备的状态信息，写入数据库保存。
进一步改进在于：所述集群管理服务端还包括有数据同步模块，用于集群管理软件本身之间数据的实时同步共享。
进一步改进在于：所述集群管理服务端还包括有日志生成和结果上报模块，用于将关键操作的日志信息写入到日志文件，关键操作结果上报到监控屏幕显示。
进一步改进在于：所述预处理设备和集群管理服务端均具有主输出信号端口和备输出信号端口，且通过VLANID进行区分。
一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置的方法,包括以下步骤：
步骤一：首先由系统中各天线接收微波信号，经过放大、分路、滤波等处理后，输出给各频点的预处理设备，预处理设备进行1:1热备份，主备设备同时接收天线信号，经过变频、解扩和模数转换处理后得到数字信号，再由各自的主备信号输出接口同时输出，主路信号输出至所述主数字交换网络，备路信号输出至所述备数字交换网络；
步骤二：再由数字交换网络的交换机各个端口的VLANID根据系统规划进行统一配置，由主备预处理设备主口输出的数字bit流经主交换机转发后，从相同VLAN的主交换机接口输出，由主备预处理设备备口输出的数字bit流经备交换机转发后，从相同VLAN的备交换机接口输出；
步骤三：之后信号处理设备资源池中的信号处理集群设备，作为一种资源根据系统需要进行灵活配置，信号处理集群同时接收所述主备预处理设备信号，即信号处理集群设备主口同时接收主备预处理设备主口输出的信号，信号处理集群设备备口同时接收主备预处理设备备口输出的信号，信号处理设备资源池中的备份信号处理集群在备份工作状态时，接收处理备份天线各频点预处理设备输出的信号；
步骤四：利用集群管理服务端实时监控步骤三中信号处理设备资源池中的处理集群工作状态，有必要时将根据各类信号的处理任务量，对信号处理集群的处理信号来源进行动态调整，最大限度的提高信号处理设备资源池中设备的利用效率。
步骤五：利用信号融合存储系统接收来自信号处理设备资源池中所有设备输出的信号处理结果，对其中冗余的信息进行融合和剔除，最终得到唯一可靠的处理信息，然后分类存储起来。
进一步改进在于：所述步骤二中，交换机的输入接口VLAN与不同天线不同频点的预处理设备的不同接口一一对应。
进一步改进在于：所述步骤三中，信号处理集群从一个信号通路同时接收到4路输入信号，其按照主设备主口、主设备备口、备设备主口、备设备备口的次序进行有效判断，只处理最先找到的一路有效输入信号。
本发明的有益效果为：该种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理方法和装置通过改变传统并列式系统架构,信号处理系统架构，将一组完成数字信号处理的设备作为一个集群统一设计，将信号处理集群作为一种系统资源，根据需求实现灵活动态配置，与传统并列式系统架构相比，大大提高设备利用率，减少系统设备体量，降低系统组建成本，更加适应未来卫星导航通信系统的性能和容量不断增长的现实需求；
同时，在对信号处理的过程中，一方面预处理设备主备口同时输出信号，真正实现主备信号的无缝切换，在设备1:1热备份的基础上，增加再备份资源，提升系统可靠性，另一方面数字信号处理设备采用非1:1指定性备份策略，所有备份集群可以是任何一个主工作集群的备份，相当于实现一备多，同时备份集群数量根据系统故障率灵活可配，在大大降低备份设备数量的同时，最大限度提升备份设备利用率和可靠性，降低系统服务中断风险。
附图说明
图1是本发明实施例一结构示意图。
图2是本发明实施例三结构示意图。
图3是本发明实施例四的集群管理控制系统触发方式示意图。
图4是本发明实施例四的集群管理控制系统处理流程图。
图5是本发明实施例四的单个设备告警的产生流程示意图。
图6是本发明实施例四的集群是否故障的判断流程示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
根据图1所示，本实施例提出了一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，包括预处理设备、数字交换网络、信号处理设备资源池、集群管理服务端和信息融合存储系统，所述预处理设备用于接收天线收到的各频点微波信号，且预处理设备与数字交换网络连接，所述数字交换网络与信号处理设备资源池连接，且信号处理设备资源池由多个信号处理集群组成，所述数字交换网络与集群管理服务端连接，且集群管理服务端由服务器组成，所述数字交换网络与信息融合存储系统连接，且信息融合存储系统用于收集所有信号处理结果，且将各信号处理集群输出的信息融合处理后，分类存储起来，其中，数字交换网络是该系统数据交互的中心枢纽，根据系统数据流量的需求配置不同，通常由一级或多级高速率网络交换机组成主备两个数字交换网络，通过对主备网络交换机的数据接口VLANID的配置，实现对网络内数据来源和流向的灵活控制，所有预处理设备、信号处理集群设备和集群管理服务端全部挂接在数字交换网络上，所有设备采用主信号口接主数字交换网络，备信号口接备数字交换网络的方式连接。
所述集群管理服务端包括告警生成模块、告警分析模块、集群切换模块和集群恢复模块，所述告警生成模块的输出端与告警分析模块连接，且告警分析模块的输出端与集群切换模块连接，所述集群切换模块的输出端与集群恢复模块连接，所述告警生成模块，通过搜集设备上报的数据信息，根据告警条件产生告警信息，如离线告警、温度过高告警等，该告警信息主要面向单个设备来产生，所述告警分析模块，通过接收告警生成模块产生的设备告警信息，根据不同的设备类型和告警类别，按照集群故障的判断条件，分别进入不同的逻辑判断机制，分析集群设备是否达到故障切换条件，并记录集群故障状态，所述集群切换模块，根据不同类型的设备集群执行不同的切换操作，发送设备控制指令，实现切换操作，所述集群恢复模块，根据不同类型的设备集群，当设备恢复正常后，执行原有配置参数恢复操作。
所述集群管理服务端还包括有状态维护模块，用于与设备连接，并实时记录设备的状态信息，写入数据库保存，所述状态维护模块，实时记录设备的各项状态信息，如故障状态、主备状态等，写入到数据库保存。
所述集群管理服务端还包括有数据同步模块，用于集群管理软件本身之间数据的实时同步共享，所述数据同步模块，一般集群控制软件因为在集群管理中处于一个重要地位，也存在主备软件，所以数据同步模块，则用于集群管理软件本身之间数据的实时同步共享。
所述集群管理服务端还包括有日志生成和结果上报模块，用于将关键操作的日志信息写入到日志文件，关键操作结果上报到监控屏幕显示。
所述预处理设备和集群管理服务端均具有主输出信号端口和备输出信号端口，且通过VLANID进行区分，所述预处理设备用于接收天线收到的各频点微波信号，经过放大、分路、滤波等处理得到系统可识别频率和电平的模拟信号，然后转换为数字信号bit流，打上不同VLAN标签后输出，预处理设备采用1:1热备份，同时配置一套备份天线各频点预处理设备，所述集群管理服务端是对系统信号处理设备资源的工作配置、运行状态和备份切换等的集中管控端，是系统运行策略实施的大脑和动力机关，可由一台或多台服务器组成。
实施例二
本实施例提出了一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置的方法,包括以下步骤：
步骤一：首先由系统中各天线接收微波信号，经过放大、分路、滤波等处理后，输出给各频点的预处理设备，预处理设备进行1:1热备份，主备设备同时接收天线信号，经过变频、解扩和模数转换处理后得到数字信号，再由各自的主备信号输出接口同时输出，主路信号输出至所述主数字交换网络，备路信号输出至所述备数字交换网络；
步骤二：再由数字交换网络的交换机各个端口的VLANID根据系统规划进行统一配置，由主备预处理设备主口输出的数字bit流经主交换机转发后，从相同VLAN的主交换机接口输出，由主备预处理设备备口输出的数字bit流经备交换机转发后，从相同VLAN的备交换机接口输出，所述步骤二中，交换机的输入接口VLAN与不同天线不同频点的预处理设备的不同接口一一对应，交换机的输出接口VLANID则根据后级信号处理集群的处理功能，将相同特点的多个数据来源转发至相同信号处理集群所对应的交换机接口；
步骤三：之后信号处理设备资源池中的信号处理集群设备，作为一种资源根据系统需要进行灵活配置，信号处理集群同时接收所述主备预处理设备信号，即信号处理集群设备主口同时接收主备预处理设备主口输出的信号，信号处理集群设备备口同时接收主备预处理设备备口输出的信号，信号处理设备资源池中的备份信号处理集群在备份工作状态时，接收处理备份天线各频点预处理设备输出的信号，所述步骤三中，信号处理集群从一个信号通路同时接收到4路输入信号，其按照主设备主口、主设备备口、备设备主口、备设备备口的次序进行有效判断，只处理最先找到的一路有效输入信号；
步骤四：利用集群管理服务端实时监控步骤三中信号处理设备资源池中的处理集群工作状态，有必要时将根据各类信号的处理任务量，对信号处理集群的处理信号来源进行动态调整，最大限度的提高信号处理设备资源池中设备的利用效率。
步骤五：利用信号融合存储系统接收来自信号处理设备资源池中所有设备输出的信号处理结果，对其中冗余的信息进行融合和剔除，最终得到唯一可靠的处理信息，然后分类存储起来。
实施例三
根据图2所示，本装置中，具有2个主天线信号和1个备天线同时接收信号，每个天线对应2个频点(波束)的信号接收链路，预处理设备包括低噪声放大器、分路器、滤波器和抗干扰单元，而数字交换网络由两台万兆交换机组成，信号处理设备资源池中配备6主3备共9个信号处理集群，每个信号处理集群由1台同步单元和2台信号处理单元组成。
系统中所有主备抗干扰单元的主输出口接主万兆交换机的A1-A12口，所有主备抗干扰单元的备输出口接备万兆交换机的A1-A12口；所有信号处理集群的同步单元的主输入口接主万兆交换机的B1-B9口，所有信号处理集群的同步单元的备输入口接备万兆交换机的B1-B9口。
主备万兆交换机各接口的VLANID配置示意如表1所示，通过这样的VLAN配置，实现3台天线接收的波束1信号经预处理设备输出给信号处理集群1-3，3台天线接收的波束2信号经预处理设备输出给信号处理集群4-6，而备份信号处理集群1-3默认配置为接收主备预处理设备的备输出口信号，当有集群出现故障时，集群管理服务器识别故障，然后从3个备份集群中轮询选取1个集群，按故障集群的VLANID配置备份集群对应的交换机接口，即可实现集群备份切换。
Figure BDA0003466719140000101
表一
实施例四
如图3-图6所示，集群管理服务端是通过集群管理控制系统控制的，而集群管理控制系统有两种控制方式，一种是自动控制方式，由设备告警信息自动触发，另一种是人为控制方式，由操作员通过监控界面发送控制指令触发，所有自动方式能够执行的切换、恢复、轮检操作，都可以通过人为控制方式进行，实现了自动控制和人为控制的结合，避免因为全自动执行带来的不可控因素。
如图4所示，soft_operation.ini为软件运行的配置文件，其中的restartXML配置项用于控制软件启动时设备参数的加载方式。软件在启动前60秒，为设备参数和配置信息的加载时间，当restartXML为,0，则此时软件从网络接收设备上报过来的工作参数和工作状态数据，并将集群管理需要的信息写入到本地文件中保存；若restartXML为1，则软件读取本地已有的配置文件，将其加载到内存，在更新完设备参数信息后，则集群管理软件由两种方式触发操作，一种是监控软件发送的控制指令人为触发，一种是告警信息自动触发。
图4中“1”标注的告警信息为单个设备的告警信息，可以细化为图5所示的告警的产生过程，每台设备会以固定频率上报工作状态(包括温度、连接状态等设备状态信息)、工作参数(包括主备状态等配置信息)，集群管理系统使用专门的线程处理设备上报的工作状态、工作参数数据，根据协议解析各个字段内容，并按照告警的门限和判断条件，若满足告警条件，则产生告警信息，此处说的告警信息，包括报警和报警解除的恢复信息。若是故障报警信息，则在故障期间按照指定频率定期产生并上报，若是恢复信息，则只产生一次上报信息，告警信息大致可以分为0级、1级、2级、3级，0级告警为告警恢复，1级告警表示影响系统运行的告警，2级告警对系统有影响，但通过执行切换外的操作保证系统的稳定运行，3级告警对系统运行无影响，不作为集群管理系统需要处理的告警。
图4中“2”标注的集群告警判断，是根据单个设备的告警信息，判断其所属的集群是否故障，可以细化为图6所示单个设备告警到集群故障处理的过程，因为某类设备集群至少由2台以上设备组成，有的类型集群还包括多类设备，因此某个集群的故障判断需要根据该集群包含的所有设备告警情况综合判断，当收到单个设备的告警时，首先根据其所属的集群类型，进入不同的判断程序，继而进入不同的处理方法。
图4中“3”标注的切换或者恢复操作，主要思想是实现主备集群对应设备的配置参数交换，来实现备份设备替代主设备服务，并中断主设备的服务，恢复是切换的逆向操作，其实现方式相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：包括预处理设备、数字交换网络、信号处理设备资源池、集群管理服务端和信息融合存储系统，所述预处理设备用于接收天线收到的各频点微波信号，且预处理设备与数字交换网络连接，所述数字交换网络与信号处理设备资源池连接，且信号处理设备资源池由多个信号处理集群组成，所述数字交换网络与集群管理服务端连接，且集群管理服务端由服务器组成，所述数字交换网络与信息融合存储系统连接，且信息融合存储系统用于收集所有信号处理结果；
应用于所述一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置的方法，包括：
步骤一：首先由系统中各天线接收微波信号，经过放大、分路、滤波处理后，输出给各频点的预处理设备，预处理设备进行1:1热备份，主备设备同时接收天线信号，经过变频、解扩和模数转换处理后得到数字信号，再由各自的主备信号输出接口同时输出，主路信号输出至主数字交换网络，备路信号输出至备数字交换网络；
步骤二：再由数字交换网络的交换机各个端口的VLANID根据系统规划进行统一配置，由主备预处理设备主口输出的数字bit流经主交换机转发后，从相同VLAN的主交换机接口输出，由主备预处理设备备口输出的数字bit流经备交换机转发后，从相同VLAN的备交换机接口输出；
步骤三：之后信号处理设备资源池中的信号处理集群设备，作为一种资源根据系统需要进行灵活配置，信号处理集群同时接收所述主备预处理设备信号，即信号处理集群设备主口同时接收主备预处理设备主口输出的信号，信号处理集群设备备口同时接收主备预处理设备备口输出的信号，信号处理设备资源池中的备份信号处理集群在备份工作状态时，接收处理备份天线各频点预处理设备输出的信号；
步骤四：利用集群管理服务端实时监控步骤三中信号处理设备资源池中的处理集群工作状态，将根据各类信号的处理任务量，对信号处理集群的处理信号来源进行动态调整，最大限度的提高信号处理设备资源池中设备的利用效率；
步骤五：利用信号融合存储系统接收来自信号处理设备资源池中所有设备输出的信号处理结果，对其中冗余的信息进行融合和剔除，最终得到唯一可靠的处理信息，然后分类存储起来。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：所述集群管理服务端包括告警生成模块、告警分析模块、集群切换模块和集群恢复模块，所述告警生成模块的输出端与告警分析模块连接，且告警分析模块的输出端与集群切换模块连接，所述集群切换模块的输出端与集群恢复模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：所述集群管理服务端还包括有状态维护模块，用于与设备连接，并实时记录设备的状态信息，写入数据库保存。
4.根据权利要求2所述的一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：所述集群管理服务端还包括有数据同步模块，用于集群管理软件本身之间数据的实时同步共享。
5.根据权利要求2所述的一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：所述集群管理服务端还包括有日志生成和结果上报模块，用于将关键操作的日志信息写入到日志文件，关键操作结果上报到监控屏幕显示。
6.根据权利要求1所述的一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：所述预处理设备和集群管理服务端均具有主输出信号端口和备输出信号端口，且通过VLANID进行区分。
7.根据权利要求1所述的一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：所述步骤二中，交换机的输入接口VLAN与不同天线不同频点的预处理设备的不同接口一一对应。
8.根据权利要求1所述的一种高可靠高密度的大容量入站信号集群处理装置，其特征在于：所述步骤三中，信号处理集群从一个信号通路同时接收到4路输入信号，其按照主设备主口、主设备备口、备设备主口、备设备备口的次序进行有效判断，只处理最先找到的一路有效输入信号。
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