萊諾斯科技（北京）有限公司 張 力

一、引言

通過(guò)近年來(lái)國(guó)家持續(xù)投入，航天人的不斷努力，中國(guó)航天事業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。而在新的時(shí)代，航天也面臨著一些新的轉(zhuǎn)變，首先是由科研向應(yīng)用轉(zhuǎn)變，其次，由單產(chǎn)向批量轉(zhuǎn)變。這些轉(zhuǎn)變意味著航天任務(wù)將附加更多的職能，產(chǎn)品研制的壓力持續(xù)增加，如何通過(guò)信息科技手段來(lái)解決這些問(wèn)題，也成為航天界迫切需要解決的課題。而如何管好、利用好航天器的工程數(shù)據(jù)，則是這些問(wèn)題中的重中之重。萊諾斯科技公司依托多年的航天行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了大數(shù)據(jù)平臺(tái)，并成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域，為中國(guó)航天事業(yè)的高速發(fā)展提供助力。

二、航天領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)管理問(wèn)題

現(xiàn)在航天設(shè)備的研制一方面面臨著批量化的挑戰(zhàn)，另一方面，面臨著企業(yè)化運(yùn)營(yíng)的壓力，這意味著航天企業(yè)需要花更少的時(shí)間，更少的資源去完成更多的航天器的研制任務(wù)，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，航天企業(yè)面臨著管理精細(xì)化及生產(chǎn)現(xiàn)代化的變革。同樣，現(xiàn)在的航天設(shè)備由原有的試驗(yàn)性質(zhì)向商用轉(zhuǎn)變，其搭載的有效載荷應(yīng)用也越來(lái)越多，功能越來(lái)越強(qiáng)，這些都意味著海量的數(shù)據(jù)將在企業(yè)日常生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生和應(yīng)用，這些使航天企業(yè)對(duì)海量數(shù)據(jù)管理提出了需求：

1. 海量數(shù)據(jù)集中存取

隨著航天企業(yè)的管理越來(lái)越精細(xì)，對(duì)質(zhì)量控制越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)外協(xié)作越來(lái)越密切，使得航天企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)自身產(chǎn)生的信息如：文檔、報(bào)表、圖像、測(cè)試數(shù)據(jù)、在軌數(shù)據(jù)等增長(zhǎng)的越來(lái)越快。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)單機(jī)產(chǎn)品結(jié)束時(shí)，往往能產(chǎn)生上GB（109）的文檔及上TB（1012）的測(cè)試數(shù)據(jù)。而在軌數(shù)據(jù)將隨著航天設(shè)備的運(yùn)行更為龐大，這些數(shù)據(jù)日常就分散在各個(gè)研發(fā)人員和技術(shù)負(fù)責(zé)人電腦的硬盤里。一方面，平時(shí)查找非常不方便，設(shè)計(jì)人員大量的時(shí)間浪費(fèi)在資料收集上；另一方面，一旦相關(guān)人員出現(xiàn)變動(dòng)或設(shè)備出現(xiàn)故障，這些數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。因此，如何能把這些數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理起來(lái)，一直是航天企業(yè)數(shù)據(jù)管理迫切需要解決的問(wèn)題。

2. 高性能并行計(jì)算

很久以前，航天系統(tǒng)就有過(guò)建設(shè)仿真、比對(duì)分析、故障診斷及專家系統(tǒng)的想法，也嘗試過(guò)建設(shè)過(guò)一些類似的系統(tǒng)，但這些信息系統(tǒng)的應(yīng)用一直沒有大規(guī)模推廣，且應(yīng)用并不是很理想。從技術(shù)上講，大部分瓶頸在于這些系統(tǒng)沒有足夠的計(jì)算能力，處理海量數(shù)據(jù)困難，因此，要把這些龐大的工程數(shù)據(jù)利用起來(lái)，為分析仿真系統(tǒng)提供高性能并行計(jì)算是必要的基礎(chǔ)能力。

3. 便捷歷史數(shù)據(jù)追溯查詢

航天設(shè)備在研制過(guò)程中，產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣及關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的特點(diǎn)，如何在這些數(shù)據(jù)之間建立連接，為用戶提供一個(gè)便捷的數(shù)據(jù)瀏覽界面是航天數(shù)據(jù)管理成敗的關(guān)鍵。利用對(duì)全部歷史數(shù)據(jù)的自由追溯查詢能力，質(zhì)量過(guò)程控制的力度可大幅度提升，同型號(hào)自初樣起各單件數(shù)據(jù)、不同型號(hào)不同階段間所有數(shù)據(jù)內(nèi)容均可橫縱比對(duì)，成為追溯數(shù)據(jù)以提升型號(hào)質(zhì)量的利器。

4. 高效統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析

在當(dāng)前情況下，一方面，由于計(jì)算能力不足，很難對(duì)大數(shù)據(jù)量及復(fù)雜的算法進(jìn)行處理分析，另一方面，各設(shè)計(jì)師每一次分析過(guò)程都是一次思考的過(guò)程，而這個(gè)思考過(guò)程沒有任何記錄，一旦下一名設(shè)計(jì)師遇到同樣的問(wèn)題，還需要從頭進(jìn)行嘗試，極大地浪費(fèi)了設(shè)計(jì)師的精力，因此，迫切需要建設(shè)一個(gè)高效統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，以提升企業(yè)的知識(shí)積累，加速企業(yè)的知識(shí)傳播。

5. 安全的數(shù)據(jù)架構(gòu)

航天設(shè)備的數(shù)據(jù)非常重要，如何讓這些數(shù)據(jù)安全也是航天數(shù)據(jù)管理的一個(gè)難題，一方面，大量數(shù)據(jù)如何安全的存儲(chǔ)，如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的備份與容災(zāi)，以保證其物理安全，另一方面，如何控制數(shù)據(jù)的密級(jí)，防止數(shù)據(jù)泄密，以保證數(shù)據(jù)傳播安全，是工程數(shù)據(jù)管理的難題之一。

三、航天進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代

1. 大數(shù)據(jù)平臺(tái)的解決方案

從技術(shù)架構(gòu)上來(lái)看，萊諾斯科技的大數(shù)據(jù)平臺(tái)由三大部分組成，即一個(gè)綜合，兩個(gè)基礎(chǔ)。兩個(gè)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心和并行計(jì)算平臺(tái)，一個(gè)綜合是工程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心主要解決海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的問(wèn)題；并行計(jì)算主要解決大數(shù)據(jù)量的復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題；工程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要解決數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移、瀏覽、查詢、分析等數(shù)據(jù)管理及可視化的問(wèn)題。如圖1所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心與并行計(jì)算平臺(tái)是工程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的基礎(chǔ)，只有具備這兩個(gè)基礎(chǔ)能力，工程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)才能為客戶提供多樣的數(shù)據(jù)管理方式，提供高性能的分析手段。

圖1 大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)圖

整個(gè)平臺(tái)由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備及功能性設(shè)備組成，功能設(shè)備主要完成數(shù)據(jù)管理的相關(guān)職能如監(jiān)控設(shè)備、查詢?cè)O(shè)備及分析設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備用于線性擴(kuò)展系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量，見圖2。

圖2 大數(shù)據(jù)平臺(tái)功能設(shè)備

2. 航天工程大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理

（1）基礎(chǔ)能力

對(duì)于傳統(tǒng)的存儲(chǔ)技術(shù)，SAN（SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)是一種高速網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)絡(luò)，SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)提供在計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。）架構(gòu)因擴(kuò)展性有限、跨平臺(tái)數(shù)據(jù)共享困難、管理復(fù)雜等問(wèn)題，不能很好的滿足非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。傳統(tǒng)NAS（NAS是一種采用直接與網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)相連的特殊設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的機(jī)制。）架構(gòu)和設(shè)備由于協(xié)議開銷大、帶寬小、延遲高、可擴(kuò)展性差等原因，不利于海量數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問(wèn)。因此，萊諾斯科技的大數(shù)據(jù)平臺(tái)采用并行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，這些并行存儲(chǔ)系統(tǒng)具有高性能、高擴(kuò)展性，高可用性等特點(diǎn)，使得建立一個(gè)集中統(tǒng)一存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中心具備可能。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、分析、診斷

對(duì)于傳統(tǒng)的航天設(shè)備地面試驗(yàn)，一般情況，每一個(gè)測(cè)試終端均是一臺(tái)單獨(dú)的計(jì)算機(jī)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示與分析，這樣，由于內(nèi)存及CPU的限制，能處理的數(shù)據(jù)量相當(dāng)有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)人員的需要；而且實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢也會(huì)被限制在一個(gè)很短的時(shí)間范圍內(nèi)，要做大數(shù)據(jù)量的查詢、分析診斷的話，終端機(jī)器與服務(wù)器的資源會(huì)明顯不足。萊諾斯科技的大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供并行計(jì)算平臺(tái)，能高效地對(duì)大數(shù)據(jù)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。同時(shí)，每一次的分析過(guò)程也可以統(tǒng)一存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)平臺(tái)中。

（3）歷史數(shù)據(jù)的追溯

萊諾斯科技的大數(shù)據(jù)平臺(tái)是一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，通過(guò)型號(hào)、設(shè)備、任務(wù)等將研制過(guò)程當(dāng)中的工程數(shù)據(jù)組織到了一起。用戶可以對(duì)歷史任務(wù)的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢?yōu)g覽回放，甚至，對(duì)于歷史的分析過(guò)程都可以進(jìn)行回放，以避免不同設(shè)計(jì)人員針對(duì)相同問(wèn)題進(jìn)行重復(fù)分析，節(jié)約系統(tǒng)資源與設(shè)計(jì)人員的精力。

（4）故障診斷、系統(tǒng)仿真與健康預(yù)測(cè)

航天器的故障診斷、系統(tǒng)仿真與健康預(yù)測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，牽涉到大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、在軌數(shù)據(jù)與復(fù)雜的計(jì)算模型，通過(guò)萊諾斯科技的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)這些工作提供了基礎(chǔ)能力。

四、航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)平臺(tái)的主要任務(wù)是將航天器在空間和地面的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，同時(shí)也可將航天器的在軌數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和監(jiān)控。數(shù)據(jù)中心由數(shù)據(jù)中心機(jī)房及監(jiān)控室構(gòu)成：機(jī)房安裝存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析服務(wù)器、配套網(wǎng)絡(luò)路由交換設(shè)備、空調(diào)防火防靜電環(huán)境；監(jiān)控室提供監(jiān)控工作站及投影大屏。數(shù)據(jù)中心機(jī)房配備50TB的初始容量的存儲(chǔ)服務(wù)機(jī)柜、配套的數(shù)據(jù)服務(wù)器，并預(yù)留足夠未來(lái)擴(kuò)充數(shù)據(jù)管理能力的機(jī)柜空間。數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)環(huán)境構(gòu)成見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)環(huán)境構(gòu)成圖

圖4 大數(shù)據(jù)平臺(tái)

所有航天器的測(cè)試數(shù)據(jù)將統(tǒng)一存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)平臺(tái)中，通過(guò)數(shù)據(jù)查詢?cè)O(shè)備與統(tǒng)計(jì)分析設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)。用戶通過(guò)客戶端，可以選擇任意航天設(shè)備，任意任務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，同時(shí)也可以選擇多個(gè)設(shè)備的多個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，見圖4、圖5。

圖5 數(shù)據(jù)展示

除了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以對(duì)任務(wù)的過(guò)程信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖6就是一個(gè)各階段任務(wù)分布的統(tǒng)計(jì)。

圖6 任務(wù)分布統(tǒng)計(jì)圖

五、結(jié)束語(yǔ)

航天行業(yè)是一個(gè)技術(shù)密集型企業(yè)，在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中形成了大量的過(guò)程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的規(guī)模是海量的，以前很難處理，現(xiàn)在借助大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、挖掘及并行計(jì)算技術(shù)，我們完全可以做到很多前人無(wú)法做到的事情。

萊諾斯科技（北京）有限公司是一家從事分布式工業(yè)自動(dòng)化測(cè)試和智能監(jiān)控技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用、依托中國(guó)航空航天事業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)企業(yè)。公司在西安建有自己的研發(fā)中心，研發(fā)的分布式自動(dòng)化測(cè)試和智能監(jiān)控系統(tǒng)已涵蓋了衛(wèi)星、船舶、軍工、大學(xué)、科研院所等各種測(cè)試領(lǐng)域。