一種基于競爭注冊和統(tǒng)籌入網(wǎng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)管控設(shè)計

李晴飛，朱 斌，周琳凱

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，南京 210014）

1 研究背景

美國為實施其全球戰(zhàn)略，已建成以高軌通信衛(wèi)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(wèi)星為補(bǔ)充的信息網(wǎng)絡(luò)，形成了寬帶、窄帶和抗干擾相結(jié)合的全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)體系。

我國的衛(wèi)星應(yīng)用規(guī)劃依托傳統(tǒng)通信衛(wèi)星和新型寬帶、低軌道移動通信衛(wèi)星融合互補(bǔ)的通信服務(wù)，高分辨率遙感衛(wèi)星為主的商業(yè)遙感數(shù)據(jù)增值服務(wù)，基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的地理位置信息服務(wù)，發(fā)展天地一體化衛(wèi)星綜合應(yīng)用信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)。目前，我國衛(wèi)星自組網(wǎng)系眾多，部分網(wǎng)系需要大量人工干預(yù)配置才能完成用戶設(shè)備入網(wǎng)。各區(qū)域、移動管理中心之間相互獨立，缺乏統(tǒng)一的資源調(diào)配和控制手段。當(dāng)某網(wǎng)系管理中心出現(xiàn)異常時，該網(wǎng)系用戶無法靈活地獲取再次入網(wǎng)信息，容易導(dǎo)致終端設(shè)備失聯(lián)。為此本文提出了一種基于競爭注冊和統(tǒng)籌入網(wǎng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)管控設(shè)計，其具體設(shè)備分為三步：一是建立一個公共衛(wèi)星管理網(wǎng)，完成衛(wèi)星通信終端的入網(wǎng)流程；二是制定多個預(yù)規(guī)劃的用戶網(wǎng)，完成衛(wèi)星通信終端的使用管理流程；三是規(guī)劃的用戶網(wǎng)異常失效時，通過公共衛(wèi)星管理網(wǎng)完成再次入網(wǎng)流程。

2 公共衛(wèi)星管理網(wǎng)模型

公共衛(wèi)星管理網(wǎng)模型構(gòu)建原則：一是充分利用現(xiàn)有某衛(wèi)星通信系統(tǒng)資源構(gòu)建典型模型；二是模型構(gòu)建規(guī)則合理，后續(xù)便于其他衛(wèi)星通信系統(tǒng)耦合；三是通過軟件升級和新增軟件模塊的形式，對系統(tǒng)管理方式進(jìn)行改造；四是通過管理模式的創(chuàng)新，將分散性管理變?yōu)榻y(tǒng)一化管理。

根據(jù)以上原則，構(gòu)建了公共衛(wèi)星管理網(wǎng)架構(gòu)模型，如圖1所示。公共衛(wèi)星管理網(wǎng)模型構(gòu)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(wèi)星管理網(wǎng)衛(wèi)星資源層、公共衛(wèi)星管理網(wǎng)設(shè)備資源層、公共衛(wèi)星管理網(wǎng)地面資源層，一層使用層是衛(wèi)星用戶終端資源層。

公共衛(wèi)星管理網(wǎng)衛(wèi)星資源層，主要是指衛(wèi)星通信系統(tǒng)的星載載荷和頻譜的資源使用，它分為控制資源和業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)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(jìn)行管理信息傳輸。

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

公共衛(wèi)星管理網(wǎng)地面資源層，主要實現(xiàn)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(wǎng)的快速、可靠、大容量、專線、建設(shè)快等特點，可以作為管理信息傳輸?shù)闹饔镁€路。

處理中心主要包括管理系統(tǒng)軟件、衛(wèi)星通信系統(tǒng)站型資源、地面網(wǎng)絡(luò)資源；處理分中心包括代理系統(tǒng)軟件、衛(wèi)星通信系統(tǒng)站型資源、地面轉(zhuǎn)接設(shè)備資源。處理中心實施資源池化的分布式部署。管理系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)管理網(wǎng)的管控，業(yè)務(wù)網(wǎng)的規(guī)劃。衛(wèi)星通信系統(tǒng)站型資源包括衛(wèi)星業(yè)務(wù)信道、控制信道、管控服務(wù)器系列、天線射頻等物理設(shè)備。地面網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)光纖網(wǎng)的調(diào)度和接入。代理系統(tǒng)軟件實現(xiàn)控制信息的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)，并負(fù)責(zé)地面網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的接入接出處理。用戶終端，實現(xiàn)用戶衛(wèi)星通信使用的物理實體，它包括用戶界面、設(shè)備硬件，以及外圍配套設(shè)備。

公共衛(wèi)星管理網(wǎng)業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)流程：

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

（2）單衛(wèi)星跨波束覆蓋范圍內(nèi)，可以通過兩種流程實現(xiàn)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(xiàn)，用戶終端通過本地衛(wèi)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(wǎng)資源傳輸給處理中心，經(jīng)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(xiàn)，用戶終端通過本地衛(wèi)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(jīng)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(nèi)，可以通過兩種流程實現(xiàn)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(wèi)星管理網(wǎng)模型架構(gòu)示意圖

3 規(guī)劃多用戶網(wǎng)模型

通過業(yè)務(wù)網(wǎng)中心管理系統(tǒng)軟件實現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)中心及業(yè)務(wù)網(wǎng)分中心之間的衛(wèi)星通信管控系統(tǒng)規(guī)劃，并通過地面連接或者衛(wèi)星連接實現(xiàn)中心及分中心中間的管理配置信息的交互。規(guī)劃多用戶網(wǎng)模型架構(gòu)如圖2所示。

圖2 規(guī)劃多用戶網(wǎng)模型架構(gòu)示意圖

用戶終端①、②、③通過公共控制資源進(jìn)行競爭注冊，通過公共衛(wèi)星管理網(wǎng)的處理中心統(tǒng)籌，進(jìn)行對業(yè)務(wù)網(wǎng)中心或者分中心的統(tǒng)籌規(guī)劃，并通過公共控制資源進(jìn)行控制管理。

如圖2所示，用戶終端①最終歸屬到業(yè)務(wù)網(wǎng)中心①，用戶終端②歸屬到業(yè)務(wù)網(wǎng)分中心②，用戶終端③歸屬到業(yè)務(wù)網(wǎng)分中心③。完成歸屬關(guān)系后，各用戶終端在各自業(yè)務(wù)網(wǎng)中心的管理下進(jìn)行獨立管控和工作。

4 用戶網(wǎng)異常后終端調(diào)度再入網(wǎng)模型

某業(yè)務(wù)網(wǎng)發(fā)送異?；蛘咔袚Q時，由于公共衛(wèi)星管理網(wǎng)的存在，該業(yè)務(wù)網(wǎng)下得用戶終端可以通過公共控制資源進(jìn)行再次入網(wǎng)，請求調(diào)度，迅速完成終端的入網(wǎng)使用。用戶網(wǎng)異常后終端調(diào)度再入網(wǎng)模型架構(gòu)如圖3所示。

如圖3中業(yè)務(wù)網(wǎng)分中心②發(fā)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(jìn)行重新入網(wǎng)申請。此時業(yè)務(wù)網(wǎng)中心會根據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)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(jìn)行控制該終端再次入某業(yè)務(wù)網(wǎng)。

圖3 用戶網(wǎng)異常后終端調(diào)度再入網(wǎng)模型架構(gòu)示意圖

5 后續(xù)設(shè)計實施建議

目前，公司已經(jīng)在某應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)中實現(xiàn)了利用公共衛(wèi)星網(wǎng)管理資源進(jìn)行某業(yè)務(wù)網(wǎng)分中心和業(yè)務(wù)網(wǎng)中心之間的競爭注冊和統(tǒng)籌入網(wǎng)功能。后續(xù)將針對應(yīng)急衛(wèi)星系統(tǒng)各業(yè)務(wù)網(wǎng)分中心的具體情況，進(jìn)行業(yè)務(wù)網(wǎng)分中心的納入過程。該衛(wèi)星通信綜合管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，有利于構(gòu)建全國，乃至全球應(yīng)急救災(zāi)系統(tǒng)。同時也為后續(xù)其他領(lǐng)域的衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)的綜合管理設(shè)計提供了有力的探索。