satelit meteor M1
Sumber: vladtime.ru
Pambuka
Operasi teknologi ruang angkasa ora mungkin tanpa komunikasi radio, lan ing artikel iki aku bakal nyoba nerangake gagasan utama sing dadi basis standar sing dikembangake dening International Advisory Committee for Space Data Systems (CCSDS. Singkatan iki bakal digunakake ing ngisor iki) .
Kiriman iki bakal fokus utamane ing lapisan link data, nanging konsep dhasar kanggo lapisan liyane uga bakal dienalake. Artikel iki ora ateges minangka gambaran lengkap lan lengkap babagan standar kasebut. Sampeyan bisa ndeleng ing CCSDS. Nanging, padha banget angel kanggo ngerti, lan kita nglampahi akèh wektu kanggo nyoba kanggo ngerti, supaya kene aku arep kanggo nyedhiyani informasi dhasar, kang bakal luwih gampang kanggo ngerti kabeh liyane. Dadi, ayo miwiti.
Misi Noble CCSDS
Mbok wong duwe pitakonan: kok saben wong kudu netepi standar yen sampeyan bisa berkembang dhewe protokol radio proprietary tumpukan (utawa standar dhewe, karo blackjack lan fitur anyar), mangkono nambah keamanan sistem?
Minangka praktik nuduhake, luwih nguntungake kanggo netepi standar CCSDS amarga sawetara alasan:
- Panitia sing tanggung jawab kanggo nerbitake standar kasebut kalebu wakil saka saben agensi kedirgantaraan utama ing donya, nggawa pengalaman sing ora bisa ditemokake sajrone desain lan operasi pirang-pirang taun sajrone misi. Iku bakal banget khayal nglirwakake pengalaman iki lan langkah ing rake maneh.
- Standar kasebut didhukung dening peralatan stasiun lemah sing wis ana ing pasar.
- Nalika ngatasi masalah, sampeyan bisa tansah njaluk bantuan saka kolega saka agensi liyane supaya padha bisa nindakake sesi komunikasi karo piranti saka stasiun lemah. Kaya sing sampeyan ngerteni, standar minangka barang sing migunani banget, mula ayo goleki titik-titik utama.
arsitektur
Standar kasebut minangka sakumpulan dokumen sing nggambarake model OSI (Open System Interconnection) sing paling umum, kajaba ing level link data, kesamaan diwatesi kanggo divisi dadi telemetri (downlink - space - Earth) lan telecommands (uplink).
Ayo ndeleng sawetara level kanthi luwih rinci, diwiwiti kanthi fisik lan munggah. Kanggo gamblang luwih, kita bakal nimbang arsitektur saka sisih panrima. Sing ngirimake yaiku gambar pangilon.
Lapisan fisik
Ing tingkat iki, sinyal radio modulasi diowahi dadi stream bit. Standar ing kene utamane minangka penasehat, amarga ing tingkat iki angel abstrak saka implementasine hardware tartamtu. Ing kene, peran kunci CCSDS yaiku kanggo nemtokake modulasi sing bisa ditampa (BPSK, QPSK, 8-QAM, lan sapiturute) lan menehi sawetara rekomendasi babagan implementasi mekanisme sinkronisasi simbol, kompensasi Doppler, lsp.
Sinkronisasi lan tingkat enkoding
Secara resmi, iki minangka sublayer saka lapisan link data, nanging asring dipisahake dadi lapisan sing kapisah amarga pentinge ing standar CCSDS. Lapisan iki ngowahi stream bit dadi pigura sing disebut (telemetri utawa telecommands), sing bakal kita bahas mengko. Ora kaya sinkronisasi simbol ing lapisan fisik, sing ngidini sampeyan entuk aliran bit sing bener, sinkronisasi pigura ditindakake ing kene. Coba path sing ditindakake data ing level iki (saka ngisor nganti ndhuwur):
Nanging, sadurunge iku, iku worth ngomong sawetara tembung bab coding. Prosedur iki perlu kanggo nemokake lan / utawa mbenerake kesalahan bit sing mesthi kedadeyan nalika ngirim data liwat saluran radio. Ing kene kita ora bakal nimbang prosedur dekoding, nanging mung bakal entuk informasi sing dibutuhake kanggo ngerti logika tingkat kasebut.
Kode bisa dadi blok utawa terus. Standar kasebut ora meksa nggunakake jinis enkoding tartamtu, nanging kudu ana. Kode terus-terusan kalebu kode konvolusi. Padha digunakake kanggo encode stream bit terus-terusan. Iki beda karo kode blok, ing ngendi data dipérang dadi blok kode lan mung bisa didekode ing blok lengkap. Blok kode makili data sing dikirim lan informasi keluwihan sing dibutuhake kanggo verifikasi bener data sing ditampa lan mbenerake kesalahan sing bisa ditindakake. Kode blok kalebu kode Reed-Solomon sing misuwur.
Yen encoding convolutional digunakake, bitstream lumebu ing decoder saka awal. Asil saka sawijining karya (kabeh iki, mesthi, mengkono terus) sing CADU (saluran akses data unit) pamblokiran data. Struktur iki perlu kanggo sinkronisasi pigura. Ing pungkasan saben CADU ana pembuat synch sing dipasang (ASM). Iki 4 bait dikenal ing advance, kang sinkronisasi nemokake awal lan pungkasan saka CADU. Iki carane sinkronisasi pigura digayuh.
Tahap opsional sabanjure lapisan sinkronisasi lan enkoding digandhengake karo kekhasan lapisan fisik. Iki derandomization. Kasunyatan iku kanggo entuk sinkronisasi simbol, asring ngoper antarane simbol perlu. Dadi, yen kita ngirim, sebutno, kilobyte data sing kalebu kabeh, sinkronisasi bakal ilang. Mulane, sajrone transmisi, data input dicampur karo urutan pseudo-random periodik supaya kapadhetan nol lan siji seragam.
Sabanjure, kode blok didekode, lan sing isih ana yaiku produk pungkasan saka tingkat sinkronisasi lan enkoding - pigura.
Data Link Layer
Ing sisih siji, prosesor lapisan link nampa pigura, lan ing sisih liyane ngetokake paket. Amarga ukuran paket ora diwatesi sacara resmi, kanggo transmisi sing dipercaya kudu dipecah dadi struktur sing luwih cilik - pigura. Ing kene kita bakal ndeleng rong subbagian: kanthi kapisah kanggo telemetri (TM) lan telecommands (TC).
Telemetri
Cukup, iki minangka data sing ditampa stasiun bumi saka pesawat ruang angkasa. Kabeh informasi sing dikirim dipérang dadi fragmen cilik kanthi dawa tetep - pigura sing ngemot data sing dikirim lan kolom layanan. Ayo ndeleng kanthi luwih rinci babagan struktur pigura:
Lan ayo miwiti pertimbangan karo header utama pigura telemetri. Salajengipun, aku bakal ngidini aku nerjemahake standar ing sawetara panggonan, menehi sawetara klarifikasi ing dalan.
Kolom Master Channel ID kudu ngemot nomer versi pigura lan pengenal piranti.
Saben pesawat ruang angkasa, miturut standar CCSDS, kudu duwe pengenal unik dhewe, kanthi pigura, sampeyan bisa nemtokake piranti kasebut. Secara resmi, perlu ngirim aplikasi kanggo ndhaptar piranti kasebut, lan jenenge, bebarengan karo pengenal, bakal diterbitake ing sumber terbuka. Nanging, pabrikan Rusia asring nglirwakake prosedur iki, menehi pengenal sewenang-wenang menyang piranti kasebut. Nomer versi pigura mbantu nemtokake versi standar sing digunakake kanggo maca pigura kanthi bener. Ing kene kita bakal nimbang mung standar paling konservatif karo versi "0".
Kolom ID Saluran Virtual kudu ngemot VCID saluran saka ngendi paket kasebut teka. Ora ana watesan babagan pilihan VCID; khususe, saluran virtual ora kudu nomer urut.
Kerep banget ana perlu kanggo multiplex data ditularaké. Kanggo maksud iki, ana mekanisme saluran virtual. Contone, satelit Meteor-M2 ngirimake gambar werna ing sawetara sing katon, dibagi dadi telung ireng lan putih - saben werna dikirim ing saluran virtual dhewe ing paket sing kapisah, sanajan ana sawetara panyimpangan saka standar ing struktur pigura sawijining.
Kolom bendera Kontrol Operasional bakal dadi indikator anane utawa ora ana lapangan Kontrol Operasional ing pigura telemetri. Iki 4 bait ing mburi pigura kanggo nyedhiyani saran nalika ngontrol pangiriman pigura telecommand. Kita bakal ngomong babagan dheweke mengko.
Penghitung pigura saluran utama lan virtual minangka kolom sing ditambahake siji saben pigura dikirim. Dadi minangka indikator yen ora ana pigura siji sing ilang.
Status data pigura telemetri yaiku rong bait panji lan data, sing bakal kita deleng mung sawetara.
Bidang gendera Header Sekunder kudu dadi indikator anané utawa ora ana Header Sekunder ing pigura telemetri.
Yen sampeyan pengin, sampeyan bisa nambah header tambahan kanggo saben pigura lan nyelehake data ing kana miturut kawicaksanan sampeyan.
Bidang Pointer Header Pisanan, nalika gendera sinkronisasi disetel dadi "1", kudu ngemot perwakilan binar saka posisi oktet pisanan saka Paket pisanan ing Bidang Data pigura telemetri. Posisi kasebut diitung saka 0 kanthi urutan munggah saka wiwitan kolom data. Yen ora ana wiwitan paket ing kolom data pigura telemetri, pointer menyang kolom header pisanan kudu duwe nilai ing perwakilan binar "11111111111" (iki bisa kedadeyan yen siji paket dawa nyebar ing luwih saka siji pigura. ).
Yen kolom data ngemot paket kosong (Data Idle), banjur pointer menyang header pisanan kudu duwe nilai ing perwakilan binar "11111111110". Nggunakake lapangan iki, panrima kudu nyinkronake stream. Kolom iki mesthekake yen sinkronisasi dipulihake sanajan pigura dicopot.
Sing, paket bisa, ngomong, miwiti ing tengah pigura 4 lan pungkasan ing awal 20. Lapangan iki digunakake kanggo nemokake wiwitan. Paket uga duwe header sing nemtokake dawane, dadi yen pointer menyang header pisanan ditemokake, prosesor link-layer kudu maca, mula nemtokake ing ngendi paket kasebut bakal rampung.
Yen lapangan kontrol kesalahan saiki, kudu ana ing saben pigura telemetri kanggo saluran fisik tartamtu ing saindhenging misi.
Bidang iki diwilang nggunakake metode CRC. Prosedur kudu njupuk n-16 bit pigura telemetri lan masang asil pitungan menyang 16 bit pungkasan.
tim TV
Pigura printah TV duwe sawetara beda sing signifikan. Ing antarane:
- Struktur judhul sing beda
- Dawane dinamis. Iki tegese dawa pigura ora disetel rigidly, minangka rampung ing telemetri, nanging bisa beda-beda gumantung ing paket ditularaké.
- Mekanisme jaminan pengiriman paket. Yaiku, pesawat ruang angkasa kudu, sawise nampa, konfirmasi kebeneran resepsi pigura, utawa njaluk diterusake saka pigura sing bisa ditampa kanthi kesalahan sing ora bisa dibenerake.
Akeh lapangan sing wis akrab karo kita saka header pigura telemetri. Dheweke duwe tujuan sing padha, mula kita bakal nimbang mung lapangan anyar.
Siji bit saka flag bypass kudu digunakake kanggo kontrol pigura mriksa ing panrima. Nilai "0" kanggo gendera iki bakal nuduhake yen pigura kasebut minangka pigura Tipe A lan kudu diverifikasi miturut FARM. Nilai "1" kanggo gendera iki kudu nuduhake menyang panrima yen pigura kasebut minangka pigura Tipe B lan kudu ngliwati pemeriksaan FARM.
Gendéra iki ngandhani panrima apa nggunakake mekanisme pangenalan pangiriman pigura sing diarani FARM - Frame Acceptance and Reporting Mechanism.
Gendéra printah kontrol kudu digunakake kanggo mangerteni apa lapangan data ngirim printah utawa data. Yen gendera "0", banjur kolom data kudu ngemot data. Yen gendera "1", kolom data kudu ngemot informasi kontrol kanggo FARM.
FARM minangka mesin negara winates sing paramèter bisa diatur.
RSVD. SPARE - bit dilindhungi undhang-undhang.
Iku misale jek sing CCSDS wis plans kanggo wong-wong mau ing mangsa, lan kanggo kompatibilitas sakdurunge versi protokol padha wis dilindhungi undhang-undhang bit iki wis ing versi saiki standar.
Kolom dawa pigura kudu ngemot angka ing perwakilan bit sing padha karo dawa pigura ing oktet minus siji.
Bidang data pigura kudu ngetutake header tanpa spasi lan ngemot nomer integer oktet, sing bisa dawane maksimal 1019 oktet. Lapangan iki kudu ngemot salah siji blok data pigura utawa informasi printah kontrol. Blok data pigura kudu ngemot:
- nomer integer data pangguna oktet
- header segmen diikuti karo nomer integer oktet data pangguna
Yen ana header, banjur blok data kudu ngemot Paket, sakumpulan Paket, utawa bagean saka Paket. Blok data tanpa header ora bisa ngemot bagean Paket, nanging bisa ngemot blok data format pribadi. Saka iki, header dibutuhake nalika blok data sing dikirim ora pas karo siji pigura. Blok data sing duwe header diarani segmen
Bidang gendera rong bit kudu ngemot:
- "01" - yen bagean pisanan data ana ing blok data
- "00" - yen bagean tengah data ana ing blok data
- "10" - yen potongan data pungkasan ana ing blok data
- "11" - yen ora ana divisi lan siji utawa luwih paket pas ing blok data.
Kolom ID MAP kudu ngemot nol yen saluran MAP ora digunakake.
Kadhangkala 6 bit sing diparengake kanggo saluran virtual ora cukup. Lan yen perlu kanggo multiplex data menyang nomer luwih saka saluran, liyane 6 bit saka header bagean digunakake.
FARM
Ayo goleki kanthi luwih rinci babagan mekanisme fungsi sistem kontrol pangiriman personel. Sistem iki mung nyedhiyakake kanggo nggarap pigura telecommands amarga pentinge (telemetri tansah bisa dijaluk maneh, lan pesawat ruang angkasa kudu krungu stasiun lemah kanthi cetha lan tansah nuruti prentahe). Dadi, umpamane kita mutusake kanggo reflash satelit kita, lan ngirim file binar kanthi ukuran 10 kilobyte. Ing level link, file kasebut dipérang dadi 10 frame (0, 1, ..., 9), sing dikirim munggah siji-siji. Nalika transmisi rampung, satelit kudu ngonfirmasi kebeneran resepsi paket, utawa laporan babagan pigura sing kedadeyan. Informasi iki dikirim menyang lapangan kontrol operasional ing pigura telemetri paling cedhak (Utawa pesawat ruang angkasa bisa miwiti transmisi pigura idle yen ora duwe apa-apa kanggo ngomong). Adhedhasar telemetri sing ditampa, kita bisa mesthekake yen kabeh apik, utawa kita nerusake ngirim pesen kasebut. Ayo nganggep satelit ora krungu pigura #7. Iki tegese kita ngirim pigura 7, 8, 9. Yen ora ana respon, kabeh paket dikirim maneh (lan ing kaping pirang-pirang nganti kita nyadari yen usaha kasebut muspra).
Ing ngisor iki minangka struktur lapangan kontrol operasional kanthi deskripsi sawetara lapangan. Data sing ana ing kolom iki diarani CLCW - Communication Link Control Word.
Amarga sampeyan bisa kanthi gampang ngira saka gambar tujuan lapangan utama, lan liyane sing mboseni, aku ndhelikake katrangan rinci ing spoiler.
Panjelasan lapangan CLCWTipe Tembung Kontrol:
Kanggo jinis iki, tembung kontrol kudu ngemot 0
Versi Tembung Kontrol (Nomer Versi CLCW):
Kanggo jinis iki, tembung kontrol kudu padha karo "00" ing perwakilan bit.
Bidang Status:
Panggunaan lapangan iki ditemtokake kanggo saben misi kanthi kapisah. Bisa digunakake kanggo dandan lokal dening macem-macem agensi antariksa.
Identifikasi Saluran Virtual:
Kudu ngemot pengenal saluran virtual sing digandhengake karo tembung kontrol iki.
Gendéra akses saluran fisik:
Gendéra kudu menehi informasi babagan kesiapan lapisan fisik panrima. Yen lapisan fisik panrima ora siap nampa pigura, lapangan kudu ngemot "1", digunakake "0".
Flag gagal sinkronisasi:
Gendéra bisa uga nuduhaké yèn lapisan fisik beroperasi ing tingkat sinyal sing kurang lan jumlah pigura sing ditolak dhuwur banget. Panggunaan kolom iki opsional; yen digunakake, kudu ngemot "0" yen sinkronisasi kasedhiya, lan "1" yen ora.
Bendera pamblokiran:
Bit iki kudu ngemot status kunci FARM kanggo saben saluran virtual. Nilai "1" ing lapangan iki kudu nuduhake yen FARM dipateni lan pigura bakal dibuwang kanggo saben lapisan virtual, yen ora "0".
Enteni flag:
Bit iki bakal digunakake kanggo nunjukake yen panrima ora bisa ngolah data ing saluran virtual sing ditemtokake. Nilai "1" nuduhake yen kabeh pigura bakal dibuwang ing saluran virtual iki, yen ora "0".
Flag Maju:
Gendéra iki bakal ngemot "1" yen siji utawa luwih jinis pigura A wis dibuwak utawa kesenjangan wis ketemu, supaya ngirim maneh perlu. Gendéra "0" nuduhake yen ora ana pigura sing ilang utawa skip.
Nilai respon:
Nomer pigura sing ora ditampa. Ditemtokake dening counter ing header pigura telecommand
lapisan jaringan
Ayo ndemek level iki sethithik. Ana rong pilihan ing kene: nggunakake protokol paket spasi, utawa encapsulate protokol liyane ing paket CCSDS.
Ringkesan protokol paket spasi minangka topik kanggo artikel sing kapisah. Iki dirancang kanggo ngidini aplikasi sing diarani bisa ngganti data kanthi lancar. Saben aplikasi duwe alamat dhewe lan fungsi dhasar kanggo ijol-ijolan data karo aplikasi liyane. Ana uga layanan sing ngarahake lalu lintas, ngatur pangiriman, lsp.
Kanthi enkapsulasi kabeh luwih gampang lan luwih jelas. Standar kasebut ndadekake bisa ngenkapsulasi protokol apa wae menyang paket CCSDS kanthi nambahake header tambahan.
Ngendi header nduweni makna sing beda-beda gumantung saka dawa protokol sing dienkapsulasi:
Ing kene lapangan utama yaiku dawane dawa. Bisa beda-beda saka 0 nganti 4 bait. Uga ing header iki sampeyan kudu nuduhake jinis protokol encapsulated nggunakake tabel .
Enkapsulasi IP nggunakake tambahan liyane kanggo nemtokake jinis paket.
Sampeyan kudu nambah siji header maneh, siji oktet dawa:
Ngendi PID minangka pengenal protokol liyane sing dijupuk
kesimpulan
Sepisanan, koyone header CCSDS akeh banget lan sawetara kolom bisa dibuwang. Pancen, efisiensi saluran sing diasilake (nganti tingkat jaringan) kira-kira 40%. Nanging, sanalika perlu kanggo ngetrapake standar kasebut, dadi jelas yen saben lapangan, saben judhul duwe misi penting dhewe, ora nggatekake sing nyebabake sawetara ambiguitas.
Yen habrasociety nuduhake kapentingan ing topik iki, aku bakal bungah kanggo nerbitaké kabèh seri saka artikel pengabdian kanggo teori lan laku komunikasi spasi. Matur nuwun kanggo perhatian sampeyan!
Sumber informasi
PS
Aja kenek banget yen sampeyan nemokake sing ora akurat. Lapor lan bakal didandani :)
Source: www.habr.com