无SDLS协议数据单元详解

3.7.5.1　协议数据单元

1）AOS传输帧

AOS传输帧包括连续放置的主要域：

（1）传输帧主头（6 B或8 B，强制）。

（2）传输帧插入域（整数个字节，可选）。

（3）传输帧数据域（整数个字节，强制）。

（4）操作控制域（4 B，可选）。

（5）帧错误控制域（2 B，可选）。

对于在一个物理信道中任何虚拟信道或主信道的特殊任务阶段，AOS的传输帧是固定长度的，帧的结构如图3-26所示。

图3-26　AOS传输帧结构

（说明：①AOS空间数据链路协议的协议数据单元就是AOS的传输帧；②操作控制域和帧错误控制域合起来叫做传输帧尾；③传输帧的开始由下面的信道编码子层通知；④传输帧长度的变化会导致接收机同步的丢失）

2）传输帧主头

传输帧主头是强制性质，包括5个连续的域，次序安排如图3-27所示。

图3-27　传输帧主头安排次序

（1）TFN。从0～1为2 b传输帧版本号，AOS Version 2传输帧版本号定义为“01”。

（2）SCID。从2～9为空间飞行器ID号，它由CCSDS来统一分配，提供飞行器的识别，它与包含在传输帧中的数据相关。SCID在整个任务阶段是静态不变的。

（3）VCID。比特10～15用来标识每个虚拟信道（注：①假如只有一个虚拟信道在使用，则这6个比特永久置零，仅传输空闲数据时的虚拟信道标识全置1；②除了上述规定外，虚拟信道的标识没有限制，不需要连续编号；③空闲数据虚拟信道传输帧的数据域中不包含任何合法用户数据，但假如有插入服务的话，传输帧中要包含插入域）。

（4）虚拟信道帧计数。16～39个比特，对在每个规定的虚拟信道上传输的传输帧进行顺序计数，计数方式为二进制的模16 777 216（224）除。除非无法避免，否则虚拟信道帧计数在达到16 777 215之前是不会发生重置的。该域的目的是为每个虚拟信道提供单独的计数，从而可以从传输帧数据域中提取系统数据包。假如由于无法避免的再初始化使得虚拟信道帧计数重置，在相关虚拟信道中一系列传输帧的完整性便不能保证。

（5）通知域。40～47共8个比特，用于对传输帧的接收机进行告警，提供重要的再确认机制以防止人工或自动的错误检测和隔离。

①重传标识：在空间链路不可用时，识别是否需要对此期间内传输的帧进行存储，当链路恢复后并启动随后的再传机制。此标识对传输帧接收机进行告警是“实时”或“再传”状态。它的主要目的是当使用同样的虚拟信道时，区分实时或再传传输帧，“0”代表实时传输帧，“1”代表再传传输帧。②虚拟信道帧计数循环使用标识：占用第41个比特，1 b的域表明VC帧计数循环域是否在用。“0”表示VC帧计数循环不可用，应该被接收机端忽略掉；“1”表示VC帧计数循环可用，应该被接收端翻译解释。③42～43的2个比特是CCSDS预留的，默认值设置为“00”。④VC帧计数循环：44～47共4个比特。每次虚拟信道帧计数归零时，虚拟信道帧计数循环增加。

（6）帧头错误控制。共2个字节，10 b的MCID，6 b的VCID和8 b的通知域都由可选的错误检测和纠错编码来保护，其中的符号校验包含在这16个比特（2 B）域中。这个域的是否启用取决于数据质量和信道编码子层的任务需求。帧头错误控制能纠出2个符号错误，帧头错误控制是一个短的（10，6）Reed-Solomon码。

3）传输帧插入域

传输帧插入域无中断地紧随在传输帧主头的后面，是否设置该域取决于系统管理。假如物理信道支持传输周期性数据的插入服务，在同一物理信道上传送的每个传输帧都有该域的内容，包括空闲数据（OID）传输帧。

插入域的长度是一个常数，管理员设置了该域，则该域的有和无在整个任务阶段是静态不变的。一旦设置了插入域为有效，则管理员将减少传输帧数据域的长度，减小的数据域长度和增加的插入域长度是相等的。

4）传输帧数据域

紧随传输帧主头或插入域的是传输帧数据域，它包含了整数个字节，长度可变，具体包括了一个复用协议数据单元（M＿PDU）、一个比特流协议数据单元（B＿PDU）、一个虚拟信道接入服务数据单元（VCA＿SDU）或者空闲数据。上述的M＿PDU、B＿PDU、VCA＿SDU和OID不会在一个虚拟信道中混合出现，假如一个虚拟信道传输M＿PDU，则在该虚拟信道上的每个传输帧都应该包含一个M＿PDU。具体由管理员来确定到底传输哪类单元，而且一旦决定以后，在整个任务阶段都是不变的。

3.7.5.2　复用协议数据单元

M＿PDU紧随传输帧主头或传输帧插入域。因为要和固定长度传输帧数据域匹配，对于任意特殊的虚拟信道，M＿PDU的长度是固定的。M＿PDU内容包括两部分，如图3-28所示。

图3-28　M＿PDU格式

（1）M＿PDU头，2 B，而M＿PDU头又可分为两部分：①保留（5 b）；②首头指针（First Header Pointer，11 b）。M＿PDU数据包域中第一个字节编号为0，域中字节的位置是以升序排列的。首头指针表示在M＿PDU数据包域起始的第一个数据包中第一个字节的位置。首头指针设置的目的是能方便对包含在M＿PDU数据包域中可变长度数据包进行直接的界定。后续任意子数据包的位置通过计算这些数据包的长度即可定位。假如在第N个传输帧的M＿PDU数据包域中的最后一个数据包溢出到同一个虚拟信道的第M个传输帧中（N＜M），则第M个传输帧中首头指针忽视溢出的数据包，只表示在第M个传输帧中下一个数据包的头。以上情况是针对出现一个很长的数据包，其长度超出了一个传输帧的长度而定义的。

（2）M＿PDU数据包域，整数个字节的数据包或空闲数据。数据包连续且以正序的方式插入到M＿PDU数据包域中。由于第一个数据包可能是前一个M＿PDU中数据包的溢出部分，且最后一个数据包可能要延续到同样虚拟信道的下一个M＿PDU中，一个M＿PDU中第一个和最后一个数据包不一定是完整的。

3.7.5.3　比特流协议数据单元（B＿PDU）

B＿PDU无间隔地紧随传输帧主头或传输帧插入域。在任何规定的虚拟信道中，B＿PDU的长度是固定的。B＿PDU内容包括头和比特流数据域两部分，如图3-29所示。

图3-29　B＿PDU格式

1）指针

假如在一个B＿PDU被释放用来传输数据之前，接收到的比特流数据比特数量不足，则必须插入空闲数据。此时指针指向最后一个合理用户数据比特的位置。

B＿PDU数据域比特的位置以升序的方式排列，在此域中第一个比特分配的编号为0。指针指向的是在B＿PDU数据域中最后一个合理用户的数据比特。

如果在比特流数据域中没有空闲数据（比如B＿PDU中仅仅包含合理用户数据），则指针值全置1。

如果在比特流数据域中没有合理用户数据（比如B＿PDU中仅仅包含空间数据），则指针值置为全1。

2）数据域

数据域包含了固定长度的用户比特流数据块或空闲数据。当承载B＿PDU的一个虚拟信道的传输帧释放时，比特流数据不可用时，将产生一个仅仅包含了空闲数据的B＿PDU。

操作控制域无间隔地放置在传输帧数据域的后面，占用4个字节。

第0个比特包含类型标识符。如果该域支持包含了一个通信链路控制字（CLCW）的Type-1-Report，则应设置为“0”。如果支持Type-1-Report，则设置为“1”。

该域的设置是对少数几个实时功能提供标准化报告机制，包括重传控制或飞行器时钟校准等。目前重传控制的使用已经在CCSDS中定义了，指的是Type-1报告，但没有定义Type-2报告。

帧错误控制域占用2个字节，无间隔地跟随在操作控制域后面，它是可选的，其有无由管理员来设置。

在传输帧传输或数据处理过程中会引入错误，因此设置该域的目的是提供错误检测。使用CRC校验来实现错误检测，编码时接收n-16个比特长的传输帧，并且在码字的最后添加一个长度为16 b的帧错误控制域，从而产生一个系统的二进制码字块，其中n是传输帧的长度。

3.7.5.4　发送端协议处理

发送端协议处理如图3-30所示，包括包处理、比特流处理、虚拟信道产生、虚拟信道复用、主信道复用和全帧产生等功能。

图3-30　发送端协议实体内部组织

1）数据包处理功能

本部分用来传输在传输帧固定长度M＿PDU中的可变长度数据包。复用多个数据包直至最大的M＿PDU长度而生成的是M＿PDUs。任意超出最大M＿PDU长度的数据包都被分割，填充完一个完整的M＿PDU后，即在同一个虚拟信道中开始一个新的M＿PDU。下一个M＿PDU将继续连接数据包，直至溢出为止。

假如有多个不同版本的数据包要在一个虚拟信道上传输，这些数据包在构建为M＿PDU前先复用成一个连续的数据包字符串。

当用户端没有足够多的数据包时，将产生一个或数个适当长度的空闲数据。最短的空闲数据包长度是7 B（6 B的头和1 B的空闲数据）。假如在一个M＿PDU中填充的区域小于7 B，空闲数据包将被分割，进入到下一个M＿PDU中。

一般来讲，数据包处理功能如图3-31所示。

2）比特流处理功能

本部分的功能是传送在传输帧固定长度B＿PDU中的可变长度的比特流。比特流处理用来把用户的比特数据填充到B＿PDU的数据区域中。每个比特都顺序不变地放置到数据域中。当比特流数据已经填满到一个特定的B＿PDU时，后续的比特流将被放置到同样虚拟信道的新的B＿PDU中。

由于传输帧释放算法的限制，在释放时间内，一个B＿PDU不一定完全由比特流数据填充，比特流处理功能可以将本地的特殊空闲数据填充到剩余的B＿PDU中。合法比特流数据结尾和空闲数据开始的边界由在B＿PDU头中比特流数据指针来标识。

图3-31　数据包处理功能

B＿PDU的长度必须和由GVCID标识的虚拟信道的传输帧长度一致，比特流处理基本流程如图3-32所示。

图3-32　B＿PDU比特流处理基本流程

3）虚拟信道产生功能

虚拟信道产生的基本功能是构建基本的传输帧结构。它也用作构建传输帧主头以实现在每个虚拟信道中的数据传输。

虚拟信道复用将M＿PDU，B＿PDU或VCA＿SDU汇聚而组装为传输帧数据域，并创建传输帧主头域。每个虚拟信道独立创建一个帧计数并置于主头中。假如一个虚拟信道的用户是VC＿OCF服务，则用户的OCF＿SDU置于操作控制域中。虚拟信道产生基本实现过程如图3-33所示。

图3-33　虚拟信道产生过程

4）虚拟信道复用功能

虚拟信道复用将虚拟信道产生的多个传输帧复用为一个主信道，将复用后的传输帧置于一个队列中，实现过程如图3-34所示。CCSDS对多个传输帧进行排序的算法并未作具体规定，但在具体应用中，应考虑优先级、释放率以及同步定时等参数进行排序。

图3-34　虚拟信道复用过程

假如在物理信道中只有一个主信道，虚拟信道复用将创建一个OID传输帧以保持传输数据流的关联性，以防在释放时间内没有合法传输帧可传输的情况出现。

5）主信道复用功能

主信道复用的功能是将多个不同主信道的传输帧复用为一个物理信道，它的基本原理和虚拟信道复用功能一样，如图3-35所示。

图3-35　主信道复用过程

6）全帧产生功能

全帧产生的功能是插入服务数据单元到一个物理信道的传输帧中，同时也用作实现错误控制编码（见图3-36）。

图3-36　全部帧生成过程

如果激活可选的插入服务，固定长度的插入域将会出现在每个传输帧中，从而在某一特定的物理信道上传输。IN＿SUDs以相同的时间间隔定时到达，这个时间间隔相应于传输帧释放到物理信道的时间。全帧产生的功能是将从插入服务用户接收到的IN＿SDUs放置于传输帧的插入域。

假如帧头错误控制可用的话，就会产生校验比特，进而附加到传输帧主头中。而且一旦该值设置为可用，则某个物理信道上的所有传输帧都具有错误控制功能。同理，假如帧头错误控制可用的话，就会产生校验比特，进而附加到传输帧尾中。而且一旦该值设置为可用，则某个物理信道上的所有传输帧都具有错误控制功能。

3.7.5.5　接收端协议处理

接收端协议处理如图3-37所示，包括包解析、比特流解析、虚拟信道接收、虚拟信道解复用、主信道解复用和全帧接收等功能。

图3-37　接收端协议实体内部组织

1）数据包析取功能

数据包析取的功能是将可变长度数据包从固定长度M＿PDU中析取出来。每个M＿PDU的首头指针与包含在其中的数据包长度域协作，公共提供数据包析取时所需的界定信息，如图3-38所示。

图3-38　数据包析取原理

假如从M＿PDU中获取的最后一个数据包是不完整的，包析取将重新从下一个M＿PDU的开头获取剩余的数据包。下一个M＿PDU的头指针决定了剩余数据包的长度，因此在这个M＿PDU中下一个数据包的开始即可析取出来。

假如计算获得的第一个数据包的开始位置和首头指针指向的位置不一致，则数据包析取功能假设首头指针指向是正确的，从而给予此假设继续进行包析取。利用头中的数据包版本号，析取后的数据包交付给用户。需要说明的是不完整的数据包不交付，空闲数据包作丢弃处理，仅仅包含空闲数据的M＿PDU也作丢弃处理。

2）比特流析取功能

比特流析取的功能是将可变长度比特流从固定长度B＿PDU中析取出来。析取到的比特流数据交付给有GVCID标识的比特流服务用户，在交付之前，利用比特流数据指针信息，任意从发送端插入进来的空闲数据都被丢弃，如图3-39所示。

图3-39　比特流析取

比特流析取功能将比特流数据丢失标识作为一个参数传送给比特流服务用户。这个标识是从接收到的虚拟信道接收模块中得到的。如果此功能启用，则比特流数据丢失标识向用户表明，数量无法确定的比特流数据已经丢失。需要说明的是，假如比特流数据丢失标识设置了以后，一个或数个其后的B＿PDUs将被丢弃。

3）虚拟信道接收功能

虚拟信道接收功能是析取包含在传输帧数据域中的数据，然后将它们交付给用户（包括数据包析取、比特流析取或VCA服务用户），实现过程如图3-40所示。

4）虚拟信道解复用功能

虚拟信道解复用的功能是解复用一个主信道中不同虚拟信道的传输帧，它检查传输帧输入流的VCID并把它们路由到虚拟信道接收模块或虚拟信道帧服务用户，如图3-41所示。

图3-40　虚拟信道接收

图3-41　虚拟信道解复用

假如检测到虚拟信道计数的中断，将交付一个丢失标识给用户。OID传输帧将被丢弃，不合法VCID的传输帧也被丢弃。

5）主信道解复用功能

主信道解复用的功能是将一个物理信道中不同主信道的传输帧解复用，它检查传输帧输入流的MCID并把它们路由到虚拟信道解复用模块或主信道帧服务用户，如图3-42所示。

假如下层信道编码子层通知了帧丢失，一个丢失标识将发送给用户。

图3-42　主信道解复

6）全帧接收功能

全帧接收的功能是从一个物理信道的传输帧中析取插入服务数据单元，也同时实现了CCSDS规定的错误控制解码功能，如图3-43所示。

图3-43　全帧接收功能

如果帧错误控制域设置为有效，全帧接收使用帧头错误控制域的内容来纠正传输帧主头中的关键内容，重新计算传输帧的CRC值并和帧错误控制域的内容进行比较，从而决定传输帧是否包含了一个检测到的错误。

假如插入服务激活的话，全帧接收的功能是不考虑GVCID，从传输帧输入流的插入域中析取IN＿SDUs，并且把它们交付给插入服务用户。