基于云計(jì)算的衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫志軍（航天恒星科技有限公司，110034）

基于云計(jì)算的衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫志軍
（航天恒星科技有限公司，110034）

文章的撰寫圍繞衛(wèi)星地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開，主要內(nèi)容闡述了衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)，在分析設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的前提下，闡述衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的具體，最后詳細(xì)介紹了衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與部署系統(tǒng)。

衛(wèi)星地面系統(tǒng)；云計(jì)算；設(shè)計(jì)

0　前言

衛(wèi)星地面系統(tǒng)主要涵蓋的內(nèi)容是對地觀測衛(wèi)星地面控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)兩部分，整個(gè)系統(tǒng)中包含的小系統(tǒng)主要有天線控制、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)產(chǎn)品存檔、數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)、數(shù)據(jù)處理等不同功能的系統(tǒng)綜合。傳統(tǒng)的衛(wèi)星地面系統(tǒng)中主要是根據(jù)傳感器的特征對軟件系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，但是受到技術(shù)的限制問題、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異性問題和歷史因素的影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)的衛(wèi)星地面系統(tǒng)間存在很高的耦合性?；趥鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)存在的不足，當(dāng)前的衛(wèi)星地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中面臨很多挑戰(zhàn)，下文將針對挑戰(zhàn)和衛(wèi)生四面系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和趨勢展開論述。

1　衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

1.1性能要求更高。首先衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具備超強(qiáng)的存儲(chǔ)能力，由于衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的增加，其用于探測的載荷分辨率不斷提升，因此整個(gè)系統(tǒng)需要存儲(chǔ)巨大的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。其次，衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，隨著衛(wèi)星數(shù)量的增加，針對衛(wèi)星資料處理、產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)的能力不斷提升。最后衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具備強(qiáng)大的傳輸能力，由于海量數(shù)據(jù)的接受，加之新產(chǎn)品的開發(fā)，會(huì)對網(wǎng)絡(luò)寬帶提出更高挑戰(zhàn)。

1.2服務(wù)水平提升。隨著衛(wèi)星應(yīng)用的不斷拓展，地面應(yīng)用系統(tǒng)能夠提供的衛(wèi)星信息種類不斷增加，其中能夠保障的客戶數(shù)量不斷增加，因此對服務(wù)質(zhì)量和產(chǎn)品需求不斷提升，首先需要保障信息服務(wù)的穩(wěn)定性。其次需要提升信息內(nèi)容的豐富程度，提升信息服務(wù)的詳細(xì)程度。以氣象作為具體實(shí)例，除了需要提供基本的云圖服務(wù)，還需要根據(jù)交通部門的有關(guān)信息來做好道路預(yù)警和其他警告服務(wù)。

2　衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)云計(jì)算的要求和設(shè)計(jì)，綜合考慮衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的功能種類，設(shè)計(jì)出衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的具體方案，整體結(jié)構(gòu)如下圖。

根據(jù)圖1所示，整個(gè)衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)共有四個(gè)層次，從底到上面的層次分布依次是物理資源層、虛擬資源層、管理中間件層和專業(yè)應(yīng)用層。物理資源層的主要組成包含衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的軟件和硬件，硬件資源中主要有衛(wèi)星接收天線、解調(diào)器、衛(wèi)星信息處理設(shè)備、衛(wèi)星信息存儲(chǔ)設(shè)備等。其中軟件資源主要包含信息數(shù)據(jù)和常見的基礎(chǔ)軟件模塊等，例如，多軌拼圖軟件、單站拼圖軟件、參數(shù)反演算法等。

圖1　衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

虛擬資源層主要利用了虛擬化的技術(shù)，對內(nèi)部的軟件和硬件進(jìn)行虛擬，利用統(tǒng)一的方式來完成描述，將一個(gè)類型的資源放在整個(gè)虛擬的范圍內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用和底層應(yīng)用的一種透明化和動(dòng)態(tài)配置。

管理中間層存在的目的能夠提升云計(jì)算平臺(tái)的核心管理，其中包含的管理內(nèi)容涵蓋用戶管理、任務(wù)管理、資源管理和安全管理等內(nèi)容。資源管理的內(nèi)容主要涵蓋了負(fù)載均衡、映像管理等內(nèi)容。在資源管理的具體應(yīng)用中，需要完成和用戶之間的交互，其中計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)通信資源不在應(yīng)用的平臺(tái)中，是處在一個(gè)虛擬的狀態(tài)中，在云資源應(yīng)用和調(diào)動(dòng)之前需要管理層實(shí)施身份鑒定和授權(quán)操作。

3　衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，用戶主要通過衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)重的有關(guān)應(yīng)用來調(diào)用或者分布虛擬文件庫中的軟件資源和硬件資源，其中云計(jì)算軟件可以按照不同的設(shè)計(jì)形式利用云操作系統(tǒng)，例如，常見的云操作系統(tǒng)包含Google的ChromeOS、VMware公司的vSphere等。應(yīng)用過程中需要注意的是，用戶可以根據(jù)衛(wèi)星地面的應(yīng)用系統(tǒng)對地面應(yīng)用系統(tǒng)的軟件資源和硬件資源，原因在于云計(jì)算軟件使用的是WebService、HTTPXML等開放協(xié)議，因此可以十分便捷的和外部實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的集成，同時(shí)需要經(jīng)過云計(jì)算平臺(tái)完成用戶管理模塊的用戶身份鑒定和授權(quán)，同時(shí)，云計(jì)算軟件能夠管理的動(dòng)態(tài)運(yùn)營的管理資源不會(huì)受到衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的限制，因此可以將其拓展到系統(tǒng)之外的虛擬存儲(chǔ)空間，基于云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)部署圖，見下圖。

根據(jù)圖2可以看出，整個(gè)系統(tǒng)部署中衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的資源不會(huì)被簡單的集中在固定地點(diǎn)，不是簡單的完成資料處理，能夠?qū)⒉糠执鎯?chǔ)資源和軟件資源分散在不同部署的分散的衛(wèi)星地面接收點(diǎn)上，例如，能夠在地面中部對資源進(jìn)行存儲(chǔ)，利用其保存接收到的數(shù)據(jù)資源，保存原始數(shù)據(jù)的真實(shí)性，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不會(huì)占據(jù)寬帶傳輸，不需要將數(shù)據(jù)傳送到資料處理的中心節(jié)點(diǎn)上。由此看來，即使是面對海量的數(shù)據(jù)資料，也不會(huì)對資料處理的單一節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)量造成威脅，不會(huì)引起存儲(chǔ)量的急速增長和急速下降的情況，不會(huì)對性能造成負(fù)面影響。原因在于衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)中針對資源的引用主要通過云計(jì)算軟件完成，因此存儲(chǔ)位置的轉(zhuǎn)變對整個(gè)應(yīng)用的運(yùn)行不會(huì)造成負(fù)面影響。

4　結(jié)語

衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)前使用的星型架構(gòu)應(yīng)用在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、性能處理和服務(wù)層面還存在很多不足和缺陷，受到很多因素限制，由于衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)具有顯著的地理性和分散性，云計(jì)算能夠利用虛擬化的方式對整個(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行虛擬化處理，滿足數(shù)據(jù)獲取需求。云計(jì)算通過分布式計(jì)算的方式、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)應(yīng)用等形式和數(shù)據(jù)資源一同完成協(xié)同工作的任務(wù)，在計(jì)算方式的支撐下，能夠?yàn)樾l(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供新的方式和設(shè)計(jì)思路。建立在云計(jì)算基礎(chǔ)上的衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)資源的虛擬化處理，利用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的方式向上層衛(wèi)星服務(wù)提供具體操作。該種建立在云計(jì)算基礎(chǔ)上的衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠有效提升衛(wèi)星服務(wù)的安全性和有效性，拓展性較好，有助于信息之間的有效合成。雖然當(dāng)前我國在應(yīng)用云計(jì)算在衛(wèi)星地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)上還存在很多不成熟的地方，安全性和服務(wù)質(zhì)量上還需要優(yōu)化，但是云計(jì)算的設(shè)計(jì)思路為我國衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了發(fā)展思路。

［1］ 蘭友國，林明森，謝春華.HY-2衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.中國工程科學(xué)，2014，06：13-20.

［2］ 趙軍祥，江煒亮.某型地球同步衛(wèi)星地面測控管理系統(tǒng)雙站融合與互操作設(shè)計(jì)［J］.電訊技術(shù)，2014，09：1181-1186.

［3］ 董超華，楊忠東，施進(jìn)明，張鵬.系統(tǒng)工程方法在風(fēng)云三號(hào)極軌氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)工程中的應(yīng)用［J］.中國工程科學(xué)，2013，10：24-32.

［4］ 林波濤，王萬玉，張洪群，李安，馮旭祥，李凡，王強(qiáng).X/Ka頻段遙感衛(wèi)星地面接收信道便攜式測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電訊技術(shù)，2016，03：278-283.

Design of satellite ground application system based on Cloud Computing

Wen Zhijun
（Space Star Technology Co.， Ltd. 110034）

Article writing around satellite ground system design of expansion，mainly describes the challenges faced by the satellite ground application system design，in the analysis of the challenge to design under the premise，elaborate scheme design of satellite ground application system of concrete.At last，the paper introduces the satellite ground application system implementation and deployment of the system.

satellite ground system；cloud computing；design

圖2　基于云計(jì)算的衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)部署圖