Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 2. С. 65-74
Технология энергосберегающих функционально-распределённых вычислений в кластере микроспутников дистанционного зондирования Земли
А.Г. Басыров
1 , В.В. Широбоков
1 , А.В. Калюжный
1 1 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 21.02.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-2-65-74
В статье рассматривается кластер микроспутников дистанционного зондирования с выделенным «космическим аппаратом-сервером», выполняющим автономное планирование работы кластера. Перенос выполнения ряда задач по планированию функционирования кластера и предварительной обработке целевой информации на борт микроспутника требует увеличенной производительности его бортовой вычислительной системы, а следовательно, приводит к повышению расхода бортового энергоресурса. В статье рассмотрен подход к организации энергосберегающих информационных процессов на основе технологий функционально-распределённых вычислений в перспективном кластере микроспутников с одним или несколькими выделенными космическими аппаратами, снабжёнными высокопроизводительной бортовой вычислительной системой. Предложена модель функционально-распределённых вычислений, учитывающая энерго-временные затраты на сбор и обработку данных в зависимости от моментов времени передачи информации от микроспутников на выделенный космический аппарат-сервер, объёма этой информации, директивного времени выдачи результатов бортовой обработки на наземный комплекс управления. Поставлена оптимизационная задача планирования энергосберегающей функционально-распределённой обработки информации. Раскрыта общая методика организации функционально-распределённых информационных процессов и показаны возможности экономии энергоресурса источников питания микроспутника, что обеспечивает продление срока активного существования кластера и его готовности. Для анализа эффективности организации энергосберегающей обработки функционально-распределённых вычислений в орбитальной группировке микроспутников проведено имитационное моделирование обработки данных и решения задачи планирования применения целевой аппаратуры микроспутника в кластере, результаты которого представлены в статье.
Ключевые слова: функционально-распределённые вычисления, кластер микроспутников, бортовая вычислительная система, энергосберегающая обработка информации
Полный текстСписок литературы:
- Басыров А. Г., Дудкин А. С., Широбоков В. В. Организация распределённой обработки информации в динамически изменяющейся вычислительной среде // Тр. Военно-косм. акад. им. А. Ф. Можайского. СПб.: ВКА имени А. Ф. Можайского, 2015. № 649. С. 64–71.
- Блинов В. Н., Иванов Н. Н., Сеченов Ю. Н. Малые космические аппараты: справоч. пособие. В 3 кн. Омск: ОмГТУ, 2010.
- Городецкий В. И. Управление коллективным поведением роботов в автономной миссии // Робототехника и техн. кибернетика. 2016. № 1(10). С. 40–54.
- Карсаев О. В. Обзор традиционных и инновационных систем планирования миссий КА // Тр. СПИИРАН. 2016. № 5(48). C. 151–181.
- Лупян Е. А., Мазуров А. А., Назиров Р. Р., Прошин А. А., Флитман Е. В. Технология построения автоматизированных информационных систем сбора, обработки, хранения и распространения спутниковых данных для решения научных и прикладных задач // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Вып. 1. С. 81–89.
- Лупян Е. А., Балашов И. В., Бурцев М. А., Ефремов В. Ю., Кашницкий А. В., Кобец Д. А., Крашенинникова Ю. С., Мазуров А. А., Назиров Р. Р., Прошин А. А., Сычугов И. Г., Толпин В. А., Уваров И. А., Флитман Е. В. Создание технологий построения информационных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 53–75.
- Лупян Е. А., Бурцев М. А., Прошин А. А., Кобец Д. А. Развитие подходов к построению информационных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 3. С. 53–58.
- Широбоков В. В., Басыров А. Г. Методика функционально-распределенной обработки информации в перспективных кластерах микроспутников дистанционного зондирования Земли // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 4. С. 62–70.
- Широбоков В. В., Нечай А. А. Алгоритм планирования энергосберегающей параллельной обработки информации с учетом информационной важности и времени поступления задач // Вестн. Российского нового ун-та. Сер. «Сложные системы: модели, анализ и управление». 2017. № 1. С. 86–91.
- Широбоков В. В., Басыров А. Г., Швецов А. С., Шушаков А. О. Модель распределенной обработки информации в условиях воздействия дестабилизирующих факторов на информационно-телекоммуникационную систему // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2. С. 215.
- Araniti G., Bezirgiannidis N., Birrane E., Bisio I., Burleigh S., Caini C., Feldmann M., Marchese M., Segui J., Suzuki K. Contact Graph Routing in DTN Space Networks: Overview, Enhance-ments and Performance // IEEE Communication Magazine. 2015. V. 53(3). P. 38–46.
- Davis T. M. Operationally Responsive Space ― The Way Forward // Proc. AIAA/USU Conf. Small Satellites. 2015. SSC15. P. 7–49.
- Foster I., Zhao Y., Raicu I., Lu S. Cloud computing and grid computing 360-degree compared // Grid Computing Environments Workshop: Proc. 2008. P. 1–10.
- Fraire J. A., Madoery P., Burleigh S., Feldmann M., Finochietto J., Charif A., Zergainoh N., Velazco R. Assessing Contact Graph Routing Performance and Reliability in Distributed Satellite Constellations // J. Computer Networks and Communications. 2017. V. 2017. Article ID 2830542. P. 1–18.
- Iacopino C., Harrison S., Brewer A. Mission Planning Systems for Commercial Small-Sat Earth Observation Constellations // Proc. 9th Intern. Workshop on Planning and Scheduling for Space (IWPSS). 2015. P. 45–52.