Méteor M1 satelit
Sumber: vladtime.ru
perkenalan
Operasi téknologi rohangan mustahil tanpa komunikasi radio, sareng dina tulisan ieu kuring bakal nyobian ngajelaskeun ideu utama anu janten dasar standar anu dikembangkeun ku Komite Panaséhat Internasional pikeun Sistem Data Angkasa (CCSDS. Singketan ieu bakal dianggo di handap) .
Pos ieu bakal difokuskeun utamana dina lapisan link data, tapi konsep dasar pikeun lapisan séjén ogé bakal diwanohkeun. Tulisan ieu henteu hartosna janten pedaran anu lengkep sareng lengkep ngeunaan standar. Anjeun tiasa ningali éta di CCSDS. Sanajan kitu, aranjeunna hésé pisan ngartos, sarta kami spent loba waktu nyobian ngartos aranjeunna, jadi didieu abdi hoyong nyadiakeun informasi dasar, ngabogaan nu eta bakal leuwih gampang ngartos sagalana sejenna. Ku kituna, hayu urang mimitian.
Misi Noble of CCSDS
Panginten aya anu gaduh patarosan: naha sadayana kedah taat kana standar upami anjeun tiasa ngembangkeun tumpukan protokol radio proprietary anjeun (atanapi standar anjeun sorangan, kalayan blackjack sareng fitur-fitur anyar), ku kituna ningkatkeun kaamanan sistem?
Salaku prakték nunjukkeun, langkung nguntungkeun pikeun taat kana standar CCSDS kusabab sababaraha alesan ieu:
- Panitia anu tanggung jawab pikeun medarkeun standar kalebet wawakil ti unggal lembaga aeroangkasa utama di dunya, mawa pangalaman anu berharga anu diraih salami sababaraha taun desain sareng operasi sababaraha misi. Eta bakal pisan absurd a malire pangalaman ieu sareng lengkah rake maranéhna deui.
- Standar ieu dirojong ku alat stasiun taneuh anu parantos aya di pasar.
- Nalika ngungkulan sagala masalah, anjeun salawasna bisa neangan pitulung ti kolega ti agénsi séjén ambéh maranéhanana bisa ngalakukeun sési komunikasi jeung alat ti stasiun taneuh maranéhanana. Sakumaha anjeun tiasa tingali, standar mangrupikeun hal anu mangpaat pisan, janten hayu urang tingali titik konci na.
gawena undagi
Standarna mangrupikeun sakumpulan dokumén anu ngagambarkeun modél OSI (Open System Interconnection) anu paling umum, kecuali dina tingkat tautan data umumna dugi ka ngabagi telemétri (downlink - space - Earth) sareng telecommands (uplink).
Hayu urang tingali sababaraha tingkat anu langkung rinci, mimitian ku fisik sareng naék. Pikeun kajelasan leuwih gede, urang bakal mertimbangkeun arsitéktur sisi panarima. Anu ngirimkeun nyaéta gambar eunteung na.
Lapisan fisik
Dina tingkat ieu, sinyal radio dimodulasi dirobah jadi bit stream. Standar di dieu utamana piwuruk di alam, saprak di tingkat ieu hese abstrak tina palaksanaan husus hardware. Di dieu, peran konci CCSDS nyaéta nangtukeun modulations ditarima (BPSK, QPSK, 8-QAM, jsb) jeung mere sababaraha saran dina palaksanaan mékanisme sinkronisasi simbol, santunan Doppler, jsb.
Sinkronisasi sareng tingkat encoding
Sacara resmi, éta mangrupa sublayer tina lapisan link data, tapi mindeng dipisahkeun kana lapisan misah alatan pentingna dina standar CCSDS. Lapisan ieu ngarobah aliran bit kana nu disebut pigura (telemétri atawa telecommands), nu urang bakal ngobrol engké. Teu kawas sinkronisasi simbol dina lapisan fisik, nu ngidinan Anjeun pikeun ménta aliran bit bener, sinkronisasi pigura dipigawé dieu. Mertimbangkeun jalur nu data nyokot di tingkat ieu (ti handap ka luhur):
Nanging, sateuacan éta, éta patut nyarios sababaraha kecap ngeunaan coding. Prosedur ieu diperlukeun pikeun manggihan jeung / atawa ngabenerkeun kasalahan bit nu inevitably lumangsung nalika ngirim data ngaliwatan saluran radio. Di dieu urang moal nganggap prosedur decoding, tapi ngan bakal ménta inpo nu diperlukeun pikeun ngarti logika salajengna tina tingkat.
Kodeu tiasa blok atanapi kontinyu. Standar henteu maksa ngagunakeun jinis panyandian anu khusus, tapi kedah aya sapertos kitu. Kodeu kontinyu kaasup kode konvolusional. Éta téh dipaké pikeun encode aliran bit kontinyu. Ieu kontras sareng kode blok, dimana data dibagi kana blok kode sareng ngan ukur tiasa dikodekeun dina blok lengkep. Blok kode ngagambarkeun data anu dikirimkeun sareng inpormasi kaleuleuwihan anu napel anu dipikabutuh pikeun pariksa kabeneran data anu ditampi sareng ngabenerkeun kasalahan anu mungkin. Kodeu blok kalebet kodeu Reed-Solomon anu kasohor.
Mun encoding convolutional dipaké, bitstream asup ka decoder ti mimiti. Hasil tina karyana (sadayana ieu, tangtosna, lumangsung terus-terusan) nyaéta blok data CADU (unit data aksés saluran). Struktur ieu diperlukeun pikeun sinkronisasi pigura. Di tungtung unggal CADU aya maker synch napel (ASM). Ieu 4 bait dipikawanoh sateuacanna, ku nu synchronizer manggih awal jeung ahir CADU. Ieu kumaha sinkronisasi pigura kahontal.
Tahap pilihan salajengna tina sinkronisasi sareng lapisan encoding pakait sareng peculiarities tina lapisan fisik. Ieu derandomization. Kanyataan yén pikeun ngahontal sinkronisasi simbol, sering switching antara simbol perlu. Janten, upami urang ngirimkeun, sebutkeun, hiji kilobyte data anu sadayana diwangun ku hiji, sinkronisasi bakal leungit. Ku alatan éta, dina mangsa pangiriman, data input dicampurkeun jeung runtuyan pseudo-acak periodik sahingga dénsitas nol jeung hiji seragam.
Salajengna, kodeu blok didekodekeun, sareng anu tetep mangrupikeun produk ahir tingkat sinkronisasi sareng encoding - pigura.
Lapisan Patalina Data
Di hiji sisi, prosésor lapisan link nampi pigura, sareng di sisi sanésna ngaluarkeun pakét. Kusabab ukuran pakét henteu sacara resmi diwatesan, pikeun pangiriman anu dipercaya kedah dirobih kana struktur anu langkung alit - pigura. Di dieu urang bakal nempo dua subsections: misah pikeun telemetry (TM) jeung telecommands (TC).
Telemétri
Kantun nempatkeun, ieu téh data nu stasiun taneuh narima ti pesawat ruang angkasa. Sadaya inpormasi anu dikirimkeun dibagi kana fragmen leutik anu panjangna tetep - pigura anu ngandung data anu dikirimkeun sareng widang jasa. Hayu urang nempo leuwih deukeut struktur pigura:
Sareng hayu urang ngamimitian pertimbangan urang sareng lulugu utama pigura telemétri. Salajengna, abdi bakal ngidinan sorangan mun saukur narjamahkeun standar di sababaraha tempat, mere sababaraha klarifikasi sapanjang jalan.
Widang Master Channel ID kedah ngandung nomer versi pigura sareng identifier alat.
Masing-masing pesawat ruang angkasa, numutkeun standar CCSDS, kedah gaduh identifier unik sorangan, anu ku gaduh pigura, anjeun tiasa nangtoskeun alat anu mana. Sacara resmi, perlu ngalebetkeun aplikasi pikeun ngadaptar alat, sareng namina, sareng idéntifikasina, bakal diterbitkeun dina sumber terbuka. Sanajan kitu, pabrik Rusia mindeng malire prosedur ieu, assigning hiji identifier sawenang ka alat. Nomer versi pigura mantuan nangtukeun versi standar mana anu digunakeun pikeun maca pigura anu leres. Di dieu urang ngan ukur nganggap standar paling konservatif kalayan versi "0".
Widang ID Channel Virtual kedah ngandung VCID saluran dimana pakét éta sumping. Henteu aya larangan dina pilihan VCID; khususna, saluran virtual henteu kedah dinomerkeun sacara berurutan.
Sering pisan aya anu peryogi pikeun multiplex data dikirimkeun. Pikeun tujuan ieu, aya mékanisme saluran virtual. Contona, satelit Meteor-M2 ngirimkeun gambar warna dina rentang katempo, ngabagi kana tilu hideung bodas - unggal warna dikirimkeun dina channel maya sorangan dina pakét misah, sanajan aya sababaraha simpangan tina standar dina struktur pigura na.
Widang bendera Kontrol Operasional kedah janten indikator ayana atanapi henteuna widang Kontrol Operasional dina pigura telemétri. Ieu 4 bait dina tungtung pigura ngawula ka eupan balik lamun ngadalikeun pangiriman pigura telecommand. Urang bakal ngobrol ngeunaan aranjeunna engké.
The counters pigura channel utama jeung virtual mangrupakeun widang nu incremented ku hiji unggal waktos pigura dikirimkeun. Dilayanan salaku hiji indikator yén teu hiji pigura tunggal leungit.
Status data pigura telemétri nyaéta dua bait deui bandéra sareng data, anu bakal urang tingali ngan sababaraha.
Widang bandéra Header Secondary kedah janten indikator ayana atanapi henteuna Header Secondary dina pigura telemétri.
Upami anjeun hoyong, anjeun tiasa nambihan lulugu tambahan ka unggal pigura sareng nempatkeun data naon waé anu aya dina kawijaksanaan anjeun.
Widang Pointer Header Kahiji, nalika bendera sinkronisasi disetel ka "1", kudu ngandung representasi binér tina posisi oktet munggaran tina Packet munggaran dina Data Widang pigura telemétri. Posisi diitung tina 0 dina urutan naek ti mimiti widang data. Upami pakét henteu ngamimitian dina médan data pigura telemétri, maka pointer ka médan lulugu munggaran kedah gaduh nilai dina representasi binér "11111111111" (ieu tiasa kajantenan upami hiji pakét panjang sumebar dina langkung ti hiji pigura. ).
Upami médan data ngandung pakét kosong (Data Idle), maka pointer ka lulugu kahiji kedah gaduh nilai dina perwakilan binér "11111111110". Ngagunakeun widang ieu, panarima kudu nyingkronkeun aliran. Widang ieu mastikeun yén singkronisasi dibalikeun sanajan pigurana diturunkeun.
Nyaéta, pakét tiasa, sebutkeun, mimitian di tengah pigura ka-4 sareng ditungtungan dina awal ka-20. widang ieu dipaké pikeun manggihan awal na. Pakét ogé gaduh header anu netepkeun panjangna, janten nalika aya pointer ka header anu munggaran, prosesor link-lapisan kedah maca éta, ku kituna nangtukeun dimana pakét bakal ditungtungan.
Upami aya widang kontrol kasalahan, éta kedah dikandung dina unggal pigura telemétri pikeun saluran fisik tinangtu sapanjang misi.
Widang ieu diitung nganggo metode CRC. Prosedur kudu nyokot n-16 bit pigura telemétri jeung selapkeun hasil itungan kana 16 bit panungtungan.
tim TV
Pigura paréntah TV boga sababaraha béda anu signifikan. Diantara aranjeunna:
- Struktur judul anu béda
- panjangna dinamis. Ieu ngandung harti yén panjang pigura teu diatur rigidly, sakumaha anu dipigawé dina telemetry, tapi bisa rupa-rupa gumantung kana pakét dikirimkeun.
- Mékanisme jaminan pangiriman pakét. Hartina, pesawat ruang angkasa kudu, sanggeus narima eta, mastikeun correctness panarimaan pigura, atawa menta diteruskeun ti pigura nu bisa geus narima kalawan kasalahan uncorrectable.
Seueur widang anu parantos wawuh ka urang tina header pigura telemétri. Aranjeunna gaduh tujuan anu sami, janten di dieu urang ngan ukur nganggap widang anyar.
Hiji bit tina bandéra bypass kudu dipaké pikeun ngadalikeun pigura dipariksa di panarima. Nilai "0" kanggo bandéra ieu kedah nunjukkeun yén pigura mangrupikeun pigura Tipe A sareng kedah diverifikasi nurutkeun FARM. Nilai "1" kanggo bandéra ieu kedah nunjukkeun ka panarima yén pigura ieu mangrupikeun pigura Tipe B sareng kedah ngalangkungan pamariksaan FARM.
Bandéra ieu nginpokeun ka panarima naha ngagunakeun mékanisme pangakuan pangiriman pigura anu disebut FARM - Frame Acceptance and Reporting Mechanism.
Bandéra paréntah kontrol kedah dianggo pikeun ngartos naha médan data ngangkut paréntah atanapi data. Upami bandéra "0", maka médan data kedah ngandung data. Upami benderana "1", maka kolom data kedah ngandung inpormasi kontrol pikeun FARM.
FARM mangrupikeun mesin kaayaan terbatas anu parameterna tiasa dikonpigurasikeun.
RSVD. SPARE - bit ditangtayungan.
Sigana nu CCSDS boga rencana pikeun aranjeunna dina mangsa nu bakal datang, sarta pikeun kasaluyuan mundur tina versi protokol aranjeunna geus ditangtayungan bit ieu geus di versi ayeuna tina standar.
Widang panjang pigura kudu ngandung angka dina ngagambarkeun bit nu sarua jeung panjang pigura dina oktét dikurangan hiji.
Widang data pigura kudu nuturkeun lulugu tanpa spasi tur ngandung hiji angka integer of oktét, nu bisa jadi maksimum 1019 oktét panjangna. Widang ieu kedah ngandung boh blok data pigura atanapi inpormasi paréntah kontrol. Blok data pigura kedah ngandung:
- jumlah integer oktét data pamaké
- lulugu bagean dituturkeun ku jumlah integer oktét data pamaké
Upami header aya, maka blok data kedah ngandung Packet, sakumpulan Pakét, atanapi bagian tina Packet. Blok data tanpa lulugu teu tiasa ngandung bagian tina Pakét, tapi tiasa ngandung blok data format pribadi. Ieu nuturkeun ti ieu yén lulugu diperlukeun nalika blok data dikirimkeun teu cocog kana hiji pigura. Blok data anu ngabogaan lulugu disebut ruas
Widang bandéra dua-bit kedah ngandung:
- "01" - lamun bagian kahiji data aya dina blok data
- "00" - upami bagian tengah data aya dina blok data
- "10" - lamun sapotong panungtungan data aya dina blok data
- "11" - lamun euweuh division sarta hiji atawa leuwih pakét pas sagemblengna dina blok data.
Widang MAP ID kedah ngandung nol upami saluran MAP henteu dianggo.
Kadang-kadang 6 bit anu dialokasikeun ka saluran virtual henteu cekap. Tur upami Anjeun salah kudu multiplex data kana sajumlah badag saluran, 6 bit séjén tina lulugu bagean dipaké.
lemah keur pertanian
Hayu urang nyandak katingal ngadeukeutan dina mékanisme fungsi sistem kontrol pangiriman tanaga. Sistim ieu ngan nyadiakeun keur gawé bareng pigura tina telecommands alatan pentingna maranéhanana (telemétri salawasna bisa dipénta deui, sarta pesawat ruang angkasa kudu ngadéngé stasiun taneuh jelas tur salawasna taat kana paréntah na). Ku kituna, anggap urang mutuskeun pikeun reflash satelit urang, sarta ngirim file binér 10 kilobytes dina ukuranana. Dina tingkat link, file dibagi kana 10 pigura (0, 1, ..., 9), nu dikirim ka luhur hiji-hiji. Nalika pangiriman parantos réngsé, satelit kedah ngonfirmasi kabeneran panarimaan pakét, atanapi ngalaporkeun dina pigura anu aya kasalahan. Inpo ieu dikirim ka widang kontrol operasional dina pigura telemetry pangcaketna (Atawa pesawat ruang angkasa bisa initiate pangiriman pigura dianggurkeun lamun teu boga nanaon ngomong). Dumasar telemétri anu ditampi, urang kedah mastikeun yén sadayana henteu kunanaon, atanapi teraskeun ngirimkeun deui pesen. Hayu urang anggap satelit teu ngadéngé pigura #7. Ieu ngandung harti urang ngirim anjeunna pigura 7, 8, 9. Lamun teu aya respon, sakabeh pakét dikirim deui (jeung saterusna sababaraha kali nepi ka urang nyadar yén usaha aya sia).
Di handap ieu struktur widang kontrol operasional kalayan pedaran sababaraha widang. Data anu aya dina widang ieu disebut CLCW - Communication Link Control Word.
Kusabab anjeun tiasa kalayan gampang nebak tina gambar tujuan tina widang utama, sareng anu sanésna pikaboseneun ningali, kuring nyumputkeun katerangan lengkep dina spoiler.
Katerangan ngeunaan widang CLCWJenis Kecap Kontrol:
Pikeun jinis ieu, kecap kontrol kedah ngandung 0
Vérsi Kecap Kontrol (Nomer Vérsi CLCW):
Pikeun tipe ieu, kecap kontrol kudu sarua jeung "00" dina ngagambarkeun bit.
Widang Status:
Pamakéan widang ieu ditangtukeun pikeun tiap misi misah. Bisa dipaké pikeun perbaikan lokal ku rupa agénsi spasi.
Idéntifikasi Saluran Virtual:
Kedah ngandung identifier sahiji saluran virtual nu ieu kecap kontrol pakait.
Bandéra aksés saluran fisik:
Bandéra kedah nyayogikeun inpormasi ngeunaan kesiapan lapisan fisik panarima. Lamun lapisan fisik panarima teu siap pikeun nampa pigura, sawah kudu ngandung "1", disebutkeun "0".
Bandéra gagal sinkronisasi:
Bandéra tiasa nunjukkeun yén lapisan fisik beroperasi dina tingkat sinyal anu goréng sareng jumlah pigura anu ditolak teuing. Pamakéan widang ieu opsional; lamun dipaké, éta kudu ngandung "0" lamun sinkronisasi sadia, sarta "1" lamun henteu.
Bandéra ngahalangan:
Bit ieu kedah ngandung status konci FARM pikeun tiap saluran virtual. Nilai "1" dina widang ieu kedah nunjukkeun yén FARM ditumpurkeun sarta pigura bakal dipiceun pikeun tiap lapisan virtual, disebutkeun "0".
Bandéra tunggu:
Bit ieu kedah dianggo pikeun nunjukkeun yén panarima henteu tiasa ngolah data dina saluran virtual anu ditangtukeun. A nilai "1" nunjukkeun yén sakabéh pigura bakal dipiceun dina channel virtual ieu, disebutkeun "0".
Maju Bandéra:
Bandéra ieu kedah ngandung "1" upami salah sahiji atanapi langkung pigura tipe A parantos dipiceun atanapi aya sela-sela anu kapendak, janten kedah ngirimkeun deui. Bandéra "0" nunjukkeun yén teu aya pigura anu turun atanapi skip.
Nilai réspon:
Nomer pigura anu henteu nampi. Ditangtukeun ku counter dina header pigura telecommand
lapisan jaringan
Hayu urang toél dina tingkat ieu saeutik. Aya dua pilihan di dieu: boh ngagunakeun protokol pakét spasi, atawa encapsulate sagala protokol séjén dina pakét CCSDS.
Tinjauan protokol pakét spasi mangrupakeun topik pikeun artikel misah. Hal ieu dirarancang pikeun ngidinan nu disebut aplikasi pikeun seamlessly tukeur data. Masing-masing aplikasi gaduh alamat sareng fungsionalitas dasar sorangan pikeun tukeur data sareng aplikasi anu sanés. Aya ogé jasa anu ruteu lalulintas, kontrol pangiriman, jsb.
Kalayan enkapsulasi sadayana langkung saderhana sareng langkung jelas. Standar ngamungkinkeun pikeun ngarangkum protokol naon waé kana pakét CCSDS ku cara nambihan lulugu tambahan.
Dimana lulugu boga harti béda gumantung kana panjang protokol keur encapsulated:
Di dieu widang utama nyaéta panjang panjangna. Bisa rupa-rupa ti 0 nepi ka 4 bait. Ogé dina lulugu ieu anjeun kudu nunjukkeun jenis protokol encapsulated ngagunakeun tabél .
IP encapsulation ngagunakeun tambihan-on anu sanés pikeun nangtukeun jinis pakét.
Anjeun kedah nambihan hiji deui lulugu, panjangna hiji oktet:
Dimana PID nyaeta identifier protokol sejen dicokot
kacindekan
Dina glance kahiji, sigana yen headers CCSDS pisan kaleuleuwihan sarta sababaraha widang bisa dipiceun. Mémang, efisiensi saluran anu dihasilkeun (nepi ka tingkat jaringan) sakitar 40%. Sanajan kitu, pas kabutuhan timbul pikeun nerapkeun standar ieu, janten jelas yén unggal widang, unggal pos boga misi penting sorangan, ignoring nu ngabalukarkeun sababaraha ambiguities.
Upami habrasociety nunjukkeun minat kana topik ieu, kuring bakal bungah nyebarkeun sakumpulan tulisan anu dikhususkeun pikeun téori sareng prakték komunikasi ruang angkasa. Nuhun kana perhatosanana!
sumber
PS
Entong pencét teuing upami anjeun mendakan anu henteu akurat. Laporkeun aranjeunna sareng aranjeunna bakal dibenerkeun :)
sumber: www.habr.com