Meteor M1 satelitea
Iturria: vladtime.ru
Sarrera
Espazio-teknologiaren funtzionamendua ezinezkoa da irrati-komunikaziorik gabe, eta artikulu honetan Espazioko Datu Sistemen Nazioarteko Aholku Batzordeak (CCSDS) garatutako estandarren oinarri izan ziren ideia nagusiak azaltzen saiatuko naiz. Laburdura hau jarraian erabiliko da. .
Argitalpen hau datu-lotura geruzaren gainean zentratuko da batez ere, baina beste geruzetarako oinarrizko kontzeptuak ere aurkeztuko dira. Artikulu honek ez du inola ere estandarren deskribapen sakon eta osoa izan nahi. Hemen ikus dezakezu CCSDS. Hala ere, oso zailak dira ulertzea, eta denbora asko eman dugu horiek ulertzen saiatzen, beraz, hemen oinarrizko informazioa eman nahi dut, eta hori edukita askoz errazagoa izango da gainerako guztia ulertzea. Beraz, has gaitezen.
CCSDSren Misio Noblea
Agian norbaitek galdera bat du: zergatik bete beharko lituzke denek estandarrak zure jabedun irrati-protokoloen pila garatzen baduzu (edo zure estandarra, blackjack eta ezaugarri berriekin), sistemaren segurtasuna areagotuz?
Praktikak erakusten duenez, errentagarriagoa da CCSDS estandarrak atxikitzea arrazoi hauengatik:
- Arauak argitaratzeaz arduratzen den batzordeak munduko agentzia aeroespazialeko garrantzitsuen ordezkariak biltzen ditu, hainbat misioen diseinuan eta funtzionamenduan hainbat urtetan lortutako esperientzia eskerga ekarriz. Oso absurdoa izango litzateke esperientzia horri jaramonik egin eta berriro haien arrastoa zapaltzea.
- Estandar hauek merkatuan dauden lurreko estazioko ekipoek onartzen dituzte.
- Arazoak konpontzen direnean, beste agentzietako lankideengandik laguntza bila dezakezu beti, gailuarekin komunikazio-saio bat egin dezaten lurreko geltokitik. Ikus dezakezunez, estandarrak oso gauza erabilgarriak dira, beraz, ikus ditzagun haien funtsezko puntuak.
arkitektura
Estandarrak OSI (Open System Interconnection) eredu ohikoena islatzen duten dokumentu multzo bat dira, datu-lotura mailan komuntasuna telemetria (beheranzko lotura - espazioa - Lurra) eta telekomandoak (gora esteka) banatzera mugatzen dela izan ezik.
Ikus ditzagun maila batzuk zehatzago, fisikotik hasi eta gora eginez. Argitasun handiagoa lortzeko, alde hartzailearen arkitektura kontuan hartuko dugu. Igorlea bere ispilu-irudia da.
Geruza fisikoa
Maila honetan, modulatutako irrati-seinalea bit-korronte batean bihurtzen da. Hemen estandarrak batez ere aholkularitza izaera dute, maila honetan zaila baita hardwarearen ezarpen zehatzetik abstraitzea. Hemen, CCSDSren funtsezko eginkizuna modulazio onargarriak definitzea da (BPSK, QPSK, 8-QAM, etab.) eta sinboloen sinkronizazio mekanismoak, Doppler konpentsazioa eta abar ezartzeari buruzko gomendio batzuk ematea.
Sinkronizazio eta kodetze maila
Formalki, datu-lotura geruzaren azpigeruza bat da, baina sarritan bereizitako geruza batean bereizten da CCSDS estandarren baitan duen garrantziagatik. Geruza honek bit-fluxua trama deiturikoak bihurtzen ditu (telemetria edo telekomandoak), eta horietaz gero hitz egingo dugu. Sinboloen sinkronizazioa geruza fisikoan ez bezala, bit-korronte zuzena lortzeko aukera ematen duena, hemen markoen sinkronizazioa egiten da. Kontuan hartu datuek maila honetan hartzen duten bidea (behetik gora):
Hala ere, aurretik, merezi du kodeketari buruz hitz batzuk esatea. Prozedura hau beharrezkoa da irrati-kanal batetik datuak bidaltzean ezinbestean gertatzen diren bit akatsak aurkitzeko edo/eta zuzentzeko. Hemen ez ditugu deskodetze prozedurak kontuan hartuko, mailaren logika gehiago ulertzeko beharrezkoa den informazioa baino ez dugu lortuko.
Kodeak blokeak edo jarraituak izan daitezke. Estandarek ez dute kodeketa mota zehatz bat erabiltzera behartzen, baina hala egon behar du. Kode jarraituek kode konboluzionalak dituzte. Bit-korronte jarraitua kodetzeko erabiltzen dira. Hau bloke-kodeen aldean dago, non datuak kode-blokeetan banatzen diren eta bloke osoetan soilik deskodetu daitezkeen. Kode-blokeak transmititutako datuak eta erantsitako informazio erredundantea adierazten ditu jasotako datuen zuzentasuna egiaztatzeko eta akats posibleak zuzentzeko. Bloke-kodeek Reed-Solomon kode ospetsuak barne hartzen dituzte.
Kodeketa konboluzionala erabiltzen bada, bit-korrontea hasieratik sartzen da deskodetzailean. Bere lanaren emaitza (hori guztia, noski, etengabe gertatzen da) CADU (channel access data unit) datu-blokeak dira. Egitura hau beharrezkoa da fotograma sinkronizatzeko. CADU bakoitzaren amaieran sinkronizazio-sortzaile bat (ASM) dago. Hauek aldez aurretik ezagutzen diren 4 byte dira, eta sinkronizatzaileak CADUren hasiera eta amaiera aurkitzen ditu. Horrela lortzen da fotograma sinkronizatzea.
Sinkronizazio eta kodetze geruzaren hurrengo aukerako etapa geruza fisikoaren berezitasunekin lotuta dago. Hau desaleatoriatzea da. Kontua da sinboloen sinkronizazioa lortzeko sinboloen artean maiz aldatzea beharrezkoa dela. Beraz, osorik osatutako kilobyte bat transmititzen badugu, demagun, sinkronizazioa galduko da. Beraz, transmisioan, sarrerako datuak sasi-ausazko sekuentzia periodiko batekin nahasten dira, zeroen eta baten dentsitatea uniformea ββizan dadin.
Ondoren, bloke-kodeak deskodetzen dira, eta geratzen dena sinkronizazio eta kodetze mailaren azken produktua da: fotograma bat.
Datu-lotura geruza
Alde batetik, lotura-geruzaren prozesadoreak fotogramak jasotzen ditu, eta beste aldean paketeak igortzen ditu. Paketeen tamaina formalki mugatua ez denez, haien transmisio fidagarria izateko beharrezkoa da egitura txikiagoetan zatitzea - ββmarkoak. Hemen bi azpiatal aztertuko ditugu: bereizita telemetria (TM) eta telekomandoak (TC).
Telemetria
Besterik gabe, hau da lurreko estazioak espazio-ontzitik jasotzen dituen datuak. Igorritako informazio guztia luzera finkoko zati txikietan banatzen da - transmititutako datuak eta zerbitzu-eremuak dituzten fotogramak. Ikus dezagun hurbilagotik markoaren egitura:
Eta has gaitezen gure hausnarketa telemetria markoaren goiburu nagusiarekin. Gainera, leku batzuetan estandarrak itzultzeko aukera emango diot, bidean argibide batzuk emanez.
Master Channel ID eremuak markoaren bertsio-zenbakia eta gailuaren identifikatzailea izan behar ditu.
Espazio-ontzi bakoitzak, CCSDS estandarren arabera, bere identifikatzaile bakarra izan behar du, zeinaren bidez, marko bat izanik, zein gailuri dagokion zehaztu daiteke. Formalki, beharrezkoa da gailua erregistratzeko aplikazioa aurkeztea, eta bere izena, identifikatzailearekin batera, iturri irekietan argitaratuko da. Hala ere, Errusiako fabrikatzaileek sarritan ez dute kasurik egiten prozedura hau, eta gailuari identifikatzaile arbitrario bat esleitzen diote. Markoaren bertsio-zenbakiak estandarren zein bertsio erabiltzen den zehazten laguntzen du markoa behar bezala irakurtzeko. Hemen "0" bertsioa duen estandar kontserbadoreena bakarrik hartuko dugu kontuan.
Kanal Birtualeko ID eremuak paketea etorri den kanalaren VCID izan behar du. Ez dago murrizketarik VCID aukeratzerakoan; bereziki, kanal birtualak ez dira zertan sekuentzialki zenbakituta egon behar.
Askotan transmititutako datuak multiplexatzeko beharra dago. Horretarako, kanal birtualen mekanismo bat dago. Adibidez, Meteor-M2 sateliteak kolore-irudi bat igortzen du ikusgai barrutian, hiru zuri-beltzean banatuz; kolore bakoitza bere kanal birtualean transmititzen da pakete bereizi batean, nahiz eta estandarekiko desbideratze bat egon. bere markoen egitura.
Kontrol Operatiboaren bandera eremua Telemetria markoan Kontrol Operatiboaren eremuaren presentzia edo ezaren adierazlea izango da. Markoaren amaierako 4 byte hauek teleagindu-marken entrega kontrolatzerakoan feedbacka emateko balio dute. Horietaz hitz egingo dugu geroxeago.
Kanal nagusiaren eta birtualaren fotograma-kontagailuak fotograma bat bidaltzen den bakoitzean bat handitzen diren eremuak dira. Koadro bakar bat ere ez dela galdu adierazle gisa balio.
Telemetria-markoaren datuen egoera bi bandera eta datu-byte gehiago dira, eta horietako batzuk aztertuko ditugu.
Bigarren mailako goiburuko marka-eremuak telemetria-markoan Bigarren mailako goiburu bat egotearen edo ezaren adierazle izan behar du.
Nahi izanez gero, goiburu gehigarri bat gehi diezaiokezu fotograma bakoitzari eta bertan jarri edozein datu zure diskrezioan.
Lehen goiburuko erakuslea eremuak, sinkronizazio-marka "1" gisa ezartzen denean, telemetria-markoaren datu-eremuko lehen paketearen lehen zortzikotearen posizioaren irudikapen bitarra edukiko du. Posizioa 0tik zenbatzen da goranzko ordenan datu-eremuaren hasieratik. Telemetria-markoaren datu-eremuan paketearen hasierarik ez badago, lehen goiburuko eremuko erakusleak "11111111111" irudikapen bitarrean izan behar du balioa (hau gerta daiteke pakete luze bat fotograma batean baino gehiagotan zabaltzen bada). ).
Datu-eremuak pakete huts bat badu (Idle Data), orduan lehenengo goiburuko erakusleak "11111111110" irudikapen bitarrean izan beharko luke. Eremu hau erabiliz, hartzaileak korrontea sinkronizatu behar du. Eremu honek sinkronizazioa berrezartzen dela ziurtatzen du fotogramak botatzen badira ere.
Hau da, pakete bat, demagun, 4. fotogramaren erdian hasi eta 20.aren hasieran amaitu daiteke. Eremu hau bere hasiera aurkitzeko erabiltzen da. Paketeek bere luzera zehazten duen goiburu bat ere badute, beraz, lehen goiburuko erakuslea aurkitzen denean, esteka-geruzako prozesadoreak irakurri behar du, horrela paketea non amaituko den zehaztuz.
Erroreak kontrolatzeko eremu bat badago, misioan zehar kanal fisiko jakin baterako telemetria-marko guztietan egon behar da.
Eremu hau CRC metodoa erabiliz kalkulatzen da. Prozedurak telemetria markoaren n-16 bit hartu behar ditu eta kalkuluaren emaitza azken 16 bitetan sartu behar du.
Telebistako taldeak
Telebistako komando-markoak hainbat desberdintasun esanguratsu ditu. Haien artean:
- Izenburuen egitura ezberdina
- Luzera dinamikoa. Horrek esan nahi du fotograma-luzera ez dela zurrun ezartzen, telemetrian egiten den bezala, baina alda daiteke transmititutako paketeen arabera.
- Paketeak bidaltzeko berme mekanismoa. Hau da, espazio-ontziak, hura jaso ondoren, markoaren harrera zuzena dela baieztatu behar du, edo zuzenezina den errore batekin jaso zitekeen fotograma batetik birbidaltzea eskatu.
Eremu asko ezagunak zaizkigu telemetria markoaren goiburutik. Helburu bera dute, beraz, hemen eremu berriak bakarrik hartuko ditugu kontuan.
Saihesbidearen banderaren bit bat erabili behar da hartzailearen fotograma egiaztatzea kontrolatzeko. Bandera honen "0" balio batek markoa A motako markoa dela adieraziko du eta FARMen arabera egiaztatu behar dela. Bandera honen "1" balioak hartzaileak adierazi behar dio fotograma hau B motako fotograma dela eta FARM egiaztapena saihestu behar duela.
Bandera honek hartzaileak FARM - Frame Acceptance and Reporting Mechanism deritzon trama entregaren aitorpen-mekanismoa erabili behar duen ala ez adierazten dio.
Kontrol-aginduaren bandera erabili behar da datu-eremuak komando bat edo datuak garraiatzen dituen ulertzeko. Bandera "0" bada, datu-eremuak datuak eduki behar ditu. Bandera "1" bada, datu-eremuak FARMen kontrol-informazioa izan behar du.
FARM egoera finituko makina bat da, zeinaren parametroak konfigura daitezkeen.
RSVD. SARE - erreserbatutako bits.
Badirudi CCSDS-k planak dituela etorkizunean, eta protokoloen bertsioen atzerako bateragarritasunerako bit hauek dagoeneko estandarraren egungo bertsioetan erreserbatu dituzte.
Fotograma-luzera eremuak bit-adierazpeneko zenbaki bat izan behar du, zortzikotetan ken bat marko-luzeraren berdina dena.
Markoaren datu-eremuak goiburuari jarraitu behar dio zuriunerik gabe eta zortzikote-kopuru oso bat eduki behar du, gehienez 1019 zortzikoteko luzera izan dezakeena. Eremu honek markoaren datu-blokea edo kontrol komandoaren informazioa eduki behar du. Markoaren datu-blokeak eduki behar du:
- erabiltzailearen datuen zortzikote osoko kopurua
- segmentu-goiburua eta ondoren erabiltzailearen datuen zortzikote kopuru oso bat
Goiburu bat badago, datu-blokeak pakete bat, pakete multzo bat edo pakete baten zati bat eduki behar du. Goibururik gabeko datu-bloke batek ezin ditu paketeen zatirik eduki, baina formatu pribatuko datu-blokeak izan ditzake. Hortik ondorioztatzen da goiburu bat behar dela transmititutako datu-blokea fotograma batean sartzen ez denean. Goiburua duen datu-blokeari segmentu deitzen zaio
Bi biteko banderaren eremuak eduki behar du:
- "01" - datuen lehen zatia datu-blokean badago
- "00" - datuen erdiko zatia datu-blokean badago
- "10" - azken datua datu-blokean badago
- "11" - zatiketarik ez badago eta datu-blokean pakete bat edo gehiago sartzen badira.
MAP ID eremuak zeroak izan behar ditu MAP kanalak erabiltzen ez badira.
Batzuetan, kanal birtualei esleitutako 6 bit ez dira nahikoak. Eta kanal kopuru handiagoan datuak multiplexatzea beharrezkoa bada, segmentu-goiburutik beste 6 bit erabiltzen dira.
FARM
Ikus ditzagun langileen banaketa kontrolatzeko sistemaren funtzionamendu mekanismoa. Sistema honek telekomandoen markoekin soilik lan egiteko aukera ematen du, haien garrantziagatik (telemetria beti eskatu daiteke berriro, eta espazio-ontziak argi entzun behar du lurreko estazioa eta beti bere aginduak bete). Beraz, demagun gure satelitea birflash egitea erabakitzen dugula eta hari 10 kilobyte-ko tamainako fitxategi bitar bat bidaltzea. Esteka mailan, fitxategia 10 fotogramatan banatzen da (0, 1, ..., 9), eta banan-banan gora bidaltzen dira. Transmisioa amaitzen denean, sateliteak paketeen harrera zuzena dela baieztatu behar du, edo errorea zein fotogramatan gertatu den jakinarazi. Informazio hori kontrol operatiboaren eremura bidaltzen da telemetria-markoan hurbilen dagoenean (Edo espazio-ontziak marko inaktibo baten transmisioa has dezake ezer esaterik ez badu). Jasotako telemetriaren arabera, dena ondo dagoela ziurtatzen dugu edo mezua berriro bidaltzen hasten gara. Demagun sateliteak ez duela #7 markoa entzun. Horrek esan nahi du 7, 8, 9 fotogramak bidaltzen dizkiogula. Erantzunik ez badago, pakete osoa berriro bidaltzen da (eta horrela hainbat aldiz saiakerak alferrikakoak direla konturatzen garen arte).
Jarraian, kontrol operatiboaren eremuaren egitura dago eremu batzuen deskribapenarekin. Eremu honetan jasotako datuei CLCW - Communication Link Control Word deitzen zaie.
Iruditik erraz asma dezakezunez eremu nagusien helburua, eta besteak ikustea aspergarria denez, deskribapen zehatza spoiler baten azpian ezkutatzen ari naiz.
CLCW eremuen azalpenaKontrol hitz mota:
Mota honetarako, kontrol hitzak 0 eduki behar du
Kontrol hitzaren bertsioa (CLCW bertsioaren zenbakia):
Mota honetarako, kontrol-hitza "00"ren berdina izan behar du bit-adierazpenean.
Egoera eremua:
Eremu honen erabilera misio bakoitzerako bereizita zehazten da. Hainbat espazio agentziek tokiko hobekuntzak egiteko erabil dezakete.
Kanal birtuala identifikatzea:
Kontrol-hitz hori lotuta dagoen kanal birtualaren identifikatzailea eduki behar du.
Kanal fisikorako sarbidearen bandera:
Banderak hartzailearen geruza fisikoaren prestasunari buruzko informazioa eman behar du. Hartzailearen geruza fisikoa ez badago fotogramak jasotzeko prest, eremuak "1" eduki behar du, bestela "0".
Sinkronizazioaren hutsegitearen bandera:
Banderak geruza fisikoa seinale maila eskasean funtzionatzen duela eta baztertutako fotograma kopurua handiegia dela adieraz dezake. Eremu hau erabiltzea hautazkoa da; erabiltzen bada, "0" eduki behar du sinkronizazioa erabilgarri badago, eta "1" ez badago.
Bandera blokeatzea:
Bit honek kanal birtual bakoitzaren FARM blokeoaren egoera eduki beharko du. Eremu honetan "1" balio batek FARM desgaituta dagoela eta fotogramak baztertu egingo dira geruza birtual bakoitzeko, bestela "0".
Itxaron bandera:
Bit hori erabiliko da hartzaileak ezin dituela datuak prozesatu zehaztutako kanal birtualean. "1" balio batek kanal birtual honetan fotograma guztiak baztertuko direla adierazten du, bestela "0".
Aurrera bandera:
Bandera honek "1" izango du A motako fotograma bat edo gehiago baztertu badira edo hutsuneak aurkitu badira, beraz, berriro bidaltzea beharrezkoa da. "0" banderak ez dela markatu edo saltatu adierazten du.
Erantzunaren balioa:
Jaso ez den fotograma-zenbakia. Teleagindu markoaren goiburuko kontagailuak zehazten du
Sare geruza
Ukitu dezagun maila hau pixka bat. Bi aukera daude hemen: espazio-paketeen protokoloa erabili edo CCSDS paketean beste edozein protokolo enkapsulatu.
Espazio paketeen protokoloaren ikuspegi orokorra artikulu bereizi baterako gaia da. Aplikazio deiturikoak datuak ezin hobeto trukatzeko diseinatuta dago. Aplikazio bakoitzak bere helbidea eta oinarrizko funtzionaltasuna ditu beste aplikazio batzuekin datuak trukatzeko. Trafikoa bideratzen duten zerbitzuak ere badaude, bidalketa kontrolatzen, etab.
Kapsulatuarekin dena errazagoa eta argiagoa da. Estandarrei esker, edozein protokolo CCSDS paketeetan kapsulatzea posible da goiburu gehigarri bat gehituz.
Non goiburuak esanahi desberdinak dituen kapsulatutako protokoloaren luzeraren arabera:
Hemen eremu nagusia luzeraren luzera da. 0 eta 4 byte bitartekoa izan daiteke. Goiburu honetan ere taula erabiliz kapsulatutako protokolo mota adierazi behar duzu .
IP kapsulak beste gehigarri bat erabiltzen du pakete mota zehazteko.
Goiburu bat gehiago gehitu behar duzu, zortzikote batekoa:
Non PID hartutako beste protokolo-identifikatzaile bat den
Ondorioa
Lehen begiratuan, badirudi CCSDS goiburuak oso erredundanteak direla eta eremu batzuk baztertu daitezkeela. Izan ere, ondoriozko kanalaren eraginkortasuna (sare mailara arte) % 40 ingurukoa da. Hala ere, estandar hauek ezartzeko beharra sortu bezain laster, argi geratzen da arlo bakoitzak, epigrafe bakoitzak bere eginkizun garrantzitsua duela, eta horrek hainbat anbiguotasun ekartzen dituen alde batera utzita.
Habrasozietateak gai honen inguruan interesa agertzen badu, pozik argitaratuko dut espazio-komunikazioen teoria eta praktikari eskainitako artikulu sorta osoa. Eskerrik asko zure arretagatik!
iturri
PS
Ez jo gehiegi gogor akatsik aurkitzen baduzu. Salatu eta konponduko dira :)
Iturria: www.habr.com