一种基于雾计算的空间信息网络架构、方法和可读存储介质技术

本发明专利技术公开了一种基于雾计算的空间信息网络架构、方法和可读存储介质，其中架构包括：感知层，用于收集遥感、天气、定位中的一种或几种应用的基础信息，将收集到的信息发送至协同处理层；协同处理层，用于协同处理感知层获取的信息；应用服务层，接收感知层和协同处理层处理的信息，用于为天基、空基、海基、陆基的用户提供综合化的应用服务。通过本发明专利技术可以提供分布式存储和分布式计算，能够节省网络带宽，还对CDN进行了优化，节省网络带宽，提高交互速率。并且本发明专利技术还能根据应用服务内容选择计算模式，能够更迅速的处理应用服务，最大化利用计算资源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于雾计算的空间信息网络架构、方法和可读存储介质
本专利技术属于通信信息处理领域，更具体的，涉及一种基于雾计算的空间信息网络架构、方法和可读存储介质。
技术介绍
空间信息网络在服务远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输、航天测控等重大应用的同时，向下可支持对地观测的高动态、宽带实时传输，向上可支持深空探测的超远程、大时延可靠传输，从而将人类科学、文化、生产活动拓展至空间、远洋、乃至深空，是全球范围的研究热点。图1示出了本专利技术的现有技术的卫星信息架构。卫星电子学系统一般采用专用的宇航芯片，嵌入式操作系统和软件，以及专门的网络技术。卫星总线通常采用MIL-STD-1553B、RS422、CAN，FC等，而且一般使用冗余拓扑结构，为卫星内部网络提供高可靠的通信连接，且大部分场景要求保证实时性与确定性。卫星操作系统与软件开发跟传统的消费电子与工业电子差别也较大，由于受体积重量功耗、实时性等的限制，一般采用嵌入式实时操作系统，比如VxWorks等，有时应用程序需要在裸机上运行，意味着根本没有操作系统。目前的空间信息网络中，星上在轨计算处理能力非常有限，应用数据主要依靠高速星地链路与中继回传到地面节点进行处理。然而，随着空间有效载荷技术及卫星物联网的发展，需要回传的数据量越来越大，一方面造成严重的星地链路带宽压力，另一方面无法应对热点区域消息及时分发、紧急预警等对时效性要求较高的任务。为了解决卫星通信传输距离远、带宽有限但应用时延要求低的矛盾，星上高性能计算处理能力是实现天基组网，减少地面依赖的必要条件。从天地一体化信息网络发展趋势来看，高时效、多维度融合是发展的必然趋势，空间设备采集数据量逐渐增长，在存储、计算、决策、分发、传输的各个阶段都需要采用更加高效的新实现方式。因此，有必要研究新型的空间信息网络架构。
技术实现思路
为了解决上述至少一个技术问题，本专利技术提出了一种基于雾计算的空间信息网络架构，包括：感知层，用于收集遥感、天气、定位中的一种或几种应用的基础信息，将收集到的信息发送至协同处理层；协同处理层，连接感知层和应用服务层，用于协同处理感知层获取的信息；应用服务层，接收感知层和协同处理层处理的信息，用于为天基、空基、海基、陆基的用户提供综合化的应用服务。本方案中，感知层包括：传感器节点、智能终端、卫星节点中的一种或几种。本方案中，所述卫星节点包括：多个侦查卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于搜集地面目标、海洋目标和空中目标的信息，对目标实施侦查、监视和跟踪，获取情报，同时进行分布式计算处理用户请求；多个通信卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于转发无线电信号，实现两个卫星通信地球站之间或卫星通信地球站与航天器之间的无线电通信，同时进行分布式计算处理用户请求；多个遥感卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于收集并记录地球或大气目标辐射或反射的电磁波信息，由发送设备、传输设备发送回地面进行处理和加工，判读地球环境、资源和景物信息，同时进行分布式计算处理用户请求。本方案中，协同处理层包括空间边缘节点、空间边缘云和远端云。本方案中，所述空间边缘节点包括卫星节点；所述空间边缘云包括天基信息港基础设施，用于承担天基边缘数据中心功能；所述远端云包括地基信息港基础设施，用于承担大规模云计算中心功能。本专利技术第二方面还提出了一种基于雾计算的空间信息处理方法，应用于如上述的基于雾计算的空间信息网络架构中，包括：接收应用服务层发出的应用服务请求；判断所述应用服务请求的种类、运算复杂度和运算时间；根据所述运算复杂度和运算时间，确定计算处理方式；根据所述计算处理方法，发送所述应用服务请求数据至对应的处理节点。本方案中，所述根据所述运算复杂度和运算时间，确定计算处理方式包括：获取运算复杂度和运算时间信息，生成量化数据值；获取满足量化数据值的计算处理方式；根据预设的优先级选择计算处理方式为处理应用服务请求的处理方式。本方案中，所述生成量化数据值，包括：根据预设的等级，分别确认运算复杂度和运算时间信息的分数；将所述运算复杂度和运算时间信息的分数按照预设的计算规则进行计算，得到计算结果；所述计算结果为量化数据值。本方案中，所述计算处理方式为单节点计算处理方式或多节点协同计算处理方式。本专利技术第三方面还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括基于雾计算的空间信息处理方法程序，所述基于雾计算的空间信息处理方法程序被处理器执行时，实现如上述中任一项所述的一种基于雾计算的空间信息处理方法的步骤。通过本专利技术提供的一种基于雾计算的空间信息网络架构、方法和可读存储介质，通过本专利技术可以提供分布式存储和分布式计算，能够节省网络带宽，还对CDN(ContentDistributionNetwork,CDN)进行了优化，节省网络带宽，提高交互速率。并且本专利技术还能根据应用服务内容选择计算模式，能够更迅速的处理应用服务，最大化利用计算资源。附图说明图1示出了本专利技术的现有技术的卫星信息架构；图2示出了空间信息雾网络层次架构的框图；图3示出了本专利技术空间信息雾网络架构的框图；图4示出了本专利技术一种基于雾计算的空间信息处理方法流程图；具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。雾计算是近几年出现的计算新范式，相较于云计算更适用于时延敏感型应用，雾计算将网络计算中心扩展到网络边缘，雾节点数据在边缘处理，减少到云端的数据传输量，具有响应延时小、节约回传带宽、保护隐私等优点。基于这些优势将雾计算技术引入天基信息系统，用于革新天基网络架构，促进新型卫星应用，革新天基网络架构有重要意义。雾计算是一个高度虚拟化的平台，通常提供终端设备和传统云计算数据中心之间的计算，存储和网络服务。随着空间人工智能应用、卫星物联网、5G卫星通信等技术的发展，用户对空间信息网络提出更高的要求，高精度几何定位、多源传感器融合、目标检测追踪、信息共享等关键技术的发展需要更高效的天基计算平台支持。本专利技术提出了空间信息网络架构的新范式(Space_basedfogcomputing(SFC)overspaceinformationsystem)，是一种有效的解决方案。空间雾网络架构可以实现在轨处理、极大节约天地下行带宽，降低传输时延，满足时间敏感业务需求；促进了卫星集群的计算存储资源的有效利用；一星多用，降低了系统成本；推动空间业务的多样发展，无论在军用还是民用领域都为卫星带来变革式发展。图2示出了空间信息雾网络层次架构的框图。如图2所示，本专利技术提出了一种基于雾计算的空间信息网络架构，包括：感知层，用于收集遥感、天气、定位中的一种或几种应用的基础信息，将收集到的信息发送至协同处理层；协同处理层，连接感知层和应用服务层，用于协同处理感知层获取的信息；应用服务层，接收感知层和协同处理层处理的信息，用于为天基、空基、海基、陆基的用户提供综合化的应用服务。需要说明的是，基于雾计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于雾计算的空间信息网络架构，其特征在于，包括：感知层，用于收集遥感、天气、定位中的一种或几种应用的基础信息，将收集到的信息发送至协同处理层；协同处理层，连接感知层和应用服务层，用于协同处理感知层获取的信息；应用服务层，接收感知层和协同处理层处理的信息，用于为天基、空基、海基、陆基的用户提供综合化的应用服务。

【技术特征摘要】
1.一种基于雾计算的空间信息网络架构，其特征在于，包括：感知层，用于收集遥感、天气、定位中的一种或几种应用的基础信息，将收集到的信息发送至协同处理层；协同处理层，连接感知层和应用服务层，用于协同处理感知层获取的信息；应用服务层，接收感知层和协同处理层处理的信息，用于为天基、空基、海基、陆基的用户提供综合化的应用服务。2.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的空间信息网络架构，其特征在于，感知层包括：传感器节点、智能终端、卫星节点中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的一种基于雾计算的空间信息网络架构，所述卫星节点包括：多个侦查卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于搜集地面目标、海洋目标和空中目标的信息，对目标实施侦查、监视和跟踪，获取情报，同时进行分布式计算处理用户请求；多个通信卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于转发无线电信号，实现两个卫星通信地球站之间或卫星通信地球站与航天器之间的无线电通信，同时进行分布式计算处理用户请求；多个遥感卫星，与相邻的卫星通过无线通信互联，用于收集并记录地球或大气目标辐射或反射的电磁波信息，由发送设备、传输设备发送回地面进行处理和加工，判读地球环境、资源和景物信息，同时进行分布式计算处理用户请求。4.根据权利要求1所述的一种基于雾计算的空间信息网络架构，其特征在于，协同处理层包括空间边缘节点、空间边缘云和远端云。5.根据权利要求4所述的一种基于雾计算的空间信息网络架构，其特征在于，所述空间边缘节点包括卫星节点；所述空间边缘云包括天基信息港基础...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹素芝，闫蕾，宫永生，韦君勇，赵诣，韩昊，杨淑玲，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京,11