何熊文譚維熾郭堅(jiān)（ 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部， 中國空間技術(shù)研究院）

空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)展展望

何熊文1譚維熾2郭堅(jiān)1（1 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，2 中國空間技術(shù)研究院）

隨著深空探測(cè)、星座組網(wǎng)飛行、天地一體化網(wǎng)絡(luò)等新需求的牽引，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，呈現(xiàn)多方面的發(fā)展趨勢(shì)，主要包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從單星向天地一體化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、處理方法由星載數(shù)據(jù)處理向綜合信息處理轉(zhuǎn)變、解決方案由長周期向快速響應(yīng)及部署轉(zhuǎn)變等。其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)也是空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)（CCSDS）目前研究的熱點(diǎn)，本文從CCSDS的6個(gè)領(lǐng)域分別描述了CCSDS的重點(diǎn)研究方向，同時(shí)描述了隨著空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展，星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)在功能、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)議、硬件、軟件等方面的發(fā)展趨勢(shì)。

1　空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著航天科技的不斷進(jìn)步，航天器平臺(tái)和有效載荷的復(fù)雜度都在不斷提高。從對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星到導(dǎo)航衛(wèi)星，再到通信與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，從近地軌道衛(wèi)星到空間站，還有月球、火星探測(cè)器等深空飛行器，航天任務(wù)的物理環(huán)境更復(fù)雜，功能要求更高，數(shù)據(jù)速率范圍更寬，信息傳輸和交換的需求日益迫切，因此對(duì)航天任務(wù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求也提出了更高的要求，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)概念應(yīng)運(yùn)而生。

空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以定義為對(duì)航天器獲取、產(chǎn)生以及涉及航天器的有關(guān)信息進(jìn)行可靠、安全的處理、傳輸、分發(fā)的各功能部分的集成。它既不僅僅是“空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)”，即只是專為航天器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，因?yàn)樗€包含地面數(shù)據(jù)穿越空間網(wǎng)絡(luò)，也不全是“空間的數(shù)據(jù)系統(tǒng)”，只限系統(tǒng)處于太空，它還包含地面處理的系統(tǒng)，二者的結(jié)合才是空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的完整內(nèi)涵?？臻g數(shù)據(jù)系統(tǒng)不是傳統(tǒng)的遙測(cè)系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和測(cè)軌定位系統(tǒng)簡單的相加，而是要統(tǒng)一航天器有關(guān)的信息處理、傳輸?shù)姆椒ê鸵?，進(jìn)而支持航天器之間、航天器與地面之間的互聯(lián)互通；從體制上，它符合多信源、多用戶的開放系統(tǒng)模型，完全不同于傳統(tǒng)體制的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)封閉系統(tǒng)，但又不是簡單地把地面互聯(lián)網(wǎng)搬到天上，而是針對(duì)空間特殊應(yīng)用環(huán)境和空間任務(wù)特殊要求而開發(fā)的一整套嶄新的標(biāo)準(zhǔn)體制；在技術(shù)上，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和電子技術(shù)等最新發(fā)展的綜合產(chǎn)物，又是航天技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，隨著深空探測(cè)、星座組網(wǎng)飛行、天地一體化網(wǎng)絡(luò)等新需求的牽引，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì)，從總體看主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方向。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由單星向天地一體化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

對(duì)于單個(gè)航天器而言，尤其是低軌航天器，由于地面測(cè)控弧段較短，無法對(duì)航天器實(shí)現(xiàn)全天時(shí)的測(cè)控通信，航天器的數(shù)據(jù)無法第一時(shí)間下傳地面，給航天器的在軌應(yīng)急處置、數(shù)據(jù)產(chǎn)品的傳遞實(shí)時(shí)性、協(xié)同工作等帶來了許多問題。將不同軌道、種類、性能的航天器通過星間鏈路連接在一體，與空中、海洋、地面的設(shè)施及應(yīng)用系統(tǒng)一起形成天地一體化的網(wǎng)絡(luò)，將能極大提升系統(tǒng)的應(yīng)用效能，這也對(duì)整個(gè)空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)帶來革命性的影響。通過天地一體化網(wǎng)絡(luò)，地面可以實(shí)現(xiàn)一站式無縫測(cè)控，當(dāng)衛(wèi)星不可見時(shí)，通過天基網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)的接力傳送。同時(shí)，不同種類的衛(wèi)星可以通過天基網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)同工作，例如，分辨率低但幅寬大的高軌衛(wèi)星或低軌衛(wèi)星，可以對(duì)某個(gè)區(qū)域進(jìn)行普查，同時(shí)對(duì)敏感區(qū)域的圖像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，通過天基網(wǎng)絡(luò)將識(shí)別后的信息傳遞到其他高分辨率的衛(wèi)星，由后者進(jìn)行進(jìn)一步詳查得到情報(bào)信息，并將情報(bào)信息通過天基網(wǎng)絡(luò)下傳地面，此種方式可大大提升地面獲取信息的實(shí)時(shí)性及有效性。在天基網(wǎng)絡(luò)中還可建立空間的數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)可以將自身的數(shù)據(jù)通過天基網(wǎng)絡(luò)發(fā)往網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星，地面可按需從數(shù)據(jù)庫中獲取歷史數(shù)據(jù)。

正因?yàn)樘斓匾惑w化網(wǎng)絡(luò)所帶來的巨大效益，世界各國都在大力發(fā)展天地一體化網(wǎng)絡(luò)。美國較早地認(rèn)識(shí)到天基信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)打破傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)條塊分割式體系、構(gòu)建靈活網(wǎng)絡(luò)等方面的優(yōu)勢(shì)，在軍民領(lǐng)域發(fā)展了一定形態(tài)的天基信息網(wǎng)絡(luò)，包括行星際互聯(lián)網(wǎng)（IPN）、轉(zhuǎn)型通信體系（TCA）、“跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)”（TDRSS）、低軌移動(dòng)衛(wèi)星星座“銥”衛(wèi)星系統(tǒng)等。歐洲的通信衛(wèi)星多為單星運(yùn)行，利用地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，即所謂天星地網(wǎng)方式，具有星間鏈路的星際互聯(lián)網(wǎng)較少，成系統(tǒng)發(fā)展的僅有數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。近年來，歐洲還提出了全球通信綜合衛(wèi)星通信基礎(chǔ)設(shè)施（ISICOM）計(jì)劃。俄羅斯發(fā)展衛(wèi)星的歷史較為悠久，通信、遙感、導(dǎo)航等應(yīng)用衛(wèi)星數(shù)量眾多，但其天基信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展相對(duì)較為滯后，許多通信系統(tǒng)均為煙囪式的獨(dú)立系統(tǒng)。目前僅有幾顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星具備星間鏈路能力。近年來，俄羅斯重視天基系統(tǒng)的發(fā)展，推進(jìn)通信衛(wèi)星的建設(shè)，開展了激光通信試驗(yàn)，并計(jì)劃用48顆低軌通信衛(wèi)星構(gòu)成俄羅斯的空間互聯(lián)網(wǎng)。我國目前在建的導(dǎo)航星座具備星間通信功能，可實(shí)現(xiàn)一站式測(cè)控，并具備自主導(dǎo)航功能。中繼衛(wèi)星可支持遙感衛(wèi)星、載人飛船等高速數(shù)據(jù)的接力傳輸，但數(shù)量較少，且支持的航天器有限。目前，各科研院所、高校都在開展天地一體化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的論證工作。

天地一體化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)在帶來益處的同時(shí)，也對(duì)空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)，例如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高速激光星間鏈路的建立、天地一體化協(xié)議體系的構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)信息安全機(jī)制的保障、星載高速路由交換設(shè)備的研制等。

處理方法由星載數(shù)據(jù)處理向綜合信息處理轉(zhuǎn)變

隨著用戶對(duì)衛(wèi)星“好用”、“易用”的要求以及星載處理能力的提升，越來越多的地面任務(wù)可由航天器完成。以遙感衛(wèi)星為例，以往衛(wèi)星大多采用遙感數(shù)據(jù)直接獲取、直接下行的方式，由地面系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，衛(wèi)星本身對(duì)數(shù)據(jù)的內(nèi)容并不關(guān)心。而下一代衛(wèi)星則可直接面對(duì)用戶需求，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提取其中有用的信息，按照用戶要求加工成圖像產(chǎn)品，并分發(fā)到相應(yīng)的用戶。以往地面操作人員需了解衛(wèi)星的操作細(xì)節(jié)，進(jìn)行成像操作時(shí)需注入控制各個(gè)分系統(tǒng)的指令，注入數(shù)據(jù)量大且操作繁瑣，用戶體驗(yàn)非常不好。未來，衛(wèi)星將提供地面用戶簡單的操作界面并實(shí)現(xiàn)任務(wù)操作的標(biāo)準(zhǔn)化，將大部分地面的規(guī)劃工作在星上自主完成。例如，地面用戶輸入需成像的位置信息及成像質(zhì)量要求，衛(wèi)星將綜合當(dāng)前衛(wèi)星的軌道、能源、姿態(tài)等因素，將用戶的任務(wù)與自主產(chǎn)生的任務(wù)共同規(guī)劃，并按需進(jìn)行優(yōu)化后自主產(chǎn)生指令控制軌道機(jī)動(dòng)、相機(jī)成像及數(shù)據(jù)下傳，真正實(shí)現(xiàn)由數(shù)據(jù)處理向綜合信息處理的轉(zhuǎn)變，提升航天器的智能化水平，從而大幅度便利地面用戶的使用。

云計(jì)算技術(shù)在地面應(yīng)用極為廣泛，其特點(diǎn)包括超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)等，其設(shè)計(jì)理念未來必將用于航天器。將云計(jì)算技術(shù)用于單一航天器時(shí)，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的星載計(jì)算機(jī)模塊、存儲(chǔ)模塊與高速總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建星載云計(jì)算平臺(tái)，大型復(fù)雜的計(jì)算，如圖像在軌識(shí)別，可以通過多臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)同完成，應(yīng)用程序可以在多臺(tái)計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)故障時(shí)，應(yīng)用程序可遷移到其他計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，從而極大提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性和可靠性。用戶也可動(dòng)態(tài)注入不同的任務(wù)，由系統(tǒng)自動(dòng)決定在哪個(gè)計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，可提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到整個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)時(shí)，未來用戶面向的將不是衛(wèi)星，而是整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組成的云平臺(tái)，用戶可向云平臺(tái)提供其信息獲取需求，云平臺(tái)將自主檢索信息，或者選擇衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取以及信息處理，再提交給用戶，用戶無需關(guān)心信息的來源和傳輸過程。這時(shí)的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)真正從傳統(tǒng)的面向信道傳輸和目前面向信源特性，轉(zhuǎn)變到提供面向用戶需求的系統(tǒng)服務(wù)。

解決方案由長周期向快速響應(yīng)及部署轉(zhuǎn)變

下一代衛(wèi)星系統(tǒng)功能和性能的顯著提升帶來了衛(wèi)星數(shù)據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜度的顯著增加，同時(shí)，快速響應(yīng)及快速部署的要求給數(shù)據(jù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來了新的挑戰(zhàn)。新的需求必然要求數(shù)據(jù)系統(tǒng)可在任務(wù)下達(dá)后通過標(biāo)準(zhǔn)化的硬件模塊和通用化的軟件構(gòu)件快速組裝形成系統(tǒng)，同時(shí)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議將航天器內(nèi)部各分系統(tǒng)之間、航天器之間、航天器與地面系統(tǒng)之間快速組網(wǎng)。

為了滿足系統(tǒng)快速響應(yīng)及部署的需求，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)尤其是星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開發(fā)模式將發(fā)生極大變革，需要建立一套完整的規(guī)范、協(xié)議、體制及標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件產(chǎn)品和配套工具鏈，支持系統(tǒng)的快速開發(fā)、集成及測(cè)試，從而縮短系統(tǒng)的研制周期，為用戶提供快速、低成本的解決方案。

2　CCSDS的研究方向

CCSDS成立于1982年，至今已有30多年的歷史了，它是一個(gè)空間國際合作組織，致力于建立有助于空間信息交換的數(shù)據(jù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。在多年的發(fā)展過程中，CCSDS制定了一系列應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建議書，目前已在超過700個(gè)航天器中得到應(yīng)用。CCSDS已經(jīng)被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）承認(rèn)是具有空間信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國際權(quán)威。

CCSDS技術(shù)區(qū)域及相互關(guān)系

CCSDS的研究范疇包含6個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。前面所述空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)中涉及的核心技術(shù)也正是CCSDS目前研究的熱點(diǎn)，從近幾年CCSDS大會(huì)和公布的各類建議書動(dòng)態(tài)看，各技術(shù)領(lǐng)域目前研究的主要方向如下。

1）在系統(tǒng)工程（SEA）領(lǐng)域，CCSDS已完成空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)參考模型和信息安全協(xié)議架構(gòu)的初步建立，下一步的重點(diǎn)是進(jìn)行CCSDS系統(tǒng)體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)和信息安全架構(gòu)設(shè)計(jì)。在體系架構(gòu)方面，工作重點(diǎn)是梳理各業(yè)務(wù)領(lǐng)域之間的接口關(guān)系。目前，CCSDS成立了系統(tǒng)體系架構(gòu)工作組，與其他領(lǐng)域聯(lián)合開展工作。其研究內(nèi)容包括任務(wù)操作與信息管理業(yè)務(wù)中星載處理部分與航天器星載接口業(yè)務(wù)的接口、空間互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與航天器星載接口業(yè)務(wù)以及空間鏈路業(yè)務(wù)的接口等。在信息安全方面，工作重點(diǎn)是信息安全體系架構(gòu)設(shè)計(jì)、密鑰管理機(jī)制和IPsec在空間網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用等。

2）在任務(wù)操作和信息管理業(yè)務(wù)（MOIMS）領(lǐng)域，CCSDS已完成遙測(cè)遙控信息交換標(biāo)準(zhǔn)（XTCE）、數(shù)據(jù)描述語言、標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)單元和任務(wù)操作參考模型等的建立。下一步的重點(diǎn)方向包括航天器任務(wù)操作技術(shù)、機(jī)器人遙操作技術(shù)等。①航天器任務(wù)操作技術(shù)，包含監(jiān)測(cè)和控制、功能執(zhí)行、程序執(zhí)行、任務(wù)規(guī)劃、時(shí)間管理、位置管理、遠(yuǎn)程軟件維護(hù)等方面。目前，CCSDS已提出相應(yīng)的原理，正在進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，目的是將星地操作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，提供用戶通用的任務(wù)操作服務(wù)。②機(jī)器人遙操作技術(shù)，研究機(jī)器人遙操作的消息格式、應(yīng)用程序編程接口和業(yè)務(wù)等。

3）在交互支持業(yè)務(wù)（CSS）領(lǐng)域，CCSDS的建議書已相對(duì)成熟，主要進(jìn)行建議書的修訂和完善，同時(shí)開發(fā)與文件傳輸、任務(wù)規(guī)劃相關(guān)的交互支持建議書。

4）在航天器星載接口業(yè)務(wù)（SOIS）領(lǐng)域，CCSDS已完成各層業(yè)務(wù)紫皮書（推薦性實(shí)踐）的制定，尚未完成藍(lán)皮書（正式標(biāo)準(zhǔn)）。下一步的重點(diǎn)是即插即用技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、時(shí)間確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件體系架構(gòu)的研究。①即插即用技術(shù)，通過設(shè)備電子接口數(shù)據(jù)單的設(shè)計(jì)，采用底層設(shè)備發(fā)現(xiàn)、設(shè)備自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)更新的機(jī)制，向用戶及時(shí)通知設(shè)備的接入狀態(tài)并支持用戶靈活訪問。②無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可應(yīng)用于貨物管理，環(huán)境監(jiān)視，生理學(xué)監(jiān)視，航天員位置定位，航天器內(nèi)話音及圖像通信，過程監(jiān)視及自動(dòng)控制，組裝、集成與測(cè)試（AIT）和機(jī)器人操作等多種場(chǎng)景。③時(shí)間確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研究星載子網(wǎng)如何通過應(yīng)用時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTE）、SpaceWire-D等高速的確定性總線，為上層提供確定性的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。④在軟件體系架構(gòu)方面，美國航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）和中國空間技術(shù)研究院（CAST）目前正在計(jì)劃分別制定應(yīng)用航天器星載接口業(yè)務(wù)的星載軟件體系架構(gòu)建議書。

5）在空間鏈路業(yè)務(wù)（SLS）領(lǐng)域，CCSDS制定的分包遙控、分包遙測(cè)、高級(jí)在軌系統(tǒng)、鄰近空間鏈路協(xié)議等已較為成熟，下一步的重點(diǎn)是下一代空間鏈路協(xié)議的制定、激光通信等工作。①下一代空間鏈路協(xié)議結(jié)合了CCSDS現(xiàn)有4種空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的特點(diǎn)，為上層應(yīng)用提供一種統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。②激光通信具有帶寬大、數(shù)據(jù)傳輸速率高、天線尺寸小、抗干擾、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合構(gòu)建未來的空間骨干網(wǎng)，它也是目前CCSDS在空間通信方面研究的熱點(diǎn)。

6）在空間互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)（SIS）領(lǐng)域，CCSDS制定的異步消息傳輸協(xié)議（AMS）、文件傳輸協(xié)議（CFDP）已較為成熟，下一步的重點(diǎn)是容延遲網(wǎng)絡(luò)（DTN）協(xié)議的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定及應(yīng)用。目前CCSDS已完成DTN體系架構(gòu)原理、束協(xié)議（BP）、利克里德傳輸協(xié)議（LTP）的制定，正在進(jìn)行DTN路由算法、束安全協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理等方面的研究。

從上述CCSDS的研究方向可以洞察到，各空間國家和組織共同重點(diǎn)關(guān)注與加強(qiáng)國際合作、開展深空探測(cè)、構(gòu)建空間互聯(lián)網(wǎng)以及預(yù)測(cè)新技術(shù)在空間應(yīng)用密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

3　星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以看作是空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的星載組成部分，美國稱之為“命令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”（C&DH），歐洲人稱之為“星載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”（OBDH），中國常稱之為“數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)”或“星務(wù)管理分系統(tǒng)”。星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)一般包含遙測(cè)、遙控、整星健康管理、熱控管理、能源管理、時(shí)間管理、網(wǎng)絡(luò)管理、在軌維護(hù)等功能。隨著空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展，星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)也在功能、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)議、硬件、軟件等方面不斷發(fā)展。

1）在功能層面，星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。智能任務(wù)規(guī)劃、自主健康管理、圖像目標(biāo)識(shí)別、星間網(wǎng)絡(luò)管理等功能將由星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

2）在拓?fù)鋵用妫禽d數(shù)據(jù)系統(tǒng)目前正向分布式綜合的方向發(fā)展。通過集成化設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)需要由數(shù)十臺(tái)單機(jī)完成的功能已逐漸可由數(shù)臺(tái)集成化程度很高的單機(jī)完成。同時(shí)，由于對(duì)星載高性能計(jì)算能力以及容錯(cuò)能力的需求，不同的任務(wù)可通過分布式計(jì)算的方式通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)完成，其信息通過星載網(wǎng)絡(luò)完成交換，且在故障情況下可實(shí)現(xiàn)任務(wù)在不同節(jié)點(diǎn)間的遷移。

3）在協(xié)議層面，空間網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議與地面網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議將呈現(xiàn)進(jìn)一步融合趨勢(shì)，地面網(wǎng)絡(luò)的IPv4、IPv6等協(xié)議將可與CCSDS定義的空間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。同時(shí)，CCSDS最新研究的DTN等協(xié)議也將逐步在星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

4）在硬件層面，由于星載智能化處理對(duì)計(jì)算能力、通信能力、存儲(chǔ)能力需求的進(jìn)一步提升，星載計(jì)算機(jī)的處理能力將變得更高，多核并行處理、片上系統(tǒng)（SoC）將逐步得到廣泛應(yīng)用。星載存儲(chǔ)器的容量將進(jìn)一步得到擴(kuò)充，總線網(wǎng)絡(luò)將向更高速率邁進(jìn)，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTEthernet）、空間光纖（SpaceFibre）等速率可達(dá)上吉比特每秒的總線將得到廣泛應(yīng)用，星內(nèi)多種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口、總線接口將趨于由一種統(tǒng)一的總線所替代，從而降低星載接口的復(fù)雜度以及測(cè)試難度，提高系統(tǒng)的可靠性以及開發(fā)和測(cè)試的效率。

5）在軟件層面，星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件的構(gòu)件化水平將逐步得到提升，未來，將由傳統(tǒng)手工編碼的開發(fā)模式逐步過渡到基于構(gòu)件組裝自動(dòng)化生成代碼的開發(fā)模式，軟件的開發(fā)效率以及質(zhì)量將得到進(jìn)一步提升。星載嵌入式操作系統(tǒng)的能力將得到顯著提升，支持任務(wù)的分時(shí)分區(qū)管理，支持不同安全等級(jí)以及不同單位開發(fā)的應(yīng)用程序在同一處理器運(yùn)行并可進(jìn)行故障的有效隔離。操作系統(tǒng)將支持天地一體化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和文件系統(tǒng)等新的功能，對(duì)應(yīng)用軟件的開發(fā)提供更多通用的服務(wù)支持，使得用戶的開發(fā)更為快捷便利。

4　結(jié)束語

地面計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展給空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的活力，未來，地面用戶將能更方便快捷地從空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)獲取信息。針對(duì)天地一體化等需求，CCSDS在激光通信、DTN網(wǎng)絡(luò)、星載標(biāo)準(zhǔn)接口、任務(wù)操作等方面開展了大量的研究工作，這些工作必將給空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的未來發(fā)展帶來革命性的變化，并且?guī)?dòng)星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能和性能的進(jìn)一步提升，地面網(wǎng)絡(luò)與空間網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通已不再遙遠(yuǎn)，用戶將能從中獲得更好的體驗(yàn)。

Development of Space Data System