[发明专利]一种基于可用能力计算的天基资源在轨虚拟化方法

说明书

本发明公开了一种基于可用能力计算的天基资源在轨虚拟化方法，用于对单星或多星协同任务的天基资源的可用能力进行计算，所述方法包括：将当前卫星的可用能力分为三类：信息观测能力、信息处理能力及信息传输能力；计算所有观测载荷的可用观测时空条带列表；计算所有处理载荷的可用数据处理时长列表；计算所有星间传输、星地分发设备的传输能力可用时段列表。本发明的方法可以将各类观测载荷、计算载荷及通信设备统一虚拟化为三种天基资源能力，提供标准化的天基资源可用能力列表描述方法，满足多种类异构卫星的统一管理和协同应用需求；此外，由于使用面向用户服务能力层面的天基资源抽象分析和描述，可以支持天基资源向普通大众的开放使用。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体涉及一种基于可用能力计算的天基资源在轨虚拟化方法。

背景技术

近年来，微小卫星技术以及卫星组网技术飞速发展，天基资源的规模呈爆发式增长，卫星应用已从单一卫星应用逐渐发展为多星组网、卫星集群等多星协同应用；同时，下一代卫星应用正在与互联网产业加速融合，将协议、路由等地面互联网技术引入天基网络，利用天基资源开展互联网+卫星服务，形成面向全球的、根据用户需求提供即时服务的“天基互联网”，是未来的发展方向。

为满足大规模卫星节点组网统一管理需求，并进一步完成多星协同任务，需要屏蔽多种类异构卫星间不同载荷类型等异构特性；另外，用户对卫星底层参数、技术细节的认知存在盲区，影响天基资源的易用性，不利于天基资源向普通大众用户开放。通过借鉴地面互联网计算、存储等资源虚拟化的思想，进行天基资源在轨虚拟化，是屏蔽上述异构性的主要手段，是减少用户与卫星之间的信息鸿沟，开展卫星统一管理和协同应用的先决条件。

相比于地面资源的虚拟化，天基资源具有高时空动态性，其功能、硬件间存在强耦合，使得虚拟化难度增加；同时，由于星上计算机处理能力有限，欲通过卫星在轨自主实现相关处理，在虚拟化性能与服务的时效性之间需要进行折衷。

针对大规模卫星组网及卫星应用服务，当前国内外开展了一定的研究和项目计划。卫星组网方面，如全球免费WIFI覆盖计划(Google公司)、STARLINK项目(SpaceX公司)和OneWeb(EADS公司)等，国内有同时提供定位、导航、授时、遥感和通信服务的“通导遥一体”天基信息实时服务系统、虹云计划等；当前，存在一些基于地面云服务架构的天基资源信息服务体系及应用模式，并在此基础上进一步完成调度设计和协同管理。

在上述研究、项目中，服务上大多侧重于完成全球覆盖的通信和联网，技术上侧重于地面云系统而非卫星在轨实现，能够支持面向普通大众用户开放天基资源，支持面向应用的在轨天基资源管理和组织的虚拟化技术仍未见报道。

发明内容

本发明针对大规模卫星网络面向用户提供全球即时信息服务，多种类异构卫星的统一管理和协同应用需求，提出一种基于可用能力计算的天基资源在轨虚拟化方法，为用户提供统一描述的、高时效和可信的天基资源。针对各类观测载荷、计算载荷及通信设备进行面向用户服务能力层面的属性分析，抽象为三种天基资源能力，综合时间、空间、能源、存储、载荷属性及已有任务约束进行在轨实时计算，构建标准化的天基资源可用能力列表，实现多种类异构卫星的统一管理，使得用户不必了解具体的卫星技术及相关属性参数，即可提出需求。同时，通过充分使用预先计算，主-从星计算负载均衡等方式，实现卫星对用户需求的快速响应，确保多星协同应用的时效性。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于可用能力计算的天基资源在轨虚拟化方法，用于对单星或多星协同任务的天基资源的可用能力进行计算，所述方法包括：

将当前卫星的可用能力分为三类：信息观测能力、信息处理能力及信息传输能力；

计算所有观测载荷的可用观测时空条带列表；

计算所有处理载荷的可用数据处理时长列表；

计算所有传输、分发设备的传输能力可用时段列表。