一种基于星上处理的星载交换控制装置的制作方法

1.本发明涉及一种基于星上处理的星载交换控制装置，属于卫星通信领域。


背景技术：

2.随着通信卫星技术的快速发展，基于星上处理的卫星通信系统将是未来发展的主流，但是卫星节点的不可维修性导致了卫星通信系统的脆弱性，一旦卫星节点某个载荷出现异常，可能会导致整个卫星系统功能的丧失。因此，在卫星节点载荷设计时，要充分考虑其可靠性和抗毁性，从多个维度、多个方面对卫星节点载荷进行冗余设计。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于上述背景技术中的不足之处而提供的一种支持星地功能备份的交换控制装置，可实现星地路由协议的备份处理和星地网络控制的备份处理。本发明具有可扩展性强、集成程度高等优点，大大增强了基于星上处理的卫星节点载荷功能的可靠性和抗毁性。
4.本发明的目的是这样实现的：
5.一种基于星上处理的星载交换控制装置，包括地面协议处理单元1、星载协议处理单元2、地面管理单元3、地面控制处理单元4、星载控制处理单元5、数据交换单元7、基带处理单元8、激光处理单元9，其特征在于：还包括交换控制单元6。
6.所述一种基于星上处理的星载交换控制装置共包含了三种信息流，分别进行描述：
7.信息流一：地面协议处理单元1和星载协议处理单元2为相互冷备份的关系，地面协议处理单元1部署于地面主站，星载协议处理单元2部署于基于星上处理的通信卫星节点，地面协议处理单元1和星载协议处理单元2在同一时刻内只有一个功能单元起作用。地面协议处理单元1根据动态路由协议交互生成动态路由配置信息，通过星地馈电链路发送至交换控制单元6；星载协议处理单元2生成路由配置信息的方式与地面协议处理单元1的生成方式一致，通过通信卫星节点内部接口将动态路由配置信息发送至交换控制单元6；交换控制单元6接收到地面协议处理单元1或星载协议处理单元2的路由配置信息后，完成信息调度、优先级管理、存储管理、协议适配等操作，生成内部参数配置帧发送至数据交换单元7；数据交换单元7根据接收到内部参数配置帧，根据帧类型字段将不同的配置信息分别存放到对应的块ram存储中。
8.信息流二：地面管理单元3根据任务规划结果生成卫星节点载荷管理信息，通过星地馈电链路发送至交换控制单元6；交换控制单元6接收到卫星节点载荷管理信息，完成信息调度、优先级管理、存储管理、协议适配等操作后，生成内部参数配置帧，并根据信息类型分别发送至数据交换单元7、基带处理单元8或者激光处理单元9；数据交换单元7、基带处理单元8或激光处理单元9根据接收到内部参数配置帧，根据帧类型字段将不同的配置信息分别存放到对应的块ram存储中
9.信息流三：地面网络控制单元4和星载网络控制单元5为相互热备份的关系，地面网络控制单元4部署于地面主站，星载网络控制单元5部署于基于星上处理的通信卫星节点，地面网络控制单元4和星载网络控制单元5可共存，根据通信卫星遥控指令切换不同的应用模式。地面网络控制单元4根据小站入网策略和资源需求，生成资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等信息，通过星地馈电链路发送至交换控制单元6；星载网络控制单元5生成资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等信息的方式与地面网络控制单元5的生成方式一致，通过通信卫星内部接口将资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等信息发送至交换控制单元6；交换控制单元6接收到地面网络控制单元4或星载网络控制单元5的资源分配参数、波束控制参数、速率参数等配置信息，完成信息调度、优先级管理、存储管理、协议适配等操作，生成内部参数配置帧并根据不同的类型分别发送至基带处理单元8或激光处理单元9；基带处理单元8或激光处理单元9根据接收到内部参数配置帧，根据帧类型字段将不同的配置信息分别存放到对应的块ram存储中。
10.进一步的，所述的交换控制单元6由接收处理单元6-1、业务调度单元6-2、内存管理单元6-3、数据处理单元6-4、存储管理单元6-5、数据发送单元6-6、协议适配单元6-7、交换配置单元6-8、基带处理配置单元6-9、激光处理配置单元6-10、星地广播生成单元6-11组成。
11.接收处理单元6-1接收地面协议处理单元1、星载协议处理单元2、地面管理单元3、地面网络控制处理单元4和星载网络控制处理单元5的协议、管理或者控制等初始信息，并对这些初始信息进行帧头和帧内容校验，校验通过后将此初始信息发送至业务调度单元6-2，校验错误则将初始信息丢弃，并返回错误类型；
12.业务调度单元6-2接收到接收处理单元6-1的初始信息后，根据设定的算法对接收到的初始信息进行融合处理，并提取出地址和类型字段，以地址和类型字段为索引从内存管理单元6-3中提取存储信息，然后依据设定的策略对存储信息和初始信息进行比对聚合处理，然后将比对聚合后的信息发送到内存管理单元6-3进行存储，发送到数据处理单元6-4进行下一步的处理；
13.内存管理单元6-3以地址和类型字段为索引实现对信息的排队、管理和存储，可根据业务调度单元6-2的索引对存储信息进行提取，也可以接收业务调度单元6-2比对聚合后的信息。除此之外内存管理单元6-3也可为数据处理单元6-4提供参数配置信息,同时内存管理单元还需要定时向存储管理单元6-5发送配置信息存储参数；
14.数据处理单元6-4支持两种配置策略，策略一：可接收业务调度单元6-2的处理信息，根据触发式配置信息生成策略生成触发信息配置参数；策略二：可定时向内存管理单元6-3提取存储信息，根据定时式配置信息生成策略生成定时信息配置参数，以上两种配置策略可同时存在。数据处理单元6-4根据优先级规划策略将信息配置参数发送至数据发送单元6-6；
15.存储管理单元6-5接收内存管理单元6-3的配置信息存储参数，定时将配置信息存储参数存储到相应位置的flash中去；
16.数据发送单元6-6接收数据处理单元6-4的触发信息配置参数或者定时信息配置参数，根据协议封装格式和配置方式，填充协议适配单元6-7下发的目标参数配置地址信息，生成内部参数配置帧，然后根据不同的参数类型分别发送至交换配置单元6-8、基带处
理配置单元6-9、激光处理配置单元6-10；
17.协议适配单元6-7主要根据任务规划的结果，生成目标参数配置地址信息，并将目标参数配置地址信息下发给数据发送单元6-6；
18.交换配置单元6-8接收数据发送单元6-6的内部参数配置帧，并根据不同的参数类型和目标参数配置地址信息分别发送至数据交换单元7不同的处理模块；
19.基带处理配置单元6-9接收数据发送单位6-6的内部参数配置帧，并根据不同的参数类型和目标参数配置地址信息分别发送至多个基带处理单元8不同的处理模块；
20.激光处理配置单元6-10接收数据发送单位6-6的内部参数配置帧，并根据不同的参数类型和目标参数配置地址信息分别发送至多个激光处理单元9不同的处理模块；
21.星地广播生成单元6-11根据设定的协议格式和软件算法，定时从内存管理单元6-3中提取状态信息参数，生成星地广播数据帧和星地通告数据帧，然后分别通过不同的星地链路以广播的方式发送至卫星地面用户站。
22.进一步的，所述的交换控制单元6可采用模块热备份的方式实现，保证星载交换控制系统的可靠性和抗毁性。
23.本发明相比背景技术具有如下优点：
24.1.本发明通过星载交换控制装置，实现星地路由协议、星地网控控制信息、网络管理信息的备份处理，大大增加了通信卫星系统的灵活性、可靠性和抗毁性；
25.2.本发明基于星上处理的卫星通信系统中提出，架构设计上充分遵循占用资源少、实现简单可靠的原则；
26.3.本发明中星载交换控制装置内部也采用模块间备份处理；
27.4.本发明支持不同功能单元的可扩展处理。
附图说明
28.图1是本发明一种基于星上处理的星载交换控制装置实施电原理图。
29.图2是交换控制单元的实施电原理图。
具体实施方式
30.参照图1，本发明一种基于星上处理的星载交换控制装置，包括地面协议处理单元1、星载协议处理单元2、地面管理单元3、地面网络控制处理单元4、星载网络控制处理单元5、交换控制单元6、数据交换单元7、基带处理单元8、激光处理单元9。图1是本发明一种基于星上处理的星载交换控制装置实施例电原理图，实施例按照图1连接线路。
31.所述的一种基于星上处理的星载交换控制装置地面协议处理单元1的作用是根据星地路由交互协议在地面生成动态路由配置信息；星载协议处理单元2的作用是根据星地路由交互协议在星上生成动态路由配置信息，地面协议处理单元1和星载协议处理单元2为冷备份关系；地面管理单元3的作用是根据任务规划结果生成卫星节点载荷管理信息；地面网络控制单元4的作用是根据小站入网策略和资源需求，在地面生成资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等配置信息；星载控制处理单元5的作用是根据小站入网策略和资源需求，在星上生成资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等配置信息，地面网络控制单元4和星载控制处理单元5为热备份关系；交换控制单元6的作用是接收地面协议处理单
元1和星载协议处理单元2的动态路由配置信息、接收地面管理单元3的载荷管理信息、接收地面网络控制单元4和星载控制处理单元5的资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等配置信息，分别进行信息调度、优先级管理、存储管理、协议适配等操作，生成内部参数配置帧；数据交换单元7的作用是接收交换控制单元6的内部参数配置帧，实现对通信卫星交换功能的配置管理；基带处理单元8的作用是接收交换控制单元6的内部参数配置帧，实现对卫星系统调制解调、波束控制等功能的配置管理；激光处理单元9的作用是接收交换控制单元6的内部参数配置帧，实现对卫星系统星间星地激光处理等功能的配置管理。
32.所述的交换控制单元6由接收处理单元6-1、业务调度单元6-2、内存管理单元6-3、数据处理单元6-4、存储管理单元6-5、数据发送单元6-6、协议适配单元6-7、交换配置单元6-8、基带处理配置单元6-9、激光处理配置单元6-10、星地广播生成单元6-11组成；实施例按照图2连接线路。
33.接收处理单元6-1的作用是接收地面协议处理单元1和星载协议处理单元2的动态路由配置信息、接收地面管理单元3的载荷管理信息、接收地面网络控制单元4和星载控制处理单元5的资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等配置信息，并进行帧头和帧内容校验；业务调度单元6-2的作用是根据设定的算法对接收到的初始信息进行融合处理；内存管理单元6-3的作用是以地址和类型字段为索引实现对信息的排队、管理和存储；数据处理单元6-4的作用是实现信息配置参数的触发发送和定时发送；存储管理单元6-5的作用是定时将配置信息存储参数存储到相应位置的flash中去；数据发送单元6-6的作用是根据协议适配单元6-7下发的目标参数配置地址信息，生成内部参数配置帧；协议适配单元6-7的作用是根据任务规划的结果，生成目标参数配置地址信息；交换配置单元6-8的作用是实现对数据交换单元7的参数配置及管理；基带处理配置单元6-9的作用是实现对基带处理单元8的参数配置及管理；激光处理配置单元6-10的作用是实现对激光处理单元9的参数配置及管理；星地广播生成单元6-11的作用是根据设定的协议格式和软件算法，定时从内存管理单元6-3中提取状态信息参数，生成星地广播数据帧和星地通告数据帧。
34.本发明简要工作原理如下：
35.交换控制单元6接收地面协议处理单元1和星载协议处理单元2的动态路由配置信息、接收地面管理单元3的载荷管理信息、接收地面网络控制单元4和星载控制处理单元5的资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数等配置信息，分别进行信息调度、优先级管理、存储管理、协议适配等操作，生成内部参数配置帧，交换控制单元6将不同的内部参数配置帧分别发送至数据交换单元7、基带处理单元8和激光处理单元9分别进行处理。通过以上简要工作流程，完成动态路由配置信息、载荷管理信息、资源分配信息、波束控制信息、端口速率信息等信息配置及管理功能。

技术特征：
1.一种基于星上处理的星载交换控制装置，包括地面协议处理单元(1)、星载协议处理单元(2)、地面管理单元(3)、地面网路控制单元(4)、星载网络控单元(5)、数据交换单元(7)、基带处理单元(8)、激光处理单元(9)，其特征在于：还包括交换控制单元(6)；其中，地面协议处理单元(1)根据星地路由交互协议在地面生成动态路由配置信息；星载协议处理单元(2)根据星地路由交互协议在星上生成动态路由配置信息；地面管理单元(3)根据任务规划结果生成卫星节点载荷管理信息；地面网络控制单元(4)根据小站入网策略和资源需求，在地面生成包括资源分配参数、波束控制参数和端口速率参数在内的配置信息；星载控制处理单元(5)根据小站入网策略和资源需求，在星上生成包括资源分配参数、波束控制参数和端口速率参数在内的配置信息，星载控制处理单元(5)和地面网络控制单元(4)互为热备份；交换控制单元(6)用于接收地面协议处理单元(1)和星载协议处理单元(2)的动态路由配置信息，接收地面管理单元(3)的载荷管理信息，接收地面网络控制单元(4)和星载控制处理单元(5)的配置信息，分别进行包括信息调度、优先级管理、存储管理和协议适配在内的操作，生成内部参数配置帧；数据交换单元(7)的用于接收交换控制单元(6)的内部参数配置帧，实现对通信卫星交换功能的配置管理；基带处理单元(8)的作用是接收交换控制单元(6)的内部参数配置帧，实现对卫星系统调制解调、波束控制功能的配置管理；激光处理单元(9)的作用是接收交换控制单元(6)的内部参数配置帧，实现对卫星系统星间星地激光处理功能的配置管理；一种基于星上处理的星载交换控制装置包含有三种信息交互方式，其中，信息流一：地面协议处理单元(1)和星载协议处理单元(2)为相互冷备份的关系，地面协议处理单元(1)部署于地面主站，星载协议处理单元(2)部署于基于星上处理的通信卫星节点，地面协议处理单元(1)和星载协议处理单元(2)在同一时刻内只有一个功能单元处于工作状态；地面协议处理单元(1)根据动态路由协议交互生成动态路由配置信息，通过星地馈电链路发送至交换控制单元(6)；星载协议处理单元(2)生成路由配置信息的方式与地面协议处理单元(1)的生成方式一致，通过通信卫星节点内部接口将动态路由配置信息发送至交换控制单元(6)；交换控制单元(6)接收到地面协议处理单元(1)或星载协议处理单元(2)的路由配置信息后，完成包括信息调度、优先级管理、存储管理和协议适配在内的操作，生成内部参数配置帧发送至数据交换单元(7)；数据交换单元(7)根据接收到内部参数配置帧，根据帧类型字段将不同的配置信息分别存放到对应的块ram存储中；信息流二：地面管理单元(3)根据任务规划结果生成卫星节点载荷管理信息，通过星地馈电链路发送至交换控制单元(6)；交换控制单元(6)接收到卫星节点载荷管理信息，完成包括信息调度、优先级管理、存储管理和协议适配在内的操作后，生成内部参数配置帧，并根据信息类型分别发送至数据交换单元(7)、基带处理单元(8)或者激光处理单元(9)；数据交换单元(7)、基带处理单元(8)或激光处理单元(9)根据接收到内部参数配置帧，根据帧类型字段将不同的配置信息分别存放到对应的块ram存储中；信息流三：地面网络控制单元(4)和星载网络控制单元(5)为相互热备份的关系，地面
网络控制单元(4)部署于地面主站，星载网络控制单元(5)部署于基于星上处理的通信卫星节点，地面网络控制单元(4)和星载网络控制单元(5)可共存，根据通信卫星遥控指令切换不同的应用模式；地面网络控制单元(4)根据小站入网策略和资源需求，生成包括资源分配参数、波束控制参数和端口速率参数在内的信息，通过星地馈电链路发送至交换控制单元(6)；星载网络控制单元(5)生成包括资源分配参数、波束控制参数、端口速率参数在内的配置信息，并通过通信卫星内部接口将配置信息发送至交换控制单元(6)；交换控制单元(6)接收到地面网络控制单元(4)或星载网络控制单元(5)的配置信息，完成信息调度、优先级管理、存储管理、协议适配等操作，生成内部参数配置帧并根据不同的类型分别发送至基带处理单元(8)或激光处理单元(9)；基带处理单元(8)或激光处理单元(9)根据接收到内部参数配置帧，根据帧类型字段将不同的配置信息分别存放到对应的块ram存储中。2.根据权利要求1所述的一种基于星上处理的星载交换控制装置，其特征在于，所述交换控制单元(6)主要由接收处理单元(6-1)、业务调度单元(6-2)、内存管理单元(6-3)、数据处理单元(6-4)、存储管理单元(6-5)、数据发送单元(6-6)、协议适配单元(6-7)、交换配置单元(6-8)、基带处理配置单元(6-9)、激光处理配置单元(6-10)和星地广播生成单元(6-11)组成。接收处理单元(6-1)接收地面协议处理单元(1)、星载协议处理单元(2)、地面管理单元(3)、地面网络控制处理单元(4)和星载网络控制处理单元(5)的协议、管理或者控制的初始信息，并对这些初始信息进行帧头和帧内容校验，校验通过后将此初始信息发送至业务调度单元(6-2)，校验错误则将初始信息丢弃，并返回错误类型；业务调度单元(6-2)接收到接收处理单元(6-1)的初始信息后，根据设定的算法对接收到的初始信息进行融合处理，并提取出地址和类型字段，以地址和类型字段为索引从内存管理单元(6-3)中提取存储信息，然后依据设定的策略对存储信息和初始信息进行比对聚合处理，然后将比对聚合后的信息发送到内存管理单元(6-3)进行存储，发送到数据处理单元(6-4)进行下一步的处理；内存管理单元(6-3)以地址和类型字段为索引实现对信息的排队、管理和存储，可根据业务调度单元(6-2)的索引对存储信息进行提取，也可以接收业务调度单元(6-2)比对聚合后的信息；除此之外，内存管理单元(6-3)也可为数据处理单元(6-4)提供参数配置信息,同时内存管理单元还定时向存储管理单元(6-5)发送配置信息存储参数；数据处理单元(6-4)支持两种配置策略，策略一：接收业务调度单元(6-2)的处理信息，根据触发式配置信息生成策略生成触发信息配置参数；策略二：定时向内存管理单元(6-3)提取存储信息，根据定时式配置信息生成策略生成定时信息配置参数，以上两种配置策略可同时存在；数据处理单元(6-4)根据优先级规划策略将信息配置参数发送至数据发送单元(6-6)；存储管理单元(6-5)接收内存管理单元(6-3)的配置信息存储参数，定时将配置信息存储参数存储到相应位置的flash中去；数据发送单元(6-6)接收数据处理单元(6-4)的触发信息配置参数或者定时信息配置参数，根据协议封装格式和配置方式，填充协议适配单元(6-7)下发的目标参数配置地址信息，生成内部参数配置帧，然后根据不同的参数类型分别发送至交换配置单元(6-8)、基带处理配置单元(6-9)和激光处理配置单元(6-10)；
协议适配单元(6-7)主要根据任务规划的结果，生成目标参数配置地址信息，并将目标参数配置地址信息下发给数据发送单元(6-6)；交换配置单元(6-8)接收数据发送单位(6-6)的内部参数配置帧，并根据不同的参数类型和目标参数配置地址信息分别发送至数据交换单元(7)不同的处理模块；基带处理配置单元(6-9)接收数据发送单元(6-6)的内部参数配置帧，并根据不同的参数类型和目标参数配置地址信息分别发送至多个基带处理单元(8)不同的处理模块；激光处理配置单元(6-10)接收数据发送单位(6-6)的内部参数配置帧，并根据不同的参数类型和目标参数配置地址信息分别发送至多个激光处理单元(9)不同的处理模块；星地广播生成单元(6-11)根据设定的协议格式和软件算法，定时从内存管理单元(6-3)中提取状态信息参数，生成星地广播数据帧和星地通告数据帧，然后分别通过不同的星地链路以广播的方式发送至卫星地面用户站。3.根据权利要求1所述的一种基于星上处理的星载交换控制装置，其特征在于：所述的交换控制单元(6)可采用模块热备份的方式实现，保证星载交换控制系统的可靠性和抗毁性。

技术总结
本发明公开了一种基于星上处理的星载交换控制装置，涉及卫星通信领域。本发明支持路由协议、网络控制等信息的一体化星地备份处理，极大的增强了基于星上处理的通信卫星星地控制系统的可靠性和抗毁性。本发明包括地面协议处理单元、星载协议处理单元、地面管理单元、地面网络控制单元、星载网络控制单元、交换控制单元、数据交换单元、基带处理单元和激光处理单元，本发明是一种集中式的星上交换控制方式，支持协议、管理、控制等信息交互、融合、处理和存储，并根据信息分发策略生成对交换、基带处理等功能实体的配置信息，实现路由表、时隙、载波等资源的灵活管控和集中配置。载波等资源的灵活管控和集中配置。载波等资源的灵活管控和集中配置。


技术研发人员：崔永康 冀煌 张冬 蒋宝强
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/11