6CCSDS协议结构分析与应用研究

1 4 4 科技创新导报 Sc i en ce an d Te ch n o lo g y In n o v a t i o n H era ld 2009 NO.28 Sc ienc e a nd T ech no lo gy I nno va t i on Her a ld 创 新 教 育 科技创新导报 CCSDS的全称是空间数据系统咨询委 员会[1](Consultive Committee for Space Data System, CCSDS),是成立于1982年的一个 国际组织 ,其任务是负责开发和采纳适合 于航天测控和数传系统的各种通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 和 数据处理规范 ,使未来的空间任务能以标 准化的方式进行数据交换与处理。 CCSDS的主要成果是一系列建议和报 告。按照内容划分 ,CCSDS的建议和 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 主 要有八类 :遥测系统、遥控系统、辅助数据、 射频与调制系统、跟踪与导航系统、信息获 取与交换系统、高级在轨系统、交互支持业 务和结构。与国际电信联盟 (International Telecommunication Union,ITU)相似,CCSDS 建议的形成要经过严密的程序 ,各类文件则 需采用不同颜色的封面 ,如表1所示。 1 CCSDS协议层次模型 与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的OSI模型相似 ,CCSDS协议的 层次模型可分为物理层、数据链路层、网络 层、传输层和应用层 [2],如图1所示。各层可 以根据不同用户的不同服务要求采用不同 的传输协议。在实际应用中 ,整个CCSDS协 议可以被看作是一个混合的、匹配的工具 包 ,可以根据特定任务的处理要求 ,从这个 工具包中选出合适的协议组合进行应用。 例如 ,在链路层 ,可以采取COS和AOS的混 合配置 ,如利用一个常规的前向TC链路协 议传输命令 ,而利用一个反向的AOS链路 协议传输语音、视频、图像等多媒体业务。 2 CCSDS空间数据链路协议 CCSDS空间数据链路协议包括遥测空 间数据链路协议、遥控空间数据链路协议 与AOS空间数据链路协议 ,如图2所示 [3]。遥 测空间数据链路协议通常 (但不局限于 )从 航天器发送遥测信息到地面 ,遥控空间数 据链路协议通常 (但不局限于 )从地面发送 指令到航天器。如果需要在航天器和地面 间的两路在线通信 ,AOS空间数据链路协 议可以只用于一条反向链路中或都用于前 向和反向链路中。 空间数据链路协议提供了在空间链路 传输各种类型数据的能力 ,但它们的主要 功能是传输可变长度的数据单元 ,如包 [3]。 空间数据链路协议能运载的包需要具有 CCSDS认可的包版本号(PVN)。PVN必须在 空间链路标识符文件中注册。目前下列包 是CCSDS认可的 :空间包 [4]、空间通信协议 规范 -网络协议 (SCPS- NP)数据包、IP-4 数据包。对于其他类型的包 ,可以先将其封 装成空间包后 ,再由空间数据链路协议进 行传输。 空间数据链路协议的基本数据单元为 传输帧。遥控空间数据链路协议使用可变 长度的传输帧来保证长度较短的信息 (通 常为命令信息 )短时延的接收。为保证命令 信息能够无间隔、无重复、按发送顺序到达 接收端 ,需要引入重传控制机制 ,该机制由 通信操作程序 (COP-1)提供。遥测空间数 据链路协议和AOS空间数据链路协议使用 固定长度的传输帧 ,以便在空间链路实现 较可靠的帧同步 ,这两个协议均无法保证 数据传输的完整性 ,因此在应用这两个协 议时 ,如果需要保证完整、可靠的数据传 输 ,需要由高层协议来进行重传控制。 遥测同步和信道编码建议与遥控同步 和信道编码建议提供了传输数据帧时的帧 同步功能和信道编码功能 ,通常 ,遥测同步 和信道编码协议与AOS空间数据链路协 议、遥测空间数据链路协议结合使用 ,而遥 控同步和信道编码协议与遥控空间数据链 路协议结合使用。为了在物理层实现准确 的位同步技术 ,这两个协议还提供了对传 输帧进行伪随机化的功能。 3 CCSDS网络协议 空间通信环境网络具有传输时延大、 信噪比低、突发噪声强、多普勒频移大、空 间链路时断时续等特点 ,此时应用于地面 通信网络的 ,面向连接的TCP/IP互联网协 议是无法高效工作的。因此 ,研究适用于空 间通信网络的网络协议已成为一个热点问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。在目前的一些研究成果中 ,CCSDS制定 的空间通信协议规范 (Space Communica- tion Protocol Specification,SCPS)较为成 功。该协议以TCP/IP协议为基础 ,进行适 当的修改和扩充 ,在空间通信网络和地面 通信环境之间架设起通信的桥梁 [5]。 SCPS协议由4部分构成 : (1)SCPS网络协议 [6](SCPS Network Protocol,SCPS—NP),该协议在空间通信 网络上 ,支持报文的静态路由、动态路由和 洪泛路由 ,并可应用于多种信道环境。 SCPS-NP包可随服务业务不同而改变头部 结构 ,以达到最优比特效率 ; (2)SCPS 安全协议 租房安全协议拆除工程安全协议书房屋拆除合同及安全协议书高空作业安全协议书范本高空作业安全协议责任书 [7](SCPS Security Protoocl,SCPS—SP),该协议通过把数据报 文封装在一个特殊结构的安全包中 ,提供 报文端到端传输的完整性、保密性和鉴权 服务功能 ; (3)SCPS传输控制协议 [8](SCPS Trans- port Protocol,SCPS-TP),针对在可能包含 一条或多条空间数据链路的通信网络的终 端之间 ,提供数据的可靠的端到端传输 ; (4)SCPS文件处理协议 [9](SCPS File Protocol,SCPS-FP),该协议在空间通信网 络中的作用对应于 TCP/ IP中的互联网 FTP,针对航天器控制命令、软件加载和遥 控数据集的下载应用 ,进行优化。 4 CCSDS建议中协议组合及实例 CCSDS常用的协议组合方式如图3所 示 [2]。 根据图3的协议组合方式,本文选取无损 数据压缩协议(LosslessData Compression)、空 间包协议(SPP)、AOS空间数据链路协议(AOS CCSDS协议结构分析与应用研究 田野 [1 ] 刘庆利 [ 2 ] 张艳琴 [ 1 ] 高晓玲 [ 1 ] ( 1 沈阳理工大学信息学院 沈阳 1 1 0 1 6 8 ; 2 东北大学信息学院 沈阳 1 1 0 0 0 4 ) 摘 要:随着空间通信系统的发展,CCSDS建议渐渐成为了空间通信的标准。本文针对CCSDS建议提出的协议框架结构,分析了CCSDS建议 的整体框架及各部分所应用的协议,简述了它们的基本原理及构造模型,并提出一种基于CCSDS建议的,适合卫星与卫星之间以及卫星与 地面站之间的点到点通信系统模型。 关键词:空间通信系统 CCSDS 点到点通信 系统模型 中图分类号 :TN991 文献标识码 :A 文章编号 :1674-098X(2009)10(a)-0144-03 表1 CCSDS文件类型及相应的封面颜色 145 科技创新导报 Sc i en ce a n d Tec h n o lo g y In n o v a t i o n H era ld 创 新 教 育 2009 NO.28 Sc ienc e a nd T ech no lo gy I nno va t i on Her a ld 科技创新导报 SDLP)、遥测同步与信道编码协议(TM SCC) 协议组合方式 ,提出了一种适用于卫星与卫 星之间、卫星与地面站之间的点到点通信系 统模型 ,如图4所示。 在发送端 ,卫星上的多个信源产生的 多路数据经信源编码后 ,分别选取不同的 服务方式以生成虚拟信道传输帧 ,每个虚 拟信道对应一个虚拟信道标识符 (Virtual Channel Identifier, VCID)。多个虚拟信道 传输帧时分复用物理信道 ,决定当前需要 进行传输的帧。该传输帧经过信道编码、随 机化、加入帧同步头后 ,形成物理信道访问 单元 (Channel Access Data Unit,CADU), 再进行物理层的基带、射频处理 ,最后送入 物理信道进行传输。 在接收端 ,首先将接收到的信号进行 射频、基带处理 ,得到二进制串行码流 ,然 后对二进制码流进行帧同步处理、解随机 化、信道解码 ,提取出可用的传输帧。之后 , 虚拟信道分用过程再根据传输帧中的 VCID将不同虚拟信道的帧区分开 ,并根据 该帧在发送端采取的服务类型 ,将帧中的 有效信息数据提取出来 ,交给相应的用户。 以包服务为例 ,卫星上信源产生的数 据经信源编码后 ,被封装成空间包。在包头 中 ,含有应用进程标识符 (Application Pro- cess Indentifier,APID),每个仪器对应一个 APID,在接收端可以用APID来对数据源进 行识别。同时 ,在空间通信网络中 ,一个卫 星还可以转发其他卫星上的数据 ,这些被 转发数据可被封装成SCPS-NP包。SCPS- NP包和空间包均被送入包处理过程。 在包处理过程中 ,多个空间包和SCPS- N P包被级联 ,生成复用协议数据单元 MPDU。生成的MPDU被送入帧生成模块 中 ,生成虚拟信道传输帧 ,每个虚拟信道对 应一个虚拟信道标识符 (Virtual Channel Identifier, VCID)。多个虚拟信道传输帧时 分复用物理信道 ,决定当前需要进行传输 的帧 ,该帧经过纠错编码、随机化、加入帧 同步头后 ,再进行物理层的基带、RF处理 , 最后送入物理信道进行传输。 在接收端 ,首先将接收到的信号进行 射频、基带处理 ,得到二进制串行码流 ,然 后对二进制码流进行帧同步处理、解伪随 机化、信道解码 ,提取出可用的传输帧。之 后 ,虚拟信道分用过程根据传输帧中的 VCID将不同虚拟信道的帧分开处理 ,提取 出其中的MPDU,再将MPDU送入包提取功 能模块 ,根据包版本号的不同 ,区分出是 SCPS-NP包或是空间包。对于 SCPS-NP 包 ,可以根据包头中的信宿交给相应的用 户 ,而对于空间包 ,可以根据APID识别数 据源 ,送给相应的用户。 5 结语 本文主要详细分析了CCSDS建议的整 体框架及各部分所应用的协议 ,并提出一 种适应于卫星与卫星之间以及卫星与地面 站之间的链路点到点通信系统模型 ,为以 后深入研究CCSDS建议提供了基础。 参考文献 [1] 黄薇 ,张纪生 .CCSDS AOS建议介绍 .飞 行器测控学报 ,Vol.19 No3 Sep 2000. [2]“Overview of Space Communications Protocol”,130.0～G～2,Green Book, Issue2(Washington,D.C.:CCSDS,Dece mber 2007) [3] 张琛 ,等 .CCSDS遥测遥控空间数据系 统通信协议及其应用 .航天返回与遥 图1 协议层次模型 图2 重构的CCSDS遥测和遥控建议 图3 CCSDS协议的可能组合方式 1 4 6 科技创新导报 Sc i en ce an d Te ch n o lo g y In n o v a t i o n H era ld 2009 NO.28 Sc ienc e a nd T ech no lo gy I nno va t i on Her a ld 创 新 教 育 科技创新导报 感 ,2004年 02期 . [4]“Space Packet Protocol,”133.0～B～ 1,Blue Book,(Washington,D.C.:CCS DS,September 2003). [5] 范士明 ,刘维华 .CCSDS高级在轨系统 的数据发送和获取技术 .北京卫星信息 工程研究所 . [6] Space Communications Protocol Specif ication～Network Protocol(SCPS～N (a)发送端的数据处理过程 P),713.0～B～1,Blue Book(Washingt on,D.C. :CCSDS,May 1999) . [7]“Space Communications Protocol Spec ification ～Security Protocol (SCPS～ SP),”713.5～B～1,Blue Book (Wash ington,D.C.:CCSDS, May 1999). [8] Space Communications Protocol Specif ication～Transprot Protocol(SCPS～T P),714.0～B～2,Blue Book(Washingt on ,D.C. :CCSDS,October2006) . [9] Space Communications Protocol Specif ication～File Protocol(SCPS～FP).717. 0～B～1,Blue Book (Washington,D. C.:CCSDS,May 1999). 图4 本文提出的空间点到点通信模型 (b)接收端的数据处理过程