天基智能网联边缘计算系统技术方案

本申请涉及一种天基智能网联边缘计算系统。所述系统从智能的功能层面，一方面提供卫星星座在轨自主运行服务能力，另一方面提供任务在轨分布式星间协作运行服务能力。从协作层面，不仅考虑自主任务协同调度上的协同，同时考虑不同卫星同类载荷、不同卫星不同载荷等间的信号信息层面融合处理与协同决策。从网联的功能层面，一方面提供端到端数据传输网络服务，另一方面需要提供分布式协作时频基准服务；从网络拓扑层面，不仅需要支持星间链路、星间组网、星地链路等星座内网络，同时需要支持卫星星座网络支撑。从而在进行边缘计算时，不仅能够支持实时边缘计算作业，也支持大量数据的非实时边缘计算作业，大大提升星间网络的智能化计算能力。能化计算能力。能化计算能力。

【技术实现步骤摘要】
天基智能网联边缘计算系统


[0001]本申请涉及卫星通讯
，特别是涉及一种天基智能网联边缘计算系统。

技术介绍

[0002]未来卫星装备的复杂性在逐渐增加，这就导致装备的研发时间投入大幅增加，传统星上处理软件的生命周期最简单的方法是开发，测试和部署软件，一旦在轨无法在轨更新以适应威胁和任务需求的不断变化、海量数据，以及日益加快的运行速度。构建智能化，自主化的星上处理复杂运行体系是一个设计、建造、测试、修改和测试更多的迭代过程。智能化、自主化的星上处理软件系统本身与传统软件有着本质的不同，由于环境与目标特性在不断变化，因此星上处理软件系统具有数据驱动的、非确定性的特征。星上处理要实现智能化时代的数字化转型和实施敏捷开发，就需要打造一套基于“云边一体”的数字架构，提高数据共享和决策制定的速度。
[0003]边缘计算是一种将主要数据处理和数据存储放在网络边缘节点的分布式计算形式，其可就近提供边缘智能服务，满足应用在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。在天基网络环境下，卫星之间进行网络连接不同于地面计算设备，因此如何将边缘计算应用于天基网络成为新的问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种天基智能网联边缘计算系统。
[0005]一种天基智能网联边缘计算系统，所述天基智能网联边缘计算系统部署在智联网络卫星中，所述智联网络卫星中包括智能网络处理节点以及载荷/传感器，所述智联网络卫星通过所述天基智能网联边缘计算系统进行星间通讯；所述联网络卫星通过所述天基智能网联边缘计算系统与地面中心的云计算系统进行能力统一；
[0006]所述智能网络处理节点包括：数据管理节点、载荷任务规划节点、载荷任务调度节点、卫星资源管理节点、星座运行关系节点、星间网络管理节点以及时钟同步节点，所述智能网络处理节点通过加密机与天基智能网联边缘计算系统进行数据交互；
[0007]所述载荷/传感器包括多个载荷和/或传感器，所述载荷/传感器包括：数据生成任务和初始数据处理任务，所述载荷/传感器与智能网络处理节点通过路由器连接；
[0008]所述天基智能网联边缘计算系统包括：
[0009]硬件基础层，用于提供边缘计算能力的计算单元、通讯单元、接入单元以及数据传输单元；
[0010]软件基础层，用于提供操作系统以及服务程序；
[0011]智能网联服务层，用于提供中间件、订阅/发布程序、自组网协议、时钟同步协议以及基础软件库；
[0012]智能网联应用层，用于进行自任务处理以及协同任务处理。
[0013]在其中一个实施例中，所述智联网络卫星通过所述天基智能网联边缘计算系统与
地面中心的云计算系统进行能力统一包括：
[0014]统一调度，用于地面中心对所述智联网络卫星进行基础设施资源的统一调度；
[0015]统一编排管理，用于地面中心对所述智联网络卫星的统一的资源编排和业务编排；
[0016]统一部署，用于地面中心协调部署所述智联网络卫星的各类服务并进行统一的管理；
[0017]统一运维，用于地面中心对所述智联网络卫星进行远程的运维管理；
[0018]安全能力，用于将地面中心的安全能力下沉到智联网络卫星中。
[0019]在其中一个实施例中，智联网络卫星用于执行本地的以及实施的数据处理任务，所述地面中心用于执行非实时的、数据量大的处理任务。
[0020]在其中一个实施例中，所述硬件基础层包括：微云集群服务器、星间无线网络收发器、多总线适配器、GPU/FPGA阵列加速协处理器以及高速时间敏感网络交换机；
[0021]所述软件基础层包括：Doker容器环境、K8S微服务编排工具、Service mesh服务网格负载均衡与调度、CLOUD NATIVE支持环境、RTOS实时操作系统以及宇航安全与容错机制；
[0022]所述智能网联服务层包括：建模服务模型库、分析服务规则库、仿真服务算法库、支持决策服务推理库、ROS中间件、实时发布订阅协议、高精度时钟同步协议、星间动态自组网协议以及总线适配驱动与标准协议；
[0023]所述智能网联应用层包括：态势感知、数据融合、特征提取、实时跟踪、广播分发、频谱认知、自主决策、分布式任务规划以及自主导航。
[0024]在其中一个实施例中，所述智联网络卫星通过所述天基智能网联边缘计算系统构建的网络协议参考框架进行星间通讯；
[0025]所述网络协议参考框架包括：物理层、链路层、网络层、联接传输层、联接框架层和应用表示层。
[0026]在其中一个实施例中，所述物理层包括：激光链路、微波链路、高速总线、低速总线以及TTE总线；
[0027]所述链路层包括：链路数据协议、MAC接入模型以及时频同步时敏网络处理任务；
[0028]所述网络层包括：IP协议、路由协议、拓扑发现、链路数据协议网关以及总线数据协议网关；
[0029]所述联接传输层包括：消息传输协议、单播/多播/广播通讯模式、寻址方案、连接性模型、优先级排序、网络时间协议以及安全机制；
[0030]所述联接框架层包括：应用程序接口、发布订阅机制、请求
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应答机制、服务发现机制、异常处理机制、数据资源模型、地址空间、数据类型、生命周期、状态机制、配置与管理、服务质量QoS以及安全机制；
[0031]所述应用表示层包括：属性服务集、方法服务集以及订阅服务集。
[0032]在其中一个实施例中，对于有线链路，所述物理层支持高/低速总线以及敏捷传输总线；
[0033]所述高/低速总线包括：1553B、CAN、SPI、串口以及LVDS；
[0034]所述敏捷传输总线包括：TTE。
[0035]在其中一个实施例中，所述时频同步时敏网络处理任务包括：时差测量与校准、流
量整形、资源管理以及可靠性管理；
[0036]所述链路层支持的协议包括：CCSDS链路数据协议、802.11MAC协议、无线网络时差测量与校准协议以及TSN标准协议。
[0037]在其中一个实施例中，所述网络层的IP协议、路由协议、拓扑发现、链路数据协议网关以及总线数据协议网关均为面向连接或者无连接的服务，用于在网络中传递数据包。
[0038]在其中一个实施例中，所述联接传输层用于提供与智联网络卫星建立连接的逻辑传输网络，并且提供所述智联网络卫星之间连接的语句互操作性。
[0039]上述天基智能网联边缘计算系统，从智能的功能层面，一方面提供卫星星座在轨自主运行服务能力，另一方面提供任务在轨分布式星间协作运行服务能力。从协作层面，不仅考虑自主任务协同调度上的协同，同时考虑不同卫星同类载荷、不同卫星不同载荷等间的信号信息层面融合处理与协同决策。从网联的功能层面，一方面提供端到端数据传输网络服务，另一方面需要提供分布式协作时频基准服务；从网络拓扑层面，不仅需要支持星间链路、星间组网、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天基智能网联边缘计算系统，其特征在于，所述天基智能网联边缘计算系统部署在智联网络卫星中，所述智联网络卫星中包括智能网络处理节点以及载荷/传感器，所述智联网络卫星通过所述天基智能网联边缘计算系统进行星间通讯；所述联网络卫星通过所述天基智能网联边缘计算系统与地面中心的云计算系统进行能力统一；所述智能网络处理节点包括：数据管理节点、载荷任务规划节点、载荷任务调度节点、卫星资源管理节点、星座运行关系节点、星间网络管理节点以及时钟同步节点，所述智能网络处理节点通过加密机与天基智能网联边缘计算系统进行数据交互；所述载荷/传感器包括多个载荷和/或传感器，所述载荷/传感器包括：数据生成任务和初始数据处理任务，所述载荷/传感器与智能网络处理节点通过路由器连接；所述天基智能网联边缘计算系统包括：硬件基础层，用于提供边缘计算能力的计算单元、通讯单元、接入单元以及数据传输单元；软件基础层，用于提供操作系统以及服务程序；智能网联服务层，用于提供中间件、订阅/发布程序、自组网协议、时钟同步协议以及基础软件库；智能网联应用层，用于进行自任务处理以及协同任务处理。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智联网络卫星通过所述天基智能网联边缘计算系统与地面中心的云计算系统进行能力统一包括：统一调度，用于地面中心对所述智联网络卫星进行基础设施资源的统一调度；统一编排管理，用于地面中心对所述智联网络卫星的统一的资源编排和业务编排；统一部署，用于地面中心协调部署所述智联网络卫星的各类服务并进行统一的管理；统一运维，用于地面中心对所述智联网络卫星进行远程的运维管理；安全能力，用于将地面中心的安全能力下沉到智联网络卫星中。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，智联网络卫星用于执行本地的以及实施的数据处理任务，所述地面中心用于执行非实时的、数据量大的处理任务。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述硬件基础层包括：微云集群服务器、星间无线网络收发器、多总线适配器、GPU/FPGA阵列加速协处理器以及高速时间敏感网络交换机；所述软件基础层包括：Doker容器环境、K8S微服务编排工具、Service mesh服务网格负载均衡与调度、CLOUD NATIVE支持环境、RTOS实时操作系统以及宇航安全与容错机制；所述智能网联服务层包括：建模服务模型库...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建云，周永彬，瞿智，布图格齐，冯旭哲，胡梅，刘思力，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：