基于云計算的衛星地面應用系統設計

溫志軍（航天恒星科技有限公司，110034）

基于云計算的衛星地面應用系統設計

溫志軍
（航天恒星科技有限公司，110034）

文章的撰寫圍繞衛星地面系統設計展開，主要內容闡述了衛星地面應用系統設計面臨的挑戰，在分析設計挑戰的前提下，闡述衛星地面應用系統方案設計的具體，最后詳細介紹了衛星地面應用系統實現與部署系統。

衛星地面系統；云計算；設計

0　前言

衛星地面系統主要涵蓋的內容是對地觀測衛星地面控制系統和處理系統兩部分，整個系統中包含的小系統主要有天線控制、數據接收、數據傳輸、數據產品存檔、數據產品分發、數據處理等不同功能的系統綜合。傳統的衛星地面系統中主要是根據傳感器的特征對軟件系統進行二次開發，但是受到技術的限制問題、數據結構的差異性問題和歷史因素的影響，導致傳統的衛星地面系統間存在很高的耦合性?；趥鹘y設計存在的不足，當前的衛星地面系統設計過程中面臨很多挑戰，下文將針對挑戰和衛生四面系統設計現狀和趨勢展開論述。

1　衛星地面應用系統設計面臨的挑戰

1.1性能要求更高。首先衛星地面應用系統設計需要具備超強的存儲能力，由于衛星發射數量的增加，其用于探測的載荷分辨率不斷提升，因此整個系統需要存儲巨大的衛星數據。其次，衛星地面應用系統設計需要具備強大的計算能力，隨著衛星數量的增加，針對衛星資料處理、產品開發和設計的能力不斷提升。最后衛星地面應用系統設計需要具備強大的傳輸能力，由于海量數據的接受，加之新產品的開發，會對網絡寬帶提出更高挑戰。

1.2服務水平提升。隨著衛星應用的不斷拓展，地面應用系統能夠提供的衛星信息種類不斷增加，其中能夠保障的客戶數量不斷增加，因此對服務質量和產品需求不斷提升，首先需要保障信息服務的穩定性。其次需要提升信息內容的豐富程度，提升信息服務的詳細程度。以氣象作為具體實例，除了需要提供基本的云圖服務，還需要根據交通部門的有關信息來做好道路預警和其他警告服務。

2　衛星地面應用系統方案設計

根據云計算的要求和設計，綜合考慮衛星地面應用系統的功能種類，設計出衛星地面應用系統的具體方案，整體結構如下圖。

根據圖1所示，整個衛星地面應用系統共有四個層次，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應用層。物理資源層的主要組成包含衛星地面應用系統的軟件和硬件，硬件資源中主要有衛星接收天線、解調器、衛星信息處理設備、衛星信息存儲設備等。其中軟件資源主要包含信息數據和常見的基礎軟件模塊等，例如，多軌拼圖軟件、單站拼圖軟件、參數反演算法等。

圖1　衛星地面應用系統邏輯結構

虛擬資源層主要利用了虛擬化的技術，對內部的軟件和硬件進行虛擬，利用統一的方式來完成描述，將一個類型的資源放在整個虛擬的范圍內，由此實現上層應用和底層應用的一種透明化和動態配置。

管理中間層存在的目的能夠提升云計算平臺的核心管理，其中包含的管理內容涵蓋用戶管理、任務管理、資源管理和安全管理等內容。資源管理的內容主要涵蓋了負載均衡、映像管理等內容。在資源管理的具體應用中，需要完成和用戶之間的交互，其中計算資源、存儲資源和網絡通信資源不在應用的平臺中，是處在一個虛擬的狀態中，在云資源應用和調動之前需要管理層實施身份鑒定和授權操作。

3　衛星地面應用系統實現

衛星地面應用系統設計完成之后，用戶主要通過衛星地面應用系統重的有關應用來調用或者分布虛擬文件庫中的軟件資源和硬件資源，其中云計算軟件可以按照不同的設計形式利用云操作系統，例如，常見的云操作系統包含Google的ChromeOS、VMware公司的vSphere等。應用過程中需要注意的是，用戶可以根據衛星地面的應用系統對地面應用系統的軟件資源和硬件資源，原因在于云計算軟件使用的是WebService、HTTPXML等開放協議，因此可以十分便捷的和外部實現應用的集成，同時需要經過云計算平臺完成用戶管理模塊的用戶身份鑒定和授權，同時，云計算軟件能夠管理的動態運營的管理資源不會受到衛星地面應用系統的限制，因此可以將其拓展到系統之外的虛擬存儲空間，基于云計算技術的應用，設計出衛星地面應用系統部署圖，見下圖。

根據圖2可以看出，整個系統部署中衛星地面應用系統的資源不會被簡單的集中在固定地點，不是簡單的完成資料處理，能夠將部分存儲資源和軟件資源分散在不同部署的分散的衛星地面接收點上，例如，能夠在地面中部對資源進行存儲，利用其保存接收到的數據資源，保存原始數據的真實性，數據存儲不會占據寬帶傳輸，不需要將數據傳送到資料處理的中心節點上。由此看來，即使是面對海量的數據資料，也不會對資料處理的單一節點存儲量造成威脅，不會引起存儲量的急速增長和急速下降的情況，不會對性能造成負面影響。原因在于衛星地面應用系統中針對資源的引用主要通過云計算軟件完成，因此存儲位置的轉變對整個應用的運行不會造成負面影響。

4　結語

衛星地面應用系統當前使用的星型架構應用在數據存儲、性能處理和服務層面還存在很多不足和缺陷，受到很多因素限制，由于衛星地面應用系統具有顯著的地理性和分散性，云計算能夠利用虛擬化的方式對整個數據庫進行虛擬化處理，滿足數據獲取需求。云計算通過分布式計算的方式、數據存儲和數據應用等形式和數據資源一同完成協同工作的任務，在計算方式的支撐下，能夠為衛星地面應用系統的設計提供新的方式和設計思路。建立在云計算基礎上的衛星地面應用系統設計，能夠實現數據系統資源的虛擬化處理，利用標準服務的方式向上層衛星服務提供具體操作。該種建立在云計算基礎上的衛星地面應用系統設計結構能夠有效提升衛星服務的安全性和有效性，拓展性較好，有助于信息之間的有效合成。雖然當前我國在應用云計算在衛星地面系統設計上還存在很多不成熟的地方，安全性和服務質量上還需要優化，但是云計算的設計思路為我國衛星地面應用系統的設計提供了發展思路。

［1］ 蘭友國，林明森，謝春華.HY-2衛星地面應用系統運行控制方案設計與實現［J］.中國工程科學，2014，06：13-20.

［2］ 趙軍祥，江煒亮.某型地球同步衛星地面測控管理系統雙站融合與互操作設計［J］.電訊技術，2014，09：1181-1186.

［3］ 董超華，楊忠東，施進明，張鵬.系統工程方法在風云三號極軌氣象衛星地面應用系統工程中的應用［J］.中國工程科學，2013，10：24-32.

［4］ 林波濤，王萬玉，張洪群，李安，馮旭祥，李凡，王強.X/Ka頻段遙感衛星地面接收信道便攜式測試系統設計［J］.電訊技術，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　基于云計算的衛星地面應用系統部署圖