衛(wèi)星信號控守指揮調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

孟 巖，李 佳

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

衛(wèi)星通信應(yīng)用范圍廣泛，體制眾多，包括衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)[1]、甚小孔徑終端[2](VSAT)通信系統(tǒng)[3]、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星專網(wǎng)專線和衛(wèi)星干線系統(tǒng)[4]等，在衛(wèi)星載波分析識別[5]、信號截獲還原、主流衛(wèi)星通信體制協(xié)議分析和網(wǎng)臺情分析等方面的技術(shù)上存在較大差異。

通過分布式布控，實現(xiàn)對衛(wèi)星信號自動化智能偵察與控守，能夠形成工作頻段全、覆蓋地域廣、監(jiān)控目標(biāo)多、獲取能力強和智能化程度高的一體化衛(wèi)星信號偵察體系[6]，滿足現(xiàn)有衛(wèi)星信號情報業(yè)務(wù)需求并適應(yīng)未來發(fā)展需要，快速響應(yīng)并服務(wù)于國家情報工作高速拓展的戰(zhàn)略布局。

因此，研究具有功能可重構(gòu)、能力可擴展的衛(wèi)星信號控守指揮調(diào)度系統(tǒng)[7-8]，對于滿足當(dāng)前及今后的衛(wèi)星通信偵察控守業(yè)務(wù)需求具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文提出的衛(wèi)星信號控守指揮調(diào)度系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，由設(shè)備層、基礎(chǔ)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和應(yīng)用層組成。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 資源層

資源層[9]主要包括通用設(shè)備、專用設(shè)備以及軟件模塊和數(shù)據(jù)庫。通用設(shè)備主要包括計算機、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等；專用設(shè)備包括天線伺服、下變頻器、交換矩陣和信號解調(diào)器以及信號回放設(shè)備等；軟件模塊包括各種以DLL形態(tài)集成到軟件服務(wù)集成框架中的信號解譯軟件模塊；數(shù)據(jù)庫考慮按支持多類數(shù)據(jù)庫平臺設(shè)計。

1.2 基礎(chǔ)服務(wù)層

基礎(chǔ)服務(wù)層包括設(shè)備控制類服務(wù)、軟件類服務(wù)、數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)以及WebService平臺[10]。設(shè)備控制類服務(wù)對設(shè)備實體進行服務(wù)化封裝，屏蔽底層實現(xiàn)的差異，提供統(tǒng)一的接口，提高互操作性，包括通用設(shè)備監(jiān)控服務(wù)、天線狀態(tài)監(jiān)視服務(wù)、下變頻器監(jiān)控服務(wù)、交換矩陣監(jiān)控服務(wù)、信號解調(diào)器監(jiān)控服務(wù)和信號回放設(shè)備監(jiān)控服務(wù)；軟件類服務(wù)主要用于集成信號解譯軟件模塊并組織數(shù)據(jù)的輸入和輸出，主要包括服務(wù)集成框架和數(shù)據(jù)訪問組件2個部分；數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)將各類數(shù)據(jù)庫平臺訪問接口進行封裝，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)讀寫接口，主要包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)庫語句解析和數(shù)據(jù)庫連接組件等模塊；各類服務(wù)組件的開發(fā)都采用松耦合的、面向服務(wù)的Web Service架構(gòu)設(shè)計，采用SOAP、UDDI與WSDL三種基礎(chǔ)協(xié)議。

1.3 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層結(jié)合基礎(chǔ)服務(wù)層，實現(xiàn)系統(tǒng)功能業(yè)務(wù)邏輯，為前臺系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能提供支持，主要包括Web門戶服務(wù)器、用戶管理服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)和運行維護服務(wù)。Web門戶服務(wù)器[11]使用成熟主流BS架構(gòu)設(shè)計，包括Apache+tomcat集群實現(xiàn)負(fù)載均衡，Control、Model和View三層MVC應(yīng)用框架[12]開發(fā)以及數(shù)據(jù)持久層、頁面緩存和數(shù)據(jù)緩存等應(yīng)用級緩存；用戶管理服務(wù)完成用戶登錄、管理和權(quán)限配置等功能，主要包括用戶管理、登錄管理、權(quán)限管理和組織管理模塊；業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)完成系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和業(yè)務(wù)流程監(jiān)控等業(yè)務(wù)功能，主要包括運行狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)、業(yè)務(wù)流程組織服務(wù)和數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)等；運行維護服務(wù)主要包括安裝部署、系統(tǒng)備份、運維分析和維護管理等模塊。

1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層實現(xiàn)系統(tǒng)功能界面展現(xiàn)和操作，主要包括用戶登錄及管理、運行狀態(tài)監(jiān)控管理、業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理、網(wǎng)臺情分析結(jié)果可視化、數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用和運行維護管理。

4.說明綠色植物的生活需要水和無機鹽（理解）。考查這一內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的考題出現(xiàn)在2014年和2018年，每年有一個選擇題，1.5分，其他年份沒有考查。兩年的考點主要考查植物生長需要量最多的無機鹽是哪些。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)邏輯組成如圖2所示，系統(tǒng)按中心站點和設(shè)備站點二級設(shè)計，中心站點不配置天線、變頻器和解調(diào)器等信號處理設(shè)備，只配置計算機、服務(wù)器和交換機等設(shè)備，運行相關(guān)服務(wù)和終端軟件，調(diào)度及監(jiān)控各站資源。設(shè)備站點配置衛(wèi)星信號處理設(shè)備，采用資源訪問控制架構(gòu)[13]，完成對衛(wèi)星信號的偵察和控守，接受中心站點指揮調(diào)度并上報狀態(tài)。

圖2 系統(tǒng)邏輯組成

3 系統(tǒng)流程

3.1 總體流程

系統(tǒng)信息流程分為3級：信息服務(wù)級、邏輯處理級和顯示層級，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)信息流程

信息服務(wù)級負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的組織，設(shè)備服務(wù)主要負(fù)責(zé)對每類設(shè)備數(shù)據(jù)流的封裝，把不同協(xié)議封裝成SNMP數(shù)據(jù)流，邏輯層中的函數(shù)通過webservice得到設(shè)備信息，對信息進行分析處理。數(shù)據(jù)庫服務(wù)包含簡單業(yè)務(wù)的查詢整合、數(shù)據(jù)庫兼容以及字段和表的增刪改。

邏輯處理級是整個架構(gòu)的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)從服務(wù)層中把數(shù)據(jù)抽象出邏輯數(shù)據(jù)，給上層提供接口和API。在數(shù)據(jù)交換中起承上啟下的作用。設(shè)計思想采用Domain Model模式，為適應(yīng)整個系統(tǒng)復(fù)雜多變的情況，需要每一個業(yè)務(wù)邏輯封裝成BO(Business Object)1個或多個其他的對象。比如：設(shè)備參數(shù)的獲取、狀態(tài)的監(jiān)控、對設(shè)備進行設(shè)置、數(shù)據(jù)庫增刪字段和庫表。組織好數(shù)據(jù)后傳遞給頁面展示層，顯示到可視化頁面中。

顯示層級實現(xiàn)用戶所有可視化操作，包含對設(shè)備可視化操作、顯示；線纜連接的狀態(tài)的監(jiān)控；設(shè)備資源的管理；數(shù)據(jù)庫的調(diào)整；數(shù)據(jù)統(tǒng)計的展現(xiàn)。

3.2 運行狀態(tài)監(jiān)控管理

以部署于中心站的指揮調(diào)度應(yīng)用對指揮調(diào)度[14]的工作原理進行說明。

指揮調(diào)度應(yīng)用通過調(diào)用部署于各站點的指揮調(diào)度服務(wù)，獲取狀態(tài)并實施運行參數(shù)控制。用戶通過身份認(rèn)證進入指揮調(diào)度應(yīng)用，獲得全景視圖。全景顯示在地圖上標(biāo)繪各個分站點，當(dāng)各個分站點狀態(tài)出現(xiàn)異常時以閃爍的方式進行告警。點擊分站點圖標(biāo)，進入分站視圖。分站視圖中對該站點內(nèi)的狀況進行顯示，用戶可在設(shè)備線纜連接和業(yè)務(wù)流程2種顯示方式間切換。分站視圖中，對設(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)等進行顯示，用戶可以通過分站視圖對設(shè)備運行參數(shù)進行控制及資源管理[15]。

3.3 業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理

業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理應(yīng)用通過調(diào)用業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理服務(wù)提供的接口對當(dāng)前存在的業(yè)務(wù)流程狀態(tài)進行監(jiān)視和控制。用戶通過身份認(rèn)證進入業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理應(yīng)用，獲得業(yè)務(wù)流程全景視圖[16]。業(yè)務(wù)流程全景視圖對現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程狀態(tài)進行顯示。業(yè)務(wù)流程的管理界面對業(yè)務(wù)流程的詳細(xì)連接情況進行顯示，引導(dǎo)用戶進行業(yè)務(wù)流程的合法性檢驗、可用性檢驗、啟動、暫停以及停止，對運行中的業(yè)務(wù)流程的狀態(tài)進行監(jiān)視和任務(wù)規(guī)劃[17]。

信號回放應(yīng)用利用讀取信號采集文件控制信號發(fā)生器對信號進行回放。用戶通過身份認(rèn)證進入信號回放應(yīng)用，獲得信號記錄文件視圖。信號記錄文件視圖對當(dāng)前存在的信號記錄文件信息進行顯示。用戶點擊信號記錄文件圖標(biāo)，調(diào)用信號發(fā)生器控制接口對模擬信號進行回放。

3.4 數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫管理通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)的改變。用戶通過身份認(rèn)證進入數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用，獲取數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。用戶可以自行添加數(shù)據(jù)庫表，并編輯數(shù)據(jù)表項。

3.5 運行維護管理

運行維護管理人員登錄系統(tǒng)后能夠進行運行維護界面，完成安裝部署、系統(tǒng)備份、運維分析和維護管理功能。

4 軟件設(shè)計

4.1 運行狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)

狀態(tài)監(jiān)控獲取，指揮調(diào)度功能需要對各采集站的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，對運行參數(shù)進行控制。監(jiān)控對象分為服務(wù)器、設(shè)備和軟件模塊。服務(wù)器和支持SNMP[18]的設(shè)備采用SNMP進行監(jiān)控；不支持SNMP的設(shè)備和軟件模塊采用私有監(jiān)控協(xié)議進行監(jiān)控。無論采用哪種協(xié)議，需要進行WebService封裝。

運行參數(shù)設(shè)置，指揮調(diào)度功能需要對各采集站的運行參數(shù)進行設(shè)置。因此，服務(wù)需要實現(xiàn)運行參數(shù)設(shè)置的功能，并對其進行WebService封裝。

4.2 設(shè)備控制類服務(wù)

設(shè)備主要通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備服務(wù)包括包文轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)收發(fā)、設(shè)備控制、狀態(tài)監(jiān)控以及新增設(shè)備等模塊。設(shè)備連接信息放置在XML中，同類設(shè)備不同型號的設(shè)備在XML的不同節(jié)點進行配置，一個型號設(shè)備為一個節(jié)點，在程序中通過設(shè)備的唯一標(biāo)識得到相應(yīng)的配置信息，進行對設(shè)備操作。

包文轉(zhuǎn)換：當(dāng)service收到設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)包時，對包進行協(xié)議判定，如果為snmp協(xié)議直接把包發(fā)至上層處理，如果為其他協(xié)議，如UDP，就需要把UDP包的協(xié)議頭等無關(guān)數(shù)據(jù)取出，通過UDP翻譯代碼把字節(jié)流轉(zhuǎn)換成可讀文本，根據(jù)設(shè)備所給文檔解析出文本所帶有的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)通過XML配置文件中所設(shè)定的mib庫按照SNMP的包文格式組裝并發(fā)送上層。

數(shù)據(jù)收發(fā)：根據(jù)上層所調(diào)用服務(wù)中函數(shù)，根據(jù)參數(shù)在XML中mib信息進行翻譯，把翻譯的數(shù)據(jù)再翻譯為設(shè)備所用的協(xié)議，根據(jù)IP與端口號向設(shè)備發(fā)送消息，等待設(shè)備響應(yīng)。

設(shè)備控制：主要操作為設(shè)備啟動和停止，這里采取的是根據(jù)獲取的操作對服務(wù)運行狀態(tài)進行改變。

狀態(tài)監(jiān)控：設(shè)備的監(jiān)控始終在固定時間進行輪詢查詢，如設(shè)備有故障則通過websocket推送至上層，并顯示。

新增設(shè)備：當(dāng)設(shè)備新增后，在XML配置文件中進行添加新增加的設(shè)備參數(shù)信息，并對其標(biāo)注，重啟服務(wù)，服務(wù)第一次運行時對配置文件進行檢測，發(fā)現(xiàn)又新增參數(shù)就增加至數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)網(wǎng)頁中對新增字段翻譯。當(dāng)網(wǎng)頁對設(shè)備查看和設(shè)置時，自動增加上新增參數(shù)。

4.3 數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)

數(shù)據(jù)主要通過Hibernate進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)庫服務(wù)包含3個模塊：查詢、新增字段和表以及修改字段和表。數(shù)據(jù)庫連接信息放置在XML中，不同類別的數(shù)據(jù)庫在XML的不同節(jié)點進行配置，一個類別為一個節(jié)點，在程序中需要用到時通過配置文件連接至數(shù)據(jù)庫進行查詢。

查詢：當(dāng)界面發(fā)起查詢設(shè)備參數(shù)時，數(shù)據(jù)服務(wù)執(zhí)行已定的設(shè)備查詢參數(shù)方法，直接將數(shù)據(jù)查詢后返回，避免多表聯(lián)合查詢的繁瑣。

新增字段和表：此模塊主要為軟件模塊新增和設(shè)備新增后，發(fā)現(xiàn)多余參數(shù)來進行服務(wù)的。

修改字段和表：此模塊主要為軟件模塊新增和設(shè)備新增后，發(fā)現(xiàn)參數(shù)需要改變來進行服務(wù)的。

4.4 成果應(yīng)用

系統(tǒng)已經(jīng)部署應(yīng)用。實際應(yīng)用表明，系統(tǒng)能夠統(tǒng)一對各站點中的設(shè)備、服務(wù)器和軟件模塊等被管對象進行配置、監(jiān)視以及異常告警。同時，用戶可按需增加新的設(shè)備和軟件模塊，靈活地增刪其可顯示和配置的參數(shù)，并完成衛(wèi)星信號控守系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的生成、部署和結(jié)果存儲，流程的加載、啟動和停止以及控守結(jié)果的保存。主要運行界面如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 業(yè)務(wù)流創(chuàng)建界面

圖5 設(shè)備管理界面

圖6 功能重構(gòu)界面

5 結(jié)束語

針對衛(wèi)星信號態(tài)勢獲取領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)，本文借鑒國內(nèi)外最新成果并結(jié)合國內(nèi)技術(shù)發(fā)展情況，設(shè)計并實現(xiàn)了衛(wèi)星信號控守指揮調(diào)度系統(tǒng)，形成衛(wèi)星信號自動化偵察及控守能力，對于提高衛(wèi)星信號偵察能力、情報獲取能力和目標(biāo)甄別能力具有重要的現(xiàn)實意義和實際價值。

衛(wèi)星信號控守指揮調(diào)度系統(tǒng)采用組件化設(shè)計，通用性強，技術(shù)積累快。同時，采取高效、靈活的架構(gòu)可方便地進行新模塊、新功能和新業(yè)務(wù)的拓展，既可有效繼承已有系統(tǒng)的功能，也可充分?jǐn)U展未知領(lǐng)域的業(yè)務(wù)處理能力。