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资讯频道2020年，卫星互联网首次被明确纳入国家“新基建”范畴，卫星通信成为继有线互联、无线互联之后第三代互联网基础设施革命。随着应用领域的不断延伸，全球卫星产生的数据量首次超过卫星传输的数据量，因此在卫星上进行数据通信、融合、预处理的需求越来越强烈。
云原生边缘计算，打破在轨计算壁垒
自1957年太空中升起第一颗人造地球卫星以来，如今太空中的卫星已超3000颗。由于卫星平台的特殊性，其计算能力、通信能力、维护能力、平台能力相对较弱，每一颗在太空中正常运行的卫星，都会产生大量的数据。可传统的卫星都缺乏运算的“大脑”，它们只会记忆，不会运算，需要把海量的原始数据传输回地面中心处理，因此占据大量资源，卫星亟需实现“智能化”。 当卫星拥有了自己的“大脑”，能够在太空中计算处理数据后，会发生什么样嬗变？或许全球首颗云原生边缘计算卫星“天算星座”试验卫星“宝酝号”将提供一些答案。 据天算星座首席科学家、北京邮电大学教授王尚广教授介绍，“天算星座”计划由北京邮电大学深圳研究生院与天仪研究院共同发起，将成为我国卫星领域的一支重要力量，也将作为全球卫星网络科技创新基地之一，应对世界科技变革。 其“宝酝号”实现了在轨计算上“零的突破”，是全球首颗具备云原生与边缘计算能力的智能卫星。利用云原生边缘计算技术，卫星在太空中先对数据进行计算处理，可减少大量传输压力，实现“业务上天、服务在轨”，满足航空航天领域多样化的需求。 以通信、遥感为代表的传统卫星，只有储存能力，只能将存储的数据回传到地面，不具备星上处理能力。“宝酝号”上搭载的“天算星座”计算平台载荷，可实现卫星在轨计算处理，提高分布式应用协同能力和在轨AI推理能力。结合北邮开发的卫星网络系统、基础通信组件，还可为空天实验提供按需使用的计算能力。 云原生边缘计算平台的出现，有效降低了空天计算的实验门槛，使得天上卫星的管理，像地面服务器的管理一样简单，“地面鼠标点点，天上卫星颤颤”。 计算精度提升 50% ，卫星进入云原生时代 过去的卫星在研制时就有相应的任务，发射升空之后也只能完成特定任务，而有了云原生后，基于云原生的环境，可以在卫星上实现服务生成、更新或应用上注，将原来的任务A，升级或变更为任务B任务C。 也就是说，当卫星有了云原生边缘计算平台之后，科研人员可以在卫星上构建一个对所有资源进行统一管理的环境，像手机一样可以装各种各样的APP，分门别类用于环境监测或是科研实验，功能更强大，也就是智能卫星。 过去发生洪水时，需先在地面将“拍摄灾区图像”的指令传输给卫星，卫星再将拍摄到的影像回传。待卫星将影像回传后，地面再统一进行云检测和水域提取，到最终生成监测报告通常需要1天。由于卫星没有筛选处理能力，所有的数据还是要传到地面才能进一步应用，而分析回传的数据时发现，很大部分影像都有云层遮挡，是没有用的，因此卫星的在轨计算功能是迫切需求。 然而，当卫星有了云原生边缘计算能力后，卫星可以在轨进行AI推理，将被云层覆盖超50%的低质量图像数据丢弃，减少传输无效数据，降低传输压力。有效图片回传后，在地面再利用高精度AI模型进行运算，进一步缩短影像预处理、水域提取、监测报告生成的时间，最终生成监测报告只需1小时左右。显著提升应急响应时间。 智能卫星的投入使用，将给防灾减灾领域带来巨大变革。除了将应急响应时间从“天级”降低到“小时级”外，卫星边缘任务还可按需更新，通过在轨AI推理，比较暴雨前后图片，推测山体坍塌风险，提前预判地质灾害隐患，并发出预警。 测试数据表明，通过卫星与地面站协同推理，计算精度提升了 50% 以上，卫星回传数据量可减少 90%，卫星将进入云原生时代。这意味着卫星将在太空中可同时调用边缘和中心云的资源并具备 AI 能力和多任务处理能力，可最大限度提升效率和响应速度。 据了解，此次云原生边缘计算在太空成功验证后，将继续部署“天算星座”一期的6颗卫星，在太空中形成协同计算网络，更好地服务航空航天、应急通讯、生态监测、防灾减灾和城市建设等。
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