CN112558939A - 软件定义卫星的服务化星载软件构建方法、系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种软件定义卫星的服务化星载软件构建方法、系统和设备，该系统包括：硬件层，设置有多个卫星设备；系统层，连接所述硬件层，所述系统层设置有每个所述卫星设备的统一标准接口，用于与所述卫星设备进行数据通信；服务层，连接所述系统层，所述服务层设置有每个所述卫星设备的服务调用接口；应用层，连接所述服务层，用于调用所述服务层内的所述服务调用接口。本申请实现了卫星的软硬件分离，提高了卫星系统的软件化和智能化水平，为实现卫星的软件定义提供保障。

Description

软件定义卫星的服务化星载软件构建方法、系统和设备
技术领域
本申请涉及卫星服务技术领域，具体而言，涉及一种软件定义卫星的服务化星载软件构建方法、系统和设备。
背景技术
传统的卫星系统的软件架构多采用紧耦合方式，各单机在处理器上采用“操作系统+应用软件”、或直接搭建“无操作系统的应用”的模式运行软件，各单机基于星内总线采用自定义指令的方式，进行遥控、遥测等各种数据的传输，完成传统卫星的基本功能。
采用紧耦合方式的传统卫星系统软件架构，将卫星单机硬件、功能实现和软件进行了深度绑定，特定功能的软件只能在对应的单机上运行，由专门单机供应商以软硬件一体化单机的方式呈现和提供，这限制了系统功能和部署的灵活性、限制了软件迭代和升级，对卫星系统的智能化形成了约束。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种软件定义卫星的服务化星载软件构建方法、系统和设备，实现了卫星的软硬件分离，提高卫星系统的软件化和智能化水平，为实现卫星的软件定义提供保障。
本申请实施例第一方面提供了一种卫星服务系统，包括：硬件层，设置有多个卫星设备；系统层，连接所述硬件层，所述系统层设置有每个所述卫星设备的统一标准接口，用于与所述卫星设备进行数据通信；服务层，连接所述系统层，所述服务层设置有每个所述卫星设备的服务调用接口；应用层，连接所述服务层，用于调用所述服务层内的所述服务调用接口。
于一实施例中，所述硬件层还包括：计算节点，所述卫星设备通过所述计算节点接入所述系统层。
于一实施例中，所述计算节点通过交换网络连接所述系统层。
于一实施例中，所述系统层包括：驱动模块，连接所述卫星设备，用于驱动所述卫星设备。
于一实施例中，所述系统层还包括：每个所述卫星设备的虚拟设备，连接所述驱动模块，所虚拟设备包括对所述卫星设备的硬件抽象化后形成的所述统一标准接口。
于一实施例中，所述服务层包括：所述卫星设备的初始化配置管理接口、数据收发以及缓存接口、设备控制以及状态管理接口中的一个或多个。
本申请实施例第二方面提供了一种卫星服务方法，包括：接收用户终端的服务请求；在数据库中查询是否存在与所述服务请求匹配的目标服务；若所述数据库中存在与所述服务请求匹配的所述目标服务，返回所述目标服务至所述用户终端；若所述数据库中不存在与所述服务请求匹配的所述目标服务，返回报错信息。
于一实施例中，还包括：获取目标计算节点的全部服务；将所述目标计算节点的全部服务在所述数据库中进行注册。
于一实施例中，还包括：在所述用户终端使用所述目标服务结束后，断开所述目标服务，并释放所述目标服务。
本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：存储器，用以存储计算机程序；处理器，用以执行本申请实施例第一方面及其任一实施例的方法。
本申请提供的软件定义卫星的服务化星载软件构建方法、系统和设备，以交换网络连接的多计算节点为基础，在对单机卫星设备或某一类功能进行抽象的基础上，向应用层提供接口统一、标准、规范的调用服务，服务可以以网络远程调用的形式提供，服务端和服务调用端(即应用APP端)可位于不同或相同的计算节点，实现了软硬件的解耦和分离。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例的卫星服务系统的示意图；
图2为本申请一实施例的卫星服务系统的示意图；
图3为本申请一实施例的电子设备的结构示意图；
图4为本申请一实施例的卫星服务方法的流程示意图；
图5为本申请一实施例的卫星服务系统的星敏感器服务的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本实施例提供一种卫星服务系统1，该系统基于面向服务SoA(ServiceOriented Architecture，面向服务的架构，简称“SoA”)架构实现，包括：硬件层10、系统层20、服务层30和应用层40，其中：
硬件层10设置有多个卫星设备11。系统层20连接硬件层10，系统层20设置有每个卫星设备11的统一标准接口21，用于与卫星设备11进行数据通信。服务层30连接系统层20，服务层30设置有每个卫星设备11的服务调用接口31。应用层40连接服务层30，用于调用服务层30内的服务调用接口31。
如图2所示，本实施例提供一种卫星服务系统1，以卫星设备11为星敏感器为示例，恒星敏感器(简称星敏感器)是当前广泛应用的天体敏感器，它是天文导航系统中一个很重要的组成部分。其中：
最底层是硬件层10，对应星敏单机(星敏感器)，硬件层10还包括：计算节点，卫星设备11通过计算节点接入系统层20。卫星设备11可以是卫星系统中实际需要的外接设备，比如天体敏感器、机械系统执行器、数模转换电路(AD/DA)、相机(Cam)、传感器等外接设备。计算节点可以依托于计算机，具备存储、计算、接口、通信等功能，比如通信功能可以由SDR(Software Defined Radio，软件定义的无线电)实现。卫星设备11通过匹配的接口与计算节点连接。该连接可以基于FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)电路实现。
于一实施例中，计算节点通过交换网络连接系统层20。交换网络可以是TSN(TimeSensitive Network，时间敏感型网络)或者以太网(Ethernet)。
于一实施例中，系统层20包括：驱动模块，连接卫星设备11，用于驱动卫星设备11。驱动模块可以是操作系统驱动器OSDriver。比如，系统层20中会设置有星敏单机的星敏驱动(星敏Driver)，硬件层10通过连线S1连接系统层20，实现星敏单机和星敏驱动之间的映射。
于一实施例中，系统层20可以基于KERNEL实时操作系统实现。
于一实施例中，系统层20还包括：每个卫星设备11的虚拟设备vDev，连接驱动模块，所虚拟设备vDev包括对卫星设备11的硬件抽象化后形成的统一标准接口21。
于一实施例中，以星敏感器为例，通过将星敏感器的相关功能在系统层20的HAL(Hardware Abstraction Layer，硬件抽象层)层进行抽象，形成针对所有种类、型号星敏感器的标准化操作接口API(Application Programming Interface，应用程序接口)，比如：sensor_init()/sensor_get()/sensor_set()等。并以服务化形式向网络提供。如此，APP(Application，应用程序)开发人员不需关心具体的星敏型号，只需根据标准接口21API即可完成星敏APP的开发。在对卫星设备11的硬件抽象化时，需根据硬件抽象HAL API的要求，完成具体型号星敏单机的实际操作协议与抽象API之间的接口和协议转化。
在上述软硬件解耦的模式下，可以尽量缩减星敏单机内计算或处理的需求，将尽量多的计算量和处理量以软件的形式在统一的计算平台上实现，实现硬件最小化、软件最大化的目标。
于一实施例中，在系统层20内，星敏设备驱动和星敏虚拟设备之间可以通过连线S2连接，实现二者之间的映射。
于一实施例中，服务层30包括：卫星设备11的初始化配置管理接口(X-Service)、数据收发以及缓存接口、设备控制以及状态管理接口(Runtime)中的一个或多个。
于一实施例中，服务层30可以基于软件开发框架libs&framework实现。
于一实施例中，系统层20和服务层30可以通过连线S3进行连接，实现星敏服务(星敏Service)和星敏虚拟设备的映射，该服务层30包括了与星敏感器相关的初始化配置管理接口、数据收发及缓存管理接口、星敏控制及状态管理接口等，上述接口可以支持远程网络调用，在服务启动后，可以守护进程的方式运行，接收来自应用层40APP的连接和调用。
于一实施例中，应用层40中可以包括各种应用APP和各种框架在各种服务上的配置Configs。
上述卫星服务系统1，为面向服务的星载软件系统架构，将传统卫星分系统中的各单机进行软硬件解耦，以硬件最小化、软件最大化为目标，将硬件基础功能进行抽象和封装，以标准化系统服务的方式供应用层40访问。将卫星分系统各单机以硬件功能最小化的方式接入系统，拓展了卫星系统的发展空间。
如图3所示，本实施例提供一种电子设备3，包括：至少一个处理器31和存储器32，图3中以一个处理器为例。处理器31和存储器32通过总线30连接。存储器32存储有可被处理器31执行的指令，指令被处理器31执行，以使电子设备3可执行下述的实施例中方法的全部或部分流程。
于一实施例中，电子设备3可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等设备组成的分布式计算机集群。
请参看图4，其为本申请一实施例的卫星服务方法，该方法可由图3所示的电子设备3来执行，并可以应用于如图1至图2所示的卫星服务系统1中，以对卫星服务的进行管理。该方法包括如下步骤：
步骤401：获取目标计算节点的全部服务。
在本步骤中，计算节点可以是如图1至图2所示的卫星服务系统1中硬件层10的计算节点，为了保证卫星系统中每个计算节点的卫星设备11可以更好的为用户提供数据服务，在用户调用服务之前，首先获取卫星系统中每个目标计算节点的全部服务。
于一实施例中，以星敏感器服务为例，卫星系统中存在两类基础服务：全网络统一的服务中心和各节点上的节点服务管理，电子设备3可以具备节点服务管理和统一服务中心的功能。如图5所示，假设节点1为星敏单机所在的计算节点，星敏单机通过单机接口连接服务软件栈的星敏接入模块，该部分可以基于FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)电路实现。在服务软件栈中还包括星敏驱动、星敏HAL、星敏Service(星敏服务)等功能模块，上述功能可以由处理器CPU实现。节点2为数据收发/处理的计算节点，其原理可以类比于节点1。
于一实施例中，在上述如图5所示星敏感器服务流程中，步骤401具体可以包括步骤B1：在主动模式下，各节点的服务管理模块主动扫描该目标计算节点上需要保护的全部服务。
于一实施例中，在上述如图5所示星敏感器服务流程中，步骤401具体可以包括步骤B2：在被动模式下，各节点服务在启动后，主动向该目标计算节点的服务管理模块报告需要保护的全部服务。
步骤402：将目标计算节点的全部服务在数据库中进行注册。
在本步骤中，节点服务管理模块将该目标计算节点的所有服务向统一服务中心(数据库)进行注册。
步骤403：接收用户终端的服务请求。
在本步骤中，当系统中某网络节点上的用户APP(对应用户终端)需要使用某服务时，该用户APP主动向统一服务中心发送服务请求，查询该服务，如图5所示的步骤A1。电子设备3实时接收用户终端发送的服务请求。
步骤404：在数据库中查询是否存在与服务请求匹配的目标服务。
在本步骤中，在统一服务中心注册过的服务都会被记录，可以在统一服务中心查询是否存在与服务请求匹配的目标服务，如果存在，进入步骤405，否则，进入步骤406。
步骤405：返回目标服务至用户终端。并进入步骤407。
在本步骤中，若数据库中存在与服务请求匹配的目标服务，则请求使用该目标服务，获取相关服务信息，并将目标服务的信息返回给用户终端。
步骤406：返回报错信息。
在本步骤中，若数据库中不存在与服务请求匹配的目标服务，则返回错误。
于一实施例中，若数据库中不存在与服务请求匹配的目标服务，统一服务中心可以尝试向网络其他各节点查询是否存在该目标服务，并等待用户APP后续请求。
步骤407：在用户终端使用目标服务结束后，断开目标服务，并释放目标服务。
在本步骤中，在将目标服务的信息返回给用户终端后，则用户终端会根据获取的目标服务信息，根据目标服务信息中携带的地址连接、并使用该目标服务，当电子设备3检测到用户终端使用目标服务结束后，电子设备3可以将该目标服务断开，并向统一服务中心释放该目标服务。
请参看图5，其为本申请一实施例的卫星服务方法，该方法可由图3所示的电子设备3来执行，并可以应用于如图1至图2所示的卫星服务系统1中，以对卫星服务的进行管理。该方法包括如下步骤：
步骤A1：用户APP想统一服务中心查询、请求目标服务。
步骤A2：统一服务中心查询到目标服务，通过节点服务管理启动目标服务。
步骤A3：节点服务管理配置及启动服务。
步骤A4：统一服务中心获取到目标服务的信息，并将目标服务的信息返回给用户APP。
步骤A5：用户APP向星敏服务连接，并调用目标服务。
步骤A6：星敏接入将该目标服务的有效数据传输至数据收发/处理的计算节点，经数据收发/处理的计算节点传输给用户APP。
步骤A7：在用户APP使用目标服务结束后，星敏服务断开该目标服务。
步骤A8：统一服务中心释放目标服务。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种卫星服务系统，其特征在于，包括：
硬件层，设置有多个卫星设备；
系统层，连接所述硬件层，所述系统层设置有每个所述卫星设备的统一标准接口，用于与所述卫星设备进行数据通信；
服务层，连接所述系统层，所述服务层设置有每个所述卫星设备的服务调用接口；
应用层，连接所述服务层，用于调用所述服务层内的所述服务调用接口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述硬件层还包括：
计算节点，所述卫星设备通过所述计算节点接入所述系统层。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计算节点通过交换网络连接所述系统层。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统层包括：驱动模块，连接所述卫星设备，用于驱动所述卫星设备。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统层还包括：每个所述卫星设备的虚拟设备，连接所述驱动模块，所虚拟设备包括对所述卫星设备的硬件抽象化后形成的所述统一标准接口。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务层包括：
所述卫星设备的初始化配置管理接口、数据收发以及缓存接口、设备控制以及状态管理接口中的一个或多个。
7.一种卫星服务方法，其特征在于，包括：
接收用户终端的服务请求；
在数据库中查询是否存在与所述服务请求匹配的目标服务；
若所述数据库中存在与所述服务请求匹配的所述目标服务，返回所述目标服务至所述用户终端；
若所述数据库中不存在与所述服务请求匹配的所述目标服务，返回报错信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
获取目标计算节点的全部服务；
将所述目标计算节点的全部服务在所述数据库中进行注册。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述用户终端使用所述目标服务结束后，断开所述目标服务，并释放所述目标服务。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用以存储计算机程序；
处理器，用以执行如权利要求7至9中任一项所述的方法。
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