面向任務的衛星通信地球站資源調度管理系統研究

+ 馮東偉 北京衛星地球站

面向任務的衛星通信地球站資源調度管理系統研究

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一、概述

衛星地球站是衛星通信系統中的關鍵組成部分，隨著通信技術的發展，衛星通信設備種類越來越多、復雜程度越來越高、地球站系統規模不斷擴大、業務任務多樣化趨勢明顯。在這種條件下，大型衛星地球站面臨的主要問題是：天線、射頻、變頻設備、解調設備、終端設備等公共資源以及多樣化的終端設備等資源復雜程度高，數量大，難以有效調度；支持的眾多的任務如臨時視頻傳輸、應急通信保障、業務變更調整等，人工協調困難；系統配置變化應對不及時；多種應急任務對人員技術水平要求高；資源缺乏統一的調度管理，人工協調調度效率低下，無法充分發揮設備、資源的效益。

面向任務的衛星通信地球站資源調度管理系統研究，針對上述問題，依托現有設備及系統，通過分析業務需求，研究業務之間的相互關系，明確業務技術要素；通過對業務工作流程進行分解和研究，建立標準化的業務工作流程和操作規范；通過開發設備運控管理，實現對各業務系統的有效控制，對各類數據、信息和資源的有效融合。

綜上成果，進一步通過對業務流程進行分解和研究，建立標準化的業務工作流程和操作規范，解決任務對資源需求的沖突，形成對任務對象的調度管理能力；建立資源設備、業務系統、信息數據和任務人員的管理系統，最大程度發揮資源、設備效益，融合各類信息和數據，并通過對人員和任務的管理，使得衛星地球站各個系統形成一個有機的整體，從而建立衛星地球站資源調度管理系統，實現對衛星地球站資源進行有效地監控、管理和調度，使之高效、安全、可靠的運行。

二、主要研究內容

面向任務的衛星通信地球站資源調度管理研究的主要內容包括設備監控、資源管理、業務系統管理、系統配置、任務調度、資源使用日志等。

設備監控旨在解決設備狀態及參數的監視和控制，可根據用戶和任務控制指令，控制設備達到所需的運行狀態和工作參數；資源管理是根據任務需求和工作流程，自動配置通信信號鏈路、配置設備參數，并對系統業務/任務運行狀態的實時監視和顯示；業務系統管理主要是對業務系統及其相關數據的管理，支持對數據的規整、存儲、分析、統計、文件導出等功能，提供數據訪問服務接口，供用戶終端和其他系統和軟件模塊存取數據；系統配置研究系統參數、系統資源、用戶信息、任務權限等各種基礎信息數據庫的管理和維護；任務調度則以任務為核心線索，主要研究任務的創建、發布、調度執行等任務運行維護管理；資源使用日志主要研究系統參數、系統資源、用戶信息、任務權限等各種基礎信息數據庫的管理和維護，以及提供各種系統日志，包含系統的任務狀態、通信鏈路狀態、設備參數狀態、用戶行為訪問等各類數據。

綜合上述研究成果，設計了面向任務的衛星通信地球站資源調度管理系統并進行了實現，在某大型衛星地面站進行了應用，大幅度提升了系統自動化、智能水平，降低了工作強度，提高了工作效率，設備資源效益得到充分發揮，取得了良好的效果。

三、系統組成及工作原理

（一）系統組成

衛星通信地球站資源調度管理系統主要由任務調度管理、設備監視控制、系統消息管理、業務系統管理、用戶業務管理、系統數據庫管理、系統相關信息等部分組成，系統結構如圖1所示：

圖1 系統結構圖

（二）系統工作原理

1、任務調度管理子系統

該子系統主要負責任務的創建、發布、調度執行、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相關的終端用戶，以對任務內容進行解析，識別出需要使用的設備、人員等各種信息，綜合調度系統相應資源，形成信號信息處理鏈路，啟動任務運行，并收集任務運行情況，管理維護任務生命周期，支持在多資源情況下對多任務的并發處理。

任務調度管理子系統的工作流程是：首先“創建”，經過任務內容描述，任務進行創建，有批準權限的用戶通過審閱并簽發后狀態變為“發布”，在進行資源描述、時間、人員安排，計劃后，對已經發布的任務，終端用戶開始進行執行，則任務狀態變為“執行”，執行完畢，任務狀態變為“完成”并自動釋放占用資源。在任務執行狀態下，具備相應權限的人員可以對任務進行暫停、終止或取消，同時進入相應的任務狀態。只有執行中的任務可以請求資源并分配系統資源，其他狀態與資源無關，只涉及編輯相關的信息和狀態，對于獲取資源失敗的任務自動進入“暫停”狀態，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，系統默認為自行終止，任務調度工作流程如圖2示：

圖2 任務調度工作流程

系統掌握地球站現有任務執行設備資源配屬信息、閑置設備資源信息、人員配置等情況，根據當前任務執行情況對相關設備資源進行鎖定、釋放等管理，為新建任務執行分配設備資源。系統基于時間優先、重要性優先、性能優先等原則，負責為各個任務提供天線、射頻、變頻器等各類設備資源的控制和協調調度，接收并處理各系統及設備的工作狀態、任務執行情況、系統配置和工作狀況以及相關的數據基本統計情況、相關任務報告、任務進度等，協調并解決軟、硬件資源使用沖突，調度所需資源達到任務指定目標位置工作狀態，協助終端人員開展相關任務：例如電視節目接收任務等，并最終完成任務。

2、設備監視控制子系統

該子系統主要負責與設備或設備代理直接連接，通過設備監控接口（串口、網絡等）或設備代理，獲取設備狀態及參數，并根據用戶和任務控制指令控制設備達到所需的狀態及參數，其中對應每一個在線受控設備基礎表中的設備，設備監控代理程序不斷的查詢設備的狀態并更新在線受控設備基礎表及相關表對應字段的內容，同時更新狀態及獲取時間，當系統需要控制的時候，則設置相應的字段，并設置控制時間等信息。監控代理程序更新字段的同時，監測控制字段的變化，當存在控制指令時，將控制指令轉換成為特定設備的接口協議，實現設備控制，同時返回控制響應是否成功的標志。

其具體實現功能根據設備類型，主要分為以下幾個部分：天線、功放、參放、線放、上下變頻器、調制解調器、射頻矩陣切換控制單元等。工作流程如圖3示：

圖3 設備監視控制工作流程

3、系統消息管理子系統

該子系統主要負責系統消息及個人消息的創建、發送、查看、刪除等操作。當用戶處于在線狀態時，用戶之間的消息、任務和通知信息即時到達，同時顯示給登錄的用戶，而當用戶注銷或離線時，消息、任務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、回復等操作。工作流程如圖4所示。

4、業務系統管理子系統

該子系統主要負責協調現有業務系統：例如收發電視登記、自動排班等業務系統的正常運作及相關數據的規整、分析、統計、文件導出等功能，并提供相關的數據訪問服務接口，供用戶終端和其他系統和軟件模塊存取數據。

圖4 消息工作流程

5、用戶業務管理子系統

該子系統主要用于系統用戶信息管理、權限角色驗證等，實現系統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，實現對用戶工作日志、任務執行情況的記錄及報表管理等。

6、系統數據庫管理子系統

該子系統主要負責對系統設備信息、任務信息、系統業務、用戶操作日志、設備狀態變化日志等基礎數據庫字典的運行維護和管理。

7、系統相關信息子系統

該子系統主要提供系統運行所需軟件模塊的運行狀態的監視功能，同時對系統相關內容進行部分展示，包括系統程序版本信息、系統程序的自動更新等。

四、系統運行環境和部署

系統基于Microsoft Windows平臺開發，軟件開發工具采用VC、Delphi語言等，數據庫服務器采用MySql網絡數據庫進行構建，系統網絡拓撲結構如圖5所示。

五、系統意義及應用

面向任務的衛星通信地球站資源調度管理系統研究通過軟件和軟科學的研究，在衛星地球站資源調度、運控管理、設備和系統自動化控制的基礎上，通過對衛星地球站業務工作流程需求分析，形成完整、有效的管理、調度等機制和標準模型，初步實現面向多任務的衛星地球站資源自動化調度管理體系，從而提高資源使用效率，提高工作效率。實現了衛星地球站資源的自動化調度運行和管理，對在全國衛星地球站的普及推廣具有重要的意義和價值。

圖5 網絡拓撲結構