面向任務(wù)的衛(wèi)星通信地球站資源調(diào)度管理系統(tǒng)研究

+ 馮東偉 北京衛(wèi)星地球站

面向任務(wù)的衛(wèi)星通信地球站資源調(diào)度管理系統(tǒng)研究

+ 馮東偉 北京衛(wèi)星地球站

一、概述

衛(wèi)星地球站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信設(shè)備種類越來越多、復(fù)雜程度越來越高、地球站系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大、業(yè)務(wù)任務(wù)多樣化趨勢明顯。在這種條件下，大型衛(wèi)星地球站面臨的主要問題是：天線、射頻、變頻設(shè)備、解調(diào)設(shè)備、終端設(shè)備等公共資源以及多樣化的終端設(shè)備等資源復(fù)雜程度高，數(shù)量大，難以有效調(diào)度；支持的眾多的任務(wù)如臨時視頻傳輸、應(yīng)急通信保障、業(yè)務(wù)變更調(diào)整等，人工協(xié)調(diào)困難；系統(tǒng)配置變化應(yīng)對不及時；多種應(yīng)急任務(wù)對人員技術(shù)水平要求高；資源缺乏統(tǒng)一的調(diào)度管理，人工協(xié)調(diào)調(diào)度效率低下，無法充分發(fā)揮設(shè)備、資源的效益。

面向任務(wù)的衛(wèi)星通信地球站資源調(diào)度管理系統(tǒng)研究，針對上述問題，依托現(xiàn)有設(shè)備及系統(tǒng)，通過分析業(yè)務(wù)需求，研究業(yè)務(wù)之間的相互關(guān)系，明確業(yè)務(wù)技術(shù)要素；通過對業(yè)務(wù)工作流程進行分解和研究，建立標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)工作流程和操作規(guī)范；通過開發(fā)設(shè)備運控管理，實現(xiàn)對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有效控制，對各類數(shù)據(jù)、信息和資源的有效融合。

綜上成果，進一步通過對業(yè)務(wù)流程進行分解和研究，建立標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)工作流程和操作規(guī)范，解決任務(wù)對資源需求的沖突，形成對任務(wù)對象的調(diào)度管理能力；建立資源設(shè)備、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)和任務(wù)人員的管理系統(tǒng)，最大程度發(fā)揮資源、設(shè)備效益，融合各類信息和數(shù)據(jù)，并通過對人員和任務(wù)的管理，使得衛(wèi)星地球站各個系統(tǒng)形成一個有機的整體，從而建立衛(wèi)星地球站資源調(diào)度管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對衛(wèi)星地球站資源進行有效地監(jiān)控、管理和調(diào)度，使之高效、安全、可靠的運行。

二、主要研究內(nèi)容

面向任務(wù)的衛(wèi)星通信地球站資源調(diào)度管理研究的主要內(nèi)容包括設(shè)備監(jiān)控、資源管理、業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理、系統(tǒng)配置、任務(wù)調(diào)度、資源使用日志等。

設(shè)備監(jiān)控旨在解決設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)的監(jiān)視和控制，可根據(jù)用戶和任務(wù)控制指令，控制設(shè)備達到所需的運行狀態(tài)和工作參數(shù)；資源管理是根據(jù)任務(wù)需求和工作流程，自動配置通信信號鏈路、配置設(shè)備參數(shù)，并對系統(tǒng)業(yè)務(wù)/任務(wù)運行狀態(tài)的實時監(jiān)視和顯示；業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理主要是對業(yè)務(wù)系統(tǒng)及其相關(guān)數(shù)據(jù)的管理，支持對數(shù)據(jù)的規(guī)整、存儲、分析、統(tǒng)計、文件導(dǎo)出等功能，提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)接口，供用戶終端和其他系統(tǒng)和軟件模塊存取數(shù)據(jù)；系統(tǒng)配置研究系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)資源、用戶信息、任務(wù)權(quán)限等各種基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫的管理和維護；任務(wù)調(diào)度則以任務(wù)為核心線索，主要研究任務(wù)的創(chuàng)建、發(fā)布、調(diào)度執(zhí)行等任務(wù)運行維護管理；資源使用日志主要研究系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)資源、用戶信息、任務(wù)權(quán)限等各種基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫的管理和維護，以及提供各種系統(tǒng)日志，包含系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)、通信鏈路狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)狀態(tài)、用戶行為訪問等各類數(shù)據(jù)。

綜合上述研究成果，設(shè)計了面向任務(wù)的衛(wèi)星通信地球站資源調(diào)度管理系統(tǒng)并進行了實現(xiàn)，在某大型衛(wèi)星地面站進行了應(yīng)用，大幅度提升了系統(tǒng)自動化、智能水平，降低了工作強度，提高了工作效率，設(shè)備資源效益得到充分發(fā)揮，取得了良好的效果。

三、系統(tǒng)組成及工作原理

（一）系統(tǒng)組成

衛(wèi)星通信地球站資源調(diào)度管理系統(tǒng)主要由任務(wù)調(diào)度管理、設(shè)備監(jiān)視控制、系統(tǒng)消息管理、業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理、用戶業(yè)務(wù)管理、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)相關(guān)信息等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（二）系統(tǒng)工作原理

1、任務(wù)調(diào)度管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要負責(zé)任務(wù)的創(chuàng)建、發(fā)布、調(diào)度執(zhí)行、暫停、終止、取消、完成等操作，并作為特殊消息傳遞到所有與任務(wù)相關(guān)的終端用戶，以對任務(wù)內(nèi)容進行解析，識別出需要使用的設(shè)備、人員等各種信息，綜合調(diào)度系統(tǒng)相應(yīng)資源，形成信號信息處理鏈路，啟動任務(wù)運行，并收集任務(wù)運行情況，管理維護任務(wù)生命周期，支持在多資源情況下對多任務(wù)的并發(fā)處理。

任務(wù)調(diào)度管理子系統(tǒng)的工作流程是：首先“創(chuàng)建”，經(jīng)過任務(wù)內(nèi)容描述，任務(wù)進行創(chuàng)建，有批準(zhǔn)權(quán)限的用戶通過審閱并簽發(fā)后狀態(tài)變?yōu)椤鞍l(fā)布”，在進行資源描述、時間、人員安排，計劃后，對已經(jīng)發(fā)布的任務(wù)，終端用戶開始進行執(zhí)行，則任務(wù)狀態(tài)變?yōu)椤皥?zhí)行”，執(zhí)行完畢，任務(wù)狀態(tài)變?yōu)椤巴瓿伞辈⒆詣俞尫耪加觅Y源。在任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)下，具備相應(yīng)權(quán)限的人員可以對任務(wù)進行暫停、終止或取消，同時進入相應(yīng)的任務(wù)狀態(tài)。只有執(zhí)行中的任務(wù)可以請求資源并分配系統(tǒng)資源，其他狀態(tài)與資源無關(guān)，只涉及編輯相關(guān)的信息和狀態(tài)，對于獲取資源失敗的任務(wù)自動進入“暫停”狀態(tài)，可以選擇是否釋放占用資源，默認缺省為釋放資源。對于到達時間期限的任務(wù)，系統(tǒng)默認為自行終止，任務(wù)調(diào)度工作流程如圖2示：

圖2 任務(wù)調(diào)度工作流程

系統(tǒng)掌握地球站現(xiàn)有任務(wù)執(zhí)行設(shè)備資源配屬信息、閑置設(shè)備資源信息、人員配置等情況，根據(jù)當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行情況對相關(guān)設(shè)備資源進行鎖定、釋放等管理，為新建任務(wù)執(zhí)行分配設(shè)備資源。系統(tǒng)基于時間優(yōu)先、重要性優(yōu)先、性能優(yōu)先等原則，負責(zé)為各個任務(wù)提供天線、射頻、變頻器等各類設(shè)備資源的控制和協(xié)調(diào)調(diào)度，接收并處理各系統(tǒng)及設(shè)備的工作狀態(tài)、任務(wù)執(zhí)行情況、系統(tǒng)配置和工作狀況以及相關(guān)的數(shù)據(jù)基本統(tǒng)計情況、相關(guān)任務(wù)報告、任務(wù)進度等，協(xié)調(diào)并解決軟、硬件資源使用沖突，調(diào)度所需資源達到任務(wù)指定目標(biāo)位置工作狀態(tài)，協(xié)助終端人員開展相關(guān)任務(wù)：例如電視節(jié)目接收任務(wù)等，并最終完成任務(wù)。

2、設(shè)備監(jiān)視控制子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要負責(zé)與設(shè)備或設(shè)備代理直接連接，通過設(shè)備監(jiān)控接口（串口、網(wǎng)絡(luò)等）或設(shè)備代理，獲取設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)，并根據(jù)用戶和任務(wù)控制指令控制設(shè)備達到所需的狀態(tài)及參數(shù)，其中對應(yīng)每一個在線受控設(shè)備基礎(chǔ)表中的設(shè)備，設(shè)備監(jiān)控代理程序不斷的查詢設(shè)備的狀態(tài)并更新在線受控設(shè)備基礎(chǔ)表及相關(guān)表對應(yīng)字段的內(nèi)容，同時更新狀態(tài)及獲取時間，當(dāng)系統(tǒng)需要控制的時候，則設(shè)置相應(yīng)的字段，并設(shè)置控制時間等信息。監(jiān)控代理程序更新字段的同時，監(jiān)測控制字段的變化，當(dāng)存在控制指令時，將控制指令轉(zhuǎn)換成為特定設(shè)備的接口協(xié)議，實現(xiàn)設(shè)備控制，同時返回控制響應(yīng)是否成功的標(biāo)志。

其具體實現(xiàn)功能根據(jù)設(shè)備類型，主要分為以下幾個部分：天線、功放、參放、線放、上下變頻器、調(diào)制解調(diào)器、射頻矩陣切換控制單元等。工作流程如圖3示：

圖3 設(shè)備監(jiān)視控制工作流程

3、系統(tǒng)消息管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要負責(zé)系統(tǒng)消息及個人消息的創(chuàng)建、發(fā)送、查看、刪除等操作。當(dāng)用戶處于在線狀態(tài)時，用戶之間的消息、任務(wù)和通知信息即時到達，同時顯示給登錄的用戶，而當(dāng)用戶注銷或離線時，消息、任務(wù)和通知消息以類似郵件的方式傳遞給用戶，待用戶登錄后，將所有發(fā)送給該用戶的未確認信息進行提示，允許用戶對所收到的個人信息進行處理，包括消息的刪除、回復(fù)等操作。工作流程如圖4所示。

4、業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要負責(zé)協(xié)調(diào)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)：例如收發(fā)電視登記、自動排班等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運作及相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)整、分析、統(tǒng)計、文件導(dǎo)出等功能，并提供相關(guān)的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)接口，供用戶終端和其他系統(tǒng)和軟件模塊存取數(shù)據(jù)。

圖4 消息工作流程

5、用戶業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)用戶信息管理、權(quán)限角色驗證等，實現(xiàn)系統(tǒng)對用戶的行為進行訪問控制、記錄用戶行為和資源使用情況，實現(xiàn)對用戶工作日志、任務(wù)執(zhí)行情況的記錄及報表管理等。

6、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要負責(zé)對系統(tǒng)設(shè)備信息、任務(wù)信息、系統(tǒng)業(yè)務(wù)、用戶操作日志、設(shè)備狀態(tài)變化日志等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫字典的運行維護和管理。

7、系統(tǒng)相關(guān)信息子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要提供系統(tǒng)運行所需軟件模塊的運行狀態(tài)的監(jiān)視功能，同時對系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容進行部分展示，包括系統(tǒng)程序版本信息、系統(tǒng)程序的自動更新等。

四、系統(tǒng)運行環(huán)境和部署

系統(tǒng)基于Microsoft Windows平臺開發(fā)，軟件開發(fā)工具采用VC、Delphi語言等，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用MySql網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行構(gòu)建，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。

五、系統(tǒng)意義及應(yīng)用

面向任務(wù)的衛(wèi)星通信地球站資源調(diào)度管理系統(tǒng)研究通過軟件和軟科學(xué)的研究，在衛(wèi)星地球站資源調(diào)度、運控管理、設(shè)備和系統(tǒng)自動化控制的基礎(chǔ)上，通過對衛(wèi)星地球站業(yè)務(wù)工作流程需求分析，形成完整、有效的管理、調(diào)度等機制和標(biāo)準(zhǔn)模型，初步實現(xiàn)面向多任務(wù)的衛(wèi)星地球站資源自動化調(diào)度管理體系，從而提高資源使用效率，提高工作效率。實現(xiàn)了衛(wèi)星地球站資源的自動化調(diào)度運行和管理，對在全國衛(wèi)星地球站的普及推廣具有重要的意義和價值。

圖5 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)