地面站网自主维护和“碎片化”区域站网自主运行系统的制作方法
本发明涉及一种具备地面站网自主维护和“碎片化”区域站网自主运行系统，属于空间航天器在轨管理领域。
背景技术：
卫星地面测控系统因建设年代不同，卫星所属平台不同，系统间关联度较低，硬件设备多半处于设备绑定状态，缺乏灵活调用。地面站网尽管设备量很大，但每台设备都被绑定在某一特定链路中，一旦发生链路切换，需要地面测控人员清楚地面设备连接关系，熟悉具体台站设备操作配置方法，系统维护可靠度低，应急处置响应时间长，自动化能力不足。同时在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，形成多个独立区域站网，与主站断开的区域站网在无人介入下往往丧失测控任务执行能力。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供地面站网自主维护和“碎片化”区域站网自主运行系统。
本发明的技术解决方案是：
地面站网自主维护和“碎片化”区域站网自主运行系统，包括设备监控层和资源管理层；
设备监控层：由n个本地测控站监控系统构成，n为地面测控站个数，每个本地测控站监控系统对应一个地面测控站，用于设置对应地面测控站的运行参数、监控并记录地面测控站内所有设备的运行状态、在地面设备故障时实现告警和主/备切换；具备测控通道资源池和基带资源池管理功能，通过提供已有设备、当前主流及最新设备驱动程序库，使资源池单位资源具备即插即用能力；同时负责采集和维护对应地面测控站的测控路由表，并将其报送给资源管理层；
资源管理层：包括统一站监控管理模块和资源调度模块；
统一站监控管理模块：负责集中显示所管理各地面测控站内设备的工作状态及参数，并预留扩充地面测控站数量和站内设备的能力；统一站监控管理模块在其管理的所有地面测控站内，具备所有设备手动控制能力；
资源调度模块：接收所有本地测控站监控系统上报的各地面测控站测控路由表，形成全系统测控路由汇总表；在所管理的各个地面测控站内，按照各资源池内单位资源属性信息和每星测控系统配置原则，自动规划各星主/备份测控链路和应急测控链路，在某条链路出现问题时，通过自动或手动方式实现地面站网自主维护；在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，在每个区域性站网内，通过主用选举/备用抑制策略，形成多个独立的区域站网自主运行系统；
资源调度模块共m个，每个资源调度模块布置在一台虚拟机上，m个资源调度模块与m个地面测控站一一对应，其中一个资源调度模块所在的虚拟机作为主机，其余为备机，m小于等于n。
本地测控站监控系统维护对应地面测控站测控路由表的实现方式如下：
如果某个地面设备出现故障告警，则将该设备切换到备用设备，并删除该设备所在地面测控站的当前测控路由记录，后续继续采集切换设备后的地面测控站测控路由表。
测控通道资源池由多个测控通道单位资源组成，测控通道单位资源由单幅天线和与之配套的70mhz以上射频设备构成；
基带资源池由多个基带单位资源组成，基带单位资源是指每台基带设备内具备独立遥控或遥测能力的通道。
每星测控系统配置原则如下：
具备两路独立的遥测接收通道；
具备一路主用指令发送通道。
资源调度模块负责维护全系统测控路由汇总表，确保正常情况下每颗卫星有两条遥测记录和一条遥控记录。
各星主/备份应急测控链路规划原则如下：
每个地面测控站预留本地测控通道单位资源的10％～20％作为应急测控链路，且预留的资源具备全动能力。
资源调度模块通过如下方式发现某条链路出现问题：
i出现问题的链路对应的本地测控站监控系统在上报的地面测控站测控路由表中删除相应路由记录；
ii在固定的时隙内，资源调度模块向各本地测控站监控系统发起路由信息刷新请求，根据刷新后得到的测控路由汇总表检查所有卫星配置状态与配置原则是否相符，如果不符，则说明相应链路出现问题；
资源调度模块在某条链路出现问题时，自动发起重配置命令，根据预先配置好的切换逻辑自动配出一条可用链路，将出现问题的链路切换到可用链路，实现自主维护；如果出现问题的链路切换到可用链路的时间超过8分钟或尝试切换路径超过十条，则停止自主维护，报警并人工介入。
资源调度模块实现地面站网自主维护的方法如下：
步骤一：各个资源调度模块初次运行时，检查系统内现有主/备机工作状态；
步骤二：如果系统内没有发现主机，资源调度模块自动设置自己工作模式为主机，否则设置为备机；主机将自己的ip地址、备机将自己的ip地址和切换优先级编码发布到共享目录下的约定文件中；
步骤三：主机向所有本地测控站监控系统发起系统状态上报命令，在固定的等待时隙内，接收并汇总各本地测控站监控系统上报的测控路由表，形成全系统测控路由汇总表；
步骤四：步骤三完成后，启动定时器，在固定的时隙内向各本地测控站监控系统发起路由信息刷新请求，根据刷新后得到的测控路由汇总表检查所有卫星配置状态与每星测控系统配置原则是否相符；
步骤五：如果发现任何一颗卫星缺失以下任意一种资源：
一路上行资源；
一路下行资源；
两路下行资源；
则进入步骤六；
步骤六：提取数据库中已自动规划好的该星主/备份测控链路和应急测控链路，检查待切换链路实际状态是否正常，如果正常则自动执行设备切换命令，如果待用链路状态异常，逐条选择待选测控通道，重复步骤六操作，直到待切换链路实际状态正常，自动执行设备切换命令；当所有日常备份测控链路均失效后，启用应急测控链路为该星提供测控支持，在系统执行设备切换时，给出语音提示和日志记录；
在监听口收到本地测控站监控系统上报的测控路由表时，只要全系统测控路由汇总表中该地面测控站信息不为“空”，逐条比对新到记录是否存在于当前记录，发现新增或缺失记录，则语音提示某测站链路发生变更或切换，并记入系统日志；如果全系统测控路由汇总表中该测站信息为“空”，所有记录增加到全系统测控路由汇总表内，同时语音提示某测站接入系统，并记入系统日志。
资源调度模块在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，在每个区域性站网内，通过主用选举/备用抑制策略，形成多个独立的区域站网自主运行系统，实现方法如下：
步骤一：各个资源调度模块初次运行时，检查系统内现有主/备机工作状态；
步骤二：如果系统内没有发现主机，资源调度模块自动设置自己工作模式为主机，否则设置为备机；主机将自己的ip地址、备机将自己的ip地址和切换优先级编码发布到共享目录下的约定文件中；
步骤三：主机向所有本地测控站监控系统发起系统状态上报命令，在固定的等待时隙内，接收并汇总各本地测控站监控系统上报的测控路由表，形成全系统测控路由汇总表；
步骤四：在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，在每个区域性站网内，通过主用选举/备用抑制策略，完成主备机切换，形成多个独立的区域站网自主运行系统。
主备机切换采用自动切换方式实现，自动切换方式的流程是：由主机每秒定时主动检测多台备机是否存在，主机通过向备机发送检测消息确认备机的存在，并由备机向主机返回检测响应；在主机发生故障时，备机若超过三秒未收到检测消息，备机从共享目录约定文件中取回所有备机ip地址和切换优先级编码，优先级编码最高的备机自动切换为主机，新主机将自己的ip地址发布到共享目录约定文件中，其他备机也将自己的ip地址及切换优先级编码写入该文件；
主备机切换采用手动切换方式实现，手动切换方式的流程是：被设为主机的进程从共享目录约定文件中获取当前主机ip地址，给当前主机发送停止信息，在收到当前主机反馈停止成功信息后，新主机将自己的ip地址发布到共享目录约定文件中，原主机作为新备机将自己的ip地址及切换优先级编码写入该文件，新主机执行步骤三，接手全系统资源管理。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过各个地面测控站采集测控路由表实现了站网测控资源工作状态的实时获取，按照各资源池内单位资源属性信息和每星测控系统配置原则，自动规划各星主/备份测控链路和应急测控链路，在某条链路出现问题时，通过自动或手动方式对地面站网进行重配置，实现自主维护，大幅降低地面设备值守人员技术要求，将地面设备操作人员从繁琐的设备操作和配置中解放出来，提高了系统维护可靠性，缩短了应急响应时间。
(2)本发明部署了多套资源调度模块，在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，提出了资源调度模块主、备机切换方案，形成多个独立区域站网，与主站断开的区域站网在资源调度模块的控制下，根据每星测控系统配置原则，仍然能够独立运行，能够在无人介入下尽最大能力继续执行测控任务。
附图说明
图1为本发明系统构成示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明地面站网自主维护和“碎片化”区域站网自主运行系统，包括设备监控层和资源管理层。
设备监控层：由n个本地测控站监控系统构成，n为地面测控站个数，每个本地测控站监控系统对应一个地面测控站，用于设置对应地面测控站的运行参数、监控并记录地面测控站内所有设备的运行状态、在地面设备故障时实现告警和主/备切换；具备测控通道资源池和基带资源池管理功能，通过提供已有设备、当前主流及最新设备驱动程序库，使资源池单位资源具备即插即用能力；同时负责采集和维护对应地面测控站的测控路由表，并将其报送给资源管理层。
测控通道资源池由多个测控通道单位资源组成，测控通道单位资源由单幅天线和与之配套的70mhz以上射频设备构成，包括：上变频(主/备)、功放(主/备)、天线、低噪声放大器(主/备)、下变频(主/备)。基带资源池由多个基带单位资源组成，基带单位资源是指每台基带设备内具备独立遥控或遥测能力的通道。例如：一台基带设备，同时具备两路遥控上行通道和四路遥测下行通道，则该台基带存在六个单位资源，其中两个单位资源属性含遥控标识，另四个单位资源属性含遥测标识。从而实现一台基带对多星的同时遥测/遥控复用。
通过测控通道资源池管理模块实现“单位资源”的即插即用和属性管理。通过基带资源池管理模块负责管理具备上行能力的单位资源，基带单位资源属性表中至少保存资源id号，基带ip地址，单位资源物理端口号、网络端口号等信息。对所有下行遥测状态锁定的单位资源，获取其帧同步中的卫星id号与基带资源id号，基带ip地址，单位资源物理端口号、网络端口号等信息汇总待查询时上报。对所有下行遥测状态未锁定的单位资源，在测控路由表中删除与该单位资源相关记录并主动上报。
测控通道资源池管理模块和基带资源池管理模块通过中频开关矩阵管理模块实现连接，中频开关矩阵管理模块负责管理上/下行开关矩阵的输入输出对应关系。通过维护上/下通道与基带资源对应表(测控通道链路编号、基带单位资源id号，基带单位资源物理端口号)实现信息传递。
设备驱动程序库包含但不限于如下驱动程序库：基带设备驱动程序库；天线射频设备驱动程序库；其他辅助设备驱动程序库。例如：时统设备、开关矩阵、波导充气机等。
本地测控站监控系统维护对应地面测控站测控路由表的实现方式如下：
如果某个地面设备出现故障告警，则将该设备切换到备用设备，并删除该设备所在地面测控站的相关测控路由记录，后续继续采集切换设备后的地面测控站测控路由表。
资源管理层：包括统一站监控管理模块和资源调度模块。
统一站监控管理模块：负责集中显示所管理各地面测控站内设备的工作状态及参数，并预留扩充地面测控站数量和站内设备的能力；统一站监控管理模块在其管理的所有地面测控站内，具备所有设备手动控制能力。
资源调度模块：接收所有本地测控站监控系统上报的各地面测控站测控路由表，形成全系统测控路由汇总表；在所管理的各个地面测控站内，按照各资源池(测控通道资源池、基带资源池)内单位资源属性信息和每星测控系统配置原则，自动规划各星主/备份测控链路和应急测控链路，在某条链路出现问题时，通过自动或手动方式实现地面站网自主维护；在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，在每个区域性站网内，通过主用选举/备用抑制策略，形成多个独立的区域站网自主运行系统；
资源调度模块共m个，每个资源调度模块布置在一台虚拟机上，m个资源调度模块与m个地面测控站一一对应，其中一个资源调度模块所在的虚拟机作为主机，其余为备机，m小于等于n。
资源调度模块主要包括以下功能：
1、根据操作员权限不同，能够实现卫星参数数据库的增、删、改、查功能；卫星参数数据库包括下表中字段，但不限于如下字段：
2、接收所有本地测控站监控系统上报的测控路由表，形成全系统测控路由汇总表。
根据每星测控系统配置原则：两路独立的遥测接收通道；一路主用指令发送通道。
各星主/备份应急测控链路规划原则如下：
每个地面测控站预留本地测控通道单位资源的10％～20％作为应急测控链路，且预留的资源具备全动能力。
3、资源调度模块负责维护测控路由总表，确保正常情况下每颗卫星有两条遥测记录和一条遥控记录。
资源调度模块通过如下方式发现某条链路出现问题：
i出现问题链路对应的本地测控站监控系统在上报的地面测控站测控路由表中删除相应路由记录；
ii在固定的时隙内(默认值1分钟，该参数可人工配置调整)，资源调度模块向各本地测控站监控系统发起路由信息刷新请求，根据刷新后得到的测控路由汇总表检查所有卫星配置状态与每星测控系统配置原则是否相符，如果不符，则说明相应链路出现问题；
资源调度模块在某条链路出现问题时，自动发起重配置命令，根据预先配置好的切换逻辑自动配出一条可用链路，将出现问题的链路切换到可用链路，实现自主维护；如果出现问题的链路切换到可用链路的时间超过8分钟或尝试切换路径超过十条，则停止自主维护，报警并人工介入。
4、按照各资源池内单位资源属性信息和每星测控系统配置原则，自动规划各星主/备份测控链路和应急测控链路；
每星测控系统配置原则如下：
具备两路独立的遥测接收通道；
具备一路主用指令发送通道。
5、具备运行结果语音提示(或报警)信息。
资源调度模块实现地面站网自主维护的方法如下：
步骤一：各个资源调度模块初次运行时，检查系统内现有主/备机工作状态；
步骤二：如果系统内没有发现主机，资源调度模块自动设置自己工作模式为主机，否则设置为备机；主机将自己的ip地址、备机将自己的ip地址和切换优先级编码发布到共享目录下的约定文件中；
步骤三：主机向所有本地测控站监控系统发起系统状态上报命令，在固定的等待时隙内(默认值2分钟，该参数可人工配置调整)，接收并汇总各本地测控站监控系统上报的测控路由表，形成全系统测控路由汇总表；
步骤四：步骤三完成后，启动定时器，在固定的时隙内(默认值1分钟，该参数可人工配置调整)向各本地测控站监控系统发起路由信息刷新请求，根据刷新后得到的测控路由汇总表检查所有卫星配置状态与每星测控系统配置原则是否相符；
步骤五：如果发现任何一颗卫星缺失以下任意一种资源：
一路上行资源；
一路下行资源；
两路下行资源；
则进入步骤六；
步骤六：提取数据库中已自动规划好的该星主/备份测控链路和应急测控链路，检查待切换链路实际状态是否正常，如果正常则自动执行设备切换命令，如果待用链路状态异常，逐条选择待选测控通道，重复步骤六操作，直到待切换链路实际状态正常，自动执行设备切换命令；当所有日常备份测控链路均失效后，启用应急测控链路为该星提供测控支持，在系统执行设备切换时，给出语音提示和日志记录；
在监听口收到本地测控站监控系统上报的测控路由表时，只要全系统测控路由汇总表中该地面测控站信息不为“空”，逐条比对新到记录是否存在于当前记录，发现新增或缺失记录，则语音提示某测站链路发生变更或切换，并记入系统日志；如果全系统测控路由汇总表中该测站信息为“空”，所有记录增加到全系统测控路由汇总表内，同时语音提示某测站接入系统，并记入系统日志。
资源调度模块在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，在每个区域性站网内，通过主用选举/备用抑制策略，形成多个独立的区域站网自主运行系统，实现方法如下：
步骤一：各个资源调度模块初次运行时，检查系统内现有主/备机工作状态；
步骤二：如果系统内没有发现主机，资源调度模块自动设置自己工作模式为主机，否则设置为备机；主机将自己的ip地址、备机将自己的ip地址和切换优先级编码发布到共享目录下的约定文件中；
步骤三：主机向所有本地测控站监控系统发起系统状态上报命令，在固定的等待时隙内(默认值2分钟，该参数可人工配置调整)，接收并汇总各本地测控站监控系统上报的测控路由表，形成全系统测控路由汇总表；
步骤四：在地面测控站站网间出现分割性网络阻断时，在每个区域性站网内，通过主用选举/备用抑制策略，完成主备机切换，形成多个独立的区域站网自主运行系统。
主备机切换采用自动切换方式或手动切换方式实现。
自动切换方式的流程是：由主机每秒定时主动检测多台备机是否存在，主机通过向备机发送检测消息确认备机的存在，并由备机向主机返回检测响应；在主机发生故障时，备机若超过三秒未收到检测消息，备机从共享目录约定文件中取回所有备机ip地址和切换优先级编码，优先级编码最高的备机自动切换为主机，新主机将自己的ip地址发布到共享目录约定文件中，其他备机也将自己的ip地址及切换优先级编码写入该文件。
手动切换方式的流程是：被设为主机的进程从共享目录约定文件中获取当前主机ip地址，给当前主机发送停止信息，在收到当前主机反馈停止成功信息后，新主机将自己的ip地址发布到共享目录约定文件中，原主机作为新备机将自己的ip地址及切换优先级编码写入该文件，新主机执行步骤三，接手全系统资源管理。
举例说明：系统采用多中心分布式网络结构。本地测控站监控系统部署在a、b、c、d、e、f共六个测站。资源调度模块分布在a、b和e三个测站，站网间网络采用全互联互通配置。正常情况下a测站作为资源调度主站运行，即a测站资源调度模块所在的虚拟机作为主机，b和e测站资源调度模块所在的虚拟机处于热备工作状态，作为备机。
当a测站异常离线时，b和e测站会按照优先级高低，选举其中一个测站升格为主用站并继续后续管理。当任意一个地面测控站(含资源调度模块)离线情况下，资源调度模块会自动调度剩余地面测控站空闲和应急备份资源接替离线站承担的测控任务，可用资源如果不足，还可采取多星分时复用这种降额使用策略，确保整个网络在损失任意一个中心或测站情况下，全系统任务不受影响。
本发明通过各个地面测控站采集测控路由表实现了站网测控资源工作状态的实时获取，按照各资源池内单位资源属性信息和每星测控系统配置原则，自动规划各星主/备份测控链路和应急测控链路，在某条链路出现问题时，通过自动或手动方式对地面站网进行重配置，实现自主维护，大幅降低地面设备值守人员技术要求，将地面设备操作人员从繁琐的设备操作和配置中解放出来，提高了系统维护可靠性，缩短了应急响应时间。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
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