MALOA设计2.doc

航天测控网MLAOA的设计方法初探航天测控系统经过几十年的建设，实现了由“试验型”向“应用型”的转变，航天测控任务由“单任务串行”到“多任务的并行”的转变。在轨航天器数量急剧增加，高密度高强度任务不断出现，新型战略武器、载人航天、探月等重大工程和任务对测控系统的能力提出了新的挑战。传统测控系统“烟囱式”的发展建设模式，导致部门之间和任务之间资源统筹利用困难，测控资源运行综合效益不高，难以适应测控系统互联互通、资源共享、快速响应、灵活高效的发展需要，以及标准化、信息化、网络化、智能化的发展需求。同时作为国家综合国力标志的航天测控系统不同于普通的工业控制系统，运行于强约束、强对抗环境，且由多种同构和异构的设备组成，多种功能动态运筹，其复杂性更强。充分利用现代技术的最新成果，加速推进资源共享、灵活高效测控系统的形成，已成为当前一项非常重要的任务。多活性代理理论提出了针对强约束、强对抗条件下复杂人工系统构建的一般方法论，该理论指出人工系统最基本的系统演化原理和演化表现，体现着耗散自组织结构的基本原理和原则，由开放、有涨落、远离平衡态，才最后导致系统的有序或进化。该理论将多代理扩展为多活性代理，将系统自组织机制扩展为活性自组织机制，以活性代理为系统各个层次的构建单元，将人的意向、系统功能、系统结构、系统运行在“活性”意义上结合在一起，活性概念的引入为系统设计提供了一个核心的、基础的目标，不但反映了系统的功能性，而且还统一了诸如稳定性、可靠性、灵活性、扩展性等传统系统设计中的质量属性，为进一步深入构建人工系统架构设计理论奠定了基础。本月在南京召开的第26届飞行器测控年会中明确提出共享灵活的测控系统，对新形势下系统的可靠性和灵活性稳定性等指标提出了更高的要求。人工系统设计引入活性概念后，所设计系统完成相应功能的能力就有了一个系统级的评价标准，一个系统级核心的指标，人工系统设计围绕着系统活性的发挥以及活性的保持而展开，参与系统运行的设备和装置都可以看作是具有自组织功能的系统的活性代理，这样系统设计就落实到系统代理的设计上来，以及活性代理的活性保持方法和机制的设计。为系统能够圆满完成各项任务，首先就要考虑系统的架构设计，要求我们对系统代理和分层次代理进行业务流程分析，业务流程梳理、流程优化、IT战略规划以及管理提升，寻找系统运行的充分必要条件，影响系统运行的因素，其次进行具体的软硬件系统建设实施。再次在系统建设和运行过程中，还要考虑从代理本身、代理和同级代理等四层次的活性保持机制和方法。航天测控系统作为具有强约束、强对抗环境中运行的系统，同时也是我国科技实力和水平标志性的系统，在其设计中需要按照上述设计方法进行设计，首先需要架构设计，业务流程分析，业务流程梳理、流程优化、IT战略规划以及管理提升。2. 航天测控系统设计中MAL-SOA创建航天测控网通过几十年的建设，坚持科学的集成与创新，建立了强有了的顶层设计单位-航天测控通信所，统筹规划航天测控系统的构建和运行，充分利用系统理论为指导，注重系统建设，注重顶层设计，优化整体，走自主创新之路，在西方国家科技封锁，单个技术装备落后于国外先进技术的条件下，圆满完成各项测控任务。航天测控系统作为国家的综合国力的标志之一，其建设必然也要按照我国的航天规划，统一规划，合理调度，有计划有步骤的实现跨越式发展，引领自主科技创新的未来。2.1应用需求2.1.1背景在轨航天器的逐步增多，高密度、高强度航天任务对测控网的要求越来越高，因此信息化是测控网系统升级改造的重要手段，建立面向复杂任务和场景的测控系统服务平台，整合现有的计算资源、软硬件资源和数据资源，能够极大提升测控网的服务能力，为航天事业的发展提供强大的技术支撑。2.1.2现状分析我国航天测控系统烟囱式的发展模式，各行业、各相关部分分别建立了自己的测控设备和测控装置，这些平台虽然很好的支持了相关的业务，但一方面缺乏整体的规划和设计，特别是架构设计，随着业务的发展和增多，资源利用效率低，设备重用性差的缺点暴露了出来，特别是需要几个部分需要协调和配合才能完成任务时，协调难度大。另一方面这些设备分别采用不同的技术路线，系统间接口标准不统一，互联互通比较困难。目前进行的航天测控系统IP网络改造，为实现各系统间的互联互通打下良好的基础。2.1.3需求通过对航天测控系统的信息化建设，实现测控系统功能和服务的良好的统一，标准化的服务整合，安全可靠、灵活自如的调度，通过信息的梳理和整合重构，实现各系统间的无缝对接，避免信息孤岛，信息高效同步传递和处理。通过对业务的监控完善和治理，推出信息化的服务等级，并制定相关标准，提高治理结构和能力。2.2 总体方案设计基于多活性代理理论设计航天测控系统，将参与测控系统运作的软硬件设备和服务都打包成代理，分析各代理生存并完成功能的条件，同时考虑代理的活性保持，包括代理的分析过程、设计过程、实现过程、发布过程、发现过程、组合过程、部署过程、安全监管过程和退出过程等。测控系统代理设计主要分四个步骤，分别为第一步对现有系统进行分析，了解系统架构和风格，主要组成元素和基本特征。现有应用，主要功能和接口，接口和实现特征。第二步代理化，把现有设备梳理后代理化，完成对接。第三步实现，确定实现策略，要采取的技术路线。第四步实施，根据具体需求确定基础设施搭建设施。2.2.1 业务流程分析、梳理从大的颗粒度来看，航天测控系统由应用中心，任务中心和运管中心以及航天器、测控站组成，其工作职责分别为应用中心提出相应的应用需求，将任务需求交给任务中心，任务中心交任务需求分解为任务后交给运管中心，运管中心根据任务中心确定的优先级分别启动需要的测控设备、站点完成测控任务，将所测控到的结果数据报到任务中心，其结构如下图所示图2 组成结构图当前的测控任务的执行过程如下图所示。当前业务流程在遇到紧急任务时，可以主动打断当前正在进行的操作，全力完成紧急任务，等紧急任务完成后继续执行相关操作。上述所采用的方法效率比较低，在在轨航天器比较少的情况下，还不能看出其劣势，航天器任务量的增多使得业务流程梳理成为必然。业务组件分类代理化代理的分析过程就是综合运用多种手段，逐步分解，逐步发现和甄别的过程。代理的设计过程就是对代理进行分类、定义和设计的过程。代理分类针对不同的代理采取不同的管控方式，并为以后的设计提供依据，从而提高系统的灵活性。根据航天测控网的功能属性不同，可以分为流程代理，任务代理、功能代理、连接代理和信息资源代理等组成。代理定义就是确定代理的边界，定义服务规则，列别和范围。代理设计主要完成定义接口，实现方法等。从粗粒度来看，可以将参与测控系统运作的各中心看作是活性代理，同时也将应用中心产生的应用和任务中心根据自己需要设计的应用和任务也看作是移动代理。参与的站点和设备也都看作是活性代理。将代理的生存周期围绕过程和功能展开，一个过程包含多个功能参与。基于以上分析可以将测控系统业务能力层级上可分为指挥、控制和执行三个层次，其业务代理模型可由下图所示。业务层级图从技术架构上来看，可以将测控系统分为应用架构层、数据架构层、基础架构层和治理架构层。具体包括四个部分，分别是接入层、数据资源层、通用服务和基础资源层。如图所示。这几个层次均采用总线结构的松耦合关系，通过标准接口提供服务。一体化的设计思想将各个部门和系统相互连接，实现互联互通。未来的航天测控系统建设要考虑在基于CCSDS技术基础上统一的应用集成平台，从基础层、应用层、门户层、流程层、数据层等代理方面入手。各平台集成身份管理、用户权限管理、授权管理和界面管理等组件，形成门户集成平台，提供个性化的服务。系统总体技术架构按照平台+应用模式，各代理系统建立起独立运行和服务的集成代理平台，代理平台提供基础性的技术支撑代理，包括代理的注册和发现，代理的开发和编目，代理的生命周期管理等。同时平台代理集成身份管理、权限管理、授权管理和界面管理等功能。平台代理集成数据资源、接口资源和系统资源，并搭建统一的总线结构，完成代理的开发、注册、编制和管理。提供系统流程、应用、数据及安全运维等标准化服务。在此基础上，测控系统集成架构总体方案如下图所示。系统总体集成架构测控系统对安全性、可靠性要求很高，其安全性保障一方面信息安全体系则全面考虑安全解决方案具体见下图，同时考虑在总线处将总线分为数据总线、服务总线和流程管理总线，其结构如下图所示。另一方面在各代理增加环境感知和沟通协调功能的适配器代理，和周围以及上级代理进行数据交换，在感知环境发生变化时通过自身调整达到适应外部环境的目的，同时从代理本身、代理和本层代理以及代理和上层代理之间增加代理活性保持机制，以保证系统能够正常运行，良好的遂行其功能。信息安全体系结构图三总线结构安全结构示意图采用多活性代