CN116961738A - 一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,包括:生成非完全备份资源申请,非完全备份资源申请包括主用弧段的资源申请和备份弧段的资源申请;按照弧段非完全备份策略为非完全备份资源申请分配弧段资源,生成调度结果,弧段资源包括主用弧段对应的主用弧段资源和备份弧段对应的备份弧段资源;在主用弧段执行完成后,释放备份弧段资源。本发明方法,设计了便于描述卫星用户备份需求的非完全备份资源申请,以及主用弧段和备份弧段的异地非完全备份方法,能够实现关键跟踪弧段的异地备份。由于无需将备份弧段所在设备设为备份设备,且备份弧段可提前释放,因此可提升关键跟踪弧段容灾备份需求下的航天测控网资源使用效率。

Description

一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法
技术领域
本发明属于航天测控网资源调度技术领域,具体涉及一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法。
背景技术
近年来航天发射活动愈加频繁,在轨卫星数量急剧增长。航天测控网负责为在轨卫星的跟踪、测量等工作提供保障,地面设备跟踪在轨卫星的工作计划由资源调度系统完成。资源调度解决的主要问题是,在有限的地面设备资源条件下,为在轨卫星跟踪任务匹配合理的地面设备跟踪窗口,使在轨卫星的需求得到最大满足。
卫星对测控网的跟踪需求大致分为两类:测控和数据传输。测控业务通常包括测距、遥测、遥控等,数据传输业务是指利用地面设备与卫星建立星地链路,将卫星上的对地观测等数据传输至地面。地面设备跟踪卫星受卫星对设备可见窗口(可见弧段)约束,资源调度系统的分配结果将部分可见窗口转变为跟踪计划窗口(跟踪弧段)。由于承载的业务内容不同,跟踪弧段的重要性也不尽相同。
假设特定的跟踪弧段需要向在轨卫星上注遥控指令,则该跟踪弧段就变的相对非常重要。为避免受突发极端天气或电力异常影响,通常会选取异地的另一套设备进行备份,即在备份设备上安排备份跟踪弧段,使原跟踪弧段(主用跟踪弧段)不能执行时,通过备份弧段来完成遥控指令上注,以此保障上注任务按时完成。对于低轨卫星来说,异地设备备份跟踪弧段的方式通常为备份一个完整的可见弧段,部分情况下甚至是备份一套完整的设备,(即,设备在较长时间内为空闲状态),如此,不可避免的会带来资源使用效率的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
本发明提供了一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,包括:
生成非完全备份资源申请,所述非完全备份资源申请包括主用弧段的资源申请和备份弧段的资源申请;
按照弧段非完全备份策略为所述非完全备份资源申请分配弧段资源,生成调度结果,所述弧段资源包括主用弧段对应的主用弧段资源和备份弧段对应的备份弧段资源;
在主用弧段执行完成后,释放所述备份弧段资源。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1. 本发明的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,面向航天测控网卫星跟踪关键弧段的容灾备份需求,设计了便于描述卫星用户备份需求的非完全备份资源申请,以及主用弧段和备份弧段的异地非完全备份方法,能够实现关键跟踪弧段的异地备份。由于无需将备份弧段所在设备设为备份设备,且备份弧段可提前释放,因此可提升关键跟踪弧段容灾备份需求下的航天测控网资源使用效率。
2. 本发明的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,很好的解决了极端天气或电力异常等特殊情况下关键跟踪弧段需要备份时,航天测控网的资源利用率问题。当一段时间内较多数量的跟踪弧段需要备份时,可将多个任务的备份弧段以时间窗口依次交叠的方式分配在第三区域的同一套设备上,本发明能够通过非完全备份和备份弧段及时释放,显著提升了资源使用效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法示意图;
图2是本发明实施例提供的一种关键跟踪弧段的备份弧段在时间上可交叠的示意图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及具体实施方式,对依据本发明提出的一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效,在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明,可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解,然而所附附图仅是提供参考与说明之用,并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
请参见图1,图1是本发明实施例提供的一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法示意图,如图所示,本实施例的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,包括:
步骤1:生成非完全备份资源申请,其中,非完全备份资源申请包括主用弧段的资源申请和备份弧段的资源申请;
在本实施例中,航天测控网的卫星(用户),在申请测控资源时,将主用弧段的资源申请与备份弧段的资源申请组合起来构成一个非完全备份资源申请,发送至航天测控网的资源调度系统,用于作为关键业务资源申请的非完全备份资源申请。
步骤2:按照弧段非完全备份策略为非完全备份资源申请分配弧段资源,生成调度结果,其中,弧段资源包括主用弧段对应的主用弧段资源和备份弧段对应的备份弧段资源;
在本实施例中,资源调度系统为非完全备份资源申请分配资源时,按照非完全备份策略(即,主用弧段和备份弧段的弧段资源分配原则)生成非完全备份申请的调度结果。
具体包括以下步骤:
步骤2.1:对非完全备份资源申请进行解析,得到非完全备份资源申请信息;
可选地,非完全备份资源申请信息包括:卫星申请信息、主备标记信息、业务类型、卫星期望分配的资源信息和备份等级信息。
其中,卫星申请信息包括卫星代号、资源申请的申请号以及该资源申请的申请创建时间。
主备标记信息用于表示该资源申请是否为主备申请,当资源调度系统根据主备标记信息识别该资源申请为主备申请时,按照非完全备份策略生成非完全备份申请的调度结果。
业务类型用于表示卫星对航天测控网的跟踪需求,即,测距、遥测、遥控和数据接收等业务。
卫星期望分配的资源信息包括:卫星期望分配的资源所在的区域列表以及每个区域对应的时间窗口。
由于非完全备份资源申请包含了主用弧段的资源申请和备份弧段的资源申请两部分,在本实施例中,卫星期望分配的资源所在的区域列表和相应的时间窗口,表明了卫星对主用弧段和备份弧段的资源偏好。
备份等级信息用于表示备份的重要性的等级。
需要说明的是,通常情况下,由于受星地可见性约束,同一区域中不同设备对同一颗星的可见时间窗口非常接近,且用户申请的时间窗口范围只需要大于可见窗口,因此,用户申请中一颗卫星在同一区域设备上的申请时间段基本相同。
示例性地,非完全备份资源申请信息参见表1。
表1 非完全备份资源申请信息
步骤2.2:根据非完全备份资源申请信息,按照弧段非完全备份策略为非完全备份资源申请分配主用弧段资源和备份弧段资源,生成调度结果。
在本实施例中,资源调度系统按照弧段非完全备份策略为非完全备份资源申请分配弧段资源,可选的资源范围为航天测控网所管理的所有地面设备。
其中,弧段非完全备份策略包括:将卫星的主用弧段资源和对应的备份弧段资源分配在不同区域的设备中,且备份弧段资源的开始时间晚于主用弧段资源的结束时间。
需要注意的是,当两个卫星的备份弧段资源在同一个设备上存在时间交叠时,根据两个卫星的主用弧段资源的分配区域的不同情况,对两个卫星的备份弧段资源进行相应的分配。
其中,若两个卫星的主用弧段资源分配在相同区域,则将两个卫星的备份弧段资源分配在不同设备中,即,将两个卫星的备份弧段资源分配在不同区域的设备中或相同区域的不同设备中;若两个卫星的主用弧段资源分配在不同区域,则将两个卫星的备份弧段资源分配在不同区域或相同区域的设备中,即,将两个卫星的备份弧段资源分配在不同区域的设备中、相同区域的不同设备中或相同区域的相同设备中,且优先将两个卫星的备份弧段资源分配在相同区域的相同设备中。
进一步地,对本实施例的弧段非完全备份策略进行具体说明。
关键弧段容灾备份场景假设如下:地面设备异常天气将以区域为主要特征,例如,若喀什地区某地面设备遭遇极端暴风天气,则预计喀什区域范围内的所有地面设备均以极大概率受到暴风天气影响,大部分固定地面站设备将不能正常执行跟踪任务,或部分不可用。但通常情况下,同一时刻,最多仅有一个区域的设备遭受异常天气等影响并退出跟踪任务。基于以上假设,将全部地面设备依据地理位置区域划分为东北、西北、中部、西南和东南共5个站点集合,设备资源由这5个区域集合组成,可表示为:
对于遥控指令上注等关键跟踪任务,使用主用-备份弧段模型的非完全备份机制。为关键跟踪任务分配备份弧段,常规的主备模型下增加的备份弧段相互之间没有冲突,会显著的占用额外的设备资源,加剧资源紧张的态势。因此,考虑关键跟踪弧段集的所有备份弧段在调度时可时间交叠分配的约束条件,以降低备份弧段无交叠情况对地面设备资源的消耗。
基于以上区域灾备的假设,一个卫星任务的主用弧段资源和备份弧段资源不能分配到同一区域的两套或同一套设备上。表示卫星任务/>的主用弧段资源,/>表示卫星任务/>的备份弧段资源,/>表示卫星任务/>的主用弧段资源,/>表示卫星任务/>的备份弧段资源。假设/>和/>在同一设备上存在时间交叠,那么当/>和/>所在区域的设备遭遇极端天气退出时,/>和/>均不能正常执行,则/>和/>在同一设备上的执行会出现冲突。因此如果/>和/>在同一区域的设备上,则无论这两个主用弧段资源是否在该区域的同一设备上,这两个主用弧段资源对应的备份弧段资源/>和/>均不能在同一设备上存在时间交叠。
假设的主用弧段资源/>和备份弧段资源/>已经完成调度,/>是当前需要进行调度的新任务。因为假设同一时间最多仅有一个区域出现极端天气,于是当/>和/>不在同一区域的设备上时,在设备退出的情况下,依然能够保证卫星任务/>至少有一个弧段资源可以正常执行。因此,如果/>和/>不在同一区域的设备上,则/>和/>可以在第三个区域所属的同一设备上分配时间交叠的两个弧段。
请参见图2所示的本发明实施例提供的一种关键跟踪弧段的备份弧段在时间上可交叠的示意图,其中,表示/>的最晚完成时间,/>表示/>的最晚完成时间。在假设同一时刻最多只有一个区域/>设备遭遇极端天气的情况下,在特定区域/>的设备上备份任务弧段时,主用弧段资源属于同一区域设备的,其在/>上的备份弧段资源在时间上不可交叠;主用弧段资源不属于同一区域设备的,其在/>上的备份弧段资源均可以时间交叠的方式分配。
因此,非完全备份资源申请的调度遵循两个原则:一是卫星的主用弧段资源和对应的备份弧段资源分配在不同区域的设备中,且备份弧段资源的开始时间晚于主用弧段资源的结束时间;二是两个卫星申请涉及同一备份区域的设备资源时,在不产生多重交叠的情况下,通常将两个卫星申请的备份弧段资源分配在备份区域的同一设备上。
步骤3:在主用弧段执行完成后,释放备份弧段资源。
在本实施例中,资源调度系统生成主用弧段资源和备份弧段资源后,依据备份弧段释放策略及时将备份弧段资源从航天测控网的资源中释放出来,即,将备份弧段占用的设备时间被从设备工作计划中删除,删除后该备份弧段所在时间为设备空闲时间,可作为空闲资源参与后续资源调度。
在一个可选地实施例中,步骤3包括:
若卫星的备份弧段资源对应的时间段与主用弧段资源对应的时间段在卫星运行的同一圈次,则在主用弧段执行结束时,释放备份弧段资源。
在本实施例中,由于备份弧段的跟踪时间通常晚于主用弧段的跟踪时间,而对于在卫星运行的同一圈次的备份弧段资源与主用弧段资源,两者之间间隔较短,因此当主用弧段跟踪结束时,立即释放备份弧段资源。
若卫星的备份弧段资源对应的时间段与主用弧段资源对应的时间段在卫星运行的不同圈次,则在主用弧段执行结束后,按照预设的时间释放备份弧段资源。
在本实施例中,对于在卫星运行的不同圈次的备份弧段资源与主用弧段资源,两者之间间隔较长,因此,可根据航天测控网资源态势,自主选择释放时间,增加航天测控网资源调度的弹性能力。
可选地,对于同一个设备上存在时间交叠的两个卫星的备份弧段资源,当其中一个备份弧段资源被释放后,将另一个备份弧段资源转移至对应卫星的其他业务资源申请,以降低对航天测控网跟踪计划的扰动。
本发明的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,面向航天测控网卫星跟踪关键弧段的容灾备份需求,设计了便于描述卫星用户备份需求的非完全备份资源申请,以及主用弧段和备份弧段的异地非完全备份方法,能够实现关键跟踪弧段的异地备份。由于无需将备份弧段所在设备设为备份设备,且备份弧段可提前释放,因此可提升关键跟踪弧段容灾备份需求下的航天测控网资源使用效率。其次,很好的解决了极端天气或电力异常等特殊情况下关键跟踪弧段需要备份时,航天测控网的资源利用率问题。当一段时间内较多数量的跟踪弧段需要备份时,可将多个任务的备份弧段以时间窗口依次交叠的方式分配在第三区域的同一套设备上,通过非完全备份和备份弧段及时释放,显著提升了资源使用效率。
进一步地,在航天测控网的卫星可见预报、卫星跟踪计划、卫星与设备支持关系的基础上进行仿真测试,对本发明实施例的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法进行验证。
区域划分包括:北部一区,北部二区,东部一区,东部二区,南部一区、南部二区、中部一区、中部二区、西部一区、西部二区以及境外一区,各区域中分别部署了不同类型和数量的跟踪设备。
三组非完全备份资源申请的主要数据参见表2,其中第一组非完全备份资源申请的两颗卫星申请的备份弧段资源与主用弧段资源的关系均为同圈次备份;第二组非完全备份资源申请的两颗卫星申请的备份弧段资源与主用弧段资源均不属于同一圈次跟踪;第三组非完全备份资源申请的两颗卫星中,一颗卫星申请的备份弧段资源与主用弧段资源的关系为同一圈次,另一颗卫星的申请的备份弧段资源与主用弧段资源的关系为不属于同一圈次。三组资源申请的重要性等级均为最高级。在仿真测试环境中,三组申请的资源调度结果均为满足。
表2 三组非完全资源申请
三组非完全备份资源申请的资源调度结果的设备跟踪时间与表2中的时间窗口基本一致,此处省略不再重复列出。对于第一组申请中SAT_1的申请,在3月21日18:41:55时南部一区设备跟踪SAT_1正常结束后,东部一区的设备资源可释放,即18:41:56至18:45:57可分配给其他卫星。同时SAT_1和SAT_2在东部一区同一设备上以时间重叠的方式分配备份弧段,重叠时间为18:37:20至18:45:57;对于第二组申请中SAT_3的申请,在3月19日05:33:38时西部一区设备跟踪SAT_3正常结束后,北部一区的设备资源可释放,即13:41:57至13:50:46可分配给其他卫星,同时SAT_3和SAT_4在北部一区同一设备上备份弧段的重叠时间为13:44:16至13:50:46。
可以看出,当关键跟踪弧段的主用弧段资源与备份弧段资源属于该卫星的同一圈次时,非完全备份的优势并不明显,与完全备份一个弧段相比,仅能提前数分钟释放备份弧段资源。但当关键跟踪弧段的主用弧段资源与备份弧段资源属于一颗卫星的不同圈次时,往往可以提前数小时释放备份弧段资源,此时非完全备份能够在具备备份功能的基础上,及时将资源释放给其他卫星的需求,提高资源备份情况下资源的使用效率。
应当说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,包括:
生成非完全备份资源申请,所述非完全备份资源申请包括主用弧段的资源申请和备份弧段的资源申请;
按照弧段非完全备份策略为所述非完全备份资源申请分配弧段资源,生成调度结果,所述弧段资源包括主用弧段对应的主用弧段资源和备份弧段对应的备份弧段资源;
在主用弧段执行完成后,释放所述备份弧段资源。
2.根据权利要求1所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,按照弧段非完全备份策略为所述非完全备份资源申请分配弧段资源,生成调度结果,包括:
对所述非完全备份资源申请进行解析,得到非完全备份资源申请信息;
根据所述非完全备份资源申请信息,按照弧段非完全备份策略为所述非完全备份资源申请分配主用弧段资源和备份弧段资源,生成调度结果。
3.根据权利要求2所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,所述非完全备份资源申请信息包括:卫星申请信息、主备标记信息、业务类型、卫星期望分配的资源信息和备份等级信息。
4.根据权利要求3所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,所述卫星期望分配的资源信息,包括:卫星期望分配的资源所在的区域列表以及每个区域对应的时间窗口。
5.根据权利要求1所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,所述弧段非完全备份策略,包括:
将卫星的主用弧段资源和对应的备份弧段资源分配在不同区域的设备中,且备份弧段资源的开始时间晚于主用弧段资源的结束时间;
其中,当两个卫星的备份弧段资源在同一个设备上存在时间交叠时,根据两个卫星的主用弧段资源的分配区域的不同情况,对两个卫星的备份弧段资源进行相应的分配。
6.根据权利要求5所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,根据两个卫星的主用弧段资源的分配区域的不同情况,对两个卫星的备份弧段资源进行相应的分配,包括:
若两个卫星的主用弧段资源分配在相同区域,则将两个卫星的备份弧段资源分配在不同设备中;
若两个卫星的主用弧段资源分配在不同区域,则将两个卫星的备份弧段资源分配在不同区域或相同区域的设备中。
7.根据权利要求6所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,将两个卫星的备份弧段资源分配在不同设备中,包括:
将两个卫星的备份弧段资源分配在不同区域的设备中或相同区域的不同设备中。
8.根据权利要求6所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,将两个卫星的备份弧段资源分配在不同区域或相同区域的设备中,包括:
将两个卫星的备份弧段资源分配在不同区域的设备中、相同区域的不同设备中或相同区域的相同设备中,其中,优先将两个卫星的备份弧段资源分配在相同区域的相同设备中。
9.根据权利要求1所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,在主用弧段执行完成后,释放所述备份弧段资源,包括:
若卫星的备份弧段资源对应的时间段与主用弧段资源对应的时间段在卫星运行的同一圈次,则在主用弧段执行结束时,释放所述备份弧段资源;
若卫星的备份弧段资源对应的时间段与主用弧段资源对应的时间段在卫星运行的不同圈次,则在主用弧段执行结束后,按照预设的时间释放所述备份弧段资源。
10.根据权利要求9所述的航天测控网关键跟踪弧段的异地非完全备份方法,其特征在于,对于同一个设备上存在时间交叠的两个卫星的备份弧段资源,当其中一个备份弧段资源被释放后,将另一个备份弧段资源转移至对应卫星的其他业务资源申请。
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