CN115208457B - 一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统及方法，拆分系统包括：包括多星配置管理模块、数据接收设置模块、特征标识设置模块、分流设置模块、遥测数据接收模块、解析及拆分模块、数据分流模块。拆分方法包括：接收多颗卫星测控通道下传的遥测数据，改变以往数据提取与数据处理系统耦合在一起的方法，将数据提取功能解耦出来，通过特征标识来定义每种数据的特征数值及其位置，并根据特征数值进行拆分，拆分后的数据流以网络数据包形式发向不同的处理系统，从而解决遥测数据多种数据混杂在一起不便于处理的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统及方法，属于数据流处理技术领域。
背景技术
卫星在地面测试、发射及在轨运行过程中，通过测控射频通道不间断地以固定频次向地面发送卫星的遥测数据。地面系统的基带设备对射频信号进行解调，然后把解调后数据发给遥测前端软件。遥测前端软件收到数据后，以网络UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)数据包的形式发向最终的数据处理系统。
一个UDP网络数据包是以字节为最小单位的一串数据，一般称为一个网络数据帧，收发双方会事先约定好每个字节表示什么意义。发送端不停的发出一个个的网络帧，接收方不停的接收这样一个个的网络帧，然后按照事先约定好的格式进行后续的处理。UDP有3种传输方式：单播、广播和组播。单播即点对点传输，每个点都是一个IP+端口的组合；广播即向一个网络所拥有的所有终端发送数据，目标地址为IP地址形式的网络广播地址；组播又称多播，仅向注册到同一组地址的终端发送数据，目标地址为IP地址形式的组播地址。对于UDP接收方，接收单播和广播数据时，只需要知道数据到达本地的端口，接收组播数据时，除了端口，还需要知道数据发向的组播地址以便于注册到该组地址。对于UDP发送方，只需要知道发送的目标地址和端口即可。
早期卫星研制过程中，测控通道下传的信息仅包含卫星遥测参数这一类，随着卫星技术的飞速发展，测控通道下传的信息种类不断增加，除了原有的分包遥测信息外，还有可能包含载荷测量数据、星座间传输的数据等，引入了时分复用传输的虚拟信道概念，测控通道在时间上按需动态划分，每种信息需要不同的处理方法，同时不同卫星传输的数据种类也可能不同，这就对地面系统提出了新的要求。
卫星地面处理系统一般为通用系统，只能按照约定好的数据格式进行处理，无法处理多种类信息混杂在一起的遥测数据，如果专门针对某颗卫星的遥测数据流增加拆分处理功能，就会破坏整个系统的通用性，当另一颗卫星的遥测数据中出现不同种类的数据时，仍然面临无法处理的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统及方法，接收多颗卫星测控通道下传的遥测数据，通过特征标识来描述每种数据的一个或多个特征数值，并根据特征数值进行拆分，拆分后的数据流以UDP网络数据包形式发向不同的处理系统，将数据拆分与数据处理解耦开来，有效提升了数据处理系统的通用性，实现了数据流拆分的灵活快捷配置，适用于多星批量配置和处理，提高了数据处理效率，从而解决了遥测数据多种数据混杂在一起不便于处理的问题。
本发明的技术解决方案：
一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统，包括多星配置管理模块、数据接收设置模块、特征标识设置模块、分流设置模块、遥测数据接收模块、解析及拆分模块、数据分流模块；其中：
多星配置管理模块：配置以不同卫星为索引的卫星总条目信息，将卫星总条目信息发送给数据接收设置模块、特征标识设置模块和分流设置模块；
数据接收设置模块：接收外部数据源发送的遥测数据和多星配置管理模块发送的卫星总条目信息，依据所述卫星总条目信息配置数据接收配置信息，将数据接收配置信息发送给遥测数据接收模块；
遥测数据接收模块：接收数据接收设置模块发送的数据接收配置信息，根据数据接收配置信息建立数据接收端口，接收外部数据源发送的遥测数据，收到网络数据帧后传递给解析及拆分模块；
特征标识设置模块：接收多星配置管理模块发送的卫星总条目信息，根据所述卫星总条目信息和遥测数据中包含的不同种类数据的特征，创建特征标识信息，并将全部特征标识信息发送给解析及拆分模块；其中，一类遥测数据对应一条特征标识信息；
解析及拆分模块：接收特征标识设置模块发送的特征标识信息，接收遥测数据接收模块发送的网络数据帧，按照定义的特征标识信息对所述网络数据帧进行格式解析，将格式匹配的网络数据帧发送给数据分流模块；
分流设置模块：根据多星配置管理模块发送的卫星总条目信息，完成对不同种类数据拆分规则的设置，创建不同种类数据分发目的地分流信息，将分流信息发送给数据分流模块。
数据分流模块：接收分流设置模块发送的分流信息，接收解析及拆分模块发送的网络数据帧，完成把不同种类数据，根据分流信息，发向外部各类数据处理系统的目的IP地址和端口。
在上述数据流拆分系统中，所述格式解析包括固定格式解析和不固定格式解析，所述特征标识信息包括若干个偏移位置和特征值，所述网络数据帧包含若干字节。
在上述数据流拆分系统中，所述固定格式解析的具体方法为：每收到一个网络数据帧，获取当前卫星配置的全部特征标识信息；判断是否有未解析的特征标识信息，取出一个特征标识信息字符串，根据特征标识信息中的偏移位置和特征值与网络数据帧相匹配；若匹配成功则将网络数据帧发给分流模块，若匹配不成功则继续取下一个特征标识信息字符串，直到所有特征标识信息都检查完毕。
在上述数据流拆分系统中，所述不固定格式解析的具体方法为：每接收到一个网络数据帧，获取当前卫星配置的全部特征标识信息；判断当前网络数据帧中是否有未比较的字节，有则取出一个字节，比较该字节值与各个特征标识信息中的第一个特征值是否相等；若相等，则以此字节为偏移位置0，继续比较后续特征值是否相等，是则发给分流模块，否则继续取出下一个字节进行比较，直到网络数据帧中的所有字节都比较完毕。
在上述数据流拆分系统中，所述数据接收配置信息包括接收端口、接收组地址、指定接收用网卡IP，所述接收组地址为可选项，所述指定接收用网卡IP为可选项。
在上述数据流拆分系统中，所述拆分规则包含数据类别的描述、特征标识、输出数据开始偏移及输出长度、转发目标IP及端口、绑定网卡IP。
一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分方法，步骤如下：
(1)通过多星配置管理模块为卫星配置卫星总条目信息；
(2)依据卫星总条目信息，通过数据接收设置模块配置数据接收配置信息；
(3)依据卫星总条目信息，通过特征标识设置模块配置特征标识信息；
(4)依据卫星总条目信息，通过分流设置模块配置分流信息；
(5)重复进行步骤(1)～步骤(4)，直到所有卫星配置完成，则进入步骤(6)；
(6)创建并启动更改配置线程，更改特征标识信息和分流信息；
(7)创建并启动N个数据接收处理线程，进行遥测数据的接收、解析并拆分和数据分流。
在上述数据流拆分方法中，所述步骤(6)中更改配置线程的具体流程为：
(1)判断是否需要更改特征标识信息，是则进入步骤(2)，否则进入步骤(3)；
(2)通过特征标识设置模块修改特征标识信息；
(3)判断是否需要修改分流信息，是则通过分流设置模块修改分流信息；否则重新进入步骤(1)。
在上述数据流拆分方法中，所述步骤(7)中数据接收处理线程的具体流程为：
(1)通过遥测数据接收模块自动从外部数据源接收遥测数据；
(2)通过解析及拆分模块根据各个种类数据的特征标识信息解析并拆分收到的遥测数据；
(3)通过数据分流模块根据分流信息将各种类遥测数据发向不同的目的地址。
在上述数据流拆分方法中，所述创建并启动N个数据接收处理线程，其中N大于等于1。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明实现了混杂多种数据的数据流拆分，将数据拆分与数据处理解耦开来，可以有效提升数据处理系统的通用性，并兼容以往只有一类遥测的处理系统。
(2)本发明以特征标识的形式描述不同种类的数据，便于对不同种类数据的特征数值进行新增、修改、删除，实现了数据流拆分的灵活快捷配置，适用于多星批量配置和处理。
(3)本发明中当数据种类、特征标识或分流信息有变动时，可在系统运行状态下进行数据种类、特征标识或分流信息的重配置并实时应用到数据流处理过程中，实现了数据流拆分的快捷配置，提高了数据处理效率。
附图说明
图1为本发明的系统功能模块组成及与外部系统的关系示意图；
图2为本发明的遥测数据流拆分方法流程图；
图3为本发明的系统在多星环境下应用的场景示意图；
图4为本发明的固定格式解析的场景示意图；
图5为本发明的使用固定格式解析的2种数据格式举例；
图6为本发明的固定格式解析流程图；
图7为本发明的适用于不固定格式解析的场景示意图；
图8为本发明的使用不固定格式解析的2种数据格式举例；
图9为本发明的不固定格式解析流程图；
图10为本发明的固定格式解析建立的拆分规则举例；
图11为本发明的不固定格式解析建立的拆分规则举例。
具体实施方式
如图1所示为本发明的系统功能模块组成及与外部系统的关系示意图，本发明一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统，包括多星配置管理模块、数据接收设置模块、特征标识设置模块、分流设置模块、遥测数据接收模块、解析及拆分模块、数据分流模块；其中：
多星配置管理模块：配置以不同卫星为索引的卫星总条目信息，将卫星总条目信息发送给数据接收设置模块、特征标识设置模块和分流设置模块；
数据接收设置模块：接收外部数据源发送的遥测数据，依据卫星总条目信息配置数据接收配置信息，将数据接收配置信息发送给遥测数据接收模块；
遥测数据接收模块：接收数据接收设置模块发送的数据接收配置信息，根据数据接收配置信息建立数据接收端口，接收外部数据源发送的遥测数据，收到网络数据帧后传递给解析及拆分模块；
特征标识设置模块：根据遥测数据中包含的不同种类数据的特征，创建特征标识信息，并将全部特征标识信息发送给解析及拆分模块；一类遥测数据对应一条特征标识信息；
解析及拆分模块：接收特征标识设置模块发送的特征标识信息，接收遥测数据接收模块发送的网络数据帧，按照定义的特征标识信息对接收到的网络数据帧进行格式解析，将格式匹配的网络数据帧发送给数据分流模块；
分流设置模块：根据多星配置管理模块发送的卫星总条目信息，完成对不同种类数据拆分规则的设置，创建不同种类数据分发目的地分流信息，将分流信息发送给数据分流模块。
数据分流模块：接收分流设置模块发送的分流信息，接收解析及拆分模块发送的网络数据帧，完成把不同种类数据，根据分流信息，发向外部各类数据处理系统的目的IP地址和端口。
格式解析包括固定格式解析和不固定格式解析，特征标识信息包括若干个偏移位置和特征值，网络数据帧包含若干字节。
固定格式解析的具体方法为：每收到一个网络数据帧，获取当前卫星配置的全部特征标识信息；判断是否有未解析的特征标识信息，取出一个特征标识信息字符串，根据特征标识信息中的偏移位置和特征值与网络数据帧相匹配；若匹配成功则将网络数据帧发给分流模块，若匹配不成功则继续取下一个特征标识信息字符串，直到所有特征标识信息都检查完毕。
不固定格式解析的具体方法为：每接收到一个网络数据帧，获取当前卫星配置的全部特征标识信息；判断当前网络数据帧中是否有未比较的字节，有则取出一个字节，比较该字节值与各个特征标识信息中的第一个特征值是否相等；若相等，则以此字节为偏移位置0，继续比较后续特征值是否相等，是则发给分流模块，否则继续取出下一个字节进行比较，直到网络数据帧中的所有字节都比较完毕。
数据接收配置信息包括接收端口、接收组地址、指定接收用网卡IP，接收组地址为可选项，指定接收用网卡IP为可选项。拆分规则包含数据类别的描述、特征标识、输出数据开始偏移及输出长度、转发目标IP及端口、绑定网卡IP。
如图2所示为本发明的遥测数据流拆分方法流程图，本发明的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分方法，步骤如下：
步骤(1)、针对某个卫星通过多星配置管理模块配置卫星总条目信息；
步骤(2)、依据卫星总条目信息，通过数据接收设置模块配置数据接收配置信息；
步骤(3)、依据卫星总条目信息，通过特征标识设置模块配置特征标识信息；
步骤(4)、依据卫星总条目信息，通过分流设置模块配置分流信息；
步骤(5)、重复进行步骤(1)～步骤(4)，直到所有卫星配置完成，则进入步骤(6)；
步骤(6)、创建并启动更改配置线程，更改特征标识信息和分流信息；
步骤(7)、创建并启动N个数据接收处理线程，进行遥测数据的接收、解析并拆分和数据分流，其中N大于等于1。
其中，更改配置线程和全部数据接收处理线程持续运行，直到用户停止数据处理并退出系统。
其中，步骤(6)中更改配置线程的具体流程为：
步骤(6.1)、判断是否需要更改特征标识信息，是则进入步骤(6.2)，否则进入步骤(6.3)；
步骤(6.2)、通过特征标识设置模块修改特征标识信息；
步骤(6.3)、判断是否需要修改分流信息，是则通过分流设置模块修改分流信息；否则重新进入步骤(6.1)。
其中，步骤(7)中数据接收处理线程的具体流程为：
步骤(7.1)、通过遥测数据接收模块自动从外部数据源接收遥测数据；
步骤(7.2)、通过解析及拆分模块根据各个种类数据的特征标识信息解析并拆分收到的遥测数据；
步骤(7.3)、通过数据分流模块根据分流信息将各个种类数据发向不同的目的地址。
如图3所示为本发明的固定格式解析的场景示意图，其特点是：每颗星对应一个数据流处理模块实例，每个数据流处理模块实例接收对应卫星遥测前端软件发来的遥测数据，进行解析、拆分然后分发向不同的数据处理系统。
如图4所示为本发明的固定格式解析的场景示意图，其特点是：数据流中的一个UDP网络数据帧中只包含一种数据，有的数据帧包含数据类别1，有的数据帧包含数据类别2等，并且这些数据类别在数据流中的先后顺序是随机的，对于一个数据帧，是无法根据先后顺序来判断里面包含哪种数据的。
固定格式解析时特征标识的定义，通过举例说明，如图5所示为本发明的使用固定格式解析的2种数据格式举例。固定格式把网络数据帧的第1个字节作为偏移0位置，数据中所有字节的偏移位置都以此为基准。对于数据类别1，它的特征数值有2个，第一个是偏移15的字节值固定为55H，第二个是偏移16的字节值固定为A0H，那么该类数据的特征标识就表示为“[15]＝55H,[16]＝A0H”。对于数据类别2，它的特征数值有3个，第一个是偏移10的字节值固定为14H，第二个是偏移11的字节值固定为6FH，第三个是偏移20的字节值固定为ABH，那么该类数据的特征标识就表示为“[10]＝14H,[11]＝6FH,[20]＝ABH”。
如图6所示为本发明的固定格式解析流程图，固定格式解析时，每收到一帧数据，获取当前卫星配置的全部特征标识，取出一个特征标识信息字符串，根据特征标识中的多个[偏移位置+特征值]去数据帧中匹配，若匹配成功则将数据帧发给分流模块，若匹配不成功则继续取下一个特征标识信息字符串，直到所有特征标识都检查完毕。
如图7所示为本发明的适用于不固定格式解析的场景示意图，其特点是：数据流中的一个UDP数据帧中包含多种数据，每种数据相对于数据帧第一个字节的位置是不固定的，并且不同的数据帧中包含的数据种类的数量可能是不同的，只能从头到尾逐字节排查。
不固定格式解析时特征标识的定义，通过举例说明，如图8所示为本发明的使用不固定格式解析的2种数据格式举例，数据流的网络帧有可能包含2个数据类别，也有可能包含其中一个数据类别。不固定格式每个数据类别相对于数据帧头的位置是不固定的，对于这样的数据，无法以网络帧头作为偏移0基准，必须以数据类别的第一个特征值的位置作为偏移0。对于数据类别1，其第1个字节为固定值55H，第2个字节为固定值A0H，那么该类数据特征标识就表示为“[0]＝55H,[1]＝A0H”。对于数据类别2，其第1个字节为固定值为14H，第2个字节为固定值6FH，第11个字节为ABH，那么该类数据的特征标识就表示为“[0]＝14H,[1]＝6FH,[10]＝ABH”。
如图9所示为本发明的不固定格式解析流程图，不固定格式解析时，每收到一帧数据，获取当前卫星配置的全部特征标识，若当前数据帧中还有未比较的字节，则取出一个字节，比较该字节值与各个特征标识中的第一个特征数值是否相等，若相等，则以此字节为偏移0，继续比较后续特征数值是否相等，若相等，则发给分流模块，否则继续取出下一个字节进行比较，直到数据帧中的所有字节都比较完毕。
如图10所示为本发明的固定格式解析建立的拆分规则举例，表格共有8列：第1列显示不同种类数据的名称；第2列显示该数据类别定义的特征标识简化形式，图中第一行特征标识描述的是中间位置包含“55A0”的数据帧，第二行特征标识描述的是中间包含“146F…AB”的数据帧；第3-4列表示分流时输出数据的开始位置和输出长度，用来灵活控制输出数据；第5-7列表示分流时目标IP、目标端口以及是否绑定网卡；第8列用于显示分发计数，可以实时监测分发状态。
如图11所示为本发明的不固定格式解析建立的拆分规则举例，与固定格式解析的不同是特征标识必须从该类数据的开始位置定义，图中第一行的特征标识描述的是以“55A0”开头的数据，第二行描述的是以“146F…AB”开头的数据。
Claims (8)
1.一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统，其特征在于：包括多星配置管理模块、数据接收设置模块、特征标识设置模块、分流设置模块、遥测数据接收模块、解析及拆分模块、数据分流模块；其中：
多星配置管理模块：配置以不同卫星为索引的卫星总条目信息，将卫星总条目信息发送给数据接收设置模块、特征标识设置模块和分流设置模块；
数据接收设置模块：接收外部数据源发送的遥测数据和多星配置管理模块发送的卫星总条目信息，依据所述卫星总条目信息配置数据接收配置信息，将数据接收配置信息发送给遥测数据接收模块；
遥测数据接收模块：接收数据接收设置模块发送的数据接收配置信息，根据数据接收配置信息建立数据接收端口，接收外部数据源发送的遥测数据，收到网络数据帧后传递给解析及拆分模块；
特征标识设置模块：接收多星配置管理模块发送的卫星总条目信息，根据所述卫星总条目信息和遥测数据中包含的不同种类数据的特征，创建特征标识信息，并将全部特征标识信息发送给解析及拆分模块；其中，一类遥测数据对应一条特征标识信息；
解析及拆分模块：接收特征标识设置模块发送的特征标识信息，接收遥测数据接收模块发送的网络数据帧，按照定义的特征标识信息对所述网络数据帧进行格式解析，将格式匹配的网络数据帧发送给数据分流模块；
分流设置模块：根据多星配置管理模块发送的卫星总条目信息，完成对不同种类数据拆分规则的设置，创建不同种类数据分发目的地分流信息，将分流信息发送给数据分流模块；
数据分流模块：接收分流设置模块发送的分流信息，接收解析及拆分模块发送的网络数据帧，完成把不同种类数据，根据分流信息，发向外部各类数据处理系统的目的IP地址和端口；
所述格式解析包括固定格式解析和不固定格式解析，所述特征标识信息包括若干个偏移位置和特征值，所述网络数据帧包含若干字节；
所述不固定格式解析的具体方法为：每收到一个网络数据帧，获取当前卫星配置的全部特征标识信息；判断当前网络数据帧中是否有未比较的字节，有则取出一个字节，比较该字节值与各个特征标识信息中的第一个特征值是否相等；若相等，则以此字节为偏移位置0，继续比较后续特征值是否相等，是则发给分流模块，否则继续取出下一个字节进行比较，直到网络数据帧中的所有字节都比较完毕。
2.根据权利要求1所述的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统，其特征在于：所述固定格式解析的具体方法为：每收到一个网络数据帧，获取当前卫星配置的全部特征标识信息；判断是否有未解析的特征标识信息，取出一个特征标识信息字符串，根据特征标识信息中的偏移位置和特征值与网络数据帧相匹配；若匹配成功则将网络数据帧发给分流模块，若匹配不成功则继续取下一个特征标识信息字符串，直到所有特征标识信息都检查完毕。
3.根据权利要求1所述的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统，其特征在于：所述数据接收配置信息包括接收端口、接收组地址、指定接收用网卡IP，所述接收组地址为可选项，所述指定接收用网卡IP为可选项。
4.根据权利要求1所述的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统，其特征在于：所述拆分规则包含数据类别的描述、特征标识、输出数据开始偏移及输出长度、转发目标IP及端口、绑定网卡IP。
5.一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分方法，其特征在于：采用如权利要求1～4任一所述的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分系统，步骤如下：
(1)通过多星配置管理模块为卫星配置卫星总条目信息；
(2)依据卫星总条目信息，通过数据接收设置模块配置数据接收配置信息；
(3)依据卫星总条目信息，通过特征标识设置模块配置特征标识信息；
(4)依据卫星总条目信息，通过分流设置模块配置分流信息；
(5)重复进行步骤(1)～步骤(4)，直到所有卫星配置完成，则进入步骤(6)；
(6)创建并启动更改配置线程，更改特征标识信息和分流信息；
(7)创建并启动N个数据接收处理线程，进行遥测数据的接收、解析并拆分和数据分流。
6.根据权利要求5所述的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分方法，其特征在于：所述步骤(6)中更改配置线程的具体流程为：
(1)判断是否需要更改特征标识信息，是则进入步骤(2)，否则进入步骤(3)；
(2)通过特征标识设置模块修改特征标识信息；
(3)判断是否需要修改分流信息，是则通过分流设置模块修改分流信息；否则重新进入步骤(1)。
7.根据权利要求5所述的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分方法，其特征在于：所述步骤(7)中数据接收处理线程的具体流程为：
(1)通过遥测数据接收模块自动从外部数据源接收遥测数据；
(2)通过解析及拆分模块根据各个种类数据的特征标识信息解析并拆分收到的遥测数据；
(3)通过数据分流模块根据分流信息将各种类遥测数据发向不同的目的地址。
8.根据权利要求5所述的一种可快捷配置的多星星地遥测数据流拆分方法，其特征在于：所述创建并启动N个数据接收处理线程，其中N大于等于1。
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- 2022-06-17 CN CN202210692039.9A patent/CN115208457B/zh active Active
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| 基于LabVIEW的卫星有效载荷遥测数据解析处理方法;张春;刘堂友;;测控技术(第05期);全文 * |
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