太空里的边缘计算，卫星即服务Satellite as a Service

作者：与子同袍
首发：物联网前沿技术观察

最近大疆出了一个可以scratch编程的教育无人机，写的scratch代码可以直接在无人机上跑控制无人机。

卫星其实也可以这样，你在地球表面写的代码可以提交到卫星上去跑控制卫星。这是一种革命性的使用卫星开发项目的方式。

卫星即服务是产品即服务Product as a Service的一个例子。其他有云计算的IaaS、PaaS、SaaS。同时我们也可以把它看作是Edge as a Service的一个例子。

这种卫星即服务的X as a Service XaaS模式也将会对其他类似平台高价值任务载荷模块化的领域产生深远影响。这种模式可以推广到水下深潜器，无人机和大中小无人船等领域。它们其实和geo/meo/leo/cubesat/nanosat不同卫星一样，也可以创造类似的平台加任务payload的as a service的服务。比如深潜船可以根据下潜深度按小时收费，代码通过卫星先传到母船上，再下发到深潜器上。

一、卫星即服务的好处

卫星即服务SaaS是个挺有意思的东西，是太空资产的共享经济，云计算共享经济的商业逻辑的自然延伸。注意这个SaaS不是软件即服务的SaaS。

多租户共享或独享的按量付费或按固定时间付费的卫星，可以大大降低使用成本，并且大大加快许多太空领域项目的开发进度，尤其是软件层面。原本一颗卫星上的平台和任务载荷是一个客户用的，现在可以让几个客户同时一起用，这样既便宜，又不用等射一颗卫星上天的时间浪费博士生半年到1年时间。现在要搞个卫星上的研究，得和研究种水稻的一样，一个是一年去种和收割几次水稻，一个是写软件等卫星上天。

比如1颗1U的10万美元的cubesat，使用寿命1.5-2年，用按使用付费的模式，供100个客户使用，每个客户只需要承担1000美元即可，从而可以大大降低用户的成本和使用门槛。

不管是nanosat或cubesat或者更强的sat，可以看作是不同cpu和内存和带宽等配置的云服务器。

从商业模式上来说，有了卫星即服务SaaS，普通用户就可以实现像云计算那样的效果，不需要客户自己买服务器自己运维，可以按量付费或者预付费，实现从capex到opex的转变。

当然如果有特殊的应用场景，也可以提供类似dedicated的云服务器的专享卫星服务，这种情况使用费用会比多租户卫星高不少，相当于大堂和包厢吃饭的区别。

A shared-access, single host/multi-tenant satellite can dramatically lower the costs and speed up the development schedule of many areas of space technology, particularly related to software area.

比如一颗卫星，有VHF/UHF和S波段收发器、三轴姿态调整、可见光光学传感器和远程连接功能。我们要把它看作是一个太空中的可以开放给第三方的付费软件开发平台。

用户通过电脑连到测试和仿真基础设施上写代码，然后调试成功测试没问题后，通过地面站发送到共享卫星上运行。

有了卫星即服务，用户不用买卫星找人去发射，注册个账号，就可以连上去写卫星上的代码了。只不过代码是提交到卫星上去执行的。

二、如何避免租户的软件有意或无意地搞坏卫星？

虽然有了saas卫星即服务的按量付费比自己发射卫星成本低了不少，但是还是很贵的，虽然没有asic流片贵，但是调试卫星上的软件的时候，最好还是像在超算上跑程序一样，最好也要能减少上机调试bug的时间。

因此要有在地面上的测试软件框架，保障上卫星的软件的质量。

持续集成和持续发布的机制，和地面上的卫星数字孪生硬件测试环境。

用户代码先通过CI/CD流程，生成部署程序，然后放到基础硬件验证平台上跑冒烟测试确保基本功能的正常，然后到卫星数字孪生硬件验证平台上跑，通过后发布到卫星任务控制中心，在这里部署到卫星上运行。

卫星数字孪生，和空军的飞机一样，也是重要的数字孪生概念的起源和应用领域之一。

为了防止卫星上的跑的客户第三方软件搞坏卫星上的软件系统，需要隔离客户部署的软件在一个沙箱环境上跑，就像android的沙箱一样。

为了防止第三方软件破坏硬件（乱控制浪费卫星的宝贵的电池、把光学传感器指向太阳，或者乱控制卫星的姿态等），还需要有一个中间命令层防范用户代码导致的这些潜在风险。

此外，还需要有一个监视软件，监视用户的程序的运行，关键时刻会停掉用户的程序。

地面站的卫星操作人员，在出现意外时，可以远程手工停止用户的程序。

用segment保障用户代码的安全性。通过卫星通讯总线让用户代码去控制任务载荷、地面站的通讯、姿态控制和卫星电能控制。这里面的软件框架最重要的就是安全性。

用segment保障用户代码的安全性。通过卫星通讯总线让用户代码去控制任务载荷、地面站的通讯、姿态控制和卫星电能控制。

三、卫星即服务SaaS的潜在的应用场景

卫星专业学生和研究生的教学卫星
推进专家研究推进实验
材料科学家试验材料科学和在轨制造
在轨姿态控制专家试验姿态和轨道控制
定位算法和理论的实验
星上的人工智能算法实验，比如直接在星上运行AI算法，在卫星上做实时边缘计算（如图像分析处理），避免浪费宝贵的卫星传输带宽，只将分析结果或有价值的影像才传回地面站。
太空生物实验
加5G任务载荷，研究5G网络和卫星的结合
低轨道星座研究
天文学家的太空观测
地球表面人少的地方的卫星通讯覆盖实验
卫星跟踪即服务Satellite-tracking-as-a-service
射频、激光通讯实验
geo-meo-leo-5G的组网通信实验
卫星提供的边缘计算通信服务实验
LEO提供的低延迟能力与IoT集成的实验
......

更具体的应用场景，大家可以看参考资料1。