一種基于競爭注冊和統籌入網的衛星通信系統管控設計

李晴飛，朱 斌，周琳凱

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210014）

1 研究背景

美國為實施其全球戰略，已建成以高軌通信衛星為主體，以全球9個地面電信港為依托，以銥星低軌移動通信星座等商用衛星為補充的信息網絡，形成了寬帶、窄帶和抗干擾相結合的全球衛星通信系統體系。

我國的衛星應用規劃依托傳統通信衛星和新型寬帶、低軌道移動通信衛星融合互補的通信服務，高分辨率遙感衛星為主的商業遙感數據增值服務，基于北斗導航衛星的地理位置信息服務，發展天地一體化衛星綜合應用信息系統業務。目前，我國衛星自組網系眾多，部分網系需要大量人工干預配置才能完成用戶設備入網。各區域、移動管理中心之間相互獨立，缺乏統一的資源調配和控制手段。當某網系管理中心出現異常時，該網系用戶無法靈活地獲取再次入網信息，容易導致終端設備失聯。為此本文提出了一種基于競爭注冊和統籌入網的衛星通信系統管控設計，其具體設備分為三步：一是建立一個公共衛星管理網，完成衛星通信終端的入網流程；二是制定多個預規劃的用戶網，完成衛星通信終端的使用管理流程；三是規劃的用戶網異常失效時，通過公共衛星管理網完成再次入網流程。

2 公共衛星管理網模型

公共衛星管理網模型構建原則：一是充分利用現有某衛星通信系統資源構建典型模型；二是模型構建規則合理，后續便于其他衛星通信系統耦合；三是通過軟件升級和新增軟件模塊的形式，對系統管理方式進行改造；四是通過管理模式的創新，將分散性管理變為統一化管理。

根據以上原則，構建了公共衛星管理網架構模型，如圖1所示。公共衛星管理網模型構建分為三層實施層和一層使用層。三層實施層分別是公共衛星管理網衛星資源層、公共衛星管理網設備資源層、公共衛星管理網地面資源層，一層使用層是衛星用戶終端資源層。

公共衛星管理網衛星資源層，主要是指衛星通信系統的星載載荷和頻譜的資源使用，它分為控制資源和業務資源。控制資源主要完成用戶終端到處理中心的管理信息傳輸，業務資源主要完成用戶終端到處理分中心后通過波束間鉸鏈或者星間處理進行管理信息傳輸。

公共衛星管理網設備資源層，主要是指處理中心或者處理分中心的設備管理資源，物理平臺可以為固定臺站、移動臺站、機載臺站、艦載臺站等各種形式。移動臺站主要完成用戶網的管控和公共衛星管理網的代理功能。在本文中主要設計公共衛星管理網的代理功能的使用方式，原有用戶網的管控功能不作更改。

公共衛星管理網地面資源層，主要實現在處理中心和處理分中心之間的管理信息傳輸。地面光纖網的快速、可靠、大容量、專線、建設快等特點，可以作為管理信息傳輸的主用線路。

處理中心主要包括管理系統軟件、衛星通信系統站型資源、地面網絡資源；處理分中心包括代理系統軟件、衛星通信系統站型資源、地面轉接設備資源。處理中心實施資源池化的分布式部署。管理系統軟件，實現管理網的管控，業務網的規劃。衛星通信系統站型資源包括衛星業務信道、控制信道、管控服務器系列、天線射頻等物理設備。地面網絡資源，實現光纖網的調度和接入。代理系統軟件實現控制信息的接收、處理和轉發，并負責地面網絡和無線網絡的接入接出處理。用戶終端，實現用戶衛星通信使用的物理實體，它包括用戶界面、設備硬件，以及外圍配套設備。

公共衛星管理網業務流轉流程：

（1）單衛星管理波束覆蓋范圍內，通過圖1的棕色①、②步驟實現。用戶終端通過衛星控制資源，發出入網申請信息。處理中心通過衛星控制資源收取入網申請，經處理后通過紅色②、①完成管理信息交互。

（2）單衛星跨波束覆蓋范圍內，可以通過兩種流程實現管理信息傳輸。方式一：通過圖1的黑色①、②和紫色③步驟實現，用戶終端通過本地衛星波束資源傳輸管理信息到移動分中心，移動分中心使用處理中心代理通過地面光纖網資源傳輸給處理中心，經處理后通過紫色③和黑色②、①完成管理信息交互。方式二：通過圖1的黑色①、②、步驟實現，用戶終端通過本地衛星波束資源傳輸管理信息到移動分中心，移動分中心使用處理中心代理通過波束間鉸鏈資源傳輸給處理中心，經處理后通過黑色⑤、④、③、②、①完成管理信息交互。

（3）多星覆蓋范圍內，可以通過兩種流程實現管理信息傳輸。相比較單星多波束，方法類似。在其方式二中波束間的鉸鏈資源傳輸需要替換成星間處理傳輸。

圖1 公共衛星管理網模型架構示意圖

3 規劃多用戶網模型

通過業務網中心管理系統軟件實現業務網中心及業務網分中心之間的衛星通信管控系統規劃，并通過地面連接或者衛星連接實現中心及分中心中間的管理配置信息的交互。規劃多用戶網模型架構如圖2所示。

圖2 規劃多用戶網模型架構示意圖

用戶終端①、②、③通過公共控制資源進行競爭注冊，通過公共衛星管理網的處理中心統籌，進行對業務網中心或者分中心的統籌規劃，并通過公共控制資源進行控制管理。

如圖2所示，用戶終端①最終歸屬到業務網中心①，用戶終端②歸屬到業務網分中心②，用戶終端③歸屬到業務網分中心③。完成歸屬關系后，各用戶終端在各自業務網中心的管理下進行獨立管控和工作。

4 用戶網異常后終端調度再入網模型

某業務網發送異常或者切換時，由于公共衛星管理網的存在，該業務網下得用戶終端可以通過公共控制資源進行再次入網，請求調度，迅速完成終端的入網使用。用戶網異常后終端調度再入網模型架構如圖3所示。

如圖3中業務網分中心②發生異常時，用戶終端②講無法受管理使用。用戶終端在檢測到自己無法收到廣播信息后，會自動切換到公共控制資源進行重新入網申請。此時業務網中心會根據業務網分中心是否故障、是否切換管理資源、是否擁有備份站等因素進行控制該終端再次入某業務網。

圖3 用戶網異常后終端調度再入網模型架構示意圖

5 后續設計實施建議

目前，公司已經在某應急衛星通信系統中實現了利用公共衛星網管理資源進行某業務網分中心和業務網中心之間的競爭注冊和統籌入網功能。后續將針對應急衛星系統各業務網分中心的具體情況，進行業務網分中心的納入過程。該衛星通信綜合管理系統的實現，有利于構建全國，乃至全球應急救災系統。同時也為后續其他領域的衛星通信系統建設的綜合管理設計提供了有力的探索。