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空间边缘计算:需求、架构及关键技术

虞志刚 冯旭 戴天 陆洲

虞志刚, 冯旭, 戴天, 陆洲. 空间边缘计算:需求、架构及关键技术[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(12): 4416-4425. doi: 10.11999/JEIT211157
引用本文: 虞志刚, 冯旭, 戴天, 陆洲. 空间边缘计算:需求、架构及关键技术[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(12): 4416-4425. doi: 10.11999/JEIT211157
YU Zhigang, FENG Xu, DAI Tian, LU Zhou. Space Edge Computing: Requirement, Architecture and Key Technique[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(12): 4416-4425. doi: 10.11999/JEIT211157
Citation: YU Zhigang, FENG Xu, DAI Tian, LU Zhou. Space Edge Computing: Requirement, Architecture and Key Technique[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(12): 4416-4425. doi: 10.11999/JEIT211157

空间边缘计算:需求、架构及关键技术

doi: 10.11999/JEIT211157
基金项目: 国家重点研发计划(2020YFB1806001)
详细信息
    作者简介:

    虞志刚:男,博士,高级工程师,研究方向为卫星通信网络、空间边缘计算

    冯旭:男,博士,高级工程师,研究方向为卫星通信网络、网络协议体系

    戴天:男,博士,工程师,研究方向为卫星通信网络、空间边缘计算

    陆洲:男,硕士,研究员,研究方向为卫星宽带通信、天地一体化网络

    通讯作者:

    虞志刚 yuzhigang@cetc.com.cn

  • 中图分类号: TN927.2

Space Edge Computing: Requirement, Architecture and Key Technique

Funds: The National Key Research and Development Plan (2020YFB1806001)
  • 摘要: 随着航天电子技术的迅猛发展,特别是商用货架器件(COTS)的广泛使用,星载计算处理能力获得大幅跃升。空间边缘计算将广域分散的星载计算资源通过星间链路临机自组织成一个空间分布、计算协同的云环境,实现资源相助、任务协同,可以有效摆脱对地面的依赖、提升服务响应速度。该文首先从空间边缘计算的应用需求出发,梳理了空间边缘计算的发展现状以及存在的问题与挑战;然后在此基础上总结分析,提出一种空间边缘计算架构,并从物理架构、功能架构、软件架构以及服务流程等多维角度进行了阐述;最后对涉及的关键技术进行了概述和分析,以期能够为后续的研究提供有价值的建议和参考。
  • 图  1  宇航级CPU主频与处理能力增长曲线

    图  2  空间边缘计算应用场景

    图  3  空间边缘计计算环境

    图  4  空间边缘计算物理架构图

    图  5  空间边缘计算功能架构

    图  6  星地协同运行模式示意

    图  7  空间边缘计算架构体系

    图  8  空间边缘计算服务流程

    表  1  国内外典型卫星网络

    序号名称年份国家轨道类型组网模式星上处理功能
    1SpaceX StarLink[7]2015年美国低轨天星地网
    2DARPA Blackjack[13]2018年美国低轨天基组网自主控制、自主决策
    3SDA NDSA[14]2020年美国低轨天基组网分布式管理、控制
    4天智卫星[15]2019年中国低轨尚未组网云检测、卫星控制
    5天仙星座[16]2021年中国低轨SAR图像在轨处理
    6天算卫星[17]2021年中国低轨尚未组网目标识别、模型训练
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    表  2  国内外典型宇航级CPU芯片

    序号CPU型号年份国家/地区主频IP核数计算能力架构
    1TSC695F[18]1998年欧洲25.0 MHz120 DMIPSSPARC
    2RAD750[19]2001年美国200.0 MHz1400 DMIPSPPC
    3GR712RC[18]2009年欧洲100.0 MHz2200 DMIPSSPARC
    4DAHLIA[20]2019年欧洲1.6 GHz44000 DMIPSARM
    5HPSC[21]2019年美国800.0 MHz87360 DMIPSARM
    6BM3883[22]2021年中国1.0 GHz816 GIPSSPARC
    7玉龙810[23]2021年中国1.0 GHz812 TOPSARM
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-21
  • 修回日期:  2022-07-20
  • 网络出版日期:  2022-07-28
  • 刊出日期:  2022-12-16

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