一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法技术

一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法，S1、基于双层递阶巨型星座网络管理方法，超大规模低轨卫星向上进行故障状态共享。所述双层递阶网络管理方法包括：双层递阶网络管理包括分组管理和分簇管理，MEO作为组管理者管理组内LEO，分组内根据相应的分簇原则进行分簇，选择一颗簇首卫星节点作为此分簇的管理者，管理簇内LEO，各个簇首与相应的组管理者MEO构建通信链路；S2、分别实现两种故障响应机制，通过实现周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障；通过实现触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障；所述通信故障是链路故障、通信设备故障；S3、建立巨型星座系统故障信息数据库，以进行故障数据库匹配。以进行故障数据库匹配。以进行故障数据库匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法


[0001]本专利技术涉及卫星网络故障管理和响应
，主要涉及一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法。

技术介绍

[0002]自20世纪60年代实现卫星通信技术以来，航天技术的不断进步使得卫星通信技术得到了快速的发展与应用。人们对于卫星通信的需求也不断加大，对地面区域的覆盖要求不断提高，以至要求实现全球覆盖，从而促使产生了大规模卫星星座通信系统。
[0003]低轨卫星具有低生产成本、高容量、高速率、低时延等特点，并且低轨卫星网络更适合远距离传输，因此更具有构建全球覆盖卫星通信网络的能力。大规模低轨卫星星座通信系统，其不会受到地理条件、地理位置等因素的影响，覆盖范围大且可以基本实现全天候全球无缝覆盖，适应性强灵活度高，可以提供高质量的通信业务。
[0004]随着全球在轨星座数目的不断增加，星座(卫星网络)规模趋向巨型化发展。低轨卫星的小型化、低成本的发展趋势，导致异构化型的巨型星座系统其节点稳定性较差，相较于大平台卫星系统，其出现节点或星座故障的概率要大很多。此外，空间环境影响也将造成不确定性的设备损坏等情况。因此，节点和星座的故障发现及响应、卫星的控制需求将急剧增加。网络发生故障时的快速定位和排除等都是网络运维中的关键问题。我国目前实际的卫星系统运维及故障管理与响应机制主要通过地面测控系统完成，卫星将状态信息传回地面测控站，由地面测控站进行故障分析并将通过上注测控指令到故障卫星解决故障问题。然而，仅靠测控站计算机辅助的人力显然无法支撑巨型星座系统内的多重故障处置。随着星座规模的不断增加，测控站建设敏感性导致地面测控网无法实现对低轨卫星的全时段观测，测控站与卫星的时间窗匹配问题的复杂度呈指数级增长，也即无法保证故障处置的时效性。当卫星发生故障时，其有限的自检测与自响应能力不能及时的反馈故障信息，同时也不能及时的得到故障响应。因此，亟需通过高效的网络运维技术，构建天基测控网，并辅助地面测控站实现对巨型星座卫星的全时段状态监测，以进行高效故障管理与响应。
[0005]经过对现有文献的检索发现，崔丽华等人于2019年3月发表了题为“基于深度学习的光网络故障预测技术研究”的文章。该文章提出了一种基于深度全连接神经网络模型的故障预测方法，其将数据增强算法引入故障预测过程，用以平衡数据特征分布。其结果表明，基于深度学习算法的告警与非告警的二分类预测效果可以通过适当的数据增强得到提升，同时多故障场景的多分类预测效果也可以得到提升。
[0006]经过对现有文献的检索发现，楼丽琪等人于2019年5月发表了题为“基于机器学习的光网络告警智能分析技术研究”的文章。该文章提出了一种基于机器学习的异常数据重要性量化分析算法，卫星节点对其监测的数据报错较多，但重要性不明，在这种问题中可以利用机器学习算法对异常数据重要性进行量化评估，以得到异常数据的重要性权重。
[0007]综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术大多只局限于思考管理过程中的故障诊断方法，而缺少对具体故障管理流程及故障响应方法的分析；(2)故障管理与响应首
先要依赖于高效的运维架构，现有技术并没有在高效的运维架构基础上提出故障管理与响应的解决方案。解决上述技术问题的意义在于：可以实现超大规模低轨卫星星座系统的分钟级快速故障发现与故障响应，并且故障数据库的规范设计也保证了故障响应的可靠性，极大的提升故障网络恢复正常运作的能力，同时也将保证网络业务服务的连续性和一致性。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：随着低轨卫星网络的规模的不断扩大，超大规模低轨卫星星座的故障管理与响应机制也成为巨型网络正常运作首要解决的问题。本专利技术目的设计一种高效的巨型星座故障管理与响应方法，实现超大规模低轨卫星网络内卫星节点的高效管理与故障状态共享，并且根据坚实可靠的故障响应机制实现分钟级故障响应时延，同时，建立与维护故障信息数据库为巨型星座故障管理与响应提供故障方案基础。
[0009]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1、基于双层递阶网络管理方法，超大规模低轨卫星向上进行故障状态共享。所述双层递阶网络管理方法包括：
[0011]双层递阶网络管理包括分组管理和分簇管理，MEO作为组管理者管理组内LEO，分组内根据相应的分簇原则进行分簇，选择簇头卫星节点作为此分簇的管理者，管理簇内LEO，各个簇头与相应的组管理者MEO构建通信链路。
[0012]所述基于双层递阶网络管理方法的故障状态共享包括：
[0013]步骤S1.1、MEO与邻接MEO间相互通信进行状态共享，倘若MEO故障可以迅速定位至故障MEO节点的位置；
[0014]步骤S1.2、MEO作为组管理者接收组内簇首卫星上报的故障状态信息；
[0015]步骤S1.3、LEO簇首接收簇内卫星节点故障状态信息，并将其上传至对应的组管理者卫星；
[0016]步骤S2、分别实现两种故障响应机制，分别为：通过实现周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障，通过实现触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障。所述通信故障是例如链路故障、通信设备故障等，故障节点无法进行通信；所述状态故障是例如摄像机损坏，温度过高等，此时故障节点仍可通信，但无法正常执行业务；所述周期性信息采集故障响应机制包括：
[0017]步骤S2.1、MEO管理者向其分组内各簇簇首发送状态信息收集指令，各簇簇首向簇内节点广播状态信息收集指令；
[0018]步骤S2.2、各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与临接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应。
[0019]所述触发式信息更新响应机制包括：
[0020]步骤S2.3、状态故障的卫星自主发起状态信息更新，其将故障信息上报以进行故障响应。
[0021]步骤S3、建立巨型星座系统故障信息数据库，以进行故障数据库匹配。所述巨型星座系统故障信息数据库包括：
[0022]对于已知的状态故障条目，按照编号、故障现象、故障原因和故障解决方案的要求提前插入故障数据库中；对于LEO上报的目前数据库中未知的故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，并更新故障数据库。
[0023]基于周期性信息采集和触发式信息更新的故障响应机制分别针对解决通信故障和状态故障两种节点故障问题，实现了超大规模低轨卫星网络的分钟级故障响应时延。
[0024]进一步地，所述步骤S2.2中各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与邻接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应的具体步骤如下：
[0025]步骤S2.2.1、若故障节点是簇内成员节点，则所述具体步骤包括：
[0026]步骤S2.2.1.1、各簇内LEO收集链路状态信息时，若发现邻居节点的链路状态异常，则将可能产生故障的节点与自身路由表进行比对，若可能出现故障的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、基于双层递阶巨型星座网络管理方法，超大规模低轨卫星向上进行故障状态共享；所述双层递阶网络管理方法包括：双层递阶网络管理包括分组管理和分簇管理，MEO作为组管理者管理组内LEO，分组内根据相应的分簇原则进行分簇，选择一颗簇首卫星节点作为此分簇的管理者，管理簇内LEO，各个簇首与相应的组管理者MEO构建通信链路；所述基于双层递阶网络管理方法的故障状态共享包括：步骤S1.1、MEO与邻接MEO间相互通信进行状态共享，倘若MEO故障，则可以迅速定位至故障MEO节点的位置；步骤S1.2、MEO作为组管理者接收组内簇首卫星上报的故障状态信息；步骤S1.3、LEO簇首接收簇内卫星节点故障状态信息，并将其上传至对应的组管理者卫星；步骤S2、分别实现两种故障响应机制，分别为：通过实现周期性信息采集的故障响应机制应对节点通信故障；通过实现触发式信息更新的故障响应机制应对节点状态故障；所述通信故障是例如链路故障、通信设备故障，故障节点无法进行通信；所述状态故障是例如摄像机损坏，温度过高等，此时故障节点仍可通信，但无法正常执行业务；所述周期性信息采集故障响应机制包括：步骤S2.1、MEO管理者向其分组内各簇簇首发送状态信息收集指令，各簇簇首向簇内节点广播状态信息收集指令；步骤S2.2、各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与邻接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应。所述触发式信息更新响应机制包括：步骤S2.3、状态故障的卫星自主发起状态信息更新，其将故障信息上报以进行故障响应。步骤S3、建立巨型星座系统故障信息数据库，以进行故障数据库匹配；所述巨型星座系统故障信息数据库包括：对于已知的状态故障条目，按照编号、故障现象、故障原因和故障解决方案的要求提前插入故障数据库中；对于LEO上报的目前数据库中未知的故障信息，MEO卫星向地面站报告故障情况，由地面站调度修复，并更新故障数据库。2.根据权利要求1所述的一种双层递阶的巨型星座故障管理与响应方法,其特征在于,所述步骤S2.2中各簇内LEO收集链路状态信息，若发现与邻接节点的链路状态异常，则将可能发生故障的节点信息上报以进行故障响应的具体步骤如下：步骤S2.2.1、若故障节点是簇内成员节点，则所述具体步骤包括：步骤S2.2.1.1、各簇内LEO收集链路状态信息时，若发现邻居节点的链路状态异常，则将可能产生故障的节点与自身路由表进行比对，若可能出现故障的节点是自身到簇首的下一跳节点，则通过备选路由继续向簇首传递自身收集的链路状态信息，同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海波，刘晓宇，马婷，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：