一种分布式自适应星载中间件系统的制作方法

本发明属于星载计算机领域，尤其涉及一种分布式自适应星载中间件系统。

背景技术：

1、星载计算机是卫星上电子系统的核心计算及控制组件，主要负责卫星在轨工作中的运行控制、数据处理、任务规划等事务。日常任务有：监测卫星的运行状态；对传感器采集的遥感图像数据处理和传输；对卫星轨道进行计算等。星载计算机作为卫星信息处理和数据交互的核心部件，其稳定性是非常重要的，会直接影响到整个星载系统的性能。

2、由于星载计算机所处环境的特殊性，会遭受电磁干扰、空间粒子辐射、冲击等干扰，这些干扰可能会导致星载计算机在执行任务时中断。另外，高能电离辐射会引起星载计算机存储器或逻辑元件的瞬时信息破坏，当电离辐射粒子穿透晶体管的硅衬底时，它们可能产生电子-空穴对。产生的电子-空穴对的扩散和漂移会使电荷在存储元件中积累，最终引发故障，使器件逻辑值发生了翻转，即本来被轰击处原值为 0，被轰击后，值翻转为 1，同样的，值也可由 1 翻转为 0。上述这种导致存储信息错误的现象通常被称为单事件翻转（single event upset ，seu）。

3、同时，因为监测目标分布的不确定性和动态性，会出现星载计算机计算任务和计算资源的不匹配的情况，从而导致计算资源极大的浪费。由于现在在星载集群的系统架构设计不支持资源共享和动态分配，即使有星载计算机上存在可以满足任务需求的计算资源也得不到充分使用，给星载计算机系统的高可用性带来了很大的挑战。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供了一种分布式自适应星载中间件系统，该系统是一种基于云计算思想的创新性解决方案，旨在提高星载计算机系统的性能和可靠性。该系统采用分布式架构，将多个节点上的计算资源进行整合，可以根据实际的计算资源和任务需求，自动调整计算节点的数量和分配策略，以达到最佳的计算性能和资源利用效率。同时，该系统还具有高可用性和容错性，能够在节点故障或计算资源不足的情况下，实现快速的故障切换和资源重分配，从而保证系统的稳定运行。

2、本申请实施例提供一种分布式自适应星载中间件系统，包括地面中央服务器和若干星载计算机，所述地面中央服务器和星载计算机构成集群；

3、所述地面中央服务器为集群的主节点，包括资源检测模块、任务管理模块和节点管理模块，所述资源监测模块用于实时监测星载计算机的可用资源，所述任务管理模块用于进行任务的管理，所述节点管理模块用于进行工作节点的加入与删除；

4、所述星载计算机为集群的工作节点，用于在接收到所述地面中央服务器派发的任务后建立虚拟节点，将对应资源给到所述虚拟节点，以处理任务。

5、进一步地，还包括数据存储设备，所述数据存储设备中保存有任务处理结果和用于感知卫星运行的环境及对于卫星状态监测的传感器数据。

6、进一步地，还包括调度单元，所述调度单元包括全局调度器和本地调度器；所述全局调度器设置于所述地面中央服务器，用于进行每个工作节点的任务调度；所述本地调度器设置于各星载计算机，负责本地虚拟节点的建立和调度。

7、进一步地，在任务分配阶段，所述全局调度器比对待处理任务所需资源与各个工作节点的可用资源，若单个工作节点满足当前任务所需资源，则直接将该任务分配给这个工作节点，该工作节点上的本地调度器创建一个虚拟节点来执行机器学习任务；若单个工作节点无法满足所述待处理任务所需资源，则将该待处理任务切分为若干子任务，根据不同工作节点的资源空闲情况，将子任务分发给不同的工作节点进行处理。

8、进一步地，若不同的子任务之间有时间顺序关联，则全局调度器在得到已分配子任务的阶段性结果后，发布后续的子任务。

9、进一步地，所有待处理的任务描述保存在消息队列中，在进行推理任务时，工作节点从所述消息队列消费任务，工作节点拿到任务后，根据任务描述获取任务信息并进行推理，推理成功后告知队列消息处理完成。

10、进一步地，如果工作节点处理任务失败或者超时，将该任务重新加入消息队列，等待再次处理，从而保证不会存在中断和失败的任务没有被再次执行的情况。

11、进一步地，添加备份队列以存放正在执行的任务描述，在任务执行结束后删除备份队列中的该任务，若任务执行失败或者服务超时，则将该任务放回到任务队列的队尾。

12、进一步地，所述工作节点通过表决器技术进行纠错。

13、进一步地，所述工作节点将所要执行的任务复制两份，得到三个一模一样的任务，通过输入同样的数据分别执行该三个任务，并将执行结果输入到表决器中进行比较，表决器逐位比较每个任务的输出，如果三个任务的输出一致，则表决器输出相应的结果；如果有一个电路输出不一致，则表决器将错误的比特位进行修正，以输出正确结果。

14、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

15、由上述实施例可知，本申请通过地面中央服务器和多个星载计算机的集群协同合作，实现了分布式计算和资源共享，同时还具备高可用性、容错性、可扩展性和自适应性等优点。这种系统可以广泛应用于卫星通信、导航、遥感等领域，大大提高星载计算机系统的运行效率和稳定性，降低故障率和维护成本，为星载计算机的应用提供了更加稳定、高效的支持，也为卫星应用的发展提供强有力的支持。

16、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种分布式自适应星载中间件系统，其特征在于，包括地面中央服务器和若干星载计算机，所述地面中央服务器和星载计算机构成集群；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括数据存储设备，所述数据存储设备中保存有任务处理结果和用于感知卫星运行的环境及对于卫星状态监测的传感器数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括调度单元，所述调度单元包括全局调度器和本地调度器；所述全局调度器设置于所述地面中央服务器，用于进行每个工作节点的任务调度；所述本地调度器设置于各星载计算机，负责本地虚拟节点的建立和调度。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在任务分配阶段，所述全局调度器比对待处理任务所需资源与各个工作节点的可用资源，若单个工作节点满足当前任务所需资源，则直接将该任务分配给这个工作节点，该工作节点上的本地调度器创建一个虚拟节点来执行机器学习任务；若单个工作节点无法满足所述待处理任务所需资源，则将该待处理任务切分为若干子任务，根据不同工作节点的资源空闲情况，将子任务分发给不同的工作节点进行处理。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，若不同的子任务之间有时间顺序关联，则全局调度器在得到已分配子任务的阶段性结果后，发布后续的子任务。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所有待处理的任务描述保存在消息队列中，在进行推理任务时，工作节点从所述消息队列消费任务，工作节点拿到任务后，根据任务描述获取任务信息并进行推理，推理成功后告知队列消息处理完成。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，如果工作节点处理任务失败或者超时，将该任务重新加入消息队列，等待再次处理，从而保证不会存在中断和失败的任务没有被再次执行的情况。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，添加备份队列以存放正在执行的任务描述，在任务执行结束后删除备份队列中的该任务，若任务执行失败或者服务超时，则将该任务放回到任务队列的队尾。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工作节点通过表决器技术进行纠错。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述工作节点将所要执行的任务复制两份，得到三个一模一样的任务，通过输入同样的数据分别执行该三个任务，并将执行结果输入到表决器中进行比较，表决器逐位比较每个任务的输出，如果三个任务的输出一致，则表决器输出相应的结果；如果有一个电路输出不一致，则表决器将错误的比特位进行修正，以输出正确结果。

技术总结
本发明公开了一种分布式自适应星载中间件系统，是一种能够极大地提高星载系统的稳定性和容错性的创新解决方案。该系统通过建立多维度的容错机制，可以有效应对星载系统中发生的各种故障和异常情况。其中，功能级容错和任务级容错两种模式可以分别针对不同的故障情况，进行相应的处理和修复。同时，该系统还采用了分布式架构，将多个节点上的计算资源进行整合，并通过自适应算法实现任务的负载均衡，从而提高了系统资源的利用率和性能表现。

技术研发人员：崔姝瑶,汤昭荣,唐晓瑜,邱吉冰
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15