一種基於Ray框架的軟體化測控系統
2024-04-12 19:11:05
一種基於ray框架的軟體化測控系統
技術領域
1.本發明涉及測控技術領域，具體涉及一種基於ray框架的軟體化測控系統。
背景技術：
2.目前的測控站採用的是「煙囪」式結構，一個測控站內通常部署了多套互不相干的測控系統，它們各自執行獨立的測控任務，系統之間不存在設備的共享機制，測控站的資源不能得到充分的利用。
3.目前測控站的體系架構圖如圖1所示，其中：天線接收到來自衛星的下行信號後，通過信道傳輸到a/d轉換器，轉換成數位訊號，然後通過開關矩陣控制傳送到基帶進行處理，最後發送到地面站的各分系統設備。該系統軟硬體結合度比較高，整體的模式相當於一個煙囪式的結構，設備之間關聯度不高、設備使用率較低，設備升級更新難度大、功能性能擴展性不足，測控任務處理速度慢，耗費人力、物力多。
4.以上已有的測控站系統，其針對每個信道設備均設計了相應測控系統，測控系統之間關聯度較差，基帶設備的結構較為分散，設備的體積龐大，接口很複雜，導致計算機的資源不能得到充分的發揮；整個任務處理流程封閉，與其他設備或者系統關聯度不高造成了資源浪費；測控站設備種類繁多、專用性較強、不能互相替代；鏈路規劃難、資源調配性不強、計算資源得不到快速釋放。
5.針對以上問題，如何構建測控系統各結構的功能之間的聯繫，並儘可能減少設備的使用量並且可以更加靈活的控制資源的調用分配和使用，是目前亟待解決的問題。
技術實現要素：
6.有鑑於此，本發明提供了一種基於ray框架的軟體化測控系統，能夠通過分析軟體化測控系統的各結構的功能和之間的聯繫並給出一個基於ray框架的軟體化測控體系的架構系統，從而減少設備的使用量並且可以更加靈活的控制資源的調用分配和使用。
7.為達到上述目的，本發明的技術方案包括：射頻ip化前端鏈路層、任務調度資源池以及信號處理功能資源池。
8.射頻ip化前端鏈路層，用於是對天線接收機接收到來自衛星的下行的模擬信號進行ad處理，使模擬信號變成數位訊號，通過ip總線將轉換後的數位訊號封裝成一個個網絡數據任務包，然後分發給網絡中心。
9.任務調度資源池在通用計算機平臺上實現，包含ray調度中心、ip總線、網絡中心、任務庫以及算法庫。
10.ip總線用於接收來自射頻ip化前端的數位訊號，然後將信號封裝成網絡數據包並發送給網絡中心。
11.網絡中心用於接收來自ip總線的各個網絡數據包，並通過虛擬化操作使其成為計算機能夠識別的網絡語言進而打包成網絡任務包發送給調度中心；ray調度中心收到網絡任務包之後送入任務庫。
12.任務庫用於存儲網絡中心傳給ray調度中心的各個網絡任務，任務庫將網絡任務封裝成ray任務，然後根據ray調度中心的需求有計劃地把ray任務送到ray調度中心進而由ray調度中心分發給各個伺服器設備。
13.ray調度中心為ray系統架構中的全局調度器gsc，具備全局調度的功能；ray調度中心接收到來自任務庫的ray任務請求，ray任務請求的基本要素包括優先級、信號格式和衛星軌道參數，ray調度中心根據任務請求的優先級順序對ray任務進行排隊等待啟動，生成測控任務清單；ray調度中心按照測控任務清單中順序，根據伺服器設備的資源的佔有情況和功能狀態確定分配策略，並把ray任務分配給信號處理功能資源池中各個伺服器設備去進行處理。
14.算法庫用於存儲各測控功能打包形成的測控功能軟體；
15.信號處理功能資源池包括多個伺服器設備，多個伺服器設備組成伺服器集群；伺服器設備具備處理所有任務的能力，接收來自ray調度中心分配的ray任務，並行進行ray任務處理。
16.進一步地，任務調度資源池還包括監視中心和記錄中心。
17.記錄中心用於實時的記錄系統中的任務數據變換動態，實現存儲備份的功能。
18.監視中心用於監視系統的工作狀態，遇到錯誤時進行報警。
19.進一步地，算法庫中的測控功能軟體包含信號處理軟體、信息處理軟體。
20.信號處理軟體用於實現信號處理功能，信號處理功能包含測控信號捕獲跟蹤、幀同步、碼同步以及位同步功能。
21.信息處理軟體用於實現信息處理功能，信息處理功能包含遙測、遙控、測速測距以及遙控處理功能；
22.進一步地，各個伺服器設備處理任務的能力相同；伺服器設備都具備記錄存儲功能，用於實時的備份記錄已經處理的數據結果。
23.有益效果：
24.1、本發明提供的一種基於ray框架的軟體化測控系統，對現存的測控系統進行研究分析，從ray分布式引擎出發，基於測控系統的各結構的功能和之間的聯繫並提出的一個基於ray框架的軟體化測控體系的架構系統方案，基於ray的軟體化測控體系不僅可以儘可能的減少設備的使用量並且可以更加靈活的控制資源的調用分配和使用。
25.2、本發明提供的一種基於ray框架的軟體化測控系統，其所包括的射頻ip化前端鏈路層對天線接收機接收到來自衛星的下行的模擬信號進行ad處理，使模擬信號變成數位訊號，通過ip總線將轉換後的數位訊號封裝成一個個網絡數據任務包，然後分發給網絡中心，有助於後邊計算機軟體的任務執行。
26.3、本發明提供的一種基於ray框架的軟體化測控系統，其所包括的任務調度資源池是ray框架的核心體現，其中ray調度中心是一個高性能計算機組成的伺服器，相當於ray系統架構圖裡的gsc，即全局調度器，工作集群的頭節點，具備一個全局調度的功能，按照自己的話理解ray調度中心就相當於人的大腦，能夠根據資源的佔有情況和設備的功能狀態去合理的判斷任務的分配策略，並把任務分配給各個設備去進行處理
27.4、本發明提供的一種基於ray框架的軟體化測控系統，其所包括的信號處理功能資源池，主要接收來自ray調度中心分配的ray不同任務，並且能夠做到並行處理任務的功
能，相比現有方案中的煙囪式結構裡邊的硬體設備與軟體功能結合度要求較高的問題，軟體化測控系統架構裡的軟硬體結合度就沒那麼高，最大程度的實現了軟硬體解耦。
附圖說明
28.圖1為傳統測控站所使用的體系架構圖；
29.圖2為本發明提供的基於ray框架的軟體化測控體系的架構圖。
具體實施方式
30.下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。
31.本發明對現存的測控系統進行研究分析，從ray分布式引擎出發，重點分析軟體化測控系統的各結構的功能和之間的聯繫並提出一個基於ray框架的軟體化測控體系的架構。如圖2為本專利提出的基於ray框架的軟體化測控體系的架構。
32.基於ray的軟體化測控體系不僅可以儘可能的減少設備的使用量並且可以更加靈活的控制資源的調用分配和使用。如圖所示，測控系統架構主要包括射頻ip化前端鏈路、任務調度池和信號處理功能資源池。
33.(1)射頻ip化前端鏈路層
34.該層主要是對天線接收機接收到來自衛星的下行的模擬信號進行ad處理，使模擬信號變成數位訊號，通過ip總線將轉換後的數位訊號封裝成一個個網絡數據任務包，然後分發給網絡中心，有助於後邊計算機軟體的任務執行。
35.(2)任務調度資源池
36.該部分是本發明提供的基於ray框架的軟體化測控系統架構的核心部分，主要是在通用計算機平臺上實現的。該任務調度資源池包含了ray調度中心、ip總線、網絡中心、任務庫、算法庫、監視中心和記錄中心幾部分。ip總線主要負責接收來自射頻ip化前端的數位訊號，然後將信號封裝成網絡數據包並發送給網絡中心；網絡負責接收來自ip總線的各個網絡數據包，並通過虛擬化操作使其成為計算機能夠識別的網絡語言進而打包成一個一個任務包發送給調度中心；ray調度中心為ray系統架構中的全局調度器gsc，具備全局調度的功能，是工作集群的頭節點，具備一個全局調度的功能，即ray調度中心就相當於人的大腦，能夠根據資源的佔有情況和設備的功能狀態去合理的判斷任務的分配策略，並把任務分配給各個設備去進行處理。具體處理流程為：ray調度中心接收到來自任務庫的ray任務請求，ray任務請求的基本要素包括優先級、信號格式和衛星軌道參數，ray調度中心根據任務請求的優先級順序對ray任務進行排隊等待啟動，生成測控任務清單；ray調度中心按照測控任務清單中順序，根據伺服器設備的資源的佔有情況和功能狀態確定分配策略，並把ray任務分配給信號處理功能資源池中各個伺服器設備去進行處理。
37.任務庫和算法庫相當於計算機系統裡邊的兩個資源池。
38.任務庫用於存儲網絡中心傳給ray調度中心的各個網絡任務，任務庫將網絡任務封裝成ray任務，然後根據ray調度中心的需求有計劃地把ray任務送到ray調度中心進而由ray調度中心分發給各個伺服器設備。
39.算法庫用於存儲各測控功能打包形成的測控功能軟體。各個測控功能打包成軟體存儲到算法庫裡，例如信號處理功能包含的測控信號捕獲跟蹤、幀同步、碼同步、位同步等
功能，信息處理包含的遙測、遙控、測速測距、遙控處理等功能；記錄中心就是實時的記錄系統中的任務數據變換動態，起到存儲備份的功能；監視中心就是監視系統的工作狀態，遇到錯誤時候會報警。
40.(3)信號處理功能資源池
41.該層主要就是由各個伺服器設備組成，其中伺服器設備就相當於一個一個功能相同的伺服器，這些伺服器設備組成了一個龐大的伺服器集群，就是各個子工作節點。設備具備處理所有任務的能力，伺服器設備主要接收來自ray調度中心分配的ray不同任務，並且能夠做到並行處理任務的功能。各個伺服器設備處理任務的能力相同，所以就避免了時頻分系統和測試標校分系統隸屬於時間統一系統，但是需要建造兩個不同的設備去滿足這兩個功能的問題，最大限度的減少了設備的建造量，避免了重複建造，而且這些設備都是在計算機的概念下運行的，所以對它們的升級維護變得也更加方便。
42.伺服器設備也都具備一定的記錄存儲功能，會實時的備份記錄已經處理的數據結果，防止任務丟失，這相當於ray系統架構裡的object store(對象存儲)。
43.相比之前煙囪式結構裡邊的硬體設備與軟體功能結合度要求較高的問題，軟體化測控系統裡的軟硬體結合度就沒那麼高，最大程度的實現了軟硬體解耦。
44.綜上，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。