天算星座

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成果单位：北京邮电大学

合作方式：面议

所处阶段：其他

关键词：空间应用低轨卫星地面站在轨试验服务计算云计算5G核心网云原生

成果评价

总得分（满分100）

资本强度（满分0）

该成果得分：0

团队介绍

项目团队为北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室网络服务研究团队，团队在卫星计算、边缘计算、系统软件、综合接入网关等方向均有深厚的积累，围绕天地一体化融合网络业务支撑环境（如业务快速生成方法、认知业务提供技术、业务冲突检测与解决等）、服务计算理论与方法（如服务发现、服务选择、服务组合及服务质量保障等）以及5G移动边缘计算（如计算卸载、云边协同、服务化架构）开展研究，完成/参与了包括973计划、863计划、国家自然科学基金（含创新群体项目）等在内的国家和省部级项目32项。在ACM SIGCOMM、ACM MobiCom、IEEE TON、IEEE TMC、IEEE TSC、IEEE INFOCOM、USENIX ATC、VLDB、ACM SIGMOD、IEEE ICDE、IJCAI、NeurIPS等CCF A类期刊或会议上发表论文100多篇，获国家发明专利（含国防专利）100多项，多次获国家和省部级奖励，如“融合业务支撑环境关键技术与应用” 获2011年度国家科技进步二等奖等，研究成果在华为、百度、字节跳动、中国星网、中国航天、中国移动、中国电信、中国联通、浪潮等国内外50多家企业推广应用。领衔专家：王尚广：教授，北京邮电大学计算机学院（国际示范性软件学院）院长、网络与交换技术全国重点实验室副主任、爱思唯尔(Elsevier)“中国高被引学者”、国家杰出青年科学基金获得者、天算星座发起人兼首席科学家。研究方向包括：卫星计算、服务计算、边缘智能、核心网系统、分布式AI系统、星际网络、卫星操作系统等，先后主持/完成包括国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目在内的各类项目50余项、发表高水平学术论文超过150余篇，谷歌学术引用5200余次，先后获得2019年度中国人工智能学会自然科学二等奖、2020年度中国电子学会优秀科技工作者、2020年度军队科技进步二等奖和USENIX ATC、IEEE ICWS等多个国际会议最佳论文奖。主要科研成果包括：1）主持研制了全球首个星载5G核心网系统，比美国航空航天局提前近1年实现在轨部署，获得2021年IEEE卫星技术创新奖（中国首次获奖）；2）主持研制了全球首个云原生卫星平台，在轨目标识别度提升50%，数据回传量减少90%，为我国某型号无人机数据链、华为昇腾310AI处理器在轨推理、清华伽马射线探测等提供了重要技术支撑，获得2023年中国计算机学会技术发明一等奖；3）发起建设了全球首个空天计算开放开源平台（天算星座），为北大、清华、中移动、华为、米兰大学等32家国内外单位提供了在轨试验支撑，以及2030载人登月工程、卫星互联网等国家重大工程提供了重要技术支撑，并被央视一套报道，获得2024年中国电子学会科技进步一等奖；4）主持研制了双内核嵌入式操作系统，在卫星、固定翼无人机、具身智能机器人等领域开展应用，获得CCF A类会议ATC 2024最佳论文奖（中国高校首次获奖）；5）主持研制了的网络服务用户体验质量度量系统，被全球60多个国家和地区用户使用，获得2019年中国人工智能学会自然科学二等奖。目前担任IEEE服务计算专委会主任（中国大陆第一个担任IEEE Computer Society分支机构主任的学者）、IEEE云计算专委会副主任（首位大陆学者担任）、IEEE CLOUD 2020、IEEE SAGC 2020、IEEE EDGE 2018等10多个国际会议的程序委员会主席/共同主席及IEEE DataCom 2021、IEEE EDGE 2020等多个国际会议的大会主席。

小果解读

核心问题

当前空间应用领域面临通信、导航、遥感等多方面的应用需求，传统方式难以实现高效、灵活的资源管理与服务供应，科研人员在进行卫星访问和在轨试验验证时面临诸多困难。

解决方案

天算星座通过计算连接通信、导航、遥感等空间应用，运用服务计算、云计算、分布式计算等技术，攻克了星地一体服务化测控管理与资源配置、地面站跨域协同与服务供应等核心技术。构建了开放开源的空天计算在轨试验平台，涵盖多颗低轨卫星及多个地面站，将网络、通信、计算、存储等能力以服务化形式封装并提供API接口，使科研人员能够便捷地通过互联网进行卫星访问和在轨试验验证。

竞争优势

天算星座在技术上具有显著优势，如轻量化星载5G核心网系统领先美国航空航天局一年实现在轨部署验证，云原生卫星平台提升在轨目标识别精度并大幅降低卫星回传数据量。该平台已为中国移动、华为云等多家单位提供重要技术支撑，并受到央视等权威媒体报道。随着二期24颗卫星的建设，天算星座的在轨试验能力将进一步提升，展现出强大的创新力和应用前景。

成果描述

成果公开日期

20250327

所属产业领域

新一代信息技术-卫星计算

产品设计方案

北邮一号是北京邮电大学自主研发的首颗卫星，如图8-2所示，是卫星技术和空间应用领域的重要里程碑。该卫星的发射旨在验证天算星座平台的技术能力和应用潜力，特别是在轻量化5G核心网的星上部署和新型通信协议的测试方面。北邮一号卫星具备先进的技术特性，主要用于开展包括星地链路验证、实时数据传输、资源管理和网络协同等多项关键实验。此外，北邮一号的成功发射为未来的卫星网络系统打下了坚实的基础，特别是在多轨道、多功能卫星系统的协同工作方面，为天地一体化网络的研究提供了坚实的基础。该卫星的发射验证了天算星座平台的技术能力，特别是在轻量化5G核心网的星上部署和新型通信协议的实时传输方面。通过在轨运行Rust操作系统，北邮一号提升了卫星的运行稳定性与效率，支持了多项关键实验，包括星地链路的验证与资源管理。

北邮项目组研制了星载智能计算平台（北邮太空服务器），采用国产化商业现货（COTS）产品开发，基于双机备份模式，对系统进行可靠性敏感分析，对部分关键部件采用冗余容错方案。北邮太空服务器具有低成本高性能（基于飞腾CPU以及天数智芯GPU架构、算力高达512TOPS@Int8）、低功耗强扩展（最大功耗约250瓦；支持高性能、标准以及低功耗扩展模式）、热适应快传导（优化散热路径、高导热率结构以及均热管道，稳态运行）、系统级可靠性（主备机制、关键冗余，自研RROS双内核操作系统，隔离和容错）等优良特性，此外支持应用和算法模型在轨更新；支持星上分布式深度学习模型训练和推理等。北邮太空服务器已通过热循环测试、力学振动、热真空等一系列环境测试，搭载于北邮二号和三号卫星开展卫星计算实验。项目组研制的星载智能计算平台将为异构多域网络节点边缘服务器工程样机提供硬件基础和前期技术储备。

北邮项目组研制了基于RROS操作系统的星载系统软件平台。能够在复杂场景下，同时满足复杂的终端任务中智能化和控制性的需求。以卫星场景为例，如今卫星既承担传统的卫星实时任务（例如，通信和定位），又需要成熟、复杂的软件支持来执行通用任务（例如，数据压缩和机器学习），传统的RTOS/GPOS都无法很好的解决这一需求。RROS采用了双内核架构来分域处理不同种类的任务，来解决复杂场景下通用任务和实时任务并存的问题。但是比传统的双内核更进一步，RROS的实时内核完全用 Rust 实现，同时拟采用形式化验证和动态容错，以提高系统鲁棒性；并支持ARM、龙芯、RISC-V架构，计划提供兼容POSIX的系统库。RROS异构双内核操作系统可以在卫星、工控、空间计算、具身智能等场景使用，已经搭载天算星座的TY33卫星上星测试。基于RROS开发过程中的经验总结，撰写的论文“An Empirical Study of Rust-for-Linux: The Success, Dissatisfaction, and Compromise”荣获CCF A类会议USENIX ATC（Annual Technical Conference）2024 会议最佳论文奖（Best Paper Award），这是国内高校首次以第一单位在ATC会议上斩获该奖项。项

当前进展

主要功能：提供新一代卫星算网技术在轨验证的平台-核心技术： 6G核心网星载智能计算卫星操作系统

转化合作需求

是否有技术交易需求：是是否有空间落地需求：是

摘要

天算星座以计算连接通信、导航、遥感等空间应用需求，基于服务计算、云计算、分布式计算等技术体系，通过攻克星地一体服务化测控管理与资源配置、地面站跨域协同与服务供应等多项核心技术，形成了开放开源的空天计算在轨试验平台。目前天算星座已经涵盖北邮一号、宝酝号、创新雷神号、丽泽一号、元光号5颗低轨卫星，以及天算星座华东站、天算星座华南站等7个地面站（5个站租赁部署了服务器），通过将天算星座的网络、通信、计算、存储等能力以服务化的形式进行封装和API接口开放，使得科研人员能够通过互联网即可实现卫星访问和在轨试验验证。天算星座试验了多项领先技术，例如，轻量化星载5G核心网系统比美国航空航天局提前一年实现在轨部署验证测试，获得IEEE卫星技术创新奖；云原生卫星平台将在轨目标识别精度提升50%以上，卫星回传数据量减少90%以上，被华为云评价为“全球首颗”。天算星座已经为中国移动、华为云、清华大学、北京航空航天大学等31家单位的核心关键技术攻关提供了重要支撑，如央视一套《大国基石》栏目报道了天算星座与中国移动研究院开展科研攻关的事迹。天算星座二期24颗卫星已启动建设，将进一步提升其在轨试验能力。