智能测控通信网络系统技术方案

本发明专利技术公开的一种智能测控通信网络系统，旨在提供一种能够提高网络运行效率、运行能力和满足多样化服务的网络系统。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：智能测控通信网络至少由管理节点、普通节点两种节点组成，整个智能测控通信网络从逻辑上分为控制面和业务面，控制面和业务面分别采用不同的组网方式各司其责，控制面选择最短路径的路由策略使得控制面上的管理节点能够连通所有普通节点；业务面按节点执行的任务分为多个任务子网，各个任务子网根据各自任务要求可以选择不同的路由策略；控制面根据任务的应用和场景需要，并结合外部变化的参数，利用机器智能学习，实时生成新的数学模型，向业务面下发新的任务指令；地基测控站通过星地链路与管理节点连通，通过管理节点间接的对普通节点实现测控通信。

Intelligent measurement and control communication network system

The invention discloses an intelligent measurement and control communication network system, which aims to provide a network system capable of improving network operation efficiency, operating capacity and satisfying diversified services. The invention is realized by the following technical scheme: the intelligent measurement and control communication network is composed of at least two kinds of nodes: management node and common node. The whole intelligent measurement and control communication network is logically divided into control plane and service plane. The control plane and service plane are respectively responsible for different networking modes, and the control plane selects the shortest path. The routing strategy enables the management nodes on the control surface to connect all the ordinary nodes; the service surface is divided into multiple task subnets according to the tasks performed by the nodes, and each task subnet can choose different routing strategies according to its own task requirements; the control surface can choose different routing strategies according to the application and scenario requirements of the tasks, and combined with external variable parameters. Using machine intelligence learning, a new mathematical model is generated in real time, and new task instructions are sent to the service plane. The ground-based TT&C station is connected with the management node through the satellite-ground link, and the common node is indirectly communicated through the management node.

【技术实现步骤摘要】
智能测控通信网络系统
本专利技术涉及一种测控通信网络，尤其是能够满足未来空间飞行器数量激增，对测控和卫星应用需求大大增加的智能测控通信网络。
技术介绍
测控通信网络是现代航天技术、测控、通信、网络技术结合的产物，它充分利用卫星覆盖范围大以及组网卫星群灵活、高效传输的特点，通过卫星节点间以及卫星节点与地面和空中节点间的组网与互联，实现面向全球的高效、无缝通信。智能测控通信网络是由不同轨道上多种类型的卫星系统,按照空间信息资源的最大有效综合利用星间通信链路的互通互联,构成的智能化体。该网络可以综合多种航天系统,包括侦察监视、环境与灾害监视、资源探测、预警、导航定位等,具有自主运行和管理能力以及智能化的信息获取、贮存、处理和分发能力。智能测控通信网络主要由信息获取、信息传输息处理、导航定位、网络管理和安全防御等系统组组成。信息获取系统主要担负信息的收集任务；信息传输系统主要担负信息传输和中继任务,包括通信卫星、广播卫星、数据中继卫星和地面接收系统；信息处理系统主要完成卫星获取数据的预处理、二次处理及信息融合和综合分析等任务包括各卫星装载的高性能信息处理机及相应的软件和数据库、专门的数据处理卫星和地面处理与应用系统；导航定位系统由不同轨道的多颗导航卫星和地面监控系统组成,为从地面到太空包括卫星在内的各种移动或静止载体提供导航、测速和授时服务。网络管理系统由地面管理中心和有数据中继或信息处理卫星的计算机系统构成的天基管理中心共同组成,可分别独立或联合完成网络星座运行监测、指挥与控制、以及信息交换的管理与控制功能；安全防御系统负责天基网络的安全。由于空间网络环境不同于地面,数据网络传输时延大、信号电平弱、信道噪声大，可能包含一条或多条不可靠空间数据传输链路，存在多普勒频地通信频繁中断问题。航天器测控资源消耗随目标数量的增长而快速上升，空间环日益复杂，现有的地基测控通信网对卫星多星组网的运行管理、监视测控和信息传输将不能适应其使用要求，带来很大的网络管理问题，现有的运行管理模式基本不能适用。现有的中低轨道大卫星由于其数量少，基本是单星工作模式，对观测目标重访周期长，地基测控通信网难以承受各种卫星星座组网的运行管理和监视测控的工作。靠目前国内卫星地基测控站来支持将来卫星星座系统的信息传输也将是很大问题，主要困难是国内地基测控站仅能支持卫星过顶时的数据接收，不能发挥卫星星座全球实时观测信息获取的优势，其二是国内卫星地面的数量限制将造成星地通信任务的时间冲突。采用地基测控通信系统在目前是有困难的，这是由于地基任务辅助支持系统本身的限制，地面通信网的制约，使飞行控制支持程序变得极其复杂和困难。未来智能测控通信网络提供的服务日益多样，不同服务对组网技术的需求不同。未来，随着卫星数量的增多，智能测控通信网络逐渐变得庞大而复杂，单纯依靠人工管理和操作的方式，测控资源占用率过高、任务响应不及时、操作人员负担重、出错概率高，智能测控通信网络技术有利于降低测控资源使用、操作人员负担及错误风险。在测控通信网络中应用智能认知技术以NASA的SCaN试验床为典型代表。此试验床于2008年左右研制，已经搭载在国际空间站上。其目前的研究重点是CognitiveCommunicationProject。NASA正在利用研发的智能路由软件Cogent在SCaN空间测试床上进行认知组网在轨应用概念验证。Cogent支持自适应路由、多链路操作，可处理DTN和IP两种协议。目前还不能控制测试床上运行的无线电系统(运行固定或自适应波形)。Cognent在层间边界处创建虚拟接口，代表不同底层选项集合，这样，Cognent的运行不会影响直接到达实际底层接口的数据流。例如，IP和链路层之间，使用IP路由表选择适当的出接口。特定试验子网业务可以发送至Cognent虚拟接口，其它业务则继续正常选择路线。这一方法以增量部署的方式运行认知组网，同时有“故障保险”选项，绕过认知决策制定。Cogent软件当前版本能感知并适应链路特性，还不能检查自己的决策和实现学习算法。Cogent设计的主要单元包括认知引擎、认知引擎之上的应用编程接口、调度算法和内容缓存。这项工作实施的初步重点是实现DTN数据流，适应底层链路数据率的变化，同时使DTN具备使用多条链路集合的能力。另外，对具有不同服务质量需求的应用，当前版本的Cogent能够优化无线电链路选择，实现延迟最低和带宽最高。例如，对于低延迟，Cognent能够选择直达地球链路而不是空间网中继接口，对于高吞吐量，选择Ka波段而不是S波段。NASA建设Cogent原型系统的主要意图是提供一种工具，通过在SCaN测试床上实现早期认知代理明确未来所需的研究。此外，NASA还使用Cogent收集日常运行中的数据，NASA希望使用这一信息支持未来网关级的“小型脑”运行和网络级的“大型脑”运行，但相应的学习算法实施还处于起步阶段。未来智能测控通信网络系统发展的趋势主要体现在：(1)编队拓扑构型多样且灵活可重构(2)星间链路频段的提高以及有限视场组网是研究热点(3)高精度的相对测量和时间比对是研究重点(4)集群自主操控和天/地联合管理是技术发展的重要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是主要针对航天器测控资源消耗随航天器数量的增长而快速上升的问题以及日益复杂的空间环境，提供一种能够提高网络运行效率、网络自主运行能力和满足多样化的服务需求的智能测控通信网络系统。本专利技术解决现有技术问题所采用的方案是：一种智能测控通信网络系统，具有如下技术特征：智能测控通信网络至少由管理节点、普通节点两种节点组成，为了便于管理和网络的高效运转，整个智能测控通信网络从逻辑上分为控制面和业务面，并且将所有航天器分为管理节点、普通节点和网关节点，以地基测控站或者至少一颗特定卫星作为管理节点，普通节点组成其中一个业务面，业务面按节点执行的任务分为多个任务子网，各个任务子网分别完成各自的任务，同时快速响应多个任务，进行自主网络构建和自主的跨层网络资源管理以及具有资源认知的智能路由，以满足网络可伸缩的能力；控制面和业务面分别采用不同的组网方式各司其责，通过业务面的不同子网同时响应多个不同应用；控制面根据任务的应用和场景需要，结合外部变化的参数实时生成新的数学模型，自适应地改变网络行为或算法、逻辑、编码参数，选择最短路径的路由策略，通过机器智能学习向业务面下发管理节点，管理节点连通所有普通节点，通过星地链路测控编队航天器集群目标与信息交互的目标，快速分发包括地面指令的控制信息；地基测控站通过星地链路与管理节点连通，通过管理节点间接的对普通节点实现测控通信。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：1、提高了网络运行效率。本专利技术将整个智能测控通信网络从逻辑上分为控制面和业务面，两个面负责的功能和组网方式不同；控制面完成全网的拓扑信息维护、全网路由维护、控制信息(包括地面指令)的分发和网络管理。控制面根据任务的应用和场景需要，结合机器学习，选择最短路径的路由策略，保证控制信息的快速分发；由普通节点组成的业务面按节点执行的任务分为多个任务子网，每个任务子网内的节点相互协作完成某一任务。各个子网分别完成各自的任务，互不干扰，实现对多个任务的同时快速响应；实现自主网络构建，进行自主的跨层网络资本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能测控通信网络系统，具有如下技术特征：智能测控通信网络至少由管理节点、普通节点两种节点组成，为了便于管理和网络的高效运转，整个智能测控通信网络从逻辑上分为控制面和业务面，并且将所有航天器分为管理节点、普通节点和网关节点，以地基测控站或者至少一颗特定卫星作为管理节点，普通节点组成其中一个业务面，业务面按节点执行的任务分为多个任务子网，各个任务子网分别完成各自的任务，同时快速响应多个任务，进行自主网络构建和自主的跨层网络资源管理以及具有资源认知的智能路由，以满足网络可伸缩的能力；控制面和业务面分别采用不同的组网方式各司其责，通过业务面的不同子网同时响应多个不同应用；控制面根据任务的应用和场景需要，结合外部变化的参数实时生成新的数学模型，自适应地改变网络行为或算法、逻辑、编码参数，选择最短路径的路由策略，通过机器智能学习向业务面下发管理节点，管理节点连通所有普通节点，通过星地链路测控编队航天器集群目标与信息交互的目标，快速分发包括地面指令的控制信息；地基测控站通过星地链路与管理节点连通，通过管理节点间接的对普通节点实现测控通信。

【技术特征摘要】
1.一种智能测控通信网络系统，具有如下技术特征：智能测控通信网络至少由管理节点、普通节点两种节点组成，为了便于管理和网络的高效运转，整个智能测控通信网络从逻辑上分为控制面和业务面，并且将所有航天器分为管理节点、普通节点和网关节点，以地基测控站或者至少一颗特定卫星作为管理节点，普通节点组成其中一个业务面，业务面按节点执行的任务分为多个任务子网，各个任务子网分别完成各自的任务，同时快速响应多个任务，进行自主网络构建和自主的跨层网络资源管理以及具有资源认知的智能路由，以满足网络可伸缩的能力；控制面和业务面分别采用不同的组网方式各司其责，通过业务面的不同子网同时响应多个不同应用；控制面根据任务的应用和场景需要，结合外部变化的参数实时生成新的数学模型，自适应地改变网络行为或算法、逻辑、编码参数，选择最短路径的路由策略，通过机器智能学习向业务面下发管理节点，管理节点连通所有普通节点，通过星地链路测控编队航天器集群目标与信息交互的目标，快速分发包括地面指令的控制信息；地基测控站通过星地链路与管理节点连通，通过管理节点间接的对普通节点实现测控通信。2.如权利要求1所述的智能测控通信网络系统，其特征在于：地基测控站将中低轨卫星分为连通星间链路的有星间链集群和无星间链集群，有星间链集群和无星间链集群通过星地测控数传链路或中继测控链路完成测控、通信和相对测量任务。3.如权利要求1所述的智能测控通信网络系统，其特征在于：控制面包含管理节点和普通节点，处理能力较强的管理节点负责整个智能测控通信网络的路由、任务分发的管理工作；执行任务的航天器为普通节点，直接与地基测控站连通的航天器为网关节点，地基测控站与管理节点或普通节点之间的信息传输由网关节点中转。4.如权利要求1所述的智能测控通信网络系统，其特征在于：管理节点接收来自普通节点和/或地基测控站的信息1，经过信息1计算信息2，向每个普通节点发送信息2，普通节点收到信息2后开始执行任务，在任务执行完毕后或出错后向管理节点发送信息3，或者在没有收到来自管理节点的信息4的情况下一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婷，刘田，孙杰，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51