蘭友國(guó)，林明森，謝春華

(1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，北京 100081)

HY-2衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蘭友國(guó)1，林明森2，謝春華2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，北京 100081)

本文介紹了海洋二號(hào)（HY-2）衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行控制子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)HY-2地面應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度和系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)運(yùn)行，是整個(gè)地面系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)采用三層C/S和B/S相結(jié)合混合體系架構(gòu)。HY-2地面應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)度任務(wù)包括：實(shí)時(shí)調(diào)度任務(wù)、定時(shí)調(diào)度任務(wù)、數(shù)據(jù)重處理調(diào)度任務(wù)。由于數(shù)據(jù)處理流程復(fù)雜，運(yùn)控子系統(tǒng)采用分層調(diào)度模型，這樣有利于降低調(diào)度復(fù)雜性。系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行模式：預(yù)先的業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃制定、分布式的運(yùn)行調(diào)度、集中式的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

HY-2衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)；體系架構(gòu)；分層調(diào)度；業(yè)務(wù)運(yùn)行模型

1 前言

HY-2衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)準(zhǔn)實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)，其主要任務(wù)是負(fù)責(zé)我國(guó)海洋探測(cè)衛(wèi)星HY-2衛(wèi)星的業(yè)務(wù)化運(yùn)行管理、海洋衛(wèi)星遙感產(chǎn)品生產(chǎn)及其應(yīng)用示范服務(wù)。HY-2地面應(yīng)用系統(tǒng)由七個(gè)分系統(tǒng)組成，分別是運(yùn)控通信分系統(tǒng)、接收預(yù)處理分系統(tǒng)、精密定軌分系統(tǒng)、資料處理分系統(tǒng)、產(chǎn)品存檔與分發(fā)分系統(tǒng)、定標(biāo)和真實(shí)性檢驗(yàn)分系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用分系統(tǒng)。

其中運(yùn)控通信分系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，業(yè)務(wù)運(yùn)行控制子系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱OCS）是其最重要的子系統(tǒng)。運(yùn)行控制子系統(tǒng)的主要功能是在業(yè)務(wù)運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度與控制、業(yè)務(wù)運(yùn)行和設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視、協(xié)調(diào)各系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)運(yùn)行，同時(shí)配合完成HY-2衛(wèi)星的業(yè)務(wù)測(cè)控任務(wù)，是整個(gè)地面系統(tǒng)神經(jīng)中樞。

2 功能及性能需求

根據(jù)任務(wù)要求，OCS負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行控制、任務(wù)調(diào)度管理、衛(wèi)星有效載荷的業(yè)務(wù)運(yùn)行管理，它提供整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)集中統(tǒng)一的人機(jī)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)設(shè)備及其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與管理。

OCS擔(dān)負(fù)的主要功能性和非功能性任務(wù)如下。

1）軌道預(yù)報(bào)任務(wù)。軌道根數(shù)報(bào)獲取和質(zhì)量檢驗(yàn)；多星、三站過境軌道時(shí)間計(jì)算；多星全球星下點(diǎn)經(jīng)緯度、衛(wèi)星高度、太陽(yáng)高度角與載荷刈幅覆蓋區(qū)計(jì)算；HY-2衛(wèi)星Tbus報(bào)和兩行報(bào)計(jì)算；全球太陽(yáng)星下點(diǎn)經(jīng)緯度計(jì)算；三站接收大圓計(jì)算；三站接力時(shí)間計(jì)算；其他站點(diǎn)軌道預(yù)報(bào)。

2）衛(wèi)星工作計(jì)劃制定任務(wù)。模擬顯示衛(wèi)星運(yùn)行軌跡晨昏線、載荷刈幅覆蓋區(qū)、經(jīng)緯度、接收大圓、太陽(yáng)高度角；自動(dòng)或半自動(dòng)生成3～7 d的數(shù)傳開關(guān)機(jī)計(jì)劃；載荷應(yīng)急管理；激光通信設(shè)備開關(guān)機(jī)管理。

3）業(yè)務(wù)計(jì)劃與調(diào)度任務(wù)。根據(jù)HY-2衛(wèi)星工作計(jì)劃和衛(wèi)星接收優(yōu)先級(jí)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)接力接收（天線資源控制）等因素自動(dòng)生成地面站接收計(jì)劃；根據(jù)衛(wèi)星工作計(jì)劃、接收計(jì)劃和運(yùn)行調(diào)度規(guī)則，生成地面應(yīng)用系統(tǒng)多星業(yè)務(wù)運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃；實(shí)現(xiàn)HY-2衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)處理、精密定軌、處理、存檔業(yè)務(wù)的自動(dòng)調(diào)度與跟蹤；兼容實(shí)現(xiàn)其他衛(wèi)星業(yè)務(wù)的自動(dòng)調(diào)度與跟蹤；實(shí)現(xiàn)HY-2衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)定制化業(yè)務(wù)調(diào)度與跟蹤；實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的命令調(diào)度與跟蹤；為其他分系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程調(diào)度代理功能；業(yè)務(wù)運(yùn)行人工管理功能。

4）數(shù)據(jù)管理和信息分發(fā)任務(wù)。實(shí)現(xiàn)與其他分系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)傳輸；建立業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)檢索、顯示與統(tǒng)計(jì)功能；建立系統(tǒng)配置參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供各種配置參數(shù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出與編輯功能；監(jiān)視系統(tǒng)資源使用情況，異常時(shí)報(bào)警；定期清理磁盤和數(shù)據(jù)庫(kù)的過期數(shù)據(jù)；半自動(dòng)生成每日業(yè)務(wù)運(yùn)行報(bào)表并入庫(kù)與打印輸出；定期（日、周、月、季、年）自動(dòng)生成業(yè)務(wù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表并入庫(kù)與打印輸出；向接收、預(yù)處理與通信軟件等分發(fā)軌道根數(shù)報(bào)與時(shí)間表；以Web方式提供業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)、配置、業(yè)務(wù)管理等信息服務(wù)；以手機(jī)短信方式分發(fā)關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息。

5）系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和報(bào)警任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖形化分層監(jiān)視和報(bào)警；系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的圖形化分層監(jiān)視和報(bào)警；地面站接收系統(tǒng)的快視圖監(jiān)視；各級(jí)遙感產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品圖像監(jiān)視；以二維和三維方式模擬顯示衛(wèi)星運(yùn)行軌跡、載荷刈幅覆蓋區(qū)，動(dòng)態(tài)模擬演示衛(wèi)星飛行過程。

6）處理流程和接口仿真任務(wù)。地面站、通信、預(yù)處理、處理、存檔接口功能仿真；遙感數(shù)據(jù)處理流程仿真；聯(lián)調(diào)測(cè)試用例生成。

7）軟件使用要求。作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，應(yīng)提供統(tǒng)一的界面設(shè)計(jì)風(fēng)格，提供唯一的系統(tǒng)管理和操作入口。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)任務(wù)要求和特點(diǎn)，OCS采用混合風(fēng)格的體系結(jié)構(gòu)，即三層C/S體系架構(gòu)（Piping&Filter）[1]和B/S體系架構(gòu)。

三層體系架構(gòu)的基本特點(diǎn)是將用戶界面處理、業(yè)務(wù)應(yīng)用處理、數(shù)據(jù)處理三類模塊相互獨(dú)立起來，分別由不同的資源代碼實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用請(qǐng)求/服務(wù)機(jī)制為Client向業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送業(yè)務(wù)應(yīng)用請(qǐng)求，并由業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)具體情況向數(shù)據(jù)處理服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求并將返回的數(shù)據(jù)處理結(jié)果按業(yè)務(wù)應(yīng)用請(qǐng)求的要求發(fā)給Client端。這種框架的好處是：實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)安全的完全自治，各類模塊相互獨(dú)立，功能單一，可擴(kuò)展性好，便于系統(tǒng)管理，易于實(shí)現(xiàn)Internet/Intranet應(yīng)用。

在OCS中將C/S和B/S這兩種軟件體系架構(gòu)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，有效地發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)。C/S方式有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)操作能力、事務(wù)處理能力和豐富客戶端表現(xiàn)能力；B/S方式客戶端實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，是典型的“瘦型客戶端”，并且有成熟的B/S數(shù)據(jù)管理中間件。OCS體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路是：首先將OCS從整體上分為兩部分，即客戶軟件和服務(wù)器軟件；服務(wù)器軟件根據(jù)功能的不同劃分為業(yè)務(wù)層服務(wù)器軟件和數(shù)據(jù)層服務(wù)器軟件，服務(wù)器軟件的各部件之間通過管道/過濾器方式（在UNIX上用消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)）實(shí)時(shí)交換信息；客戶軟件則根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同分為實(shí)時(shí)客戶軟件和數(shù)據(jù)管理客戶軟件，實(shí)時(shí)客戶軟件采用C/S方式實(shí)時(shí)監(jiān)視顯示各類狀態(tài)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)管理客戶軟件則采用B/S方式檢索現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。OCS體系架構(gòu)示意見圖1。

3.2 系統(tǒng)組成

運(yùn)控子系統(tǒng)是HY-2衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行控制中心，它負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)劃安排、業(yè)務(wù)運(yùn)行控制、任務(wù)調(diào)度管理、衛(wèi)星有效載荷的業(yè)務(wù)運(yùn)行管理，它提供整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)集中統(tǒng)一的人機(jī)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)設(shè)備及其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與管理。

運(yùn)控子系統(tǒng)由軌道預(yù)報(bào)模塊、衛(wèi)星工作計(jì)劃制定及飛行模擬演示模塊、業(yè)務(wù)計(jì)劃和調(diào)度模塊、運(yùn)行數(shù)據(jù)管理和信息分發(fā)模塊、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)處理流程和系統(tǒng)接口仿真模塊、重處理調(diào)度模塊七個(gè)模塊組成。運(yùn)控子系統(tǒng)功能組成圖如圖2所示。

圖1 OCS體系架構(gòu)圖Fig.1 OCS high level design architecture

圖2 OCS組成框圖Fig.2 OCS functionalentities

3.3 業(yè)務(wù)流程

運(yùn)控子系統(tǒng)的流程包括作業(yè)調(diào)度流程與系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視流程具體見圖3。作業(yè)調(diào)度流程是描述天地系統(tǒng)衛(wèi)星工作計(jì)劃制定、接收計(jì)劃安排、調(diào)度計(jì)劃生成、任務(wù)組織調(diào)度、生成業(yè)務(wù)報(bào)表的過程。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視流程主要對(duì)天地系統(tǒng)各種關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，這些狀態(tài)包括星上關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)、地面站關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)、通信子系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)處理中心關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)等，這些狀態(tài)通過sockft消息、運(yùn)控調(diào)度代理、網(wǎng)管軟件等來收集。

圖3 OCS業(yè)務(wù)流程Fig.3 OCS operationalflow diagram

運(yùn)控通信分系統(tǒng)工作流程如下：接收西安衛(wèi)星測(cè)控中心的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理；接收西安衛(wèi)星測(cè)控中心的軌道根數(shù)，處理成標(biāo)準(zhǔn)軌道報(bào)；利用軌道報(bào)進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)，生成制定衛(wèi)星工作計(jì)劃；根據(jù)衛(wèi)星工作計(jì)劃生成遙控指令，發(fā)送西安衛(wèi)星測(cè)控中心，并上行注入衛(wèi)星；根據(jù)衛(wèi)星工作計(jì)劃，地面站接收條件約束生成三站接收時(shí)間表；根據(jù)三站接收時(shí)間表生成運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃；根據(jù)運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃和時(shí)間約束條件向分系統(tǒng)發(fā)出調(diào)度指令，并接收各分系統(tǒng)上報(bào)的調(diào)度處理狀態(tài)消息；對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)流程和關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)消息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視；傳輸原始數(shù)據(jù)和單站L0級(jí)數(shù)據(jù)到中心盤陣；向西安衛(wèi)星測(cè)控中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國(guó)航天科技集團(tuán)五院等轉(zhuǎn)發(fā)原始遙測(cè)數(shù)據(jù)；每天業(yè)務(wù)運(yùn)行完成后，對(duì)業(yè)務(wù)信息進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，生成業(yè)務(wù)運(yùn)行日?qǐng)?bào)表；通過Web進(jìn)行業(yè)務(wù)信息發(fā)布。

3.4 接口設(shè)計(jì)

OCS是海洋衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的“運(yùn)行與調(diào)度中心”，因此，OCS與地面應(yīng)用系統(tǒng)中的其他各分系統(tǒng)之間均有軟、硬件接口。這些將由OCS使用和/或管理的系統(tǒng)接口包括：OCS與GS（地面接收站）接口、OCS與DPP（預(yù)處理子系統(tǒng)）接口、OCS與DCS（通信子系統(tǒng)）接口、OCS與TCS（測(cè)控子系統(tǒng)）接口、OCS與PODS（精密定軌分系統(tǒng)）接口、OCS與DPS（處理分系統(tǒng)）接口、OCS與PADS（存檔與分發(fā)分系統(tǒng)）接口、OCS與CVS（定標(biāo)子系統(tǒng)）接口、OCS的人機(jī)交互接口。

其中OCS與GS、DPP、DCS、TCS、PODS、DPS、PADS、CVS等分/子系統(tǒng)之間的接口，以及OCS內(nèi)部客戶端與服務(wù)器之間的接口都是以千兆/百兆網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體；OCS與TCS之間通過數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；OCS與三個(gè)地面站則通過電信光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。所有這些接口的目的，都是為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)地面應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)和業(yè)務(wù)運(yùn)行流程控制的可視化和自動(dòng)化，提升應(yīng)用系統(tǒng)的互操作性和可操作性，以便有關(guān)的分析和控制人員能夠?qū)φ麄€(gè)地面應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行進(jìn)行及時(shí)、高效的集中監(jiān)控和管理。OCS外部接口關(guān)系見圖4。

采用標(biāo)準(zhǔn)化接口表工具對(duì)軟件接口的定義進(jìn)行說明。其中，接口信息格式的一般約定是：大多數(shù)信息都應(yīng)包含一個(gè)信息說明頭。其格式如表1所示。

圖4 OCS外部接口關(guān)系圖Fig.4 OCS context diagram

OCS的軟件接口需求分析和設(shè)計(jì)將采用接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，以表格化、層次化、漸進(jìn)式地進(jìn)行軟件接口的需求說明、概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化和計(jì)算機(jī)輔助標(biāo)準(zhǔn)化軟件接口的設(shè)計(jì)與控制。即，各類接口的屬性說明將以表格的形式或XML的方式，按照接口注釋與定義（對(duì)應(yīng)需求說明）、接口設(shè)備特性說明（對(duì)應(yīng)概要設(shè)計(jì)）和接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明（對(duì)應(yīng)詳細(xì)設(shè)計(jì)）幾個(gè)層次，隨著軟件由粗到精的開發(fā)進(jìn)程，逐步、逐層地加以說明，直至提供完整的接口定義源程序文件，以便有關(guān)的源程序引用。

表1 信息頭結(jié)構(gòu)Table 1 Structure of message head

接口標(biāo)識(shí)符是用來標(biāo)識(shí)不同接口的，每個(gè)接口標(biāo)識(shí)符都對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的接口，接口標(biāo)識(shí)符的命名規(guī)則如下。

1)若首字符用大寫字母Z，代表軟件公用子程序接口—公用函數(shù)(Public function)。其后各字符（大小寫字母、數(shù)字不限）用于公用函數(shù)實(shí)例本身的命名。詳細(xì)命名規(guī)則見接口表填寫指南。

2)若首字符用大寫字母I，代表軟件設(shè)備/數(shù)據(jù)接口(interface)。其后的兩個(gè)字符也用大寫字母代表接口類型，并約定如下。CN(CoNstant)：常數(shù)類；DB（data base）：數(shù)據(jù)庫(kù)表類；EP（execute parameter）：執(zhí)行參數(shù)類；FL(FiLe)：文件類；JD（job description）：應(yīng)用系統(tǒng)作業(yè)描述類；MS(MeSsage)：消息類；OC(operator command)：操作員接口類；PD(process description)：進(jìn)程描述類；SG(SiGnal)：信號(hào)類；SK(SocKet)：Socket通信類；SM(share memory section)：共享內(nèi)存段類；SP(SemPhore)：信號(hào)量類；DP(Dis-Play)：屏幕顯示類；HD(HDLC)：簡(jiǎn)化的HDLC通信類。

第四個(gè)及以后的各字符（大小寫字母、數(shù)字不限）用于各類接口實(shí)例本身的命名。

3.5 技術(shù)指標(biāo)

運(yùn)控通信分系統(tǒng)主要從系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)時(shí)效性、系統(tǒng)易用性、系統(tǒng)安全性等幾個(gè)方面提出技術(shù)指標(biāo)，具體包括如下。衛(wèi)星工作計(jì)劃制訂有效率優(yōu)于99.9%；業(yè)務(wù)運(yùn)行控制的成功率優(yōu)于99.7%；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一精度優(yōu)于100 ms；衛(wèi)星位置預(yù)報(bào)精度，外推三天優(yōu)于1 km；系統(tǒng)在運(yùn)行期間，針對(duì)任何一個(gè)重要操作，都必須具有判斷錯(cuò)誤的能力，必要時(shí)可以進(jìn)行恢復(fù)性操作，否則要發(fā)出報(bào)警消息，以便于人工干預(yù)；系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)程序異常則執(zhí)行相應(yīng)的重置操作，臨時(shí)中斷時(shí)間不應(yīng)超過30 s。系統(tǒng)不間斷的實(shí)時(shí)任務(wù)周期為24 h。因此，無(wú)論是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)還是軟件系統(tǒng)都必須具有較高的可靠性和故障后快速（不超過20 min）恢復(fù)的能力。一軌數(shù)據(jù)處理流程實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)任務(wù)調(diào)度的完成時(shí)間180 min（從數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行谋P陣算起）；3 h內(nèi)完成準(zhǔn)實(shí)時(shí)產(chǎn)品的處理。

3.6 業(yè)務(wù)運(yùn)行調(diào)度策略

調(diào)度策略對(duì)一個(gè)運(yùn)行控制系統(tǒng)來說是至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊憳I(yè)務(wù)流程安排和故障處理。HY-2地面應(yīng)用系統(tǒng)OCS調(diào)度任務(wù)包括：實(shí)時(shí)調(diào)度任務(wù)、定時(shí)調(diào)度任務(wù)、數(shù)據(jù)重重處理調(diào)度任務(wù)。由于OCS調(diào)度對(duì)象不是單一，而且具有層次性，本文參照鄒勇[2]的層次模型提出分層調(diào)度模型，主調(diào)度負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)大流程進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度代理負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)品生成內(nèi)部流程進(jìn)行調(diào)度，這樣分層架構(gòu)將有利于降低調(diào)度復(fù)雜性。二級(jí)調(diào)度框架見圖5。

圖5 二級(jí)調(diào)度框架Fig.5 Two-level scheduling framework

1)實(shí)時(shí)調(diào)度任務(wù)。OCS作為地面應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行控制中心，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程組織，協(xié)調(diào)各種資源完成數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理、處理、存檔等業(yè)務(wù)。自動(dòng)調(diào)度采用時(shí)間表驅(qū)動(dòng)和狀態(tài)消息驅(qū)動(dòng)兩種方式來實(shí)現(xiàn)。

OCS提前一天根據(jù)軌道預(yù)報(bào)結(jié)果生成接收時(shí)間表，將時(shí)間表分發(fā)給接收子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)，安排各地面站接收計(jì)劃和數(shù)據(jù)傳輸計(jì)劃；同時(shí)根據(jù)作業(yè)流程配置參數(shù)生成調(diào)度時(shí)間表，調(diào)度時(shí)間表中約束了各類產(chǎn)品生成步驟及前后約束關(guān)系。

OCS實(shí)時(shí)調(diào)度根據(jù)調(diào)度時(shí)間表啟動(dòng)流程跟蹤進(jìn)程。流程跟蹤進(jìn)程依靠各系統(tǒng)上報(bào)的狀態(tài)消息驅(qū)動(dòng)，根據(jù)產(chǎn)品約束關(guān)系調(diào)度各分系統(tǒng)進(jìn)程。最后當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，需要人工對(duì)作業(yè)流進(jìn)行干預(yù)，可以從客戶端主控臺(tái)發(fā)出手工調(diào)度令對(duì)作業(yè)流進(jìn)行干預(yù)。

運(yùn)控分系統(tǒng)以實(shí)時(shí)調(diào)度進(jìn)程、實(shí)時(shí)作業(yè)流程跟蹤進(jìn)程和各分系統(tǒng)調(diào)度代理的多級(jí)調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)對(duì)地面應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)度。實(shí)時(shí)作業(yè)調(diào)度進(jìn)程以帶參數(shù)的形式啟動(dòng)作業(yè)流程跟蹤進(jìn)程，作業(yè)流程跟蹤以帶參數(shù)的調(diào)度命令方式通知調(diào)度代理或直接以socket命令方式通知分系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)相應(yīng)程序?qū)Ω鞣窒到y(tǒng)進(jìn)行調(diào)度；運(yùn)控分系統(tǒng)調(diào)度代理收集各分系統(tǒng)上報(bào)作業(yè)運(yùn)行狀態(tài)消息和產(chǎn)品生成狀態(tài)消息；OCS根據(jù)各分系統(tǒng)上報(bào)狀態(tài)消息做出調(diào)度決策。

運(yùn)控分系統(tǒng)對(duì)各分系統(tǒng)調(diào)度的單位是程序調(diào)度的依據(jù)，是事先生成的計(jì)劃和各系統(tǒng)上報(bào)的產(chǎn)品生成狀態(tài)消息，在各分系統(tǒng)上每個(gè)調(diào)度程序都對(duì)應(yīng)一個(gè)可執(zhí)行程序。程序的執(zhí)行結(jié)果是產(chǎn)品，產(chǎn)品的處理是一個(gè)順序流的過程，一級(jí)產(chǎn)品處理的啟動(dòng)依賴于上一級(jí)產(chǎn)品的處理結(jié)果，而該級(jí)產(chǎn)品的處理結(jié)果又影響到下一級(jí)產(chǎn)品的處理。因此，當(dāng)某級(jí)產(chǎn)品處理出現(xiàn)故障時(shí)，作業(yè)流程跟蹤調(diào)度進(jìn)程將自動(dòng)終止受其約束的下一級(jí)（或幾級(jí)）產(chǎn)品的處理，由人工確定故障對(duì)策。

2）定時(shí)調(diào)度任務(wù)。HY-2定時(shí)調(diào)度任務(wù)主要包括天、周、月、季、年的定時(shí)調(diào)度任務(wù)。這些任務(wù)也將根據(jù)作業(yè)的配置參數(shù)定時(shí)提前一天生成調(diào)度計(jì)劃。每天根據(jù)時(shí)間約束定時(shí)啟動(dòng)調(diào)度計(jì)劃，對(duì)定時(shí)作業(yè)進(jìn)行流程跟蹤。為了不影響實(shí)時(shí)調(diào)度作業(yè)，定時(shí)調(diào)度器獨(dú)立于實(shí)時(shí)作業(yè)調(diào)度器。

3）超時(shí)策略。當(dāng)某作業(yè)步在其預(yù)定的超時(shí)范圍內(nèi)由于沒有接到分系統(tǒng)上報(bào)狀態(tài)消息而沒有完成其下的所有產(chǎn)品的生成，則認(rèn)為此作業(yè)步執(zhí)行失敗，并檢查不依賴于此作業(yè)步所生成的產(chǎn)品生成情況，確定整個(gè)作業(yè)進(jìn)入超時(shí)錯(cuò)誤處理或繼續(xù)等待其他產(chǎn)品生成再進(jìn)入流程的錯(cuò)誤處理。錯(cuò)誤處理包括檢查產(chǎn)品的存檔情況和保證對(duì)所有生成的產(chǎn)品進(jìn)行存檔。

4）作業(yè)回放策略在實(shí)時(shí)作業(yè)的執(zhí)行過程中接收、傳輸、預(yù)處理、處理、存檔分系統(tǒng)都存在失敗的可能，操作員在排除故障后要對(duì)作業(yè)進(jìn)行回放處理?；胤诺倪^程要指明起始作業(yè)步和終止作業(yè)步。如果接收作業(yè)步過時(shí)則無(wú)效。原則上起始作業(yè)步不能是接收作業(yè)步。

4 運(yùn)行控制軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 軟件功能分配

OCS軟件按照分布式架構(gòu)可分為OCS_S和OCS_C兩個(gè)軟件配置分項(xiàng)，每一個(gè)配置分項(xiàng)又可按功能內(nèi)聚的原則被分解為若干個(gè)程序級(jí)部件。OCS服務(wù)器軟件OCS_S的程序級(jí)CSC功能分配如圖6所示。

圖6 OCS功能分配圖Fig.6 Functional entities of software

1)項(xiàng)目（project）。OCS：實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)行控制應(yīng)用軟件。

2)軟件配置項(xiàng)（CSCI）。OCS_S：服務(wù)器軟件分布式配置分項(xiàng)。OCS_C：客戶機(jī)軟件分布式配置分項(xiàng)。

3）程序（一級(jí)CSC）。OFP：軌道預(yù)報(bào)處理程序；OPS：地面應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃、調(diào)度程序；MCS：業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控信息采集和服務(wù)程序；DCS：數(shù)據(jù)通信程序；DMS：數(shù)據(jù)管理程序；RCM：服務(wù)器運(yùn)行配置管理程序；Client：CS客戶端程序；Web：Web管理系統(tǒng)程序。

4.2 軟件部署

由于OCS是整個(gè)地面系統(tǒng)神經(jīng)中樞，運(yùn)行環(huán)境要求高且可靠，因此OCS的服務(wù)器端程序部署一對(duì)雙機(jī)熱備的服務(wù)器上，任意一臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)，另外一臺(tái)服務(wù)器能夠自動(dòng)接管?？蛻舳瞬渴鹪诒O(jiān)控工作站上。程序部署具體情況見圖7。

1)硬件配置項(xiàng)（HWCI）。OCH_S_0A：OCS服務(wù)器A機(jī)；OCH_S_0B：OCS服務(wù)器B機(jī)；OCH_C_01（HMTerminal_MsgCtl）：OCS主控臺(tái)；OCH_C_02（HMTerminal_MsgMon）：OCS狀態(tài)監(jiān)視終端；OCH_C_03（HMTerminal_FstView）：OCS快視圖終端；OCH_C_04（HMTerminal_MsgCfg）：OCS參數(shù)配置終端。

2)計(jì)算機(jī)軟件配置項(xiàng)（CSCI）。OCS_S：OCS服務(wù)器軟件配置分項(xiàng)；OCS_C：OCS客戶機(jī)軟件配置分項(xiàng)。

圖7 OCS軟件部署圖Fig.7 Software deployment of OCS

3)程序（一級(jí)CSC）。OFP：軌道預(yù)報(bào)處理程序；PMS：業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃、調(diào)度程序；MCS：業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控信息采集和服務(wù)程序；DCS：數(shù)據(jù)通信程序；DMS：數(shù)據(jù)管理程序；RCM：服務(wù)器運(yùn)行配置管理程序。

4）公用操作包：ZZ：OCS服務(wù)器端公共服務(wù)操作包。

4.3 業(yè)務(wù)運(yùn)行模式

OCS的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)行采用自動(dòng)模式。其自動(dòng)調(diào)度策略是：預(yù)先的業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃制定；分布式的計(jì)劃運(yùn)行調(diào)度；集中式的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

其中，對(duì)整個(gè)HY-2衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)控采用下述原則：OCS對(duì)地面接收站和其他分系統(tǒng)既發(fā)送計(jì)劃，又進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控；在執(zhí)行數(shù)據(jù)接收/存貯任務(wù)前，由運(yùn)行控制分系統(tǒng)將業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃和軌道跟蹤文件發(fā)給數(shù)據(jù)接收站，作為執(zhí)行衛(wèi)星跟蹤、數(shù)據(jù)接收/傳輸任務(wù)的依據(jù)；在執(zhí)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收/存貯任務(wù)期間，數(shù)據(jù)接收站和各分系統(tǒng)隨時(shí)接收OCS的調(diào)度命令，按照命令的要求執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信鏈路將執(zhí)行情況上報(bào)OCS；OCS實(shí)時(shí)監(jiān)視數(shù)據(jù)接收站和其他分系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和業(yè)務(wù)運(yùn)行情況，并按照業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃，根據(jù)具體情況發(fā)布自動(dòng)或手動(dòng)的調(diào)度命令，控制各分系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行。

OCS業(yè)務(wù)運(yùn)行人機(jī)交互采用基于C/S＋B/S架構(gòu)的分布式處理、集中式監(jiān)控模式。即所有用戶請(qǐng)求都在安裝了集中監(jiān)控客戶端軟件的計(jì)算機(jī)終端上發(fā)出，按照預(yù)先制定的策略和計(jì)劃分派到可提供相應(yīng)服務(wù)的服務(wù)器（主機(jī)）上，在服務(wù)器與客戶機(jī)之間建立相應(yīng)的邏輯鏈路，由這些服務(wù)器根據(jù)服務(wù)請(qǐng)求執(zhí)行相應(yīng)的程序，并將處理結(jié)果通過邏輯鏈路返回給發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求的客戶機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)方案已經(jīng)在HY-2衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、部署、運(yùn)行，負(fù)責(zé)地面系統(tǒng)作業(yè)任務(wù)運(yùn)行調(diào)度和狀態(tài)監(jiān)控，是整個(gè)地面系統(tǒng)神經(jīng)中樞。OCS系統(tǒng)采用分層調(diào)度模型能很好適應(yīng)調(diào)度對(duì)象復(fù)雜、層次多的調(diào)度任務(wù)。

[1]李小龍，毛文林.管道-過濾器模式的軟件體系結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003，39(35)：114-115.

[2]鄒 勇，李明樹，王 青.開放式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度理論與方法分系統(tǒng)[J].軟件學(xué)報(bào)，2003，14(1)：83-90.

Design scheme and implementation for HY-2 ground segment mission control

Lan Youguo1，Lin Mingsen2，Xie Chunhua2

(1.Ocean University of China，Qingdao，Shandong 266100，China；2.National Satellite Ocean Application Service，Beijing 100081，China)

Design scheme and implementation for HY-2 ground segment is introduced in this paper.Mission control subsystem is responsible for task scheduling，and system monitor，is nerve center of ground segment.Mixture of C/S and B/S architecture is used for operational and control system(OCS)by its characteristic.Mission control subsystem of HY-2 has three types of scheduling task：real time scheduling task，fixed time scheduling task，data reprocessing scheduling task.In order to reduce scheduling complexity，layered scheduling model is used because of complexity of data processing procedure.Automatic operation pattern is used，making plans in advance，distributed task scheduling，centralized operational system status monitor.

HY-2 ground segmentapplication system；architecture；layered scheduling system；operational model

V4

A

1009-1742（2014）06-0013-08

2014-04-10

海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201105032）

蘭友國(guó)，1974年出生，男，福建永泰縣人，碩士，主要從事衛(wèi)星地面系統(tǒng)建設(shè)工作；E-mail：lyg@mail.nsoas.gov.cn