{"id":35921,"date":"2019-10-31T22:07:35","date_gmt":"2019-10-31T19:07:35","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/nemnogo-o-standartah-kosmicheskoj-svyazi\/"},"modified":"2019-10-31T22:07:35","modified_gmt":"2019-10-31T19:07:35","slug":"nemnogo-o-standartah-kosmicheskoj-svyazi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/hr\/blog\/administrirovanie\/nemnogo-o-standartah-kosmicheskoj-svyazi","title":{"rendered":"Malo o standardima svemirske komunikacije","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Malo
\nSatelit Meteor M1
\nIzvor: vladtime.ru<\/i><\/p>\n

Uvod<\/h2>\n

\nEksploatacija svemirske tehnologije nije mogu\u0107a bez radio veze, a u ovom \u010dlanku \u0107u poku\u0161ati objasniti osnovne ideje koje su temelj standarda razvijenih od strane Me\u0111unarodnog savjetodavnog komiteta za svemirske sustave prijenosa podataka (Consultative Committee for Space Data Systems \u2013 CCSDS. Ova kratica \u0107e se dalje koristiti).<\/p>\n

Ova publikacija \u0107e se prvenstveno posvetiti kanalnoj razini, me\u0111utim, osnovni pojmovi za druge razine tako\u0111er \u0107e biti uvedeni. \u010clanak ne pretendira na sveobuhvatno i potpuno opisivanje standarda. Mo\u017eete ga prona\u0107i na web stranici<\/a><\/noindex> CCSDS-u. Me\u0111utim, oni su vrlo te\u0161ki za razumijevanje, i da bismo ih shvatili potro\u0161ili smo dosta vremena, stoga ovdje \u017eelim navesti osnovne informacije, s kojima \u0107e biti mnogo lak\u0161e razumjeti sve ostalo. Pa, da krenemo.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Plemenita misija CCSDS<\/h2>\n

\nMo\u017eda se netko pita: za\u0161to se svi trebaju pridr\u017eavati standarda, ako se mo\u017ee razviti vlastiti proprietarni paket protokola radio veze (ili vlastiti standard, s blackjackom i novim funkcijama), pove\u0107avaju\u0107i time sigurnost sustava?<\/p>\n

Iz iskustva pokazuje se da je isplativije pridr\u017eavati se standarda CCSDS iz sljede\u0107ih razloga:<\/p>\n

    \n
  1. U odbor koji je odgovoran za objavljivanje standarda uklju\u010deni su predstavnici svih va\u017enih svemirskih agencija svijeta, koji su donijeli svoje neprocjenjivo iskustvo ste\u010deno tijekom godina dizajniranja i eksploatacije raznih misija. Bilo bi vrlo glupo ignorirati to iskustvo i ponovo kro\u010diti u iste zamke.<\/li>\n
  2. Ovi standardi su podr\u017eani ve\u0107 postoje\u0107om opremom zemaljskih stanica na tr\u017ei\u0161tu.<\/li>\n
  3. Tijekom otklanjanja bilo kakvih kvarova, uvijek se mo\u017ee obratiti kolegama iz drugih agencija kako bi oni izveli komunikacijski sesiju s ure\u0111ajem sa svoje zemaljske stanice. Kao \u0161to vidite, standardi su vrlo korisna stvar, stoga hajde da razjasnimo njihove klju\u010dne to\u010dke.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Arhitektura<\/h2>\n

    \nStandardi predstavljaju skup dokumenata koji odra\u017eavaju najosnovniji model OSI (Open System Interconnection), osim \u0161to se na kanalnoj razini zajedni\u0161tvo ograni\u010dava dijeljenjem na telemetriju (kanal 'dolje' \u2014 svemir - Zemlja) i telekomande (kanal 'gore').<\/p>\n

    \"Malo
    \n
    \nPogledajmo neke razine detaljnije, po\u010dinju\u0107i od fizi\u010dke, a zatim se penju\u0107i prema gore. Za bolju preglednost, razmatrat \u0107emo arhitekturu primateljske strane. Prijenosna strana predstavlja njezinu zrcalnu sliku.<\/p>\n

    Fizi\u010dka razina<\/h2>\n

    \nNa ovoj razini doga\u0111a se pretvorba moduliranog radio signala u bitni tok. Standardi na ovoj razini uglavnom su preporu\u010deni, budu\u0107i da je te\u0161ko odvojiti se od konkretne implementacije opreme. Klju\u010dna uloga CCSDS-a je odrediti prihvatljive modulacije (BPSK, QPSK, 8-QAM itd.) i dati neka preporu\u010dena rje\u0161enja za implementaciju mehanizama simbolne sinkronizacije, kompenzacije Dopplerovog pomaka itd.<\/p>\n

    Razina sinkronizacije i kodiranja<\/h2>\n

    \nFormalno je podrazina kanalne razine, me\u0111utim, \u010desto se isti\u010de kao posebna razina zbog svoje va\u017enosti unutar CCSDS standarda. Ova razina pretvara bitni tok u takozvane okvire (telemetrije ili telekomandi), o kojima \u0107emo naknadno razgovarati. Za razliku od simbolne sinkronizacije na fizi\u010dkoj razini, koja omogu\u0107ava dobivanje ispravnog bitnog toka, ovdje se provodi okvirna sinkronizacija. Pogledajmo put kojim podaci prolaze na ovoj razini (odozdo prema gore):<\/p>\n

    \"Malo
    \n
    \nMe\u0111utim, prije toga, potrebno je re\u0107i nekoliko rije\u010di o kodiranju. Ova procedura je neophodna za pronala\u017eenje i\/ili ispravljanje bitnih gre\u0161aka koje neizbje\u017eno nastaju prilikom slanja podataka putem radio kanala. Ovdje ne\u0107emo razmatrati procedure dekodiranja, ve\u0107 \u0107emo dobiti informacije potrebne za razumijevanje daljnje logike rada razine. <\/p>\n

    Kodovi mogu biti blokovni i neprekidni. Standardi ne zahtijevaju kori\u0161tenje odre\u0111enog tipa kodiranja, me\u0111utim, ono mora postojati. Neprekidni kodovi uklju\u010duju konvolucijske kodove. Uz njih se kodira neprekidni bitni tok. Za razliku od blokovnih kodova, gdje se podaci dijele na kodne blokove (codeblock) i mogu se dekodirati samo unutar cjelovitih blokova. Kodni blok sastoji se od prenesenih podataka i pridru\u017eene redundantne informacije potrebne za provjeru ispravnosti primanja podataka i ispravljanje mogu\u0107ih gre\u0161aka. Blokovni kodovi uklju\u010duju poznate Reed-Solomon kodove.<\/p>\n

    Ako se koristi konvolucijsko kodiranje, bit-stream na po\u010detku odlazi u dekoder. Rezultat njegova rada (sve to, naravno, doga\u0111a se kontinuirano) su blokovi podataka CADU (channel access data unit). Ova struktura je neophodna za sinkronizaciju kadrova. Na kraju svakog CADU pridru\u017een je sinkronizacijski marker (ASM \u2013 attached synch maker). To su poznata 4 bajta prema kojima sinkronizator pronalazi po\u010detak i kraj CADU. Tako se posti\u017ee sinkronizacija kadrova.<\/p>\n

    Sljede\u0107a opcionalna faza rada razine sinkronizacije i kodiranja povezana je s osobinama rada fizi\u010dke razine. To je derandomizacija. Naime, kako bi se postigla simboli\u010dka sinkronizacija, potrebna su \u010desta prebacivanja izme\u0111u simbola. Dakle, ako budemo prenosili, pretpostavimo, kilobajt podataka koji se sastoji isklju\u010divo od jedinica, sinkronizacija \u0107e biti izgubljena. Stoga se pri prijenosu ulazni podaci mije\u0161aju s periodi\u010dnom pseudoraspr\u0161enom sekvencom kako bi gusto\u0107a nula i jedinica bila ravnomjerna.<\/p>\n

    Nakon toga dolazi do dekodiranja blokovskih kodova, a ono \u0161to preostane \u0107e biti kona\u010dni proizvod razine sinkronizacije i kodiranja \u2013 kadar.<\/p>\n

    Kanalna razina<\/h2>\n

    \nS jedne strane, obra\u0111iva\u010d kanalne razine prima kadrove, dok s druge strane isporu\u010duje pakete. Budu\u0107i da formalno veli\u010dina paketa nije ograni\u010dena, za pouzdanu isporuku potrebno ih je razbiti na manje strukture \u2013 kadrove. Ovdje \u0107emo razmotriti dva podpodjela: posebno za telemetriju (TM) i telekomande (TC).<\/p>\n

    Telemetrija<\/h3>\n

    \nJednostavno re\u010deno, to su podaci koje zemaljska stanica prima od svemirske letjelice. Svi preneseni podaci dijele se na male fragmente fiksne du\u017eine \u2013 kadrove, koji sadr\u017ee prenesene podatke i kontrolna polja. Pogledajmo detaljnije strukturu kadra:<\/p>\n

    \"Malo
    \n
    \nI zapo\u010dnimo razmatranje s osnovnom glavom kadra telemetrije. Kasnije \u0107u si dozvoliti u nekim dijelovima jednostavno prevesti standarde, uz davanje nekih obja\u0161njenja.<\/p>\n

    \"Malo
    \n
    \nPolje identifikatora glavnog kanala (Master Channel ID) treba sadr\u017eavati broj verzije kadra i identifikator ure\u0111aja.<\/p>\n

    Svaki KA, prema CCSDS standardima, mora imati jedinstveni identifikator putem kojeg se mo\u017ee, na temelju okvira, odrediti kojem aparatu pripada. Formalno je potrebno podnijeti zahtjev za registraciju aparata, a njegovo ime, zajedno s identifikatorom, bit \u0107e objavljeno u otvorenim izvorima. Me\u0111utim, \u010desto ruski proizvo\u0111a\u010di ignoriraju ovu proceduru, dodjeljuju\u0107i aparatu proizvoljan identifikator. Broj verzije okvira poma\u017ee odrediti koja verzija standarda se koristi kako bi se ispravno pro\u010ditao okvir. Ovdje \u0107emo razmotriti samo najkonzervativniji standard s verzijom \"0\".<\/i><\/p>\n

    U polju identifikatora virtualnog kanala (Virtual Channel ID) treba sadr\u017eavati VCID tog kanala s kojeg je paket stigao. Nema ograni\u010denja u odabiru VCID-a, posebno virtualni kanali ne moraju biti numerirani slijedno.<\/p>\n

    Veoma \u010desto se javlja potreba za multiplexiranjem prenesenih podataka. Za to postoji mehanizam virtualnih kanala. Na primjer, satelit Meteor-M2 prenosi slikovne podatke u vidljivom spektru, dijele\u0107i ih na tri crno-bijela \u2013 svaka boja se prenosi u svom virtualnom kanalu zasebnim paketom, iako u strukturi njegovih okvira postoji odre\u0111eno odstupanje od standarda.<\/i><\/p>\n

    Polje zastavice Operativne Kontrole treba biti indikator prisutnosti ili odsutnosti polja Operativne Kontrole u okviru telemetrije. Ova 4 bajta na kraju okvira slu\u017ee za odr\u017eavanje povratne informacije tijekom kontrole dostave okvira telekomandi. O njima \u0107emo govoriti malo kasnije.<\/p>\n

    Broja\u010di okvira glavnog i virtualnog kanala \u2013 to su polja koja se pove\u0107avaju za jedan prilikom slanja svakog okvira. Slu\u017ee kao indikator da nijedan okvir nije izgubljen.<\/i><\/p>\n

    Status podataka okvira telemetrije \u2013 to su jo\u0161 dva bajta zastavica i podataka, od kojih \u0107emo razmotriti samo neke.<\/p>\n

    \"Malo
    \n
    \nPolje zastavice dodatnog zaglavlja (Secondary Header) treba biti indikator prisutnosti ili odsutnosti dodatnog zaglavlja (Secondary Header) u okviru telemetrije.<\/p>\n

    Ako \u017eelite, mo\u017eete dodati dodatno zaglavlje svakom okviru i tamo smjestiti bilo koje podatke po svojoj \u017eelji.<\/i><\/p>\n

    Polje pokaziva\u010da na prvi naslov (First Header Pointer), kada je vrijednost oznake sinkronizacije \u00ab1\u00bb, treba sadr\u017eavati binarnu reprezentaciju pozicije prvog okteta prvog Paketa u polju podataka (Data Field) telemetrijskog okvira. Pozicija se broji od 0 u rastu\u0107em redoslijedu od po\u010detka polja podataka. Ako nema po\u010detka paketa u polju podataka telemetrijskog okvira, tada polje pokaziva\u010da na prvi naslov treba imati vrijednost u binarnoj reprezentaciji \u00ab11111111111\u00bb (to se mo\u017ee dogoditi ako jedan dugi paket obuhvata vi\u0161e od jednog okvira). <\/p>\n

    Ako u polju podataka postoji prazan paket (Idle Data), tada pokaziva\u010d na prvi naslov treba imati vrijednost u binarnoj reprezentaciji \u00ab11111111110\u00bb. Ovisno o ovom polju, prijemnik treba izvr\u0161iti sinkronizaciju toka. Ovo polje jam\u010di obnavljanje sinkronizacije \u010dak i u slu\u010daju propu\u0161tanja okvira.<\/p>\n

    To jest, paket mo\u017ee, primjerice, po\u010deti u sredini 4. okvira i zavr\u0161iti na po\u010detku 20. Kako bi se prona\u0161ao njegov po\u010detak, slu\u017ei ovo polje. Paketi tako\u0111er imaju naslov, u kojem je navedena njihova duljina, tako da prilikom pronala\u017eenja pokaziva\u010da na prvi naslov, obrada kanalske razine mora ga pro\u010ditati, \u010dime se odre\u0111uje gdje zavr\u0161ava paket.<\/i>
    \nAko je polje kontrole gre\u0161aka prisutno, mora biti sadr\u017eano u svakom telemetrijskom okviru za odre\u0111eni fizi\u010dki kanal tijekom cijele misije.<\/p>\n

    Ovo polje se izra\u010dunava primjenom CRC metode. Procedura treba prihvatiti n-16 bitnog telemetrijskog okvira i umetnuti rezultat izra\u010duna u posljednjih 16 bitova.<\/p>\n

    Telekomande<\/h4>\n

    \nOkvir telekomandi ima nekoliko zna\u010dajnih razlika. Me\u0111u njima su:<\/p>\n

      \n
    1. Druga struktura naslova<\/li>\n
    2. Dinami\u010dka duljina. To zna\u010di da duljina okvira nije strogo zadana, kao \u0161to je to slu\u010daj u telemetriji, ve\u0107 se mo\u017ee mijenjati ovisno o prenosivim paketima.<\/li>\n
    3. Mehanizam jamstva isporuke paketa. Dakle, K\u0410 mora potvrditi ispravnost prijema okvira nakon primitka ili zatra\u017eiti ponovnu isporuku s onog okvira koji je mogao biti primljen s neispravnom gre\u0161kom.<\/li>\n<\/ol>\n

      \n\"Malo
      \n
      \n\"Malo
      \n
      \nMnoga polja su nam ve\u0107 poznata iz naslova telemetrijskog okvira. Ona imaju istu namjenu, stoga \u0107emo ovdje razmotriti samo nova polja.<\/p>\n

      Jedan bit zastavice zaobi\u0111ite treba koristiti za kontrolu provjere okvira na prijemniku. Vrijednost \"0\" za tu zastavicu trebala bi ozna\u010davati da je taj okvir tipa A i da se njegova provjera treba obavljati prema FARM-u. Vrijednost \"1\" ove zastavice trebala bi obavijestiti prijemnik da je taj okvir tipa B i da treba zaobi\u0107i provjeru prema FARM-u.<\/p>\n

      Ova zastavica obavje\u0161tava prijemnik treba li koristiti mehanizam potvrde isporuke okvira, poznat kao FARM \u2014 Mehanizam prihva\u0107anja i izvje\u0161tavanja okvira.<\/i><\/p>\n

      Zastavica za kontrolu naredbi treba se koristiti za razumijevanje prenosi li polje podataka naredbu ili podatke. Ako je zastavica \"0\", polje podataka treba sadr\u017eavati podatke. Ako je zastavica \"1\", polje podataka treba sadr\u017eavati kontrolne informacije za FARM.
      \nFARM predstavlja kona\u010dni automat \u010dije se parametre mo\u017ee prilago\u0111avati.<\/i><\/p>\n

      RSVD. SPARE \u2013 rezervirani bitovi.<\/p>\n

      Izgleda da CCSDS ima planove za njih u budu\u0107nosti, a za povratnu kompatibilnost verzija protokola rezervirali su te bite \u010dak i u trenutnim verzijama standarda.<\/i><\/p>\n

      Polje duljine okvira treba sadr\u017eavati broj u bitnom prikazu koji je jednak duljini okvira u oktetima minus jedan.<\/p>\n

      Polje podataka okvira treba slijediti nakon zaglavlja bez razmaka i sadr\u017eavati cijeli broj okteta koji mo\u017ee imati maksimalnu duljinu od 1019 okteta. Ovo polje treba sadr\u017eavati ili blok podataka okvira ili informacije o kontrolnoj naredbi. Blok podataka okvira trebao bi sadr\u017eavati:<\/p>\n