通信衛星臨時業務自動監視技術與實現

+ 申戈（裝備學院研究生隊五隊）

通信衛星臨時業務自動監視技術與實現

+ 申戈（裝備學院研究生隊五隊）

本文針對通信衛星運行過程中大量的臨時業務所存在的監視難、記錄難、管理難等問題，著重分析了現有的幾種常用的監視手段，并對這幾種監視手段進行了比較，通過優化組合提出通信衛星臨時業務自動監視系統的設計思想，并依照此設計思想開發了《鑫諾衛星臨時業務自動監測管理系統》，在實際工作中取得了良好的效果。

一、 前言

衛星通信發展幾十年來，無論是國內還是國外，技術和手段目前都已非常成熟，對于衛星通信業務的自動監測也有一些非常成熟的產品。在衛星運行公司的業務中，除去長期租用衛星通道的固定用戶以外，短期和臨時租用也占有很大的比例，其中用于電視節目的傳輸又占有臨時傳輸中的大部分比例。和衛星的固定業務相比，臨時傳輸業務多是用于進行現場直播、股評類節目，常常因為現場的各種原因推遲或提前進行傳輸，對該業務的使用情況的監視管理工作造成很大困難。

衛星資源的租用主要的是通過使用業務的占用帶寬和使用時間來體現的，占用帶寬是用戶在申請業務時就已經確定下來的，所以監視臨時傳輸的實際使用時間對衛星運行商來說非常重要。除去監視臨時傳輸的實際使用時間外，監視該檔傳輸在正式傳輸前的傳輸通道，傳輸過程中業務載波特性，衛星運行商還要保障臨時業務的正常傳輸，同時還要確保衛星轉發器的使用安全。本文將重點討論通信衛星臨時傳輸的監視手段和如何實現對臨時業務的自動監視。

二、衛星通信業務的各種通用監視手段

常用監視手段功能一覽表

由于衛星用戶所傳業務的不同，采用的調制方式、復用方式等差異，作為衛星運行商要想做到全面的監視每一個用戶的使用情況是很困難，對于那些固定用戶，一般采用頻譜監視的方法，而對于一些需要重點監視和保障的用戶，也只能采用一些通用的監視手段方式來實現。這些常用的監視手段包括：頻譜監視、螺流監視、電視圖像監視以及衛星通信通用解碼器解調監視等。

1、 頻譜監視法

通過監視用戶所發載波的上星和下星，可以很直觀的看到用戶載波，監視到用戶載波電平、占用帶寬等信息，通過比對頻譜特性來確定用戶的使用情況。此種監視可以非常準確的記錄用戶的使用情況，但需要長時間的占用頻譜儀，且無法在業務傳輸過程中監視業務的傳輸質量。

2、螺流監視法

行波管放大器（TWTA）中螺線圈中電流變化正比于輸入信號的電平變化。通過對行波管的螺流變化的監視，同樣可以完成對與臨時傳輸開始與結束的記錄。螺流反映的是整個TWTA的工作狀態，在轉發器工作在增益模式時，如果其它用戶的上行功率發生了變化，螺流也會改變，這時的記錄傳輸開始或結束的時間將是不準確的，同時，這種監視方法只適用于采用TWTA放大器的轉發器。

3、電視圖像監視法

對于一些傳送電視畫面的業務，通過衛星電視接收機對用戶所傳輸的電視節目進行接收解調并輸出到電視，可以直接監視用戶實際使用情況，可以有效的監視臨時傳輸的傳輸質量，但這種監視方法需耗費大量的人力資源。這種監視方法只適用于電視類臨時傳輸業務，且傳輸的電視節目越多，需要的電視與接收機就越多，所耗費的財力也就越大，同時這種監視方法不能有效的監視衛星轉發器的工作狀態。

4、通用解碼器監視法

顧名思義，通用衛星解碼器是在預先知道用戶的調制信息的情況下，通過相關軟件的控制，對用戶所傳業務進行解調，通過調諧成功與否來確定業務傳輸的開始與結束，通過監視Eb/n0等相關參數，可以實現對相關用戶的監視保障工作。此種監視方法依賴于對用戶傳輸信息的時實更新，一旦用戶改變業務的符號率，解碼器將無法進行的正常的監視工作，同時解碼器要求輸入信號的強度越高越好，這將非常不利于當所監視的業務上行功率超高限的，更無法預警因為上行功率超高限對轉發器造成的損害。

三、臨時業務自動監視與管理系統的實現

1、設計思想

本著最大限度地實現對臨時業務的全程自動化監視，以減少人為因素產生的差錯和節約成本的宗旨實施設計。通過對各種監視手段的比較，接收卡調諧為主要監視手段，頻譜監視為輔的設計思路，在程序設計中要考慮盡量少的占用頻譜儀資源，同時還能保證對非電視類臨時傳輸的監視。

2、系統硬件構成

系統硬件連接示意圖

臨時業務自動監測與管理系統的硬件由自動監測計算機、兩副接收天線、三臺LNB接收機、一臺LNA接收機、三塊接收卡、一臺頻譜儀以及開關矩陣和開關控制計算機構成。其中接收天線、LNB接收機、LNA接收機、頻譜儀、開關矩陣和開關控制計算機可以與衛星測控和通信站原有設備共用。系統只需要增加一臺用于自動監測的計算機、三塊用于調諧的接收卡以及一塊用于和頻譜儀連接的82357A USB/GBIB接口卡即可，而且可以將電視節目接收卡和USB/ GBIB接口卡都集成在自動監測計算機的主板上，這樣不用對地面站原有的設備進行大規模改造，只需要將系統接入原有的通信系統即可完成對臨時業務的監視和管理，接口簡單穩定，系統改造方便。硬件連接如圖所示：

系統數據流向

3、系統軟件構成

臨時業務自動監測與管理系統軟件部分實現為一個總控制臺，控制臺中包括頻譜監視、接收卡監視、定點提醒、計劃錄入向導以及數據庫管理等實用工具和每日臨時業務計劃時序圖、每日臨時業務計劃頻點分布圖以及日志等快捷顯示。

4、系統實現功能

臨時業務計劃批量錄入、查詢和修改

臨時業務用戶信息和臨時頻點信息查詢和修改

自動生成當日臨時業務計劃

自動監視臨時業務上下星情況

自動監測頻點沖突

臨時業務到時提示

臨時業務異常告警

臨時業務使用情況自動入庫

臨時業務使用情況周期性報表

5、系統各模塊的具體實現

臨時業務自動監測和管理系統涉及到大量的數據，需要以數據庫為中心為系統的軟硬件提供監測和管理所需的數據。通過軟件將臨時用戶的傳輸計劃錄入數據庫，然后軟件負責從數據庫中讀取當天的臨時業務傳輸計劃，按照計劃調度硬件監視手段進行監視，同時將硬件監視得到的數據，包括上下星時間，載波電平等寫入數據庫。同時軟件可以根據需要從數據庫生成臨時用戶使用情況報表。數據流向如圖所示：

（1）臨時業務自動監測和管理系統數據庫的設計與實現

①為了滿足系統需求，使用Microsoft SQL 2000設計數據庫，數據庫包括七個數據表：

②各數據表之間的數據關系

臨時頻點信息表（cfg_freqs）包含鑫諾衛星可用的臨時頻點所在轉發器和可用帶寬的信息，在錄入臨時業務計劃時可直接從該表中選擇可用的臨時頻點

臨時用戶信息表（cfg_users）包含臨時業務技術負責人和申請人的聯系方式和該用戶常用的符號率，在錄入臨時業務計劃時用戶信息從該表中讀取

周期性限制表（cfg_restrictions）對周期性臨時業務的周期進行設定，在自動生成每日計劃時根據該表選擇計劃

臨時業務計劃表（plans）包含臨時業務的計劃信息，包括用戶、轉發器、頻點、帶寬、符號率、開始日期、結束日期、周期性限制、開始時間、結束時間、傳輸/測試、電視節目/非電視節目、計劃申請時間，每日的傳輸計劃依據該表自動生成

臨時業務每日計劃表（dayrecord）包含根據臨時業務計劃表和所需日期生成的每日臨時業務計劃信息，包括計劃時間、用戶、轉發器、頻點、帶寬、符號率等信息，方便查詢

臨時業務當日記錄表（autodayrecord）根據系統時鐘每天00∶00自動生成的當日臨時業務計劃，用于系統調度和當日臨時業務使用情況記錄

臨時業務記錄表（records）根據系統時鐘每天00∶00自動更新，總結頭一天臨時業務使用情況，周期報表依據該表生成

③其它

為了方便系統編程，數據庫還包含了若干存儲過程和一個管理作業，管理作業完成對當日計劃的定時生成和頭日記錄的自動入庫

（2）臨時業務自動監測和管理系統計劃沖突監測的實現

判斷臨時業務計劃是否沖突，系統在錄入計劃時進行監測，沒有沖突的計劃正常提交數據庫存儲，有沖突的計劃進行沖突提示，要求重新錄入或者取消錄入。軟件框圖如圖所示：

（3）臨時業務自動監測和管理系統當日計劃自動生成的實現

當日計劃依據臨時業務計劃表實現，篩選出開始日期早于當前日期且結束日期晚于當前日期并且周期條件滿足當前日期的臨時業務計劃，從臨時業務計劃表中提取這些計劃的開始時間、結束時間、用戶、轉發器、頻點、帶寬、符號率、傳輸類型的信息，將這些計劃按開始時間和結束時間的時序統一進行排序，并且將開始時間和結束時間分別打上上星和下星的時間標志，生成當日臨時業務記錄表以備程序使用。將這個過程設置為SQL Server 管理作業，每日00∶00自動完成。在該系統控制臺部分使用定時器，每天00∶02分將SQL生成的當日計劃讀入內存表，以備定點監視根據該表進行調度，同時更新系統界面當日計劃時序表和頻點分布表的顯示。

（4）臨時業務自動監測和管理系統自動監測的實現

根據讀入內存的當日計劃，使用定時器，每條計劃時間提前十分鐘進行調度。

傳輸類型為電視節目的分配給接收卡進行調諧，接收卡根據頻點和符號率進行調諧。

計劃時間標志為上星的，記錄調諧成功時刻為上星時間，超過該時間十分鐘仍然調諧不成功的停止調諧，用日志記錄，并且將該條計劃標志為異常。

數據庫表

計劃時間標志為下星的，記錄調諧失敗時刻為下星時間，超過該時間十分鐘仍然調諧成功的停止調諧，系統顯示告警信息，并且將該條計劃標志為異常。

傳輸類型為非電視節目的分配給頻譜儀進行監視，根據轉發器極化方式自動切換鏈路，根據頻點和帶寬自動設置頻譜儀。

計劃時間標志為上星的，記錄載波電平大于門限電平時刻為上星時間，超過該時間十分鐘仍然小于門限的停止頻譜掃描，用日志記錄，并且將該條計劃標志為異常。

計劃時間標志為下星的，記錄載波電平小于門限時刻為下星時間，超過該時間十分鐘仍然大于門限的停止頻譜掃描，系統顯示告警信息，并且將該條計劃標志為異常。

系統調度提前啟動時間和調諧掃描周期可以根據需要進行調整。軟件方框圖如圖所示：

其中調諧模塊通過軟件調度三塊接收卡實現，軟件框圖如圖所示：

頻譜監視模塊通過軟件對頻譜儀進行設置和讀取實現，軟件方框圖如圖所示：

（5）臨時業務自動監測和管理系統自動記錄的實現

當日臨時業務記錄的實現

在定點監視的同時將記錄的上下星時間寫入數據庫中的臨時業務當日記錄表，并且將上星時刻從接收卡或頻譜儀讀取的載波電平也寫入該表。

（6）臨時業務記錄的統計

用臨時業務當日記錄表中記錄的實際上下星時間和載波電平更新臨時業務記錄表，其中用戶、轉發器、頻點、帶寬、符號率、傳輸類型的數據從臨時業務計劃表中讀取，日期為頭日日期（因為該表是每天00∶00更新，所以統計的是頭日的臨時業務情況），開始時間、結束時間、載波電平從臨時業務當日記錄表中更新，其中開始時間為該條計劃的上星時間，結束時間為該條計劃的下星時間。將這個過程設置為SQL Server 管理作業，每日00∶00自動完成。

（7）臨時業務自動監測和管理系統報表的實現

根據臨時業務記錄和臨時業務計劃表以及統計時間段生成計劃時間和實際時間的對比報表，并且計算出用戶對其在統計時間段內的租用總時間。

四、結束語

按照以上設計思路研制開發出來的《鑫諾衛星臨時業務自動監測管理系統》自2005年 10月試運行一來，該系統硬件部分運行可靠，從未出現過死機現象，軟件系統也沒有自動退出等異?，F象。從運行效果來看，該系統具有很低的資源占用率，常駐內存不超過30M，CPU占用資源最大不超過5%；從監視效果來看，對于一檔臨時傳輸，其記錄適用時間誤差最大不超過30s，這樣的精度對于一個衛星運行商來講已經足夠。該系統的研制與使用，將工作人員從煩瑣的監視工作中解脫出來，提高了工作效率，具有一定的推廣價值。

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