基于云计算的卫星地面应用系统设计

温志军（航天恒星科技有限公司，110034）

基于云计算的卫星地面应用系统设计

温志军
（航天恒星科技有限公司，110034）

文章的撰写围绕卫星地面系统设计展开，主要内容阐述了卫星地面应用系统设计面临的挑战，在分析设计挑战的前提下，阐述卫星地面应用系统方案设计的具体，最后详细介绍了卫星地面应用系统实现与部署系统。

卫星地面系统；云计算；设计

0　前言

卫星地面系统主要涵盖的内容是对地观测卫星地面控制系统和处理系统两部分，整个系统中包含的小系统主要有天线控制、数据接收、数据传输、数据产品存档、数据产品分发、数据处理等不同功能的系统综合。传统的卫星地面系统中主要是根据传感器的特征对软件系统进行二次开发，但是受到技术的限制问题、数据结构的差异性问题和历史因素的影响，导致传统的卫星地面系统间存在很高的耦合性。基于传统设计存在的不足，当前的卫星地面系统设计过程中面临很多挑战，下文将针对挑战和卫生四面系统设计现状和趋势展开论述。

1　卫星地面应用系统设计面临的挑战

1.1性能要求更高。首先卫星地面应用系统设计需要具备超强的存储能力，由于卫星发射数量的增加，其用于探测的载荷分辨率不断提升，因此整个系统需要存储巨大的卫星数据。其次，卫星地面应用系统设计需要具备强大的计算能力，随着卫星数量的增加，针对卫星资料处理、产品开发和设计的能力不断提升。最后卫星地面应用系统设计需要具备强大的传输能力，由于海量数据的接受，加之新产品的开发，会对网络宽带提出更高挑战。

1.2服务水平提升。随着卫星应用的不断拓展，地面应用系统能够提供的卫星信息种类不断增加，其中能够保障的客户数量不断增加，因此对服务质量和产品需求不断提升，首先需要保障信息服务的稳定性。其次需要提升信息内容的丰富程度，提升信息服务的详细程度。以气象作为具体实例，除了需要提供基本的云图服务，还需要根据交通部门的有关信息来做好道路预警和其他警告服务。

2　卫星地面应用系统方案设计

根据云计算的要求和设计，综合考虑卫星地面应用系统的功能种类，设计出卫星地面应用系统的具体方案，整体结构如下图。

根据图1所示，整个卫星地面应用系统共有四个层次，从底到上面的层次分布依次是物理资源层、虚拟资源层、管理中间件层和专业应用层。物理资源层的主要组成包含卫星地面应用系统的软件和硬件，硬件资源中主要有卫星接收天线、解调器、卫星信息处理设备、卫星信息存储设备等。其中软件资源主要包含信息数据和常见的基础软件模块等，例如，多轨拼图软件、单站拼图软件、参数反演算法等。

图1　卫星地面应用系统逻辑结构

虚拟资源层主要利用了虚拟化的技术，对内部的软件和硬件进行虚拟，利用统一的方式来完成描述，将一个类型的资源放在整个虚拟的范围内，由此实现上层应用和底层应用的一种透明化和动态配置。

管理中间层存在的目的能够提升云计算平台的核心管理，其中包含的管理内容涵盖用户管理、任务管理、资源管理和安全管理等内容。资源管理的内容主要涵盖了负载均衡、映像管理等内容。在资源管理的具体应用中，需要完成和用户之间的交互，其中计算资源、存储资源和网络通信资源不在应用的平台中，是处在一个虚拟的状态中，在云资源应用和调动之前需要管理层实施身份鉴定和授权操作。

3　卫星地面应用系统实现

卫星地面应用系统设计完成之后，用户主要通过卫星地面应用系统重的有关应用来调用或者分布虚拟文件库中的软件资源和硬件资源，其中云计算软件可以按照不同的设计形式利用云操作系统，例如，常见的云操作系统包含Google的ChromeOS、VMware公司的vSphere等。应用过程中需要注意的是，用户可以根据卫星地面的应用系统对地面应用系统的软件资源和硬件资源，原因在于云计算软件使用的是WebService、HTTPXML等开放协议，因此可以十分便捷的和外部实现应用的集成，同时需要经过云计算平台完成用户管理模块的用户身份鉴定和授权，同时，云计算软件能够管理的动态运营的管理资源不会受到卫星地面应用系统的限制，因此可以将其拓展到系统之外的虚拟存储空间，基于云计算技术的应用，设计出卫星地面应用系统部署图，见下图。

根据图2可以看出，整个系统部署中卫星地面应用系统的资源不会被简单的集中在固定地点，不是简单的完成资料处理，能够将部分存储资源和软件资源分散在不同部署的分散的卫星地面接收点上，例如，能够在地面中部对资源进行存储，利用其保存接收到的数据资源，保存原始数据的真实性，数据存储不会占据宽带传输，不需要将数据传送到资料处理的中心节点上。由此看来，即使是面对海量的数据资料，也不会对资料处理的单一节点存储量造成威胁，不会引起存储量的急速增长和急速下降的情况，不会对性能造成负面影响。原因在于卫星地面应用系统中针对资源的引用主要通过云计算软件完成，因此存储位置的转变对整个应用的运行不会造成负面影响。

4　结语

卫星地面应用系统当前使用的星型架构应用在数据存储、性能处理和服务层面还存在很多不足和缺陷，受到很多因素限制，由于卫星地面应用系统具有显著的地理性和分散性，云计算能够利用虚拟化的方式对整个数据库进行虚拟化处理，满足数据获取需求。云计算通过分布式计算的方式、数据存储和数据应用等形式和数据资源一同完成协同工作的任务，在计算方式的支撑下，能够为卫星地面应用系统的设计提供新的方式和设计思路。建立在云计算基础上的卫星地面应用系统设计，能够实现数据系统资源的虚拟化处理，利用标准服务的方式向上层卫星服务提供具体操作。该种建立在云计算基础上的卫星地面应用系统设计结构能够有效提升卫星服务的安全性和有效性，拓展性较好，有助于信息之间的有效合成。虽然当前我国在应用云计算在卫星地面系统设计上还存在很多不成熟的地方，安全性和服务质量上还需要优化，但是云计算的设计思路为我国卫星地面应用系统的设计提供了发展思路。

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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

图2　基于云计算的卫星地面应用系统部署图