天基分布式操作系统产品系统

在空天计算向规模化、智能化加速演进的背景下，构建高自治、高可靠的星载分布式系统已成为国家空天战略实施的核心支撑，而星地通信作为空天系统的关键环节，面临着高延迟、间歇性连接、资源严格受限、链路干扰频发等多重挑战。卫星在轨通信窗口极短、星地带宽稀缺且竞争激烈，传统中心化调度范式与持续连接依赖型监控模式完全无法适配该场景，亟需一套适配极端环境、具备智能协同能力的监控体系，为星地分布式系统的稳定运行与高效管控提供底层支撑。
之江实验室深耕空天计算与通信融合领域，自主研发的天基分布式系统正推动星地通信架构从“分散式链路管理”向“集中化智能调度”跨越式发展，致力于突破资源智能分配、调度策略自适应、分布式状态高效同步等核心技术。在此技术基座上，为进一步强化星地分布式系统的全生命周期管控能力，解决卫星节点与地面管控集群的精准监控、数据治理及智能决策问题，特启动天基分布式系统监控二期项目，同步构建高质量监控数据集，为技术迭代与算法优化提供数据支撑。
本项目实现对星上微服务、容器、基础设施及地面管控集群的全要素监控，打通数据采集-传输-存储-应用的闭环链路。项目实施后，将有效解决星地分布式系统监控中的数据碎片化、传输不可靠、资源适配不足等核心瓶颈，显著提升系统运行稳定性与管控效率，同时沉淀的标准化监控数据集将为空天计算领域的技术创新提供重要数据资产，助力构建自主可控、智能协同的下一代空天计算基础设施，为国家空天战略落地提供关键技术保障。

图2.1 产品架构
方案深度适配天基环境特性，实现对卫星节点与地面管控集群的全状态、全维度监控，既保障系统稳定运行、及时处置故障，又产出高质量、标准化的天基监控数据集，为天基系统调度优化、算法迭代、性能建模提供数据支撑，完成与天基现有任务编排、星地通信体系的深度融合，打造适配天基场景的监控闭环。
本系统采用分层解耦的模块化架构，从下到上分为设施层、数据层、网关层、应用层，各层职责清晰、接口标准化，实现监控全链路的可扩展与高可靠。
设施层：监控感知的物理底座
组成：包含卫星集群（卫星 1~N）、地面计算集群、地面管控集群（Master 节点、Worker 节点）。
核心职责：承载星上与地面的计算、存储资源，是监控数据的源头，为整个监控系统提供底层硬件支撑。
适配特性：适配卫星节点异构资源（CPU/GPU/CAN）、周期性离线及星地链路间歇性连接的场景，为上层采集策略提供硬件状态依据。
数据层：监控数据的核心处理中枢
本层是系统的核心，分为数据采集、数据传输、数据存储三大子模块，实现从数据生成到落地的全链路管理。
数据采集：构建四级分类采集体系（实时性能、服务状态、资源追踪、事件日志），通过动态频率调整、事件驱动、优先级传输实现精准采集，并对数据进行标准化预处理，为数据集制作提供高质量原始素材。
数据传输：基于星地通信统一调度框架的四层架构，采用 QUIC+AMTP 协议栈，按数据优先级匹配差异化传输策略（如 P0 级流式传输、P1-P3 级批量传输），保障关键数据低延迟、高可靠传输。
数据存储：构建热、温、冷三级存储体系，实现数据生命周期自动化流转，适配星地 “间歇性高并发” 写入特性，同时为数据集制作提供结构化、可追溯的存储支撑。
网关层：数据价值的能力输出
核心服务：提供数据查询 API、决策支持 API、资源画像服务、预测分析服务、历史数据查询等标准化接口。
核心职责：屏蔽底层数据处理的复杂性，为上层应用提供统一、高效的数据访问能力，支撑告警、可视化、任务管理等场景的实时与历史数据需求，同时为数据集制作提供多维度的数据提取与加工接口。
应用层：监控价值的场景落地
本层将数据转化为可执行的决策与可视化能力，包含三大核心模块：
告警中心：自研多级别告警机制，通过告警分级、收敛、增强及多渠道通知，实现故障的精准识别与快速响应。
可视化中心：通过监控大屏、核心指标展示、数据钻取与历史检索，提供全局监控态势感知。
任务管理中心：基于监控数据实现任务性能预测、资源趋势预测、风险预警及调度推荐，为星载任务编排管理系统提供实时决策支持。
本方案核心能力围绕天基场景深度适配、标准化数据集沉淀、全链路智能联动及高可靠可扩展四大方向构建：通过动态采集调整、星上缓存与断点续传适配卫星资源受限与间歇性连接的特性，依托五级分类采集体系制作可用于算法训练与性能建模的标准化监控数据集；同时实现采集 - 传输 - 存储 - 应用全链路联动，与星载任务编排系统深度集成，并通过分布式架构与模块化设计保障系统高可用与千星规模的扩展能力。
本系统采用灵活部署策略：数据采集、数据传输、数据处理及告警可视化组件均支持二进制或K8s集群部署，确保高可靠性，彻底消除环境依赖，实现开机自启动。该设计不仅能实现天基系统全状态监控与故障秒级响应，保障系统稳定运行、提升运维效率，还能为星载任务编排提供实时决策支持，优化资源利用率与任务执行效率；更可沉淀标准化天基监控数据集，为技术迭代与算法创新提供核心数据支撑，最终完成与现有星地通信、任务编排体系的深度融合，为 “天感天算” 基础设施构建关键的监控技术底座。

负责设计AlarmManager 告警软件通过自研四个告警模块，实现精细化、智能化的告警管理与通知。AlarmManager 告警软件，提供告警的聚合、去重、抑制、分组、路由等完整的告警生命周期管理能力，专注告警通知前的信息增强；同时支持告警规则的动态配置、告警通知的多渠道分发。