卫星信号控守指挥调度系统设计与实现

2019-12-24孟岩，李佳

无线电工程 2019年1期

孟岩，李佳

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081)

0 引言

卫星通信应用范围广泛，体制众多，包括卫星移动通信系统[1]、甚小孔径终端[2](VSAT)通信系统[3]、卫星互联网、卫星专网专线和卫星干线系统[4]等，在卫星载波分析识别[5]、信号截获还原、主流卫星通信体制协议分析和网台情分析等方面的技术上存在较大差异。

通过分布式布控，实现对卫星信号自动化智能侦察与控守，能够形成工作频段全、覆盖地域广、监控目标多、获取能力强和智能化程度高的一体化卫星信号侦察体系[6]，满足现有卫星信号情报业务需求并适应未来发展需要，快速响应并服务于国家情报工作高速拓展的战略布局。

因此，研究具有功能可重构、能力可扩展的卫星信号控守指挥调度系统[7-8]，对于满足当前及今后的卫星通信侦察控守业务需求具有十分重要的意义。

1 系统架构

本文提出的卫星信号控守指挥调度系统的系统架构如图1所示，由设备层、基础服务层、应用服务层和应用层组成。

图1 系统架构

1.1 资源层

资源层[9]主要包括通用设备、专用设备以及软件模块和数据库。通用设备主要包括计算机、服务器和网络设备等；专用设备包括天线伺服、下变频器、交换矩阵和信号解调器以及信号回放设备等；软件模块包括各种以DLL形态集成到软件服务集成框架中的信号解译软件模块；数据库考虑按支持多类数据库平台设计。

1.2 基础服务层

基础服务层包括设备控制类服务、软件类服务、数据库访问服务以及WebService平台[10]。设备控制类服务对设备实体进行服务化封装，屏蔽底层实现的差异，提供统一的接口，提高互操作性，包括通用设备监控服务、天线状态监视服务、下变频器监控服务、交换矩阵监控服务、信号解调器监控服务和信号回放设备监控服务；软件类服务主要用于集成信号解译软件模块并组织数据的输入和输出，主要包括服务集成框架和数据访问组件2个部分；数据库访问服务将各类数据库平台访问接口进行封装，为业务应用提供数据读写接口，主要包括业务数据接口、数据库语句解析和数据库连接组件等模块；各类服务组件的开发都采用松耦合的、面向服务的Web Service架构设计，采用SOAP、UDDI与WSDL三种基础协议。

1.3 应用服务层

应用服务层结合基础服务层，实现系统功能业务逻辑，为前台系统业务功能提供支持，主要包括Web门户服务器、用户管理服务、业务应用服务和运行维护服务。Web门户服务器[11]使用成熟主流BS架构设计，包括Apache+tomcat集群实现负载均衡，Control、Model和View三层MVC应用框架[12]开发以及数据持久层、页面缓存和数据缓存等应用级缓存；用户管理服务完成用户登录、管理和权限配置等功能，主要包括用户管理、登录管理、权限管理和组织管理模块；业务应用服务完成系统状态监控和业务流程监控等业务功能，主要包括运行状态监控服务、业务流程组织服务和数据库管理服务等；运行维护服务主要包括安装部署、系统备份、运维分析和维护管理等模块。

1.4 应用层

应用层实现系统功能界面展现和操作，主要包括用户登录及管理、运行状态监控管理、业务流程监控管理、网台情分析结果可视化、数据库管理应用和运行维护管理。

4.说明绿色植物的生活需要水和无机盐（理解）。考查这一内容标准的考题出现在2014年和2018年，每年有一个选择题，1.5分，其他年份没有考查。两年的考点主要考查植物生长需要量最多的无机盐是哪些。

2 系统组成

系统逻辑组成如图2所示，系统按中心站点和设备站点二级设计，中心站点不配置天线、变频器和解调器等信号处理设备，只配置计算机、服务器和交换机等设备，运行相关服务和终端软件，调度及监控各站资源。设备站点配置卫星信号处理设备，采用资源访问控制架构[13]，完成对卫星信号的侦察和控守，接受中心站点指挥调度并上报状态。

图2 系统逻辑组成

3 系统流程

3.1 总体流程

系统信息流程分为3级：信息服务级、逻辑处理级和显示层级，如图3所示。

图3 系统信息流程

信息服务级负责数据的组织，设备服务主要负责对每类设备数据流的封装，把不同协议封装成SNMP数据流，逻辑层中的函数通过webservice得到设备信息，对信息进行分析处理。数据库服务包含简单业务的查询整合、数据库兼容以及字段和表的增删改。

逻辑处理级是整个架构的关键，负责从服务层中把数据抽象出逻辑数据，给上层提供接口和API。在数据交换中起承上启下的作用。设计思想采用Domain Model模式，为适应整个系统复杂多变的情况，需要每一个业务逻辑封装成BO(Business Object)1个或多个其他的对象。比如：设备参数的获取、状态的监控、对设备进行设置、数据库增删字段和库表。组织好数据后传递给页面展示层，显示到可视化页面中。

显示层级实现用户所有可视化操作，包含对设备可视化操作、显示；线缆连接的状态的监控；设备资源的管理；数据库的调整；数据统计的展现。

3.2 运行状态监控管理

以部署于中心站的指挥调度应用对指挥调度[14]的工作原理进行说明。

指挥调度应用通过调用部署于各站点的指挥调度服务，获取状态并实施运行参数控制。用户通过身份认证进入指挥调度应用，获得全景视图。全景显示在地图上标绘各个分站点，当各个分站点状态出现异常时以闪烁的方式进行告警。点击分站点图标，进入分站视图。分站视图中对该站点内的状况进行显示，用户可在设备线缆连接和业务流程2种显示方式间切换。分站视图中，对设备的参数和状态等进行显示，用户可以通过分站视图对设备运行参数进行控制及资源管理[15]。

3.3 业务流程监控管理

业务流程监控管理应用通过调用业务流程监控管理服务提供的接口对当前存在的业务流程状态进行监视和控制。用户通过身份认证进入业务流程监控管理应用，获得业务流程全景视图[16]。业务流程全景视图对现有业务流程状态进行显示。业务流程的管理界面对业务流程的详细连接情况进行显示，引导用户进行业务流程的合法性检验、可用性检验、启动、暂停以及停止，对运行中的业务流程的状态进行监视和任务规划[17]。

信号回放应用利用读取信号采集文件控制信号发生器对信号进行回放。用户通过身份认证进入信号回放应用，获得信号记录文件视图。信号记录文件视图对当前存在的信号记录文件信息进行显示。用户点击信号记录文件图标，调用信号发生器控制接口对模拟信号进行回放。

3.4 数据库管理

数据库管理通过调用数据库管理服务实现对数据库表结构的改变。用户通过身份认证进入数据库管理应用，获取数据库表结构。用户可以自行添加数据库表，并编辑数据表项。

3.5 运行维护管理

运行维护管理人员登录系统后能够进行运行维护界面，完成安装部署、系统备份、运维分析和维护管理功能。

4 软件设计

4.1 运行状态监控服务

状态监控获取，指挥调度功能需要对各采集站的运行状态进行监控，对运行参数进行控制。监控对象分为服务器、设备和软件模块。服务器和支持SNMP[18]的设备采用SNMP进行监控；不支持SNMP的设备和软件模块采用私有监控协议进行监控。无论采用哪种协议，需要进行WebService封装。

运行参数设置，指挥调度功能需要对各采集站的运行参数进行设置。因此，服务需要实现运行参数设置的功能，并对其进行WebService封装。

4.2 设备控制类服务

设备主要通过网络协议进行数据传输。设备服务包括包文转换、数据收发、设备控制、状态监控以及新增设备等模块。设备连接信息放置在XML中，同类设备不同型号的设备在XML的不同节点进行配置，一个型号设备为一个节点，在程序中通过设备的唯一标识得到相应的配置信息，进行对设备操作。

包文转换：当service收到设备发送的数据包时，对包进行协议判定，如果为snmp协议直接把包发至上层处理，如果为其他协议，如UDP，就需要把UDP包的协议头等无关数据取出，通过UDP翻译代码把字节流转换成可读文本，根据设备所给文档解析出文本所带有的数据，把数据通过XML配置文件中所设定的mib库按照SNMP的包文格式组装并发送上层。

数据收发：根据上层所调用服务中函数，根据参数在XML中mib信息进行翻译，把翻译的数据再翻译为设备所用的协议，根据IP与端口号向设备发送消息，等待设备响应。

设备控制：主要操作为设备启动和停止，这里采取的是根据获取的操作对服务运行状态进行改变。

状态监控：设备的监控始终在固定时间进行轮询查询，如设备有故障则通过websocket推送至上层，并显示。

新增设备：当设备新增后，在XML配置文件中进行添加新增加的设备参数信息，并对其标注，重启服务，服务第一次运行时对配置文件进行检测，发现又新增参数就增加至数据库中。当网页中对新增字段翻译。当网页对设备查看和设置时，自动增加上新增参数。

4.3 数据库访问服务

数据主要通过Hibernate进行数据交换。数据库服务包含3个模块：查询、新增字段和表以及修改字段和表。数据库连接信息放置在XML中，不同类别的数据库在XML的不同节点进行配置，一个类别为一个节点，在程序中需要用到时通过配置文件连接至数据库进行查询。

查询：当界面发起查询设备参数时，数据服务执行已定的设备查询参数方法，直接将数据查询后返回，避免多表联合查询的繁琐。

新增字段和表：此模块主要为软件模块新增和设备新增后，发现多余参数来进行服务的。

修改字段和表：此模块主要为软件模块新增和设备新增后，发现参数需要改变来进行服务的。

4.4 成果应用

系统已经部署应用。实际应用表明，系统能够统一对各站点中的设备、服务器和软件模块等被管对象进行配置、监视以及异常告警。同时，用户可按需增加新的设备和软件模块，灵活地增删其可显示和配置的参数，并完成卫星信号控守系统业务逻辑的生成、部署和结果存储，流程的加载、启动和停止以及控守结果的保存。主要运行界面如图4、图5和图6所示。