CCSDS空间通信协议的特点与特征

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：CCSDS数据链路层提供了在空间链路上发送数据的功能，其中TM＼TC＼AOS可使用SDLS协议在数据帧中插入安全用户数据，保证数据传输的安全性。NASA为所有CCSDS协议提供注册服务。CCSDS有5个同步和信道编码协议标准，其中TM有3个，即TM同步与信道编码、高码率遥感应用的灵活高级编码调制系统以及基于ETSI DVB-2标准CCSDS空间链路协议，一个TC的同步与信道编码标准和一个Proximity-1协议的编码与同步子层标准。4）传输层CCSDS提出了SC

1）物理层

CCSD在物理层规定了RF和调制系统，适用于飞行器之间或与地面之间的通信链路。

2）数据链路层

CCSD在数据链路层规定了4个协议标准，统称为空间数据链路协议，这些协议支持在空间链路上传输不同类型数据，其基本功能是传输称为分组的可变长度数据单元，4个协议标准为：①TM空间数据链路协议；②TC空间数据链路协议；③AOS空间数据链路协议；④Proximity-1空间链路协议的数据链路子层。

由空间数据链路协议传输的数据包格式必须要有包版本号，这些版本号是由NASA规定的。分配了包版本号的数据包可直接在空间数据链路协议上传送，但CCSDS有另一套机制来传送CCSDS本身的PDU和非CCSDS标准的数据，这套机制叫做封装服务。

CCSDS数据链路层提供了在空间链路上发送数据的功能，其中TM＼TC＼AOS可使用SDLS协议在数据帧中插入安全用户数据，保证数据传输的安全性。然而Proximity-1数据链路协议并没有规定安全性。

TM空间数据链路协议一般用作从飞行器向地面传送遥感数据，称为反向链路。TC空间数据链路协议一般用作从地面站向飞行器发送控制数据，称为前向链路。AOS空间数据链路协议主要应用场景包括两种：一是仅有反向链路数据回传；二是兼具前向控制数据传输和反向链路数据传输。Proximity-1应用场合是近距离空间链路，包括短距离、双向、固定或移动无线电链路。

由空间数据链路协议承载的协议数据单元叫做传输帧。TM和AOS空间数据链路协议使用固定长度传输帧以方便实现噪声链路中的同步。TC和Proximity-1空间数据链路协议使用可变长度传输帧以方便实现短延时的短消息接收。

所有空间数据链路协议的核心是“虚拟”信道概念的引入，它可实现多个高层数据流共享一个物理信道，且每个虚拟信道可有不同服务质量要求。一个物理信道分为几个分离的逻辑数据信道，每个信道称为虚拟信道。在一个物理信道上传输的每个传输帧都属于该物理信道中的某一个虚拟信道。

TC空间数据链路协议具有重新发送丢失或损坏数据的功能，确保数据有序、无中断或无复制地在空间链路上传输。这个功能由通信操作程序-1（COP-1）的重传控制机制来实现。在Proximity-1空间数据链路层协议中也有一个类似的功能叫做COP-P。在TM和AOS的数据链路层中都没有此功能，因此如果要求数据的完整接收，必须在高层设置重发机制。

TM和AOS的数据链路层共用一个同步与编码子层，TC有TC的同步与编码子层，Proximity-1空间数据链路层协议有Proximity-1的数据编码与同步子层。

数据链路层具有链路标识功能对数据流进行标识，标识符的名称由NASA来统一规定。NASA为所有CCSDS协议提供注册服务。

TM，TC和AOS空间数据链路协议有3类标识符：传输帧版本号（TFVN）、飞行器标示符（SCID）和虚拟信道标识符（VCID）。

TFVN用来区别不同传输帧，但不同传输帧一定不能复用到一个物理信道中。TFVN和SCID统称为主信道标识符（MCID），用来标识与一条空间链路相关的飞行器。

在一个物理信道中所有具有相同MCID的传输帧构成一个主信道（MC）。一个主信道包括一个或多个虚拟信道，每个虚拟信道都有一个MCID。大多数情况下，一个物理信道上仅仅承载一个MCID的传输帧。然而，一个物理信道也可承载多个MCID，但它们具有相同的TFVN。在此情况下，一个物理信道就包括多个主信道。一个物理信道由一个物理信道名称来标识，具体由管理单元来设置并不含在传输帧头中。

TC空间数据链路协议使用了一个可选的标识符，叫做复用接入点标识符（MAP ID），用来在一个虚拟信道中创建多个数据流。具有相同MAP ID的一个虚拟信道中的全部数据帧组成了一个MAP信道。一个虚拟信道包括一个或多个MAP信道。

Proximity-1空间数据链路用户使用了一组3个参量。SCID使用源-目的标示符（Source or Destination ID）用来标识在链路连接阶段传输帧的源或宿。物理信道标识符（PCID）提供了两个独立的复用信道。端口ID可将收发器输出端口的用户数据路由到规定的逻辑端口或物理端口。

空间数据链路协议标识符的值由NASA来分配，具体如表3-2所示。

表3-2　空间数据链路协议标识符

pagenumber_ebook=98,pagenumber_book=84

数据链路层最重要的服务是传输可变长度的数据单元，称为分组。除此之外，数据链路层可为固定或可变长度私有格式数据、固定长度短数据单元实时报告和比特流等提供传输功能。具体服务如表3-3所示。

表3-3　数据链路层提供的服务

pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=85

同步和信道编码的功能是传输帧的界定／同步、纠错编码和解码、比特再生和移除。CCSDS有5个同步和信道编码协议标准，其中TM有3个，即TM同步与信道编码、高码率遥感应用的灵活高级编码调制系统以及基于ETSI DVB-2标准CCSDS空间链路协议，一个TC的同步与信道编码标准和一个Proximity-1协议的编码与同步子层标准。如表3-4所示。

表3-4　同步和信道编码的功能

pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=85

3）网络层

在网络层只有一种封装服务，它可提供两类不同分组服务：空间分组和封装分组。IP over CCSDS只能使用封装分组服务。

空间分组协议的数据传输有两种模式：①从飞行器的源到地面站的一个（多个）宿或另一个飞行器的宿；②从地面的一个源到一个（多个）飞行器的一个（多个）宿。作为每个分组的一部分，APID决定了数据包的路径。基于APID，所有决定了分组如何处理和转发的APID都由管理协定来设定，而不是协议本身的正式内容。

其他经CCSDS认证的网络协议，比如DTN和IP都可用于封装服务。

网络层协议使用了两类地址，路径地址和宿系统地址。

路径地址用于空间分组协议，标识了网络中从一个源到一个或多个宿的逻辑数据路径（LDP）。宿系统地址用于IP和DTN，清楚地标识了一个宿系统或一组宿系统。除非特别说明，在宿系统地址中，必须使用一对源和宿地址。这些地址由IP和DTN的PDUs规定，IP和DTN的路由节点使用这些地址来执行端到端路径上的路由选择。

4）传输层

CCSDS提出了SCPS传输协议SCPS-TP和CFDP协议，但CFDP具有应用层的一些功能。SCPS-TP支持端到端通信，可满足的空间任务范围很大，它扩展了TCP，并以UDP作为参考引入。它应用于空间分组、封装分组和IP over CCSDS的上层。CFDP具有应用层的功能，比如文件管理等，但也具有传输层功能。Internet的传输协议包括TCP，UDP，也能在封装包或IP over CCSDS空间链路的上层应用。

5）应用层

应用层为用户提供端到端的文件传输和数据压缩服务。CCSDS提出了5类应用层的协议。

CCSDS空间通信协议的特点与特征

相关推荐