機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化管理平臺(tái)的研究與探索

（1.國(guó)家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司，北京 100761；2.國(guó)網(wǎng)思極神往位置服務(wù)（北京）有限公司，北京 102209；3.北京三角智控科技有限公司，北京 100085）

1 研究背景

衛(wèi)星通信網(wǎng)是國(guó)電業(yè)務(wù)正常運(yùn)行下的主要輔助和備用手段，是應(yīng)急情況下的主用和保底手段，地位重要、作用突出，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性是國(guó)電在突發(fā)狀態(tài)下通信暢通的根本保障。通過開展國(guó)電機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化管理平臺(tái)的研究與探索，圍繞衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分級(jí)管理和授權(quán)、空間頻譜信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、全網(wǎng)站點(diǎn)統(tǒng)一監(jiān)控等三個(gè)方面，以信息化、自動(dòng)化、智能化為目標(biāo)，開發(fā)統(tǒng)一管理平臺(tái)，全面提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)安全管理和運(yùn)維管理水平，構(gòu)建安全、穩(wěn)定高可靠、靈活的衛(wèi)星通信基礎(chǔ)設(shè)施，切實(shí)提升電力業(yè)務(wù)通信保障能力和水平。

衛(wèi)星通信網(wǎng)是國(guó)家電力通信網(wǎng)骨干通信電路的重要組成部分，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施，已成為日常業(yè)務(wù)的重要補(bǔ)充和應(yīng)急通信的主用手段。當(dāng)前，國(guó)家電網(wǎng)公司各單位多數(shù)建設(shè)了自行組網(wǎng)的機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信系統(tǒng)，發(fā)揮了重要作用，但也存在資源分散、技術(shù)體制不統(tǒng)一、無法統(tǒng)一調(diào)用等問題，影響了應(yīng)急通信資源的功能發(fā)揮。目前，電力衛(wèi)星通信網(wǎng)由統(tǒng)建系統(tǒng)和自建系統(tǒng)近200個(gè)各類地球站組成，組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、且為國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，雖然國(guó)家電網(wǎng)公司正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理一體化改造，但系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理、空間頻譜信息掌握不夠及時(shí)有效、各站點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)無法統(tǒng)一呈現(xiàn)管理等問題尤為突出，主要表現(xiàn)在：一是分級(jí)管理需求迫切但目前無法實(shí)施。二是空間頻譜信息掌握不夠及時(shí)有效。三是站點(diǎn)態(tài)勢(shì)還沒實(shí)現(xiàn)集中、實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。因此，有必要加強(qiáng)當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分級(jí)管理和授權(quán)、空間頻譜信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及統(tǒng)一的全網(wǎng)站點(diǎn)監(jiān)控這幾方面的研究，找出切實(shí)可行的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段并加快相關(guān)系統(tǒng)升級(jí)改造，全面提高衛(wèi)星通信網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和易用性。

2 總體技術(shù)原則

國(guó)電衛(wèi)星通信網(wǎng)支持視頻、圖像電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠接入有線通信網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、性能優(yōu)良、擴(kuò)展靈活、統(tǒng)一管理、操作簡(jiǎn)便的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，需要在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)應(yīng)用、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)性能等各方面應(yīng)能夠適應(yīng)國(guó)電通信需求和衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展，具備良好的標(biāo)準(zhǔn)兼容性，滿足統(tǒng)一管控和全時(shí)使用需求。

2.1 研發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)管理平臺(tái)

新開發(fā)的國(guó)產(chǎn)化管理平臺(tái)應(yīng)能完全兼容國(guó)電既有衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和新建系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器，融合了國(guó)電既有衛(wèi)星通信設(shè)備和新建衛(wèi)星通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)動(dòng)態(tài)SCPC（dSCPC）帶寬管理和面向應(yīng)用的自動(dòng)切換技術(shù)為基礎(chǔ)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理和智能調(diào)度的國(guó)產(chǎn)化管控系統(tǒng)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。真正從底層實(shí)現(xiàn)對(duì)于調(diào)制解調(diào)器硬件的監(jiān)視和控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信鏈路的有效管理和智能調(diào)度，極大降低值勤維護(hù)難度，安全可靠性高。系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，支持多種當(dāng)前主流的瀏覽器。不受客戶端的限制，無需客戶端的安裝及維護(hù)，可提高系統(tǒng)的易用性和可維護(hù)性。并可根據(jù)用戶具體業(yè)務(wù)需求和操作習(xí)慣進(jìn)行功能模塊定制和二次開發(fā)，與網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫結(jié)合。

2.2 平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)高度智能化運(yùn)維管控

平臺(tái)可自動(dòng)檢測(cè)地面鏈路的業(yè)務(wù)情況，自動(dòng)判斷是否需要啟動(dòng)應(yīng)急衛(wèi)星鏈路，并能根據(jù)設(shè)置的切換策略、優(yōu)先級(jí)配置自動(dòng)建立所需速率的SCPC載波，衛(wèi)星MODEM的調(diào)度、功率、速率、工作模式的選擇、帶寬的分配等工作全部由中文網(wǎng)管服務(wù)器來自動(dòng)完成。應(yīng)急業(yè)務(wù)傳輸完畢時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)拆除應(yīng)急鏈路，自動(dòng)釋放被占用的主站硬件設(shè)備和轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬，繼續(xù)供其他站點(diǎn)的應(yīng)急業(yè)務(wù)使用。

系統(tǒng)程序通過接口硬件和程序?qū)⒏鱾鞲衅骷霸O(shè)備送來的參數(shù)、告警等信息，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和接口轉(zhuǎn)換后，在系統(tǒng)界面上以清晰的圖標(biāo)顯示出當(dāng)前信號(hào)的路由、各設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)通過告警處理模塊進(jìn)行聲光告警，可通過短信發(fā)送程序?qū)⒏婢a以短信的形式發(fā)送到指定人員的手機(jī)上，或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)端值班機(jī)房，也可通過手機(jī)短信或網(wǎng)絡(luò)查詢?cè)O(shè)備運(yùn)行狀況及參數(shù)。

2.3 平臺(tái)的操作維護(hù)簡(jiǎn)單便捷

管理平臺(tái)可根據(jù)所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)的情況自動(dòng)調(diào)整相關(guān)端站的工作模式，使整個(gè)系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)。在通信協(xié)議層次把通信應(yīng)用技術(shù)和衛(wèi)星傳輸技術(shù)融合在一起，動(dòng)態(tài)按需分配（DAMA/BOD）。能夠檢測(cè)用戶的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和業(yè)務(wù)類型，并據(jù)此識(shí)別各種不同的應(yīng)用，系統(tǒng)能夠?yàn)椴煌膽?yīng)用定義相應(yīng)的帶寬調(diào)度策略，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的類型和數(shù)量動(dòng)態(tài)分配轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬。

支持混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本網(wǎng)管系統(tǒng)可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中支持星狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)通信。中文網(wǎng)管處于基本工作模式時(shí)，系統(tǒng)是一個(gè)星狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在中文網(wǎng)管的支持下，系統(tǒng)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)流向需要自動(dòng)構(gòu)建部分網(wǎng)狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)，如：網(wǎng)狀電視會(huì)議、單跳IP電話等。可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功率控制（DPC），通過頻譜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)自動(dòng)控制遠(yuǎn)端站的發(fā)射功率，減小Ku波段雨衰帶來的影響。

3 實(shí)現(xiàn)措施

為解決存在的問題以實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、統(tǒng)一衛(wèi)星技術(shù)體制、統(tǒng)一衛(wèi)星頻率管理、統(tǒng)一衛(wèi)星端站調(diào)用、統(tǒng)一安全防護(hù)策略”的“五統(tǒng)一”為目標(biāo)，開展國(guó)電應(yīng)急通信系統(tǒng)整合優(yōu)化工作。具體從對(duì)國(guó)電既有衛(wèi)星通信網(wǎng)管升級(jí)改造和頻譜自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究等兩方面同時(shí)入手，為網(wǎng)絡(luò)分級(jí)管理提供技術(shù)支撐，為全網(wǎng)各站點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控提供接口數(shù)據(jù)，為頻譜自動(dòng)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)方案。然后通過典型分級(jí)網(wǎng)管系統(tǒng)的部署工作，全網(wǎng)站點(diǎn)監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集呈現(xiàn)，并同步建設(shè)頻譜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開始積累運(yùn)行數(shù)據(jù)。利用日常網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)和異常處理情況，不斷地調(diào)試完善各類基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的功能模塊。最終完成國(guó)電機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化管理平臺(tái)的全部功能開發(fā)。

3.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分級(jí)管理和授權(quán)

本模塊主要包括衛(wèi)星通信的分級(jí)網(wǎng)管和權(quán)限管理。

3.1.1 分級(jí)網(wǎng)管

各省網(wǎng)建立獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的省網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)，國(guó)網(wǎng)中心主站建立綜合網(wǎng)管主系統(tǒng)平臺(tái)，省網(wǎng)管系統(tǒng)與國(guó)網(wǎng)中心綜合網(wǎng)管主系統(tǒng)平臺(tái)之間通過有線地面（或衛(wèi)星信道）專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。日常情況下各省自主運(yùn)維本省范圍內(nèi)的衛(wèi)星站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，國(guó)網(wǎng)中心主站可以實(shí)時(shí)監(jiān)控所有省網(wǎng)在線衛(wèi)星站的狀態(tài)；應(yīng)急情況下國(guó)網(wǎng)主站綜合網(wǎng)管主系統(tǒng)平臺(tái)通過有線網(wǎng)絡(luò)（或衛(wèi)星信道）可直接下發(fā)命令到省網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)，對(duì)省網(wǎng)管理平臺(tái)中的所有站點(diǎn)進(jìn)行接管和控制。

圖1 日常情況下各省自主運(yùn)維框架圖

圖2 應(yīng)急情況下主站統(tǒng)一調(diào)度管理框架圖

3.1.2 權(quán)限管理

系統(tǒng)具有非常靈活的權(quán)限設(shè)置，不同的用戶通過不同的ID登陸系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)為其配置不同的操作權(quán)限。權(quán)限低的用戶只對(duì)某些模塊具有瀏覽權(quán)，不能進(jìn)行業(yè)務(wù)操作，其他的模塊甚至瀏覽權(quán)限也不具備；權(quán)限高一些的用戶不僅可以瀏覽模塊，還可有一些業(yè)務(wù)操作權(quán)限，例如修改設(shè)備參數(shù)、調(diào)度鏈路等；權(quán)限最高的為一級(jí)中心站的系統(tǒng)管理員，其具有可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有模塊的操作權(quán)限，同時(shí)也可為其他用戶分配權(quán)限。

圖3 用戶、角色、權(quán)限邏輯關(guān)系示意圖

在系統(tǒng)中用戶與角色之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，不同的用戶具有不同的角色；角色與權(quán)限之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，不同的角色可以具有多個(gè)不同的權(quán)限；這樣通過用戶、角色、權(quán)限的關(guān)聯(lián)，就實(shí)現(xiàn)了不同的用戶在系統(tǒng)中具有不同的權(quán)限，用戶瀏覽、監(jiān)控、調(diào)度、操作控制靈活。

圖4 用戶、角色、權(quán)限分配示意圖

3.2 自動(dòng)頻譜監(jiān)測(cè)和干擾反干擾

本模塊主要包括頻譜自動(dòng)監(jiān)測(cè)和干擾反干擾系統(tǒng)，主要完成對(duì)空間實(shí)時(shí)頻譜的監(jiān)測(cè)、記錄和統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)自動(dòng)對(duì)收到干擾的載波自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，恢復(fù)正常通信。

3.2.1 頻譜監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)具有虛擬頻譜、實(shí)時(shí)頻譜兩種頻譜監(jiān)測(cè)方式。

（1）虛擬頻譜可以根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各業(yè)務(wù)載波的狀態(tài)，虛擬頻譜為系統(tǒng)內(nèi)各載波數(shù)據(jù)的理論值呈現(xiàn)，是系統(tǒng)通過計(jì)算載波的頻點(diǎn)、帶寬以及與所配置頻率池的邏輯關(guān)系繪制出來的。通過虛擬頻譜可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前業(yè)務(wù)載波之間的邏輯狀態(tài)以及系統(tǒng)頻帶資源的使用情況。

圖5 虛擬頻譜監(jiān)測(cè)視圖

（2）實(shí)時(shí)頻譜是通過控制頻譜分析儀對(duì)衛(wèi)星信號(hào)載波進(jìn)行不間斷自動(dòng)監(jiān)測(cè)，記錄載波數(shù)據(jù)，分析載波信號(hào)的載噪比、信號(hào)功率等參數(shù)而繪制出來的，通過實(shí)時(shí)頻譜能夠幫助操作人員實(shí)時(shí)掌握頻率資源的使用分配情況、利用率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾異常情況，并且能夠提供信號(hào)載波分析報(bào)告，及時(shí)發(fā)現(xiàn)射頻設(shè)備及空間段存在的故障及隱患。

圖6 實(shí)時(shí)頻譜監(jiān)測(cè)視圖

通過實(shí)時(shí)頻譜，系統(tǒng)還能夠監(jiān)測(cè)到載波的各種異常狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)告警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在發(fā)出聲光告警信息的同時(shí)，將告警時(shí)間、告警狀態(tài)、告警時(shí)刻頻譜圖等記錄于數(shù)據(jù)文件，為干擾的查找及原因分析提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

3.2.2 干擾與反干擾

通過虛擬頻譜與實(shí)時(shí)頻譜的對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)非系統(tǒng)內(nèi)的載波干擾源。當(dāng)出現(xiàn)干擾載波時(shí)，系統(tǒng)第一時(shí)間將受干擾載波進(jìn)行調(diào)整，在可用的頻帶資源范圍內(nèi)，將載波平移到非干擾區(qū)域，以保證業(yè)務(wù)的正常通信。同時(shí)會(huì)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)在線空閑的調(diào)制解調(diào)器，向干擾載波發(fā)射同頻點(diǎn)高功率的反干擾載波，對(duì)其進(jìn)行反干擾。

3.3 站點(diǎn)地圖實(shí)時(shí)監(jiān)控

系統(tǒng)提供站點(diǎn)地圖實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，通過標(biāo)準(zhǔn)的圖源信息導(dǎo)入，系統(tǒng)呈現(xiàn)不同層級(jí)的地圖展示；系統(tǒng)通過獲取各站點(diǎn)（包括固定站、車載站、便攜站）北斗導(dǎo)航的定位數(shù)據(jù)，能夠在地圖上實(shí)時(shí)顯示各站點(diǎn)的當(dāng)前位置，并且地圖上的站點(diǎn)圖標(biāo)會(huì)隨著位置信息的變化而變化；同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)當(dāng)前站點(diǎn)的各類信息數(shù)據(jù)變化呈現(xiàn)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，例如當(dāng)站點(diǎn)內(nèi)的設(shè)備出現(xiàn)告警，地圖上會(huì)通過站點(diǎn)圖標(biāo)的顏色變化及時(shí)呈現(xiàn)給用戶，用戶也可以在地圖上通過點(diǎn)擊站點(diǎn)圖標(biāo)，查看與站點(diǎn)相關(guān)的各類數(shù)據(jù)及站點(diǎn)內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

圖7 非干擾狀態(tài)下通信載波

圖8 一路通信載波受到干擾

圖9 業(yè)務(wù)載波平移到非干擾區(qū)域

圖10 頻譜反干擾調(diào)度示意圖

圖11 站點(diǎn)地圖（呈現(xiàn)實(shí)時(shí)鏈路狀態(tài)）

圖12 站點(diǎn)地圖（呈現(xiàn)站點(diǎn)告警）

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)國(guó)電機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化管理平臺(tái)的研究與探索，既實(shí)現(xiàn)了中心站對(duì)全網(wǎng)在應(yīng)急情境的全網(wǎng)管控，還兼顧了平時(shí)各省網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)各省網(wǎng)屬地站的模式，將填補(bǔ)國(guó)網(wǎng)機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理的空白和盲區(qū)，改善衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)組織，同時(shí)通過對(duì)空間頻譜信息的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和異常情況自動(dòng)處置，將有效提高國(guó)網(wǎng)機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信系統(tǒng)管理的效率。并為國(guó)電機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信系統(tǒng)提供強(qiáng)大的分級(jí)管理平臺(tái)支撐，支持平時(shí)各省自己控制自己的網(wǎng)管系統(tǒng)，在有需要的情況下，國(guó)網(wǎng)中心站可以無縫對(duì)接管控下面各省的網(wǎng)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與其省內(nèi)各站的通信與監(jiān)控；同時(shí)通過在系統(tǒng)提供的地圖平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài)，也實(shí)時(shí)了國(guó)網(wǎng)中心站對(duì)全網(wǎng)各級(jí)各站的實(shí)時(shí)管控。