基于SOA的衛星地面管控系統設計

劉洪剛

（中國電子科技集團公司第五十四研究所河北 石家莊 050081）

基于SOA的衛星地面管控系統設計

劉洪剛

（中國電子科技集團公司第五十四研究所河北 石家莊 050081）

研究了SOA技術的特點和架構，利用SOA思想分析了地球觀測衛星地面管控系統的功能組成，對管控系統現有功能進行改進和封裝，向衛星觀測數據的用戶提供星地資源查詢、運行狀態查詢等服務，并接受衛星用戶提交的衛星控制任務需求，允許用戶直接控制衛星的觀測獲取所需的數據，改進了衛星數據用戶與衛星管控系統之間的交互方式，提高了系統的快速反應能力。

SOA W ebService系統架構任務管控

1 引言

在傳統的衛星地面應用系統中，管理控制系統主要負責接收各類用戶的衛星遙測遙感數據請求，根據當前衛星的工作狀態及使用約束，綜合考慮地面與中繼接收資源、數據傳輸資源和業務測控資源等，完成衛星觀測任務、數據接收任務、數據加工與分發任務的規劃與調度。對于使用衛星觀測數據的用戶來說，在提出數據使用請求后，接收衛星觀測數據，對衛星數據進行處理，用戶一般不參與衛星的管理控制。

利用SOA技術理念，對衛星管控系統進行規劃設計，讓使用衛星觀測數據的最終用戶知悉衛星及載荷的工作能力，及時獲取星地資源的工作狀態，根據觀測需求提出具體的衛星控制要求，提高用戶與衛星管控部門的溝通效率，發揮衛星資源的更大效能。

2 SOA特點及技術架構

2.1 SOA概念

SOA(Service-O riented Architecture)就是面向服務的體系結構，是一個組件模型[1]，將應用程序的不同功能單元通過服務之間良好定義的接口和契約聯系起來，成為有機的整體。接

口是采用中立的方式定義的，它獨立于提供服務的平臺、操作系統和編程語言，這使得構建在這樣系統中的服務可以以一種統一且通用的方式進行交互。

面向服務的體系結構是一種用于構建分布式系統的方法，采用SOA這種方法構建的分布式應用程序可以將功能作為服務交付給終端用戶，也可以構建其他的服務。SOA基于服務，在使用面向服務的體系結構設計分布式應用程序時，可以將服務的使用從簡單的客戶端——服務器模型擴展成任意復雜的系統。因而，獨立的軟件個體成為開發其他應用程序的基本構件，可以通過與新的代碼和遺留代碼一起使用的共同交互方式來減少系統的復雜性。

2.2 SOA技術架構

SOA體系架構如圖1所示，包括3個角色：服務提供者，服務請求者和服務注冊器[2]。角色之間主要有3種操作:發布、查找和綁定。服務注冊包括對服務的描述，服務提供者包含服務描述和為服務請求者提供服務。

圖1 SOA技術架構

服務描述是實現SOA的松耦合性的基礎之一，通過服務描述定義了服務提供者和服務消費者之間的服務契約的主要內容[3]。服務契約要求是無歧義的和定義良好的服務接口。一般服務契約使用WSDL來描述。服務發現（包括注冊和查找操作）需要有一個服務注冊中心，用戶存儲、查詢和版本化服務描述信息。服務注冊中心需要提供分類管理能力，利用分類能力來實現對服務的搜索。服務注冊中心的實現技術可以有多種，包括：UDDI、LDAP、數據庫和文件方式。另外，SOA架構中還包括服務管理、服務安全和服務質量等內容，這些SOA都有相應的標準進行規范。

2.3 SOA技術設計

SOA的核心是服務，服務的概念進一步提高了抽象的水平，它的最終目的是逾越業務和軟件實現之間的鴻溝。在抽象層次上，服務位于業務和技術中間。面向服務的架構設計一方面必須理解在業務需求和可以提供的服務之間的動態關系，另一方面，要理解服務與提供這些服務的底層技術之間的關系[4]。SOA設計需要遵循以下原則：業務驅動服務，服務驅動技術[5]；服務的粒度要恰當，服務之間的關系清晰；服務要能夠適應業務的變化；服務接口設計要標準，接口設計要固定。

3 基于SOA衛星管控系統架構設計

3.1 傳統的衛星管控系統功能組成

衛星管控系統受理各類用戶的衛星觀測任務需求，針對各類衛星觀測數據應用模式和特點，綜合統籌規劃衛星平臺和各類載荷資源，調度地面接收資源、中繼資源、數據傳輸資源和業務測控資源等，實現對地觀測任務的控制執行[6]。同時，負責監視平臺及載荷狀態，指揮調度地面系統任務的執行，保障星地系統正常運行。最終實現對衛星資源的規劃與任務控制，確保星地資源的高效合理應用。衛星管控系統主要包括指揮調度、任務規劃、計劃制定、載荷控制、狀態監視和星地資源管理等主要功能，衛星管控系統的功能組成及與業務用戶的關系如圖2所示。

圖2 衛星管控系統功能組成及與業務用戶關系

衛星管控系統的功能如下：

①指揮調度：主要完成任務受理和分析，指揮調度衛星業務運行，協調測控和中繼任務，高效調度各類業務計劃實施。指揮調度一般通過預先制定的工作計劃按時間控制業務的運行，當業務運行過程中出現異常時，指揮調度及時對業務進行干預，保障業務的順利進行；

②任務規劃：負責對觀測任務進行分類和分解，綜合對地觀測任務、衛星運行狀態及載荷資源使用情況等信息，完成任務分解和匯總。針對不同的任務規劃模型實現衛星對地觀測任務綜合統籌規劃，根據任務需要和資源狀態分配星地資源，進行資源優化，消除星間任務沖突、載荷任務沖突以及數據傳

輸和地面站數據接收沖突等，生成衛星對地觀測方案；

③計劃制定：針對衛星及載荷約束和應用特點，編制各衛星工作業務計劃；另外編制地面接收站和中繼衛星的數據接收計劃，編制衛星指令上行注入的業務測控計劃等。通過約束檢驗和計劃仿真推演驗證計劃的正確性和可執行性，保障系統業務的順利完成；

④載荷控制：依據衛星工作業務計劃，按照不同衛星的指令格式和使用約束編制載荷控制指令，通過指令約束檢驗和指令反演對載荷控制指令的正確性進行檢驗；

⑤狀態監視：接收解析衛星遙測數據，監視衛星平臺和有效載荷的運行狀態；監視地面系統設備和主要業務執行狀況；

⑥星地資源管理：管理維護各類資源信息和系統相關基礎信息，為系統運行提供數據支持。星地資源管理實現衛星資源、有效載荷資源、測控資源、中繼資源和地面站資源等各類星地資源信息管理維護。

3.2 衛星管控系統基于SOA技術的改進

基于SOA技術架構，對管控系統的功能進行重新梳理組織，對相關業務功能進行封裝，提供給衛星觀測數據的使用者，管控系統內部軟件也通過調用相應服務進行功能重用。改進后的衛星管控系統的功能組成及與業務用戶的關系如圖3所示，圖中虛線箭頭表示調用關系。

圖3 衛星管控系統功能組成及與業務用戶關系

下面對業務功能的封裝進行簡要介紹。

①星地資源管理：對星地資源管理的查詢功能進行封裝，這樣用戶端也可以查看到當前星地資源信息，了解衛星平臺及有效載荷詳細的工作能力及使用約束，掌握地面站及中繼衛星接收資源發布情況；

②指揮調度：在保留用戶提交衛星觀測任務請求能力的基礎上，增加提交衛星控制任務的能力。當用戶端對星地資源掌握足夠詳細，就具備針對自已對衛星數據需求提出非常具體明確的控制要求的能力，可以向衛星管控系統就衛星具體開機時間、工作參數和數據下傳時間等提出控制要求，很明顯相對衛星觀測任務請求，衛星控制要求更準確地反映了用戶需求；

③任務規劃：對規劃算法進行封裝，提供用戶端調用，用戶可以就自已的任務需求進行初步規劃，掌握資源分配情況，便于提出衛星控制任務；

④計劃制定：對計劃查詢功能進行封裝，用戶端可以查看最終的星地資源工作計劃，掌握資源配置情況；

⑤載荷控制：載荷控制功能用戶端不需要接觸；

⑥狀態監視：對狀態監視部分功能進行封裝，便于用戶端及時掌握衛星觀測任務的執行情況和觀測數據的獲取情況。

經過改造后，業務用戶保留原先與衛星管控系統的接口功能，還可以通過調用管控系統封裝的公用服務，實現星地資源查看、工作計劃查看和業務監視等功能，及時掌握上述信息后，調用管控系統提供的規劃服務，可根據觀測任務需求生成衛星控制任務要求，提交衛星管控系統。

4 結束語

采用SOA技術理念，對衛星管控系統的功能組成進行了設計改進，這種改進是在原有系統的基礎上進行功能重組，充分利用已有資源，進行再組織再封裝，不僅可以提高系統內部軟件的重用性，更重要的是可以改進衛星管控系統與衛星數據用戶之間的交互方式，使得用戶可以更貼近衛星及載荷，業務操作體驗好像是在對衛星進行直接控制，這種使用方式對應急情況和臨時任務非常高效，縮短了用戶與衛星控制之間的距離，提高系統運行效能。

[1]張敏輝．SOA架構的工作流管理系統的研究與應用[J]．計算機技術與自動化,2012,31(1)：126-128．

[2]孫豐,段慧芬,薛倡新．基于SOA的質量管理信息系統的設計與實現[J]．工業工程,2010,29(6)：66-69．

[3]王喆，鮑忠貴，高三紅，等．基于SOA的SLEAPI系統設計[J]．飛行器測控學報,2011，30（增刊）：74-78．

[4]Erl T．SOA概念、技術與設計[M]．王滿紅,陳榮華,譯．北京：機械工業出版社,2006．

[5]盧致杰,覃正,韓景倜,等．SOA體系設計方法研究[J]．工業工程,2004,7(6)：14-19．

[6]張學慶,馬萬權,高朝暉,等．衛星管理控制體系結構研究[J]．無線電工程,2006,36(5)：36-39．

Design on Satellite Ground Control System Based on SOA

LIU Hong-gang
(The 54th Research Institute ofCETC,Shijiazhuang Hebei050081,China)

This paper studies the characteristics and architecture of Service-O riented Architecture(SOA)technology,analyzes the function componentsofearth observation satellite ground controlsystem based on SOA idea,improvesand packagesthe existing functions of control system to provide the services such as satellite-ground resource query and operating statesquery for satellite observation data users,and accepts the satellite controlm ission requirementsproposed by satellite usersto allow them to directly access the data required by satellite observation.In thisway,the interaction between satellite data user and satellite control system aswell as the quick reaction capability ofsystem are improved.

SOA;W ebService;system architecture;m ission control

TP399

A

1008-1739（2014）13-49-3

定稿日期：2014-06-12