+ 申戈（裝備學院研究生隊五隊）

通信衛(wèi)星臨時業(yè)務自動監(jiān)視技術與實現(xiàn)

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本文針對通信衛(wèi)星運行過程中大量的臨時業(yè)務所存在的監(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，并對這幾種監(jiān)視手段進行了比較，通過優(yōu)化組合提出通信衛(wèi)星臨時業(yè)務自動監(jiān)視系統(tǒng)的設計思想，并依照此設計思想開發(fā)了《鑫諾衛(wèi)星臨時業(yè)務自動監(jiān)測管理系統(tǒng)》，在實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，無論是國內還是國外，技術和手段目前都已非常成熟，對于衛(wèi)星通信業(yè)務的自動監(jiān)測也有一些非常成熟的產(chǎn)品。在衛(wèi)星運行公司的業(yè)務中，除去長期租用衛(wèi)星通道的固定用戶以外，短期和臨時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傳輸中的大部分比例。和衛(wèi)星的固定業(yè)務相比，臨時傳輸業(yè)務多是用于進行現(xiàn)場直播、股評類節(jié)目，常常因為現(xiàn)場的各種原因推遲或提前進行傳輸，對該業(yè)務的使用情況的監(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)務的占用帶寬和使用時間來體現(xiàn)的，占用帶寬是用戶在申請業(yè)務時就已經(jīng)確定下來的，所以監(jiān)視臨時傳輸?shù)膶嶋H使用時間對衛(wèi)星運行商來說非常重要。除去監(jiān)視臨時傳輸?shù)膶嶋H使用時間外，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)務載波特性，衛(wèi)星運行商還要保障臨時業(yè)務的正常傳輸，同時還要確保衛(wèi)星轉發(fā)器的使用安全。本文將重點討論通信衛(wèi)星臨時傳輸?shù)谋O(jiān)視手段和如何實現(xiàn)對臨時業(yè)務的自動監(jiān)視。

二、衛(wèi)星通信業(yè)務的各種通用監(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)務的不同，采用的調制方式、復用方式等差異，作為衛(wèi)星運行商要想做到全面的監(jiān)視每一個用戶的使用情況是很困難，對于那些固定用戶，一般采用頻譜監(jiān)視的方法，而對于一些需要重點監(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，通過比對頻譜特性來確定用戶的使用情況。此種監(jiān)視可以非常準確的記錄用戶的使用情況，但需要長時間的占用頻譜儀，且無法在業(yè)務傳輸過程中監(jiān)視業(yè)務的傳輸質量。

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的電平變化。通過對行波管的螺流變化的監(jiān)視，同樣可以完成對與臨時傳輸開始與結束的記錄。螺流反映的是整個TWTA的工作狀態(tài)，在轉發(fā)器工作在增益模式時，如果其它用戶的上行功率發(fā)生了變化，螺流也會改變，這時的記錄傳輸開始或結束的時間將是不準確的，同時，這種監(jiān)視方法只適用于采用TWTA放大器的轉發(fā)器。

3、電視圖像監(jiān)視法

對于一些傳送電視畫面的業(yè)務，通過衛(wèi)星電視接收機對用戶所傳輸?shù)碾娨暪?jié)目進行接收解調并輸出到電視，可以直接監(jiān)視用戶實際使用情況，可以有效的監(jiān)視臨時傳輸?shù)膫鬏斮|量，但這種監(jiān)視方法需耗費大量的人力資源。這種監(jiān)視方法只適用于電視類臨時傳輸業(yè)務，且傳輸?shù)碾娨暪?jié)目越多，需要的電視與接收機就越多，所耗費的財力也就越大，同時這種監(jiān)視方法不能有效的監(jiān)視衛(wèi)星轉發(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)星解碼器是在預先知道用戶的調制信息的情況下，通過相關軟件的控制，對用戶所傳業(yè)務進行解調，通過調諧成功與否來確定業(yè)務傳輸?shù)拈_始與結束，通過監(jiān)視Eb/n0等相關參數(shù)，可以實現(xiàn)對相關用戶的監(jiān)視保障工作。此種監(jiān)視方法依賴于對用戶傳輸信息的時實更新，一旦用戶改變業(yè)務的符號率，解碼器將無法進行的正常的監(jiān)視工作，同時解碼器要求輸入信號的強度越高越好，這將非常不利于當所監(jiān)視的業(yè)務上行功率超高限的，更無法預警因為上行功率超高限對轉發(fā)器造成的損害。

三、臨時業(yè)務自動監(jiān)視與管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

1、設計思想

本著最大限度地實現(xiàn)對臨時業(yè)務的全程自動化監(jiān)視，以減少人為因素產(chǎn)生的差錯和節(jié)約成本的宗旨實施設計。通過對各種監(jiān)視手段的比較，接收卡調諧為主要監(jiān)視手段，頻譜監(jiān)視為輔的設計思路，在程序設計中要考慮盡量少的占用頻譜儀資源，同時還能保證對非電視類臨時傳輸?shù)谋O(jiān)視。

2、系統(tǒng)硬件構成

系統(tǒng)硬件連接示意圖

臨時業(yè)務自動監(jiān)測與管理系統(tǒng)的硬件由自動監(jiān)測計算機、兩副接收天線、三臺LNB接收機、一臺LNA接收機、三塊接收卡、一臺頻譜儀以及開關矩陣和開關控制計算機構成。其中接收天線、LNB接收機、LNA接收機、頻譜儀、開關矩陣和開關控制計算機可以與衛(wèi)星測控和通信站原有設備共用。系統(tǒng)只需要增加一臺用于自動監(jiān)測的計算機、三塊用于調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監(jiān)測計算機的主板上，這樣不用對地面站原有的設備進行大規(guī)模改造，只需要將系統(tǒng)接入原有的通信系統(tǒng)即可完成對臨時業(yè)務的監(jiān)視和管理，接口簡單穩(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)軟件構成

臨時業(yè)務自動監(jiān)測與管理系統(tǒng)軟件部分實現(xiàn)為一個總控制臺，控制臺中包括頻譜監(jiān)視、接收卡監(jiān)視、定點提醒、計劃錄入向導以及數(shù)據(jù)庫管理等實用工具和每日臨時業(yè)務計劃時序圖、每日臨時業(yè)務計劃頻點分布圖以及日志等快捷顯示。

4、系統(tǒng)實現(xiàn)功能

臨時業(yè)務計劃批量錄入、查詢和修改

臨時業(yè)務用戶信息和臨時頻點信息查詢和修改

自動生成當日臨時業(yè)務計劃

自動監(jiān)視臨時業(yè)務上下星情況

自動監(jiān)測頻點沖突

臨時業(yè)務到時提示

臨時業(yè)務異常告警

臨時業(yè)務使用情況自動入庫

臨時業(yè)務使用情況周期性報表

5、系統(tǒng)各模塊的具體實現(xiàn)

臨時業(yè)務自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)涉及到大量的數(shù)據(jù)，需要以數(shù)據(jù)庫為中心為系統(tǒng)的軟硬件提供監(jiān)測和管理所需的數(shù)據(jù)。通過軟件將臨時用戶的傳輸計劃錄入數(shù)據(jù)庫，然后軟件負責從數(shù)據(jù)庫中讀取當天的臨時業(yè)務傳輸計劃，按照計劃調度硬件監(jiān)視手段進行監(jiān)視，同時將硬件監(jiān)視得到的數(shù)據(jù)，包括上下星時間，載波電平等寫入數(shù)據(jù)庫。同時軟件可以根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫生成臨時用戶使用情況報表。數(shù)據(jù)流向如圖所示：

（1）臨時業(yè)務自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)

①為了滿足系統(tǒng)需求，使用Microsoft SQL 2000設計數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包括七個數(shù)據(jù)表：

②各數(shù)據(jù)表之間的數(shù)據(jù)關系

臨時頻點信息表（cfg_freqs）包含鑫諾衛(wèi)星可用的臨時頻點所在轉發(fā)器和可用帶寬的信息，在錄入臨時業(yè)務計劃時可直接從該表中選擇可用的臨時頻點

臨時用戶信息表（cfg_users）包含臨時業(yè)務技術負責人和申請人的聯(lián)系方式和該用戶常用的符號率，在錄入臨時業(yè)務計劃時用戶信息從該表中讀取

周期性限制表（cfg_restrictions）對周期性臨時業(yè)務的周期進行設定，在自動生成每日計劃時根據(jù)該表選擇計劃

臨時業(yè)務計劃表（plans）包含臨時業(yè)務的計劃信息，包括用戶、轉發(fā)器、頻點、帶寬、符號率、開始日期、結束日期、周期性限制、開始時間、結束時間、傳輸/測試、電視節(jié)目/非電視節(jié)目、計劃申請時間，每日的傳輸計劃依據(jù)該表自動生成

臨時業(yè)務每日計劃表（dayrecord）包含根據(jù)臨時業(yè)務計劃表和所需日期生成的每日臨時業(yè)務計劃信息，包括計劃時間、用戶、轉發(fā)器、頻點、帶寬、符號率等信息，方便查詢

臨時業(yè)務當日記錄表（autodayrecord）根據(jù)系統(tǒng)時鐘每天00∶00自動生成的當日臨時業(yè)務計劃，用于系統(tǒng)調度和當日臨時業(yè)務使用情況記錄

臨時業(yè)務記錄表（records）根據(jù)系統(tǒng)時鐘每天00∶00自動更新，總結頭一天臨時業(yè)務使用情況，周期報表依據(jù)該表生成

③其它

為了方便系統(tǒng)編程，數(shù)據(jù)庫還包含了若干存儲過程和一個管理作業(yè)，管理作業(yè)完成對當日計劃的定時生成和頭日記錄的自動入庫

（2）臨時業(yè)務自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)計劃沖突監(jiān)測的實現(xiàn)

判斷臨時業(yè)務計劃是否沖突，系統(tǒng)在錄入計劃時進行監(jiān)測，沒有沖突的計劃正常提交數(shù)據(jù)庫存儲，有沖突的計劃進行沖突提示，要求重新錄入或者取消錄入。軟件框圖如圖所示：

（3）臨時業(yè)務自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)當日計劃自動生成的實現(xiàn)

當日計劃依據(jù)臨時業(yè)務計劃表實現(xiàn)，篩選出開始日期早于當前日期且結束日期晚于當前日期并且周期條件滿足當前日期的臨時業(yè)務計劃，從臨時業(yè)務計劃表中提取這些計劃的開始時間、結束時間、用戶、轉發(fā)器、頻點、帶寬、符號率、傳輸類型的信息，將這些計劃按開始時間和結束時間的時序統(tǒng)一進行排序，并且將開始時間和結束時間分別打上上星和下星的時間標志，生成當日臨時業(yè)務記錄表以備程序使用。將這個過程設置為SQL Server 管理作業(yè)，每日00∶00自動完成。在該系統(tǒng)控制臺部分使用定時器，每天00∶02分將SQL生成的當日計劃讀入內存表，以備定點監(jiān)視根據(jù)該表進行調度，同時更新系統(tǒng)界面當日計劃時序表和頻點分布表的顯示。

（4）臨時業(yè)務自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)自動監(jiān)測的實現(xiàn)

根據(jù)讀入內存的當日計劃，使用定時器，每條計劃時間提前十分鐘進行調度。

傳輸類型為電視節(jié)目的分配給接收卡進行調諧，接收卡根據(jù)頻點和符號率進行調諧。

計劃時間標志為上星的，記錄調諧成功時刻為上星時間，超過該時間十分鐘仍然調諧不成功的停止調諧，用日志記錄，并且將該條計劃標志為異常。

數(shù)據(jù)庫表

計劃時間標志為下星的，記錄調諧失敗時刻為下星時間，超過該時間十分鐘仍然調諧成功的停止調諧，系統(tǒng)顯示告警信息，并且將該條計劃標志為異常。

傳輸類型為非電視節(jié)目的分配給頻譜儀進行監(jiān)視，根據(jù)轉發(fā)器極化方式自動切換鏈路，根據(jù)頻點和帶寬自動設置頻譜儀。

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

計劃時間標志為下星的，記錄載波電平小于門限時刻為下星時間，超過該時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，并且將該條計劃標志為異常。

系統(tǒng)調度提前啟動時間和調諧掃描周期可以根據(jù)需要進行調整。軟件方框圖如圖所示：

其中調諧模塊通過軟件調度三塊接收卡實現(xiàn)，軟件框圖如圖所示：

頻譜監(jiān)視模塊通過軟件對頻譜儀進行設置和讀取實現(xiàn)，軟件方框圖如圖所示：

（5）臨時業(yè)務自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)自動記錄的實現(xiàn)

當日臨時業(yè)務記錄的實現(xiàn)

在定點監(jiān)視的同時將記錄的上下星時間寫入數(shù)據(jù)庫中的臨時業(yè)務當日記錄表，并且將上星時刻從接收卡或頻譜儀讀取的載波電平也寫入該表。

（6）臨時業(yè)務記錄的統(tǒng)計

用臨時業(yè)務當日記錄表中記錄的實際上下星時間和載波電平更新臨時業(yè)務記錄表，其中用戶、轉發(fā)器、頻點、帶寬、符號率、傳輸類型的數(shù)據(jù)從臨時業(yè)務計劃表中讀取，日期為頭日日期（因為該表是每天00∶00更新，所以統(tǒng)計的是頭日的臨時業(yè)務情況），開始時間、結束時間、載波電平從臨時業(yè)務當日記錄表中更新，其中開始時間為該條計劃的上星時間，結束時間為該條計劃的下星時間。將這個過程設置為SQL Server 管理作業(yè)，每日00∶00自動完成。

（7）臨時業(yè)務自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)報表的實現(xiàn)

根據(jù)臨時業(yè)務記錄和臨時業(yè)務計劃表以及統(tǒng)計時間段生成計劃時間和實際時間的對比報表，并且計算出用戶對其在統(tǒng)計時間段內的租用總時間。

四、結束語

按照以上設計思路研制開發(fā)出來的《鑫諾衛(wèi)星臨時業(yè)務自動監(jiān)測管理系統(tǒng)》自2005年 10月試運行一來，該系統(tǒng)硬件部分運行可靠，從未出現(xiàn)過死機現(xiàn)象，軟件系統(tǒng)也沒有自動退出等異?，F(xiàn)象。從運行效果來看，該系統(tǒng)具有很低的資源占用率，常駐內存不超過30M，CPU占用資源最大不超過5%；從監(jiān)視效果來看，對于一檔臨時傳輸，其記錄適用時間誤差最大不超過30s，這樣的精度對于一個衛(wèi)星運行商來講已經(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，具有一定的推廣價值。

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