{"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\/ro\/blog\/administrirovanie\/nemnogo-o-standartah-kosmicheskoj-svyazi","title":{"rendered":"C\u00e2teva informa\u021bii despre standardele comunica\u021biilor spa\u021biale","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"C\u00e2teva
\nSatelit Meteor M1
\nSurs\u0103: vladtime.ru<\/i><\/p>\n

Introducere<\/h2>\n

\nExploatarea tehnicii spa\u021biale nu este posibil\u0103 f\u0103r\u0103 comunica\u021bii radio, iar \u00een acest articol voi \u00eencerca s\u0103 explic ideile de baz\u0103 care au stat la baza standardelor dezvoltate de Comitetul Consultativ Interna\u021bional pentru Sistemele Spa\u021biale de Transmisie a Datelor (Consultative Committee for Space Data Systems \u2013 CCSDS. Aceast\u0103 abreviere va fi utilizat\u0103 \u00een continuare).<\/p>\n

Aceast\u0103 publica\u021bie va fi dedicat\u0103 \u00een principal nivelului de canal, totu\u0219i conceptele de baz\u0103 pentru celelalte niveluri vor fi, de asemenea, introduse. Articolul nu \u00ee\u0219i propune \u00een niciun fel s\u0103 pretind\u0103 o descriere complet\u0103 \u0219i detaliat\u0103 a standardelor. Acestea pot fi studiate pe site<\/a><\/noindex> CCSDS. Cu toate acestea, ele sunt foarte dificil de \u00een\u021beles, iar pentru a le \u00een\u021belege am petrecut mult timp, a\u0219a c\u0103 aici vreau s\u0103 prezint informa\u021bii de baz\u0103, av\u00e2nd care va fi mult mai u\u0219or s\u0103 \u00een\u021belegem restul. A\u0219adar, s\u0103 \u00eencepem.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Misiunea nobil\u0103 CCSDS<\/h2>\n

\nPoate c\u0103 unii s-ar putea \u00eentreba: de ce ar trebui s\u0103 ne supunem standardelor, dac\u0103 putem dezvolta propriul nostru stiv\u0103 proprietar\u0103 de protocoale de comunica\u021bie radio (sau propriul standard, cu blackjack \u0219i func\u021bii noi), cresc\u00e2nd astfel securitatea sistemului?<\/p>\n

A\u0219a cum arat\u0103 practica, este mai avantajos s\u0103 respect\u0103m standardele CCSDS din urm\u0103toarele motive:<\/p>\n

    \n
  1. Comitetul responsabil pentru publicarea standardelor include reprezentan\u021bi de la toate agen\u021biile aerospa\u021biale majore din lume, aduc\u00e2ndu-\u0219i experien\u021ba pre\u021bioas\u0103 acumulat\u0103 pe parcursul multor ani de proiectare \u0219i operare a diferitelor misiuni. Ar fi foarte absurd s\u0103 ignor\u0103m aceast\u0103 experien\u021b\u0103 \u0219i s\u0103 c\u0103lc\u0103m din nou pe aceea\u0219i grebl\u0103.<\/li>\n
  2. Aceste standarde sunt sus\u021binute de echipamentele deja existente pe pia\u021ba sta\u021biilor terestre.<\/li>\n
  3. \u00cen cazul rezolv\u0103rii unor probleme, este \u00eentotdeauna posibil s\u0103 solicit\u0103m ajutor colegilor din alte agen\u021bii pentru a efectua o sesiune de comunicare cu aparatul de la sta\u021bia lor terestr\u0103. A\u0219a cum vezi, standardele sunt extrem de utile, a\u0219a c\u0103 s\u0103 analiz\u0103m aspectele lor cheie.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Arhitectur\u0103<\/h2>\n

    \nStandarde reprezint\u0103 un ansamblu de documente, care reflect\u0103 modelul normal OSI (Open System Interconnection), cu excep\u021bia faptului c\u0103 la nivelul canalului, comunitatea se limiteaz\u0103 la \u00eemp\u0103r\u021birea \u00een telemetrie (canal \u201e\u00een jos\u201d - spa\u021biu - P\u0103m\u00e2nt) \u0219i telecomenzi (canal \u201e\u00een sus\u201d).<\/p>\n

    \"C\u00e2teva
    \n
    \nS\u0103 discut\u0103m despre unele niveluri mai \u00een detaliu, \u00eencep\u00e2nd cu cel fizic \u0219i continu\u00e2nd cu cele superioare. Pentru o mai bun\u0103 ilustra\u021bie, ne vom concentra asupra arhitecturii p\u0103r\u021bii receptor. Partea transmis\u0103 reprezint\u0103 reflexia sa \u00een oglind\u0103.<\/p>\n

    Nivelul fizic<\/h2>\n

    \nLa acest nivel are loc conversia semnalului radio modulat\u0103 \u00eentr-un flux de bi\u021bi. Standardele de aici sunt \u00een principal de recomandare, deoarece este dificil s\u0103 ne abatem de la realizarea specific\u0103 a hardware-ului. Rolul esen\u021bial al CCSDS este de a defini modula\u021biile acceptabile (BPSK, QPSK, 8-QAM etc.) \u0219i de a oferi unele recomand\u0103ri privind implementarea mecanismelor de sincronizare simbolic\u0103, compensarea deplas\u0103rii Doppler etc.<\/p>\n

    Nivelul de sincronizare \u0219i codificare<\/h2>\n

    \nEste formal un subnivel al nivelului de canal, \u00eens\u0103, adesea, este eviden\u021biat ca un nivel separat datorit\u0103 importan\u021bei sale \u00een cadrul standardelor CCSDS. Acest nivel converte\u0219te fluxul de bi\u021bi \u00een a\u0219a-numitele cadre (telemetrie sau telecomenzi), despre care vom discuta mai t\u00e2rziu. Spre deosebire de sincronizarea simbolic\u0103 la nivel fizic, care permite ob\u021binerea unui flux de bi\u021bi corect, aici se realizeaz\u0103 sincronizarea cadrelor. S\u0103 analiz\u0103m parcursul pe care datele \u00eel fac la acest nivel (de jos \u00een sus):<\/p>\n

    \"C\u00e2teva
    \n
    \nCu toate acestea, \u00eenainte de aceasta, merit\u0103 spus c\u00e2teva cuvinte despre codificare. Aceast\u0103 procedur\u0103 este necesar\u0103 pentru a identifica \u0219i\/sau corecta erorile de bi\u021bi, care apar inevitabil \u00een timpul transmisiei datelor prin canalul radio. Nu ne vom axa pe procedurile de decodare aici, ci doar vom ob\u021bine informa\u021biile necesare pentru a \u00een\u021belege logica ulterioar\u0103 a func\u021bion\u0103rii acestui nivel. <\/p>\n

    Codurile pot fi blocate sau continue. Standardele nu impun utilizarea unui anumit tip de codificare, \u00eens\u0103 aceasta trebuie s\u0103 existe. Codurile continue se refer\u0103 la codurile convolu\u021bionale. Acestea codific\u0103 un flux de bi\u021bi continuu. Spre deosebire de codurile blocate, unde datele sunt \u00eemp\u0103r\u021bite \u00een blocuri de cod (codeblocks) \u0219i pot fi decodificate doar \u00een cadrul blocurilor complete. Un bloc de cod reprezint\u0103 datele transmise \u0219i informa\u021biile redundante ata\u0219ate, necesare pentru verificarea corectitudinii primirii datelor \u0219i corectarea posibilelor erori. Codurile blocate includ celebrele coduri Reed-Solomon.<\/p>\n

    Dac\u0103 se utilizeaz\u0103 codificarea convolu\u021bional\u0103, fluxul de bi\u021bi de la \u00eenceput ajunge la decodor. Rezultatul muncii sale (toate acestea, desigur, se \u00eent\u00e2mpl\u0103 continuu) sunt blocuri de date CADU (unitate de acces la datele canalului). Aceast\u0103 structur\u0103 este necesar\u0103 pentru sincronizarea cadrelor. La sf\u00e2r\u0219itul fiec\u0103rui CADU este ata\u0219at un marker de sincronizare (ASM - marker de sincronizare ata\u0219at). Acestea sunt 4 octe\u021bi cunoscu\u021bi anterior, pe baza c\u0103rora sincronizatorul g\u0103se\u0219te \u00eenceputul \u0219i sf\u00e2r\u0219itul CADU. Astfel se realizeaz\u0103 sincronizarea cadrelor.<\/p>\n

    Urm\u0103toarea etap\u0103 op\u021bional\u0103 a procesului de sincronizare \u0219i codificare este legat\u0103 de specificul func\u021bion\u0103rii nivelului fizic. Aceasta este deraandomizarea. Problema este c\u0103 pentru a ob\u021bine sincronizarea simbolic\u0103 sunt necesare schimb\u0103ri frecvente \u00eentre simboluri. Astfel, dac\u0103 vom transmite, de exemplu, un kilobyte de date const\u00e2nd exclusiv din bi\u021bi de 1, sincronizarea va fi pierdut\u0103. Prin urmare, \u00een timpul transmiterii, datele de intrare sunt amestecate cu o secven\u021b\u0103 pseudoaleatorie periodic\u0103, pentru ca densitatea de zerouri \u0219i unit\u0103\u021bi s\u0103 fie uniform\u0103.<\/p>\n

    Apoi are loc decodarea codurilor pe blocuri, iar ceea ce r\u0103m\u00e2ne va fi produsul final al nivelului de sincronizare \u0219i codificare - un cadru.<\/p>\n

    Nivelul canalului<\/h2>\n

    \nPe de o parte, procesorul nivelului canalului prime\u0219te cadre, iar pe de alt\u0103 parte, emite pachete. Deoarece dimensiunea pachetelor nu este formal limitat\u0103, pentru a le trimite \u00een siguran\u021b\u0103 este necesar s\u0103 le \u00eemp\u0103r\u021bim \u00een structuri mai mici - cadre. Aici vom analiza dou\u0103 subsec\u021biuni: separat pentru telemetrie (TM) \u0219i telecomenzi (TC).<\/p>\n

    Telemetrie<\/h3>\n

    \nPe scurt, acestea sunt datele pe care sta\u021bia terestr\u0103 le prime\u0219te de la satelit. Toate informa\u021biile transmise sunt \u00eemp\u0103r\u021bite \u00een fragmente mici de lungime fix\u0103 - cadre, care con\u021bin datele transmise \u0219i c\u00e2mpuri de control. S\u0103 analiz\u0103m mai \u00een detaliu structura cadrului:<\/p>\n

    \"C\u00e2teva
    \n
    \n\u0218i vom \u00eencepe analiza cu antetul principal al cadrului de telemetrie. Ulterior, \u00eemi voi permite s\u0103 traduc standardele \u00een unele locuri, oferind \u00een acela\u0219i timp c\u00e2teva explica\u021bii.<\/p>\n

    \"C\u00e2teva
    \n
    \nC\u00e2mpul identificatorului canalului principal (Master Channel ID) trebuie s\u0103 con\u021bin\u0103 num\u0103rul versiunii cadrului \u0219i identificatorul aparatului.<\/p>\n

    Fiecare KA, conform standardelor CCSDS, trebuie s\u0103 aib\u0103 un identificator unic, care s\u0103 permit\u0103, av\u00e2nd cadru, s\u0103 se stabileasc\u0103 la ce aparat apar\u021bine. Formal, este necesar s\u0103 se depun\u0103 o solicitare pentru \u00eenregistrarea aparatului, iar denumirea acestuia, \u00eempreun\u0103 cu identificatorul, va fi publicat\u0103 \u00een surse deschise. Totu\u0219i, adesea, produc\u0103torii ru\u0219i ignor\u0103 aceast\u0103 procedur\u0103, atribuind aparatului un identificator aleatoriu. Num\u0103rul versiunii cadrului ajut\u0103 la determinarea versiunii standardelor utilizate pentru a citi corect cadrul. Aici vom analiza doar cel mai conservator standard cu versiunea \u201e0\u201d.<\/i><\/p>\n

    \u00cen c\u00e2mpul identificatorului canalului virtual (Virtual Channel ID) trebuie s\u0103 fie inclus VCID-ul canalului de la care a fost primit pachetul. Nu exist\u0103 nicio restric\u021bie asupra alegerii VCID-ului, \u00een special canalele virtuale nu trebuie s\u0103 fie numerotate \u00een mod secven\u021bial.<\/p>\n

    Foarte des apare necesitatea de a multiplexa datele transmise. Pentru aceasta exist\u0103 un mecanism de canale virtuale. De exemplu, satelitul Meteor-M2 transmite o imagine color \u00een intervalul vizibil, \u00eemp\u0103r\u021bindu-l \u00een trei canale alb-negru \u2013 fiecare culoare este transmis\u0103 \u00een canalul s\u0103u virtual sub form\u0103 de pachet separat, de\u0219i \u00een structura cadrelor sale exist\u0103 o anumit\u0103 devia\u021bie de la standarde.<\/i><\/p>\n

    C\u00e2mpul indicatorului Control Opera\u021bional trebuie s\u0103 fie un indicator al prezen\u021bei sau absen\u021bei c\u00e2mpului Control Opera\u021bional \u00een cadrul telemetriei. Aceste 4 octe\u021bi de la sf\u00e2r\u0219itul cadrului servesc pentru a men\u021bine un feedback \u00een controlul livr\u0103rii cadrelor de telecomand\u0103. Despre acestea vom vorbi pu\u021bin mai t\u00e2rziu.<\/p>\n

    Contorii cadrelor canalului principal \u0219i al canalului virtual sunt c\u00e2mpuri care se cresc cu o unitate la trimiterea fiec\u0103rui cadru. Acestea servesc ca indicator c\u0103 niciun cadru nu a fost pierdut.<\/i><\/p>\n

    Starea datelor cadrului de telemetrie const\u0103 \u00een al\u021bi doi octe\u021bi de indicatori \u0219i date, dintre care vom analiza doar c\u00e2\u021biva.<\/p>\n

    \"C\u00e2teva
    \n
    \nC\u00e2mpul indicatorului antetului secundar (Secondary Header) trebuie s\u0103 fie un indicator al prezen\u021bei sau absen\u021bei antetului suplimentar (Secondary Header) \u00een cadrul telemetriei.<\/p>\n

    Dac\u0103 se dore\u0219te, se poate ad\u0103uga un antet suplimentar fiec\u0103rui cadru \u0219i se pot plasa acolo orice date la discre\u021bia proprie.<\/i><\/p>\n

    C\u00e2mpul pointer-ului la primul header (First Header Pointer), atunci c\u00e2nd valoarea indicatorului de sincronizare este \u201e1\u201d, trebuie s\u0103 con\u021bin\u0103 o reprezentare binar\u0103 a pozi\u021biei primului octet al primului Pachet \u00een c\u00e2mpul de date (Data Field) al cadrului de telemetrie. Pozi\u021bia este num\u0103rat\u0103 de la 0 \u00een ordine cresc\u0103toare de la \u00eenceputul c\u00e2mpului de date. Dac\u0103 nu exist\u0103 un \u00eenceput al pachetului \u00een c\u00e2mpul de date al cadrului de telemetrie, atunci c\u00e2mpul pointer-ului la primul header trebuie s\u0103 aib\u0103 valoarea \u00een reprezentare binar\u0103 \u201e11111111111\u201d (acest lucru poate ap\u0103rea dac\u0103 un pachet lung se extinde pe mai multe cadre). <\/p>\n

    Dac\u0103 \u00een c\u00e2mpul de date exist\u0103 un pachet gol (Idle Data), atunci pointer-ul la primul header trebuie s\u0103 aib\u0103 valoarea \u00een reprezentare binar\u0103 \u201e11111111110\u201d. Dup\u0103 acest c\u00e2mp, receptorul trebuie s\u0103 efectueze sincronizarea fluxului. Acest c\u00e2mp garanteaz\u0103 restaurarea sincroniz\u0103rii chiar \u0219i \u00een cazul \u00een care cadre sunt pierdute.<\/p>\n

    Asta \u00eenseamn\u0103 c\u0103 pachetul poate, s\u0103 zicem, s\u0103 \u00eenceap\u0103 \u00een mijlocul cadrului 4 \u0219i s\u0103 se termine la \u00eenceputul cadrului 20. Pentru a g\u0103si \u00eenceputul s\u0103u, acest c\u00e2mp serve\u0219te. Pachetele au, de asemenea, un header, \u00een care este specificat\u0103 lungimea acestuia, astfel c\u0103, la g\u0103sirea pointer-ului la primul header, procesorul la nivelul canalului trebuie s\u0103-l citeasc\u0103, determin\u00e2nd astfel unde se va termina pachetul.<\/i>
    \nDac\u0103 c\u00e2mpul de control al erorilor este prezent, acesta trebuie s\u0103 fie inclus \u00een fiecare cadru de telemetrie pentru un anumit canal fizic pe tot parcursul misiunii.<\/p>\n

    Acest c\u00e2mp este calculat prin aplicarea metodei CRC. Procedura trebuie s\u0103 primeasc\u0103 n-16 bi\u021bi ai cadrului de telemetrie \u0219i s\u0103 includ\u0103 rezultatul calculului \u00een ultimii 16 bi\u021bi.<\/p>\n

    Telecomenzi<\/h4>\n

    \nCadrele de telecomenzi au c\u00e2teva diferen\u021be esen\u021biale. Printre acestea:<\/p>\n

      \n
    1. O structur\u0103 diferit\u0103 a headerelor<\/li>\n
    2. Lungime dinamic\u0103. Asta \u00eenseamn\u0103 c\u0103 lungimea cadrului nu este fix\u0103, a\u0219a cum este cazul \u00een telemetrie, ci poate varia \u00een func\u021bie de pachetele transmise.<\/li>\n
    3. Mecanism de garantare a livr\u0103rii pachetelor. Asta \u00eenseamn\u0103 c\u0103 CA trebuie, dup\u0103 primire, s\u0103 confirme corectitudinea recep\u021biei cadrelor sau s\u0103 solicite retransmiterea de la cadrul care ar fi putut fi primit cu o eroare corectabil\u0103.<\/li>\n<\/ol>\n

      \n\"C\u00e2teva
      \n
      \n\"C\u00e2teva
      \n
      \nMulte c\u00e2mpuri sunt deja familiare din headerul cadrului de telemetrie. Ele au aceea\u0219i func\u021bie, prin urmare, aici vom examina doar c\u00e2mpurile noi.<\/p>\n

      O bit al flagului de ocolire trebuie s\u0103 fie utilizat pentru a controla verificarea cadrelor la receptor. Valoarea \u201e0\u201d a acestui flag ar trebui s\u0103 indice c\u0103 acest cadru este de tip A \u0219i verifica\u021bia sa trebuie realizat\u0103 conform FARM. Valoarea \u201e1\u201d a acestui flag ar trebui s\u0103 indice receptorului c\u0103 acest cadru este de tip B \u0219i trebuie s\u0103 fie ocolit \u00een verificarea conform FARM.<\/p>\n

      Acest flag informeaz\u0103 receptorul dac\u0103 trebuie s\u0103 utilizeze mecanismul de confirmare a livr\u0103rii cadrelor, denumit FARM \u2013 Mecanismul de Acceptare \u0219i Raportare a Cadrelor.<\/i><\/p>\n

      Flagul comenzii de control trebuie s\u0103 fie utilizat pentru a \u00een\u021belege dac\u0103 c\u00e2mpul de date transport\u0103 o comand\u0103 sau date. Dac\u0103 flagul este \u201e0\u201d, atunci c\u00e2mpul de date trebuie s\u0103 con\u021bin\u0103 date. Dac\u0103 flagul este \u201e1\u201d, atunci c\u00e2mpul de date trebuie s\u0103 con\u021bin\u0103 informa\u021bii de control pentru FARM.
      \nFARM reprezint\u0103 un automat finit, ale c\u0103rui parametrii pot fi personalizate.<\/i><\/p>\n

      RSVD. SPARE \u2013 bi\u021bi rezerva\u021bi.<\/p>\n

      Se pare c\u0103 CCSDS are planuri pentru acestea \u00een viitor, \u0219i pentru a asigura compatibilitatea versiunilor protocolelor, au rezervat deja ace\u0219ti bi\u021bi \u00een actualele versiuni ale standardului.<\/i><\/p>\n

      C\u00e2mpul de lungime al cadrelor trebuie s\u0103 con\u021bin\u0103 un num\u0103r \u00een reprezentare binar\u0103, care este lungimea cadrului \u00een octe\u021bi minus unu.<\/p>\n

      C\u00e2mpul de date al cadrului trebuie s\u0103 urmeze dup\u0103 antet f\u0103r\u0103 lacune \u0219i s\u0103 con\u021bin\u0103 un num\u0103r \u00eentreg de octe\u021bi, care poate avea o lungime maxim\u0103 de 1019 octe\u021bi. Acest c\u00e2mp trebuie s\u0103 con\u021bin\u0103 fie un bloc de date al cadrului, fie informa\u021bii de control al comenzii. Blocul de date al cadrului trebuie s\u0103 con\u021bin\u0103:<\/p>\n