傳統(tǒng)測(cè)試手段難以為繼，萬顆星座靠什么避坑？

C114訊 5月11日消息（顏翊）產(chǎn)業(yè)發(fā)展，測(cè)試先行！

當(dāng)前，以星鏈為代表的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)速度極快，已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署和商業(yè)化運(yùn)營。憑借發(fā)射成本極低的可回收火箭，在軌衛(wèi)星數(shù)量超萬顆，用戶規(guī)模超千萬。我國也正加快構(gòu)建自主可控的低軌巨型星座體系，GW星座和G60星座兩在軌組網(wǎng)規(guī)模都已超過百顆量級(jí)。

這一差距，表面看是我國火箭運(yùn)力或衛(wèi)星數(shù)量的落后。但深層來看，如何確保未來成千上萬顆衛(wèi)星在軌道上可靠運(yùn)行、無縫組網(wǎng)、持續(xù)服務(wù)，是我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)面臨的首要挑戰(zhàn)。

從經(jīng)濟(jì)邏輯來說，在萬顆級(jí)星座全面鋪開前，通過規(guī)模化測(cè)試暴露問題并優(yōu)化技術(shù)路線，是極具性價(jià)比的“保險(xiǎn)”。它能有效規(guī)避大規(guī)模部署失敗的風(fēng)險(xiǎn)，從而顯著降低后續(xù)資本開支（CAPEX）的無效投入。然而，面對(duì)如此龐大的系統(tǒng)工程，傳統(tǒng)的測(cè)試手段已難以為繼。

傳統(tǒng)測(cè)試手段面臨局限

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是多學(xué)科、多專業(yè)融合的復(fù)雜系統(tǒng)工程。傳統(tǒng)的測(cè)試手段難以適應(yīng)大規(guī)模、分布式、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合測(cè)試需求，主要存在三大痛點(diǎn)：

一是成本高、周期長。傳統(tǒng)模式依賴實(shí)物迭代，需將測(cè)試前移，在發(fā)射前通過虛擬化手段充分驗(yàn)證，提前收斂問題。

二是在軌排查和定位難。低軌星座總量巨大，若在軌出現(xiàn)故障，排查與修復(fù)代價(jià)極高。依托地面數(shù)字化仿真進(jìn)行前期驗(yàn)證，可在實(shí)驗(yàn)星發(fā)射前充分暴露并收斂技術(shù)問題，避免大規(guī)模量產(chǎn)后的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。

三是系統(tǒng)驗(yàn)證難。在分布式、多節(jié)點(diǎn)及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理的背景下，問題定位非常困難，需進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)能力驗(yàn)證。數(shù)字化環(huán)境能更有效地支撐這一目標(biāo)。

國內(nèi)外實(shí)踐已反復(fù)驗(yàn)證：數(shù)字化手段是提升測(cè)試效率、降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵路徑。因此，測(cè)試并非工程的尾聲，而是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)工程化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化的前置條件。核心思路就是從實(shí)物驗(yàn)證為主轉(zhuǎn)向數(shù)字化預(yù)演為主，將測(cè)試嵌入設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營的全生命周期。

需要指出的是，傳統(tǒng)航天雖也有地面測(cè)試，但多局限于單星物理環(huán)境驗(yàn)證，難以復(fù)現(xiàn)萬星組網(wǎng)的復(fù)雜系統(tǒng)交互。而“先驗(yàn)于地”是基于數(shù)字孿生的全系統(tǒng)級(jí)預(yù)演，提前暴露協(xié)同、調(diào)度、運(yùn)維等系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。

突破四大技術(shù)瓶頸

然而，構(gòu)建一個(gè)高保真、大規(guī)模的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字仿真環(huán)境并非易事，必須突破以下關(guān)鍵技術(shù)瓶頸：

虛擬化資源隔離：解決大系統(tǒng)行為在地面模擬困難的問題，將實(shí)物與虛擬環(huán)境剝離，在虛擬環(huán)境中承擔(dān)主要測(cè)試負(fù)載。

協(xié)議棧虛擬化仿真：由于衛(wèi)星入軌后，協(xié)議棧將在全新環(huán)境下運(yùn)行，高保真復(fù)現(xiàn)星載基站運(yùn)行環(huán)境非常困難，因此，地面測(cè)試不應(yīng)依賴整套實(shí)物協(xié)議棧設(shè)備接入，而是通過控制面與數(shù)據(jù)面的協(xié)同仿真，高效數(shù)字化模擬協(xié)議棧運(yùn)行。

高性能數(shù)據(jù)流承載：面對(duì)海量仿真數(shù)據(jù)，單機(jī)或小規(guī)模集群難以勝任，需引入硬件加速器，支持虛擬環(huán)境下的大容量數(shù)據(jù)流處理。

實(shí)物載荷接入與測(cè)試：解決實(shí)物在虛擬環(huán)境中的測(cè)試問題。通過故障注入模擬在軌復(fù)雜環(huán)境，對(duì)實(shí)物載荷進(jìn)行壓力測(cè)試。

構(gòu)建三層架構(gòu)的數(shù)字化仿真體系

為解決上述問題，業(yè)界正在探索基于“支撐層-資源層-應(yīng)用層”的數(shù)字化測(cè)試架構(gòu)，通過關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新提高測(cè)試能力，為天上萬星組網(wǎng)掃清障礙。

最底層是支撐層，即仿真運(yùn)行的底座，采用云原生微服務(wù)化設(shè)計(jì)，具備可擴(kuò)展性，并能為各類服務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)化接口；中間是資源層，集成作為測(cè)試主體的數(shù)字化網(wǎng)元模型以及高精度環(huán)境模型（涵蓋軌道、信道、空間天氣等要素）；上層應(yīng)用層則基于上述模型，開展網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、信道測(cè)試、系統(tǒng)能力分析等仿真任務(wù)。

其中，資源層的建模能力尤為關(guān)鍵。當(dāng)前，業(yè)界正采用差異化建模策略，系統(tǒng)級(jí)效能評(píng)估采用輕量化模型，快速模擬星座拓?fù)渑c覆蓋；節(jié)點(diǎn)級(jí)問題分析采用數(shù)字孿生模型，精細(xì)還原軌道、星座拓?fù)渥兓靶诺滥M細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高保真復(fù)現(xiàn)。

在信道模擬方面，針對(duì)毫米波頻段易受氣象影響的特點(diǎn)，新的信道模型不再依賴靜態(tài)的歷史降雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而是引入短時(shí)氣象預(yù)報(bào)，構(gòu)建隨天氣、仰角動(dòng)態(tài)變化的信道系數(shù)，從而提升高頻段鏈路預(yù)算的準(zhǔn)確性。

對(duì)于應(yīng)用層來說，通過構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境，可有效應(yīng)對(duì)多廠家、跨行業(yè)產(chǎn)品的集成難題。在該模擬場(chǎng)景中運(yùn)行大部分用例，能夠全方位進(jìn)行壓力測(cè)試，驗(yàn)證端到端流程、異常場(chǎng)景、性能及穩(wěn)定性。

此外，底層的數(shù)據(jù)閉環(huán)機(jī)制通過匯聚仿真數(shù)據(jù)、在軌實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與地面驗(yàn)收數(shù)據(jù)，形成數(shù)字資產(chǎn)，經(jīng)過標(biāo)注與分析，不斷修正模型參數(shù)，提升仿真精度，進(jìn)而優(yōu)化下一輪測(cè)試，實(shí)現(xiàn)正向循環(huán)。從未來趨勢(shì)看，業(yè)內(nèi)還將引入AI算法對(duì)海量仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，為系統(tǒng)運(yùn)維提供更精準(zhǔn)的決策支持。