Meteor M1 satelliet
Bron: vladtime.ru
Inleiding
Die werking van ruimtetegnologie is onmoontlik sonder radiokommunikasie, en in hierdie artikel sal ek probeer om die hoofgedagtes te verduidelik wat die basis gevorm het van die standaarde wat ontwikkel is deur die Internasionale Advieskomitee vir Ruimtedatastelsels (CCSDS. Hierdie afkorting sal hieronder gebruik word) .
Hierdie pos sal hoofsaaklik op die dataskakellaag fokus, maar basiese konsepte vir ander lae sal ook bekendgestel word. Hierdie artikel gee geensins voor om 'n deeglike en volledige beskrywing van die standaarde te wees nie. Jy kan dit sien by CCSDS. Dit is egter baie moeilik om te verstaan, en ons het baie tyd spandeer om hulle te probeer verstaan, so hier wil ek basiese inligting verskaf, met wat dit baie makliker sal wees om al die ander te verstaan. So, kom ons begin.
Noble Mission of CCSDS
Miskien het iemand 'n vraag: hoekom moet almal aan standaarde voldoen as jy jou eie radioprotokolstapel (of jou eie standaard, met blackjack en nuwe funksies) kan ontwikkel, en sodoende die sekuriteit van die stelsel verhoog?
Soos die praktyk toon, is dit meer winsgewend om aan CCSDS-standaarde te voldoen om die volgende aantal redes:
- Die komitee wat verantwoordelik is vir die publisering van die standaarde sluit verteenwoordigers van elke groot lugvaartagentskap in die wêreld in, wat waardevolle ondervinding opgedoen het oor baie jare van ontwerp en bedryf van verskeie missies. Dit sal baie absurd wees om hierdie ervaring te ignoreer en weer op hul hark te trap.
- Hierdie standaarde word ondersteun deur grondstasietoerusting wat reeds op die mark is.
- Wanneer u enige probleme oplos, kan u altyd hulp van kollegas van ander agentskappe soek sodat hulle 'n kommunikasiesessie met die toestel vanaf hul grondstasie kan hou. Soos u kan sien, is standaarde 'n uiters nuttige ding, so kom ons kyk na die belangrikste punte daarvan.
Argitektuur
Die standaarde is 'n stel dokumente wat die mees algemene OSI (Open System Interconnection) model weerspieël, behalwe dat op die dataskakelvlak die gemeenskaplikheid beperk is tot die verdeling in telemetrie (afskakel - ruimte - Aarde) en telebevele (opskakel).
Kom ons kyk na sommige van die vlakke in meer detail, begin met die fisiese en beweeg op. Vir groter duidelikheid sal ons die argitektuur van die ontvangende kant oorweeg. Die oordragende een is sy spieëlbeeld.
Fisiese laag
Op hierdie vlak word die gemoduleerde radiosein in 'n bietjiestroom omgeskakel. Die standaarde hier is hoofsaaklik adviserende van aard, aangesien dit op hierdie vlak moeilik is om te abstraheer van die spesifieke implementering van die hardeware. Hier is die sleutelrol van CCSDS om die aanvaarbare modulasies (BPSK, QPSK, 8-QAM, ens.) te definieer en 'n paar aanbevelings te gee oor die implementering van simboolsinchronisasiemeganismes, Doppler-vergoeding, ens.
Sinchronisasie en enkodering vlak
Formeel is dit 'n sublaag van die dataskakellaag, maar word dikwels in 'n aparte laag geskei as gevolg van die belangrikheid daarvan binne die CCSDS-standaarde. Hierdie laag omskep die bisstroom in sogenaamde rame (telemetrie of telekommando's), waaroor ons later sal praat. Anders as simboolsinchronisasie by die fisiese laag, wat jou toelaat om die korrekte bisstroom te verkry, word raamsinchronisasie hier uitgevoer. Oorweeg die pad wat data op hierdie vlak neem (van onder na bo):
Voor dit is dit egter die moeite werd om 'n paar woorde oor kodering te sê. Hierdie prosedure is nodig om bisfoute te vind en/of reg te stel wat onvermydelik voorkom wanneer data oor 'n radiokanaal gestuur word. Hier sal ons nie dekoderingsprosedures oorweeg nie, maar sal slegs die inligting verkry wat nodig is om die verdere logika van die vlak te verstaan.
Kodes kan blok of deurlopend wees. Die standaarde dwing nie die gebruik van 'n spesifieke tipe enkodering af nie, maar dit moet as sodanig teenwoordig wees. Deurlopende kodes sluit konvolusionele kodes in. Hulle word gebruik om 'n deurlopende bisstroom te enkodeer. Dit is in teenstelling met blokkodes, waar data in kodeblokke verdeel word en slegs binne volledige blokke gedekodeer kan word. Die kodeblok verteenwoordig die versendte data en die aangehegte oortollige inligting wat nodig is om die korrektheid van die data wat ontvang is te verifieer en moontlike foute reg te stel. Blokkodes sluit die bekende Reed-Solomon-kodes in.
As konvolusionele enkodering gebruik word, gaan die bitstroom van die begin af die dekodeerder binne. Die resultaat van sy werk (dit alles gebeur natuurlik voortdurend) is CADU (kanaaltoegangsdata-eenheid) datablokke. Hierdie struktuur is nodig vir raamsinchronisasie. Aan die einde van elke CADU is daar 'n aangehegte synch maker (ASM). Dit is 4 grepe wat vooraf bekend is, waardeur die sinchroniseerder die begin en einde van die CADU vind. Dit is hoe raamsinchronisasie bewerkstellig word.
Die volgende opsionele stadium van die sinchronisasie- en enkoderingslaag word geassosieer met die eienaardighede van die fisiese laag. Dit is derandomisering. Die feit is dat om simboolsinchronisasie te bereik, gereelde oorskakeling tussen simbole nodig is. Dus, as ons byvoorbeeld 'n kilogreep data uitsaai wat geheel en al uit ene bestaan, sal sinchronisasie verlore gaan. Daarom word die insetdata tydens transmissie gemeng met 'n periodieke pseudo-ewekansige volgorde sodat die digtheid van nulle en ene eenvormig is.
Vervolgens word die blokkodes gedekodeer, en wat oorbly is die finale produk van die sinchronisasie- en enkoderingsvlak - 'n raam.
Skakellaag
Aan die een kant ontvang die skakellaagverwerker rame, en aan die ander kant reik dit pakkies uit. Aangesien die grootte van pakkies nie formeel beperk is nie, is dit vir hul betroubare oordrag nodig om dit in kleiner strukture op te breek - rame. Hier sal ons na twee onderafdelings kyk: afsonderlik vir telemetrie (TM) en telekommando's (TC).
Telemetrie
Eenvoudig gestel, dit is die data wat die grondstasie van die ruimtetuig ontvang. Alle oorgedra inligting word verdeel in klein fragmente van 'n vaste lengte - rame wat oorgedra data en diensvelde bevat. Kom ons kyk van naderby na die raamstruktuur:
En kom ons begin ons oorweging met die hoofopskrif van die telemetrie-raam. Verder sal ek myself toelaat om bloot die standaarde op sommige plekke te vertaal, en gee 'n paar verduidelikings langs die pad.
Die Meesterkanaal-ID-veld moet die raamweergawenommer en die toestelidentifiseerder bevat.
Elke ruimtetuig, volgens CCSDS-standaarde, moet sy eie unieke identifiseerder hê, waardeur mens, met 'n raam, kan bepaal aan watter toestel dit behoort. Formeel is dit nodig om 'n aansoek in te dien om die toestel te registreer, en sy naam, saam met sy identifiseerder, sal in oop bronne gepubliseer word. Russiese vervaardigers ignoreer egter dikwels hierdie prosedure en ken 'n arbitrêre identifiseerder aan die toestel toe. Die raamweergawenommer help om te bepaal watter weergawe van die standaarde gebruik word om die raam korrek te lees. Hier sal ons slegs die mees konserwatiewe standaard met weergawe "0" oorweeg.
Die virtuele kanaal-ID-veld moet die VCID bevat van die kanaal waaruit die pakkie gekom het. Daar is geen beperkings op die keuse van VCID nie; in die besonder word virtuele kanale nie noodwendig opeenvolgend genommer nie.
Baie dikwels is daar 'n behoefte om oorgedra data te multiplekseer. Vir hierdie doel is daar 'n meganisme van virtuele kanale. Die Meteor-M2-satelliet stuur byvoorbeeld 'n kleurbeeld in die sigbare reeks uit en verdeel dit in drie swart en wit - elke kleur word in sy eie virtuele kanaal in 'n aparte pakkie uitgesaai, hoewel daar 'n mate van afwyking van die standaarde in die struktuur van sy rame.
Die Operasionele Beheer-vlagveld sal 'n aanduiding wees van die teenwoordigheid of afwesigheid van die Operasionele Beheerveld in die telemetrieraam. Hierdie 4 grepe aan die einde van die raam dien om terugvoer te verskaf wanneer die aflewering van telebevelrame beheer word. Ons sal 'n bietjie later oor hulle praat.
Die hoof- en virtuele kanaalraamtellers is velde wat elke keer as 'n raam gestuur word met een verhoog word. Dien as 'n aanduiding dat nie 'n enkele raam verlore gegaan het nie.
Die telemetrie-raamdatastatus is nog twee grepe vlae en data, waarvan ons net na 'n paar sal kyk.
Die sekondêre kopvlagveld moet 'n aanduiding wees van die teenwoordigheid of afwesigheid van 'n sekondêre kop in die telemetrieraam.
As jy wil, kan jy 'n bykomende kopskrif by elke raam voeg en enige data daar na jou goeddunke plaas.
Die eerste kopwyser-veld, wanneer die sinchronisasievlag op "1" gestel is, sal 'n binêre voorstelling van die posisie van die eerste oktet van die eerste pakkie in die dataveld van die telemetrieraam bevat. Die posisie word vanaf 0 in stygende volgorde vanaf die begin van die dataveld getel. As daar geen begin van die pakkie in die dataveld van die telemetrie-raam is nie, moet die wyserveld na die eerste kop die waarde in binêre voorstelling "11111111111" hê (dit kan gebeur as een lang pakkie oor meer as een raam versprei is ).
As die dataveld 'n leë pakkie (Idle Data) bevat, moet die wyser na die eerste kop die waarde in binêre voorstelling "11111111110" hê. Deur hierdie veld te gebruik, moet die ontvanger die stroom sinchroniseer. Hierdie veld verseker dat sinchronisasie herstel word selfs al word rame laat val.
Dit wil sê, 'n pakkie kan, sê, begin in die middel van die 4de raam en eindig aan die begin van die 20ste. Hierdie veld word gebruik om sy begin te vind. Pakkies het ook 'n kopskrif wat die lengte daarvan spesifiseer, so wanneer 'n wyser na die eerste kopskrif gevind word, moet die skakellaagverwerker dit lees en sodoende bepaal waar die pakkie sal eindig.
As 'n foutbeheerveld teenwoordig is, moet dit in elke telemetrieraam vir 'n spesifieke fisiese kanaal regdeur die missie vervat word.
Hierdie veld word met die CRC-metode bereken. Die prosedure moet n-16 bisse van die telemetrieraamwerk neem en die resultaat van die berekening in die laaste 16 bisse invoeg.
TV-spanne
Die TV-opdragraam het verskeie beduidende verskille. Tussen hulle:
- Verskillende opskrifstruktuur
- Dinamiese lengte. Dit beteken dat die raamlengte nie styf gestel is, soos in telemetrie gedoen word nie, maar kan wissel na gelang van die versendte pakkies.
- Pakkie aflewering waarborg meganisme. Dit wil sê, die ruimtetuig moet, nadat dit ontvang is, die korrektheid van raamontvangs bevestig, of versoek om aanstuur vanaf 'n raam wat met 'n onregstelbare fout ontvang kon gewees het.
Baie velde is reeds aan ons bekend vanaf die telemetrie-raamopskrif. Hulle het dieselfde doel, so hier sal ons slegs die nuwe velde oorweeg.
Een stukkie van die omseilvlag moet gebruik word om raamkontrole by die ontvanger te beheer. 'n Waarde van "0" vir hierdie vlag sal aandui dat die raam 'n Tipe A-raam is en volgens PLAAS geverifieer moet word. 'n Waarde van "1" vir hierdie vlag moet aan die ontvanger aandui dat die raam 'n tipe B-raam is en PLAAS-kontrole moet omseil.
Hierdie vlag lig die ontvanger in of 'n raamafleweringserkenningsmeganisme genaamd FARM - Frame Acceptance and Reporting Mechanism moet gebruik.
Die beheeropdragvlag moet gebruik word om te verstaan of die dataveld 'n opdrag of data vervoer. As die vlag "0" is, moet die dataveld data bevat. As die vlag "1" is, moet die dataveld beheerinligting vir PLAAS bevat.
FARM is 'n eindige toestand masjien waarvan die parameters gekonfigureer kan word.
RSVD. SPARE – gereserveerde stukkies.
Dit blyk dat CCSDS planne vir hulle in die toekoms het, en vir terugwaartse versoenbaarheid van protokolweergawes het hulle hierdie stukkies reeds in huidige weergawes van die standaard gereserveer.
Die raamlengteveld moet 'n getal in bisvoorstelling bevat wat gelyk is aan die raamlengte in oktette minus een.
Die raamdataveld moet die kopskrif sonder spasies volg en 'n heelgetal oktette bevat, wat 'n maksimum van 1019 oktette lank kan wees. Hierdie veld moet óf raamdatablok- óf beheeropdraginligting bevat. Die raamdatablok moet bevat:
- heelgetal aantal gebruikersdata-oktette
- segmentopskrif gevolg deur 'n heelgetal aantal gebruikersdata-oktette
As 'n opskrif teenwoordig is, moet die datablok 'n Pakkie, 'n stel Pakkette of 'n deel van 'n Pakkie bevat. 'n Datablok sonder 'n kop kan nie dele van Pakkies bevat nie, maar kan privaatformaat datablokke bevat. Dit volg hieruit dat 'n kopskrif vereis word wanneer die oorgedra datablok nie in een raam pas nie. 'n Blok data wat 'n kop het, word 'n segment genoem
Die twee-bis vlae veld moet bevat:
- "01" - as die eerste deel van die data in die datablok is
- "00" - as die middelste deel van die data in die datablok is
- "10" - as die laaste stuk data in die datablok is
- "11" - as daar geen verdeling is nie en een of meer pakkies pas heeltemal in die datablok.
Die MAP ID-veld moet nulle bevat as MAP-kanale nie gebruik word nie.
Soms is 6 bisse wat aan virtuele kanale toegewys is nie genoeg nie. En as dit nodig is om data op 'n groter aantal kanale te vermenigvuldig, word nog 6 bisse vanaf die segmentopskrif gebruik.
PLAAS
Kom ons kyk van naderby na die werkingsmeganisme van die personeelafleweringsbeheerstelsel. Hierdie stelsel maak slegs voorsiening vir die werk met rame van telebevele weens hul belangrikheid (telemetrie kan altyd weer aangevra word, en die ruimtetuig moet die grondstasie duidelik hoor en altyd sy opdragte gehoorsaam). So, veronderstel ons besluit om ons satelliet weer te flits, en 'n binêre lêer van 10 kilogrepe groot na dit te stuur. Op die skakelvlak word die lêer in 10 rame (0, 1, ..., 9) verdeel wat een vir een opwaarts gestuur word. Wanneer die uitsending voltooi is, moet die satelliet die korrektheid van die pakkie-ontvangs bevestig, of rapporteer oor watter raam die fout plaasgevind het. Hierdie inligting word na die operasionele beheerveld in die naaste telemetrieraam gestuur (Of die ruimtetuig kan die uitsending van 'n ledige raam inisieer as dit niks te sê het nie). Gebaseer op die ontvangde telemetrie, maak ons óf seker dat alles reg is, óf ons gaan voort om die boodskap weer te stuur. Kom ons neem aan die satelliet het nie raam #7 gehoor nie. Dit beteken ons stuur vir hom rame 7, 8, 9. As daar geen reaksie is nie, word die hele pakkie weer gestuur (en so aan verskeie kere totdat ons besef dat die pogings tevergeefs is).
Hieronder is die struktuur van die operasionele beheerveld met 'n beskrywing van sommige velde. Die data in hierdie veld word genoem CLCW - Communication Link Control Word.
Aangesien jy maklik uit die prentjie die doel van die hoofvelde kan raai, en die ander is vervelig om na te kyk, versteek ek die gedetailleerde beskrywing onder 'n bederf
Verduideliking van CLCW-veldeBeheerwoordtipe:
Vir hierdie tipe moet die kontrolewoord 0 bevat
Beheerwoord-weergawe (CLCW-weergawenommer):
Vir hierdie tipe moet die beheerwoord gelyk wees aan "00" in die bis-voorstelling.
Statusveld:
Die gebruik van hierdie veld word vir elke missie afsonderlik bepaal. Kan vir plaaslike verbeterings deur verskeie ruimte-agentskappe gebruik word.
Virtuele kanaal identifikasie:
Moet die identifiseerder bevat van die virtuele kanaal waaraan hierdie beheerwoord geassosieer word.
Fisiese kanaaltoegangvlag:
Die vlag moet inligting verskaf oor die gereedheid van die ontvanger se fisiese laag. As die fisiese laag van die ontvanger nie gereed is om rame te ontvang nie, moet die veld "1" bevat, anders "0".
Sinchronisasie mislukking vlag:
Die vlag kan aandui dat die fisiese laag teen 'n swak seinvlak werk en die aantal afgekeurde rame te hoog is. Die gebruik van hierdie veld is opsioneel; indien dit gebruik word, moet dit "0" bevat as sinchronisasie beskikbaar is, en "1" as dit nie is nie.
Blokkeer vlag:
Hierdie bietjie sal die PLAAS-slotstatus vir elke virtuele kanaal bevat. 'n Waarde van "1" in hierdie veld behoort aan te dui dat FARM gedeaktiveer is en rame sal weggegooi word vir elke virtuele laag, anders "0".
Wag vlag:
Hierdie bis sal gebruik word om aan te dui dat die ontvanger nie data op die gespesifiseerde virtuele kanaal kan verwerk nie. 'n Waarde van "1" dui aan dat alle rame op hierdie virtuele kanaal weggegooi sal word, anders "0".
Stuur vlag:
Hierdie vlag sal 'n "1" bevat as een of meer tipe A-rame weggegooi is of gapings gevind is, dus herstuur is nodig. Die "0" vlag dui aan dat daar geen rame laat val of oorgeslaan is nie.
Reaksiewaarde:
Raamnommer wat nie ontvang is nie. Bepaal deur die teller in die telebevelraamopskrif
Netwerklaag
Kom ons raak 'n bietjie aan hierdie vlak. Daar is twee opsies hier: óf gebruik die spasiepakketprotokol, óf omhul enige ander protokol in die CCSDS-pakkie.
'n Oorsig van die spasiepakketprotokol is 'n onderwerp vir 'n aparte artikel. Dit is ontwerp om sogenaamde toepassings toe te laat om naatloos data uit te ruil. Elke toepassing het sy eie adres en basiese funksionaliteit vir die uitruil van data met ander toepassings. Daar is ook dienste wat verkeer lei, aflewering beheer, ens.
Met inkapseling is alles eenvoudiger en duideliker. Die standaarde maak dit moontlik om enige protokolle in CCSDS-pakkies in te kap deur 'n bykomende kop by te voeg.
Waar die kopskrif verskillende betekenisse het afhangende van die lengte van die protokol wat ingekapsuleer word:
Hier is die hoofveld die lengte van die lengte. Dit kan wissel van 0 tot 4 grepe. Ook in hierdie opskrif moet jy die tipe ingekapselde protokol met behulp van die tabel aandui .
IP-inkapseling gebruik 'n ander byvoeging om die tipe pakkie te bepaal.
Jy moet nog een kopskrif byvoeg, een oktet lank:
Waar PID is 'n ander protokol identifiseerder geneem
Gevolgtrekking
Met die eerste oogopslag kan dit voorkom asof die CCSDS-opskrifte uiters oorbodig is en sommige velde kan weggegooi word. Inderdaad, die doeltreffendheid van die resulterende kanaal (tot op die netwerkvlak) is ongeveer 40%. Sodra die behoefte ontstaan om hierdie standaarde te implementeer, word dit egter duidelik dat elke veld, elke opskrif sy eie belangrike missie het, en ignoreer wat lei tot 'n aantal onduidelikhede.
As die habravereniging belangstelling in hierdie onderwerp toon, sal ek bly wees om 'n hele reeks artikels te publiseer wat gewy is aan die teorie en praktyk van ruimtekommunikasie. Dankie vir jou aandag!
bronne
PS
Moenie te hard slaan as jy enige onakkuraathede vind nie. Rapporteer hulle en hulle sal reggemaak word :)
Bron: will.com