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1、沈阳理工大学硕士学位论文卫星网络管理系统中的自检验与更新技术研究姓名：李彦华申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：潘成胜20091201- 7 - 摘 要 随着航天、信息等技术的不断进步，未来空间技术与网络技术的融合必然会促进卫星网络的建设和发展。 为了使卫星网络这样一个复杂的异构网络能够自主、高效、可靠的运行，提高网络的生存效能，就必须要保证网络管理系统能够实现自检验与自更新功能，即及时、准确地发现、诊断、修复网络故障以及快速、准确地获取网络全局管理信息等。 通过对传统故障诊断体系、卫星网络的特点及其管理体系的研究，提出了一种基于动态管理域划分的卫星网络故障诊断模型。首先，通过 T
2、rap 机制以及polling 本地轮询等方法快速获取反映网络状态的重要属性信息， 生成故障征兆，然后送入管理域内网络故障诊断专家系统的推理机进行诊断，并返回诊断结果。专家系统采用基于产生式和面向对象相结合的知识表示形式，使知识库独立于推理机，所以它更易被维护。该系统的基于故障发生频率的学习机制，用于先行诊断经常发生的网络故障。 经过仿真验证， 该学习机制不仅取得了良好的诊断效果，而且故障诊断的响应时间比传统诊断大大缩短。对于部分管理域内无法诊断的故障，在总控中心的主持下，充分利用各个分管理站的诊断资源，完成跨管理域的协作故障诊断。因此，该模型有效地实现了分布式多管理域的网络故障诊断。 根据系
3、统的诊断结果，针对中继节点失效、节点拥塞造成的网络性能下降、网络节点间无法正常通信等引起的故障，分别研究了相应的修复策略，在事件驱动作用下予以修复，把网路从故障状态“自更新”到正常运行状态。 通过扩展簇首的 MIB 库来维护本簇成员的实时管理信息，然后通过管理站与簇首交互， 大大减少了星地间信息交互的次数， 实现了全网管理信息的快速同步。 最后， 通过构建的仿真实验平台进行了仿真实验， 包括实时的网络故障诊断、管理域内的网络故障仿真诊断和管理域间的协作故障诊断，验证了所构建的专家系统的有效性。仿真验证了提出的信息更新方案，表明了它的实用性。 关键词：卫星网络，网络故障诊断，专家系统，学习机制，
4、管理信息更新 - 9 - Abstract With the development of aeronautics and information technology, the construction and development of the satellite network becomes the inevitable tendency, which combines space technology with network technology. In order to make sure the complicated network can work independent
5、ly, efficiencily and reliably and improve the existent ability, the self-verifying and self-updating ability are integrant. That is to say, the management should detect the faults, diagnose them and repair them timely and exactly and acquire the information quickly and exactly. In allusion to the ch
6、aracteristics of the satellite network and after doing some concrete research on the traditional fault diagnosis models and the fault diagnosis techniques in common use, a network fault diagnosis model based on dynamic management domain division is proposed, which consists of the network fault diagn
7、osis model in the management domain and the cooperation diagnosis model between the management domains. In this sense, the distributed multi-domain network fault diagnosis is achieved. The expert system intended for diagnosing the network faults in the management domain is designed and simulated. Th
8、e Trap mechanism and the native poll named polling on the agent are employed to collect the network fault information quickly. In order to improve the diagnosis efficiency of the expert system in the domain, a study mechanism based on the frequency of the network fault is put forward, which means th
9、at the network faults of high frequency in the management domain are firstly diagnosed and they can be focused. The technologies and simulation experiment platform and the results of the programs related to implement fault diagnosis system are presented and the results of real-time diagnosis in the
10、management domain, the simulation diagnosis in the domain and the cooperation diagnosis between the management domains are involved. Key words：Satellite Network, Network Fault Diagnosis, Expert System, Learning Mechanism, Management Information Updating, Fault Diagnosis, Software Upgrading 沈阳理工大学 硕士
11、学位论文原创性声明 本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字） ： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理
12、工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 第 1 章 绪论 - 1 - 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 1.1 课题研究背景 1.1.1 卫星网络概述 随着航天、信息等技术的不断进步，未来空间技术与网络技术的融合必然会促进卫星网络的建设和发展。作为未来的空间基础设施，卫星网络的建设对国家经济和安全的作用也是无可替代的。因此，美国、俄罗斯、欧盟等都相继展开了以不同种类卫星组网为核心的空间基础设施的研究。为了维护国家的经济和
13、安全等利益，我国也提出了建设卫星网络的设想。作为世界上第五个掌握卫星研制和发射技术的国家，随着多个系列卫星的发射、 “嫦娥一号”的发射、首次太空行走工程的成功实施等等，我国的空间技术已经取得了很多突破性的进展。因此，我国已经具有建设卫星网络的坚实基础。 卫星网络是由星际和星地链路连接在一起，由不同轨道、种类和性能的卫星、星座及相应地面设施组成的互连互通卫星群体网络1。卫星网络是一个复杂的系统，表现为：网元节点的异构性、多元性和动态性；网络承载任务的多样性12；数据的实时性和控制的自主性；在受到攻击的条件下表现出鲁棒性、自愈性和抗毁性13等等。 卫星网络与地面网络（例如 Internet）之间存
14、在很多不同之处，主要包括以下几个方面： （1）主要网络节点（卫星、星座等航天器）运行在远离地面的空间中； （2）网络节点运行的空间环境恶劣； （3）网络节点的种类繁多（主要是不同类型的卫星） ，且节点资源受限； （4）网络节点具有动态移动性，使得网络拓扑结构频繁变化； （5）网络中星际、星地之间的通信传输时延较大； （6）网络中的通信链路质量受环境影响严重； （7）卫星网络的高成本特性要求较高的生存性、可靠性以及安全性2。 因此，对于卫星网络这样一个具有独有的网络节点和运行特点的网络，它与沈阳理工大学硕士学位论文 - 2 - 地面网络的差异比较大，基于地面网络的网络管理技术已经无法满足对它管理
15、的需要。因此，研究卫星网络的网络故障诊断技术、全网管理信息的同步技术等成为了网络管理领域新的研究内容。 1.1.2 卫星网络的网络管理体系结构 卫星网络是一个复杂的系统，为了保证网络能够可靠、持续、安全的运行，提高网络的生存效能，对其进行有效的管理是必不可少的。网络管理系统为实施有效的网络管理提供了一个平台，而且它在卫星网络以及未来的空天攻防与信息对抗中有着至关重要的作用。 正如上文所述，卫星网络具有高度的复杂性，针对它独有的网络运行特性和特点，我们提出了一种基于动态管理域划分的分层分域管理的体系结构，它是集中式和分布式体系结构的一个折中，支持网络的互联互通操作，具有灵活、高效、安全性高、可扩
16、展、面向任务等特性4142。这种体系结构具有分布式体系结构的优点，但是复杂性比分布式结构小，同时充分利用了集中式体系结构的优点，也摒弃了它的缺点。 卫星网络的网络管理体系结构从逻辑组成上由中心管理站，各个地面分管理站，星簇，被管代理（卫星节点）等构成，它们在总体上呈层次结构。其中，中心管理站作为顶级管理者，能够管理整个网络，它可以通过分管理站访问各个网络节点的状态信息。它是网络的集中控制中心，可以监视各分站的运行状态，这就意味着它不仅要管理卫星网络，还要管理网管系统本身。分管理站是中心管理站的逻辑下级，主要负责采集网络节点的状态信息，并把这些信息存储在数据库中，它直接管理其下辖的各个网络节点。根据各个子网的规模来决定系统中管理分站的个数，也能够根据实际的需要而增加分管理站。被管代理运行在节点上，主要用来响应管理站的操作，根据相应的算法变更其所属的的管理域。 该体系结构具有动态性：随着各个网络节点每时每刻都在高速动态移动，它们所属的管理域将会动态变化。同时，
