🥇Gamay bahin sa mga sumbanan sa komunikasyon sa kawanangan

Meteor M1 nga satellite
Tinubdan: vladtime.ru

Pasiuna

Imposible ang operasyon sa teknolohiya sa kawanangan kung wala ang komunikasyon sa radyo, ug sa kini nga artikulo sulayan nako nga ipasabut ang mga nag-unang ideya nga nahimong sukaranan sa mga sumbanan nga gihimo sa International Advisory Committee alang sa Space Data Systems (CCSDS. Kini nga minubo gamiton sa ubos) .

Kini nga post magpunting sa panguna sa data link layer, apan ang mga batakang konsepto alang sa ubang mga layer ipaila usab. Kini nga artikulo sa bisan unsang paagi wala magpasabut nga usa ka hingpit ug kompleto nga paghulagway sa mga sumbanan. Mahimo nimo kini tan-awon sa site CCSDS. Bisan pa, lisud kaayo silang sabton, ug daghang oras ang among gigugol aron masabtan kini, busa dinhi gusto nako nga maghatag sukaranan nga kasayuran, nga adunay labi ka dali nga masabtan ang tanan. Busa, magsugod kita.

Halangdon nga Misyon sa CCSDS

Tingali adunay usa nga adunay usa ka pangutana: ngano nga ang tanan kinahanglan nga mosunod sa mga sumbanan kung mahimo nimo nga mapalambo ang imong kaugalingon nga proprietary radio protocol stack (o imong kaugalingon nga sumbanan, nga adunay blackjack ug bag-ong mga bahin), sa ingon nagdugang ang seguridad sa sistema?

Ingon sa gipakita sa praktis, mas mapuslanon ang pagsunod sa mga sumbanan sa CCSDS alang sa mosunod nga gidaghanon sa mga hinungdan:

Ang komite nga responsable sa pagmantala sa mga sumbanan naglakip sa mga representante gikan sa matag dagkong ahensya sa aerospace sa kalibutan, nga nagdala sa bililhon nga kasinatian nga nakuha sa daghang mga tuig sa disenyo ug operasyon sa lainlaing mga misyon. Dili tinuod nga dili ibaliwala kini nga kasinatian ug tun-an pag-usab ang ilang rake.
Kini nga mga sumbanan gisuportahan sa mga kagamitan sa ground station nga naa na sa merkado.
Kung mag-troubleshoot sa bisan unsang mga problema, mahimo ka kanunay nga mangayo og tabang gikan sa mga kauban gikan sa ubang mga ahensya aron sila makahimo usa ka sesyon sa komunikasyon sa aparato gikan sa ilang ground station. Sama sa imong nakita, ang mga sumbanan usa ka labi ka mapuslanon nga butang, busa atong tan-awon ang ilang mga hinungdan nga punto.

arkitektura

Ang mga sumbanan usa ka hugpong sa mga dokumento nga nagpakita sa labing komon nga modelo sa OSI (Open System Interconnection), gawas nga sa lebel sa data link ang komonidad limitado sa pagbahin sa telemetry (downlink - space - Earth) ug telecommands (uplink).

Atong tan-awon ang pipila sa mga lebel sa mas detalyado, sugod sa pisikal ug pag-uswag. Alang sa dugang nga katin-awan, atong tagdon ang arkitektura sa nakadawat nga bahin. Ang nagpadala mao ang salamin nga hulagway niini.

Pisikal nga layer

Sa kini nga lebel, ang modulated nga signal sa radyo nabag-o sa usa ka gamay nga sapa. Ang mga sumbanan dinhi nag-una nga advisory sa kinaiyahan, tungod kay sa kini nga lebel lisud nga makuha gikan sa piho nga pagpatuman sa hardware. Dinhi, ang yawe nga tahas sa CCSDS mao ang paghubit sa mga madawat nga modulasyon (BPSK, QPSK, 8-QAM, ug uban pa) ug paghatag pipila nga mga rekomendasyon sa pagpatuman sa mga mekanismo sa pag-synchronize sa simbolo, bayad sa Doppler, ug uban pa.

Pag-synchronize ug lebel sa pag-encode

Sa pormal, kini usa ka sublayer sa data link layer, apan sagad gibulag sa usa ka bulag nga layer tungod sa kahinungdanon niini sulod sa mga sumbanan sa CCSDS. Kini nga lebel nag-convert sa bit stream ngadto sa gitawag nga mga frame (telemetry o telecommands), nga atong hisgutan sa ulahi. Dili sama sa pag-synchronize sa simbolo sa pisikal nga layer, nga nagtugot kanimo sa pagkuha sa husto nga bit stream, ang frame synchronization gihimo dinhi. Hunahunaa ang agianan nga gikuha sa datos sa kini nga lebel (gikan sa ubos hangtod sa taas):

Bisan pa, sa wala pa kana, angay nga isulti ang pipila ka mga pulong bahin sa coding. Kini nga pamaagi gikinahanglan aron makit-an ug/o matul-id ang mga gamay nga sayup nga dili kalikayan nga mahitabo sa pagpadala sa datos sa usa ka channel sa radyo. Dinhi dili nato tagdon ang mga pamaagi sa pag-decode, apan makuha lamang ang impormasyon nga gikinahanglan aron masabtan ang dugang nga lohika sa lebel.

Ang mga code mahimong block o padayon. Ang mga sukdanan wala magpugos sa paggamit sa usa ka piho nga matang sa pag-encode, apan kini kinahanglan nga anaa sa ingon. Ang padayon nga mga code naglakip sa convolutional code. Gigamit kini sa pag-encode sa usa ka padayon nga bit stream. Sukwahi kini sa mga block code, diin ang datos gibahin sa mga codeblock ug mahimo ra nga ma-decode sulod sa kompleto nga mga bloke. Ang code block nagrepresentar sa gipasa nga datos ug ang gilakip nga sobra nga kasayuran nga gikinahanglan aron mapamatud-an ang pagkahusto sa datos nga nadawat ug matul-id ang posible nga mga sayup. Ang mga block code naglakip sa sikat nga Reed-Solomon code.

Kung gigamit ang convolutional encoding, ang bitstream mosulod sa decoder gikan sa sinugdanan. Ang resulta sa iyang trabaho (kining tanan, siyempre, nagpadayon nga mahitabo) mao ang mga bloke sa datos sa CADU (channel access data unit). Kini nga istruktura gikinahanglan alang sa pag-synchronize sa frame. Sa katapusan sa matag CADU adunay gilakip nga synch maker (ASM). Kini ang 4 ka byte nga nahibal-an daan, diin ang synchronizer nakit-an ang sinugdanan ug katapusan sa CADU. Mao kini ang paagi nga makab-ot ang pag-synchronize sa frame.

Ang sunod nga opsyonal nga yugto sa pag-synchronize ug pag-encode nga layer nalangkit sa mga peculiarities sa pisikal nga layer. Kini mao ang derandomization. Ang tinuod mao nga aron makab-ot ang pag-synchronize sa simbolo, gikinahanglan ang kanunay nga pagbalhin tali sa mga simbolo. Busa, kung atong ipadala, ingnon ta, usa ka kilobyte sa datos nga naglangkob sa bug-os nga mga, ang pag-synchronize mawala. Busa, sa panahon sa pagpasa, ang input data gisagol sa usa ka periodic pseudo-random sequence aron ang Densidad sa mga zero ug ang mga managsama.

Sunod, ang mga block code gi-decode, ug ang nahabilin mao ang katapusan nga produkto sa lebel sa pag-synchronize ug pag-encode - usa ka frame.

Data Link Layer

Sa usa ka bahin, ang link layer processor makadawat og mga frame, ug sa pikas bahin nag-isyu kini og mga pakete. Tungod kay ang gidak-on sa mga pakete dili pormal nga limitado, alang sa ilang kasaligan nga transmission gikinahanglan nga gub-on kini ngadto sa gagmay nga mga istruktura - mga bayanan. Dinhi atong tan-awon ang duha ka subseksyon: gilain alang sa telemetry (TM) ug telecommands (TC).

Telemetry

Sa yanong pagkasulti, kini ang datos nga nadawat sa ground station gikan sa spacecraft. Ang tanan nga gipasa nga kasayuran gibahin sa gagmay nga mga tipik sa usa ka piho nga gitas-on - mga bayanan nga adunay sulud nga gipadala nga datos ug mga natad sa serbisyo. Atong tan-awon pag-ayo ang istruktura sa frame:

Ug sugdan nato ang atong konsiderasyon sa main header sa telemetry frame. Dugang pa, tugotan ko ang akong kaugalingon sa yano nga paghubad sa mga sumbanan sa pipila ka mga lugar, nga naghatag pipila ka mga pagpatin-aw sa dalan.

Ang field sa Master Channel ID kinahanglan nga adunay numero sa bersyon sa frame ug ang identifier sa aparato.

Ang matag spacecraft, sumala sa mga sumbanan sa CCSDS, kinahanglan adunay kaugalingon nga talagsaon nga identifier, diin, nga adunay usa ka bayanan, ang usa makatino kung unsang aparato kini nahisakop. Sa pormal nga paagi, kinahanglan nga magsumite usa ka aplikasyon aron marehistro ang aparato, ug ang ngalan niini, kauban ang pagkilala niini, ipatik sa bukas nga mga gigikanan. Bisan pa, ang mga tiggama sa Russia kanunay nga wala magtagad niini nga pamaagi, nga naghatag usa ka arbitraryong identifier sa aparato. Ang numero sa bersyon sa frame makatabang sa pagtino kung unsang bersyon sa mga sumbanan ang gigamit aron sa husto nga pagbasa sa frame. Dinhi atong tagdon lamang ang pinakakonserbatibo nga sumbanan nga adunay bersyon nga "0".

Ang field sa Virtual Channel ID kinahanglang adunay sulod nga VCID sa channel diin gikan ang packet. Wala’y mga pagdili sa pagpili sa VCID labi na, ang mga virtual nga channel dili kinahanglan nga numero nga sunud-sunod.

Sa kasagaran adunay panginahanglan sa multiplex transmitted data. Alang niini nga katuyoan, adunay usa ka mekanismo sa mga virtual nga kanal. Pananglitan, ang Meteor-M2 satellite nagpadala usa ka kolor nga imahe sa makita nga range, gibahin kini sa tulo nga itom ug puti - ang matag kolor gipasa sa kaugalingon nga virtual nga channel sa usa ka bulag nga pakete, bisan kung adunay pipila nga pagtipas gikan sa mga sumbanan sa istruktura sa mga bayanan niini.

Ang natad sa bandila sa Operational Control kinahanglan usa ka timailhan sa presensya o pagkawala sa natad sa Operational Control sa frame sa telemetry. Kini nga 4 ka byte sa katapusan sa frame nagsilbi nga maghatag feedback kung gikontrol ang paghatud sa mga frame sa telecommand. Atong hisgotan sila sa ulahi.

Ang nag-una ug virtual nga channel frame counter mao ang mga field nga gidugangan og usa sa matag higayon nga ipadala ang usa ka frame. Magsilbi nga timailhan nga walay bisan usa ka frame ang nawala.

Ang status sa data sa telemetry frame kay duha pa ka byte sa mga flag ug data, diin pipila lang ang atong tan-awon.

Ang natad sa bandila sa Secondary Header kinahanglan usa ka timailhan sa presensya o pagkawala sa usa ka Secondary Header sa frame sa telemetry.

Kung gusto nimo, mahimo nimong idugang ang usa ka dugang nga header sa matag frame ug ibutang ang bisan unsang datos didto sa imong pagbuot.

Ang First Header Pointer field, kung ang synchronization flag gitakda sa "1", kinahanglan adunay binary nga representasyon sa posisyon sa unang octet sa unang Packet sa Data Field sa telemetry frame. Ang posisyon giihap gikan sa 0 sa ascending order gikan sa sinugdanan sa data field. Kung walay pagsugod sa packet sa data field sa telemetry frame, nan ang pointer sa unang header field kinahanglang adunay bili sa binary representation "11111111111" (mahimo kini mahitabo kung ang usa ka taas nga pakete kay mikaylap sa labaw sa usa ka frame. ).

Kung ang data field adunay sulod nga walay sulod nga pakete (Idle Data), nan ang pointer sa unang header kinahanglan adunay bili sa binary representation "11111111110". Gamit kini nga natad, ang tigdawat kinahanglan nga i-synchronize ang sapa. Kini nga uma nagsiguro nga ang pag-synchronize mapasig-uli bisan kung ang mga frame nahulog.

Kana mao, ang usa ka pakete mahimo, ingnon ta, magsugod sa tunga-tunga sa ika-4 nga frame ug matapos sa sinugdanan sa ika-20. Kini nga field gigamit sa pagpangita sa sinugdanan niini. Ang mga pakete usab adunay usa ka header nga nagtino sa gitas-on niini, mao nga kung makit-an ang usa ka pointer sa una nga header, kinahanglan basahon kini sa link-layer processor, sa ingon mahibal-an kung asa matapos ang pakete.
Kung adunay usa ka natad sa pagkontrol sa sayup, kinahanglan kini nga naa sa matag frame sa telemetry alang sa usa ka partikular nga pisikal nga channel sa tibuuk nga misyon.

Kini nga natad gikalkulo gamit ang CRC nga pamaagi. Ang pamaagi kinahanglang mokuha sa n-16 bits sa telemetry frame ug isulod ang resulta sa kalkulasyon ngadto sa kataposang 16 bits.

Mga TV team

Ang TV command frame adunay daghang mahinungdanong kalainan. Lakip kanila:

Lahi nga istruktura sa ulohan
Dynamic nga gitas-on. Kini nagpasabut nga ang gitas-on sa frame wala gitakda nga estrikto, sama sa gihimo sa telemetry, apan mahimong magkalainlain depende sa gipasa nga mga pakete.
Mekanismo sa garantiya sa pagpadala sa pakete. Sa ato pa, ang spacecraft kinahanglan, pagkahuman makadawat niini, kumpirmahon ang pagkahusto sa pagdawat sa frame, o paghangyo nga ipadala gikan sa usa ka frame nga mahimo unta nga madawat nga adunay dili matul-id nga sayup.

Daghang natad ang pamilyar na kanamo gikan sa telemetry frame header. Sila adunay sama nga katuyoan, mao nga dinhi atong tagdon lamang ang mga bag-ong natad.

Usa ka gamay sa bypass nga bandila kinahanglan gamiton aron makontrol ang pagsusi sa frame sa receiver. Ang kantidad nga "0" para sa kini nga bandila magpakita nga ang frame usa ka Type A frame ug kinahanglan nga mapamatud-an sumala sa FARM. Ang kantidad nga "1" para sa kini nga bandila kinahanglan magpakita sa tigdawat nga kini nga frame usa ka Type B nga frame ug kinahanglan nga laktawan ang pagsusi sa FARM.

Kini nga bandila nagpahibalo sa tigdawat kung mogamit ba usa ka mekanismo sa pag-ila sa paghatud sa frame nga gitawag FARM - Frame Acceptance and Reporting Mechanism.

Ang control command flag kinahanglang gamiton aron masabtan kung ang data field nagdala ug command o data. Kung ang bandera kay "0", nan ang data field kinahanglan adunay data. Kung ang bandera kay "1", nan ang data field kinahanglang adunay kontrol nga impormasyon para sa FARM.
Ang FARM usa ka limitado nga makina sa estado kansang mga parameter mahimong ma-configure.

RSVD. SPARE - gitagana nga mga piraso.

Morag ang CCSDS adunay mga plano alang kanila sa umaabot, ug alang sa atrasado nga pagpahiuyon sa mga bersyon sa protocol ilang gireserba kini nga mga tipik na sa kasamtangan nga mga bersyon sa sumbanan.

Ang gitas-on sa frame kinahanglan adunay usa ka numero sa gamay nga representasyon nga parehas sa gitas-on sa frame sa mga octet minus usa.

Ang field data sa frame kinahanglang mosunod sa header nga walay mga space ug adunay integer nga gidaghanon sa mga octet, nga mahimong maximum nga 1019 octets ang gitas-on. Kini nga field kinahanglan nga adunay bisan hain nga frame data block o control command information. Ang frame data block kinahanglang adunay:

integer nga gidaghanon sa user data octets
segment header nga gisundan sa usa ka integer nga gidaghanon sa user data octets

Kung adunay usa ka header, nan ang data block kinahanglan adunay usa ka Packet, usa ka set sa Packet, o bahin sa usa ka Packet. Ang usa ka bloke sa datos nga walay usa ka ulohan dili mahimong maglangkob sa mga bahin sa mga Packet, apan mahimo nga adunay sulud nga pribado nga pormat nga mga bloke sa datos. Nagsunod gikan niini nga gikinahanglan ang usa ka header kung ang gipasa nga data block dili mohaum sa usa ka frame. Ang usa ka bloke sa datos nga adunay usa ka ulohan gitawag nga usa ka bahin

Ang duha ka gamay nga natad sa bandila kinahanglan adunay:

"01" - kung ang unang bahin sa data anaa sa data block
"00" - kung ang tunga nga bahin sa datos naa sa data block
"10" - kung ang katapusan nga piraso sa datos naa sa data block
"11" - kung walay dibisyon ug usa o daghan pa nga mga pakete ang hingpit nga mohaum sa data block.

Ang field sa MAP ID kinahanglan adunay mga sero kung ang mga channel sa MAP wala gigamit.
Usahay ang 6 bits nga gigahin sa virtual nga mga channel dili igo. Ug kung gikinahanglan ang multiplex data ngadto sa mas dako nga gidaghanon sa mga channel, laing 6 ka bits gikan sa segment header ang gigamit.

FARM

Atong tan-awon pag-ayo ang mekanismo sa pag-obra sa sistema sa pagkontrol sa paghatud sa mga kawani. Kini nga sistema naghatag lamang sa pagtrabaho sa mga frame sa mga telecommand tungod sa ilang kahinungdanon (ang telemetry kanunay nga hangyoon pag-usab, ug ang spacecraft kinahanglan nga makadungog sa ground station nga tin-aw ug kanunay nga mosunod sa mga sugo niini). Busa, pananglit mihukom kami nga i-reflash ang among satellite, ug ipadala ang binary file nga 10 kilobytes ang gidak-on niini. Sa lebel sa link, ang file gibahin sa 10 ka mga frame (0, 1, ..., 9), nga gipadala pataas sa usag usa. Kung nahuman na ang transmission, kinahanglan nga kumpirmahon sa satellite ang pagkahusto sa pagdawat sa pakete, o ireport kung diin nahitabo ang sayup. Kini nga impormasyon gipadala ngadto sa operational control field sa labing duol nga telemetry frame (O ang spacecraft mahimong magsugod sa pagpadala sa usa ka idle frame kung wala kini isulti). Pinasukad sa nadawat nga telemetry, gisiguro namon nga maayo ang tanan, o nagpadayon kami sa pagpadala pag-usab sa mensahe. Ibutang ta nga ang satellite wala makadungog sa frame #7. Kini nagpasabot nga kita magpadala kaniya og mga frame 7, 8, 9. Kung walay tubag, ang tibuok pakete ipadala pag-usab (ug uban pa sa makadaghang higayon hangtud nga kita makaamgo nga ang mga pagsulay kawang).

Sa ubos mao ang istruktura sa operational control field nga adunay usa ka paghulagway sa pipila ka field. Ang datos nga anaa niini nga field gitawag ug CLCW - Communication Link Control Word.

Tungod kay dali ka makatag-an gikan sa litrato sa katuyoan sa mga nag-unang natad, ug ang uban makalaay tan-awon, gitago nako ang detalyado nga paghulagway sa ilawom sa usa ka spoiler.

Pagpatin-aw sa mga natad sa CLCWKontrola ang Type sa Pulong:
Alang sa kini nga tipo, ang pulong nga kontrol kinahanglan adunay 0

Pagkontrol sa Bersyon sa Pulong (CLCW Version Number):
Alang sa kini nga tipo, ang pulong nga kontrol kinahanglan nga katumbas sa "00" sa gamay nga representasyon.

Status Field:
Ang paggamit niini nga natad gitino alang sa matag misyon nga gilain. Mahimong gamiton alang sa lokal nga pagpaayo sa lainlaing mga ahensya sa kawanangan.

Pag-ila sa Virtual Channel:
Kinahanglan nga adunay sulod nga identifier sa virtual nga channel diin kini nga control word nalangkit.

Bandera sa pag-access sa pisikal nga channel:
Ang bandera kinahanglan maghatag kasayuran bahin sa pagkaandam sa pisikal nga layer sa tigdawat. Kung ang pisikal nga layer sa receiver dili pa andam sa pagdawat sa mga frame, nan ang field kinahanglan nga adunay "1", kung dili "0".

Bandera sa pagkapakyas sa pag-synchronize:
Ang bandila mahimong magpakita nga ang pisikal nga layer naglihok sa dili maayo nga lebel sa signal ug ang gidaghanon sa gisalikway nga mga frame taas kaayo. Ang paggamit niini nga field kay opsyonal kung gamiton, kinahanglan nga adunay "0" kung adunay pag-synchronize, ug "1" kung walay pag-synchronize.

Pag-block sa bandila:
Kini nga bit maglangkob sa FARM lock status alang sa matag virtual channel. Ang kantidad nga "1" sa kini nga natad kinahanglan magpakita nga ang FARM wala’y mahimo ug ang mga frame ilabay alang sa matag virtual layer, kung dili "0".

Paghulat bandila:
Kini nga gamay gamiton aron ipakita nga ang tigdawat dili makaproseso sa datos sa gitakda nga virtual channel. Ang kantidad nga "1" nagpakita nga ang tanan nga mga frame ilabay sa kini nga virtual nga channel, kung dili "0".

Ipasa ang bandila:
Kini nga bandera kinahanglan adunay usa ka "1" kung usa o daghan pa nga tipo A nga mga bayanan ang gilabay o nakit-an ang mga kal-ang, busa kinahanglan ang pagpadala pag-usab. Ang "0" nga bandila nagpakita nga walay nahulog nga mga frame o paglaktaw.

Bili sa tubag:
Frame number nga wala madawat. Determinado sa counter sa telecommand frame header

layer sa network

Atong hikapon kini nga lebel gamay. Adunay duha ka mga kapilian dinhi: mahimong gamiton ang space packet protocol, o i-encapsulate ang bisan unsang ubang protocol sa CCSDS packet.

Ang usa ka kinatibuk-ang ideya sa space packet protocol usa ka hilisgutan alang sa usa ka bulag nga artikulo. Gidisenyo kini aron tugotan ang gitawag nga mga aplikasyon nga hapsay nga magbinayloay sa datos. Ang matag aplikasyon adunay kaugalingon nga adres ug sukaranan nga gamit alang sa pagbayloay sa datos sa ubang mga aplikasyon. Adunay usab mga serbisyo nga nagtultol sa trapiko, nagkontrol sa pagpadala, ug uban pa.

Uban sa encapsulation ang tanan mas simple ug mas klaro. Ang mga sumbanan nagpaposible sa pag-encapsulate sa bisan unsang mga protocol sa mga pakete sa CCSDS pinaagi sa pagdugang usa ka dugang nga header.

Diin ang header adunay lain-laing mga kahulugan depende sa gitas-on sa protocol nga gi-encapsulated:

Dinhi ang nag-unang natad mao ang gitas-on sa gitas-on. Mahimo kini magkalainlain gikan sa 0 hangtod 4 bytes. Usab niini nga header kinahanglan nimo nga ipakita ang tipo sa encapsulated protocol gamit ang lamesa gikan dinhi.

Ang IP encapsulation naggamit og laing add-on aron mahibal-an ang matang sa pakete.
Kinahanglan nimong idugang ang usa pa ka header, usa ka octet ang gitas-on:

Diin ang PID maoy laing protocol identifier nga gikuha gikan dinhi

konklusyon

Sa una nga pagtan-aw, ingon og ang mga ulohan sa CCSDS hilabihan ka daghan ug ang pipila ka mga natad mahimong ilabay. Sa tinuud, ang kahusayan sa sangputanan nga channel (hangtod sa lebel sa network) mga 40%. Bisan pa, sa diha nga kinahanglan nga ipatuman kini nga mga sumbanan, kini mahimong tin-aw nga ang matag natad, ang matag ulohan adunay kaugalingon nga hinungdanon nga misyon, nga wala magtagad nga nagdala sa daghang mga dili klaro.

Kung ang habrasociety nagpakita og interes niini nga hilisgutan, malipay ako sa pagmantala sa tibuok serye sa mga artikulo nga gipahinungod sa teorya ug praktis sa komunikasyon sa kawanangan. Salamat sa imong pagtagad!