天地一体化的天基传输网络运维管控系统

本书以“天地一体化的天基传输网络”为对象，在梳理清楚与其相关且比较容易混淆的概念，并界定清楚其内涵和边界情况下，从其航天系统特征和通信网络特征的顶层视角，给出了其不同发展时期，不同功能、不同体制、不同形态网络的运维管控系统的架构、拓扑、功能、协议及处理流程等。本书是作者三十多年从事天地一体化的天基传输网络及运维管控系统研发实践的总结，特别体现了运维管控与管理对象的不可分割性，强调了运维管控系统的设计，要立足于对被管对象足够而深刻的理解，突出了系统性、工程实用性，具有很高的实际工程参考价值和较高的理论研究价值。 本书可作为从事天地一体化信息网络管理、航天装备总体设计研究、遥感卫星系统运控、导航卫星系统运控、卫星通信和卫星中继系统运控等工程技术人员和理论研究人员的参考书，也可作为通信网络专业和计算机专业本科生和研究生的专业参考书。

孙晨华 中国电子科技集团公司首席科学家，中国电子科技集团公司第五十四研究所副总工程师。长期从事卫星通信系统和卫星通信地球站监控、网络管控、系统运控研发工作。 李斌成 中国电子科技集团公司第五十四研究所高级工程师，长期从事卫星通信地球站 监控、网络管控研发工作。 林宇生 博士，中国电子科技集团公司第五十四研究所研究员，长期从事与卫星通信运控系统相关的研发工作。 章劲松 中国电子科技集团公司第五十四研究所研究员，长期从事卫星通信系统总体设 计、卫星通信运控总体设计及关键技术研究工作。

第 1章  概述 001

1.1　与天地一体化的天基传输网络易混淆的概念　002

1.1.1　天地一体化信息网络　002

1.1.2　天地一体化信息网络重大项目和卫星互联网工程　002

1.1.3　天地一体化信息通信网络　003

1.2　天地一体化的天基传输网络特点及分类　005

1.2.1　网络特点　005

1.2.2　典型分类方法　006

1.2.3　典型网络分类　006

1.3　天基骨干网、天基接入网新网络定义　008

1.3.1　普适性定义　008

1.3.2　重大项目定义　009

1.3.3　上述两种定义对比　010

1.3.4　未来全激光天基骨干网定义　017

1.4　天基信息港等新网络定义　017

1.4.1　天基信息港　017

1.4.2　天地一体信息港系统　018

1.4.3　地面信息港　018

1.4.4　微波激光混合宽带传输网与天地一体信息港系统　018

1.5　运维管控相关定义　019

1.5.1　广义运维管控和狭义运维管控定义　019

1.5.2　测控相关定义　019

1.5.3　天基传输网络运维管控相关定义　020

1.6　不同系统运维管控特点　020

1.6.1　卫星通信、卫星中继系统运维管控特点　020

1.6.2　军用、民用系统运维管控特点　020

1.6.3　宽带、移动、抗干扰系统运维管控特点　021

1.6.4　高轨、中轨、低轨系统运维管控特点　021

1.6.5　基于透明转发、基于星上处理系统运维管控特点　022

1.7　天基传输网络运维管控涉及的专业领域　022

第　2章 典型航天装备的运维管控体系　023

2.1　航天装备分类　024

2.2　航天装备运维管控顶层概要　025

2.2.1　总体体系架构　025

2.2.2　运维管控体系特点　025

2.3　天基、地基测控网　028

2.3.1　天地一体融合关系　028

2.3.2　地基测控网　029

2.3.3　天基测控网　030

2.4　不同航天装备的运维管控系统概要　031

2.4.1　通信、遥感、导航运维管控系统的相同点　031

2.4.2　通信、遥感、导航运维管控系统的不同点　033

2.5　天基传输网络运维管控　035

2.5.1　天基传输网络运维管控场景分类　035

2.5.2　综合运维管控系统框架　036

第3章　互联网、计算机网络与地面移动通信网络的运维管控　041

3.1　互联网的管理　042

3.1.1　互联网的构成现状　042

3.1.2　互联网的管理控制　043

3.2　计算机网络的运维管控　046

3.2.1　网络管理控制拓扑与信道　046

3.2.2　网络管理控制对象　047

3.2.3　网络管理控制功能　048

3.2.4　网络管理控制协议　050

3.2.5　网络管理控制流程　053

3.2.6　SDN的网络管理　054

3.3　地面移动通信网络的运维管控　055

3.3.1　网络管理控制拓扑与信道　055

3.3.2　网络管理控制对象　057

3.3.3　网络管理控制功能　058

3.3.4　网络管理控制协议　059

3.3.5　基于NFV架构的5G网络的管理　060

3.4　天基传输网络与地面通信网络运维管控的异同　061

3.4.1　天基传输网络与地面通信网络运维管控的共性与区别　061

3.4.2　各类通信网络管理控制的层级　063

第4章　基于透明转发器FDMA卫星通信网络的运维管控　065

4.1　FDMA系统的演进及不同系统特点　066

4.2　低速FDMA/SCPC/DAMA系统的运维管控　068

4.2.1　网络管理控制站间拓扑与信道　068

4.2.2　网络管理控制对象和层级　071

4.2.3　网络管理控制功能　072

4.2.4　网络管理控制协议　074

4.2.5　典型网络管理控制状态转移图和流程　076

4.2.6　专家系统支撑需求　079

4.3　中低速和中高速FDMA/MCPC系统的运维管控　079

4.3.1　网络管理控制拓扑与信道　079

4.3.2　网络管理控制对象和层级　082

4.3.3　网络管理控制功能　083

4.3.4　网络管理控制协议　084

4.4　非全IP业务中低速FDMA/MCPC/DAMA系统的运维管理　086

4.4.1　网络管理控制站间拓扑与信道　086

4.4.2　网络管理控制对象和层级　088

4.4.3　网络管理控制功能和协议　088

4.4.4　网控中心资源库配置限制和网络规模限制　090

4.5　全IP业务IP/FDMA/DAMA系统的运维管控　090

4.5.1　网络管理控制站间拓扑与信道　090

4.5.2　网络管理控制对象和层级　093

4.5.3　网络管理控制功能　094

4.5.4　网络管理控制协议　097

4.5.5　典型网络管理控制流程　099

4.5.6　专家系统支撑需求　101

第5章　基于常规透明转发器或多波束铰链转发器的MF-TDMA卫星通信网络的

运维管控　103

5.1　MF-TDMA系统的演进及不同系统特点　104

5.1.1　系统演进　104

5.1.2　不同系统的特点　105

5.2　单波束MF-TDMA系统的运维管控　106

5.2.1　网络管理控制拓扑与信道　106

5.2.2　网络管理控制对象及层级　108

5.2.3　网络管理控制功能　109

5.2.4　网络管理控制功能部署　112

5.2.5　网络管理控制协议　113

5.2.6　典型网络管理控制状态转移图和流程　115

5.3　波束铰链MF-TDMA系统的运营管控　121

5.3.1　网络管理控制拓扑与信道　121

5.3.2　网络管理控制对象、层级、功能、协议等　123

5.3.3　典型网络控制状态转移图和流程　124

5.4　典型DVB-RCS （TDM/MF-TDMA）系统的运维管控　124

5.4.1　网络管理控制场景及网络特点　124

5.4.2　网络管理控制拓扑与信道　125

5.4.3　网络管理控制对象　127

5.4.4　网络管理控制功能　128

5.4.5　业务服务质量和链路资源控制　130

5.4.6　典型网络管理控制流程　134

第6章　基于固定多波束卫星的卫星通信网络的运维管控　137

6.1　高通量卫星通信系统的运维管控　138

6.1.1　系统分类及特点　138

6.1.2　网络管理控制架构　141

6.1.3　网络管理控制信道及协议　143

6.1.4　网络管理控制功能　144

6.1.5　典型网络管理控制流程　146

6.2　GEO移动卫星通信系统的运维管控　147

6.2.1　系统管理控制需求特点　147

6.2.2　网络管理控制架构　149

6.2.3　网络管理控制拓扑和信道　150

6.2.4　网络管理控制对象　154

6.2.5　网络管理控制功能部署　157

6.2.6　网络管理控制协议　158

6.2.7　典型网络管理控制流程　161

6.2.8　资源动态分配　162

第7章　基于星上处理的天基传输网络的运维管控　169

7.1　基于星上处理的天基传输网络发展演进及不同系统的特点　170

7.1.1　发展演进　170

7.1.2　不同系统的特点　171

7.2　单星星上处理天基传输网络的运维管控　175

7.2.1　网络管理控制拓扑与信道　175

7.2.2　网络管理控制对象及层级　177

7.2.3　网络管理控制功能　178

7.3　多星星间组网天基传输网络的运维管控　179

7.3.1　网络体系架构　179

7.3.2　网络管理控制拓扑与信道　180

7.3.3　网络管理控制对象和层级　184

7.3.4　网络管理控制功能　186

7.3.5　网络管理控制协议　188

7.3.6　典型网络管理控制流程　191

7.3.7　典型网络管理控制状态转移图　193

第8章　运维管控系统中的相关标校技术　197

8.1　星载大口径多波束天线波束指向标校　198

8.1.1　标校目的　198

8.1.2　标校分类　198

8.1.3　指向偏差测量　199

8.1.4　指向控制与调整　207

8.1.5　工作流程　208

8.1.6　标校特点小结　211

8.2　在轨测试的标校　212

8.2.1　在轨测试的目的与内容　212

8.2.2　在轨测试系统的组成　213

8.2.3　在轨测试标校的内容与方法　215

8.3　卫星平台测量的标校　217

8.3.1　卫星平台测量的常用方法　217

8.3.2　无线电距离测量的基本方法　217

8.3.3　角度测量的基本方法　219

8.3.4　速度测量的基本方法　219

8.3.5　测量系统的标校　220

第9章　地球站监控技术　225

9.1　地球站监控技术演进与发展　226

9.2　典型监控参数与常见监控协议　230

9.2.1　典型被监控设备及监控参数　230

9.2.2　常见监控接口及监控协议　232

9.3　典型监控硬件平台　234

9.3.1　嵌入式平台　234

9.3.2　计算机平台　235

9.3.3　云平台　236

9.4　监控软件架构　237

9.4.1　基于C/S和B/S混合模式监控软件架构　237

9.4.2　基于云平台监控软件架构　238

9.4.3　设备和接口可扩展监控软件架构技术　239

9.5　典型地球站站型监控　240

9.5.1　移动卫星通信信关站监控组成及功能　240

9.5.2　车/船载地球站监控组成及功能　244

9.5.3　手持站监控组成及功能　246

第　10章 天基传输网络健康管理技术　249

10.1　天基传输网络健康管理应用要求　250

10.2　天基传输网络健康管理体系结构　251

10.2.1　体系结构组成　251

10.2.2　板卡级健康管理　253

10.2.3　设备级健康管理　254

10.2.4　节点级健康管理　255

10.2.5　网络级健康管理　256

10.3　天基传输网络健康管理内容　257

10.3.1　板卡级健康管理内容　257

10.3.2　设备级健康管理内容　258

10.3.3　节点级健康管理内容　263

10.3.4　网络级健康管理内容　265

10.4　天基传输网络健康管理故障诊断技术　267

10.4.1　故障诊断功能定义　267

10.4.2　故障模式分析　269

10.4.3　面向数据的故障诊断方法　270

10.5　天基传输网络健康管理故障预测技术　273

10.5.1　故障预测功能定义　273

10.5.2　常用故障预测方法　273

10.5.3　基于数据驱动的故障预测模型　276

10.6　天基传输网络健康管理软件技术　279

10.6.1　软件组成　279

10.6.2　主要功能　281

10.6.3　典型工作流程　282

第　11章 天基物联网运维管控技术　287

11.1　天基物联网体系架构　288

11.2　天基物联网的主要分类　288

11.3　天基物联网运维管控架构　295

11.4　管理控制对象　296

11.5　主要管理控制功能　297

11.5.1　数据接入管理　297

11.5.2　设备管理　298

11.5.3　信息处理管理　299

11.5.4　数据可视化　299

11.5.5　数据分发服务管理　300

11.5.6　云平台管理　300

11.6　管理控制协议　301

11.6.1　实现天基物联网用户及资源综合调度的管理控制协议　301

11.6.2　地面设备管理控制协议　304

11.6.3　低轨遥感卫星管理控制协议　304

11.6.4　星基监视类管理控制协议　304

11.7　传输管理控制　308

第　12章 天基传输网络运行支撑系统　311

12.1　辅助决策　312

12.1.1　辅助决策的作用　312

12.1.2　功能、模型及数据　313

12.1.3　基于透明转发器的传输网络辅助决策　325

12.1.4　基于处理转发器的传输网络辅助决策　333

12.2　综合服务　339

12.2.1　能力需求　339

12.2.2　主要功能　341

12.2.3　信息模型　342

12.2.4　主要服务方式　344

12.3　运营管理　345

12.3.1　体系架构　346

12.3.2　主要功能　346

12.3.3　典型管理流程　351

第　13章 天基传输网络运维管控技术发展展望　355

13.1　测控信道泛在化、测控模式天地随遇化　356

13.2　处理和操作智能化、功能服务化　356

13.3　管理数据采集密集化、健康管理深入化　357

13.4　天地管控耦合、功能星载迁移化　358

13.5　通信、导航、遥感管控综合化　358

缩略语　359

参考文献　371

名词索引　373