Метеор M1 спутнигі
Дереккөз: vladtime.ru
Кіріспе
Ғарыштық техниканың жұмысы радиобайланыссыз мүмкін емес, мен бұл мақалада ғарыштық деректер жүйелері бойынша халықаралық консультативтік комитет (CCSDS. Бұл аббревиатура төменде қолданылатын болады) әзірлеген стандарттарға негіз болған негізгі идеяларды түсіндіруге тырысамын. .
Бұл пост негізінен деректер сілтемесі деңгейіне назар аударады, бірақ басқа қабаттар үшін негізгі түсініктер де енгізіледі. Бұл мақала ешбір жағдайда стандарттарды толық және толық сипаттамайды. мына жерден көре аласыз CCSDS. Дегенмен, оларды түсіну өте қиын, және біз оларды түсінуге көп уақыт жұмсадық, сондықтан бұл жерде мен негізгі ақпаратты бергім келеді, оның арқасында қалғанын түсіну оңайырақ болады. Сонымен, бастайық.
CCSDS асыл миссиясы
Мүмкін, біреудің сұрағы бар: егер сіз өзіңіздің меншікті радио хаттамалар стегін (немесе блэкджек және жаңа мүмкіндіктермен өзіңіздің стандартыңызды) жасай алсаңыз, жүйенің қауіпсіздігін арттыра алсаңыз, неге бәрі стандарттарды ұстануы керек?
Тәжірибе көрсеткендей, CCSDS стандарттарын келесі себептерге байланысты ұстану тиімдірек:
- Стандарттарды жариялауға жауапты комитеттің құрамына әлемнің әрбір ірі аэроғарыш агенттігінің өкілдері кіреді, олар көптеген жылдар бойы әртүрлі миссияларды жобалау және пайдалану кезінде жинақталған баға жетпес тәжірибені әкеледі. Бұл тәжірибені елемеу және олардың рейкасына қайтадан бас салу өте абсурд болар еді.
- Бұл стандарттар нарықта бұрыннан бар жерүсті станцияларының жабдығымен қамтамасыз етілген.
- Кез келген ақаулықтарды жою кезінде сіз әрқашан басқа агенттіктердегі әріптестерден көмек сұрай аласыз, осылайша олар жердегі станциядан құрылғымен байланыс сеансын жүргізе алады. Көріп отырғаныңыздай, стандарттар өте пайдалы нәрсе, сондықтан олардың негізгі тұстарын қарастырайық.
сәулет
Стандарттар ең кең тараған OSI (Open System Interconnection) үлгісін көрсететін құжаттар жиынтығы болып табылады, тек деректер байланысы деңгейінде ортақтық телеметрияға (төменгі сілтеме - кеңістік - Жер) және телекомандаларға (жоғары байланыс) бөлумен шектеледі.
Кейбір деңгейлерді физикалық деңгейден бастап, жоғары қарай толығырақ қарастырайық. Түсінікті болу үшін біз қабылдаушы тараптың архитектурасын қарастырамыз. Таратушы – оның айнадағы бейнесі.
Физикалық қабат
Бұл деңгейде модуляцияланған радиосигнал разрядтық ағынға түрленеді. Мұндағы стандарттар негізінен кеңестік сипатта, өйткені бұл деңгейде аппараттық құралдарды нақты енгізуден абстракциялау қиын. Мұнда CCSDS негізгі рөлі қолайлы модуляцияларды (BPSK, QPSK, 8-QAM және т.б.) анықтау және таңбаларды синхрондау механизмдерін, Доплерлік компенсацияны және т.б. енгізу бойынша кейбір ұсыныстарды беру болып табылады.
Синхрондау және кодтау деңгейі
Ресми түрде бұл деректер сілтемесі деңгейінің ішкі қабаты болып табылады, бірақ CCSDS стандарттарындағы маңыздылығына байланысты жиі жеке қабатқа бөлінеді. Бұл қабат биттік ағынды фреймдерге (телеметрия немесе телекомандалар) түрлендіреді, олар туралы кейінірек айтатын боламыз. Физикалық деңгейде дұрыс бит ағынын алуға мүмкіндік беретін символдық синхрондаудан айырмашылығы, кадрды синхрондау осы жерде орындалады. Деректер осы деңгейде өтетін жолды қарастырыңыз (төменнен жоғарыға):
Дегенмен, бұған дейін кодтау туралы бірнеше сөз айтқан жөн. Бұл процедура деректерді радиоарна арқылы жіберу кезінде сөзсіз орын алатын бит қателерін табу және/немесе түзету үшін қажет. Мұнда біз декодтау процедураларын қарастырмаймыз, тек деңгейдің одан әрі логикасын түсіну үшін қажетті ақпаратты аламыз.
Кодтар блокты немесе үздіксіз болуы мүмкін. Стандарттар кодтаудың белгілі бір түрін қолдануға мәжбүрлемейді, бірақ ол солай болуы керек. Үздіксіз кодтарға конволюциялық кодтар жатады. Олар үздіксіз бит ағынын кодтау үшін қолданылады. Бұл блок кодтарынан айырмашылығы, онда деректер кодтық блоктарға бөлінеді және тек толық блоктар ішінде декодталуы мүмкін. Кодтық блок жіберілген деректерді және алынған деректердің дұрыстығын тексеруге және ықтимал қателерді түзетуге қажетті қосымша қосымша ақпаратты білдіреді. Блок кодтары атақты Рид-Соломон кодтарын қамтиды.
Егер конволюциялық кодтау қолданылса, разряд дешифраторға басынан енеді. Оның жұмысының нәтижесі (бәрі, әрине, үздіксіз жүреді) CADU (арнаға қол жеткізу деректер бірлігі) деректер блоктары болып табылады. Бұл құрылым кадрды синхрондау үшін қажет. Әрбір CADU соңында бекітілген синхрондауыш (ASM) бар. Бұл синхронизатор CADU басы мен соңын табатын алдын ала белгілі 4 байт. Кадрларды синхрондауға осылай қол жеткізіледі.
Синхрондау және кодтау қабатының келесі факультативті кезеңі физикалық деңгейдің ерекшеліктерімен байланысты. Бұл дерандомизация. Символдарды синхрондауға қол жеткізу үшін символдар арасында жиі ауысу қажет. Сонымен, егер біз, айталық, бір килобайттан тұратын деректерді жіберсек, синхрондау жоғалады. Сондықтан тасымалдау кезінде кіріс деректер нөлдер мен бірліктердің тығыздығы біркелкі болатындай периодты псевдокездейсоқ тізбекпен араласады.
Әрі қарай блок кодтары декодталады, ал синхрондау және кодтау деңгейінің соңғы өнімі - кадр қалады.
Деректер сілтемесі қабаты
Бір жағынан сілтеме қабатының процессоры фреймдерді қабылдайды, ал екінші жағынан пакеттерді шығарады. Пакеттердің көлемі формальды түрде шектелмегендіктен, олардың сенімді берілуі үшін оларды кішігірім құрылымдарға - фреймдерге бөлу қажет. Мұнда біз екі бөлімді қарастырамыз: телеметрия (TM) және телекомандалар (TC) үшін бөлек.
телеметрия
Қарапайым тілмен айтқанда, бұл жерүсті станциясының ғарыш кемесінен алатын деректері. Барлық жіберілетін ақпарат бекітілген ұзындықтағы шағын фрагменттерге бөлінеді - жіберілетін деректер мен қызмет көрсету өрістерін қамтитын кадрлар. Жақтау құрылымын толығырақ қарастырайық:
Ал қарастыруды телеметриялық кадрдың негізгі тақырыбынан бастайық. Әрі қарай, мен кейбір жерлердегі стандарттарды жай ғана аударуға мүмкіндік беремін, жол бойында кейбір түсініктемелер беремін.
Негізгі арна идентификаторы өрісінде кадр нұсқасының нөмірі мен құрылғы идентификаторы болуы керек.
Әрбір ғарыш аппаратының, CCSDS стандарттарына сәйкес, өзінің бірегей идентификаторы болуы керек, оның көмегімен жақтауы бар оның қай құрылғыға жататынын анықтауға болады. Ресми түрде құрылғыны тіркеуге өтініш беру қажет және оның атауы оның идентификаторымен бірге ашық дереккөздерде жарияланады. Дегенмен, ресейлік өндірушілер бұл процедураны жиі елемейді, құрылғыға ерікті идентификатор тағайындайды. Жақтау нұсқасының нөмірі жақтауды дұрыс оқу үшін стандарттардың қай нұсқасы қолданылатынын анықтауға көмектеседі. Мұнда біз «0» нұсқасы бар ең консервативті стандартты ғана қарастырамыз.
Виртуалды арна идентификаторы өрісінде пакет келген арнаның VCID коды болуы керек. VCID таңдауда ешқандай шектеулер жоқ, атап айтқанда, виртуалды арналар міндетті түрде реттілікпен нөмірленбейді.
Көбінесе тасымалданатын деректерді мультиплекстеу қажеттілігі туындайды. Осы мақсатта виртуалды арналар механизмі бар. Мысалы, Meteor-M2 спутнигі түрлі-түсті кескінді көрінетін диапазонда жібереді, оны үш қара және ақ түске бөледі - әр түс өзінің виртуалды арнасында бөлек пакетте беріледі, дегенмен стандарттан біршама ауытқулар бар. оның жақтауларының құрылымы.
Операциялық басқару жалаушасының өрісі телеметриялық кадрда Операциялық басқару өрісінің бар немесе жоқтығын көрсететін көрсеткіш болуы тиіс. Фрейм соңындағы бұл 4 байт телекомандалық кадрларды жеткізуді басқару кезінде кері байланысты қамтамасыз ету үшін қызмет етеді. Олар туралы сәл кейінірек айтатын боламыз.
Негізгі және виртуалды арна кадрының есептегіштері кадр жіберілген сайын бір-біріне көбейтілетін өрістер болып табылады. Бірде-бір кадр жоғалмағанының көрсеткіші ретінде қызмет етіңіз.
Телеметриялық жақтау деректерінің күйі жалаулар мен деректердің тағы екі байты болып табылады, олардың бірнешеуін ғана қарастырамыз.
Қосымша тақырып жалаушасы өрісі телеметрия жақтауында Қосымша тақырыптың бар немесе жоқтығының көрсеткіші болуы керек.
Қаласаңыз, әрбір кадрға қосымша тақырып қосып, кез келген деректерді өз қалауыңыз бойынша орналастыруға болады.
Синхрондау жалауы «1» мәніне орнатылған кезде Бірінші тақырып көрсеткіші өрісі телеметрия кадрының Деректер өрісіндегі бірінші Пакеттің бірінші октетінің орнының екілік көрінісін қамтуы керек. Орын деректер өрісінің басынан бастап өсу ретімен 0-ден бастап есептеледі. Телеметриялық кадрдың деректер өрісінде пакеттің басы болмаса, онда бірінші тақырып өрісінің көрсеткіші екілік көрсетілімде «11111111111» мәніне ие болуы керек (бұл бір ұзын пакет бірнеше кадрға таралса орын алуы мүмкін. ).
Деректер өрісінде бос бума болса (Бос деректер), онда бірінші тақырыпқа арналған көрсеткіш екілік көрсетілімдегі «11111111110» мәніне ие болуы керек. Осы өрісті пайдаланып, қабылдағыш ағынды синхрондауы керек. Бұл өріс кадрлар түсірілсе де синхрондаудың қалпына келуін қамтамасыз етеді.
Яғни, пакет, айталық, 4-ші кадрдың ортасынан басталып, 20-ның басында аяқталуы мүмкін. Бұл өріс оның басын табу үшін қолданылады. Пакеттерде оның ұзындығын көрсететін тақырып та болады, сондықтан бірінші тақырыпқа көрсеткіш табылған кезде, сілтеме қабатының процессоры оны оқуы керек, осылайша пакеттің қай жерде аяқталатынын анықтайды.
Қатені басқару өрісі бар болса, ол миссия барысында белгілі бір физикалық арна үшін әрбір телеметриялық кадрда болуы керек.
Бұл өріс CRC әдісі арқылы есептеледі. Процедура телеметриялық кадрдың n-16 биттерін алып, соңғы 16 битке есептеу нәтижесін енгізуі керек.
Теледидар командалары
Теледидардың командалық жақтауында бірнеше маңызды айырмашылықтар бар. Олардың ішінде:
- Әр түрлі тақырып құрылымы
- Динамикалық ұзындық. Бұл телеметриядағыдай кадрдың ұзындығы қатаң орнатылмағанын білдіреді, бірақ жіберілетін пакеттерге байланысты өзгеруі мүмкін.
- Пакетті жеткізуге кепілдік беру механизмі. Яғни, ғарыш кемесі оны алғаннан кейін кадрды қабылдаудың дұрыстығын растауы немесе түзетілмейтін қатемен қабылдануы мүмкін кадрдан қайта жіберуді сұрауы керек.
Көптеген өрістер бізге телеметриялық кадр тақырыбынан бұрыннан таныс. Олардың мақсаты бір, сондықтан бұл жерде біз тек жаңа өрістерді қарастырамыз.
Қабылдағышта кадрды тексеруді басқару үшін айналып өту жалауының бір биті пайдаланылуы керек. Бұл жалауша үшін «0» мәні жақтаудың А типті жақтау екенін және FARM сәйкес тексерілуі керек екенін көрсетуі керек. Бұл жалаушаға арналған "1" мәні қабылдағышқа бұл жақтаудың B түріндегі кадр екенін және FARM тексеруін айналып өтуі керек екенін көрсетуі керек.
Бұл жалауша қабылдаушыға FARM - кадрды қабылдау және есеп беру механизмі деп аталатын кадрды жеткізуді растау механизмін пайдалану керек пе екенін хабарлайды.
Басқару пәрменінің жалаушасы деректер өрісі пәрменді немесе деректерді тасымалдайтынын түсіну үшін қолданылуы керек. Егер жалауша «0» болса, онда деректер өрісінде деректер болуы керек. Егер жалауша «1» болса, онда деректер өрісінде FARM үшін басқару ақпараты болуы керек.
FARM – параметрлерін конфигурациялауға болатын соңғы күй машинасы.
RSVD. SPARE – сақталған биттер.
CCSDS болашақта олар үшін жоспарлары бар сияқты және хаттама нұсқаларының кері үйлесімділігі үшін олар бұл биттерді стандарттың ағымдағы нұсқаларында сақтап қойған.
Жақтау ұзындығы өрісінде бір минус октеттерде кадр ұзындығына тең бит көрсетіліміндегі сан болуы керек.
Жақтау деректерінің өрісі бос орындарсыз тақырыптан кейін болуы керек және ұзындығы ең көбі 1019 октет болуы мүмкін октеттердің бүтін санынан тұруы керек. Бұл өрісте кадр деректер блогы немесе басқару пәрмені ақпараты болуы керек. Фреймдік деректер блогында мыналар болуы керек:
- пайдаланушы деректерінің октеттерінің бүтін саны
- сегмент тақырыбынан кейін пайдаланушы деректерінің октеттерінің бүтін саны
Егер тақырып болса, онда деректер блогында Пакет, пакеттер жиынтығы немесе Пакеттің бір бөлігі болуы керек. Тақырыбы жоқ деректер блогында Пакеттердің бөліктері болуы мүмкін емес, бірақ жеке пішімдегі деректер блоктары болуы мүмкін. Бұдан шығатыны, берілген деректер блогы бір кадрға сыймаған кезде тақырып қажет. Тақырыбы бар деректер блогы сегмент деп аталады
Екі разрядты жалаушалар өрісінде мыналар болуы керек:
- «01» - егер деректердің бірінші бөлігі деректер блогында болса
- «00» - деректердің ортаңғы бөлігі деректер блогында болса
- «10» - егер деректердің соңғы бөлігі деректер блогында болса
- «11» - бөлу болмаса және деректер блогына бір немесе бірнеше пакеттер толығымен сәйкес келсе.
MAP арналары пайдаланылмаса, MAP ID өрісінде нөлдер болуы керек.
Кейде виртуалды арналарға бөлінген 6 бит жеткіліксіз. Ал егер деректерді арналардың көбірек санына мультиплекстеу қажет болса, сегмент тақырыбынан тағы 6 бит пайдаланылады.
ФАРМ
Персоналды жеткізуді басқару жүйесінің жұмыс істеу механизмін толығырақ қарастырайық. Бұл жүйе тек маңыздылығына байланысты телекомандалардың кадрларымен жұмыс істеуді қамтамасыз етеді (телеметрия әрқашан қайта сұралуы мүмкін, ал ғарыш кемесі жердегі станцияны анық естіп, оның командаларына әрқашан бағынуы керек). Сонымен, біз спутникті жаңартуды шешіп, оған өлшемі 10 килобайт екілік файлды жібереміз делік. Сілтеме деңгейінде файл 10 кадрға (0, 1, ..., 9) бөлінеді, олар бірінен соң бірі жоғары қарай жіберіледі. Тасымалдау аяқталғаннан кейін спутник пакетті қабылдаудың дұрыстығын растауы керек немесе қате қай кадрда орын алғанын хабарлауы керек. Бұл ақпарат жақын арадағы телеметриялық кадрдағы операциялық басқару өрісіне жіберіледі (Немесе ғарыш кемесі бос тұрған кадрды жіберуді бастауы мүмкін, егер оның айтатын ештеңесі болмаса). Алынған телеметрия негізінде біз бәрі жақсы екеніне көз жеткіземіз немесе хабарды қайта жіберуге кірісеміз. Спутник №7 кадрды естімеді делік. Бұл біз оған 7, 8, 9 кадрларын жібереміз дегенді білдіреді. Жауап болмаса, бүкіл пакет қайта жіберіледі (әрекеттердің бекер екенін түсінгенше бірнеше рет қайталанады).
Төменде кейбір өрістердің сипаттамасы бар жедел басқару өрісінің құрылымы берілген. Бұл өрістегі деректер CLCW - Communication Link Control Word деп аталады.
Суреттен негізгі өрістердің мақсатын оңай болжай алатындықтан, ал басқаларын қарау жалықтыратындықтан, мен егжей-тегжейлі сипаттаманы спойлердің астына жасырамын.
CLCW өрістерін түсіндіруБасқару сөзі түрі:
Бұл түр үшін басқару сөзінде 0 болуы керек
Басқару Word нұсқасы (CLCW нұсқа нөмірі):
Бұл тип үшін басқару сөзі разрядты көрсетуде «00» мәніне тең болуы керек.
Күй өрісі:
Бұл өрісті пайдалану әрбір миссия үшін жеке анықталады. Әртүрлі ғарыш агенттіктері жергілікті жақсартулар үшін пайдаланылуы мүмкін.
Виртуалды арна идентификациясы:
Бұл басқару сөзі байланыстырылған виртуалды арнаның идентификаторын қамтуы керек.
Физикалық арнаға қол жеткізу жалаушасы:
Жалау қабылдағыштың физикалық қабатының дайындығы туралы ақпаратты қамтамасыз етуі керек. Егер қабылдағыштың физикалық қабаты кадрларды қабылдауға дайын болмаса, онда өрісте «1», әйтпесе «0» болуы керек.
Синхрондау сәтсіздігі белгісі:
Жалау физикалық деңгейдің нашар сигнал деңгейінде жұмыс істейтінін және қабылданбаған кадрлар санының тым көп екенін көрсетуі мүмкін. Бұл өрісті пайдалану міндетті емес; егер пайдаланылса, синхрондау қол жетімді болса, онда «0» және жоқ болса, «1» болуы керек.
Блоктау жалаушасы:
Бұл бит әрбір виртуалды арна үшін FARM құлыптау күйін қамтуы керек. Бұл өрістегі «1» мәні FARM өшірілгенін және әрбір виртуалды қабат үшін кадрлар жойылатынын көрсетуі керек, әйтпесе «0».
Күту жалаушасы:
Бұл бит ресивер көрсетілген виртуалды арнадағы деректерді өңдей алмайтынын көрсету үшін пайдаланылады. «1» мәні осы виртуалды арнада барлық кадрлар жойылатынын көрсетеді, әйтпесе «0».
Алға жалауша:
Егер бір немесе бірнеше А типті жақтаулар жойылса немесе бос орындар табылса, бұл жалауда «1» болуы керек, сондықтан қайта жіберу қажет. «0» жалаушасы түсірілген кадрлар немесе өткізіп жіберулер болмағанын көрсетеді.
Жауап мәні:
Қабылданбаған кадр нөмірі. Телекомандалық кадр тақырыбындағы санауышпен анықталады
Желілік деңгей
Осы деңгейге аздап тоқталайық. Мұнда екі нұсқа бар: не кеңістіктік пакет протоколын пайдаланыңыз немесе CCSDS пакетіндегі кез келген басқа протоколды инкапсуляциялаңыз.
Кеңістік пакетінің хаттамасына шолу жеке мақаланың тақырыбы болып табылады. Ол қолданбалар деп аталатын деректермен үздіксіз алмасуға мүмкіндік беру үшін жасалған. Әрбір қолданбаның өз мекенжайы және басқа қолданбалармен деректер алмасуға арналған негізгі функционалдығы болады. Сондай-ақ трафикті бағыттайтын, жеткізуді басқаратын және т.б қызметтер бар.
Инкапсуляциямен бәрі қарапайым және түсінікті. Стандарттар қосымша тақырыпты қосу арқылы кез келген хаттамаларды CCSDS пакеттеріне инкапсуляциялауға мүмкіндік береді.
Инкапсуляцияланатын хаттаманың ұзақтығына байланысты тақырыптың әртүрлі мағыналары бар жерде:
Мұнда негізгі өріс - ұзындықтың ұзындығы. Ол 0-ден 4 байтқа дейін өзгеруі мүмкін. Сондай-ақ осы тақырыпта кестені пайдаланып инкапсуляцияланған хаттаманың түрін көрсету керек .
IP инкапсуляциясы пакет түрін анықтау үшін басқа қондырманы пайдаланады.
Сізге тағы бір тақырып қосу керек, ұзындығы бір октет:
Мұндағы PID басқа протокол идентификаторы болып табылады
қорытынды
Бір қарағанда, CCSDS тақырыптары өте артық және кейбір өрістерді жоюға болатын сияқты көрінуі мүмкін. Шынында да, алынған арнаның тиімділігі (желі деңгейіне дейін) шамамен 40% құрайды. Алайда, бұл стандарттарды енгізу қажеттілігі туындаған кезде, әрбір саланың, әрбір тақырыптың өзіндік маңызды миссиясы бар екені белгілі болады, бұл елемеу бірқатар түсініксіздіктерге әкеледі.
Егер хабрақоғам бұл тақырыпқа қызығушылық танытса, мен ғарыштық байланыс теориясы мен тәжірибесіне арналған мақалалардың тұтас сериясын жариялауға қуаныштымын. Назарларыңызға рахмет!
Ақпарат көздері
PS
Қандай да бір дәлсіздік тапсаңыз, қатты соққы бермеңіз. Оларға хабарлаңыз және олар түзетіледі :)
Ақпарат көзі: www.habr.com