通信卫星临时业务自动监视技术与实现

+ 申戈（装备学院研究生队五队）

通信卫星临时业务自动监视技术与实现

+ 申戈（装备学院研究生队五队）

本文针对通信卫星运行过程中大量的临时业务所存在的监视难、记录难、管理难等问题，着重分析了现有的几种常用的监视手段，并对这几种监视手段进行了比较，通过优化组合提出通信卫星临时业务自动监视系统的设计思想，并依照此设计思想开发了《鑫诺卫星临时业务自动监测管理系统》，在实际工作中取得了良好的效果。

一、 前言

卫星通信发展几十年来，无论是国内还是国外，技术和手段目前都已非常成熟，对于卫星通信业务的自动监测也有一些非常成熟的产品。在卫星运行公司的业务中，除去长期租用卫星通道的固定用户以外，短期和临时租用也占有很大的比例，其中用于电视节目的传输又占有临时传输中的大部分比例。和卫星的固定业务相比，临时传输业务多是用于进行现场直播、股评类节目，常常因为现场的各种原因推迟或提前进行传输，对该业务的使用情况的监视管理工作造成很大困难。

卫星资源的租用主要的是通过使用业务的占用带宽和使用时间来体现的，占用带宽是用户在申请业务时就已经确定下来的，所以监视临时传输的实际使用时间对卫星运行商来说非常重要。除去监视临时传输的实际使用时间外，监视该档传输在正式传输前的传输通道，传输过程中业务载波特性，卫星运行商还要保障临时业务的正常传输，同时还要确保卫星转发器的使用安全。本文将重点讨论通信卫星临时传输的监视手段和如何实现对临时业务的自动监视。

二、卫星通信业务的各种通用监视手段

常用监视手段功能一览表

由于卫星用户所传业务的不同，采用的调制方式、复用方式等差异，作为卫星运行商要想做到全面的监视每一个用户的使用情况是很困难，对于那些固定用户，一般采用频谱监视的方法，而对于一些需要重点监视和保障的用户，也只能采用一些通用的监视手段方式来实现。这些常用的监视手段包括：频谱监视、螺流监视、电视图像监视以及卫星通信通用解码器解调监视等。

1、 频谱监视法

通过监视用户所发载波的上星和下星，可以很直观的看到用户载波，监视到用户载波电平、占用带宽等信息，通过比对频谱特性来确定用户的使用情况。此种监视可以非常准确的记录用户的使用情况，但需要长时间的占用频谱仪，且无法在业务传输过程中监视业务的传输质量。

2、螺流监视法

行波管放大器（TWTA）中螺线圈中电流变化正比于输入信号的电平变化。通过对行波管的螺流变化的监视，同样可以完成对与临时传输开始与结束的记录。螺流反映的是整个TWTA的工作状态，在转发器工作在增益模式时，如果其它用户的上行功率发生了变化，螺流也会改变，这时的记录传输开始或结束的时间将是不准确的，同时，这种监视方法只适用于采用TWTA放大器的转发器。

3、电视图像监视法

对于一些传送电视画面的业务，通过卫星电视接收机对用户所传输的电视节目进行接收解调并输出到电视，可以直接监视用户实际使用情况，可以有效的监视临时传输的传输质量，但这种监视方法需耗费大量的人力资源。这种监视方法只适用于电视类临时传输业务，且传输的电视节目越多，需要的电视与接收机就越多，所耗费的财力也就越大，同时这种监视方法不能有效的监视卫星转发器的工作状态。

4、通用解码器监视法

顾名思义，通用卫星解码器是在预先知道用户的调制信息的情况下，通过相关软件的控制，对用户所传业务进行解调，通过调谐成功与否来确定业务传输的开始与结束，通过监视Eb/n0等相关参数，可以实现对相关用户的监视保障工作。此种监视方法依赖于对用户传输信息的时实更新，一旦用户改变业务的符号率，解码器将无法进行的正常的监视工作，同时解码器要求输入信号的强度越高越好，这将非常不利于当所监视的业务上行功率超高限的，更无法预警因为上行功率超高限对转发器造成的损害。

三、临时业务自动监视与管理系统的实现

1、设计思想

本着最大限度地实现对临时业务的全程自动化监视，以减少人为因素产生的差错和节约成本的宗旨实施设计。通过对各种监视手段的比较，接收卡调谐为主要监视手段，频谱监视为辅的设计思路，在程序设计中要考虑尽量少的占用频谱仪资源，同时还能保证对非电视类临时传输的监视。

2、系统硬件构成

系统硬件连接示意图

临时业务自动监测与管理系统的硬件由自动监测计算机、两副接收天线、三台LNB接收机、一台LNA接收机、三块接收卡、一台频谱仪以及开关矩阵和开关控制计算机构成。其中接收天线、LNB接收机、LNA接收机、频谱仪、开关矩阵和开关控制计算机可以与卫星测控和通信站原有设备共用。系统只需要增加一台用于自动监测的计算机、三块用于调谐的接收卡以及一块用于和频谱仪连接的82357A USB/GBIB接口卡即可，而且可以将电视节目接收卡和USB/ GBIB接口卡都集成在自动监测计算机的主板上，这样不用对地面站原有的设备进行大规模改造，只需要将系统接入原有的通信系统即可完成对临时业务的监视和管理，接口简单稳定，系统改造方便。硬件连接如图所示：

系统数据流向

3、系统软件构成

临时业务自动监测与管理系统软件部分实现为一个总控制台，控制台中包括频谱监视、接收卡监视、定点提醒、计划录入向导以及数据库管理等实用工具和每日临时业务计划时序图、每日临时业务计划频点分布图以及日志等快捷显示。

4、系统实现功能

临时业务计划批量录入、查询和修改

临时业务用户信息和临时频点信息查询和修改

自动生成当日临时业务计划

自动监视临时业务上下星情况

自动监测频点冲突

临时业务到时提示

临时业务异常告警

临时业务使用情况自动入库

临时业务使用情况周期性报表

5、系统各模块的具体实现

临时业务自动监测和管理系统涉及到大量的数据，需要以数据库为中心为系统的软硬件提供监测和管理所需的数据。通过软件将临时用户的传输计划录入数据库，然后软件负责从数据库中读取当天的临时业务传输计划，按照计划调度硬件监视手段进行监视，同时将硬件监视得到的数据，包括上下星时间，载波电平等写入数据库。同时软件可以根据需要从数据库生成临时用户使用情况报表。数据流向如图所示：

（1）临时业务自动监测和管理系统数据库的设计与实现

①为了满足系统需求，使用Microsoft SQL 2000设计数据库，数据库包括七个数据表：

②各数据表之间的数据关系

临时频点信息表（cfg_freqs）包含鑫诺卫星可用的临时频点所在转发器和可用带宽的信息，在录入临时业务计划时可直接从该表中选择可用的临时频点

临时用户信息表（cfg_users）包含临时业务技术负责人和申请人的联系方式和该用户常用的符号率，在录入临时业务计划时用户信息从该表中读取

周期性限制表（cfg_restrictions）对周期性临时业务的周期进行设定，在自动生成每日计划时根据该表选择计划

临时业务计划表（plans）包含临时业务的计划信息，包括用户、转发器、频点、带宽、符号率、开始日期、结束日期、周期性限制、开始时间、结束时间、传输/测试、电视节目/非电视节目、计划申请时间，每日的传输计划依据该表自动生成

临时业务每日计划表（dayrecord）包含根据临时业务计划表和所需日期生成的每日临时业务计划信息，包括计划时间、用户、转发器、频点、带宽、符号率等信息，方便查询

临时业务当日记录表（autodayrecord）根据系统时钟每天00∶00自动生成的当日临时业务计划，用于系统调度和当日临时业务使用情况记录

临时业务记录表（records）根据系统时钟每天00∶00自动更新，总结头一天临时业务使用情况，周期报表依据该表生成

③其它

为了方便系统编程，数据库还包含了若干存储过程和一个管理作业，管理作业完成对当日计划的定时生成和头日记录的自动入库

（2）临时业务自动监测和管理系统计划冲突监测的实现

判断临时业务计划是否冲突，系统在录入计划时进行监测，没有冲突的计划正常提交数据库存储，有冲突的计划进行冲突提示，要求重新录入或者取消录入。软件框图如图所示：

（3）临时业务自动监测和管理系统当日计划自动生成的实现

当日计划依据临时业务计划表实现，筛选出开始日期早于当前日期且结束日期晚于当前日期并且周期条件满足当前日期的临时业务计划，从临时业务计划表中提取这些计划的开始时间、结束时间、用户、转发器、频点、带宽、符号率、传输类型的信息，将这些计划按开始时间和结束时间的时序统一进行排序，并且将开始时间和结束时间分别打上上星和下星的时间标志，生成当日临时业务记录表以备程序使用。将这个过程设置为SQL Server 管理作业，每日00∶00自动完成。在该系统控制台部分使用定时器，每天00∶02分将SQL生成的当日计划读入内存表，以备定点监视根据该表进行调度，同时更新系统界面当日计划时序表和频点分布表的显示。

（4）临时业务自动监测和管理系统自动监测的实现

根据读入内存的当日计划，使用定时器，每条计划时间提前十分钟进行调度。

传输类型为电视节目的分配给接收卡进行调谐，接收卡根据频点和符号率进行调谐。

计划时间标志为上星的，记录调谐成功时刻为上星时间，超过该时间十分钟仍然调谐不成功的停止调谐，用日志记录，并且将该条计划标志为异常。

数据库表

计划时间标志为下星的，记录调谐失败时刻为下星时间，超过该时间十分钟仍然调谐成功的停止调谐，系统显示告警信息，并且将该条计划标志为异常。

传输类型为非电视节目的分配给频谱仪进行监视，根据转发器极化方式自动切换链路，根据频点和带宽自动设置频谱仪。

计划时间标志为上星的，记录载波电平大于门限电平时刻为上星时间，超过该时间十分钟仍然小于门限的停止频谱扫描，用日志记录，并且将该条计划标志为异常。

计划时间标志为下星的，记录载波电平小于门限时刻为下星时间，超过该时间十分钟仍然大于门限的停止频谱扫描，系统显示告警信息，并且将该条计划标志为异常。

系统调度提前启动时间和调谐扫描周期可以根据需要进行调整。软件方框图如图所示：

其中调谐模块通过软件调度三块接收卡实现，软件框图如图所示：

频谱监视模块通过软件对频谱仪进行设置和读取实现，软件方框图如图所示：

（5）临时业务自动监测和管理系统自动记录的实现

当日临时业务记录的实现

在定点监视的同时将记录的上下星时间写入数据库中的临时业务当日记录表，并且将上星时刻从接收卡或频谱仪读取的载波电平也写入该表。

（6）临时业务记录的统计

用临时业务当日记录表中记录的实际上下星时间和载波电平更新临时业务记录表，其中用户、转发器、频点、带宽、符号率、传输类型的数据从临时业务计划表中读取，日期为头日日期（因为该表是每天00∶00更新，所以统计的是头日的临时业务情况），开始时间、结束时间、载波电平从临时业务当日记录表中更新，其中开始时间为该条计划的上星时间，结束时间为该条计划的下星时间。将这个过程设置为SQL Server 管理作业，每日00∶00自动完成。

（7）临时业务自动监测和管理系统报表的实现

根据临时业务记录和临时业务计划表以及统计时间段生成计划时间和实际时间的对比报表，并且计算出用户对其在统计时间段内的租用总时间。

四、结束语

按照以上设计思路研制开发出来的《鑫诺卫星临时业务自动监测管理系统》自2005年 10月试运行一来，该系统硬件部分运行可靠，从未出现过死机现象，软件系统也没有自动退出等异常现象。从运行效果来看，该系统具有很低的资源占用率，常驻内存不超过30M，CPU占用资源最大不超过5%；从监视效果来看，对于一档临时传输，其记录适用时间误差最大不超过30s，这样的精度对于一个卫星运行商来讲已经足够。该系统的研制与使用，将工作人员从烦琐的监视工作中解脱出来，提高了工作效率，具有一定的推广价值。

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