孟 巖，李 佳

(中國(guó)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

衛(wèi)星通信應(yīng)用范圍廣泛，體制眾多，包括衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)[1]、甚小孔徑終端[2](VSAT)通信系統(tǒng)[3]、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星專網(wǎng)專線和衛(wèi)星干線系統(tǒng)[4]等，在衛(wèi)星載波分析識(shí)別[5]、信號(hào)截獲還原、主流衛(wèi)星通信體制協(xié)議分析和網(wǎng)臺(tái)情分析等方面的技術(shù)上存在較大差異。

通過(guò)分布式布控，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)自動(dòng)化智能偵察與控守，能夠形成工作頻段全、覆蓋地域廣、監(jiān)控目標(biāo)多、獲取能力強(qiáng)和智能化程度高的一體化衛(wèi)星信號(hào)偵察體系[6]，滿足現(xiàn)有衛(wèi)星信號(hào)情報(bào)業(yè)務(wù)需求并適應(yīng)未來(lái)發(fā)展需要，快速響應(yīng)并服務(wù)于國(guó)家情報(bào)工作高速拓展的戰(zhàn)略布局。

因此，研究具有功能可重構(gòu)、能力可擴(kuò)展的衛(wèi)星信號(hào)控守指揮調(diào)度系統(tǒng)[7-8]，對(duì)于滿足當(dāng)前及今后的衛(wèi)星通信偵察控守業(yè)務(wù)需求具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文提出的衛(wèi)星信號(hào)控守指揮調(diào)度系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，由設(shè)備層、基礎(chǔ)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和應(yīng)用層組成。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 資源層

資源層[9]主要包括通用設(shè)備、專用設(shè)備以及軟件模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)。通用設(shè)備主要包括計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等；專用設(shè)備包括天線伺服、下變頻器、交換矩陣和信號(hào)解調(diào)器以及信號(hào)回放設(shè)備等；軟件模塊包括各種以DLL形態(tài)集成到軟件服務(wù)集成框架中的信號(hào)解譯軟件模塊；數(shù)據(jù)庫(kù)考慮按支持多類數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)設(shè)計(jì)。

1.2 基礎(chǔ)服務(wù)層

基礎(chǔ)服務(wù)層包括設(shè)備控制類服務(wù)、軟件類服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)服務(wù)以及WebService平臺(tái)[10]。設(shè)備控制類服務(wù)對(duì)設(shè)備實(shí)體進(jìn)行服務(wù)化封裝，屏蔽底層實(shí)現(xiàn)的差異，提供統(tǒng)一的接口，提高互操作性，包括通用設(shè)備監(jiān)控服務(wù)、天線狀態(tài)監(jiān)視服務(wù)、下變頻器監(jiān)控服務(wù)、交換矩陣監(jiān)控服務(wù)、信號(hào)解調(diào)器監(jiān)控服務(wù)和信號(hào)回放設(shè)備監(jiān)控服務(wù)；軟件類服務(wù)主要用于集成信號(hào)解譯軟件模塊并組織數(shù)據(jù)的輸入和輸出，主要包括服務(wù)集成框架和數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件2個(gè)部分；數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)服務(wù)將各類數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)訪問(wèn)接口進(jìn)行封裝，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)讀寫(xiě)接口，主要包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句解析和數(shù)據(jù)庫(kù)連接組件等模塊；各類服務(wù)組件的開(kāi)發(fā)都采用松耦合的、面向服務(wù)的Web Service架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用SOAP、UDDI與WSDL三種基礎(chǔ)協(xié)議。

1.3 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層結(jié)合基礎(chǔ)服務(wù)層，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能業(yè)務(wù)邏輯，為前臺(tái)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能提供支持，主要包括Web門(mén)戶服務(wù)器、用戶管理服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)和運(yùn)行維護(hù)服務(wù)。Web門(mén)戶服務(wù)器[11]使用成熟主流BS架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括Apache+tomcat集群實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，Control、Model和View三層MVC應(yīng)用框架[12]開(kāi)發(fā)以及數(shù)據(jù)持久層、頁(yè)面緩存和數(shù)據(jù)緩存等應(yīng)用級(jí)緩存；用戶管理服務(wù)完成用戶登錄、管理和權(quán)限配置等功能，主要包括用戶管理、登錄管理、權(quán)限管理和組織管理模塊；業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)完成系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和業(yè)務(wù)流程監(jiān)控等業(yè)務(wù)功能，主要包括運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)、業(yè)務(wù)流程組織服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理服務(wù)等；運(yùn)行維護(hù)服務(wù)主要包括安裝部署、系統(tǒng)備份、運(yùn)維分析和維護(hù)管理等模塊。

1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能界面展現(xiàn)和操作，主要包括用戶登錄及管理、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控管理、業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理、網(wǎng)臺(tái)情分析結(jié)果可視化、數(shù)據(jù)庫(kù)管理應(yīng)用和運(yùn)行維護(hù)管理。

4.說(shuō)明綠色植物的生活需要水和無(wú)機(jī)鹽（理解）?？疾檫@一內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的考題出現(xiàn)在2014年和2018年，每年有一個(gè)選擇題，1.5分，其他年份沒(méi)有考查。兩年的考點(diǎn)主要考查植物生長(zhǎng)需要量最多的無(wú)機(jī)鹽是哪些。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)邏輯組成如圖2所示，系統(tǒng)按中心站點(diǎn)和設(shè)備站點(diǎn)二級(jí)設(shè)計(jì)，中心站點(diǎn)不配置天線、變頻器和解調(diào)器等信號(hào)處理設(shè)備，只配置計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和交換機(jī)等設(shè)備，運(yùn)行相關(guān)服務(wù)和終端軟件，調(diào)度及監(jiān)控各站資源。設(shè)備站點(diǎn)配置衛(wèi)星信號(hào)處理設(shè)備，采用資源訪問(wèn)控制架構(gòu)[13]，完成對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的偵察和控守，接受中心站點(diǎn)指揮調(diào)度并上報(bào)狀態(tài)。

圖2 系統(tǒng)邏輯組成

3 系統(tǒng)流程

3.1 總體流程

系統(tǒng)信息流程分為3級(jí)：信息服務(wù)級(jí)、邏輯處理級(jí)和顯示層級(jí)，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)信息流程

信息服務(wù)級(jí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的組織，設(shè)備服務(wù)主要負(fù)責(zé)對(duì)每類設(shè)備數(shù)據(jù)流的封裝，把不同協(xié)議封裝成SNMP數(shù)據(jù)流，邏輯層中的函數(shù)通過(guò)webservice得到設(shè)備信息，對(duì)信息進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)包含簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)的查詢整合、數(shù)據(jù)庫(kù)兼容以及字段和表的增刪改。

邏輯處理級(jí)是整個(gè)架構(gòu)的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)從服務(wù)層中把數(shù)據(jù)抽象出邏輯數(shù)據(jù)，給上層提供接口和API。在數(shù)據(jù)交換中起承上啟下的作用。設(shè)計(jì)思想采用Domain Model模式，為適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜多變的情況，需要每一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯封裝成BO(Business Object)1個(gè)或多個(gè)其他的對(duì)象。比如：設(shè)備參數(shù)的獲取、狀態(tài)的監(jiān)控、對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置、數(shù)據(jù)庫(kù)增刪字段和庫(kù)表。組織好數(shù)據(jù)后傳遞給頁(yè)面展示層，顯示到可視化頁(yè)面中。

顯示層級(jí)實(shí)現(xiàn)用戶所有可視化操作，包含對(duì)設(shè)備可視化操作、顯示；線纜連接的狀態(tài)的監(jiān)控；設(shè)備資源的管理；數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的展現(xiàn)。

3.2 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控管理

以部署于中心站的指揮調(diào)度應(yīng)用對(duì)指揮調(diào)度[14]的工作原理進(jìn)行說(shuō)明。

指揮調(diào)度應(yīng)用通過(guò)調(diào)用部署于各站點(diǎn)的指揮調(diào)度服務(wù)，獲取狀態(tài)并實(shí)施運(yùn)行參數(shù)控制。用戶通過(guò)身份認(rèn)證進(jìn)入指揮調(diào)度應(yīng)用，獲得全景視圖。全景顯示在地圖上標(biāo)繪各個(gè)分站點(diǎn)，當(dāng)各個(gè)分站點(diǎn)狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)以閃爍的方式進(jìn)行告警。點(diǎn)擊分站點(diǎn)圖標(biāo)，進(jìn)入分站視圖。分站視圖中對(duì)該站點(diǎn)內(nèi)的狀況進(jìn)行顯示，用戶可在設(shè)備線纜連接和業(yè)務(wù)流程2種顯示方式間切換。分站視圖中，對(duì)設(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)等進(jìn)行顯示，用戶可以通過(guò)分站視圖對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制及資源管理[15]。

3.3 業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理

業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理應(yīng)用通過(guò)調(diào)用業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理服務(wù)提供的接口對(duì)當(dāng)前存在的業(yè)務(wù)流程狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制。用戶通過(guò)身份認(rèn)證進(jìn)入業(yè)務(wù)流程監(jiān)控管理應(yīng)用，獲得業(yè)務(wù)流程全景視圖[16]。業(yè)務(wù)流程全景視圖對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程狀態(tài)進(jìn)行顯示。業(yè)務(wù)流程的管理界面對(duì)業(yè)務(wù)流程的詳細(xì)連接情況進(jìn)行顯示，引導(dǎo)用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)流程的合法性檢驗(yàn)、可用性檢驗(yàn)、啟動(dòng)、暫停以及停止，對(duì)運(yùn)行中的業(yè)務(wù)流程的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和任務(wù)規(guī)劃[17]。

信號(hào)回放應(yīng)用利用讀取信號(hào)采集文件控制信號(hào)發(fā)生器對(duì)信號(hào)進(jìn)行回放。用戶通過(guò)身份認(rèn)證進(jìn)入信號(hào)回放應(yīng)用，獲得信號(hào)記錄文件視圖。信號(hào)記錄文件視圖對(duì)當(dāng)前存在的信號(hào)記錄文件信息進(jìn)行顯示。用戶點(diǎn)擊信號(hào)記錄文件圖標(biāo)，調(diào)用信號(hào)發(fā)生器控制接口對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行回放。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

數(shù)據(jù)庫(kù)管理通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)的改變。用戶通過(guò)身份認(rèn)證進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)管理應(yīng)用，獲取數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。用戶可以自行添加數(shù)據(jù)庫(kù)表，并編輯數(shù)據(jù)表項(xiàng)。

3.5 運(yùn)行維護(hù)管理

運(yùn)行維護(hù)管理人員登錄系統(tǒng)后能夠進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)界面，完成安裝部署、系統(tǒng)備份、運(yùn)維分析和維護(hù)管理功能。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)

狀態(tài)監(jiān)控獲取，指揮調(diào)度功能需要對(duì)各采集站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制。監(jiān)控對(duì)象分為服務(wù)器、設(shè)備和軟件模塊。服務(wù)器和支持SNMP[18]的設(shè)備采用SNMP進(jìn)行監(jiān)控；不支持SNMP的設(shè)備和軟件模塊采用私有監(jiān)控協(xié)議進(jìn)行監(jiān)控。無(wú)論采用哪種協(xié)議，需要進(jìn)行WebService封裝。

運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，指揮調(diào)度功能需要對(duì)各采集站的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。因此，服務(wù)需要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置的功能，并對(duì)其進(jìn)行WebService封裝。

4.2 設(shè)備控制類服務(wù)

設(shè)備主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備服務(wù)包括包文轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)收發(fā)、設(shè)備控制、狀態(tài)監(jiān)控以及新增設(shè)備等模塊。設(shè)備連接信息放置在XML中，同類設(shè)備不同型號(hào)的設(shè)備在XML的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置，一個(gè)型號(hào)設(shè)備為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在程序中通過(guò)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)得到相應(yīng)的配置信息，進(jìn)行對(duì)設(shè)備操作。

包文轉(zhuǎn)換：當(dāng)service收到設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)包時(shí)，對(duì)包進(jìn)行協(xié)議判定，如果為snmp協(xié)議直接把包發(fā)至上層處理，如果為其他協(xié)議，如UDP，就需要把UDP包的協(xié)議頭等無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)取出，通過(guò)UDP翻譯代碼把字節(jié)流轉(zhuǎn)換成可讀文本，根據(jù)設(shè)備所給文檔解析出文本所帶有的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)通過(guò)XML配置文件中所設(shè)定的mib庫(kù)按照SNMP的包文格式組裝并發(fā)送上層。

數(shù)據(jù)收發(fā)：根據(jù)上層所調(diào)用服務(wù)中函數(shù)，根據(jù)參數(shù)在XML中mib信息進(jìn)行翻譯，把翻譯的數(shù)據(jù)再翻譯為設(shè)備所用的協(xié)議，根據(jù)IP與端口號(hào)向設(shè)備發(fā)送消息，等待設(shè)備響應(yīng)。

設(shè)備控制：主要操作為設(shè)備啟動(dòng)和停止，這里采取的是根據(jù)獲取的操作對(duì)服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改變。

狀態(tài)監(jiān)控：設(shè)備的監(jiān)控始終在固定時(shí)間進(jìn)行輪詢查詢，如設(shè)備有故障則通過(guò)websocket推送至上層，并顯示。

新增設(shè)備：當(dāng)設(shè)備新增后，在XML配置文件中進(jìn)行添加新增加的設(shè)備參數(shù)信息，并對(duì)其標(biāo)注，重啟服務(wù)，服務(wù)第一次運(yùn)行時(shí)對(duì)配置文件進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)又新增參數(shù)就增加至數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)網(wǎng)頁(yè)中對(duì)新增字段翻譯。當(dāng)網(wǎng)頁(yè)對(duì)設(shè)備查看和設(shè)置時(shí)，自動(dòng)增加上新增參數(shù)。

4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)服務(wù)

數(shù)據(jù)主要通過(guò)Hibernate進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)包含3個(gè)模塊：查詢、新增字段和表以及修改字段和表。數(shù)據(jù)庫(kù)連接信息放置在XML中，不同類別的數(shù)據(jù)庫(kù)在XML的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置，一個(gè)類別為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在程序中需要用到時(shí)通過(guò)配置文件連接至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢。

查詢：當(dāng)界面發(fā)起查詢?cè)O(shè)備參數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)執(zhí)行已定的設(shè)備查詢參數(shù)方法，直接將數(shù)據(jù)查詢后返回，避免多表聯(lián)合查詢的繁瑣。

新增字段和表：此模塊主要為軟件模塊新增和設(shè)備新增后，發(fā)現(xiàn)多余參數(shù)來(lái)進(jìn)行服務(wù)的。

修改字段和表：此模塊主要為軟件模塊新增和設(shè)備新增后，發(fā)現(xiàn)參數(shù)需要改變來(lái)進(jìn)行服務(wù)的。

4.4 成果應(yīng)用

系統(tǒng)已經(jīng)部署應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)能夠統(tǒng)一對(duì)各站點(diǎn)中的設(shè)備、服務(wù)器和軟件模塊等被管對(duì)象進(jìn)行配置、監(jiān)視以及異常告警。同時(shí)，用戶可按需增加新的設(shè)備和軟件模塊，靈活地增刪其可顯示和配置的參數(shù)，并完成衛(wèi)星信號(hào)控守系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的生成、部署和結(jié)果存儲(chǔ)，流程的加載、啟動(dòng)和停止以及控守結(jié)果的保存。主要運(yùn)行界面如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 業(yè)務(wù)流創(chuàng)建界面

圖5 設(shè)備管理界面

圖6 功能重構(gòu)界面

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)衛(wèi)星信號(hào)態(tài)勢(shì)獲取領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)，本文借鑒國(guó)內(nèi)外最新成果并結(jié)合國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星信號(hào)控守指揮調(diào)度系統(tǒng)，形成衛(wèi)星信號(hào)自動(dòng)化偵察及控守能力，對(duì)于提高衛(wèi)星信號(hào)偵察能力、情報(bào)獲取能力和目標(biāo)甄別能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值。

衛(wèi)星信號(hào)控守指揮調(diào)度系統(tǒng)采用組件化設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)，技術(shù)積累快。同時(shí)，采取高效、靈活的架構(gòu)可方便地進(jìn)行新模塊、新功能和新業(yè)務(wù)的拓展，既可有效繼承已有系統(tǒng)的功能，也可充分?jǐn)U展未知領(lǐng)域的業(yè)務(wù)處理能力。