Meteor M1 peyki
Mənbə: vladtime.ru
Giriş
Kosmik texnologiyanın fəaliyyəti radiorabitəsiz qeyri-mümkündür və mən bu məqalədə Kosmik Məlumat Sistemləri üzrə Beynəlxalq Məsləhət Komitəsi (CCSDS. Aşağıda bu abbreviaturadan istifadə olunacaq) tərəfindən hazırlanmış standartların əsasını təşkil edən əsas fikirləri izah etməyə çalışacağam. .
Bu yazıda ilk növbədə məlumat bağlantısı səviyyəsinə diqqət yetiriləcək, lakin digər təbəqələr üçün əsas anlayışlar da təqdim ediləcək. Bu məqalə heç bir şəkildə standartların hərtərəfli və tam təsviri kimi çıxış etmir. ünvanında baxa bilərsiniz CCSDS. Bununla belə, onları başa düşmək çox çətindir və biz onları başa düşməyə çox vaxt sərf etdik, buna görə də burada əsas məlumatları vermək istəyirəm ki, qalan hər şeyi başa düşmək daha asan olacaq. Beləliklə, başlayaq.
CCSDS-nin nəcib missiyası
Bəlkə də kiminsə sualı var: əgər siz öz xüsusi radio protokol yığınınızı (yaxud öz standartınızı, blackjack və yeni funksiyalarla) inkişaf etdirə bilirsinizsə, bununla da sistemin təhlükəsizliyini artıra bilirsinizsə, niyə hamı standartlara riayət etməlidir?
Təcrübə göstərir ki, CCSDS standartlarına aşağıdakı səbəblərə görə riayət etmək daha sərfəlidir:
- Standartların nəşrinə cavabdeh olan komitəyə dünyanın hər bir böyük aerokosmik agentliyinin nümayəndələri daxildir və müxtəlif missiyaların dizaynı və istismarı ilə bağlı uzun illər ərzində əldə edilmiş əvəzsiz təcrübəni gətirirlər. Bu təcrübəyə məhəl qoymamaq və yenidən onların dırmıqlarına addım atmaq çox absurd olardı.
- Bu standartlar artıq bazarda olan yerüstü stansiya avadanlıqları tərəfindən dəstəklənir.
- Hər hansı problemi həll edərkən, siz həmişə digər agentliklərdən olan həmkarlarınızdan kömək istəyə bilərsiniz ki, onlar öz yer stansiyalarından cihazla əlaqə seansı keçirə bilsinlər. Gördüyünüz kimi, standartlar son dərəcə faydalı bir şeydir, ona görə də onların əsas məqamlarına nəzər salaq.
memarlıq
Standartlar ən çox yayılmış OSI (Open System Interconnection) modelini əks etdirən sənədlər toplusudur, istisna olmaqla, məlumat bağlantısı səviyyəsində ümumilik telemetriya (aşağı keçid - məkan - Yer) və telekomandalara (yuxarı bağlantı) bölünmə ilə məhdudlaşır.
Fiziki səviyyədən başlayaraq yuxarıya doğru hərəkət edən bəzi səviyyələrə daha ətraflı baxaq. Daha aydınlıq üçün qəbul edən tərəfin arxitekturasını nəzərdən keçirəcəyik. Ötürən onun güzgü görüntüsüdür.
Fiziki təbəqə
Bu səviyyədə modulyasiya edilmiş radio siqnalı bit axınına çevrilir. Buradakı standartlar əsasən məsləhət xarakteri daşıyır, çünki bu səviyyədə aparatın konkret tətbiqindən mücərrəd olmaq çətindir. Burada CCSDS-nin əsas rolu məqbul modulyasiyaları (BPSK, QPSK, 8-QAM və s.) müəyyən etmək və simvolların sinxronizasiya mexanizmlərinin həyata keçirilməsi, Doppler kompensasiyası və s. üzrə bəzi tövsiyələr verməkdir.
Sinxronizasiya və kodlaşdırma səviyyəsi
Formal olaraq, o, məlumat bağlantısı səviyyəsinin alt qatıdır, lakin CCSDS standartları daxilində əhəmiyyətinə görə çox vaxt ayrıca bir təbəqəyə ayrılır. Bu təbəqə bit axınını daha sonra danışacağımız çərçivələrə (telemetri və ya telekomandalar) çevirir. Fiziki səviyyədə düzgün bit axını əldə etməyə imkan verən simvol sinxronizasiyasından fərqli olaraq, burada çərçivə sinxronizasiyası həyata keçirilir. Verilənlərin bu səviyyədə keçdiyi yolu nəzərdən keçirin (aşağıdan yuxarıya):
Ancaq bundan əvvəl kodlaşdırma haqqında bir neçə söz söyləməyə dəyər. Bu prosedur radio kanalı üzərindən məlumat göndərərkən qaçılmaz olaraq baş verən bit xətalarını tapmaq və/və ya düzəltmək üçün lazımdır. Burada dekodlaşdırma prosedurlarını nəzərdən keçirməyəcəyik, ancaq səviyyənin sonrakı məntiqini başa düşmək üçün lazım olan məlumatları əldə edəcəyik.
Kodlar blok və ya davamlı ola bilər. Standartlar xüsusi kodlaşdırma növünün istifadəsini məcbur etmir, lakin o, belə olmalıdır. Davamlı kodlara konvolyusiya kodları daxildir. Onlar davamlı bit axını kodlaşdırmaq üçün istifadə olunur. Bu, məlumatların kod bloklarına bölündüyü və yalnız tam bloklar daxilində deşifrə edilə bilən blok kodlarından fərqlidir. Kod bloku ötürülən məlumatları və alınan məlumatların düzgünlüyünü yoxlamaq və mümkün səhvləri düzəltmək üçün lazım olan əlavə məlumatı təmsil edir. Blok kodlarına məşhur Reed-Solomon kodları daxildir.
Konvolutional kodlaşdırma istifadə edilərsə, bit axını əvvəldən dekoderə daxil olur. Onun işinin nəticəsi (bütün bunlar, əlbəttə ki, davamlı olaraq baş verir) CADU (kanal giriş məlumat vahidi) məlumat bloklarıdır. Bu struktur çərçivə sinxronizasiyası üçün lazımdır. Hər bir CADU-nun sonunda əlavə bir sinxronlaşdırıcı (ASM) var. Bunlar əvvəlcədən məlum olan 4 baytdır, bunun vasitəsilə sinxronizator CADU-nun başlanğıcını və sonunu tapır. Çərçivə sinxronizasiyası belə əldə edilir.
Sinxronizasiya və kodlaşdırma qatının növbəti isteğe bağlı mərhələsi fiziki təbəqənin xüsusiyyətləri ilə bağlıdır. Bu derandomizasiyadır. Fakt budur ki, simvol sinxronizasiyasına nail olmaq üçün simvollar arasında tez-tez keçid lazımdır. Beləliklə, məsələn, tamamilə birlərdən ibarət olan bir kilobayt məlumat ötürsək, sinxronizasiya itir. Buna görə də ötürülmə zamanı daxil edilən məlumatlar dövri psevdo-təsadüfi ardıcıllıqla qarışdırılır ki, sıfırların və birlərin sıxlığı vahid olsun.
Sonra, blok kodları deşifrə edilir və sinxronizasiya və kodlaşdırma səviyyəsinin son məhsulu qalır - çərçivə.
Data Link Layer
Bir tərəfdən keçid qatının prosessoru çərçivələri qəbul edir, digər tərəfdən isə paketlər verir. Paketlərin ölçüsü formal olaraq məhdud olmadığından, onların etibarlı ötürülməsi üçün onları daha kiçik strukturlara - çərçivələrə bölmək lazımdır. Burada iki alt bölməyə baxacağıq: telemetriya (TM) və telekomandalar (TC) üçün ayrıca.
Telemetriya
Sadəcə olaraq, bu, yer stansiyasının kosmik gəmidən aldığı məlumatlardır. Bütün ötürülən məlumatlar sabit uzunluqlu kiçik fraqmentlərə - ötürülən məlumatları və xidmət sahələrini ehtiva edən çərçivələrə bölünür. Çərçivə quruluşuna daha yaxından nəzər salaq:
Gəlin mülahizəmizə telemetriya çərçivəsinin əsas başlığı ilə başlayaq. Bundan əlavə, yol boyu bəzi dəqiqləşdirmələr verərək, bəzi yerlərdə standartları sadəcə tərcümə etməyə icazə verəcəyəm.
Master Channel ID sahəsində çərçivə versiyası nömrəsi və cihaz identifikatoru olmalıdır.
CCSDS standartlarına uyğun olaraq hər bir kosmik gəminin özünəməxsus identifikatoru olmalıdır, onun vasitəsilə çərçivəyə malik olmaqla onun hansı cihaza aid olduğunu müəyyən etmək olar. Formal olaraq cihazı qeydiyyata almaq üçün ərizə təqdim etmək lazımdır və onun adı identifikatoru ilə birlikdə açıq mənbələrdə dərc olunacaq. Bununla belə, rus istehsalçıları tez-tez bu prosedura məhəl qoymurlar, cihaza özbaşına bir identifikator təyin edirlər. Çərçivə versiyasının nömrəsi çərçivəni düzgün oxumaq üçün standartların hansı versiyasının istifadə olunduğunu müəyyən etməyə kömək edir. Burada yalnız "0" versiyası ilə ən mühafizəkar standartı nəzərdən keçirəcəyik.
Virtual Kanal ID sahəsində paketin gəldiyi kanalın VCID-i olmalıdır. VCID seçimində heç bir məhdudiyyət yoxdur, xüsusən də virtual kanalların ardıcıl nömrələnməsi mütləq deyil.
Çox vaxt ötürülən məlumatların multipleksləşdirilməsinə ehtiyac var. Bu məqsədlə virtual kanallar mexanizmi mövcuddur. Məsələn, Meteor-M2 peyki rəngli təsviri görünən diapazonda ötürür, onu üç qara və ağa bölür - hər rəng öz virtual kanalında ayrıca paketdə ötürülür, baxmayaraq ki, standartlardan müəyyən sapma var. onun çərçivələrinin quruluşu.
Operativ İdarəetmə bayrağı sahəsi telemetriya çərçivəsində Əməliyyat İdarəetmə sahəsinin olub-olmamasının göstəricisi olmalıdır. Çərçivənin sonundakı bu 4 bayt telekomanda çərçivələrinin çatdırılmasına nəzarət edərkən əks əlaqəni təmin etməyə xidmət edir. Onlar haqqında bir az sonra danışacağıq.
Əsas və virtual kanal çərçivə sayğacları hər dəfə kadr göndərildikdə bir artırılan sahələrdir. Heç bir çərçivənin itirilmədiyini göstərən bir göstərici kimi xidmət edin.
Telemetriya çərçivəsi məlumat statusu daha iki bayt baytdır və onlardan yalnız bir neçəsinə baxacağıq.
İkinci dərəcəli başlıq bayraq sahəsi telemetriya çərçivəsində İkincil Başlığın mövcudluğu və ya olmamasının göstəricisi olmalıdır.
İstəyirsinizsə, hər bir çərçivəyə əlavə başlıq əlavə edə və öz mülahizənizlə orada istənilən məlumatı yerləşdirə bilərsiniz.
Sinxronizasiya bayrağı "1" olaraq təyin edildikdə Birinci Başlıq Göstəricisi sahəsində telemetriya çərçivəsinin Məlumat Sahəsində birinci Paketin birinci oktetinin mövqeyinin ikili təsviri olmalıdır. Mövqe 0-dan məlumat sahəsinin əvvəlindən artan qaydada sayılır. Telemetriya çərçivəsinin məlumat sahəsində paketin başlanğıcı yoxdursa, onda birinci başlıq sahəsinin göstəricisi ikili təsvirdə "11111111111" dəyərinə malik olmalıdır (bu, bir uzun paket birdən çox çərçivəyə yayıldıqda baş verə bilər. ).
Əgər məlumat sahəsində boş paket varsa (Boş Məlumat), onda birinci başlığın göstəricisi ikili təsvirdə “11111111110” dəyərinə malik olmalıdır. Bu sahədən istifadə edərək qəbuledici axını sinxronlaşdırmalıdır. Bu sahə hətta çərçivələr atıldıqda belə sinxronizasiyanın bərpa olunmasını təmin edir.
Yəni bir paket, deyək ki, 4-cü kadrın ortasından başlayıb, 20-nin əvvəlində bitə bilər. Bu sahə onun başlanğıcını tapmaq üçün istifadə olunur. Paketlərdə həmçinin onun uzunluğunu müəyyən edən başlıq var, ona görə də birinci başlığa göstərici tapıldıqda, keçid qatının prosessoru onu oxumalı və bununla da paketin harada bitəcəyini müəyyən etməlidir.
Əgər xətaya nəzarət sahəsi varsa, o, missiya boyu müəyyən fiziki kanal üçün hər bir telemetriya çərçivəsində olmalıdır.
Bu sahə CRC metodu ilə hesablanır. Prosedur telemetriya çərçivəsinin n-16 bitini götürməli və hesablamanın nəticəsini son 16 bitə daxil etməlidir.
TV komandaları
TV komanda çərçivəsi bir neçə əhəmiyyətli fərqə malikdir. Onların arasında:
- Fərqli başlıq quruluşu
- Dinamik uzunluq. Bu o deməkdir ki, çərçivə uzunluğu telemetriyada olduğu kimi sərt şəkildə təyin edilmir, lakin ötürülən paketlərdən asılı olaraq dəyişə bilər.
- Paket çatdırılmasına zəmanət mexanizmi. Yəni kosmik gəmi onu qəbul etdikdən sonra kadr qəbulunun düzgünlüyünü təsdiq etməli və ya düzəldilməz xəta ilə qəbul oluna bilən kadrdan yönləndirmə tələb etməlidir.
Bir çox sahələr bizə telemetriya çərçivəsinin başlığından artıq tanışdır. Onların məqsədi eynidir, ona görə də burada yalnız yeni sahələri nəzərdən keçirəcəyik.
Qəbuledicidə çərçivənin yoxlanılmasına nəzarət etmək üçün bypass bayrağının bir bitindən istifadə edilməlidir. Bu bayraq üçün "0" dəyəri çərçivənin A Tipi çərçivə olduğunu və FARM-a uyğun olaraq təsdiqlənməlidir. Bu bayraq üçün "1" dəyəri alıcıya bu çərçivənin B Tipi çərçivə olduğunu və FARM yoxlamasından yan keçməli olduğunu göstərməlidir.
Bu bayraq alıcıya FARM - Çərçivə Qəbul və Hesabat Mexanizmi adlı çərçivənin çatdırılmasının təsdiqi mexanizmindən istifadə edib-etməmək barədə məlumat verir.
Məlumat sahəsinin əmri və ya verilənləri nəql etdiyini başa düşmək üçün idarəetmə əmri bayrağı istifadə edilməlidir. Əgər bayraq "0"dırsa, məlumat sahəsində məlumatlar olmalıdır. Əgər bayraq "1"dirsə, məlumat sahəsində FARM üçün nəzarət məlumatı olmalıdır.
FARM, parametrləri konfiqurasiya edilə bilən sonlu dövlət maşınıdır.
RSVD. SPARE – qorunan bitlər.
Görünür, CCSDS-in gələcəkdə onlar üçün planları var və protokol versiyalarının geriyə uyğunluğu üçün onlar bu bitləri artıq standartın cari versiyalarında ehtiyata qoyublar.
Çərçivə uzunluğu sahəsində oktetlərdə kadr uzunluğuna bərabər olan bit təsvirində bir ədəd olmalıdır.
Çərçivə məlumat sahəsi boşluqlar olmadan başlığı izləməli və uzunluğu maksimum 1019 oktet ola bilən tam sayda oktetlərdən ibarət olmalıdır. Bu sahədə ya çərçivə məlumat bloku, ya da idarəetmə əmri məlumatı olmalıdır. Çərçivə məlumat blokunda aşağıdakılar olmalıdır:
- istifadəçi məlumatlarının oktetlərinin tam sayı
- seqment başlığı və ardınca tam ədəd istifadəçi məlumatı oktetləri
Başlıq varsa, məlumat blokunda Paket, Paketlər dəsti və ya Paketin bir hissəsi olmalıdır. Başlığı olmayan məlumat bloku Paketlərin hissələrini ehtiva edə bilməz, lakin şəxsi formatlı məlumat bloklarını ehtiva edə bilər. Buradan belə çıxır ki, ötürülən verilənlər bloku bir çərçivəyə sığmayanda başlıq tələb olunur. Başlığı olan verilənlər bloku seqment adlanır
İki bitlik bayraqlar sahəsində aşağıdakılar olmalıdır:
- "01" - verilənlərin birinci hissəsi verilənlər blokunda olarsa
- “00” - verilənlərin orta hissəsi verilənlər blokundadırsa
- "10" - əgər məlumatın sonuncu hissəsi verilənlər blokundadırsa
- "11" - bölmə yoxdursa və bir və ya daha çox paket məlumat blokuna tamamilə uyğun gəlirsə.
MAP kanalları istifadə edilmirsə, MAP ID sahəsində sıfırlar olmalıdır.
Bəzən virtual kanallara ayrılan 6 bit kifayət etmir. Məlumatları daha çox sayda kanala multipleks etmək lazımdırsa, seqment başlığından başqa 6 bit istifadə olunur.
FERMA
Kadrların çatdırılmasına nəzarət sisteminin işləmə mexanizminə daha yaxından nəzər salaq. Bu sistem yalnız vacibliyinə görə telekomandaların çərçivələri ilə işləməyi təmin edir (telemetriya həmişə yenidən tələb oluna bilər və kosmik gəmi yer stansiyasını aydın eşitməli və həmişə onun əmrlərinə tabe olmalıdır). Beləliklə, tutaq ki, peykimizi yenidən işıqlandırmaq qərarına gəldik və ona 10 kilobaytlıq ikili fayl göndərək. Bağlantı səviyyəsində fayl 10 kadra (0, 1, ..., 9) bölünür, bunlar bir-bir yuxarıya göndərilir. Ötürmə başa çatdıqdan sonra peyk paket qəbulunun düzgünlüyünü təsdiq etməli və ya xətanın hansı kadrda baş verdiyini bildirməlidir. Bu məlumat ən yaxın telemetriya çərçivəsindəki operativ idarəetmə sahəsinə göndərilir (Yaxud deməyə sözü yoxdursa, kosmik gəmi boş çərçivənin ötürülməsinə başlaya bilər). Alınan telemetriya əsasında ya hər şeyin qaydasında olduğuna əmin oluruq, ya da mesajı yenidən göndərməyə davam edirik. Tutaq ki, peyk 7 saylı kadrı eşitməyib. Bu o deməkdir ki, biz ona 7, 8, 9 kadrlarını göndəririk. Cavab yoxdursa, bütün paket yenidən göndərilir (və cəhdlərin nəticəsiz qaldığını anlayana qədər bir neçə dəfə belə davam edir).
Aşağıda bəzi sahələrin təsviri ilə operativ idarəetmə sahəsinin strukturu verilmişdir. Bu sahədə olan məlumatlar CLCW - Communication Link Control Word adlanır.
Şəkildən əsas sahələrin məqsədini asanlıqla təxmin edə bildiyiniz üçün və digərlərinə baxmaq darıxdırıcı olduğundan, ətraflı təsviri spoyler altında gizlədirəm.
CLCW sahələrinin izahıNəzarət Söz növü:
Bu tip üçün nəzarət sözü 0-dan ibarət olmalıdır
Control Word Versiyası (CLCW Versiya Nömrəsi):
Bu tip üçün nəzarət sözü bit təsvirində "00"-a bərabər olmalıdır.
Status Sahəsi:
Bu sahənin istifadəsi hər bir missiya üçün ayrıca müəyyən edilir. Müxtəlif kosmik agentliklər tərəfindən yerli təkmilləşdirmələr üçün istifadə edilə bilər.
Virtual Kanal İdentifikasiyası:
Bu nəzarət sözünün əlaqəli olduğu virtual kanalın identifikatorunu ehtiva etməlidir.
Fiziki kanala giriş bayrağı:
Bayraq qəbuledicinin fiziki qatının hazır olması haqqında məlumat verməlidir. Əgər qəbuledicinin fiziki təbəqəsi kadrları qəbul etməyə hazır deyilsə, onda sahədə “1”, əks halda “0” olmalıdır.
Sinxronizasiya uğursuzluğu bayrağı:
Bayraq fiziki təbəqənin zəif siqnal səviyyəsində işlədiyini və rədd edilmiş kadrların sayının çox olduğunu göstərə bilər. Bu sahənin istifadəsi isteğe bağlıdır; istifadə olunarsa, sinxronizasiya mövcuddursa, onda “0”, olmadıqda isə “1” olmalıdır.
Bloklama bayrağı:
Bu bitdə hər bir virtual kanal üçün FARM kilidi statusu olmalıdır. Bu sahədə "1" dəyəri FARM-in deaktiv edildiyini və hər bir virtual təbəqə üçün çərçivələrin atılacağını, əks halda isə "0" olduğunu göstərməlidir.
Gözləyin bayrağı:
Bu bit qəbuledicinin göstərilən virtual kanalda məlumatları emal edə bilməyəcəyini göstərmək üçün istifadə edilməlidir. "1" dəyəri bu virtual kanalda bütün çərçivələrin atılacağını, əks halda "0" olacağını bildirir.
İrəli Bayraq:
Bir və ya bir neçə A tipli çərçivə atılıbsa və ya boşluqlar aşkar edilibsə, bu bayraqda "1" işarəsi olmalıdır, ona görə də yenidən göndərmə zəruridir. "0" bayrağı heç bir atılan çərçivə və ya atlama olmadığını bildirir.
Cavab dəyəri:
Qəbul edilməmiş çərçivə nömrəsi. Telekomanda çərçivəsinin başlığında sayğac tərəfindən müəyyən edilir
şəbəkə qatı
Bir az da bu səviyyəyə toxunaq. Burada iki seçim var: ya boşluq paketi protokolundan istifadə edin, ya da CCSDS paketində hər hansı digər protokolu əhatə edin.
Kosmik paket protokolunun icmalı ayrıca məqalənin mövzusudur. O, sözdə tətbiqlərə məlumat mübadiləsi aparmağa imkan vermək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hər bir tətbiqin öz ünvanı və digər proqramlarla məlumat mübadiləsi üçün əsas funksionallığı var. Həmçinin trafiki yönləndirən, çatdırılmaya nəzarət edən xidmətlər və s.
İnkapsulyasiya ilə hər şey daha sadə və aydındır. Standartlar əlavə başlıq əlavə etməklə istənilən protokolları CCSDS paketlərinə daxil etməyə imkan verir.
Başlığın kapsullaşdırılan protokolun uzunluğundan asılı olaraq müxtəlif mənaları olduğu halda:
Burada əsas sahə uzunluğun uzunluğudur. 0 ilə 4 bayt arasında dəyişə bilər. Həmçinin bu başlıqda cədvəldən istifadə edərək kapsullaşdırılmış protokolun növünü göstərməlisiniz .
IP inkapsulyasiyası paketin növünü müəyyən etmək üçün başqa əlavədən istifadə edir.
Bir oktet uzunluğunda daha bir başlıq əlavə etməlisiniz:
PID götürülmüş başqa bir protokol identifikatorudur
Nəticə
İlk baxışdan belə görünə bilər ki, CCSDS başlıqları son dərəcə lazımsızdır və bəzi sahələr ləğv edilə bilər. Həqiqətən, yaranan kanalın səmərəliliyi (şəbəkə səviyyəsinə qədər) təxminən 40% -dir. Lakin bu standartların həyata keçirilməsi zərurəti yaranan kimi məlum olur ki, hər bir sahənin, hər bir başlığın öz mühüm missiyası var, buna məhəl qoymamaq bir sıra anlaşılmazlıqlara gətirib çıxarır.
Əgər habrasociety bu mövzuya maraq göstərsə, mən məmnuniyyətlə kosmik rabitənin nəzəriyyəsi və praktikasına həsr olunmuş bir sıra məqalələr dərc edəcəm. Diqqətinizə görə təşəkkürlər!
İnformasiya qaynaqları
PS
Hər hansı bir qeyri-dəqiqlik tapsanız, çox sərt vurmayın. Onlara bildirin və düzələcəklər :)
Mənbə: www.habr.com