As industry and academia continue to advance spaceborne computing and communication capabilities, the formation of cloud-native space clusters (CNSCs) has become an increasingly evident trend. This evolution progressively exposes the resource management challenges associated with coordinating fragmented and heterogeneous onboard resources while supporting large-scale and diverse space applications. However, directly transplanting mature terrestrial cloud-native cluster operating system paradigms into space is ineffective due to the fragmentation of spaceborne computing resources and satellite mobility, which collectively impose substantial challenges on resource awareness and orchestration. This article presents YUHENG-OS, a cloud-native space cluster operating system tailored for CNSCs. YUHENG-OS provides unified abstraction, awareness, and orchestration of heterogeneous spaceborne infrastructure, enabling cluster-wide task deployment and scheduling across distributed satellites. We introduce a four-layer system architecture and three key enabling technologies: modeling of heterogeneous resource demands for space tasks, fragmented heterogeneous resource awareness under network constraints, and matching of differentiated tasks with multidimensional heterogeneous resources under temporal dependency constraints. Evaluation results show that, compared with representative terrestrial cloud-native cluster operating systems exemplified by Kubernetes, YUHENG-OS achieves a substantially higher task completion ratio, with improvements of up to 98%. This advantage is primarily attributed to its ability to reduce resource awareness delay by 71%.


翻译:随着工业界和学术界持续提升星载计算与通信能力,云原生空间集群的形成已成为日益显著的趋势。这种演进逐渐暴露出资源管理方面的挑战:在协调碎片化、异构化的星载资源的同时,需支撑大规模、多样化的空间应用。然而,由于星载计算资源的碎片化特性及卫星的移动性,直接移植成熟的地面云原生集群操作系统范式到空间环境中难以奏效,这些因素共同对资源感知与编排构成了重大挑战。本文提出YUHENG-OS,一种专为云原生空间集群设计的空间集群操作系统。YUHENG-OS提供了对异构星载基础设施的统一抽象、感知与编排能力,能够在分布式卫星间实现全集群范围的任务部署与调度。我们介绍了四层系统架构及三项关键使能技术:空间任务的异构资源需求建模、网络约束下的碎片化异构资源感知,以及时间依赖约束下差异化任务与多维异构资源的匹配。评估结果表明,与以Kubernetes为代表的典型地面云原生集群操作系统相比,YUHENG-OS的任务完成率显著提升,最高提升幅度达98%。这一优势主要归因于其将资源感知延迟降低了71%。

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