当前,“软件定义世界”SDX成为工业OT技术与信息IT技术融合的新趋势,对于推动制造资源数字化、网络化、智能化发挥了引领作用,也为新兴的信息物理系统在技术上准备了条件。工信部《软件和信息技术服务业发展规划(2016-2020年)》将软件定义作为一种重要发展趋势,并将其视为“信息革命的新标志和新特征”。
“软件定义”的本质是通过虚拟化及其应用编程接口(API)“暴露”硬件的可操控成分,以实现硬件的按需管理。“软件定义”的核心是硬件资源虚拟化和管理功能可编程。所谓硬件资源虚拟化,是将硬件资源抽象为虚拟资源,然后由系统软件对虚拟资源进行管理和调度。管理功能可编程,则是应用对通用计算系统的核心需求。在硬件资源虚拟化的基础上,用户可编写应用程序,通过系统调用接口,访问资源所提供的服务,更重要的是能够灵活管理和调度资源,改变资源的行为,以满足应用对资源的多样需求。
●软件定义的特性 ●
● 需求可定义——指系统功能随着需求的变化而重新改变,以满足不同的应用场景。
● 硬件可重组——通过增加或替换硬件模块动态改变功能,而不会与系统中其它模块产生冲突。模块间定义良好的接口有助于增强模块化系统的设计。
● 软件可重配——可根据任务需求动态配置不同的软件模块,完成不同的任务。
● 功能可重构——通过接入不同的硬件、加载不同的软件模块,即可快速重构不同的功能。
●国内外软件定义装备的典型案例 ●
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欧洲通信卫星公司
欧洲通信卫星公司量子卫星(Eutelsat Quantum)是一颗具有软件可重配置有效载荷的实验性通信卫星,设计寿命为15年,将于2020年下半年发射。由于量子卫星采用了软件定义的方式,因此在发射入轨后依然能够进行修改,例如调整卫星的覆盖范围、频率、功率和带宽等,这使其能在任意轨道位置运作。此外用户也能主动定义并确定卫星的性能,使之满足用户需求。
2
洛克希德•马丁公司
智星(SmartSat)是美国洛克希德•马丁公司开发多年的软件定义技术架构,并正在研制采用了该软件定义技术架构的微纳卫星。该型卫星可通过软件“推送”改变或增加卫星功能,就像在智能手机上添加应用程序一样方便。
3
欧洲空中客车公司
OneSat是欧洲空中客车公司研发的软件定义中型电信卫星平台,可以在轨道上完全重新配置,能够调整其覆盖范围、容量和频率。OneSat基于标准、模块化和“按制造而设计”的方法,可以比现有通信卫星更快地交付,并且成本更低。
4
中国
2018年11月20日,我国首枚用于验证软件定义卫星关键技术的试验卫星“天智一号”发射升空,为卫星空中智能化应用再添“智慧”。这枚卫星有一个“航天应用商店”,人们可通过手机应用程序直接访问查询卫星,甚至还能指挥卫星在轨“自 拍”。
● 软件定义装备的支持技术——数字孪生
“软件定义”通过虚拟化,创造了一个虚拟的信息空间。软件定义,数据驱动。通过建模,我们可以用软件将事物虚拟化、数字化,从而进行各种加工和运算,以发挥其更大的效能。
数字孪生是实现软件定义装备的重要支持技术,建立装备数字孪生体可以支持以控制系统为核心的智能化星载软件的开发、测试,实现在虚拟世界多次快速迭代,物理世界一次上载成功,在装备的运维阶段,可以通过数字孪生体对真实装备的运行状态进行实时监测与控制,真正实现装备“使用前保障”和“使用中监测与优化”,为软件定义装备提供强大的后台支持工具。
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