CCSDS空间网络互联协议发展及启示

空间互联网将是由各种区域网构成的复杂异构网络,为了使其能够逐步实现自动化运行,网络效益得到最大程度的发挥,须做好网络互联的顶层规划与设计,并开发具体的标准技术.根据近年CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)发布的建议书,以及相关工作组的项目规划情况,介绍了SSI(Solar System Internetwork,太阳系互联网)体系结构、IPoC(IP over CCSDS space links,在CCSDS空间链路之上承载IP),以及DTN(Delay Tolerant Networking,容延迟网络)等标准项目.从CCSDS空间网络互联技术的发展历程不难得出结论:我国未来空间网络互联应注重区域网之间互联的顶层设计;区域网内部各子网之间的互联技术应选择以航天任务需求牵引为主;DTN将在区域网之间互联以及区域网从简单到复杂发展中都发挥重要作用.     

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 SLE系统原型方案研究

基于测控系统数据在SLE(空间链路扩展)服务提供方与使用方的传输包括2个流向——前向遥控指令和返向遥测数据——这一特点,从总体方案、软件体系结构和传输协议等3个方面对SLE系统提出设计方案。通过对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)SLE系统的研究和CCSDS SLE传输协议原型软件的实施验证,利于将此协议应用于今后的工作中,便于实现与国外航天机构的相互合作。     

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。     

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。     

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在我国深空地面测控设备的应用及建议

介绍了我国深空地面测控设备的技术性能和标准应用原则,指出将与国际标准和国内相关技术规范紧密结合作为深空站的最基本设计原则。重点分析阐述了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议在我国目前在建的66 m和35 m深空地面测控设备的应用情况,并提出在后续的设备和系统建设中,应用CCSDS标准时应加大合作力度进行更深入细致交流的可行性建议。     

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。     

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在我国航天领域的应用展望

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议有利于增强测控系统互联互通互支持能力,满足未来航天任务对空间信息高速传输及灵活高效信息调度机制的要求,应当作为我国构建天地一体化信息网络的首选标准。提出了加强顶层设计、循序渐进地推进CCSDS建议在我国实现工程化应用的总体思路,并提出在应用过程中应当注重创新任务操作模式、关注信息安全、深化关键技术研究与验证。     

IP over CCSDS/AOS空间通信QoS保证方法

首先分析空间通信体系发展趋势,提出基于IP over CCSDS/AOS的空间通信模型。在分析总结了地面网QoS(服务质量)机制和AOS(高级在轨系统)虚拟信道调度机制的基础上,提出一种IP(互联网协议)网络层区分服务与数据链路层AOS虚拟信道动态调度相结合的QoS保证方法。该方法将网络层的业务等级划分映射到AOS的虚拟信道分配算法中,并在此基础上实现AOS虚拟信道的动态调度,提高包括话音、视频在内的综合业务在空间链路传输的性能。     

空间信息传输协议测试平台研究

未来空间任务的复杂性不断提高,开发一个低成本的地面综合测试平台环境,通过模拟和仿真以确认、优化和验证空间信息传输的协议体系结构、先进技术和应用服务具有十分重要意义。文章描述了空间信息传输协议测试平台的应用对象和研究目标,提出了总体技术框架和功能组成,以未来月球任务为研究对象,分析了测试平台实验场景及测试方法步骤。     

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。     

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.