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。     

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。     

基于冗余连接机制的SLE网络协议体系模型

CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)SLE(Space Link Extension,空间链路拓展)网络协议体系模型中,一个服务实例只支持建立一个物理通信链路,造成上层应用与下层链路耦合过强,存在一定的安全隐患。针对此问题,设计了基于冗余连接机制的SLE网络协议体系模型,该模型在现有的SLE网络协议体系模型中增加了逻辑连接层,支持单一服务实例同时使用多个物理链路进行空间数据传输,可根据多连接状态重新设计TML(Transport Mapping Layer,传输映射层)状态变换关系以及数据传输模式。该模型能够兼容现有的SLE网络传输体系模型,提高SLE服务的可靠性。     

SLE服务在测控设备中的应用研究

针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的SLE(空间链路扩展)服务并不完全适应现有测控设备运行管理体系和数据交互体系的问题,在介绍SLE服务体系和我国航天测控设备运行管理体系的基础上,对测控设备接口关系、SLE业务对现有测控设备的要求以及SLE服务在测控通信领域的发展等方面进行了重点研究,提出了应用SLE服务的测控设备接口方案和相关设备设计要求,并建议逐步在深空站等具备条件的地面站配置和使用自主开发的SLE服务。     

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。     

基于SOA的SLE API系统设计

介绍了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)标准下的SLE(空间链路扩展)系统中API(应用程序接口)系统的概念和模型,并基于SOA(面向服务的体系结构)思想深入分析了SLE API系统的设计模式。SOA模型具有松耦合、重用性高、扩展性强等特点,这与我国提出的建立系统间"互联、互通、互操作"的新一代测控网的目标相吻合。本文在SOA模型框架下,针对我国测控网的现状,提出新型测控网可能的发展方向。     

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。     

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。     

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。     

基于传统遥控体制的分包遥控方案设计

针对我国现有大部分航天任务基于传统的PCM(脉冲编码调制)遥控体制,与CCSDS(空间数据系统咨询委员会)发布的上行遥控协议族标准不相符的情况,通过对分包遥控协议族和传统遥控体制的研究和分析,提出一种基于传统遥控体制下的分包遥控协议实现方案。将该方案与传统PCM遥控方案进行了对比和分析,结果表明,该方案不需要修改传统遥控体制的硬件体制,改动成本低;并且具备标准分包遥控分层、灵活、扩展性良好等优点,能够满足新一代航天器数据上行传输的需求。     

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。     

CCSDS建议在某新型航天器测控中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的AOS(高级在轨系统)数据传输机制和TM(遥测)信道编码,较好地满足了某新型航天器遥测功能服务于多数据源、信号格式采用帧结构以及链路采用高性能信道编码的要求。某新型航天器测控采用AOS建议的插入业务和位流业务专用虚拟信道分别解决了多个不同特征数据源的遥测数据等时传输问题;采用CCSDS建议的传送帧结构满足了非相干测量功能对下行信号的要求;同时参考CCSDS遥测同步和信道编码建议中Turbo码的码型设计和码块同步方法,完成了下行链路高性能信道编码设计。     

CCSDS高级在轨系统协议及其应用介绍

首先简要回顾了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)AOS(高级在轨系统)建议及其在空间数据系统信息交换和处理方面的优势,然后介绍了继载人航天飞船有效载荷数据管理系统、"实践"五号卫星及双星探测计划之后,中国科学院空间科学与应用研究中心在"嫦娥"卫星、月球车综合电子演示系统、百兆级高速多路复接器及"萤火"一号探测器上开展CCSDS AOS应用研究的新进展。     

基于FPGA的IP over CCSDS设计与实现

首先介绍了TCP/IP(传输控制协议/网际协议)技术和CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的应用背景,从天地网络一体化和未来空间站与地面交互式通信系统需求的角度出发,提出了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)的IP over CCSDS处理方法。详细描述了IP over CCSDS软件的实现方案和技术特点,并对其进行了测试和结果分析。     

基于简单组件模型的空间链路扩展应用编程接口的应用

空间链路扩展服务应用编程接口(SLE API)提供在用户方和提供方之间调用和返回操作的交互服务,它采用基于COM的简单组件模型。本文研究了简单组件模型和SLE API,利用ESA提供的SLE API软件开发包,建立了RAF和CLTU服务的传输模型,并进行了测试。     

近距-1协议在星间测距中的应用

针对近距航天器测距的需要,将CCSDS(空间数据系统咨询委员会)近距-1协议的定时业务与微波双向单程测距法相结合进行测距。该法以直序扩频技术来获得高精度传输帧ASM(附属同步标识)最后1位下降沿的时刻,并以时间码形式,通过帧数据域在测距星之间相互对传,综合考虑协议给出的信号物理特性,对所给出的方法进行了误差分析。分析表明,航天器之间距离不远,相对速度不大时,该法具有较高精度,且与数据通信共用1套设备,降低了成本。     

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。     

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。     

基于CCSDS标准的航天器上行遥控链路 协议体系与可靠性技术

针对航天测控领域中上行遥控业务的协议体系选择与可靠性设计问题,在对我国现行国军标技术指标要求与现有航天测控系统天地基遥控技术特点进行归纳梳理的基础上,基于空间段信息传输无线链路特点与CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)标准规范,研究给出了适用于我国航天测控任务的空间段遥控协议体系与可靠性措施,利用梳理统计方法对上行遥控体制进行了数学建模分析,并与CCSDS给出的应用算例进行了对比分析.分析结果表明,所涉及的上行遥控体制与CCSDS标准规范的工作效能基本相当,能够满足我国航天任务上行遥控任务使用需求.