面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统及方法技术方案

本发明专利技术属于空间信息技术领域，公开了一种面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统及方法，所述面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统包括：业务层、全局组织层、局部协调层和资源层；业务层作为输入，驱动整个系统的运作；全局组织层实现全网的测运控一体化控制和决策；局部协调层实现局部管控决策和管控切片生成；资源层提供物理资源和物理设备，并实现资源虚拟化。本发明专利技术通过在高轨卫星或中轨卫星上布设局部协调层控制器，使得局部协调层控制器的布设不会受到无法全球布站的限制，实现对大规模低轨卫星星座的管控，给出低轨卫星星座规模下局部协调层控制器数量的近似计算公式，为卫星星座系统设计和控制器布设提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统及方法
本专利技术属于空间信息
，尤其涉及一种面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统及方法。
技术介绍
目前，巨型卫星星座是以上万个空间平台(高、中、低轨道卫星)为载体，实时传输和处理各类用户节点(手持终端、物联网节点、车辆节点、飞行器节点等)业务数据的网络系统，进而满足无地面蜂窝网络覆盖地区的互联网连接、数据获取、语音通信、导航定位等重大应用需求，并保障地面蜂窝网络服务性能低下区域的服务有效性和可靠性，从而将互联网和通信服务拓展至全球、空间、乃至深空。随着卫星及通信技术的发展，卫星星座已经从早期单一轨道、几到几十颗卫星的构型发展为多层、上千颗卫星的巨型星座，且星座规模有进一步扩增的趋势，未来的巨型卫星星座将至少包含一万颗卫星，星座纵向维度将涉及低、中、高三种轨道类型。在现有卫星网络运维及资源管控架构中，卫星网络测控、运维和管控是相互分离的，这些功能模块分布于不同类型的地面节点，如地面运维中心、地面测控中心、地面网管中心等，不仅提高了测运控成本，还降低了管理决策的参考维度，而在同一类地面节点上联合布置测运控功能，实现测运控一体化是未来卫星网络的必然趋势。然而，集中式管控的管控时延较大，管控中心负担较重，由于我国设计实现的卫星通信系统通常无法在全球布设地面关口站，因此管控信令需要通过星间链路回传至较近的地面关口站进行处理，从而导致地面关口站及局部卫星网络拥塞，且大量信令回传会加重网络负荷、增大管控开销。随着卫星载荷能力的增强，卫星节点也可以分布式搭载具有测运控功能的控制器对其覆盖下的用户及业务实施无线资源管理，如无线资源调度、分配，和移动性管理，如位置管理、切换管理。分布式控制器布设是指在部分网络节点上布设控制器，目前比较前沿的架构有以下两种：第一种架构是在系统中布设同等级分布式控制器，同等级分布式控制器通常布设在地面关口站或低轨卫星上，这些控制器之间需要不断交互以获取全网的信息，因此该架构会增大网络控制开销和网络负荷，且控制器数量与网络规模成正比，因而不适用于巨型卫星网络；第二种是分级分层的控制器布设架构，在这种架构中，高等级控制器可以连接并控制多个低等级控制器，并向低等级控制器分发信息，低等级控制器负责管控其控制区域内的所有网络节点，其中高等级控制器通常布设在地面关口站，而低等级控制器布设在低轨卫星、中轨卫星或高轨卫星上，但为大规模卫星节点布设控制器载荷无疑会增加卫星制造和运营成本。然而，上述分布式控制器布设架构既没有给出控制器内部具体的系统功能模块设计和管控方法，也没有考虑到未来巨型卫星网络的应用场景、控制器的布设成本和全球布站受限等问题，也无法满足未来卫星网络测运控一体化的迫切需求。因此，亟待提出一种面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统及方法，兼顾网络运维管控和系统成本。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)集中式管控的管控时延较大，管控中心负担较重；同时管控信令需要通过星间链路回传至较近的地面关口站进行处理，从而导致地面关口站及局部卫星网络拥塞，且大量信令回传会加重网络负荷、增大管控开销。(2)同等级分布式控制器通常布设在地面关口站或低轨卫星上，这些控制器之间需要不断交互以获取全网的信息，因此该架构会增大网络控制开销和网络负荷，且控制器数量与网络规模成正比，因而不适用于巨型卫星网络。(3)分级分层的控制器布设架构中，高等级控制器可以连接并控制多个低等级控制器，并向低等级控制器分发信息，低等级控制器负责管控其控制区域内的所有网络节点，其中高等级控制器通常布设在地面关口站，而低等级控制器布设在低轨卫星、中轨卫星或高轨卫星上，但为大规模卫星节点布设控制器载荷无疑会增加卫星制造和运营成本。(4)分布式控制器布设架构既没有给出控制器内部具体的功能模块设计和管控方法，也没有考虑到未来巨型卫星网络的应用场景、控制器的布设成本和全球布站受限等问题，也无法满足未来卫星网络测运控一体化的迫切需求。解决以上问题及缺陷的难度为：(1)一体化设计网络测运控功能模块，明确模块间的相互协作关系，并形成完整的网络运维和资源管控方法难；(2)在分级分层的控制器布设架构中，合理划分不同等级控制器的具体功能难；(3)我国卫星系统无法全球布设地面站带来的管控时效性差的问题难解决.。解决以上问题及缺陷的意义为：(1)实现了测运控一体化的卫星网络分层网络运维和资源管控系统功能模块和方法设计；(2)有效解决了我国卫星系统无法全球布设地面站点带来的网络管控时效性差问题，且避免了大规模低轨卫星节点携带控制器造成的网络建设高成本问题；(3)为我国未来巨型卫星网络网络运维和资源管控系统设计提供了有效参考。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，所述面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统包括：业务层，包括K个待管控的业务，所述待管控的业务作为分层网络运维和资源管控架构的输入，驱动整个系统的运作；全局组织层，包括1个全局组织层控制器，全局组织层控制器布设在地面关口站，实现全网的测运控一体化控制和全局资源管控决策；局部协调层，包含Q个局部协调层控制器，局部协调层控制器全部布设在高轨卫星或中轨卫星上，实现局部资源管控决策和管控切片生成；资源层，包含物理资源域和虚拟资源域，物理资源域包含不同轨道的卫星和地面关口站，提供物理资源实体，提供无线资源；同时还提供传输信道，虚拟资源域实现物理资源的虚拟化，构建虚拟资源池和虚拟资源空间，并对虚拟资源层次化表征。进一步，所述全局组织层控制器包括：业务整形模块，包含要素提取和业务整形功能，所述要素提取功能分析业务属性和特点，实现业务关键要素的提取，业务整形功能根据提取的业务要素信息对待管控业务进行统一表征；其中，所述业务属性和特点包括业务类型、业务统计特性和业务服务质量需求；资源整形模块，包含属性提取和资源整形功能，所述属性提取功能获取并分析全网资源属性，资源整形功能实现全网资源属性的统一表征；其中，所述全网资源属性包括资源类型和资源分布；运维测控控制模块，实现全网的测控和运维控制，保障卫星网络的有效性和可靠性；状态整形模块，实现全网网络状态的统一化表征，为资源管控决策提供多样化的决策维度；智能资源管控模块，实现网络的全局资源管控决策，包括无线资源管理决策和移动性管理决策；决策匹配模块，用于全局组织层控制器和局部协调层控制器间的接口，实现全局资源管控决策与局部协调层控制器的匹配，并将全局资源管控决策映射到匹配的局部协调层控制器。进一步，所述局部协调层控制器包括：匹配映射模块，存储全局组织层控制器映射到当前局部协调层控制器的全局资源管控决策，实现全局资源管控决策的分类和优先级排队，根据决策优先级，全局资源管控决策会依次被送入资源切片运算模块；参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，其特征在于，所述面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统包括：/n业务层，包括K个待管控的业务，所述待管控的业务作为分层网络运维和资源管控架构的输入，驱动整个系统的运作；/n全局组织层，包括1个全局组织层控制器，全局组织层控制器布设在地面关口站，实现全网的测运控一体化控制和全局资源管控决策；/n局部协调层，包含Q个局部协调层控制器，局部协调层控制器全部布设在高轨卫星或中轨卫星上，实现局部资源管控决策和管控切片生成；/n资源层，包含物理资源域和虚拟资源域，物理资源域包含不同轨道的卫星和地面关口站，提供物理资源实体，提供无线资源，同时还提供传输信道；虚拟资源域实现物理资源的虚拟化，构建虚拟资源池和虚拟资源空间，并对虚拟资源层次化表征。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，其特征在于，所述面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统包括：
业务层，包括K个待管控的业务，所述待管控的业务作为分层网络运维和资源管控架构的输入，驱动整个系统的运作；
全局组织层，包括1个全局组织层控制器，全局组织层控制器布设在地面关口站，实现全网的测运控一体化控制和全局资源管控决策；
局部协调层，包含Q个局部协调层控制器，局部协调层控制器全部布设在高轨卫星或中轨卫星上，实现局部资源管控决策和管控切片生成；
资源层，包含物理资源域和虚拟资源域，物理资源域包含不同轨道的卫星和地面关口站，提供物理资源实体，提供无线资源，同时还提供传输信道；虚拟资源域实现物理资源的虚拟化，构建虚拟资源池和虚拟资源空间，并对虚拟资源层次化表征。


2.如权利要求1所述的面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，其特征在于，所述全局组织层控制器包括：
业务整形模块，包含要素提取和业务整形功能，所述要素提取功能分析业务属性和特点，实现业务关键要素的提取，业务整形功能根据提取的业务要素信息对待管控业务进行统一表征；其中，所述业务属性和特点包括业务类型、业务统计特性和业务服务质量需求；
资源整形模块，包含属性提取和资源整形功能，所述属性提取功能获取并分析全网资源属性，资源整形功能实现全网资源属性的统一表征；其中，所述全网资源属性包括资源类型和资源分布；
运维测控控制模块，实现全网的测控和运维控制，保障卫星网络的有效性和可靠性；
状态整形模块，实现全网网络状态的统一化表征，为资源管控决策提供多样化的决策维度；
智能资源管控模块，实现网络的全局资源管控决策，包括无线资源管理决策和移动性管理决策；
决策匹配模块，用于全局组织层控制器和局部协调层控制器间的接口，实现全局资源管控决策与局部协调层控制器的匹配，并将全局资源管控决策映射到匹配的局部协调层控制器。


3.如权利要求1所述的面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，其特征在于，所述局部协调层控制器包括：
匹配映射模块，存储全局组织层控制器映射到当前局部协调层控制器的全局资源管控决策，实现全局资源管控决策的分类和优先级排队，根据决策优先级，全局资源管控决策会依次被送入资源切片运算模块；
参数迁移模块，实现全局组织层决策知识和经验参数的部分迁移，进而实现无线资源管理和移动性管理的局部决策；
资源切片运算模块，根据局部资源管控决策，实现资源切片的计算和生成。


4.如权利要求1所述的面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，其特征在于，所述运维测控模块包括：
业务管理子模块，实现全网业务的集中化管理，包括业务分析、业务统计和业务预测；
故障管理子模块，实现卫星故障的实时感知、准确诊断、快速恢复、统计和后期维护，故障类型包括卫星网络故障、卫星设备故障和卫星运行故障；
卫星管理子模块，实现全网资源数量和质量的分析和统计，资源类型包括卫星计算资源、卫星存储资源、星间链路资源、星地馈电和服务链路资源、频谱资源和天线资源。


5.如权利要求1所述的面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，其特征在于，所述状态整形模块包括业务状态子模块、卫星状态子模块和资源状态子模块；所述子模块分别从运维测控模块中提取相应的业务状态、卫星状态和资源状态数据，并分别对这些状态数据实现整形，整形后的数据将作为智能资源管理模块的决策指标。


6.如权利要求1所述的面向巨型卫星星座的分层网络运维和资源管控系统，其特征在于，所述智能资源管理模块包括：
无线资源管理子模块，实现业务的全局无线资源管理决策，全局无线资源管理决策包括该业务需要的资源类型；其中，所述资源类型包括频谱、时隙、功率、...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛敏，周笛，姬思敬，白卫岗，李建东，史琰，李浩然，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61