|2.4 应用服务|

2.4.1 概念

卫星应用是将卫星及其开发的空间资源用于国民经济建设、社会发展等领域所形成的各类技术、产品和服务的统称。卫星应用服务系统是航天工程的主要分系统之一，是面向空间航天器应用目标与使用者，实现航天工程既定的应用服务功能性能与任务目标而构建的系统，有时也简称为应用系统、服务系统。

应用服务系统按照不同的维度，有多种分类方式。以信息类别的方式，可以分为：通信应用系统、遥感应用系统、导航应用系统等；以用户类别的方式，可以分为：科研应用系统、军事应用系统、民商应用系统等；以服务范畴的方式，可以分为：专用应用系统、通用应用系统与综合应用系统等。

应用服务系统在不同的航天工程发展历史时期有不同的内涵。随着科技发展和需求的牵引，航天工程逐渐由最初的科学研究，发展到军事科研专用，再到目前广泛的民用和商业应用，在这一过程中应用服务系统的内涵与形态也随之逐步演进。

传统应用服务系统是指负责接收、处理、管理、研究航天器有效数据，形成面向应用与服务能力的专用系统。传统应用服务系统大多是由固定设备和若干移动卫星终端组成的地面系统，特点表现为专业化，其业务类型和服务模式较为单一，大多是孤立的业务管理系统和流水线式的数据处理系统，且与各类用户网络及信息系统的融合度不足。

现代应用服务系统是指基于通信、导航、遥感等各类天基信息，与用户信息系统相融合，提供应用与服务能力的分布式系统，是卫星技术和业务运营结合的依托载体。现代应用服务系统的特点是“信息化”和“自动化”，包括用户需求接收和筹划、天基数据传输和处理、终端用户服务的全流程的信息服务。

天地一体化信息网络是卫星网络发展的高级形态，卫星通信、导航、遥感等功能一体化运行，打破了传统通信、导航、遥感卫星系统自成体系、孤立发展的局面，实现了各类天基信息的自由流动和按需服务，其应用服务系统也有了更深层次的内涵和外延。天地一体化信息网络应用服务系统的特点是网络化、综合化与智能化，通过类型丰富的用户终端、功能强大的应用信息节点、广域安全的通信网络，实现信息获取、处理、传输在网络环境下的协同运行，并通过天地一体化信息网络自身资源及用户终端直接向用户提供按需服务。

2.4.2 功能

天地一体化信息网络应用服务系统围绕“通信、数据、服务、用户端”四大核心要素构建，以应用服务需求为牵引，以共用基础设施为依托，以统筹服务应用、汇聚服务资源为主线，实现天地一体化信息网络的应用服务任务。其基本功能是：统筹各类通信、数据、计算、服务等天地资源，实现天基信息的需求统一筹划、资源统一调度、信息统一服务，为各类用户提供在线、多元、透明、一站式的网络服务。天地一体化信息网络在广义概念上是一个包含通信、组网、服务等多个层面的综合信息系统，其应用服务功能必须从基本通信业务功能与网络信息体系功能两个方面加以理解。

在基本通信业务方面，天地一体化信息网络的业务侧重于用户节点所需的组网与数据传输通信，根据应用场景的不同需求，主要包括以下几类通信业务。

（1）移动通信业务：是指利用卫星的L/S等频段移动通信载荷，实现地表用户手持、便携、车载、船载、铁路、航空等移动用户通信业务，其具体服务形式包括：语音、短消息与窄带数据。移动通信业务用户群主要包括公共安全、应急救灾、交通、民政、林业、渔业等政府和行业用户以及大量的企业与个人用户。

（2）宽带接入业务：是指利用卫星的Ku/Ka等频段宽带通信载荷，实现地表固定、便携、车载、船载、铁路、航空等宽带用户通信业务，其具体服务形式包括：互联网接入、IP语音、宽带数据、高清视频等。宽带接入业务的用户群主要是政府和行业用户、驻外企业、电信与网络运营商以及部分个人用户。

（3）天基中继业务：是指利用卫星的激光及微波中继载荷，实现航天器、地表特殊用户高带宽全球数据回传业务。天基中继业务的用户群体主要包括政府行业部门的资源卫星、环境减灾卫星、极轨气象卫星以及各类商用遥感卫星。

（4）天基物联业务：是指利用卫星物联网通信载荷，实现陆地、海洋、极区、荒漠等地表区域的窄带数据感知和传输，与地面物联网共同构成全球无缝的万物互联业务。天基物联的用户群体主要包括：海洋、地质、应急、气象等部门布设的监测单元与站点，交通运输与物流体系对运输载体、集装箱、货物信息的准实时监测，森林火灾监测、野生动物等自然资源的野外监测，电力能源行业的远程数据采集和监测以及部分特殊用户的物联专网等。

在网络信息体系方面，天地一体化信息网络的服务侧重于涵盖各要素、全链路的系统应用功能，主要包括链路、数据、服务与应用4个层面。

（1）联网通链路：联网通链路是应用服务的基础，要实现天地一体化信息网络的应用服务，其基础条件就是将用户节点以网络的架构进行联通，使之成为一个能够在统一协议框架下通信交互的体系。

（2）共享汇数据：共享汇数据是应用服务的特色，数据是天地一体化信息网络一切应用服务活动承载的主体，实现数据的共享、汇聚与安全有序流动是实现网络综合服务的主要任务，也是天地一体化信息网络与一般的通信、导航、遥感应用的重大区别。

（3）组云聚服务：组云聚服务是应用服务的关键，天地一体化信息网络应用服务系统遵循科学的体系架构，实现网络、数据、服务与应用的解耦是这个架构的核心思想。服务的通用化、云化、可汇聚性是构建天地一体化信息网络应用服务系统的关键。

（4）前端统应用：前端统应用是应用服务的重点，应用端是任何应用服务系统的重点与核心内容，是航天应用服务系统与最终用户之间的“最后一米”，是应用效能体现的前端系统。天地一体化信息网络用户端的发展，在“统型、统应用”的基础上提供“订制应用”，提高用户的个性化服务满意度，降低用户应用的服务成本，缩短用户应用的开发周期。

2.4.3 组成

基于网络化服务体系的理念，天地一体化信息网络应用服务系统遵循先进的网络信息架构构建，以综合服务节点与用户终端为重点，体系开放、层次分明、功能完备。

2.4.3.1 体系架构

天地一体化信息网络应用服务按照“网-云-端”的总体架构，其体系架构如图2-34所示。基于高轨节点、中低轨节点、地基节点组成的一张通信网，按照区域部署具备多源异构信息处理和分发能力的地面信息港，形成数据汇聚、逻辑一体、服务综合的服务云，通过与用户业务系统高度融合的各类终端提供各类应用服务。在体系上形成资源联网、服务入云、应用到端的总体架构。

2.4.3.2 系统组成

应用服务系统由地面信息港、应用网络、用户终端等组成，主要包括用户统一服务、应用需求筹划、系统资源管理、应用数据管理、综合信息服务、终端应用、支撑保障、共用与基础设施等分系统，组成示意图如图2-35所示。

用户统一服务分系统：统一接收来自网络的用户应用服务需求，进行用户应用需求汇总及任务下发，并汇总服务向用户提供统一的服务分发。

应用需求筹划分系统：接收来自用户统一服务分系统下发的各类用户应用需求，计算实现用户需求所需的网络资源；参考来自资源管理分系统的天地一体化信息网络的已有资源占用情况，对用户需求进行合理编排。

系统资源管理分系统：统筹管理与天地一体化信息网络应用服务系统相关的各类通信、存储、处理等资源，包括资源的占用情况、利用率等信息，并对这些资源进行全局调度管理，保证资源的高可利用性。

应用数据管理分系统：统筹管理天地一体化信息网络的各类数据资源，包括天地一体化信息网络自身获取的通信、导航、遥感等数据资源及外部系统的多源异构数据资源等，实现各类数据的分类汇总、高效存储与检索、安全管理、容灾备份等功能。

综合信息服务分系统：针对用户所需的信息服务，利用天地一体化信息网络的各类处理资源，实现对数据的加工处理，生成用户所需的最终信息。通过天基物联、宽带接入、移动通信、天基中继等手段，为用户提供随遇接入的通信服务；通过导航增强、精密授时、单星定位等手段，为应用服务系统及用户提供统一的时间和空间基础，通过通导遥信息融合处理，为用户提供个性化综合信息服务。

终端应用分系统：以物联网、手持、便携、车载等各类用户终端的形式，与用户信息系统高度集成，主要功能包括接收用户需求输入，直接向用户提供最终服务。

支撑保障分系统：保障应用服务系统的安全保密及健康运行。通过终端、信息港及通信网络等安全保密设备，实现用户接入认证、用户鉴权、信息安全审计等功能；通过状态监测、故障预测、故障诊断、故障定位、故障隔离、故障重构等手段，实现应用服务系统的健康管理功能。

共用与基础设施：支持应用服务系统工作的各类基础通信、计算、存储、网络、处理等资源，包括天地一体化信息网络的通信功能、地面信息港的处理和存储功能等。

2.4.3.3 应用终端

（1）应用终端型谱

天地基一体化信息网络应用终端主要分为通用终端、专用终端、扩展终端3类。应用终端型谱如图2-36所示。

通用终端指为用户提供各种通用场景下基本信息通信能力的终端，体现出用户普适化、场景通用化、体制标准化、型号系列化等特征，包括手持终端、便携终端、车载终端、船载终端以及物联网终端模块。

专用终端是根据使用平台或者用户特殊要求，对重要部件、体制协议进行适应性更改的终端。专用终端包括穿戴式终端、机载终端、星载终端等。

扩展终端是指在通用终端基础上，保持核心部件、协议体制方面与通用终端一致，根据用户特殊需求，进行多模体制增强、环境适应性增强与信息安全增强。

（2）应用终端组成

天地一体化用户终端的核心组成是卫星通信终端。随着超大规模集成电路技术、新材料技术的发展，天地一体化信息网络用户终端必然朝着芯片化、模组化与小型化的方向发展，但是在技术原理上，其主要部分仍然与典型的卫星通信终端类似，由天线分系统、射频分系统（含高功放、上下变频器、低噪声放大器）、调制解调器、网络管理分系统等组成，典型的卫星通信终端组成如图2-37所示。

•天线分系统：天线分系统将卫星通信终端的电磁信号变换成自由空间传输的电磁波，实现电磁波的定向发射或接收。天线主要由天线面、馈源网络、伺服跟踪等部分组成，其通过天线反射面进行电磁波辐射和收集，通过馈源网络实现对收发信号的合成与分离，伺服跟踪系统完成天线对卫星的指向和跟踪。

•射频分系统：射频分系统主要包括发射设备和接收设备。发射设备将已调制的信号经过变频、放大等处理之后，输送给天线系统，发往卫星。发射设备一般由高功率放大器和上变频器组成。接收设备将来自卫星的射频信号，经过放大、变频等处理之后传输到解调器进行解调。接收设备一般由低噪声放大器和下变频器组成。

•调制解调器：调制解调器是用于完成信号调制解调过程的设备，由调制器和解调器两大部分组成。调制器用于发射端，将来自用户的视频、语音等各类数据经过加扰、编码、载波调制等处理后，将数据调制到中频载波上，从而适应卫星通信信道的传输要求；解调器用于接收端，通过解调、译码、解扰等手段，实现从经过信道传输后的已调载波信号中恢复出数字信号。

•网络管理分系统：网络管理分系统是保障卫星通信系统高效、有序运行的重要手段，其实现卫星通信网集中监控、资源综合调配、设备状态实时获取，为故障定位、诊断等提供决策依据，从而提升系统自动化管理的水平。

2.4.3.4 信息港

综合信息服务节点是天地一体化信息网络服务的一种重要手段，地面信息港是地面节点网承载的综合应用服务节点形式。依托天地一体化信息网络，基于“物理分布、逻辑统一”的地面服务体系，接入并聚合海量多源异构数据资源，提供“存−算−管−用”全生命周期的支撑能力，将数据资源转变为数据资产，发挥数据核心生产要素的价值，开展战略性信息服务产业应用，如应急救灾保障、生态监测、智慧城市、智慧交通等。同时，打造“数据开放、服务开放和应用开放”的生态环境，促进产业链上下游相关企业的协同发展。

地面信息港遵循“打牢共用、整合通用、开放应用”的理念，依据数据集中、能力开放、云原生化、可移植、可扩展、高可用、高安全等原则，将架构设计为“三层三纵”，即基础设施层、服务开放层、应用服务层，以及纵向贯穿三层的运维管理、安全管理、数据管理。地面信息港技术架构如图2-38所示。

（1）基础网络

综合信息服务节点是天地一体化信息网络服务的一种重要手段，地面信息港是地面节点网承载的综合应用服务节点形式。依托天地一体化信息网络，基于“物理分布、逻辑统一”的地面服务体系，接入并聚合海量多源异构数据资源，提供“存−算−管−用” 全生命周期的支撑能力，转变数据资源为数据资产，发挥数据核心生产要素的价值，开展战略性信息服务产业应用，如应急救灾保障、生态监测、智慧城市、智慧交通等。同时，打造“数据开放、服务开放和应用开放”的生态环境，促进产业链上下游相关企业的协同发展。

（2）基础设施层

依托天地一体化信息网络和地面互联网，提供跨域的计算存储集群，实现地面信息港的容灾备份和集中管控，采用软件定义计算、存储、网络等手段，提取所有硬件资源并将其汇集成资源池，形成虚拟的基础设施层，支持安全高效自动地为应用按需分配资源，形成灵活、弹性、高效和可靠的IT服务的计算环境，为地面信息港多源数据在遥感、测绘、导航、侦查等领域的综合应用提供强大的计算、存储、网络支撑能力。

（3）服务开放层

服务开放层旨在快速敏捷地响应客户的典型应用需求，以服务的形式为应用提供支撑，服务开放层构架遵循“高内聚、松耦合”设计原则，融合了容器云、混合云、微服务、大数据、人工智能等关键技术。服务开放层将海洋资产保护、生态资源监测、城市规划与发展、车辆安全监测、船舶跟踪与监控服务等典型应用场景的共性需求进行抽象，打造成平台化、组件化的服务能力，并通过能力编排服务于应用功能，满足不同客户不同场景的应用需求。同时，服务能力以接口、组件等形式向ISV、解决方案服务商、开发者等生态合作伙伴提供服务。

服务开放层主要包括大数据基础能力平台、数据中台和技术通用平台。大数据基础能力平台完成多源异构数据资源的采集、稽核校验、模型规范、存储和共享发布的全过程，实现从数据资源到数据资产的转变。此外，为其他系统提供二次开发、管理的大数据工具和组件；数据中台从客户需求、行业主题、数据源类型等视角，通过大数据、人工智能等技术对数据资产进行处理和价值提炼，赋能场景应用；技术通用平台将容器及编排、微服务、中间件产品等组件进行整合并封装，提供规范统一的接口，完成资源调度、服务治理、消息传递、服务编排、数据分析、数据服务等方面的工作，降低应用开发、应用管理复杂度，为场景应用、数据中台提供技术能力支撑。

（4）应用服务层

应用服务层为用户提供了一个产品使用、资源共享、联合创新和成果展示的平台，将地面信息港的云资源、数据资源、功能服务和业务服务进行集成分类，以频道的形式呈现给用户使用。应用服务层由1个用户门户、1个应用市场以及定制化项目专区、合作伙伴专区、开发者专区和运营专区4个专区组成。

•1个用户门户。用户门户包括新闻中心、用户中心、服务中心。

•1个应用市场。应用市场是地面信息港在整合天地一体化信息网络通信、导航、遥感及行业解决方案等应用能力的基础上，联合优质技术服务合作伙伴开发的应用商城，产品类型覆盖灾害评估、自然资源监测、海洋信息管理、综合PNT服务、智慧交通、智慧旅游等各领域，交付模式包含SaaS、镜像、下载、人工服务等多种，并且提供了灵活的线上自动交付和客户自服务能力。

•4个专区。①定制化项目专区针对客户非标的应用需求，通过提供定向的数据采集和加工、模型训练以及高性能计算等能力，生成满足客户需求的专项产品或解决方案，实现服务增值。②合作伙伴专区为咨询、产品、解决方案等类型的生态合作伙伴，提供资源、品牌、技术认证和营销等赋能服务。③开发者专区开放一套标准化的SDK与API，以及数据和算法上传及部署流程，为开发者提供一站式的开发体验，提升开发效率。SDK与API包括云计算、大数据、人工智能、IoT、云原生、开发与运维、微服务、安全等领域。④运营专区提供客户管理、计费管理、产品业务支撑、合作伙伴运营、渠道业务支撑等服务。

（5）数据管理

数据管理核心是将地面信息港聚合的数据有效管理起来，实现数据加工、分析、应用、共享、开放等一系列过程。通过数据管理清晰地了解相关数据的定义、数据间的血缘关系，并验证数据的有效性、合理性等数据质量指标。数据管理以数据的分权分域管理为核心，具备完善的分布式用户权限体系。数据管理功能主要包括元数据管理、元数据获取、数据质量管理、数据标识管理、数据资产管理和数据血缘管理等。

（6）运维管理

为保障地面信息港正常运行，保障信息港的可用性、可靠性与安全性，针对基础设施、系统与数据、管理工具、人员等运维对象，融合大规模集群监控领域先进技术，采用模块化软件体系架构、层次化设计路线、插件式基础架构，构建覆盖设备、网络、数据和应用系统管理平台的一体化运维保障体系。运维保障体系主要包括运维组织、运维流程、运维技术、运维工作、标准规范、规章制度等方面内容。

（7）安全管理

地面信息港主要服务于政府与行业应用，承担全国海量多源异构数据资源的接入、存储、处理和分发，需要从基础设施安全（包括网络安全、系统安全和终端安全等）、数据安全管理体系（包括账号管理、统一认证和安全态势、安全视图等）、数据采集安全、数据存储和处理安全、数据应用安全等方面着手，建设“云+端+边界”全方位的安全防护体系立体化数据保护机制，实现纵深联动防御与天基信息服务体系的融合，有效保障地面信息港数据安全。