一种卫星多波束复用网络故障检测方法及系统与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，具体的，本发明涉及一种卫星多波束复用网络故障检测方法及系统。


背景技术：

2.卫星多波束复用网络传输在多点视频数据传输方面具有很大的优势，当某个ip站点向网络中的多个ip站点发送同一视频数据时，卫星多波束复用网络传输技术可以减少不必要的重叠发送，与多次点对点的单播(unicast)相比，减轻了系统和网络的负担，提高了cpu资源和网络带宽的利用率，极大地改善了视频数据传输的实时性。参与通信的各主机不论是源站点还是目的站点均使用同一程序，无客户机和服务器之分，从而具有对等性。卫星多波束复用网络传输技术符合多点、多网络平台和可扩展性的视频监控要求，而且可以实现跨楼宇范围的远程视频监控，可见，卫星多波束复用网络传输技术的使用对于网络视频的多点实时传输、网络多点实时监控具有特别重要的意义。
3.由于卫星通信中卫星多波束复用网络传输技术网络故障频繁发生，卫星出现多波束复用网络传输网络故障后虽然能够继续工作并与其他卫星通信，但卫星上代理所计算或发送的信息不准确，会影响整个卫星网络的性能，为了提高卫星通信的性能，必须对卫星多波束复用网络传输的网络故障进行故障。
4.现有的针对卫星多波束复用网络的故障诊断具有以下的缺点：基于系统级的卫星网络故障诊断算法采用系统级故障诊断技术对卫星多波束复用网络传输网络故障进行诊断，该类算法选择网络中某个卫星链路系统为诊断中心，该系统负责对整个网络中卫星的故障信息进行收集并然后运行故障诊断算法。该算法简化卫星网络故障诊断的管理，且能掌握全局卫星网络的故障信息，但是每个卫星链路把检测信息都传给诊断中心系统，会产生很多的路由转发。
5.针对集中式中诊断中心卫星系统易成为瓶颈和诊断通信负载过大的缺点，现有技术中也有将分布式故障诊断算法应用到卫星网络故障诊断中，卫星运营系统根据链路的状态进行自主故障诊断，但该算法不能掌握全局卫星网络故障，并且在链路相邻节点少时，故障检测正确率很低。
6.因此，本方案研究卫星网络中多波束复用网络传输网络故障的故障诊断。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种卫星多波束复用网络故障检测方法及系统，以解决上述的技术问题。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种卫星多波束复用网络故障检测方法，其改进之处在于：包括以下的步骤：s1、分管理站无法对卫星链路节点进行正常的网络管理时，将该卫星链路节点标识为疑似故障点，开始协作任务并进行初始化；s2、将协作任务分解为一系列的原子行为，并进行同步，以确定各个原子行为的执行的先后关系；s3、
生成管理域的理论拓扑和实际拓扑，并检索出理论上和实际上与疑似故障点各接口可进行通信的各卫星链路节点，选择疑似故障点的接口相对应，若选择成功，则跳转至步骤s4；若选择不成功，则分管理站向网管中心发出协作请求，并将分解的任务和同步信息发送给网管中心，并跳转至步骤s5；s4、分管理站向各协作代理发送协作任务，协作代理完成协作任务后，将协作结果向分管理站汇报，并跳转至步骤s6，协作代理即网管中心；s5、网管中心生成卫星网络理论全局拓扑和实际全局拓扑，分别选择与疑似故障点的接口相对应的最佳协作卫星链路故障节点，若选择成功，则跳转至步骤s6，若选择不成功，则等待一个随机时间后再进行选择，以此循环往复，直至选择成功；s6、网管中心分别向选中的最佳协作卫星链路故障节点发送协作任务，最佳协作卫星链路故障节点完成协作任务后，将协作结果向网管中心汇报，网管中心收到协作结果后转发给分管理站，确定故障类型。
9.在上述方法中，所述步骤s3中，选择疑似故障点的接口，是根据各节点与疑似故障点的位置、通信距离和相对传输，分别选择。
10.在上述方法中，在所述步骤s1之前，还包括以下的步骤：
11.分管理站轮询管理域内节点星上代理的mib库信息，根据mib库接口表中ifoperstatus的值，判断卫星各接口的工作状态。
12.在上述方法中，所述步骤s2中，对原子行为进行同步，通过以下的同步规则进行：
13.metaactioni&&metaactionj,即只需完成metaactioni与metaactionj中的一个；
14.metaactioni∥metaactionj,即metaactioni与metaactionj必须都完成，但是可以并行；
15.metaactioni
ⅴ
metaactionj,即metaactioni必须比metaactionj先完成，metaactionj使用metaactioni完成的结果才能执行。
16.在上述方法中，在卫星网络检测节点安装服务器。
17.本发明还提供了一种卫星多波束复用网络故障检测系统，包括分管理站和网管中心，分管理站和网管中心之间通信，
18.分管理站用于在无法对卫星链路节点进行正常的网络管理时，将该卫星链路节点标识为疑似故障点，开始协作并进行初始化；将任务分解为一系列的原子行为，并进行同步，以确定各个原子行为的执行的先后关系；生成管理域的理论拓扑和实际拓扑，并检索出理论上和实际上与疑似故障点各接口可进行通信的各卫星链路节点，选择疑似故障点的一个接口相对应；向各协作代理发送任务，协作代理即网管中心；
19.网管中心用于生成卫星网络理论全局拓扑和实际全局拓扑，分别选择与疑似故障点的一个接口相对应的最佳协作卫星链路故障节点；分别向选中的最佳协作卫星链路故障节点发送协作任务；在最佳协作卫星故障节点完成协作任务后，将收到的协作结果后转发给分管理站，确定故障类型。
20.本发明的有益效果是：实现了在故障检测的协作过程中，优先选择管理域的卫星作为协作节点，提升了故障检测的实时性，降低协作带来的通信开销；并且在管理域内不存在协作节点的情况下，将触发管理域之间的协作，参与协作的节点由网管中心选择，有效地降低协作的通信开销，提升故障检测的及时性，并且保证了故障检测的准确率。
附图说明
21.附图1为本发明的一种卫星多波束复用网络故障检测方法的流程图示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
23.以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
24.为了明确卫星多波束复用网络传输的故障，本发明将故障定义为3种类型：节点故障，代理故障和接口故障，定义1
‑‑
节点故障，在卫星多波束复用网络传输中，如果不能对卫星链路节点进行正常的网络管理，即卫星对收到的网管指令不响应，且各个卫星接口均不能通信，则为节点故障；定义2
‑‑
代理故障，在卫星多波束复用网络传输中，如果不能对卫星链路节点进行正常的网络管理，但至少有一个接口可以进行通信，则为代理故障；定义3
‑‑
接口故障，在卫星多波束复用网络传输中，如果卫星链路节点交换机上某一个端口的状态为故障，或者该端口不能进行通信，则定义与该端口相对应的卫星接口故障。
25.在此前提下，本发明中，地面的分管理站通过轮询管理域内节点星上代理的mib库信息，mib即管理信息库management information base，根据mib库接口表中ifoperstatus(实际工作状态)的值，来判断卫星各接口的工作状态。另外，通过接口组的数据，地面的分管理站还可以判断各个接口的拥塞及链路情况。各个分管理站分别对其管理域内的卫星进行管理，在进行一次轮询后，将各星上端口的状态信息向网管中心报告。网管中心根据各个分管理站报告的各个卫星所有接口的状态信息生成网络的实际拓扑。
26.在分管理站无法对其管理域内的卫星进行网络管理的情况下，即分管理站发出网管指令后无响应，如分管理站的上行或下行链路受到干扰、星上某个或某几个接口或所有接口受到干扰的情况下，地面分管理站无法判断是卫星链路节点故障还是接口故障，只有在所有卫星接口都判定为故障的情况下，才能认为是卫星链路节点故障，此时可采用多代理来协同完成故障检测。
27.在卫星网络故障检测中代理分为2种角色：管理者(administrator agent,aa)和执行者(execution agent,ea)。管理者负责任务分解、监控任务的执行和处理执行的结果，由分管理站来担任；执行者负责任务的执行，由网管中心协作代理来担任。定义4
‑‑
在卫星网络中，管理者可以表示为一个三元组(id,t,e)，其中，id是管理者编号，全网唯一；t是管理者提供的任务集合；e是管理者所管理的执行者的集合；定义5
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执行者可以表示为一个三元组(eid,id,t’)，其中，eid是执行者的集合；id是执行者所属的管理者的集合，在卫星网络故障检测模型中，每一个执行者只能属于一个管理者；t’是执行者可执行的任务的集合；定义6
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管理者和执行者执行的任务都是由一系列的子任务组成的，把这些子任务称为原子行为(metaaction)，把子任务称为原子行为是强调这些子任务在进行任务比较时的原
子性，任务t用原子行为表示为t＝{metaactioni|metaactioni∈t}≠φ。
28.参照图1所示，本发明提供的一种卫星多波束复用网络故障检测方法，包括以下的步骤：
29.s1、分管理站无法对卫星链路节点进行正常的网络管理时，将该卫星链路节点标识为疑似故障点，开始协作任务并进行初始化；
30.s2、将协作任务分解为一系列的原子行为：t＝{metaaction1,metaaction2,
…
,metaactionn}，并进行同步，以确定各个原子行为的执行的先后关系；
31.进一步的，对原子行为进行同步，通过以下的同步规则进行：
32.metaactioni&&metaactionj,即只需完成metaactioni与metaactionj中的一个；
33.metaactioni∥metaactionj,即metaactioni与metaactionj必须都完成，但是可以并行；
34.metaactioni
ⅴ
metaactionj,即metaactioni必须比metaactionj先完成，metaactionj使用metaactioni完成的结果才能执行；
35.s3、生成管理域的理论拓扑和实际拓扑，并检索出理论上和实际上与疑似故障点各接口可进行通信的各卫星链路节点，根据各节点与疑似故障点的位置、通信距离和相对传输，分别选择疑似故障点的接口相对应，若选择成功，则跳转至步骤s4；若选择不成功，则分管理站向网管中心发出协作请求，并将分解的任务和同步信息发送给网管中心，并跳转至步骤s5；
36.s4、分管理站向各协作代理发送协作任务，协作代理完成协作任务后，将协作结果向分管理站汇报，并跳转至步骤s6，协作代理即网管中心；
37.s5、网管中心生成卫星网络理论全局拓扑和实际全局拓扑，分别选择与疑似故障点的接口相对应的最佳协作卫星链路故障节点，若选择成功，则跳转至步骤s6，若选择不成功，则等待一个随机时间后(例如小于80ms的时间)再进行选择，以此循环往复，直至选择成功；
38.s6、网管中心分别向选中的最佳协作卫星链路故障节点发送协作任务，最佳协作卫星链路故障节点完成协作任务后，将协作结果向网管中心汇报，网管中心收到协作结果后转发给分管理站，确定故障类型，协作结束。实现了在协作过程中，优先选择管理域的卫星作为协作节点，提升了故障检测的实时性，降低协作带来的通信开销；并且在管理域内不存在协作节点的情况下，将触发管理域之间的协作，参与协作的节点由网管中心选择，能有效地降低协作的通信开销，提升故障检测的及时性，并且保证了故障检测的准确率。
39.进一步的，在卫星网络检测节点安装服务器，使得本发明的卫星多波束复用网络故障检测，具有以下特征：(1)节点的端口都有接收和发送的功能，且还具有计算和处理测试结果的功能；(2)不考虑链路故障，链路故障表现的症状可以由节点故障表示出来；(3)在故障检测和诊断阶段，卫星网络拓扑结构保持不变，在一段时间内卫星之间的通信链路不会断掉，即网络的拓扑结构也不会改变，所以在拓扑结构稳定的时间内运行卫星的故障检测程序；(4)每个节点的故障状态在整个故障诊断阶段保持不变；(5)节点的通信状态分为以下几个状态：正常、组播技术网络故障或硬故障；(6)高通量卫星的状态是正常的。
40.本发明还提供了一种卫星多波束复用网络故障检测系统，包括分管理站和网管中心，分管理站和网管中心之间通信，
41.分管理站用于在无法对卫星链路节点进行正常的网络管理时，将该卫星链路节点标识为疑似故障点，开始协作并进行初始化；将任务分解为一系列的原子行为，并进行同步，以确定各个原子行为的执行的先后关系；生成管理域的理论拓扑和实际拓扑，并检索出理论上和实际上与疑似故障点各接口可进行通信的各卫星链路节点，选择疑似故障点的一个接口相对应；向各协作代理发送任务，协作代理即网管中心；
42.网管中心用于生成卫星网络理论全局拓扑和实际全局拓扑，分别选择与疑似故障点的一个接口相对应的最佳协作卫星链路故障节点；分别向选中的最佳协作卫星链路故障节点发送协作任务；在最佳协作卫星链路故障节点完成协作任务后，将收到的协作结果后转发给分管理站，确定故障类型。
43.本发明实现了在故障检测的协作过程中，优先选择管理域的卫星作为协作节点，提升了故障检测的实时性，降低协作带来的通信开销；并且在管理域内不存在协作节点的情况下，将触发管理域之间的协作，参与协作的节点由网管中心选择，有效地降低协作的通信开销，提升故障检测的及时性，并且保证了故障检测的准确率。
44.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。