一种面向端边云协同的卫星网络自主运维架构和方法

本发明属于卫星网络运维，具体涉及一种面向端边云协同的卫星网络自主运维架构和方法。

背景技术：

1、大规模卫星网络作为未来空天地一体化信息网络的重要基础设施，已广泛应用于卫星互联网、天地融合通信、全球物联网以及空间信息服务等领域。随着低轨卫星星座规模持续扩大、网络拓扑高速动态变化以及新型业务不断涌现，卫星网络运行环境日趋复杂，网络可靠性和业务连续性面临更高要求。在此背景下，如何实现卫星网络的自主运行、自主故障恢复以及自主运维管控，已成为未来卫星网络发展的关键问题。当卫星节点发生故障时，若不能及时完成故障定位与恢复，不仅会影响单节点运行状态，还可能导致链路中断、业务迁移失败以及局部网络性能下降，进而影响整个卫星网络的服务质量。

2、传统卫星网络主要采用地面集中式运维模式，即卫星完成故障检测后，将故障信息回传至地面控制中心，由地面统一完成故障分析、恢复决策及控制指令下发。该模式虽然便于集中管理，但由于受星地可见窗口、通信带宽以及地面集中计算架构限制，难以及时响应大规模卫星网络中持续产生的故障事件。同时，该模式高度依赖人工分析和固定规则，缺乏故障自主决策、恢复以及闭环优化的能力，难以满足未来卫星网络自主运维管控需求。为解决集中式运维带来的响应时延高、资源利用率低以及自主性不足等问题，近年来研究人员开始将端边云协同架构引入卫星网络运维领域。通过将部分故障处理能力部署至在轨卫星节点和边缘管理节点，实现故障处理能力向网络边缘下沉，从而降低对地面中心的依赖，提高故障响应速度。因此，如何充分利用端层、边层和云层异构节点的资源优势，构建完整的自主运维管控闭环，已成为当前卫星网络智能运维领域的重要研究方向。

3、现有研究主要围绕卫星健康管理体系构建和异常检测算法两个方向展开，在提升卫星自主运行能力和异常检测性能方面取得了一定进展。然而，上述研究主要聚焦于健康管理或异常检测阶段，对于端-边-云协同架构下故障任务的自主分层决策、跨层级协同处置以及在线反馈优化等自主运维管控关键问题仍缺乏系统性的解决方案。

4、在现有技术方案中，分层分布式卫星自主健康管理方法通过将健康管理功能划分为分系统层、星务层和整星层，实现了部分健康管理能力向星上的迁移，提高了卫星自主运行能力。然而，该方法的层级划分主要依据卫星内部功能结构进行设计，各层级职责在系统部署后基本固定，未充分考虑端层、边层和云层节点在计算能力、通信资源及处理时效等方面的差异，无法根据故障特征和网络状态自主选择目标处置层级，也缺乏依据历史运维反馈持续优化层级决策策略的能力，难以满足大规模卫星网络自主运维管控过程中动态决策和持续演进的需求。

5、此外，现有基于因果结构学习或数据驱动的卫星异常检测方法能够实现异常检测、严重程度评估及异常层级定位，为故障分析提供了有效支撑。然而，该类方法主要关注故障检测与定位环节，对于异常识别后的故障任务如何进行自主层级决策、跨层级协同处置、处置失败后的逐级升级以及历史经验反馈优化等关键问题缺乏统一机制，尚未形成覆盖故障感知、层级决策、协同处置、反馈学习全过程的自主运维管控闭环。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种面向端边云协同的卫星网络自主运维架构和方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供了一种面向端边云协同的卫星网络自主运维方法，包括：

3、获取卫星网络运行过程中产生的故障信息，对所述故障信息进行文本化处理，生成自然语言故障描述；

4、通过预训练的文本编码模型从所述自然语言故障描述中提取归一化的故障语义特征向量；

5、通过前馈神经网络对故障语义特征向量进行处理，估计选择卫星网络中各层级进行故障处置的预期收益，生成各层级对应的预期收益值；所述层级包括端层、边层和云层；

6、基于各层级对应的预期收益值，通过策略为当前故障信息对应的故障任务选择目标处置层级；

7、将故障任务发送至目标处置层级的对应节点，调用该目标处置层级的故障处置引擎执行故障处置，输出对应的第一处理结果；

8、根据预设恢复判定规则对第一处理结果进行评估，当评估为故障恢复失败时，触发逐层级升级机制选择升级后的处置层级进行故障任务处置，直至故障恢复成功或达到最高处置层级，输出最终处置结果；当评估为故障恢复成功时，将第一处理结果作为最终处置结果输出；

9、根据最终处置结果对应的故障恢复结果、处置过程中目标处置层级对应的资源代价计算反馈奖励值；

10、将故障语义特征向量、目标处置层级和反馈奖励值作为经验样本，基于所述经验样本在线更新前馈神经网络的参数，以持续优化目标处置层级的选择，实现卫星网络自主运维；

11、其中，所述预期收益用于表征对应层级处置故障任务时的预期处置效果与资源代价的综合评价结果；目标处置层级对应的资源代价用于表征目标处置层级处置过程中的资源开销和时延。

12、第二方面，本发明提供了一种面向端边云协同的卫星网络自主运维架构，适用于如第一方面所述的面向端边云协同的卫星网络自主运维方法，所述卫星网络自主运维架构，包括：

13、故障语义编码模块，用于接收卫星网络中的自然语言故障描述，通过预训练的文本编码模型从所述自然语言故障描述中提取归一化的故障语义特征向量；

14、智能层级决策模块，用于根据故障语义特征向量，通过前馈神经网络估计选择卫星网络中各层级进行故障处置的预期收益，生成各层级对应的预期收益值；基于各层级对应的预期收益值，通过策略为当前故障信息对应的故障任务选择目标处置层级；

15、分级处置执行模块，用于将故障任务发送至目标处置层级的对应节点，调用该目标处置层级的故障处置引擎执行故障处置，输出对应的第一处理结果；

16、升级控制模块，用于对第一处理结果进行评估：当评估为故障恢复失败时，触发逐层级升级机制选择升级后的处置层级；当评估为故障恢复成功时，将第一处理结果作为最终处置结果输出；

17、分级处置执行模块，还用于当评估为故障恢复失败时，通过升级后的处置层级进行故障任务处置，直至故障恢复成功或达到最高处置层级，输出最终处置结果；

18、在线学习模块，用于根据最终处置结果对应的故障恢复结果、处置过程中目标处置层级对应的资源代价计算反馈奖励值，将故障语义特征向量、目标处置层级和反馈奖励值作为经验样本，基于所述经验样本在线更新智能层级决策模块中前馈神经网络的参数，以持续优化目标处置层级的选择，实现卫星网络自主运维；其中，所述预期收益用于表征对应层级处置故障任务时的预期处置效果与资源代价的综合评价结果；目标处置层级对应的资源代价用于表征目标处置层级处置过程中的资源开销和时延。

19、本发明的有益效果：

20、本发明所提供的方案中，通过构建端-边-云三层协同运行体系，将故障处理能力分层部署至端层、边层和云层节点，能够实现故障处理能力向网络边缘的有效下沉，有利于降低星地通信依赖和故障响应时延，进一步提高卫星网络实时自主运维能力；通过设计基于故障语义特征向量和策略的智能层级决策机制，能够根据故障语义特征向量为故障任务自主选择适配的处置层级，有利于提高层级选择的准确性和资源利用效率，进一步提高系统对不同类型故障的适配能力。进一步地，本发明通过建立统一的跨层级协同与逐层级升级机制，将故障描述、已执行的处置动作序列及失败异常日志封装为标准化的运维上下文，能够实现故障任务在端层、边层和云层之间的连续流转与自主协同处置，有利于提升复杂故障的自主恢复效率，进一步提高网络运行可靠性；通过引入在线学习与策略演进机制，计算反馈奖励值并存储经验样本，触发轻量化前馈神经网络的参数自主更新，能够使系统依据历史运维结果持续优化分层决策策略，有利于提升系统对未知故障的适应能力，进一步提高长期运行的自主运维性能。