王士成

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081)

0 引言

為滿足遙感影像在數(shù)字測繪、資源調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測、城市規(guī)劃、土地利用、環(huán)境保護(hù)和旅游導(dǎo)航[1]等方面日益增多的應(yīng)用需求，隨著航天事業(yè)及衛(wèi)星技術(shù)的飛速發(fā)展，我國在軌衛(wèi)星數(shù)量已逐漸形成規(guī)模并仍在持續(xù)增加。傳統(tǒng)的衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，在衛(wèi)星數(shù)量不多、衛(wèi)星種類比較單一的情況下具有運(yùn)行效率高、交互性強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)小等一系列優(yōu)點(diǎn)，但隨著衛(wèi)星種類、衛(wèi)星數(shù)量的大量增加，傳統(tǒng)衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)的弊端逐漸顯現(xiàn)出來，即系統(tǒng)部署難度大、人員消耗多、系統(tǒng)內(nèi)部接口復(fù)雜等?；诨旌夏Ｊ降男l(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)可有效解決這些問題。

1 C/S模式與B/S模式的比較分析

C/S是 Client/Server的縮寫[2]，服務(wù)器通常采用高性能的微機(jī)服務(wù)器或小型機(jī)，并采用大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如Oracle、Sybase或 SQL Server等，客戶端需要安裝專用的客戶端軟件，主要業(yè)務(wù)邏輯在客戶端實(shí)現(xiàn);B/S是 Brower/Server的縮寫[2]，客戶機(jī)上只要安裝一個通用的瀏覽器軟件，用戶界面完全通過WWW瀏覽器實(shí)現(xiàn)，主要業(yè)務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。

1.1 B/S模式的優(yōu)勢

B/S模式具有以下優(yōu)勢:

①簡化了客戶端。無需像C/S模式那樣在不同的客戶機(jī)上安裝專用的客戶應(yīng)用程序[3]，只需安裝通用的瀏覽器軟件，這樣不但可以節(jié)省客戶機(jī)的硬盤空間與內(nèi)存，而且使安裝過程更加簡便、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加靈活。

②簡化了系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)過程。系統(tǒng)的開發(fā)者無需再為不同級別的用戶設(shè)計(jì)開發(fā)不同的客戶應(yīng)用程序，只需把所有的功能都實(shí)現(xiàn)在Web服務(wù)器上，并就不同的功能為不同用戶分別設(shè)置權(quán)限即可。

③B/S模式特別適用于網(wǎng)上信息發(fā)布，而網(wǎng)上信息發(fā)布功能恰是地面應(yīng)用系統(tǒng)各分系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息共享所必須的，這使得系統(tǒng)運(yùn)行過程中大部分書面文件可以被電子文件取代，提高工作效率、節(jié)省工作成本[4]。

1.2 B/S模式的不足

首先，由于瀏覽器只是為了進(jìn)行WEB瀏覽而設(shè)計(jì)的[5]，且大部分業(yè)務(wù)邏輯都需要經(jīng)由WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)其應(yīng)用于WEB應(yīng)用系統(tǒng)時許多功能不能實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)起來比較困難，如大量的數(shù)據(jù)輸入、業(yè)務(wù)報表輸出等。其次，WEB服務(wù)器成為對數(shù)據(jù)庫唯一的客戶端，所有對數(shù)據(jù)庫的連接都通過該服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，由于WEB服務(wù)器同時要處理客戶請求以及與數(shù)據(jù)庫的連接，當(dāng)系統(tǒng)訪問量大時服務(wù)器端會出現(xiàn)負(fù)載過重的情況。

1.3 C/S模式相對于B/S模式的優(yōu)勢

C/S模式相對于B/S模式的優(yōu)勢如下:

① 交互性強(qiáng)是 C/S固有的一個優(yōu)點(diǎn)[6]。在C/S模式中，客戶端有一套完整的應(yīng)用程序，在出錯提示和在線幫助等方面都有強(qiáng)大的功能;B/S模式雖然也可提供了一定的交互能力，但遠(yuǎn)不及C/S模式下的完整客戶應(yīng)用。

②采用C/S模式將降低網(wǎng)絡(luò)通信量。B/S模式采用了邏輯上的3層結(jié)構(gòu)，而在物理上的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然是以太網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)，3層結(jié)構(gòu)之間的通信都需占用一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬;而C/S模式下的網(wǎng)絡(luò)通信量只包括Client與Server之間的通信量。

③由于C/S在邏輯結(jié)構(gòu)上比B/S少一層，對于相同的業(yè)務(wù)應(yīng)用，C/S完成的速度總要優(yōu)于 B/S，使得C/S模式更利于處理大量數(shù)據(jù)。

2 功能模型

衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)是控制衛(wèi)星執(zhí)行觀測任務(wù)，并使整個衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)協(xié)調(diào)、高效運(yùn)行的關(guān)鍵，具體由用戶服務(wù)、任務(wù)規(guī)劃、計(jì)劃制定、載荷控制、業(yè)務(wù)調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)視和星地資源管理7個部分組成，如圖1所示。主要任務(wù)是根據(jù)上級指令和觀測任務(wù)要求，完成觀測任務(wù)規(guī)劃、觀測計(jì)劃制定、衛(wèi)星有效載荷控制、數(shù)據(jù)接收規(guī)劃調(diào)度和星地系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)視等功能，以充分發(fā)揮衛(wèi)星資源和地面資源的綜合利用效益。

用戶服務(wù):對衛(wèi)星用戶進(jìn)行管理、維護(hù)，受理用戶提出的應(yīng)用需求，對應(yīng)用需求進(jìn)行分析，包括目標(biāo)區(qū)域的可見性分析、應(yīng)用需求的滿足度分析和多應(yīng)用需求的沖突分析等，并依據(jù)分析結(jié)果生成觀測任務(wù)單。

圖1 衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)功能模型

任務(wù)規(guī)劃:以觀測任務(wù)單為依據(jù)，綜合考慮所有星地資源及使用約束，進(jìn)行統(tǒng)一的資源分配[7]，生成綜合任務(wù)規(guī)劃方案;對綜合任務(wù)規(guī)劃方案進(jìn)一步分類、分解，形成對地成像任務(wù)規(guī)劃方案、電磁監(jiān)測任務(wù)規(guī)劃方案和數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃方案。

計(jì)劃制定:根據(jù)對地成像規(guī)劃方案和電磁監(jiān)測規(guī)劃方案，結(jié)合衛(wèi)星載荷類型，分別制定可見光成像計(jì)劃、紅外成像計(jì)劃、高光譜成像計(jì)劃、微波成像計(jì)劃以及電磁監(jiān)測計(jì)劃，并制定對應(yīng)的衛(wèi)星載荷控制計(jì)劃;此外，可根據(jù)已經(jīng)制定的觀測計(jì)劃，結(jié)合數(shù)據(jù)接收任務(wù)規(guī)劃方案，制定數(shù)據(jù)接收計(jì)劃和數(shù)據(jù)中繼傳輸計(jì)劃。

載荷控制:負(fù)責(zé)制定各類、各型、各顆衛(wèi)星的指令模板，對所有衛(wèi)星和航天器的有效載荷進(jìn)行管理和控制，按照可見光成像衛(wèi)星、紅外成像衛(wèi)星、高光譜成像衛(wèi)星、微波成像衛(wèi)星和電磁監(jiān)測衛(wèi)星分別實(shí)現(xiàn)各顆衛(wèi)星的有效載荷控制指令編制、密鑰管理、指令發(fā)控、遙測數(shù)據(jù)的接收、處理與顯示等。

業(yè)務(wù)調(diào)度:為衛(wèi)星地面系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供平臺，確保衛(wèi)星運(yùn)行控制業(yè)務(wù)的有序、高效運(yùn)行;此外，可實(shí)現(xiàn)全面的業(yè)務(wù)信息管理，提供靈活的業(yè)務(wù)信息查詢和統(tǒng)計(jì)能力。

狀態(tài)監(jiān)視:完成衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)、載荷工作狀態(tài)、地面站運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及整個地面應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。

星地資源管理:對屬于公共信息的部分進(jìn)行統(tǒng)一存儲，包括星地資源庫、對地觀測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫以及監(jiān)控信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。業(yè)務(wù)類型包括需求管理業(yè)務(wù)、衛(wèi)星載荷控制業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)接收業(yè)務(wù)等。

綜合任務(wù)管理控制功能模型的7個層次協(xié)調(diào)運(yùn)作，共同完成多類多型衛(wèi)星的管理控制功能，響應(yīng)用戶的應(yīng)用需求，協(xié)調(diào)航天器和地面系統(tǒng)的運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)與測控系統(tǒng)和氣象保障系統(tǒng)的信息交互。

3 業(yè)務(wù)流程

衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。首先用戶提出觀測需求并由衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行需求分析、提出觀測任務(wù)單;然后由衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合任務(wù)規(guī)劃、提出規(guī)劃方案，并制定觀測計(jì)劃和接收計(jì)劃;隨后編制并發(fā)送衛(wèi)星測控指令，同時下達(dá)數(shù)據(jù)接收計(jì)劃和中繼傳輸計(jì)劃;最后，由測控系統(tǒng)向衛(wèi)星上注指令，由數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)接收衛(wèi)星下傳的觀測數(shù)據(jù);此外，在業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)過程中，衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)需要對遙測數(shù)據(jù)、地面站狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

圖2 衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

4 體系結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)多采用單一的C/S模式，把一個大型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)變?yōu)槎鄠€功能相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，而服務(wù)器便是整個應(yīng)用系統(tǒng)資源的存儲與管理中心，多臺客戶機(jī)則各自處理相應(yīng)的功能，共同實(shí)現(xiàn)完整的應(yīng)用。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和能力的持續(xù)擴(kuò)充，這些傳統(tǒng)模式已經(jīng)逐漸顯露出其弊端，如運(yùn)管人員占用多、內(nèi)部接口復(fù)雜、系統(tǒng)靈活度不高等。因此，亟需設(shè)計(jì)新的衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以滿足日益增多的衛(wèi)星運(yùn)行管理需求。基于混合模式的衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)可有效屏蔽原有各客戶機(jī)間接口，并實(shí)現(xiàn)靈活的部署與操作，其體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于混合模式的衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

采用多層混合模式衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)具有重用性好、擴(kuò)充性好和可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時，根據(jù)業(yè)務(wù)類型又將業(yè)務(wù)邏輯層分為應(yīng)用服務(wù)和公共服務(wù)2個子層，使任何一層邏輯的修改都不會影響其他層，從而最大限度地降低系統(tǒng)內(nèi)部的耦合性，提高系統(tǒng)靈活性。

表示層:主要是實(shí)現(xiàn)與管理控制業(yè)務(wù)相關(guān)的各個功能客戶應(yīng)用程序的人機(jī)交互界面和操作控制，滿足用戶可見的使用需求，其中B/S模式表示層用于實(shí)現(xiàn)沒有實(shí)時性要求的各項(xiàng)功能，C/S模式表示層實(shí)現(xiàn)需要實(shí)時監(jiān)視或?qū)崟r控制的各項(xiàng)功能。

流程邏輯層[8]:主要是將典型的管理控制業(yè)務(wù)流程抽象分離出來，定義管理控制業(yè)務(wù)流程中各個節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)單元的數(shù)據(jù)流和控制流，并將針對節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)單元的操作映射到調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層中的相應(yīng)功能應(yīng)用模型。

業(yè)務(wù)邏輯(應(yīng)用服務(wù))層:基于業(yè)務(wù)邏輯(公共服務(wù))層提供的各項(xiàng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與管理控制流程無關(guān)的系統(tǒng)應(yīng)用業(yè)務(wù)模型，提供給表示層相應(yīng)的客戶應(yīng)用程序調(diào)用。

業(yè)務(wù)邏輯(公共服務(wù))層:實(shí)現(xiàn)與管理控制流程無關(guān)的系統(tǒng)公共業(yè)務(wù)模型和底層公共應(yīng)用，支持業(yè)務(wù)邏輯(應(yīng)用服務(wù))層中的應(yīng)用業(yè)務(wù)模型，提供給表示層相應(yīng)的客戶應(yīng)用程序調(diào)用。

數(shù)據(jù)層[9]:數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)存儲、維護(hù)和管理與管理控制業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，同時支持持久化數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，管理業(yè)務(wù)對象到數(shù)據(jù)庫表的映射，把業(yè)務(wù)模型表示的對象映射到基于SQL的關(guān)系模型結(jié)構(gòu)中，并提供數(shù)據(jù)查詢和獲取數(shù)據(jù)的方法。

另外，利用XML和規(guī)定格式的文本文件作為調(diào)度協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化信息交換的表示方法，基于此實(shí)現(xiàn)管理控制業(yè)務(wù)流程各節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)單元之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換，支持管理控制一體化的統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)和系統(tǒng)業(yè)務(wù)監(jiān)控。

5 結(jié)束語

針對衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對C/S模式和B/S模式系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了對比分析，確定了衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)功能模型和業(yè)務(wù)流程，并綜合考慮C/S模式、B/S模式系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于B/S和C/S混合模式的衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，希望可以對未來衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)揮積極作用。

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