一种面向卫星集群的云边协同计算系统及其管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向卫星集群的云边协同计算系统及其管理方法，系统包括：天基边缘计算平台、星务计算机、应答机、数传组件、星间通信载荷和星上有效载荷；天基边缘计算平台包括星上数据处理载荷、边缘计算平台管理模块和应用程序，星上数据处理载荷包含有计算资源、存储资源和网络资源，边缘计算平台管理模块用于构建管理资源池，管理应用程序，解析执行遥控指令，监测平台运行状态参数生成遥测数据，监测存储平台日志信息，与其他卫星进行计算任务协同；地面云计算中心用于产生并上传控制指令，同步监测平台运行状态，对数据进行处理。本发明专利技术能将卫星集群的计算资源进行整合，实现星星、星地间的计算协同，提升数据处理效率和计算资源利用率。算资源利用率。算资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向卫星集群的云边协同计算系统及其管理方法


[0001]本专利技术涉及卫星云计算
，尤其涉及一种面向卫星集群的云边协同计算系统及其管理方法。

技术介绍

[0002]云计算中心可以为不同应用提供通用化的强大算力资源，在卫星数据处理中已被广泛使用。但是，由于云计算中心对算力、能源等需求较高，导致云计算中心很难在卫星上进行部署，因此，卫星上产生的数据通常需要传回地面云计算中心进行处理。
[0003]为了解决云计算中心离数据较远、计算延迟大等问题，目前提出了一种边缘计算技术，边缘计算技术通过将计算资源部署在离数据产生最近的地方，从而为应用提供低延迟的计算服务，同时也可降低与云计算中心交互的数据量。而随着边缘计算技术的发展，利用边缘计算技术，在卫星上构建天基边缘计算平台，为卫星上应用提供低延迟的计算服务已成为了目前航天发展的重要趋势之一。
[0004]然而，现有的天基边缘计算平台构建方法中，只是利用单个卫星构建天基边缘计算平台，相应的计算能力和资源利用率较低；并且，卫星上的天基边缘计算平台不能与地面云计算中心实现联动，地面云计算中心也不能与天基边缘计算平台进行状态同步，无法将天基边缘计算平台与地面云计算中心形成一体化的计算平台，难以满足多样化的使用需求。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本专利技术提供一种面向卫星集群的云边协同计算系统及其管理方法。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]第一方面，提供了一种面向卫星集群的云边协同计算系统，包括：
[0008]部署在卫星上的天基边缘计算平台、星务计算机、应答机、数传组件、星间通信载荷和星上有效载荷；
[0009]所述天基边缘计算平台包括：相互连接的星上数据处理载荷、边缘计算平台管理模块和应用程序，所述星上数据处理载荷分别与所述数传组件、所述星间通信载荷和所述星上有效载荷连接，包含有计算资源、存储资源和网络资源，所述计算资源和所述网络资源能够与所述应用程序共享，所述存储资源用于存储所述天基边缘计算平台的数据、以及所述应用程序和所述星上有效载荷产生的数据，所述边缘计算平台管理模块用于对所述计算资源、所述存储资源和所述网络资源进行虚拟化，构建并管理资源池，对所述应用程序进行管理，解析并执行地面云计算中心上传的遥控指令，监测所述天基边缘计算平台的运行状态参数并生成遥测数据，监测并存储所述天基边缘计算平台的日志信息，以及与其他卫星进行计算任务协同；
[0010]所述星务计算机分别与所述边缘计算平台管理模块、所述应答机和所述星上有效
载荷连接，用于进行信息和指令的收发与处理；
[0011]所述应答机能够与所述地面云计算中心通信连接，用于将遥测数据下传至所述地面云计算中心、以及接收所述地面云计算中心上传的遥控指令；
[0012]所述数传组件能够与所述地面云计算中心通信连接，用于将星上数据下传至所述地面云计算中心；
[0013]所述星间通信载荷用于与其他卫星进行信息交互；
[0014]所述星上有效载荷用于在所述星务计算机的控制下执行特定卫星任务；
[0015]所述地面云计算中心用于产生并上传所述天基边缘计算平台的控制指令，同步监测所述天基边缘计算平台运行状态，以及对接收到的星上数据进行分析处理。
[0016]在一些可能的实现方式中，所述边缘计算平台管理模块包括：
[0017]资源虚拟化单元，用于对所述计算资源、所述存储资源和所述网络资源进行虚拟化，构建资源池；
[0018]资源管理单元，用于对虚拟化后的资源池进行管理；
[0019]应用管理单元，用于对所述应用程序进行管理；
[0020]遥测遥控单元，用于解析并执行所述星务计算机发送的由所述地面云计算中心上传的遥控指令，监测所述天基边缘计算平台的运行状态参数并生成遥测数据，以及将所述遥测数据发送至所述星务计算机；
[0021]日志单元，用于监测所述天基边缘计算平台的日志信息，并将所述日志信息存储至所述星上数据处理载荷的存储资源；
[0022]边边协同单元，用于通过所述星上数据处理载荷的网络资源和所述星间通信载荷，与其他卫星进行计算任务协同。
[0023]在一些可能的实现方式中，所述地面云计算中心包括：
[0024]边缘平台管理模块，与边缘平台遥测遥控模块连接，用于产生所述天基边缘计算平台的控制指令，并将控制指令发送至所述边缘平台遥测遥控模块，以及根据遥测数据同步监测所述天基边缘计算平台运行状态；
[0025]所述边缘平台遥测遥控模块，能够与所述应答机通信连接，用于对控制指令进行编码，并将编码后的控制指令上传至所述应答机，接收所述应答机下传的遥测数据，并将遥测数据解析后发送至所述边缘平台管理模块；
[0026]数据处理模块，能够与所述数传组件通信连接，用于接收并分析处理所述数传组件下传的星上数据。
[0027]在一些可能的实现方式中，所述应用程序包括：用于支撑卫星的正常运行和任务执行的辅助卫星运行类应用程序、以及用于对卫星上的各个载荷产生的数据进行处理分析的载荷数据处理类应用程序。
[0028]第二方面，还提供了一种用于上述的面向卫星集群的云边协同计算系统的管理方法，所述管理方法用于实现所述天基边缘计算平台的控制，包括：
[0029]所述地面云计算中心根据设定需求产生控制指令，根据航天测控协议标准对控制指令进行编码，并将编码后的控制指令上传至所述应答机；
[0030]所述应答机通过所述星务计算机将接收的控制指令发送至所述边缘计算平台管理模块；
[0031]所述边缘计算平台管理模块对接收到的控制指令进行解析，并根据解析结果执行相应动作。
[0032]第三方面，还提供了一种用于上述的面向卫星集群的云边协同计算系统的管理方法，所述管理方法用于实现所述天基边缘计算平台的运行状态的同步监测，包括：
[0033]所述天基边缘计算平台周期性采集平台运行状态数据，并存储至所述星上数据处理载荷；
[0034]所述天基边缘计算平台将平台的日志文件存储到所述星上数据处理载荷；
[0035]所述星务计算机根据卫星过顶情况，周期性通过所述边缘计算平台管理模块读取平台运行状态数据和日志文件，并通过所述应答机下传至所述地面云计算中心；
[0036]所述地面云计算中心对接收的数据进行解析，并根据解析结果实时更新所述天基边缘计算平台的运行状态。
[0037]第四方面，还提供了一种用于上述的面向卫星集群的云边协同计算系统的管理方法，所述管理方法用于实现所述天基边缘计算平台与所述地面云计算中心间的计算任务协同，包括：
[0038]所述地面云计算中心确定需要在所述天基边缘计算平台中运行的计算任务，生成相应控制指令，并上传至所述应答机；
[0039]根据接收的控制指令，所述天基边缘计算平台中的应用程序从所述星上数据处理载荷的存储资源中读取数据进行处理，并将处理后的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向卫星集群的云边协同计算系统，其特征在于，包括：部署在卫星上的天基边缘计算平台、星务计算机、应答机、数传组件、星间通信载荷和星上有效载荷；所述天基边缘计算平台包括：相互连接的星上数据处理载荷、边缘计算平台管理模块和应用程序，所述星上数据处理载荷分别与所述数传组件、所述星间通信载荷和所述星上有效载荷连接，包含有计算资源、存储资源和网络资源，所述计算资源和所述网络资源能够与所述应用程序共享，所述存储资源用于存储所述天基边缘计算平台的数据、以及所述应用程序和所述星上有效载荷产生的数据，所述边缘计算平台管理模块用于对所述计算资源、所述存储资源和所述网络资源进行虚拟化，构建并管理资源池，对所述应用程序进行管理，解析并执行地面云计算中心上传的遥控指令，监测所述天基边缘计算平台的运行状态参数并生成遥测数据，监测并存储所述天基边缘计算平台的日志信息，以及与其他卫星进行计算任务协同；所述星务计算机分别与所述边缘计算平台管理模块、所述应答机和所述星上有效载荷连接，用于进行信息和指令的收发与处理；所述应答机能够与所述地面云计算中心通信连接，用于将遥测数据下传至所述地面云计算中心、以及接收所述地面云计算中心上传的遥控指令；所述数传组件能够与所述地面云计算中心通信连接，用于将星上数据下传至所述地面云计算中心；所述星间通信载荷用于与其他卫星进行信息交互；所述星上有效载荷用于在所述星务计算机的控制下执行特定卫星任务；所述地面云计算中心用于产生并上传所述天基边缘计算平台的控制指令，同步监测所述天基边缘计算平台运行状态，以及对接收到的星上数据进行分析处理。2.根据权利要求1所述的面向卫星集群的云边协同计算系统，其特征在于，所述边缘计算平台管理模块包括：资源虚拟化单元，用于对所述计算资源、所述存储资源和所述网络资源进行虚拟化，构建资源池；资源管理单元，用于对虚拟化后的资源池进行管理；应用管理单元，用于对所述应用程序进行管理；遥测遥控单元，用于解析并执行所述星务计算机发送的由所述地面云计算中心上传的遥控指令，监测所述天基边缘计算平台的运行状态参数并生成遥测数据，以及将所述遥测数据发送至所述星务计算机；日志单元，用于监测所述天基边缘计算平台的日志信息，并将所述日志信息存储至所述星上数据处理载荷的存储资源；边边协同单元，用于通过所述星上数据处理载荷的网络资源和所述星间通信载荷，与其他卫星进行计算任务协同。3.根据权利要求1所述的面向卫星集群的云边协同计算系统，其特征在于，所述地面云计算中心包括：边缘平台管理模块，与边缘平台遥测遥控模块连接，用于产生所述天基边缘计算平台的控制指令，并将控制指令发送至所述边缘平台遥测遥控模块，以及根据遥测数据同步监
测所述天基边缘计算平台运行状态；所述边缘平台遥测遥控模块，能够与所述应答机通信连接，用于对控制指令进行编码，并将编码后的控制指令上传至所述应答机，接收所述应答机下传的遥测数据，并将遥测数据解析后发送至所述边缘平台管理模块；数据处理模块，能够与所述数传组件通信连接，用于接收并分析处理所述数传组件下传的星上数据。4.根据权利要求1所述的面向卫星集群的云边协同计算系统，其特征在于，所述应用程序包括：用于支撑卫星的正常运行和任务执行的辅助卫星运行类应用程序、以及用于对卫星上的各个载荷产生的数据进行处理分析的载荷数据处理类应用程序。5.一种用于如权利要求1
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4中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞，曹璐，覃江毅，汤敏，范广腾，冉德超，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：