华为云让卫星“会思考”
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华为云让卫星“会思考”秋风缠 十世
12月10日， “天算星座”先导技术试验卫星在轨稳定运行。“天算星座”是一个服务于国家重大战略需求和国际科技前沿探索的卫星计划。作为“天算星座”的合作共建单位， 华为云联合北京邮电大学将云原生边缘计算与卫星系统无缝结合，形成“空地一体”的数字基础设施。
从此以后，卫星不再是太空中“孤独”的勇士，地面数据中心中成百上千的资源将形成“军团”，陪同卫星一起“畅游寰宇”。
“天算星座”先导技术试验卫星
“天算星座”虽然对大部分人而言有些陌生，但它的存在却对人类有重要积极影响。“天算星座”是由北京邮电大学深圳研究生院与天仪研究院共同发起的一项“空天计算”计划，该计划以“面向国家需求，瞄准国际前沿，立足产学研用，坚持开放开源、 争创国际领先”为目标，致力于实现卫星系统的智能化、服务化、开放化，为为我国构建智能化综合性数字信息基础设施开展前期探索，为我国6G、卫星互联网等技术发展提供支撑。
“天算星座”计划
作为一个开放开源的空天计算在轨实验平台，“天算星座”需要承载大量的科研应用，每个科研任务都需要使用大量的CPU进行计算，如何在有限的空间内塞入无限的CPU资源，成为“天算星座”急需解决的重大问题。经过长达半年的研究，北京邮电大学与华为云合作， 将KubeEdge与卫星系统结合，实现了地面数据中心与卫星系统的无缝融合，将数据中心中海量的CPU“发射上了太空”，通过KubeEdge的边云协同AI子项目Sedna让卫星具备了“思考”的能力。
测试数据表明，通过卫星与地面站协同推理，计算精度提升了50%以上，卫星回传数据量可减少90%。
与此同时，“结合北邮开发的卫星网络系统、基础通信组件，可为空间实验提供按需使用的计算能力和分布式AI计算能力，有效降低空间计算实验门槛。”‘天算星座’首席科学家、北京邮电大学教授王尚广解释道。
在过去，卫星应用面临传输数据量大、应急响应时间长、升级困难三座大山。
以卫星在洪水防灾减灾领域的应用为例，在过去，受限于卫星上计算能力，无法直接分析高清图像，卫星需要将拍摄的卫星高清图像回传到地面，在地面的数据中心中运用AI算法进行云层检测和水域分析。大量的无效图像数据（例如云雪覆盖超过50%、无水域地区等）的回传一方面浪费了通信带宽，另外一方面也增加了AI分析的工作量，造成应急响应时间的延长。在云原生边缘计算的帮助下， 卫星可以先通过AI算法对图片进行预处理，只传输有效数据到地面数据中心，降低数据传输压力。同时，联动华为云地理智能体高精度AI算法和华为云云搜索服务的大数据处理能力，对接收到的数据进行二次计算，完成水域提取、历史数据对比、监测报告生成等环节，实现应急响应时长从1天到1小时。
同时，依托KubeEdeg的云原生应用编排和管理能力以及Sedna的终身学习能力，系统可以不断优化卫星上的预处理逻辑，或者给卫星增加新的能力，帮助卫星智能不断进化。
华为云智能边缘计算团队的高级工程师告诉，从实验室到最终卫星的成型中间经过了半年多的时间。这不仅因为卫星的项目管理有着相比于普通软件近乎于严苛的稳定性要求，为了保障计算平台的稳定运行，其中每个环节都要进行反复验证，而且，由于计算平台整体的软硬件设计改动较大，在整星出厂前，团队做了近百次的各类稳定性测试。
例如，卫星进入太空，没有空气对流的真空环境对时间、空间方面的散热问题都提出了严格要求。对此，时间上，华为云的云原生边缘计算任务需要精准确定执行时间，防止载荷过热；空间上，该计算平台需要加入热设计的考量，防止星内积热。
再比如，团队还遇到了计算平台与卫星的适配性难题。为了保障整星的重量、空间、存储、能耗等性能指标符合要求，团队又根据卫星设计要求，对计算平台的基础软件、应用软件、搭载软件等进行了在轨计算时间分配和资源调度等优化设计。
此次试验卫星的稳定运行，是华为云云原生边缘计算在空天计算领域的一次成功尝试。未来，依托于分布式云原生的优势，华为云将为空天计算领域带来更多价值。
资源高效是其一，对卫星上的计算资源进行统一的管理和调度将提升计算资源的使用效率；应用敏捷是其二，它可以按需部署、升级应用，提供全方位、可视化的的应用运维能力，降低应用开发运维成本；业务智能是其三，卫星应用和云端应用协同联动，可快速延伸公有云已有AI智能能力到卫星，中心云和卫星系统在数据系统上的联动，可提升卫星的计算能力；安全可信是其四，安全的数据通道支持数据加密传输，将保证数据安全。
华为云CTO张宇昕表示：“华为云始终积极投身云原生开源社区建设，支持科研领域的前沿创新。‘天算星座’计算平台是业界首次在太空验证云原生云边一体，它也意味着云原生广阔的适用性。”
在进入空天计算领域之前，华为云云原生边缘计算已经基于前述基础能力广泛应用于金融、交通、政务等多个领域，帮助解决道路拥堵、办公场地智能管理、施工精准化等问题。
例如全国高速路网上已投入使用的27000套ETC龙门架正是借助了华为云，目前已支撑全国14万多公里高速公路的运行和管理，使省界通行速度平均提升13%，高速收费业务效率提升10倍以上。
随着云原生技术更为广泛的应用，各行各业已深刻认识到云原生是数字化转型的必由之路。在此趋势下，华为云率先提出云原生2.0，鼓励企业云化从“ON CLOUD”走向“IN CLOUD”，从以资源为中心转为以应用为中心，让业务生于云、长于云。云原生对于数字化转型的意义，已经不仅仅是技术变革，更引发架构方案、生产方式、思维模式、商业模式等一系列的变化。本着深耕数字化，一切皆服务的理念，华为云将各行业高质量高效率的云原生实践经验归纳为云原生2.0十大新范式，希望为政企数字化转型提供最优解。在产业各界的共同努力下，让云无处不在，让智能无所不及，共建智能世界云底座。
据悉，华为云“云边一体”方案在太空成功验证后，方案将批量部署在“天算星座”一期的6颗卫星中，在太空中形成协同计算网络，未来有望更好地服务于应急通讯、生态监测、防灾减灾、城市建设等。
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