+ 申戈（裝備學(xué)院研究生隊(duì)五隊(duì)）

通信衛(wèi)星臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)視技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

+ 申戈（裝備學(xué)院研究生隊(duì)五隊(duì)）

本文針對(duì)通信衛(wèi)星運(yùn)行過程中大量的臨時(shí)業(yè)務(wù)所存在的監(jiān)視難、記錄難、管理難等問題，著重分析了現(xiàn)有的幾種常用的監(jiān)視手段，并對(duì)這幾種監(jiān)視手段進(jìn)行了比較，通過優(yōu)化組合提出通信衛(wèi)星臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并依照此設(shè)計(jì)思想開發(fā)了《鑫諾衛(wèi)星臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)》，在實(shí)際工作中取得了良好的效果。

一、 前言

衛(wèi)星通信發(fā)展幾十年來，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，技術(shù)和手段目前都已非常成熟，對(duì)于衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)也有一些非常成熟的產(chǎn)品。在衛(wèi)星運(yùn)行公司的業(yè)務(wù)中，除去長(zhǎng)期租用衛(wèi)星通道的固定用戶以外，短期和臨時(shí)租用也占有很大的比例，其中用于電視節(jié)目的傳輸又占有臨時(shí)傳輸中的大部分比例。和衛(wèi)星的固定業(yè)務(wù)相比，臨時(shí)傳輸業(yè)務(wù)多是用于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直播、股評(píng)類節(jié)目，常常因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的各種原因推遲或提前進(jìn)行傳輸，對(duì)該業(yè)務(wù)的使用情況的監(jiān)視管理工作造成很大困難。

衛(wèi)星資源的租用主要的是通過使用業(yè)務(wù)的占用帶寬和使用時(shí)間來體現(xiàn)的，占用帶寬是用戶在申請(qǐng)業(yè)務(wù)時(shí)就已經(jīng)確定下來的，所以監(jiān)視臨時(shí)傳輸?shù)膶?shí)際使用時(shí)間對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行商來說非常重要。除去監(jiān)視臨時(shí)傳輸?shù)膶?shí)際使用時(shí)間外，監(jiān)視該檔傳輸在正式傳輸前的傳輸通道，傳輸過程中業(yè)務(wù)載波特性，衛(wèi)星運(yùn)行商還要保障臨時(shí)業(yè)務(wù)的正常傳輸，同時(shí)還要確保衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的使用安全。本文將重點(diǎn)討論通信衛(wèi)星臨時(shí)傳輸?shù)谋O(jiān)視手段和如何實(shí)現(xiàn)對(duì)臨時(shí)業(yè)務(wù)的自動(dòng)監(jiān)視。

二、衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的各種通用監(jiān)視手段

常用監(jiān)視手段功能一覽表

由于衛(wèi)星用戶所傳業(yè)務(wù)的不同，采用的調(diào)制方式、復(fù)用方式等差異，作為衛(wèi)星運(yùn)行商要想做到全面的監(jiān)視每一個(gè)用戶的使用情況是很困難，對(duì)于那些固定用戶，一般采用頻譜監(jiān)視的方法，而對(duì)于一些需要重點(diǎn)監(jiān)視和保障的用戶，也只能采用一些通用的監(jiān)視手段方式來實(shí)現(xiàn)。這些常用的監(jiān)視手段包括：頻譜監(jiān)視、螺流監(jiān)視、電視圖像監(jiān)視以及衛(wèi)星通信通用解碼器解調(diào)監(jiān)視等。

1、 頻譜監(jiān)視法

通過監(jiān)視用戶所發(fā)載波的上星和下星，可以很直觀的看到用戶載波，監(jiān)視到用戶載波電平、占用帶寬等信息，通過比對(duì)頻譜特性來確定用戶的使用情況。此種監(jiān)視可以非常準(zhǔn)確的記錄用戶的使用情況，但需要長(zhǎng)時(shí)間的占用頻譜儀，且無法在業(yè)務(wù)傳輸過程中監(jiān)視業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。

2、螺流監(jiān)視法

行波管放大器（TWTA）中螺線圈中電流變化正比于輸入信號(hào)的電平變化。通過對(duì)行波管的螺流變化的監(jiān)視，同樣可以完成對(duì)與臨時(shí)傳輸開始與結(jié)束的記錄。螺流反映的是整個(gè)TWTA的工作狀態(tài)，在轉(zhuǎn)發(fā)器工作在增益模式時(shí)，如果其它用戶的上行功率發(fā)生了變化，螺流也會(huì)改變，這時(shí)的記錄傳輸開始或結(jié)束的時(shí)間將是不準(zhǔn)確的，同時(shí)，這種監(jiān)視方法只適用于采用TWTA放大器的轉(zhuǎn)發(fā)器。

3、電視圖像監(jiān)視法

對(duì)于一些傳送電視畫面的業(yè)務(wù)，通過衛(wèi)星電視接收機(jī)對(duì)用戶所傳輸?shù)碾娨暪?jié)目進(jìn)行接收解調(diào)并輸出到電視，可以直接監(jiān)視用戶實(shí)際使用情況，可以有效的監(jiān)視臨時(shí)傳輸?shù)膫鬏斮|(zhì)量，但這種監(jiān)視方法需耗費(fèi)大量的人力資源。這種監(jiān)視方法只適用于電視類臨時(shí)傳輸業(yè)務(wù)，且傳輸?shù)碾娨暪?jié)目越多，需要的電視與接收機(jī)就越多，所耗費(fèi)的財(cái)力也就越大，同時(shí)這種監(jiān)視方法不能有效的監(jiān)視衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的工作狀態(tài)。

4、通用解碼器監(jiān)視法

顧名思義，通用衛(wèi)星解碼器是在預(yù)先知道用戶的調(diào)制信息的情況下，通過相關(guān)軟件的控制，對(duì)用戶所傳業(yè)務(wù)進(jìn)行解調(diào)，通過調(diào)諧成功與否來確定業(yè)務(wù)傳輸?shù)拈_始與結(jié)束，通過監(jiān)視Eb/n0等相關(guān)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)用戶的監(jiān)視保障工作。此種監(jiān)視方法依賴于對(duì)用戶傳輸信息的時(shí)實(shí)更新，一旦用戶改變業(yè)務(wù)的符號(hào)率，解碼器將無法進(jìn)行的正常的監(jiān)視工作，同時(shí)解碼器要求輸入信號(hào)的強(qiáng)度越高越好，這將非常不利于當(dāng)所監(jiān)視的業(yè)務(wù)上行功率超高限的，更無法預(yù)警因?yàn)樯闲泄β食呦迣?duì)轉(zhuǎn)發(fā)器造成的損害。

三、臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)視與管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1、設(shè)計(jì)思想

本著最大限度地實(shí)現(xiàn)對(duì)臨時(shí)業(yè)務(wù)的全程自動(dòng)化監(jiān)視，以減少人為因素產(chǎn)生的差錯(cuò)和節(jié)約成本的宗旨實(shí)施設(shè)計(jì)。通過對(duì)各種監(jiān)視手段的比較，接收卡調(diào)諧為主要監(jiān)視手段，頻譜監(jiān)視為輔的設(shè)計(jì)思路，在程序設(shè)計(jì)中要考慮盡量少的占用頻譜儀資源，同時(shí)還能保證對(duì)非電視類臨時(shí)傳輸?shù)谋O(jiān)視。

2、系統(tǒng)硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件連接示意圖

臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的硬件由自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)、兩副接收天線、三臺(tái)LNB接收機(jī)、一臺(tái)LNA接收機(jī)、三塊接收卡、一臺(tái)頻譜儀以及開關(guān)矩陣和開關(guān)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成。其中接收天線、LNB接收機(jī)、LNA接收機(jī)、頻譜儀、開關(guān)矩陣和開關(guān)控制計(jì)算機(jī)可以與衛(wèi)星測(cè)控和通信站原有設(shè)備共用。系統(tǒng)只需要增加一臺(tái)用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)的計(jì)算機(jī)、三塊用于調(diào)諧的接收卡以及一塊用于和頻譜儀連接的82357A USB/GBIB接口卡即可，而且可以將電視節(jié)目接收卡和USB/ GBIB接口卡都集成在自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)的主板上，這樣不用對(duì)地面站原有的設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造，只需要將系統(tǒng)接入原有的通信系統(tǒng)即可完成對(duì)臨時(shí)業(yè)務(wù)的監(jiān)視和管理，接口簡(jiǎn)單穩(wěn)定，系統(tǒng)改造方便。硬件連接如圖所示：

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

3、系統(tǒng)軟件構(gòu)成

臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)軟件部分實(shí)現(xiàn)為一個(gè)總控制臺(tái)，控制臺(tái)中包括頻譜監(jiān)視、接收卡監(jiān)視、定點(diǎn)提醒、計(jì)劃錄入向?qū)б约皵?shù)據(jù)庫(kù)管理等實(shí)用工具和每日臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃時(shí)序圖、每日臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃頻點(diǎn)分布圖以及日志等快捷顯示。

4、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃批量錄入、查詢和修改

臨時(shí)業(yè)務(wù)用戶信息和臨時(shí)頻點(diǎn)信息查詢和修改

自動(dòng)生成當(dāng)日臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃

自動(dòng)監(jiān)視臨時(shí)業(yè)務(wù)上下星情況

自動(dòng)監(jiān)測(cè)頻點(diǎn)沖突

臨時(shí)業(yè)務(wù)到時(shí)提示

臨時(shí)業(yè)務(wù)異常告警

臨時(shí)業(yè)務(wù)使用情況自動(dòng)入庫(kù)

臨時(shí)業(yè)務(wù)使用情況周期性報(bào)表

5、系統(tǒng)各模塊的具體實(shí)現(xiàn)

臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)涉及到大量的數(shù)據(jù)，需要以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心為系統(tǒng)的軟硬件提供監(jiān)測(cè)和管理所需的數(shù)據(jù)。通過軟件將臨時(shí)用戶的傳輸計(jì)劃錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，然后軟件負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取當(dāng)天的臨時(shí)業(yè)務(wù)傳輸計(jì)劃，按照計(jì)劃調(diào)度硬件監(jiān)視手段進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)將硬件監(jiān)視得到的數(shù)據(jù)，包括上下星時(shí)間，載波電平等寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)軟件可以根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫(kù)生成臨時(shí)用戶使用情況報(bào)表。數(shù)據(jù)流向如圖所示：

（1）臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

①為了滿足系統(tǒng)需求，使用Microsoft SQL 2000設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)包括七個(gè)數(shù)據(jù)表：

②各數(shù)據(jù)表之間的數(shù)據(jù)關(guān)系

臨時(shí)頻點(diǎn)信息表（cfg_freqs）包含鑫諾衛(wèi)星可用的臨時(shí)頻點(diǎn)所在轉(zhuǎn)發(fā)器和可用帶寬的信息，在錄入臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃時(shí)可直接從該表中選擇可用的臨時(shí)頻點(diǎn)

臨時(shí)用戶信息表（cfg_users）包含臨時(shí)業(yè)務(wù)技術(shù)負(fù)責(zé)人和申請(qǐng)人的聯(lián)系方式和該用戶常用的符號(hào)率，在錄入臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃時(shí)用戶信息從該表中讀取

周期性限制表（cfg_restrictions）對(duì)周期性臨時(shí)業(yè)務(wù)的周期進(jìn)行設(shè)定，在自動(dòng)生成每日計(jì)劃時(shí)根據(jù)該表選擇計(jì)劃

臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃表（plans）包含臨時(shí)業(yè)務(wù)的計(jì)劃信息，包括用戶、轉(zhuǎn)發(fā)器、頻點(diǎn)、帶寬、符號(hào)率、開始日期、結(jié)束日期、周期性限制、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、傳輸/測(cè)試、電視節(jié)目/非電視節(jié)目、計(jì)劃申請(qǐng)時(shí)間，每日的傳輸計(jì)劃依據(jù)該表自動(dòng)生成

臨時(shí)業(yè)務(wù)每日計(jì)劃表（dayrecord）包含根據(jù)臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃表和所需日期生成的每日臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃信息，包括計(jì)劃時(shí)間、用戶、轉(zhuǎn)發(fā)器、頻點(diǎn)、帶寬、符號(hào)率等信息，方便查詢

臨時(shí)業(yè)務(wù)當(dāng)日記錄表（autodayrecord）根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘每天00∶00自動(dòng)生成的當(dāng)日臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃，用于系統(tǒng)調(diào)度和當(dāng)日臨時(shí)業(yè)務(wù)使用情況記錄

臨時(shí)業(yè)務(wù)記錄表（records）根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘每天00∶00自動(dòng)更新，總結(jié)頭一天臨時(shí)業(yè)務(wù)使用情況，周期報(bào)表依據(jù)該表生成

③其它

為了方便系統(tǒng)編程，數(shù)據(jù)庫(kù)還包含了若干存儲(chǔ)過程和一個(gè)管理作業(yè)，管理作業(yè)完成對(duì)當(dāng)日計(jì)劃的定時(shí)生成和頭日記錄的自動(dòng)入庫(kù)

（2）臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)計(jì)劃沖突監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

判斷臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃是否沖突，系統(tǒng)在錄入計(jì)劃時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沒有沖突的計(jì)劃正常提交數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，有沖突的計(jì)劃進(jìn)行沖突提示，要求重新錄入或者取消錄入。軟件框圖如圖所示：

（3）臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)當(dāng)日計(jì)劃自動(dòng)生成的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)日計(jì)劃依據(jù)臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃表實(shí)現(xiàn)，篩選出開始日期早于當(dāng)前日期且結(jié)束日期晚于當(dāng)前日期并且周期條件滿足當(dāng)前日期的臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃，從臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃表中提取這些計(jì)劃的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、用戶、轉(zhuǎn)發(fā)器、頻點(diǎn)、帶寬、符號(hào)率、傳輸類型的信息，將這些計(jì)劃按開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的時(shí)序統(tǒng)一進(jìn)行排序，并且將開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別打上上星和下星的時(shí)間標(biāo)志，生成當(dāng)日臨時(shí)業(yè)務(wù)記錄表以備程序使用。將這個(gè)過程設(shè)置為SQL Server 管理作業(yè)，每日00∶00自動(dòng)完成。在該系統(tǒng)控制臺(tái)部分使用定時(shí)器，每天00∶02分將SQL生成的當(dāng)日計(jì)劃讀入內(nèi)存表，以備定點(diǎn)監(jiān)視根據(jù)該表進(jìn)行調(diào)度，同時(shí)更新系統(tǒng)界面當(dāng)日計(jì)劃時(shí)序表和頻點(diǎn)分布表的顯示。

（4）臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)讀入內(nèi)存的當(dāng)日計(jì)劃，使用定時(shí)器，每條計(jì)劃時(shí)間提前十分鐘進(jìn)行調(diào)度。

傳輸類型為電視節(jié)目的分配給接收卡進(jìn)行調(diào)諧，接收卡根據(jù)頻點(diǎn)和符號(hào)率進(jìn)行調(diào)諧。

計(jì)劃時(shí)間標(biāo)志為上星的，記錄調(diào)諧成功時(shí)刻為上星時(shí)間，超過該時(shí)間十分鐘仍然調(diào)諧不成功的停止調(diào)諧，用日志記錄，并且將該條計(jì)劃標(biāo)志為異常。

數(shù)據(jù)庫(kù)表

計(jì)劃時(shí)間標(biāo)志為下星的，記錄調(diào)諧失敗時(shí)刻為下星時(shí)間，超過該時(shí)間十分鐘仍然調(diào)諧成功的停止調(diào)諧，系統(tǒng)顯示告警信息，并且將該條計(jì)劃標(biāo)志為異常。

傳輸類型為非電視節(jié)目的分配給頻譜儀進(jìn)行監(jiān)視，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器極化方式自動(dòng)切換鏈路，根據(jù)頻點(diǎn)和帶寬自動(dòng)設(shè)置頻譜儀。

計(jì)劃時(shí)間標(biāo)志為上星的，記錄載波電平大于門限電平時(shí)刻為上星時(shí)間，超過該時(shí)間十分鐘仍然小于門限的停止頻譜掃描，用日志記錄，并且將該條計(jì)劃標(biāo)志為異常。

計(jì)劃時(shí)間標(biāo)志為下星的，記錄載波電平小于門限時(shí)刻為下星時(shí)間，超過該時(shí)間十分鐘仍然大于門限的停止頻譜掃描，系統(tǒng)顯示告警信息，并且將該條計(jì)劃標(biāo)志為異常。

系統(tǒng)調(diào)度提前啟動(dòng)時(shí)間和調(diào)諧掃描周期可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。軟件方框圖如圖所示：

其中調(diào)諧模塊通過軟件調(diào)度三塊接收卡實(shí)現(xiàn)，軟件框圖如圖所示：

頻譜監(jiān)視模塊通過軟件對(duì)頻譜儀進(jìn)行設(shè)置和讀取實(shí)現(xiàn)，軟件方框圖如圖所示：

（5）臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)自動(dòng)記錄的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)日臨時(shí)業(yè)務(wù)記錄的實(shí)現(xiàn)

在定點(diǎn)監(jiān)視的同時(shí)將記錄的上下星時(shí)間寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中的臨時(shí)業(yè)務(wù)當(dāng)日記錄表，并且將上星時(shí)刻從接收卡或頻譜儀讀取的載波電平也寫入該表。

（6）臨時(shí)業(yè)務(wù)記錄的統(tǒng)計(jì)

用臨時(shí)業(yè)務(wù)當(dāng)日記錄表中記錄的實(shí)際上下星時(shí)間和載波電平更新臨時(shí)業(yè)務(wù)記錄表，其中用戶、轉(zhuǎn)發(fā)器、頻點(diǎn)、帶寬、符號(hào)率、傳輸類型的數(shù)據(jù)從臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃表中讀取，日期為頭日日期（因?yàn)樵摫硎敲刻?0∶00更新，所以統(tǒng)計(jì)的是頭日的臨時(shí)業(yè)務(wù)情況），開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、載波電平從臨時(shí)業(yè)務(wù)當(dāng)日記錄表中更新，其中開始時(shí)間為該條計(jì)劃的上星時(shí)間，結(jié)束時(shí)間為該條計(jì)劃的下星時(shí)間。將這個(gè)過程設(shè)置為SQL Server 管理作業(yè)，每日00∶00自動(dòng)完成。

（7）臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)報(bào)表的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)臨時(shí)業(yè)務(wù)記錄和臨時(shí)業(yè)務(wù)計(jì)劃表以及統(tǒng)計(jì)時(shí)間段生成計(jì)劃時(shí)間和實(shí)際時(shí)間的對(duì)比報(bào)表，并且計(jì)算出用戶對(duì)其在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)的租用總時(shí)間。

四、結(jié)束語

按照以上設(shè)計(jì)思路研制開發(fā)出來的《鑫諾衛(wèi)星臨時(shí)業(yè)務(wù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)》自2005年 10月試運(yùn)行一來，該系統(tǒng)硬件部分運(yùn)行可靠，從未出現(xiàn)過死機(jī)現(xiàn)象，軟件系統(tǒng)也沒有自動(dòng)退出等異常現(xiàn)象。從運(yùn)行效果來看，該系統(tǒng)具有很低的資源占用率，常駐內(nèi)存不超過30M，CPU占用資源最大不超過5%；從監(jiān)視效果來看，對(duì)于一檔臨時(shí)傳輸，其記錄適用時(shí)間誤差最大不超過30s，這樣的精度對(duì)于一個(gè)衛(wèi)星運(yùn)行商來講已經(jīng)足夠。該系統(tǒng)的研制與使用，將工作人員從煩瑣的監(jiān)視工作中解脫出來，提高了工作效率，具有一定的推廣價(jià)值。

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臨時(shí)業(yè)務(wù) 衛(wèi)星電視 自動(dòng)監(jiān)視