CN115794422A - 一种测控基带处理池资源管控编排系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天技术领域，公开了一种测控基带处理池资源管控编排系统，包括管控编排层、基带处理池，还包括与管控编排层通信连接的业务功能库、虚拟化功能层、虚拟化资源层，业务功能库、虚拟化功能层、虚拟化资源层、基带处理池依次通信连接。本发明解决了现有技术存在的通用性差、软硬件紧耦合、封闭程度高、系统弹性低、业务部署时间长、运营成本高等问题。本发明提供了一种测控基带处理池资源管控编排系统，解决现有技术存在的通用性差、软硬件紧耦合、封闭程度高、系统弹性低、业务部署时间长、运营成本高等问题。

Description

一种测控基带处理池资源管控编排系统

技术领域

本发明涉及航天技术领域，具体是一种测控基带处理池资源管控编排系统。

背景技术

传统的航天地面站测控基带系统架构多基于烟囱式结构，在软硬件解耦方面，基带处理设备通常采用专用设备，通用性差，软硬件紧耦合，功能软件依赖特定硬件，封闭程度高；在网络弹性及系统升级方面，传统的专用基带设备，无法采用虚拟化技术实现资源共享和弹性伸缩，升级需要软硬件同时开发，设备更新和部署时间长；在管理和编排方面，业务面和控制面混合管理模式，管理界限不清晰，各类数据交杂，增加了系统扩展的复杂性。随着基带硬件平台逐步向标准化、通用化、池化的方向发展，需研究一种测控基带处理池资源管控编排系统，将各种业务功能软件化、设备属性弱化，达到提升系统弹性、缩短业务部署时间、促进系统高效低成本运营目的。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种测控基带处理池资源管控编排系统，解决现有技术存在的通用性差、软硬件紧耦合、封闭程度高、系统弹性低、业务部署时间长、运营成本高等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种测控基带处理池资源管控编排系统，包括管控编排层、基带处理池，还包括与管控编排层通信连接的业务功能库、虚拟化功能层、虚拟化资源层，业务功能库、虚拟化功能层、虚拟化资源层、基带处理池依次通信连接；

其中，

所述虚拟化资源层，用以：给基带处理池内各类型硬件资源赋予基本的组件特性，完成硬件资源的抽象；以及；向虚拟化功能层提供统一的软件运行接口，支持虚拟化功能层所需要的软件或者容器管理平台；

所述虚拟化功能层，用以：实现业务功能库中各种业务功能的软件应用；

所述管控编排层，用以：管理虚拟化资源层、虚拟化功能层、业务功能库的统一框架，方便运维人员进行业务编排与设备管理；

管控编排层包括相互通信连接的站管控分系统、池管控分系统；

其中，

站管控分系统与业务功能库通信连接，用以实现对业务功能库的管理；

池管控分系统与虚拟化资源层、虚拟化功能层分别通信连接，用以实现对虚拟化资源层、虚拟化功能层的管理。

作为一种优选的技术方案，所述虚拟化资源层包括与基带处理池通信连接的设备抽象层，所述设备抽象层用以完成基带处理池内资源的类别、连接类型、接口通信速率和/或接口吞吐量的抽象。

作为一种优选的技术方案，所述虚拟化资源层还包括与基带处理池通信连接的虚拟机管理层，所述虚拟机管理层用以运行在服务器和操作系统间的中间软件层，可允许多个操作系统和应用共享硬件。

作为一种优选的技术方案，所述虚拟化功能层包括与虚拟化资源层通信连接的功能构件库，所述功能构件库用以表征组成各功能的算法模块所需硬件类别、对外接口类型、通信速率和/或吞吐量。

作为一种优选的技术方案，站管控分系统用以根据输入任务对时延敏感性、计算密集性和/或确定性时延性需求的约束，选取满足约束的基带处理池来完成任务，并将该任务对应的业务功能标识符传递至相应的池管控分系统。

作为一种优选的技术方案，池管控分系统用以依据业务功能标识符，在功能构件库中查找出标识符所代表业务功能的所有算法，并按事先约定的部署策略完成计算资源的选取、软件算法的实例化、映射和/或部署操作。

作为一种优选的技术方案，虚拟化资源层内设有用以表征逻辑系统到真实物理系统的映射的部署级表征映射。

作为一种优选的技术方案，虚拟化功能层内设有：用以表征各业务功能的算法组成的基于IP的功能表征映射，用以表征各业务功能的各算法所需的硬件类别、对外接口类型、通信速率、吞吐量要求和各算法间的连接关系、需求的功能构件行为级表征映射。

作为一种优选的技术方案，所述基带处理池包括FPGA类基带处理池、CPU类基带处理池。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

（1）本发明将航天地面站测控基带处理池功能软件化，通过虚拟化技术，实现软件硬件解耦，并引入端到端分层管理编排系统，实现池内资源共享，上层业务功能灵活编排；达到提升系统网络弹性、缩短业务部署时间、促进网络高效低成本运营的效果；

（2）池内计算资源、存储资源、网络资源通过虚拟化技术、统一的标准接口定义，实现软硬解耦，资源共享，并基于分层的管控编排层，将数据面和控制面业务分离，做到统一的资源管理、自动化流程、资源调度和调整策略，达到提高资源利用率的目的。

附图说明

图1为航天地面站架构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为测控基带处理池资源管控编排流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图3所示，本发明的目的是针对现有基带设备软硬件紧耦合、升级扩展困难、资源分层管理调度复杂等现状，提出一种测控基带处理池资源管控编排系统，池内计算资源、存储资源、网络资源通过虚拟化技术、统一的标准接口定义，实现软硬解耦，资源共享，并基于分层的管理与编排系统，将数据面和控制面业务分离，做到统一的资源管理、自动化流程、资源调度和调整策略，达到提高资源利用率的目的，为未来航天地面站分层规划、管理、部署提供支撑。

本发明的上述目的可通过一下措施来达到：提供一套统一的管控编排系统，该系统由池管控分系统和站管控分系统组成，分系统间通过标准接口实现交互，最终实现航天地面站测控基带处理池内资源的共享、按需灵活部署，业务功能的统一编排与管理。所述航天地面站测控基带处理池覆盖同属一个地面站管控区域内的所有基带处理池，包括分布在不同物理位置的多个计算资源密集型以FPGA/DSP嵌入式处理为主的基带处理池（以下简称FPGA类基带处理池），和计算资源弹性可云化的以CPU结合FPGA加速处理器为主的基带处理池（以下简称CPU类基带处理池）。所述的池管控分系统实现对虚拟化资源层、虚拟化功能层的管理，主要功能包括：池内软硬件资源的虚拟化、管理、按策略分配、部署、平台健康状态获取、故障处理等；其中，虚拟化资源层是基带处理池内计算资源的抽象层，该层给池内各类型计算资源赋予基本的组件特性，向上提供统一的软件运行接口，提供业务功能运行所需要的软件或者容器管理平台；虚拟化功能层是各业务功能的波形软件算法抽象层，该层集合了实现各业务功能的所有软件算法，各算法模块通过统一的对外接口运行于异构计算资源中，算法模块具备通用性，不依赖特定的硬件设备。所述的站级管控分系统，实现对业务功能库的管理，业务功能库内存有所有业务功能的标识符，站管控分系统根据输入任务对时延敏感性、计算密集性、确定性时延性等需求的约束，选取合适的基带处理池来完成任务，并将该任务对应的业务功能标识符传递至相应的池管控分系统，池管控分系统依据业务功能标识符，在功能构件库中查找出标识符所代表业务功能的所有算法，并按事先约定的部署策略完成计算资源的选取及软件算法的实例化、映射、部署等操作。所述时延敏感型任务包括但不限于：卫星扩频/跳频测控、卫星标准测控、靶场测控、临近空间飞行器测控、无人机遥控、无人机遥测、飞行器随遇接入。所述非时延敏感型任务包括但不限于：卫星单遥测接收、卫星中低速数传、卫星高速数传、无人机图传。所述计算密集型任务包括但不限于：卫星/无人机等高速数传。所述具有确定性时延要求的任务包括但不限于：飞行器外弹道测量、（异地）多天线组阵类处理。

实施例2

如图1至图2所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

参阅图1，一种测控基带处理池资源管控编排系统适应于的航天地面站测控基带处理池为同属一个地面站管控区域内的所有基带处理池，包括分布在不同物理位置的多个计算资源密集型以FPGA/DSP嵌入式处理为主的基带处理池（以下简称FPGA类基带处理池），和计算资源弹性可云化的以CPU结合FPGA加速处理器为主的基带处理池（以下简称CPU类基带处理池）。

参阅图2，一种测控基带处理池资源管控编排系统由池管控分系统和站管控分系统组成：

池管控分系统：实现对虚拟化资源层、虚拟化功能层的管理，主要功能包括：池内软硬件资源的虚拟化、管理、按策略分配、部署、平台健康状态获取、故障处理等。其中，虚拟化资源层主要完成计算资源的抽象，包括基带处理池内所有资源（计算资源、存储资源、虚拟网络资源）的类别、连接类型、接口通信速率、接口吞吐量等，可实时反应基带处理池计算资源的所有拓扑关系，虚拟化资源层对上还提供业务功能的软件运行环境。虚拟化功能层是对业务功能波形算法的抽象，主要由功能构件库组成，该库集合了各业务功能的波形算法配置文件，各业务功能的波形算法对外通过标准接口运行于虚拟化资源层提供的软件运行环境内。

站管控分系统：实现对业务功能库的管理，业务功能库内存有所有业务功能的标识符，站管控分系统根据输入任务对时延敏感性、计算密集性、确定性时延性等需求的约束，选取合适的基带处理池来完成任务，并将该任务对应的业务功能标识符传递至相应的池管控分系统，池管控分系统依据业务功能标识符，在功能构件库中查找出标识符所代表业务功能的所有算法，并按事先约定的部署策略完成计算资源的选取及软件算法的实例化、映射、部署等操作。

参阅图2，在虚拟化功能层、虚拟化资源层中，存在三类表征映射关系，分别是“基于IP的功能表征映射”、“功能构件行为级表征映射”、“部署级表征映射”。“基于IP的功能表征映射”表征了各业务功能的算法组成；“功能构件行为级表征映射”表征了各业务功能的各算法所需的硬件类别、对外接口类型、通信速率、吞吐量等要求，同时表征了各算法间的连接关系及需求，“功能构件行为级表征映射”支持动态生成，也支持用户的事先录入，用维度为

的矩阵

表示业务功能库中所有业务功能集合，其中

表示业务功能波形的个数

，

表示第

个业务功能；用维度为

的高维矩阵

表示组成各业务功能算法模块所需计算资源的特性，其中

表示业务功能算法模块个数，

，

是一个向量，表示第

个业务功能的第

个算法模块所需计算资源的特性，如FPGA资源大小、处理能力、时延、吞吐率等（在此不作展开）；“部署级表征映射”是池管控分系统依据“功能构件行为级表征映射”的输入，按照事先约定好的部署策略，自主选择出的功能最优部署方式，其表征了逻辑系统到真实物理系统的映射，最终池管控分系统将依据决策出的“部署级表征映射”来完成各业务功能算法的部署与加载，用维度为

的矩阵

表示基带处理池中计算资源类别的集合，其中

表示基带处理池中计算资源类别的总数，

，

表示第

种计算资源类别，用维度为

的矩阵

表示各类别计算资源的多种特性集合，其中

表示计算资源模块号，

，

是一个向量，表示第

类计算资源的第

个模块的资源特性，包括如FPGA资源大小、处理能力、时延、吞吐率等（在此不作展开）；部署业务功能

时，将在S中匹配与D相符合的计算资源，若同时存在多个相符合的计算资源，则按部署策略选取其中一个，最终形成“部署级表征映射”完成部署。部署策略包括但不限于：

（1）最小资源占用总量准则；

（2）最小整机功耗准则；

（3）负载均衡准则；

（4）可靠性冗余准则；

（5）最小故障迁移时间准则；

（6）基于“用户指定约束”的其他部署策略准则。

参阅图3，站管控分系统需根据输入任务对时延敏感性、计算密集性、确定性时延性等需求的约束，选取合适的基带处理池来完成任务，并将该任务对应的业务功能标识符传递至相应的池管控分系统，完成后续计算资源的选取、软硬件映射及部署等操作，具体如下：

（1）站管控分系统接收任务输入，并判断该任务是否为时延敏感型任务，时延敏感性任务包括但不限于：卫星扩频/跳频测控、卫星标准测控、靶场测控、临近空间飞行器测控、无人机遥控、无人机遥测、飞行器随遇接入，若任务为时敏型任务，则：

a )站管控分系统选取传输和处理总时延小于任务需求的计算资源集合，并确定管辖内能完成该任务的所有基带处理池集合代号；

b )站管控分系统继续判断该任务是否为计算密集型任务，其中，计算密集型任务包括但不限于：卫星/无人机等高速数传，若为计算密集型任务，则对“已选出的FPGA类基带处理池剩余资源

任务资源需求”这一条件进行判断，其中

为资源剩余率，

，若满足该条件，则确认选取FPGA类基带处理池，若不满足该条件，则按照处理时延最短策略选择CPU类基带处理池来完成任务，并根据计算密集度要求分配计算加速资源（加速卡等）。站管控分系统完成任务的计算密集确认及相关处理池的选取后，再判断该任务的确定性时延需求，并选取可满足“确定性（上下行）时延”需求的计算资源子集，最终确定基带处理池代号，同时将业务功能标识符传递至对应站点的池管控分系统，池管控分系统收到业务功能标识符后将按部署策略完成本池内计算资源的选取，最终完成功能算法到计算资源的映射、部署等操作。

c )若站管分系统控判断任务为非计算密集型任务，则选取CPU类基带处理池来部署任务，并根据计算密集度要求分配计算加速资源（加速卡等），若加速卡资源不够，则本次任务编排失败，若加速卡资源够，站管控分系统继续判断该任务的确定性时延需求，并选取可满足“确定性（上下行）时延”需求的计算资源子集，最终确定基带处理池代号，同时将业务功能标识符传递至对应站点的池管控分系统，池管控分系统收到业务功能标识符后将按部署策略完成本池内计算资源的选取，最终完成功能算法到计算资源的映射、部署等操作。

（2）若站管控分系统判断接收的任务为非时延敏感型任务，非时延敏感型任务包括但不限于：卫星单遥测接收、卫星中低速数传、卫星高速数传、无人机图传，则选取管辖内CPU类基带处理池来部署任务，并根据计算密集度要求分配计算加速资源（加速卡等），若加速卡资源不够，则本次任务编排失败，若加速卡资源够，站管控分系统继续判断该任务的确定性时延需求，并选取可满足“确定性（上下行）时延”需求的计算资源子集，最终确定基带处理池代号，同时将业务功能标识符传递至对应站点的池管控分系统，池管控分系统收到业务功能标识符后将按部署策略完成本池内计算资源的选取，最终完成功能算法到计算资源的映射、部署等操作。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，包括管控编排层、基带处理池，还包括与管控编排层通信连接的业务功能库、虚拟化功能层、虚拟化资源层，业务功能库、虚拟化功能层、虚拟化资源层、基带处理池依次通信连接；

其中，

所述虚拟化资源层，用以：给基带处理池内各类型硬件资源赋予基本的组件特性，完成硬件资源的抽象；以及；向虚拟化功能层提供统一的软件运行接口，支持虚拟化功能层所需要的软件或者容器管理平台；

所述虚拟化功能层，用以：实现业务功能库中各种业务功能的软件应用；

所述管控编排层，用以：管理虚拟化资源层、虚拟化功能层、业务功能库的统一框架，方便运维人员进行业务编排与设备管理；

管控编排层包括相互通信连接的站管控分系统、池管控分系统；

其中，

站管控分系统与业务功能库通信连接，用以实现对业务功能库的管理；

池管控分系统与虚拟化资源层、虚拟化功能层分别通信连接，用以实现对虚拟化资源层、虚拟化功能层的管理。

2.根据权利要求1所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，所述虚拟化资源层包括与基带处理池通信连接的设备抽象层，所述设备抽象层用以完成基带处理池内资源的类别、连接类型、接口通信速率和/或接口吞吐量的抽象。

3.根据权利要求2所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，所述虚拟化资源层还包括与基带处理池通信连接的虚拟机管理层，所述虚拟机管理层用以运行在服务器和操作系统间的中间软件层，可允许多个操作系统和应用共享硬件。

4.根据权利要求3所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，所述虚拟化功能层包括与虚拟化资源层通信连接的功能构件库，所述功能构件库用以表征组成各功能的算法模块所需硬件类别、对外接口类型、通信速率和/或吞吐量。

5.根据权利要求4所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，站管控分系统用以根据输入任务对时延敏感性、计算密集性和/或确定性时延性需求的约束，选取满足约束的基带处理池来完成任务，并将该任务对应的业务功能标识符传递至相应的池管控分系统。

6.根据权利要求5所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，池管控分系统用以依据业务功能标识符，在功能构件库中查找出标识符所代表业务功能的所有算法，并按事先约定的部署策略完成计算资源的选取、软件算法的实例化、映射和/或部署操作。

7.根据权利要求6所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，虚拟化资源层内设有用以表征逻辑系统到真实物理系统的映射的部署级表征映射。

8.根据权利要求7所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，虚拟化功能层内设有：用以表征各业务功能的算法组成的基于IP的功能表征映射，用以表征各业务功能的各算法所需的硬件类别、对外接口类型、通信速率、吞吐量要求和各算法间的连接关系、需求的功能构件行为级表征映射。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种测控基带处理池资源管控编排系统，其特征在于，所述基带处理池包括FPGA类基带处理池、CPU类基带处理池。

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