衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)故障檢測、診斷及自修復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、空間基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)對國民經(jīng)濟(jì)和國家安全起到的作用是至關(guān)重要的。因此，對以不同種類衛(wèi)星組網(wǎng)為核心的空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的研究方興未艾。衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)作為空間基礎(chǔ)設(shè)施的具體實現(xiàn)形式，對其要求是可以長期、穩(wěn)定的不間斷運(yùn)行，因此能夠及時發(fā)現(xiàn)影響網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的故障，并實施有效處理是很重要的。由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)所具有的高成本和不可人工現(xiàn)場維修的特性，這就對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的容錯能力提出很高的要求。尤其衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)在面向民用的同時還要面向軍事應(yīng)用，這種對容錯能力的需

2、求就更為突出。衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)的容錯能力具體體現(xiàn)在對故障的檢測、診斷和自修復(fù)能力上。從網(wǎng)絡(luò)管理的角度來看，故障的檢測、診斷和自修復(fù)就是故障管理所研究的內(nèi)容。 相對于地面網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)的故障管理無論從管理的層次，還是從技術(shù)運(yùn)用的深度和廣度上，都要更復(fù)雜。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)獨(dú)有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和運(yùn)行特性使傳統(tǒng)的基于地面網(wǎng)絡(luò)的故障管理遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足其要求，因此研究面向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的故障管理成為網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域新的課題，本文的工作就是對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)故障管理這一新

3、的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研究。 論文首先從衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)自身的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)管理以及容錯技術(shù)三個不同的角度闡述了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)故障管理的研究現(xiàn)狀。通過引入管理粒度的概念，將衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)天基部分的故障管理對象劃分到不同的問題解決領(lǐng)域中，形成了網(wǎng)絡(luò)級、功能級、設(shè)備級和組件級四種故障管理粒度。在對幾種網(wǎng)絡(luò)管理模式的性能指標(biāo)的進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中星簇的概念，提出了一種適合于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的基于星簇的分布層次式故障管理體系結(jié)構(gòu)。并對故障管理體系結(jié)構(gòu)

4、的組織形式、構(gòu)建過程以及故障管理流程進(jìn)行說明。 在對衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)故障檢測的研究中，論文對故障檢測中天基和地基所遵循的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議分別進(jìn)行了討論，針對天基部分，在分析了當(dāng)前幾種主流的管理協(xié)議基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對面向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理的MNMP協(xié)議進(jìn)行了剖析；并遵循MNMP的對象定義規(guī)范DMMO，對衛(wèi)星故障管理所涉及到的不同粒度的對象進(jìn)行規(guī)范定義，形成了比較完備的故障管理信息庫。為了對包括天基和地基在內(nèi)的衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)實現(xiàn)全面的檢測，還對兼顧

5、多種協(xié)議的檢測形式進(jìn)行了深入的研究，并根據(jù)研究結(jié)論，設(shè)計了一個完備的檢測框架，該框架面向地基的部分采用基于通用信息模型CIM的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)來兼容各類協(xié)議；面向天基的部分通過MNMP協(xié)議實體之間的操作完成檢測工作。為了考察基于MNMP故障檢測的性能，對MNMP三種數(shù)據(jù)獲取方式進(jìn)行了實際的性能測試，并與SNMPv1和SNMPv2作了性能上的比較。針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的故障傳播模式，提出了一種應(yīng)用包含和拓?fù)湟蕾囮P(guān)系的基于滑動時間窗口的事件關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)處理

6、技術(shù)。 在對衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)故障診斷的研究中，針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不同的粒度對象，建立了一個基于分層因果的故障診斷模型；將節(jié)約覆蓋集診斷理論應(yīng)用到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)故障診斷模型的層內(nèi)診斷中，并根據(jù)故障診斷組織形式來使用不同的節(jié)約原則；針對層間測試，采用了基于故障樹最小割集的測試技術(shù)來完成測試序列的生成；設(shè)計了一種通用規(guī)則形式表示分層因果故障診斷模型中的因果關(guān)系，該規(guī)則形式可以表達(dá)多種不確定性知識。 在對面向網(wǎng)絡(luò)管理的衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)自修復(fù)技術(shù)

7、的研究中，提出了采用重構(gòu)容錯機(jī)制來提高天基網(wǎng)管系統(tǒng)自身可靠性的思想。因為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)自身的高可靠性是順利完成網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)的前提因素，因此有必要為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)——簇首提供一種失效重構(gòu)機(jī)制，以保證簇首的失效不會影響到網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)的完成。通過對管理星簇重構(gòu)容錯機(jī)制的討論，建立了以簇首選舉為核心的網(wǎng)絡(luò)級自修復(fù)問題解決模型，將簇首選舉歸結(jié)為分布式系統(tǒng)的選舉問題，在對現(xiàn)有分布式選舉算法的分析基礎(chǔ)上，針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和管理星簇的特點(diǎn)與需求

8、，提出了一種具有容錯能力的兩段式簇首選舉算法，并給出了算法的流程、形式化描述、算法證明以及復(fù)雜度分析，通過和其它分布式選舉算法比較，說明了該算法的優(yōu)勢。此外還對選舉算法實現(xiàn)時需要的參數(shù)、觸發(fā)選舉的算法進(jìn)行了說明，并介紹了一種通用的分布式代理結(jié)構(gòu)。 在理論研究成果基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套衛(wèi)星綜合信息網(wǎng)故障管理演示驗證系統(tǒng)。 論文的研究依托于國家863重點(diǎn)項目，已通過階段驗收，所做工作得到了863專家組的肯定。通過論文的研究工作，