面向任务的卫星通信地球站资源调度管理系统研究

+ 冯东伟 北京卫星地球站

面向任务的卫星通信地球站资源调度管理系统研究

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一、概述

卫星地球站是卫星通信系统中的关键组成部分，随着通信技术的发展，卫星通信设备种类越来越多、复杂程度越来越高、地球站系统规模不断扩大、业务任务多样化趋势明显。在这种条件下，大型卫星地球站面临的主要问题是：天线、射频、变频设备、解调设备、终端设备等公共资源以及多样化的终端设备等资源复杂程度高，数量大，难以有效调度；支持的众多的任务如临时视频传输、应急通信保障、业务变更调整等，人工协调困难；系统配置变化应对不及时；多种应急任务对人员技术水平要求高；资源缺乏统一的调度管理，人工协调调度效率低下，无法充分发挥设备、资源的效益。

面向任务的卫星通信地球站资源调度管理系统研究，针对上述问题，依托现有设备及系统，通过分析业务需求，研究业务之间的相互关系，明确业务技术要素；通过对业务工作流程进行分解和研究，建立标准化的业务工作流程和操作规范；通过开发设备运控管理，实现对各业务系统的有效控制，对各类数据、信息和资源的有效融合。

综上成果，进一步通过对业务流程进行分解和研究，建立标准化的业务工作流程和操作规范，解决任务对资源需求的冲突，形成对任务对象的调度管理能力；建立资源设备、业务系统、信息数据和任务人员的管理系统，最大程度发挥资源、设备效益，融合各类信息和数据，并通过对人员和任务的管理，使得卫星地球站各个系统形成一个有机的整体，从而建立卫星地球站资源调度管理系统，实现对卫星地球站资源进行有效地监控、管理和调度，使之高效、安全、可靠的运行。

二、主要研究内容

面向任务的卫星通信地球站资源调度管理研究的主要内容包括设备监控、资源管理、业务系统管理、系统配置、任务调度、资源使用日志等。

设备监控旨在解决设备状态及参数的监视和控制，可根据用户和任务控制指令，控制设备达到所需的运行状态和工作参数；资源管理是根据任务需求和工作流程，自动配置通信信号链路、配置设备参数，并对系统业务/任务运行状态的实时监视和显示；业务系统管理主要是对业务系统及其相关数据的管理，支持对数据的规整、存储、分析、统计、文件导出等功能，提供数据访问服务接口，供用户终端和其他系统和软件模块存取数据；系统配置研究系统参数、系统资源、用户信息、任务权限等各种基础信息数据库的管理和维护；任务调度则以任务为核心线索，主要研究任务的创建、发布、调度执行等任务运行维护管理；资源使用日志主要研究系统参数、系统资源、用户信息、任务权限等各种基础信息数据库的管理和维护，以及提供各种系统日志，包含系统的任务状态、通信链路状态、设备参数状态、用户行为访问等各类数据。

综合上述研究成果，设计了面向任务的卫星通信地球站资源调度管理系统并进行了实现，在某大型卫星地面站进行了应用，大幅度提升了系统自动化、智能水平，降低了工作强度，提高了工作效率，设备资源效益得到充分发挥，取得了良好的效果。

三、系统组成及工作原理

（一）系统组成

卫星通信地球站资源调度管理系统主要由任务调度管理、设备监视控制、系统消息管理、业务系统管理、用户业务管理、系统数据库管理、系统相关信息等部分组成，系统结构如图1所示：

图1 系统结构图

（二）系统工作原理

1、任务调度管理子系统

该子系统主要负责任务的创建、发布、调度执行、暂停、终止、取消、完成等操作，并作为特殊消息传递到所有与任务相关的终端用户，以对任务内容进行解析，识别出需要使用的设备、人员等各种信息，综合调度系统相应资源，形成信号信息处理链路，启动任务运行，并收集任务运行情况，管理维护任务生命周期，支持在多资源情况下对多任务的并发处理。

任务调度管理子系统的工作流程是：首先“创建”，经过任务内容描述，任务进行创建，有批准权限的用户通过审阅并签发后状态变为“发布”，在进行资源描述、时间、人员安排，计划后，对已经发布的任务，终端用户开始进行执行，则任务状态变为“执行”，执行完毕，任务状态变为“完成”并自动释放占用资源。在任务执行状态下，具备相应权限的人员可以对任务进行暂停、终止或取消，同时进入相应的任务状态。只有执行中的任务可以请求资源并分配系统资源，其他状态与资源无关，只涉及编辑相关的信息和状态，对于获取资源失败的任务自动进入“暂停”状态，可以选择是否释放占用资源，默认缺省为释放资源。对于到达时间期限的任务，系统默认为自行终止，任务调度工作流程如图2示：

图2 任务调度工作流程

系统掌握地球站现有任务执行设备资源配属信息、闲置设备资源信息、人员配置等情况，根据当前任务执行情况对相关设备资源进行锁定、释放等管理，为新建任务执行分配设备资源。系统基于时间优先、重要性优先、性能优先等原则，负责为各个任务提供天线、射频、变频器等各类设备资源的控制和协调调度，接收并处理各系统及设备的工作状态、任务执行情况、系统配置和工作状况以及相关的数据基本统计情况、相关任务报告、任务进度等，协调并解决软、硬件资源使用冲突，调度所需资源达到任务指定目标位置工作状态，协助终端人员开展相关任务：例如电视节目接收任务等，并最终完成任务。

2、设备监视控制子系统

该子系统主要负责与设备或设备代理直接连接，通过设备监控接口（串口、网络等）或设备代理，获取设备状态及参数，并根据用户和任务控制指令控制设备达到所需的状态及参数，其中对应每一个在线受控设备基础表中的设备，设备监控代理程序不断的查询设备的状态并更新在线受控设备基础表及相关表对应字段的内容，同时更新状态及获取时间，当系统需要控制的时候，则设置相应的字段，并设置控制时间等信息。监控代理程序更新字段的同时，监测控制字段的变化，当存在控制指令时，将控制指令转换成为特定设备的接口协议，实现设备控制，同时返回控制响应是否成功的标志。

其具体实现功能根据设备类型，主要分为以下几个部分：天线、功放、参放、线放、上下变频器、调制解调器、射频矩阵切换控制单元等。工作流程如图3示：

图3 设备监视控制工作流程

3、系统消息管理子系统

该子系统主要负责系统消息及个人消息的创建、发送、查看、删除等操作。当用户处于在线状态时，用户之间的消息、任务和通知信息即时到达，同时显示给登录的用户，而当用户注销或离线时，消息、任务和通知消息以类似邮件的方式传递给用户，待用户登录后，将所有发送给该用户的未确认信息进行提示，允许用户对所收到的个人信息进行处理，包括消息的删除、回复等操作。工作流程如图4所示。

4、业务系统管理子系统

该子系统主要负责协调现有业务系统：例如收发电视登记、自动排班等业务系统的正常运作及相关数据的规整、分析、统计、文件导出等功能，并提供相关的数据访问服务接口，供用户终端和其他系统和软件模块存取数据。

图4 消息工作流程

5、用户业务管理子系统

该子系统主要用于系统用户信息管理、权限角色验证等，实现系统对用户的行为进行访问控制、记录用户行为和资源使用情况，实现对用户工作日志、任务执行情况的记录及报表管理等。

6、系统数据库管理子系统

该子系统主要负责对系统设备信息、任务信息、系统业务、用户操作日志、设备状态变化日志等基础数据库字典的运行维护和管理。

7、系统相关信息子系统

该子系统主要提供系统运行所需软件模块的运行状态的监视功能，同时对系统相关内容进行部分展示，包括系统程序版本信息、系统程序的自动更新等。

四、系统运行环境和部署

系统基于Microsoft Windows平台开发，软件开发工具采用VC、Delphi语言等，数据库服务器采用MySql网络数据库进行构建，系统网络拓扑结构如图5所示。

五、系统意义及应用

面向任务的卫星通信地球站资源调度管理系统研究通过软件和软科学的研究，在卫星地球站资源调度、运控管理、设备和系统自动化控制的基础上，通过对卫星地球站业务工作流程需求分析，形成完整、有效的管理、调度等机制和标准模型，初步实现面向多任务的卫星地球站资源自动化调度管理体系，从而提高资源使用效率，提高工作效率。实现了卫星地球站资源的自动化调度运行和管理，对在全国卫星地球站的普及推广具有重要的意义和价值。

图5 网络拓扑结构