一种信关站数据汇聚分发及反向定位修复方法及系统与流程

本发明涉及卫星通信及数据处理，尤其涉及一种信关站数据汇聚分发及反向定位修复方法及系统。

背景技术：

1、随着低轨卫星星座、卫星互联网及天地一体化信息网络的发展，卫星数量及星地数据交互规模不断增加。信关站作为卫星网络与地面网络之间的数据交互节点，需要接收卫星链路下传的遥测数据、遥感数据、载荷数据及状态监测数据等原始数据，并对接收的原始数据进行校验、协议解析、数据拼接、格式转换、缓存及分发处理，以将处理后的数据发送至地面数据中心、业务平台或其他分发目标。

2、卫星链路下传的原始数据通常以数据帧形式到达信关站。受卫星过站时间、链路状态和传输环境影响，不同原始数据帧可能分属于不同卫星、接收任务、接收弧段或虚拟信道。信关站在对原始数据帧进行处理时，一个分发数据单元可能由多个不连续或跨帧的源数据区间共同生成，同一源数据区间也可能经过协议解析、数据拼接及分发格式转换而形成多个输出区间。因此，源数据与分发数据之间可能形成多级、多对多的数据转换关系。

3、当分发目标发现分发数据单元存在数据缺失、校验不一致或局部数据异常时，返回的异常信息通常指向分发数据单元及其异常输出区间，而不能直接指向卫星链路下传的原始数据范围。在缺少源数据区间与输出数据区间之间的连续映射记录时，信关站难以根据异常输出区间准确确定产生异常数据的原始数据帧及其数据范围，通常需要重新处理较大范围的缓存数据或者重新获取整个数据单元对应的卫星数据，从而增加数据读取量、重复处理量和链路传输量。

4、此外，星地链路具有带宽受限、可用时间窗口有限及链路状态动态变化等特点。如果待修复数据已从本地缓存中释放，还需要根据原始数据对应的卫星、接收任务、接收弧段、虚拟信道及原始帧位置重新请求卫星数据。如何在数据处理和分发过程中保留足以支持异常反向定位的数据关系，并在分发数据出现局部异常时确定能够独立完成校验和重新处理的源数据范围，是信关站数据汇聚分发过程中需要考虑的技术问题。

5、例如，公开号为cn114513247a、名称为“一种多卫星管控数据信息分发的方法”的发明专利申请，公开了根据测控计划中卫星管控数据的建链和组包处理要求配置分发策略，并按照所配置的分发策略，对测控站发送的卫星数据产品或用户中心发送的信息产品进行处理和分发；分发策略包括源端地址和端口、业务数据、传输协议、数据转换格式、目标端地址和端口、存储方式、关键标识、发送开始时间及发送停止时间，并根据目标端返回的数据分发状态确定是否进行数据重发。

技术实现思路

1、本发明应用于信关站接收和分发卫星数据的过程中。信关站接收卫星链路下传的原始数据帧，对原始数据帧进行校验、协议解析、数据拼接及分发格式转换，并将生成的分发数据单元发送至地面数据中心、业务平台或其他分发目标。当分发目标反馈分发数据单元存在局部异常时，信关站根据异常输出区间反向确定对应的源数据范围，取得相应源数据并重新执行必要的处理操作，以完成异常数据的局部修复。

2、现有信关站在分发数据出现局部异常时，难以由异常输出区间准确定位对应的源数据范围，往往需要重新处理较大范围的缓存数据，或者重新获取整个分发数据单元对应的卫星数据，造成重复处理数据量较大，并增加星地链路的数据重传开销。

3、基于此，本发明要解决的技术问题是：提供一种信关站数据汇聚分发及反向定位修复方法及系统，以建立源数据区间与分发数据输出区间之间的转换映射关系，并在分发数据出现局部异常时，根据异常输出区间确定能够独立完成校验及重新处理的源数据范围，从而缩小数据重新处理范围和卫星数据重传范围。

4、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

5、一种信关站数据汇聚分发及反向定位修复方法，包括：

6、接收卫星链路下传的原始数据帧，依据卫星标识、接收任务标识、接收弧段标识、虚拟信道标识、原始帧序号及数据偏移建立源数据区间及源定位记录；

7、依据校验块边界以及协议解析、数据拼接及分发格式转换的输入依赖范围扩展源数据区间，直至扩展后的数据范围能够独立完成校验及对应处理，得到具有块标识的最小可重构源数据块；

8、对最小可重构源数据块执行协议解析、数据拼接及分发格式转换，生成分发数据单元；针对各处理操作记录输入数据块、输入区间、输出数据块、输出区间、操作标识及参数版本，按照处理顺序构建转换映射链，并在转换映射链的末级转换映射记录中记录分发数据单元的数据单元标识及当前版本；

9、获取分发目标返回的异常数据单元标识、分发数据单元版本及异常输出区间；当分发数据单元版本与转换映射链记录的当前版本一致时，由异常输出区间反向遍历转换映射链，将所得源数据范围扩展至对应最小可重构源数据块的边界，得到待修复源数据块；

10、查询本地缓存；存在待修复源数据块时读取待修复源数据块，不存在待修复源数据块时，依据源定位记录生成卫星数据重传请求并取得待修复源数据块；

11、依据转换映射链记录的操作标识及参数版本重新执行对应处理操作，生成包含替换输出区间的修复数据单元，将修复数据单元发送至分发目标，并更新对应转换映射记录的修复状态。

12、优选地，建立源数据区间包括：

13、根据卫星标识、接收任务标识、接收弧段标识及虚拟信道标识对原始数据帧进行归组；

14、按照原始帧序号及数据偏移对每组原始数据帧进行排序和校验；

15、将序号连续且校验通过的原始数据帧合并为源数据区间；在相邻原始数据帧之间存在序号缺失，或者存在校验未通过的原始数据帧时，将前一校验通过的原始数据帧的结束位置确定为源数据区间的结束位置，并在源定位记录中记录对应的缺失数据范围。

16、优选地，得到最小可重构源数据块包括：

17、根据校验块边界确定初始数据范围；

18、确定每一处理操作生成对应输出数据所依赖的输入数据范围；

19、在输入数据范围超出初始数据范围时，将初始数据范围扩展至包含对应输入数据范围的相邻校验块，并重新判断扩展后的数据范围是否包含各处理操作所依赖的全部输入数据；

20、直至扩展后的数据范围包含各处理操作所依赖的全部输入数据，将扩展后的数据范围确定为最小可重构源数据块，并为最小可重构源数据块生成对应的块标识。

21、优选地，转换映射链包括多个转换映射记录，每一非初级转换映射记录至少记录其前级转换映射记录标识，每一非末级转换映射记录至少记录其后级转换映射记录标识；

22、对于任一输出区间，在输出区间由多个输入数据块共同生成时，将多个输入数据块及对应输入区间记录为输出区间的输入数据块集合；

23、对于任一输入数据块，在输入数据块参与生成多个输出区间时，分别建立输入数据块与各输出区间之间的转换映射记录，以形成最小可重构源数据块与分发数据单元之间的多级多对多转换映射关系。

24、优选地，分发目标返回异常反馈信息，异常反馈信息包括分发目标标识、异常数据单元标识、分发数据单元版本及异常输出区间，并在异常输出区间已被完整接收时包括与异常输出区间对应的接收校验值；

25、转换映射链的末级转换映射记录还按照分发目标标识分别记录各分发目标对应的当前版本、各输出区间以及与各输出区间一一对应的发送校验值；在分发数据单元版本与分发目标标识对应的当前版本一致，并且满足下列条件中的至少一项时，将异常反馈信息确定为有效异常反馈信息：异常输出区间未被完整接收；异常输出区间已被完整接收且接收校验值与对应于相同输出区间的发送校验值不一致。

26、优选地，反向遍历转换映射链包括：

27、从转换映射链中筛选输出区间与异常输出区间存在重叠的末级转换映射记录；

28、根据各末级转换映射记录的前级转换映射记录标识，按照处理顺序的反向顺序逐级查找对应的转换映射记录，直至查找到以源数据区间作为输入数据的初级转换映射记录；

29、合并查找到的初级转换映射记录对应的源数据范围，并将合并后的源数据范围扩展至对应最小可重构源数据块的边界，得到待修复源数据块。

30、优选地，取得待修复源数据块包括：

31、根据待修复源数据块的块标识查询本地缓存索引；

32、在查询到对应本地缓存地址时，从本地缓存地址读取待修复源数据块并进行校验；

33、在未查询到对应本地缓存地址时，根据源定位记录中的卫星标识、接收任务标识及接收弧段标识查询预先建立的任务关联记录，得到对应的星载数据存储任务标识，其中，任务关联记录记录卫星标识、接收任务标识、接收弧段标识与星载数据存储任务标识之间的对应关系；将待修复源数据块对应的源数据范围转换为卫星重传范围，根据卫星标识、星载数据存储任务标识、虚拟信道标识、起始原始帧序号、结束原始帧序号及边界数据偏移生成卫星数据重传请求；对接收的重传数据进行校验，并将校验通过且完整覆盖卫星重传范围的重传数据确定为待修复源数据块。

34、优选地，修复数据单元的生成及处理包括：

35、按照转换映射链记录的处理顺序、操作标识及参数版本，对待修复源数据块重新执行对应处理操作，得到覆盖异常输出区间的修复输出数据；

36、读取返回有效异常反馈信息的分发目标对应的分发数据单元的当前版本，将当前版本确定为基础版本，并将基础版本递增，得到修复版本；计算修复输出数据的校验值，得到修复校验值；根据异常数据单元标识、分发目标标识、基础版本、修复版本、修复输出数据对应的替换输出区间、修复校验值及修复输出数据，封装得到修复数据单元；

37、将修复数据单元发送至返回有效异常反馈信息的分发目标；

38、每一转换映射记录还记录分发状态及修复状态；为每一最小可重构源数据块设置引用计数，引用计数为引用对应的最小可重构源数据块且满足下列任一状态的转换映射记录数量：分发状态为未确认，或者修复状态为待修复或修复中；

39、在接收到分发目标返回的分发确认信息或修复确认信息后，更新对应转换映射记录的分发状态或修复状态，并重新确定对应的最小可重构源数据块的引用计数；当引用计数为零时，释放对应的最小可重构源数据块占用的缓存空间。

40、本发明还提供一种信关站数据汇聚分发及反向定位修复系统，包括：

41、源数据组织模块，用于接收卫星链路下传的原始数据帧，依据卫星标识、接收任务标识、接收弧段标识、虚拟信道标识、原始帧序号及数据偏移建立源数据区间及源定位记录；

42、重构块确定模块，用于依据校验块边界以及协议解析、数据拼接及分发格式转换的输入依赖范围扩展源数据区间，直至扩展后的数据范围能够独立完成校验及对应处理，得到具有块标识的最小可重构源数据块；

43、汇聚映射模块，用于对最小可重构源数据块执行协议解析、数据拼接及分发格式转换，生成分发数据单元；针对各处理操作记录输入数据块、输入区间、输出数据块、输出区间、操作标识及参数版本，按照处理顺序构建转换映射链，并在转换映射链的末级转换映射记录中记录分发数据单元的数据单元标识及当前版本；

44、异常定位模块，用于获取分发目标返回的异常反馈信息，异常反馈信息包括异常数据单元标识、分发数据单元版本及异常输出区间；当分发数据单元版本与转换映射链记录的当前版本一致时，由异常输出区间反向遍历转换映射链，将所得源数据范围扩展至对应的最小可重构源数据块的边界，得到待修复源数据块；

45、修复获取模块，用于查询本地缓存，在本地缓存中存在待修复源数据块时读取待修复源数据块，在本地缓存中不存在待修复源数据块时，依据源定位记录生成卫星数据重传请求并取得待修复源数据块；

46、修复分发模块，用于依据转换映射链记录的操作标识及参数版本重新执行对应处理操作，生成包含替换输出区间的修复数据单元，将修复数据单元发送至分发目标，并更新对应转换映射记录的修复状态。

47、优选地，信关站数据汇聚分发及反向定位修复系统还包括卫星链路接口、数据缓存器及地面网络接口；

48、卫星链路接口分别与源数据组织模块及修复获取模块连接，用于接收原始数据帧、发送卫星数据重传请求及接收对应的重传数据；

49、数据缓存器分别与源数据组织模块、汇聚映射模块、异常定位模块及修复获取模块连接，用于存储源数据区间、最小可重构源数据块、源定位记录及转换映射链；

50、地面网络接口分别与汇聚映射模块及修复分发模块连接，用于向分发目标发送分发数据单元及修复数据单元，并接收分发目标返回的异常反馈信息、分发确认信息及修复确认信息。

51、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

52、（1）本发明针对协议解析、数据拼接及分发格式转换等处理操作建立转换映射链，使分发数据的输出区间能够反向关联至对应源数据区间，为局部异常数据的精确定位提供数据基础。

53、（2）本发明将反向定位得到的源数据范围扩展至最小可重构源数据块的边界，使待修复数据既能够独立完成校验及重新处理，又能够避免对与异常输出区间无关的大范围源数据进行重复处理，降低数据读取量及计算资源占用。

54、（3）本发明能够优先从本地缓存取得待修复源数据块，并在本地缓存不存在对应数据时，根据源定位记录生成卫星数据重传请求，从而缩小卫星数据重传范围，减少星地链路资源占用。

55、（4）本发明按照转换映射链记录的处理顺序、操作标识及参数版本重新执行处理操作，并针对不同分发目标分别维护数据单元版本，以分发目标对应的当前版本作为基础版本生成修复版本；分发目标仅在基础版本一致时利用修复输出数据替换对应输出区间，从而避免旧版本修复数据覆盖当前数据，并防止一个分发目标的修复版本影响其他分发目标，提高局部数据修复的准确性。

56、（5）本发明根据转换映射记录的分发状态及修复状态设置引用计数，在不存在未确认分发任务及未完成修复任务时释放对应缓存空间，使缓存数据的保留周期与数据分发及修复过程相匹配，提高信关站缓存空间的利用率。