Meteor M1 gervihnöttur
Heimild: vladtime.ru
Inngangur
Rekstur geimtækni er ómögulegur án fjarskipta og í þessari grein mun ég leitast við að útskýra helstu hugmyndir sem lágu til grundvallar stöðlunum sem þróaðar voru af International Advisory Committee for Space Data Systems (CCSDS. Þessi skammstöfun verður notuð hér að neðan). .
Þessi færsla mun einblína fyrst og fremst á gagnatenglalagið, en grunnhugtök fyrir önnur lög verða einnig kynnt. Þessi grein þykist á engan hátt vera ítarleg og fullkomin lýsing á stöðlunum. Þú getur skoðað það á CCSDS. Hins vegar eru þær mjög erfiðar að skilja og við eyddum miklum tíma í að reyna að skilja þær, svo hér vil ég koma með grunnupplýsingar, þar sem það verður miklu auðveldara að skilja allt annað. Svo, við skulum byrja.
Noble Mission CCSDS
Kannski hefur einhver spurningu: hvers vegna ættu allir að fylgja stöðlum ef þú getur þróað þinn eigin útvarpssamskiptareglur (eða þinn eigin staðal, með blackjack og nýjum eiginleikum), og þar með aukið öryggi kerfisins?
Eins og venjan sýnir er arðbærara að fylgja CCSDS stöðlum af eftirfarandi ástæðum:
- Í nefndinni sem ber ábyrgð á útgáfu staðlanna eru fulltrúar frá öllum helstu geimferðastofnunum í heiminum sem koma með ómetanlega reynslu sem fengist hefur á margra ára hönnun og rekstri ýmissa verkefna. Það væri mjög fáránlegt að hunsa þessa reynslu og stíga aftur á hrífuna þeirra.
- Þessir staðlar eru studdir af jarðstöðvabúnaði sem þegar er á markaðnum.
- Þegar einhver vandamál eru úrræðaleit geturðu alltaf leitað aðstoðar samstarfsmanna frá öðrum stofnunum svo þeir geti haldið samskiptalotu með tækinu frá jarðstöðinni sinni. Eins og þú sérð eru staðlar afar gagnlegur hlutur, svo við skulum skoða lykilatriði þeirra.
arkitektúr
Staðlarnir eru safn skjala sem endurspegla algengasta OSI (Open System Interconnection) líkanið, að því undanskildu að á gagnatengingarstigi er sameignin takmörkuð við skiptingu í fjarmælingu (niðurtengi - geim - jörð) og fjarstýringar (upptengil).
Við skulum skoða nokkur stig nánar, byrja á líkamlegu og fara upp. Fyrir meiri skýrleika munum við íhuga arkitektúr móttökuhliðarinnar. Sá sem sendir er spegilmynd þess.
Líkamlegt lag
Á þessu stigi er mótaða útvarpsmerkinu breytt í bitastraum. Staðlarnir hér eru aðallega ráðgefandi, þar sem á þessu stigi er erfitt að draga frá sértækri útfærslu vélbúnaðarins. Hér er lykilhlutverk CCSDS að skilgreina viðunandi mótun (BPSK, QPSK, 8-QAM, o.s.frv.) og gefa nokkrar ráðleggingar um útfærslu á samstillingaraðferðum tákna, Doppler bætur osfrv.
Samstilling og kóðun stig
Formlega er það undirlag gagnatenglalagsins, en er oft aðskilið í sérstakt lag vegna mikilvægis þess innan CCSDS staðlanna. Þetta lag breytir bitastraumnum í svokallaða ramma (fjarmælingar eða fjarskipanir), sem við munum tala um síðar. Ólíkt táknsamstillingu á líkamlega lagið, sem gerir þér kleift að fá réttan bitastraum, er rammasamstilling framkvæmd hér. Íhugaðu leiðina sem gögn fara á þessu stigi (frá botni til topps):
Hins vegar, áður en það er, er þess virði að segja nokkur orð um kóðun. Þessi aðferð er nauðsynleg til að finna og/eða leiðrétta bitavillur sem óhjákvæmilega eiga sér stað þegar gögn eru send yfir útvarpsrás. Hér munum við ekki íhuga afkóðunaraðferðir, heldur fáum við aðeins þær upplýsingar sem nauðsynlegar eru til að skilja frekari rökfræði stigsins.
Kóðar geta verið blokkir eða samfelldir. Staðlarnir þvinga ekki fram notkun ákveðinnar tegundar kóðun heldur verður hún að vera til staðar sem slík. Samfelldir kóðar innihalda snúningskóða. Þau eru notuð til að kóða samfelldan bitastraum. Þetta er öfugt við blokkakóða, þar sem gögnum er skipt í kóðablokka og aðeins er hægt að afkóða þau innan heilra blokka. Kóðablokkin táknar send gögn og meðfylgjandi óþarfa upplýsingar sem eru nauðsynlegar til að sannreyna réttmæti gagnanna sem berast og leiðrétta hugsanlegar villur. Blokkkóðar innihalda hina frægu Reed-Solomon kóða.
Ef snúningskóðun er notuð fer bitastraumurinn inn í afkóðarann frá upphafi. Afrakstur vinnu þess (allt þetta gerist auðvitað stöðugt) eru CADU (rásaaðgangsgagnaeiningar) gagnablokkir. Þessi uppbygging er nauðsynleg fyrir rammasamstillingu. Í lok hvers CADU er meðfylgjandi synch maker (ASM). Þetta eru 4 bæti sem eru þekkt fyrirfram, sem samstillirinn finnur upphaf og lok CADU með. Þetta er hvernig rammasamstilling er náð.
Næsta valfrjálsa stig samstillingar- og kóðunarlagsins er tengt sérkennum líkamlega lagsins. Þetta er afslöppun. Staðreyndin er sú að til að ná samstillingu tákna er nauðsynlegt að skipta oft á milli tákna. Þannig að ef við sendum til dæmis kílóbæti af gögnum sem samanstanda eingöngu af gögnum tapast samstilling. Þess vegna, meðan á sendingu stendur, er inntaksgögnum blandað saman við reglubundna gervi-handahófskenndu röð þannig að þéttleiki núll og einna er einsleitur.
Næst eru blokkkóðarnir afkóðaðir og það sem eftir stendur er lokaafurð samstillingar og kóðunstigsins - rammi.
Gagnatenglalag
Á annarri hliðinni tekur hlekkjalaggjörvinn við ramma og á hinni hliðinni gefur hann út pakka. Þar sem stærð pakka er ekki formlega takmörkuð, fyrir áreiðanlega sendingu þeirra er nauðsynlegt að skipta þeim niður í smærri mannvirki - ramma. Hér munum við skoða tvo undirkafla: sérstaklega fyrir fjarmælingar (TM) og fjarstýringar (TC).
Telemetry
Einfaldlega sagt, þetta eru gögnin sem jarðstöðin fær frá geimfarinu. Öllum sendum upplýsingum er skipt í smá brot með fastri lengd - ramma sem innihalda send gögn og þjónustusvið. Við skulum skoða rammabygginguna nánar:
Og við skulum byrja íhugun okkar með aðalhaus fjarmælingarrammans. Ennfremur ætla ég að leyfa mér að einfaldlega þýða staðlana á sumum stöðum og gefa nokkrar skýringar í leiðinni.
Auðkenni aðalrásar verður að innihalda útgáfunúmer ramma og auðkenni tækisins.
Hvert geimfar, samkvæmt CCSDS stöðlum, verður að hafa sitt eigið einstaka auðkenni, sem getur, með ramma, ákvarðað hvaða tæki það tilheyrir. Formlega þarf að senda inn umsókn um að skrá tækið og verður nafn þess ásamt auðkenni birt í opnum heimildum. Hins vegar hunsa rússneskir framleiðendur oft þessa aðferð og úthluta tækinu handahófskennt auðkenni. Útgáfunúmer ramma hjálpar til við að ákvarða hvaða útgáfa af stöðlunum er notuð til að lesa rammann rétt. Hér munum við aðeins íhuga íhaldssamasta staðalinn með útgáfu „0“.
Sýndarrásakenni reitsins verður að innihalda VCID rásarinnar sem pakkinn kom frá. Það eru engar takmarkanir á vali á VCID; sérstaklega eru sýndarrásir ekki endilega númeraðar í röð.
Mjög oft er þörf á að margfalda send gögn. Í þessu skyni er til kerfi sýndarrása. Til dæmis sendir Meteor-M2 gervihnötturinn litamynd á sýnilegu sviðinu og skiptir henni í þrjár svartar og hvítar - hver litur er sendur á sína eigin sýndarrás í sérstökum pakka, þó að það sé nokkur frávik frá stöðlum í uppbyggingu ramma þess.
Rekstrarstýringarfánareiturinn skal vera vísbending um tilvist eða fjarveru rekstrarstýringarreitsins í fjarmælingarrammanum. Þessi 4 bæti í lok rammans þjóna til að veita endurgjöf þegar stýrt er afhendingu fjarstýringarramma. Við tölum um þá aðeins síðar.
Rammateljarar aðal- og sýndarrásar eru reitir sem hækka um einn í hvert sinn sem rammi er sendur. Virka sem vísbending um að ekki einn rammi hafi glatast.
Gagnastaða fjarmælingar ramma er tvö bæti til viðbótar af fánum og gögnum, sem við munum skoða aðeins nokkur.
Aukahausfánareiturinn verður að vera vísbending um tilvist eða fjarveru aukahauss í fjarmælingarrammanum.
Ef þú vilt geturðu bætt við viðbótarhaus við hvern ramma og sett öll gögn þar að eigin vali.
Fyrsti hausbendireiturinn, þegar samstillingarfáninn er stilltur á „1“, skal innihalda tvöfalda framsetningu á staðsetningu fyrsta áttundar fyrsta pakkans í gagnasviði fjarmælingarrammans. Staðan er talin frá 0 í hækkandi röð frá upphafi gagnareitsins. Ef það er engin byrjun á pakkanum í gagnasviði fjarmælingarrammans, þá verður bendillinn á fyrsta hausreitinn að hafa gildið í tvíundarframsetningu "11111111111" (þetta getur gerst ef einn langur pakki er dreift yfir fleiri en einn ramma ).
Ef gagnareiturinn inniheldur tóman pakka (aðgerðalaus gögn), þá ætti bendillinn að fyrsta hausnum að hafa gildið í tvöfaldri framsetningu „11111111110“. Með því að nota þennan reit verður móttakandinn að samstilla strauminn. Þessi reitur tryggir að samstilling sé endurheimt jafnvel þótt rammar séu slepptir.
Það er að segja að pakki getur td byrjað í miðjum 4. ramma og endað í byrjun 20. Þessi reitur er notaður til að finna upphaf sitt. Pakkar eru líka með haus sem tilgreinir lengd þeirra, þannig að þegar bendill á fyrsta hausinn finnst verður hlekkjalagvinnslan að lesa hann og ákvarða þar með hvar pakkinn endar.
Ef villustýringarreitur er til staðar verður hann að vera í öllum fjarmælingarramma fyrir tiltekna líkamlega rás í gegnum verkefnið.
Þessi reitur er reiknaður út með CRC aðferðinni. Aðferðin verður að taka n-16 bita af fjarmælingarrammanum og setja niðurstöðu útreikningsins inn í síðustu 16 bitana.
Sjónvarpshópar
Sjónvarpsskipunarramminn hefur nokkra mikilvæga mun. Meðal þeirra:
- Mismunandi uppbygging fyrirsagna
- Dynamisk lengd. Þetta þýðir að rammalengdin er ekki stíf stillt, eins og gert er í fjarmælingum, heldur getur hún verið breytileg eftir sendum pakka.
- Pakkaafhendingarábyrgðarkerfi. Það er að geimfarið þarf, eftir að hafa fengið það, að staðfesta réttmæti rammamóttöku, eða óska eftir áframsendingu frá ramma sem hefði getað borist með óleiðréttri villu.
Margir reitir þekkja okkur nú þegar frá fjarmælingarrammahausnum. Þeir hafa sama tilgang, svo hér munum við aðeins líta á nýju reitina.
Einn bita af framhjáfánanum verður að nota til að stjórna rammaskoðun á móttakara. Gildi "0" fyrir þennan fána skal gefa til kynna að ramminn sé af gerð A ramma og verður að vera sannprófaður í samræmi við FARM. Gildi "1" fyrir þennan fána ætti að gefa móttakandanum til kynna að ramminn sé af gerð B ramma og ætti að fara framhjá FARM-athugun.
Þessi fáni upplýsir viðtakandann um hvort nota eigi staðfestingarkerfi rammaafhendingar sem kallast FARM - Frame Acceptance and Reporting Mechanism.
Nota verður stjórnskipunarfánann til að skilja hvort gagnareiturinn flytur skipun eða gögn. Ef fáninn er "0", þá verður gagnareiturinn að innihalda gögn. Ef fáninn er "1", þá verður gagnareiturinn að innihalda stjórnunarupplýsingar fyrir FARM.
FARM er endanlegt ástand vél þar sem hægt er að stilla færibreytur.
RSVD. VARI – fráteknir bitar.
Svo virðist sem CCSDS hafi áætlanir fyrir þá í framtíðinni og fyrir afturábak samhæfni samskiptaútgáfur hafa þeir frátekið þessa bita þegar í núverandi útgáfum staðalsins.
Rammalengdarreiturinn verður að innihalda tölu í bitaframsetningu sem er jöfn rammalengdinni í áttundum mínus einum.
Rammagagnareiturinn verður að fylgja hausnum án bila og innihalda heiltölu oktetta, sem geta að hámarki verið 1019 oktettar að lengd. Þessi reitur verður að innihalda annað hvort rammagagnablokk eða stjórnskipunarupplýsingar. Rammagagnablokkin verður að innihalda:
- heiltala gagnaoktetta notenda
- hlutahaus fylgt eftir með heiltölu af gagnaoktettum notenda
Ef haus er til staðar, þá verður gagnablokkin að innihalda pakka, pakkasett eða hluta af pakka. Gagnablokk án haus getur ekki innihaldið hluta af pakka, en getur innihaldið gagnablokkir á einkasniði. Af þessu leiðir að haus er krafist þegar sendur gagnablokk passar ekki í einn ramma. Gagnablokk sem hefur haus er kallaður hluti
Tveggja bita fánareiturinn verður að innihalda:
- "01" - ef fyrsti hluti gagnanna er í gagnablokkinni
- „00“ - ef miðhluti gagnanna er í gagnablokkinni
- "10" - ef síðasta gagnastykkið er í gagnablokkinni
- „11“ - ef engin skipting er og einn eða fleiri pakkar passa algjörlega í gagnablokkina.
MAP ID reiturinn verður að innihalda núll ef MAP rásir eru ekki notaðar.
Stundum duga 6 bitar úthlutað til sýndarrása ekki. Og ef nauðsynlegt er að margfalda gögn yfir á fleiri rásir eru aðrir 6 bitar úr hlutahausnum notaðir.
FARM
Við skulum skoða nánar hvernig virkni stjórnkerfisins fyrir afhendingu starfsmanna. Þetta kerfi gerir aðeins ráð fyrir að vinna með ramma fjarstýringa vegna mikilvægis þeirra (alltaf er hægt að biðja um fjarmælingar aftur og geimfarið verður að heyra jarðstöðina greinilega og hlýða alltaf skipunum hennar). Segjum sem svo að við ákveðum að endurnýja gervihnöttinn okkar og sendum tvíundarskrá sem er 10 kílóbæti að stærð til hans. Á hlekkjastigi er skránni skipt í 10 ramma (0, 1, ..., 9), sem eru sendir upp einn í einu. Þegar sendingu er lokið verður gervihnötturinn að staðfesta réttmæti pakkamóttökunnar eða tilkynna hvaða ramma villan átti sér stað. Þessar upplýsingar eru sendar til rekstrarstýringarsviðs í næsta fjarmælingarramma (Eða geimfarið getur hafið sendingu á aðgerðalausum ramma ef það hefur ekkert að segja). Byggt á mótteknu fjarmælingunni, sjáum við annað hvort um að allt sé í lagi, eða við höldum áfram að senda skilaboðin aftur. Gerum ráð fyrir að gervihnötturinn hafi ekki heyrt ramma #7. Þetta þýðir að við sendum honum ramma 7, 8, 9. Ef það er ekkert svar er allur pakkinn sendur aftur (og svo framvegis nokkrum sinnum þar til við gerum okkur grein fyrir að tilraunirnar eru árangurslausar).
Hér að neðan er uppbygging rekstrarstýringarsviðs með lýsingu á nokkrum sviðum. Gögnin sem eru á þessu sviði kallast CLCW - Communication Link Control Word.
Þar sem þú getur auðveldlega giskað á tilgang helstu reitanna á myndinni og hinir eru leiðinlegir á að líta, þá er ég að fela nákvæma lýsingu undir spoiler
Útskýring á CLCW reitumTegund stjórnunarorðs:
Fyrir þessa tegund verður stjórnorðið að innihalda 0
Control Word útgáfa (CLCW útgáfunúmer):
Fyrir þessa tegund verður stjórnorðið að vera jafnt og "00" í bitaframsetningunni.
Stöðureitur:
Notkun þessa reits er ákvörðuð fyrir hvert verkefni fyrir sig. Hægt að nota fyrir staðbundnar endurbætur af ýmsum geimferðastofnunum.
Auðkenning sýndarrásar:
Verður að innihalda auðkenni sýndarrásarinnar sem þetta stjórnorð er tengt við.
Fáni líkamlegs rásaraðgangs:
Fáninn verður að veita upplýsingar um viðbúnað líkamlegs lags viðtakanda. Ef efnislegt lag móttakarans er ekki tilbúið til að taka á móti ramma, þá verður reiturinn að innihalda „1“, annars „0“.
Fáni samstillingarbilunar:
Fáninn gæti gefið til kynna að líkamlega lagið virki á lélegu merkjastigi og fjöldi hafna ramma sé of mikill. Notkun þessa reits er valfrjáls; ef hann er notaður verður hann að innihalda „0“ ef samstilling er tiltæk og „1“ ef svo er ekki.
Lokunarfáni:
Þessi biti skal innihalda FARM læsingarstöðu fyrir hverja sýndarrás. Gildi "1" í þessum reit ætti að gefa til kynna að FARM sé óvirkt og ramma verður hent fyrir hvert sýndarlag, annars "0".
Bið flagg:
Þessi biti skal nota til að gefa til kynna að móttakandinn geti ekki unnið úr gögnum á tilgreindri sýndarrás. Gildið „1“ gefur til kynna að öllum römmum verði hent á þessari sýndarrás, annars „0“.
Áfram fáni:
Þessi fáni skal innihalda „1“ ef einum eða fleiri ramma af gerð A hefur verið hent eða eyður hafa fundist, svo endursending er nauðsynleg. "0" fáninn gefur til kynna að engir rammar hafi verið slepptir eða sleppt.
Svargildi:
Rammanúmer sem ekki barst. Ákvörðuð af teljaranum í haus fjarstýringarramma
netlag
Við skulum snerta þetta stig aðeins. Það eru tveir valkostir hér: annaðhvort notaðu geimpakkasamskiptareglur, eða hyldu hvaða aðra samskiptareglur sem er í CCSDS pakkanum.
Yfirlit yfir geimpakkasamskiptareglur er efni fyrir sérstaka grein. Það er hannað til að leyfa svokölluðum forritum að skiptast á gögnum óaðfinnanlega. Hvert forrit hefur sitt eigið heimilisfang og grunnvirkni til að skiptast á gögnum við önnur forrit. Einnig er til þjónusta sem stýrir umferð, stýrir afhendingu o.s.frv.
Með hjúpun er allt einfaldara og skýrara. Staðlarnir gera það mögulegt að hylja hvaða samskiptareglur sem er í CCSDS pakka með því að bæta við viðbótarhaus.
Þar sem hausinn hefur mismunandi merkingu eftir lengd samskiptareglunnar sem verið er að hjúpa:
Hér er aðalreiturinn lengd lengdarinnar. Það getur verið breytilegt frá 0 til 4 bæti. Einnig í þessum haus verður þú að gefa til kynna tegund hjúpaðrar samskiptareglur með því að nota töfluna .
IP encapsulation notar aðra viðbót til að ákvarða tegund pakka.
Þú þarft að bæta við einum haus í viðbót, einn áttunda langan:
Þar sem PID er annað samskiptaauðkenni tekið
Ályktun
Við fyrstu sýn kann að virðast sem CCSDS hausarnir séu afar óþarfir og sumum reitum gæti verið fleygt. Reyndar er skilvirkni rásarinnar sem myndast (upp að netstigi) um 40%. Hins vegar, um leið og þörf er á að innleiða þessa staðla, verður ljóst að hvert svið, hver fyrirsögn hefur sitt mikilvæga hlutverk, að hunsa það sem leiðir til fjölda óljósra.
Ef samtökin sýna þessu efni áhuga, mun ég vera feginn að birta heilan röð greina sem helgaðar eru kenningum og framkvæmd geimsamskipta. Takk fyrir athyglina!
Heimildir
PS
Ekki slá of hart ef þú finnur einhverja ónákvæmni. Tilkynntu þá og þau lagast :)
Heimild: www.habr.com