1 引 言

中继卫星可以为高动态变化以及大范围移动的用户提供持续跟踪和数据中继服务，因此,美、俄等国均在大力发展中继卫星系统[1-5]。随着中继卫星技术的快速发展，我国的中继卫星系统也得到长足发展。文献[6]通过分析表明只需在我国本土设立控管站,利用地面高速光纤干线,双星组成的中继卫星系统就能对离地高度大于95 km的航天器实现100%轨道覆盖。文献[7]总结了我国第一代中继卫星地面应用系统建设情况。文献[8]指出除了需要支持按需调度的传输分发需求，针对未来天地一体化信息传输发展，将来会面向用户端数据的直接IP传输问题，因此在软件架构设计的时候，除了需要考虑支持具有调度规则，也要考虑支持空间传输协议与IP路由传输分发规则。文献[9]提出了以中继卫星系统为骨干构建我国空间传输网络的设想，通过星间、星地高速激光/微波链路，可有效保障空间大量信息的快速落地。但是，空间大量数据的应用越来越多，如何保障这些不同用户与任务的空间数据落地后进行有效的传输与分发成为中继卫星系统发展中急需解决的主要问题之一。

1.不管哪门课程的学习，预习都是非常重要的一个板块[2]。俗话说凡事预则立，不预则废。例如，在学习前，将学习课程的目标放在预习方案中，要充分利用录制的短视频将教师的想法和学习中所要解决的问题融合在视频中，让学生通过观看视频进行有效预习，这不仅有利于学生提前对所学内容进行思考，而且能帮助学生在进行课程学习时养成一种独立自主思考的学习习惯，更重要的是可以提高学生学习的效率，点燃学生学习英语的热情。

现有的中继卫星高速数据分发设备采用高性能通用服务器模式进行数据分发，但是由于高性能服务器的通用处理器并不是专为网络处理设计，随着中继卫星数据分发需求的增加，存在传输性能瓶颈。现有通用服务器体积、重量、功耗以及升级维护成本较高，已无法满足我国航天活动对中继卫星数据传输速率日益增长的需求。

本文提出用基于专用网络处理器的高速数据分发模式替代现有服务器分发模式。由于专用网络处理器内核众多，传输带宽大，并为网络数据传输进行了专门优化，可极大改善通用服务器模式下的传输性能瓶颈，并可保证传输与分发系统的可靠性，具有灵活的用户连接配置能力。该架构将明显提升中继卫星系统地面数据传输与分发效能。

2 体系架构

基于专用网络处理器的高速数据分发设备其硬件采用基于高性能多核专用网络处理器的定制板卡，软件采用定制Linux操作系统+数据分发软件，可根据不同业务量、不同传输用户数的地面数据传输需求，灵活配置数据传输资源。网络处理器替换服务器的高速数据分发模式如图1所示。

基于专用网络处理器的高速数据分发设备由1个通用的硬件平台、2个高速数据分发处理板组成，并配置高速数据分发软件的方式实现所需要的功能。高速数据分发设备主要接收中心监控平台来的任务配置指令和中心其他平台来的任务控制指令，完成任务配置、任务初始化、与地面站及用户中心的网络连接、多任务多用户实时数据分发、实时数据存储、事后数据重传、任务状态上报、用户终端信息上报、资源释放。高速数据分发设备的两个处理板互为备份，自动完成切换。高速数据分发设备配置与组成如图2所示。

11月4日凌晨，福建泉州东港石化公司码头的运输船，在装卸作业时，因软管垫片老化、破损，导致6.97吨碳九产品漏入近海，造成水体污染。11月4日18时，泉港区已出动船舶100多艘次、人员600多人次，调集近600袋油毡进行吸附回收，碳九泄漏海域清理工作已基本完成。截止11月8日17时，泉港区医院共接诊疑似受污染患者52名。供图/视觉中国

图1 高速数据分发由通用服务器模式变为网络处理器模式 Fig.1 High-speed data distribution mode by replacing the universal server with a exclusive network processor

图2 高速数据分发设备组成框图 Fig.2 The structure of high-speed data distribution equipment

高速数据分发软件主要包括监控调度、数据接收、数据分发、用户终端状态提取、传输状态报告管理、测试用数据处理、数据存储、数据重传等模块。

3 基于高速网络处理器的高速数据分发设备设计

3.1 硬件设计

如图6所示，用户程序既可运行在定制Linux操作系统上，也可以运行在裸核上。用户程序运行在定制Linux操作系统上，可以基于Linux的标准API进行编程，方便程序开发。如果未来需要进一步提升性能，则可将用户程序运行在裸核上。裸核基础环境为用户提供同步、互斥、定时器、任务管理、数据收发、报文保序等基础功能以及裸核TCP/IP和LWIP开源两种协议栈。

整个系统是一个多模块组合的机框式架构，包括电源、风扇、背板、机框、专用网络处理芯片板卡等组成模块。系统控制核心CPU采用CAVIUM最新28 nm工艺OCTEON III系列高端CN78XX网络处理器。该处理器单芯片最高48核。处理器自带KRSFISGMIIPCIE等标准的高速通用数据总线，同时带有SPII2CUART等标准的低速通用管理总线，整个系统搭建主要基于CN78XX为核心，并可进行外围接口的扩展。

(3) 8个核：中断及报文接收处理(核40～47)。

图3 高速数据分发设备硬件平台架构 Fig.3 Hardware platform architecture of high-speed data distribution equipment

高速数据分发设备核心是高速数据分发处理板，单块高速数据分发处理板的内外接口分配以及链接关系如图5所示。

(1) 1个核：用户控制信息处理(核0)；

(2) 3×13=39核：用户数据转发处理(核1～39)；

高速数据分发设备采用尺寸为4U的机框，可同时安装4张高速板卡，每张板卡可支持12个千兆电口和8个万兆光口，采用250 W+250 W双备份电源，相比现有服务器模式的分发设备，体积、重量以及功耗均大大减小，相应的成本也大大减小，是一种高性价比的高速数据分发解决方案。高速数据分发设备硬件平台架构如图 3所示。

图4 CN78XX综合平台CPU核功能划分 Fig.4 The CN78XX function division of CPU cores

CN78XX综合平台上一个板卡总共48个MIPS 64核，其中具体功能划分如下：

现代的管理模式在传统建设项目在当前仅有的项目工期、质量、成本的三大方面，同时对项目集成、项目范围、风险应对、人员沟通、材料采购和人力资源管理等多个方面，在管理模式上相较于传统项目管理模式更加全面[4]。传统项目管理理念是针对传统并且程序简单的项目，难以把控烦琐的现代性企业，现代项目管理模式的技术含量较高，对企业部门的管理可以面面俱到。

图5 高速数据分发处理板接口分配及链接关系示意图 Fig.5 Interface distribution and link relationship of high-speed data distribution equipment

高速数据分发处理板对外部提供6个10GE及10个1GE以太网口。

(1) 地面站接口：采用4个10GE和8个1GE接口，支持高速扩展以及其他中低速应用;

高速数据分发处理设备软件可基于定制Linux操作系统或祼核运行，其体系结构如图6所示。

龙游工业园区、农业局和小型水库数量较少的乡镇（街道）也建立了水库管理组织承担水库管理职责的制度。农村集体经济组织所属的小型水库由村经济合作社承担管理单位职责。水库工程日常维修养护即可委托水利工程维修养护公司，也可自行聘用专职人员组织实施。

“但你要注意到，S收手了，甚至不是被迫的，而是主动的、自然的，这就是爱的奇迹。而其妻却狗改不了吃屎。”

(3) 设备管理平台接口：采用1个1GE接口，提供监控数据的通信能力；

(4) 数据存储接口：提供1个10GE接口，用于数据存放、回放等;

(5) 中心其他平台接口：采用7个1GE接口，提供调度及响应、状态等信息传输能力。

3.2 软件设计

(2) 用户中心接口：采用1个10GE接口，支持最多20个用户的数据分发;

图6 高速数据分发设备软件结构 Fig.6 Software architecture of high-speed data distribution equipment

高速数据分发设备是中继卫星地面应用系统重要组成部分，为了提高设备的性能，并支持能力扩展，采用专用机箱作为高速数据分发平台，通过配置电源、高速数据分发处理板，实现多路高速数据、不同数据分发要求的数据分发功能。

高速数据分发软件采用裁剪后的定制Linux操作系统+高速分发应用程序的方式，高速分发软件运行在用户态下，即使高速分发软件崩溃，也可以很快恢复，并不影响整个系统的稳定。

高速数据分发设备具备对数传基带返向数据实时存储功能，并支持数据按规定速率通过网络向中心发送。高速数据分发软件组成模块如图7所示。

综上所述，冠心病患者采用丹参伍川芎治疗，临床价值较高，可有效改善血液流变学指标，控制病情发展，值得进一步推广使用。

图7 高速数据分发软件组成 Fig.7 Software component of high-speed data distribution equipment

图8为高速数据分发软件各功能模块数据交互关系。

图8 高速数据分发软件模块之间的数据交互关系 Fig.8 Software components data exchange relationship of high-speed data distribution equipment

3.3 高速数据分发方法设计

高速数据分发设备接收地面站的数据，并将数据通过组播方式转发给用户。设计了三种方法，供对比选择。

方法一：建立一个线程来进行接收和转发操作，首先从源地址中接收数据，根据转发规则，一次发送给目的地址。方法分析、接收和发送在一个线程内完成，必须要等待所有的线程发送完成后才能进行下一次接收和转发，方法的并发程度低。方法的性能会随着目的地址的增多而快速下降。

（1）渠道内外边坡系数均取1.5，渠堤宽度取1.0m，安全超高在0.21～0.44m之间，渠深0.62～1.24m。6条渠道设计流速0.32～2.02m/s，小于5m/s。

抓住主要矛盾进行调解，只是意味着劳动争议调解员要分清工作主次和轻重缓急，安排好调解工作的重心和解决问题的顺序。因此，抓住主要矛盾进行调解并不意味着忽视次要矛盾的解决。因为，有时次要矛盾解决不好，会导致次要矛盾激化。从而使纠纷变复杂。所以，劳动争议调解员在调解劳资双方纠纷时，不仅要抓主要矛盾，把握关键，还要统筹兼顾，注意处理好次要矛盾，即遵循哲学的一般原理：抓重点，带一般。□

方法二：建立多个线程同时进行接收和发送的操作，在方法一的基础上提升并发性。方法描述：接收线程中使用静态缓存接收数据，发送线程使用静态缓存发送数据。当接收线程收取到数据时，接收线程依次把数据拷贝到发送线程中，发送线程从发送缓存中把数据发送给目标地址。缺点：在接收和发送的过程中需要做大量的拷贝操作，降低了方法的性能，并且方法性能会随着目标地址的增多或者缓存中数据长度的增加而快速下降。

方法三：接收线程动态申请内存作为接收缓存，缓存的前4个字节作为引用计数，在发送前根据目的地址数量设置引用计数；接收线程通过高速缓冲区把缓存地址发送给发送线程，发送线程把缓存中的数据发送给目的地址，发送完成后减少引用计数，当引用计数变成0时，回收内存。方法分析：增加了并发性，有多个目的地址存在时可以同时进行发送；减少拷贝的内存，接收和发送线程之间只需要拷贝缓存地址就可以进行数据的交换，相比对数据内存进行拷贝，大大减少了拷贝的内容，增加了方法的效率；方法中虽然增加了内存的申请释放以及引用计数操作，但是对于整体的性能影响较小。

根据三种方法的比对，采用最优的第三种方法用于高速数据分发。

4 性能测试

高速数据分发设备测试环境如图9所示。

图9 高速数据分发设备功能和性能测试环境 Fig.9 Function and performance test environment of high-speed data distribution

通过局域网将高速数据分发设备与中心监控平台模拟设备、中心其他平台模拟设备等进行连接，通过局域网将高速数据分发设备与多个用户中心模拟设备连接，地面站终端模拟设备、存储模拟设备等分别连接到高速数据分发设备。其中：中心监控平台模拟设备、中心其他平台模拟设备为通用计算机，安装Linux操作系统，部署监视与控制、任务调度软件；高速数据分发设备为原理样机，部署高速数据分发设备相应软件；用户中心为通用计算机，安装Linux操作系统，部署用户数据处理终端软件；地面站终端模拟是可以采用专用或通用计算机，模拟高速返向数据；存储模拟设备与现有中心存储接口一致的存储系统，用于数据存储与回放。

4.2.2 分析：UE侧打开了eDRX，所以UE会在hfn:970，sfn:256到hfn:971，sfn:256这段时间内接收paging，但是在基站侧却在hfn:971，sfn:449这个点上给UE发射paging。核查参数发现核心网侧打开了eDRX，基站侧未打开eDRX，配置不一致，导致Paging帧不对齐丢失。

如表1所示，性能测试结果证明本系统实测性能远超服务器模式(服务器模式，TCP/UDP模式未转码条件，帧长2 000 Byte下转发速率约为600 Mbit/s)，不仅能够满足当前一代中继卫星的高速数据转发需求，而且通过接口软件适配修改后，能够满足未来二代中继星的高速数据转发需求。

在云南，北进长江、南下珠江、沟通两洋（太平洋、印度洋）、连接三亚（东亚、东南亚、南亚）的水运通道正在建设，干支相通、江海直达，与其他交通运输方式“无缝”衔接、协调发展的水路交通运输体系正在形成。

表1 地面站返向用户数据性能测试表 Tab.1 The performance test table of ground surface returning user data

地面站转发协议用户中心接收协议帧长/Byte转码字节/Byte每路转发速率/(Mbit·s-1)2TCP+UDF2TCP+UDF80001104/10642TCP+UDF2TCP+UDF150001616/16162TCP+UDF2TCP+UDF200002144/21842TCP+UDF2UDP+PDXP80001024/10242TCP+UDF2UDP+PDXP150001392/14402TCP+UDF2UDP+PDXP200001768/17522TCP+UDF2TCP+PDXP800200616/6082TCP+UDF2TCP+PDXP1500500664/6942TCP+UDF2TCP+PDXP20001000744/7122TCP+UDF2UDP+UDF80001112/10722TCP+UDF2UDP+UDF150001512/15122TCP+UDF2UDP+UDF200001616/1664TCP+UDFUDP+UDFUDP+UDFTCP+UDF800011921096

5 结束语

本文提出了基于专用网络处理器的中继卫星地面高速数据分发设计，该架构可以满足中继卫星未来基于多任务、多用户、多业务等应用需求下的数据传输与分发。通过标准化设计，简化了用户接入中继卫星系统以及应用的流程，从而能够有效提升中继卫星使用效能。同时，对通用数据分发设备的功能和性能进行仿真测试结果表明，通用数据分发设备满足未来实际应用需求。

本系统还具有良好的性能升级潜力。未来，若需要进一步深挖本系统潜力，可以采用裸核+TCP/IP协议栈+高速分发应用程序的方案。该方案不再使用Linux操作系统，硬件软件交互更加直接，可使性能获得进一步提升。

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