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国内新一代时空服务器“潜龙”出水背后

2019-11-18 15:49 主页 来源:未知
国内新一代时空服务器“潜龙”出水背后

  
  “接收机搜不到卫星,又变砖头了!”北斗地基增强站的运维工程师梦宇(花名)给技术团队打电话,“现在备用机器远远不够,故障率那么高,需要增加备用机器。”
 
  这样的反馈已经很多次了,但技术工程师纳维(花名)也很头疼。
 
 
  从2016年起,随着北斗地基增强站的组网规模越来越大,对接收机等设备的性能提出了越来越高的要求。2017年末,全国当时共建设了2000个北斗地基增强站。
 
  纳维告诉记者,传统卫星导航增强基站的接收机接收到的卫星定位信号丢数据、丢频点经常发生,偶尔还会宕机。“可靠性、稳定性、数据质量都离我们的要求有较大差距,和互联网等新技术结合的需求无法满足。”
 
  北斗地基增强站,是保障精准时空服务网络的关键。就跟4G、5G信号一样,精准时空服务网络需要持续、稳定地对外输出,但要求比通信信号更加严苛。精准时空服务,就是厘米级定位、毫米级感知、纳秒级授时,是万物智能时代的基础设施。
 
  千寻位置是北斗地基增强站“全国一张网”的建设和运营方,也是目前全球最大的精准时空服务提供商。
 
  11月13日,经过两年的研发建设,千寻位置内部代号为“潜龙”的新一代时空服务器正式发布。千寻位置计划在2020年上半年完成对全国所有的北斗地基增强站服务器的替换。
 
  但在当时,这是一个在内部很多人看来都“不可思议”的大工程。
 
  北斗“全国一张网”的开始
 
  北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后全球第三个成熟的卫星导航系统。
 
  北斗是一个系统,不光只有卫星,可谓“天上有北斗,地上有千寻”。
 
  天上,有北斗导航卫星。目前,已成功发射49颗。
 
  地上,有北斗地基增强系统。所谓地基增强,是指通过在地面上的基站,提供差分修正信号,从而提高卫星导航的精度。截至2019年10月,已建设运行2500多座北斗地基增强站,组成了北斗“全国一张网”。
 
  北斗地基增强系统“全国一张网”2015年启动建设。不过,如此大规模的建站,放眼全球范围内,都史无前例。传统测绘领域为了满足某个特定区域或特定领域内的高精度定位需求,会搭建一百个左右的卫星导航增强基准站,但是上千座的基站连续协同运行,没人干过这件事。
 
  在与传统领域主要供货商沟通后,千寻位置还是希望借助传统领域在过去二三十年所积累的技术基础,从他们手中采购传统卫星导航增强基准站设备,并不断探索和修正,把“全国一张网”建设起来。
 
  两年迭代了80多个版本,修复了200余项错误。2016年到2017年,千寻位置帮助这些传统设备大大降低故障率,提升可用率。
 
  但是随着时间的推移,当这套系统越来越庞大,时空服务应用越来越广时,如果仍然使用这些传统卫星导航增强基准站设备,继续进行维护和管理,会遇到各种挑战,无法跟上业务前进的步伐。
 
  过去,测绘是精准时空服务最主要甚至唯一的应用场景,但现在和未来,精准时空服务的对象是自动驾驶的一辆辆汽车,在田间耕作、在电网检查的无人机等,它们需要一秒都不能间断的7×24小时连续服务,需要在服务覆盖区内有均匀的精度,需要大于99.95%的服务可用率等指标。
 
  近两年,北斗系统升级加速。随着北斗三号全球组网启动,第一颗、第二颗卫星启动发射,地面段的地基增强系统也应该全面支持北斗三号新信号。但是这些传统厂商的设备研发周期长,对新信号的响应升级能力不足。
 
  在种种背景下,直接把传统领域厂商的基站接收机,拿来组装成为卫星地基增强站的方案,已经远远无法满足千寻位置的快速服务能力。
 
  2017年末,千寻位置CEO陈金培决定启动“潜龙”项目,自主研发地基增强站设备,把卫星接收机、光纤终端机、防火墙、后备电源等设备都集成进去,来满足大规模时空服务需求,结合全新科技提出了“时空服务器”的概念。
 
  “潜龙”出水
 
  很多人都觉得“潜龙”计划是一件“吃力不讨好”的事。
 
  这是一个非常传统的领域,传统领域积累了近20年的技术和经验。之前,千寻位置虽然帮助传统基站设备的可靠性从95%提升到99%,但是可靠性从99%提高到99.9%,甚至99.99%,研发难度非常大。
 
  “从0到1其实简单,但从1再往上爬,是一个非常难的过程。”纳维说。
 
  但是陈金培没有丝毫犹豫。因为技术模式的创新,千寻位置很多技术问题在全球都没有成功案例可以参考。在陈金培看来,虽然有阿里巴巴和中国兵器两大股东力挺,但是千寻位置的所有核心技术能力都是自己生长出来的。
 
  四五十人的技术力量加入到这支队伍。带领开发团队的蒋智,曾经在加拿大高精度GNSS厂商诺瓦泰(NovAtel)公司主导了从OEM4到OEM7高精度板卡的研发,获得加拿大国家级科技进步奖和阿尔伯塔省技术创新奖。千寻位置还与清华大学电子工程系达成合作,共同展开卫星导航信号处理技术层面的研发,让服务器能更快覆盖所有新体制信号和新增的可用卫星。
 
  研发团队决定摒弃传统架构,用互联网的思维来做服务器,将传统基准站系统中各设备进行模块化设计集成,使得产品能够快速迭代;在几乎每个地方都做了冗余备份的考虑,包括卫星跟踪、光电通信、内部数据等等,有效防止基准站宕机。同时,还加入了云端一体化协同、数据应用等传统基站设备所不具备的的功能。
 
  在对近一半地基增强站设备进行替换并完成调试后,2019年11月,内部代号为“潜龙”的新一代时空服务器正式对外发布。
 
  千寻位置提供的资料显示,“潜龙”时空服务器基站可用率优于99.9%,链路可靠性优于99.9%,平均无故障运行时间超过30万小时(计算得出),传统基站抗干扰能力低、供电不连续、单点故障频发等问题将不再出现。同时,“潜龙”时空服务器全部实现国产化,核心技术、算法等全部自主可控。
 
  此外,千寻位置宣布,除了满足自用需求外,千寻位置计划将“潜龙”时空服务器开放给有一定自组网、自服务要求的战略性行业客户,帮助电网、铁路等战略性行业客户建设专有时空云平台,确保数据安全。就像云计算领域的“专有云”一样,行业领导者、大型集团企业对时空服务也有专业一体化的需求。
 
  “潜龙”时空服务器的发布,使得国家重要信息基础设施能力快速升级,也让更多战略性行业客户有机会用上精准时空能力。
 
  从算法到硬件,千寻位置拿下又一场“硬战”,实现自主研发。
 
  “我们在传统卫星导航领域走了一条别人都没走过的路,把互联网技术和卫星定位技术相结合。既然没人能做,我们就自己做。”纳维说。