В развивающейся сфере спутниковых технологий появилась новая концепция космических вычислительных сетей (Space computing power networks, Space-CPN) для создания решений эффективной обработки и передачи данных в космических приложениях. В публикации журнала Engineering  китайского издательства Higher Education Press рассматриваются особенности и потенциальные возможности Space-CPN.

Спутниковые технологии обеспечивают сегодня бесперебойную глобальную связь и сбор с помощью дистанционного зондирования объемных данных о поверхности Земли, атмосфере и океанах. Однако передаче данных препятствуют такие проблемы, как короткие интервалы связи между спутниками и землей, ограничения в высокочастотном диапазоне и конфиденциальность информации. Архитектура Space-CPN на основе граничных  вычислений и бортовых вычислительных систем должна преодолеть такие ограничения.

Space-CPN объединяет коммуникационные и вычислительные возможности спутников на низкой, средней и геостационарной околоземных орбитах, позволяя распределять вычислительные мощности для обработки данных на борту. Такие спутники, к примеру, могут служить в чрезвычайных ситуациях космическими дата-центрами, в то время, как наземные станции, — ЦОДами для ресурсоемких задач.

Создание Space-CPN сопряжено с рядом проблем. Одна из них связана с переходом от традиционной передачи данных к коммуникациям, ориентированным на выполнение задач (Task-oriented communication). В отличие доставки массивов «сырых данных» в этом методе извлекаются и передаются только релевантные признаки (features) с наибольшей информативностью для таких задач, как, к примеру, машинное обучение или обработка данных на борту спутников. В статье представлен принцип устойчивого информационного бутылочного горлышка (Robust information bottleneck, RIB), позволяющий спутникам обмениваться только нужными признаками, повышая без дополнительных затрат надежность связи при помехах или задержках.

Другая проблема – в разработке архитектуры бортовых вычислительных систем с низким энергопотреблением. Для ее реализации предлагается использовать нейроморфные вычисления, имитирующие работу человеческого мозга. Рассматриваются применение спайковых нейронных сетей (Spiking neural networks, SNN), передающих, как и реальные нейроны, информацию импульсами (спайками), спутниковых федеративных и децентрализованных архитектур нейроморфных бортовых обучающих сетей.

Распределение и использование ресурсов в высокодинамичных средах Space-CPN должны обеспечить надежные методы оптимизации для количественной оценки взаимосвязи между требованиями к вычислительным и сетевым ресурсам.

В целом, по мнению авторов публикации, Space-CPN может кардинально изменить способы обработки и передачи данных в космических приложениях, проложив путь к созданию более эффективных и интеллектуальных спутниковых систем.