孔慶玲，韓 續(xù)，張 瑩，張 玲，李 苒，林興隆

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

基于插件的星地資源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孔慶玲，韓 續(xù)，張 瑩，張 玲，李 苒，林興隆

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

通過總結(jié)當(dāng)前星地資源管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,針對當(dāng)前星地資源管理系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)中存在的研制周期短、擴(kuò)展性要求強(qiáng)等問題,并結(jié)合其發(fā)展方向,基于插件技術(shù)建立星地資源管理系統(tǒng),將系統(tǒng)開發(fā)分為系統(tǒng)框架開發(fā)、星地資源數(shù)據(jù)庫建立和功能插件開發(fā)3部分。提出星地資源管理系統(tǒng)開發(fā)的思路是在新技術(shù)支持下,對星地資源管理系統(tǒng)開發(fā)方式的探索與嘗試,是對傳統(tǒng)開發(fā)方式的改進(jìn)。

插件；軟件框架；星地資源；衛(wèi)星任務(wù)管控；維護(hù)模型

AbstractThis paper summarizes the current status and trends of the development of satellite-station resource management system,and points out the current problems existing in the design and development.Based on the plug-in technology,the paper proposes a development method for the satellite-station resource management system,which is divided into three parts,i.e.,the framework,the satellite and ground resources database,and the functional plug-in.The proposed method is a new way of development supported by new technologies,and also an improvement for the traditional development mode.

Keywordsplug-in;software framework;satellite-station resource;satellite mission management and control;maintenance model

0 引言

隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，越來越多不同種類(光學(xué)、SAR、多光譜和高光譜)、不同分辨率(亞米級、米級和10米級)和不同用途(氣象、國土、環(huán)保和減災(zāi)等)的衛(wèi)星發(fā)射升空，對我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著越來越大的作用。為適應(yīng)衛(wèi)星應(yīng)用的不斷發(fā)展，衛(wèi)星任務(wù)管控系統(tǒng)的建設(shè)和研制需要不斷地進(jìn)行升級改造。

作為衛(wèi)星任務(wù)管控的基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，星地資源管理系統(tǒng)為衛(wèi)星任務(wù)管控運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持,在不斷地改造和擴(kuò)建過程中，面臨著研制周期短、擴(kuò)展性要求強(qiáng)等問題。

本文研究利用.Net Framework4.0和iOpenworks提供的多種方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于插件技術(shù)的系統(tǒng)框架,在無需重編譯系統(tǒng)的情況下,實(shí)現(xiàn)對插件的動(dòng)態(tài)加載、移除等管理工作[1],為系統(tǒng)的更新、功能的擴(kuò)展提供了一種有效的機(jī)制[2]。在星地資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面,研究從已有的星地資源管理系統(tǒng)中提取通用的星地資源元數(shù)據(jù),基于通用的元數(shù)據(jù)建立星地資源數(shù)據(jù)庫。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 軟件框架

軟件框架一般由基礎(chǔ)平臺(tái)、框架主體、構(gòu)件庫、擴(kuò)展接口和文檔5部分組成[3]。

目前普遍認(rèn)為軟件框架開發(fā)包括面向框架的開發(fā)和基于框架的開發(fā)2個(gè)階段[4]，前者實(shí)質(zhì)是框架本身的研制階段，后者則是框架的應(yīng)用過程，軟件框架就是在這2個(gè)階段的交替中不斷豐富、完善。

軟件框架開發(fā)分為正向開發(fā)和逆向開發(fā)2種。前者是在沒有或應(yīng)用較少的前提下，通過領(lǐng)域分析和設(shè)計(jì)逐步建立起來的[5]；而后者更普遍一些，是在存在大量遺產(chǎn)系統(tǒng)或仍在使用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行框架提取而建立的具有領(lǐng)域通用性的軟件框架[6]。星地資源管理系統(tǒng)的工作屬于后者。

1.2 插件技術(shù)

為了提高星地資源管理系統(tǒng)軟件復(fù)用性、模塊化、封裝性和可擴(kuò)展性，使軟件不同功能模塊之間能夠無縫集成，同時(shí)降低軟件開發(fā)成本，采用插件平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行軟件開發(fā)。

1.2.1 插件技術(shù)特點(diǎn)

插件技術(shù)特點(diǎn)如下：

① 易修改，可維護(hù)性強(qiáng)，插件與宿主程序通過接口通信，可以方便地加載與卸載[7]；

② 結(jié)構(gòu)清晰，易于理解，各個(gè)模塊相互獨(dú)立，插件之間也相互獨(dú)立；

③ 結(jié)構(gòu)容易調(diào)整，可以隨時(shí)增加或刪除插件；

④ 可移植性強(qiáng)，重用粒度大，可以在軟件開發(fā)過程中修改應(yīng)用程序；

⑤ 插件之間的耦合度低，插件是通過與宿主程序通信來實(shí)現(xiàn)插件與插件，插件與宿主程序之間的通信[8]；

⑥ 開發(fā)門檻低，用戶可以按照規(guī)范自己開發(fā)滿足需求的插件，也可以委派第三方軟件供應(yīng)商開發(fā)。

1.2.2 插件技術(shù)原理

插件能夠動(dòng)態(tài)地插入到系統(tǒng)中，多個(gè)插件集成在一起完成復(fù)雜業(yè)務(wù)功能的處理，是插件系統(tǒng)中的重要組成部分[9]。插件需要給可執(zhí)行程序提供調(diào)用接口，當(dāng)執(zhí)行程序需要調(diào)用插件的時(shí)候能夠找到這個(gè)接口，完成與可執(zhí)行程序的通信與交互，并且使得可執(zhí)行程序能夠得到插件的相關(guān)信息[10]。

插件系統(tǒng)的接口是使得可執(zhí)行程序和插件能夠相互結(jié)合工作的重要組成部分[11]，通過接口來建立一套相互協(xié)作的規(guī)則和協(xié)議，使程序協(xié)調(diào)工作[12]。插件接口是一個(gè)邏輯接口[13]，在可執(zhí)行程序中完成一部分，插件中完成另外一部分，通過插件接口來實(shí)現(xiàn)插件的加載、調(diào)用、卸載，以及可執(zhí)行程序與插件、插件與插件之間的交互[14]。

2 需求分析

2.1 能力分析

星地資源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、地面站和測控等資源信息統(tǒng)一存儲(chǔ)管理，為指揮調(diào)度、任務(wù)規(guī)劃、計(jì)劃制定、狀態(tài)監(jiān)視和載荷控制等業(yè)務(wù)運(yùn)行提供星地資源數(shù)據(jù)。

星地資源管理系統(tǒng)功能組成如圖1所示，其中星地資源數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)星地資源數(shù)據(jù)定義，星地資源維護(hù)根據(jù)星地資源定義實(shí)現(xiàn)星地資源數(shù)據(jù)的增、刪、改等維護(hù)操作，星地資源數(shù)據(jù)訪問服務(wù)實(shí)現(xiàn)星地資源數(shù)據(jù)查詢、檢索，可由其他系統(tǒng)根據(jù)需要定制實(shí)現(xiàn)，本文重點(diǎn)討論星地資源數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和星地資源維護(hù)。

圖1 星地資源管理系統(tǒng)功能組成

2.2 現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題

現(xiàn)有星地資源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)定義因項(xiàng)目而異，沒有進(jìn)行規(guī)范化管理，軟件界面設(shè)計(jì)以及編碼實(shí)現(xiàn)又與數(shù)據(jù)庫模型綁定，數(shù)據(jù)庫模型發(fā)生變化，需要進(jìn)行相應(yīng)的編碼修改才能適應(yīng)，導(dǎo)致每個(gè)項(xiàng)目都需要開發(fā)星地資源管理相關(guān)軟件，但是每套星地資源管理軟件的產(chǎn)品化程度都不高，持續(xù)發(fā)展空間很小，可靠性、可擴(kuò)展性差，對于星地資源數(shù)據(jù)的訪問也很難規(guī)范化。

為了提高項(xiàng)目的開發(fā)效率以及軟件的可靠性[15]，需要遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，能根據(jù)星地資源的具體信息特質(zhì)、外在數(shù)據(jù)特征、資源使用約束及可視化要求，基于通用的資源管理框架，個(gè)性化擴(kuò)展定制和管理維護(hù)各種類資源信息，為業(yè)務(wù)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)組成

星地資源管理系統(tǒng)包括星地資源數(shù)據(jù)庫、星地資源維護(hù)模型、星地資源管理框架和星地資源屬性編輯插件。

3.1.1 星地資源數(shù)據(jù)庫

星地資源數(shù)據(jù)庫為星地資源管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，采用元數(shù)據(jù)建立星地資源數(shù)據(jù)庫，以獲得標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)記錄，為各功能插件提供統(tǒng)一的底層數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)共享提供規(guī)范的數(shù)據(jù)記錄。

3.1.2 星地資源維護(hù)模型

根據(jù)星地資源數(shù)據(jù)維護(hù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)維護(hù)模型，包括資源類型劃分和資源屬性劃分，星地資源管理框架根據(jù)星地資源維護(hù)模型動(dòng)態(tài)構(gòu)造星地資源樹。

3.1.3 星地資源管理框架

星地資源管理系統(tǒng)采用插件技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)框架，定義插件與框架之間的接口，在劃分系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，將各部分功能以插件的形式實(shí)現(xiàn)，插件與框架之間通過定義的接口通信。通過星地資源維護(hù)模型實(shí)現(xiàn)對插件的動(dòng)態(tài)加載、更新和刪除等管理工作。

3.1.4 星地資源屬性編輯插件

為每類資源的每個(gè)屬性提供獨(dú)立的維護(hù)界面，以獨(dú)立的插件形式實(shí)現(xiàn)，集成到星地資源管理框架，實(shí)現(xiàn)星地資源屬性顯示和編輯。

3.2 星地資源數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

對星地資源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成星地資源數(shù)據(jù)庫模型，包括衛(wèi)星資源、地面站資源、測控資源模型等，其中衛(wèi)星資源模型如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星資源模型示例

3.3 星地資源維護(hù)模型設(shè)計(jì)

不同類型的星地資源之間耦合關(guān)系較弱，每類資源數(shù)據(jù)是分層次的，星地資源數(shù)據(jù)的操作一般包括增加、刪除、修改和查詢，據(jù)此可以設(shè)計(jì)星地資源維護(hù)模型，用于配置當(dāng)前維護(hù)的資源類型和每類資源的屬性。

星地資源維護(hù)模型示例如圖3所示，模型第1層定義了星地資源的類型及這類資源對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫主表信息；第2層定義了某類資源的屬性及實(shí)現(xiàn)該屬性信息的插件名稱。

圖3 星地資源管理維護(hù)模型示例

3.4 星地資源管理框架設(shè)計(jì)

星地資源管理框架界面示例如圖4所示。

圖4 星地資源管理框架界面示例

左側(cè)是星地資源樹，框架讀取星地資源維護(hù)模型的第1層信息，獲取該類資源對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫主表以及主鍵信息，啟動(dòng)時(shí)根據(jù)配置動(dòng)態(tài)讀取星地資源信息構(gòu)造星地資源樹。通過增加和刪除操作進(jìn)行維護(hù)，為實(shí)現(xiàn)通用的資源增加操作，要求每類資源對應(yīng)的主表除主鍵外，其他非空屬性都應(yīng)有默認(rèn)值。為實(shí)現(xiàn)通用的資源刪除操作，要求每類資源的子表都有級聯(lián)刪除屬性。選擇某類資源的某一條資源信息，屬性樹顯示該類資源屬性信息，對應(yīng)星地資源維護(hù)模型的第2層，最右側(cè)的面板缺省顯示第1個(gè)屬性的詳細(xì)信息，同時(shí)可以對屬性信息進(jìn)行編輯，每個(gè)屬性信息對應(yīng)一個(gè)插件實(shí)現(xiàn)。

3.5 資源屬性編輯插件開發(fā)

資源屬性編輯插件為每類資源的每個(gè)屬性提供獨(dú)立的維護(hù)界面，以獨(dú)立的插件形式實(shí)現(xiàn)，集成到星地資源管理框架，獲取星地資源標(biāo)識(shí)，根據(jù)星地資源標(biāo)識(shí)獲取星地資源屬性信息，實(shí)現(xiàn)星地資源屬性顯示和編輯。

星地資源管理框架聲明接口函數(shù)：UserControl GetRMDetailInfoPanel(string resourceCode)；資源屬性編輯插件繼承UserControl基類，在構(gòu)造函數(shù)中，調(diào)用GetRMDetailInfoPanel(string resource ode)函數(shù)，獲取資源對應(yīng)的主鍵，代碼示例如圖5所示，根據(jù)主鍵查詢數(shù)據(jù)庫獲取資源屬性信息并進(jìn)行顯示和編輯。

圖5 星地資源屬性編輯插件開發(fā)示例

資源屬性編輯插件開發(fā)完成后，部署到指定的目錄，配置星地資源維護(hù)模型，重新啟動(dòng)軟件，完成與星地資源管理框架的集成。

4 擴(kuò)展應(yīng)用

4.1 增加資源

如果需要增加某類資源的維護(hù)，需要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)數(shù)據(jù)庫表，確定資源包含的屬性分類，按照約定的接口進(jìn)行資源屬性編輯插件開發(fā)、部署，最后在星地資源維護(hù)模型中增加相應(yīng)的配置項(xiàng)，重新啟動(dòng)軟件將顯示新增的資源類型及資源列表。

4.2 刪除資源

如果某類資源不需要維護(hù)，去掉星地資源維護(hù)模型相應(yīng)的資源類型節(jié)點(diǎn)，重新啟動(dòng)軟件將不再顯示去掉的資源類型及資源列表。

4.3 修改資源

修改某類資源包括增加資源屬性和刪除資源屬性2種情況。

4.3.1 增加資源屬性

如果某類資源的某些屬性不需要維護(hù)，可以通過修改資源維護(hù)模型去掉相應(yīng)的屬性節(jié)點(diǎn)，重新啟動(dòng)軟件，選擇該類資源的某一資源，將不再顯示去掉的資源屬性。

4.3.2 刪除資源屬性

如果某類資源需要增加屬性的維護(hù)，需要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)數(shù)據(jù)庫表，按照約定的接口進(jìn)行資源屬性編輯插件開發(fā)、部署，最后在星地資源維護(hù)模型中增加相應(yīng)的配置項(xiàng)，重新啟動(dòng)軟件，選擇該類中的某一資源，將顯示新增的資源屬性。

5 結(jié)束語

星地資源管理與星地資源維護(hù)模型綁定，維護(hù)模型與數(shù)據(jù)庫模型綁定，提供人機(jī)界面支持開發(fā)人員進(jìn)行模型設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)星地資源管理框架根據(jù)維護(hù)模型動(dòng)態(tài)構(gòu)建星地資源管理軟件界面，進(jìn)行星地資源數(shù)據(jù)增、刪、改、查操作，這種設(shè)計(jì)模式降低了軟件的復(fù)雜性和各類資源屬性的耦合性，便于分工合作，大大提高了軟件開發(fā)效率，具有很強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性。

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DesignandImplementationofSatellite-stationResourceManagementSystemBasedonPlug-in

KONG Qing-ling,HAN Xu,ZHANG Ying,ZHANG Ling,LI Ran,LIN Xing-long

(The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China)

TP391

A

1003-3106(2017)11-0027-04

孔慶玲女，(1977—)，高級工程師。主要研究方向：航天地面應(yīng)用。

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.11.06

孔慶玲,韓續(xù),張瑩,等.基于插件的星地資源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無線電工程,2017,47(11):27-30,58.[KONG Qingling,HAN Xu,ZHANG Ying,et al.Design and Implementation of Satellite-station Resource Management System Based on Plug-in[J].Radio Engineering,2017,47(11)：27-30，58.]

2017-06-16

河北省博士后科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(B2015005003)。

韓續(xù)男，(1984—)，工程師。主要研究方向：航天地面應(yīng)用。