IP over CCSDS空间组网应用浅析

建立天地一体化的互联网络,实现任意时刻任意两点之间的端到端通信,是空间数据系统发展的必然趋势。CCSDS(空间数据系统咨询委员会)针对空间互联网业务,于2010年4月发布了CCSDS 702.1-R-4,提出了IP over CCSDS最新推荐方法。本文根据CCSDS空间互联网业务空间链路工作组的研究,阐述了在CCSDS空间数据链路协议中承载IP数据报的实现方法、服务及业务接口,并探讨了未来基于IP over CCSDS的空间网络结构。     

CCSDS遥控通信操作规程应用

由于遥控通信的重要性,为了在有噪声的链路空间中可靠地传输遥控数据,CCSDS(空间数据系统咨询委员会)提供了遥控COP-1(通信操作规程)建议书。该探作规程使用遥控空间链路协议,规定了空间任务中地—空或空—空通信链路间应用数据的自动重传操作规程,保证了用户业务数据的正确传输。此外,还介绍了CCSDS标准建议书中的遥控通信操作规程的概念、业务类型,并对其中使用的内部规程接口、业务数据传输操作规程以及滑动窗口的应用进行了详细说明。     

IP over CCSDS协议适配的高速并行实现技术

天地一体化组网应用须在空间网和地面网之间部署IP over CCSDS(基于CCSDS空间链路承载IP业务)协议适配网关,以实现在高速CCSDS(空间数据系统咨询委员会)空间链路之上传输IP(互联网协议)数据包。针对此需求,提出一种IP over CCSDS协议适配的高速并行实现方法,并在Linux内核中采用多线程技术实现IP over CCSDS协议适配过程,通过实验进行测试与验证。测试表明,在处理器多核数目的范围内,协议适配处理性能随线程并发数目的增加而增加;当线程数目超过处理器核数时,受限于处理器核数和线程调度开销的影响,协议适配的性能并不能随着线程数目的增多而线性增加。后续,可利用FPGA(现场可编程门阵列)硬件逻辑电路的并行能力在硬件上实现协议适配的高速并行处理,并设计更高速率的同步接口,以从硬件上实现几千兆比特甚至几十千兆比特的高速IP over CCSDS协议适配。     

CCSDS高级轨道运行系统通信系统的网络管理和信令标准

CCSDS是一个国际组织,授权其开发、采纳适合于航天通信和数据处理系统的各种通信协议和数据处理标准。在其进行的一系列活动中,CCSDS目前正处于正式批准适用于“高级轨道运行系统”(以国际空间站计划为代表)的通信业务和协议的最后阶段。作为AOS协议开发活动的一项附带工作,CCSDS正在规定网络管理功能,这是充分发挥AOS业务能力所必需的。CCSDS也涉足于各分布网管理系统中的通信管理信息。多国航天冒险计划是一种典型的分布网络管理系统环境。按设想,这些网络管理系统是自动化的,因此需要标准的网络管理协议和数据结构。本文简要介绍CCSDS网络管理环境,评述CCSDS网络管理功能建议的现状,国际网络管理标准的利用,支援AOS业务的信令系统的构成。最后以这一领城内未来研究时间进程表为结屋。     

我国航天测控通信系统配置CCSDS SLE业务方案设计

介绍了CCSDS SL正业务的具体内容,提出了在我国航天测控系统中采用CCSDS标准的SLE传输协议实现国际联网的设想,并给出了前向遥控SLE业务的配置方案。     

符合CCSDS标准的干涉测量系统接口设计

在参考国外各机构△DOR(双差分单向测距)干涉测量系统的数据接口设计方案和CCSDS(空间数据系统咨询委员会)相关标准的基础上,对我国干涉测量系统的数据接口与通信接口进行了设计。该设计方案与CCSDS标准《△DOR原始数据交换格式》相兼容,通信带宽可以满足对大数据量原始测量数据的实时传输。后续,将利用欧空局"金星快车"进行中欧双方干涉测量交互验证试验,验证双方相关处理系统的兼容性,以及相互传输的干涉测量原始数据格式与CCSDS RDEF(原始数据交换格式)的一致性。     

CCSDS空间数据系统标准的应用及效益

CCSDS关于遥测、遥控的建议正被现有及计划中的空间项目广泛采用。全球范围内,采用了CCSDS建议的在飞或在研项目已超过50个,当前符合CCSDS标准的地面数据系统的基础设施及商业产品的出现更可望推动将来CCSDS标准的应用。但在CCSDS建议尚未存在的领域,根据任务需要还需研制任务专用数据系统部件,导致了费用的增加。因此,CCSDS仍需把工作重点放在端-端数据系统的标准化上。     

CCSDS航天器在轨接口业务标准化工作综述

介绍了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)SOIS(航天器在轨接口业务领域)的各工作组工作现状以及开展的标准建议书情况,分析了已经完成的和正在开展的标准化工作,并研究了该领域的体系结构发展、无线通信标准以及即插即用标准的技术内容。     

CCSDS AOS及TC空间链路协议吞吐率性能分析

回顾了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的2种空间链路协议,即高级在轨系统空间数据链路协议(CCSDSAOS)及遥控空间数据链路协议(CCSDS TC)。在使用包业务传输集中数据时,分析了CCSDS TC的吞吐率与IP数据包包长的关系,研究了CCSDS AOS的吞吐率与IP数据包包长、传输帧帧长的关系。推导出了使用包业务传输集中数据时的空间链路误码率,空间链路协议的同步帧帧长与空间链路协议的误帧率、误包率、吞吐率的关系公式。在OPNET平台上,通过空地星间链路的仿真实验验证了此吞吐率的关系公式。并在典型空间通信场景下给出了空间链路协议的优化参数配置,为空间数据链路协议的应用提供了参考。     

SLE服务模型及应用研究

空间链路扩展(SLE)服务将CCSDS空间链路协议扩展到地面要素之间,完成空间链路数据单元在空间链路信道和地面用户之间的传输,从而建立标准的空间数据传输与管理接口,降低了数据交换业务在技术、管理以及操作方面所需的代价。本文研究了SLE参考模型和其2个重要服务RAF和CLTU,并在"嫦娥一号"绕月探测工程中进行了应用,实现了基于SLE技术的CLTU和RAF服务。     

CCSDS高级在轨系统协议吞吐量性能分析

简要介绍了CCSDS高级在轨系统(AOS)协议的信源特点;分析了影响AOS协议包业务吞吐量性能的因素,给出了传输集中数据时的包业务吞吐量计算公式;讨论了吞吐量-包长、吞吐量-帧长关系曲线,并针对传输集中数据情况下以吞吐量为指标优化AOS协议配置给出了指导性建议,为CCSDS AOS协议的应用提供了参考。     

NASDA对CCSDS文档传输协议（CFDP）的研究—关于现有研究活动和未来应用计划

日本宇宙事业开发团 (NASAD)对CCSDS文档传输协议 (CFDP)进行了研究。从 1 998年初开始 ,NASDA一直参与并支持CCSDS 1F小组的文档传输协议研究。作为CCSDS研究活动的一部分 ,NASDA进行了一系列由NEC东芝空间系统公司支持的CFDP实现活动。对CFDP的研究有两个目的 :一是作为CCSDS的成员机构对CCSDS的标准化进程做出贡献 ;二是在空间与地面数据系统中建立文档传输和处理方式。NASDACFDP软件已经对CCSDS做出了贡献 ,该软件与其他空间局开发的软件一起用于评估CFDP指标。NASDA开发了两种测试工具。一种是用于空…     

用于自由号空间站计划的数据标准

自由号空间站计划准备采用几项CCSDS的建议。CCSDS正在制订空/地通信格式和协议的标准,则CCSDS高级轨道运行系统(AOS)建议的开发,利用和采纳对于其被广泛接受极为重要。本文集中讨论高级轨道运行系统建议,只是附带说到其它CCSDS建议。自由号空间站由四个独立轨道单元组成,即载人空间基地,欧空局的有人照料自由飞行器,NASA的极轨平台和欧空局的极轨平台。载人基地本身包括四个分别由四个国家空间局提供的主要部件。两个由NASA提供的加压舱一个欧空局提供的加压舱,一个日本空间局提供的加压舱,一个由加拿大提供的类似航天飞机使用的操臂。涉及的国际接口如此多、显然形成了这样一种环境、数据系统标之不仅有好处,而且是必不可少的。本文讨论特别令人感兴趣的AOS建议在空间站计划中所起的四个方面作用: 第一,AOS是CCSDS的一种新建议,虽然空间站计划的数据系统方案已逐步成熟,并进入初步设计阶段,可它在该建议开发中已扮演了重要角色。这种并肩前进,给空间站计划和CCSDS带来了几项好处,包括公正而广泛的评论,各种试验设施,都是其它计划不可能提供的。本文介绍这些好处和两过程的相互作用。第二,空间站的四种飞行单元差异极大,所以每一单元的数据系统需求也互不相同。AOS建议定义了一套标准业务,航天器系统设计者可从中选用他们航天器所需要的业务。本文将介绍每一空间站轨道飞行体对CCSDS AOS建议的具体应用以及最终选定的业务。第三,仅其存在,AOS建议已经为数据系统若干问题的讨论提供了一种共用语言和框架。本文就空间站国际特性和作为NASA内部机构之间支持协议产生的一部分,介绍AOS建议的用途和重要性。第四,将介绍空间站计划技术要求框架中采纳CCSDS建议,特别是AOS的现状。     

CCSDS建议在深空探测中的应用

对目前已经比较成熟应用在国际深空任务中的各类CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议进行了梳理,分析了CCSDS工作组及兴趣组中正在讨论的与深空任务有关、值得关注的技术发展动向。从深空地面支持设施和任务2个层面分析了CCSDS建议在我国的应用情况,建议进一步提高在我国相关任务中应用CCSDS建议的程度,对交互支持管理业务、CFDP(CCSDS文件传输协议)、GMSK+PN(高斯最小频移键控+伪码)调制、DTN(容延迟网络)等技术开展研究与应用。     

深空通信中继文件传输协议设计

深空通信极远的传输距离导致链路误码率高,使文件的可靠传输需要较多的重传次数,而其传播时延长的特点,进一步加大了文件传输时延。研究以CCSDS(空间数据系统咨询委员会)文件传输协议的存储-转发机制,提出一种R-CFDP(中继型CFDP协议),设计了3种中继"存储-转发"策略,并数学建模推导了R-CFDP协议的文件传输时延理论计算式。仿真证明R-CFDP协议相对于CFDP(CCSDS文件传输协议)协议在传输时延方面具有优势。     

基于IP over CCSDS的空间通信网络天地一体化研究

为实现构建天地间端到端通信网络一体化,通过分析研究CCSDS建议,明确基于IP over CCSDS的航天测控通信网络天地一体化概念,分析和选择相关的数据交换协议,构建适合多地址航天器接入地面网络的端到端通信网络协议栈模型,并提出基于CCSDS的IP数据报传输方法。     

CCSDS建议在深空通信导航中的应用研究

结合深空通信导航技术的发展趋势,通过分析CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的研究领域、应用CCS-DS建议的空间任务,梳理出与深空通信导航相关的CCSDS建议。详细论述了深空任务中射频与调制、带宽频率调制、再生伪码测距以及相对差分单向测距等技术体制的CCSDS建议内容。并重点分析了CCSDS建议对我国深空测控网建设的影响,提出了我国深空测控设备符合CCSDS标准的技术要求。     

深空通信中CFDP协议应用优化分析

在对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的CFDP(CCSDS文件传输协议)工作过程和延时性能进行分析的基础上,提出深空通信环境下,适用于工程实际的协议传输效率优化目标。针对提高传输性能进行参数优化分析,并给出了获取最优化的PDU(协议数据单元)长度的方法。仿真分析了传输文件数据量、距离、误码率、带宽等任务和环境因素对CFDP协议实际使用效果和最优PDU长度选取的影响。仿真结果表明,根据具体的任务和环境条件使用分析优化后的PDU长度参数,可以使CFDP协议达到更高的实际传输效率。     

我国军用标准强制性问题的探讨

回顾了我国标准化有关法规关于标准性质问题的沿革，介绍了国外关于标准性质及强制性问题的现行做法和发展趋势。在此基础上，提出了标准是支持法规的技术文件而不是法规；标准是通用文件，必须结合具体情况贯彻实施；要历史和辨证地认识标准化法等文件所提出的几个观点。最终提出了军用标准不宜以强制性和推荐性区分的结论。     

高级在轨系统中的通信网络技术

本文分析了AOS所采用的通信网络技术，包括CCSDS主网、SCPS协议，并对应用模式进行了探讨。