高级在轨系统综合链路控制器的研究与设计.pdf

分类号: 分类号: 学校代码: 学校代码: 10128 10128 U D C : 学 号: 学 号: 20041145 20041145 硕士学位论文硕士学位论文 题题 目 ： 高 级 在 轨 系 统 综 合 链 路 控 制 器 的 研 究 与 设 计 目 ： 高 级 在 轨 系 统 综 合 链 路 控 制 器 的 研 究 与 设 计 英 文 题 目 ：英 文 题 目 ：The Research and Design of the General Link Controller in Advanced Orbiting System 研究生 ： 丁 艳 会研究生 ： 丁 艳 会 学 科 名 称 ： 计 算 机 应 用 技 术学 科 名 称 ： 计 算 机 应 用 技 术 指 导 教 师 ： 李 健指 导 教 师 ： 李 健 副 教 授副 教 授 二 七 年 五 月二 七 年 五 月 内蒙古工业大学硕士学位论文 摘 要 为了适应空间技术的发展，实现国际空间组织间的相互支持，我国在航天技术应 用领域正在逐步采用空间数据咨询委员会(CCSDS)制定的高级在轨系统(AOS)系列标 准。深入理解和掌握 AOS 的思想、概念和体系，研发自主知识产权的 AOS 关键设备， 对推进我国航天技术发展有着重要意义。 本文根据 AOS 系列标准建议书，详细研究分析了 AOS 的特点、系统构成、业务分 类和分层关系。在此基础上, 对 AOS 应用系统的关键设备综合链路控制器的功能、实 现方案进行了深入研究，并设计实现了实体验证系统的硬件和软件。 系统在硬件方面，采用以我国自主知识产权的方舟 CPU 芯片为核心的 GT2000 应 用开发板；在软件方面，应用 Linux 操作系统，裁减定制了一个较小的内核，并定制 了嵌入式系根文件系统， 使用 Ramdisk 的方法将系统加载到内存并挂载根文件系统运 行，加快了系统的启动速度。本系统采用开发板上的以太网口与 PC 机进行通信，在 Linux 操作系统下编写了综合链路控制器端程序和客户端程序。综合链路控制器端程 序工作在开发板上， 接收客户端程序发送的数据， 根据数据的类型， 完成包装、 复用、 虚拟信道数据单元装配、填充、解包装、解复用等功能。客户端程序工作于 PC 机上， 主要用于发送各类用户数据。综合链路控制器端程序同时采用并发服务器方式，使综 合链路控制器能在一个时间为多个客户端数据服务。 论文依托的课题来源于关于高级在轨系统关键技术研究的内蒙古自治区科技攻 关项目，作为项目的预研性子课题，为 AOS 综合链路控制器的研发奠定了基础。 关键词：关键词：综合链路控制器；高级在轨系统；CCSDS；GT2000；方舟 内蒙古工业大学硕士学位论文 Abstract For adapting to the development of space technique and achieving the support of the international space organization mutually, the space station of our country is adopting AOS series standard established by the CCSDS gradually. Understanding and mastering the idea, the concept and the system of AOS deeply, researching and developing the AOS key parts, have great significance for the development of our aerospace business. In the paper, the AOS characteristics, the system constitute, the business classification and layering relations are analyzed in detail according to the AOS series standard. On this basis, the function and implementation scheme of the general link controller that is one of the key parts in the AOS system are studied deeply, and the hardware and software of verification system are designed and completed. At the hardware aspect, the ARCAs GT2000 developed board with the chip of our country independent intelligent property right is adopted as the hardware of the AOS system. At the software aspect, by using of Linux operating system, a smaller inside pit is made and cut, and is made to order built-in fasten a document system. The ether net of the develop board is been utilized to correspond with the PC machine. The controllers procedure works in develop board, and receives the data which were sent by client, deals with the data to assembling, packaging, multiplexing，filling, extract packaging, extract multiplexing, extract VCA , according to the type of the data. The client procedure works in the PC and sends out the data to the server. The controller procedure uses concurrent server model to service for several customers at the same time. The thesis comes from the item “the research of the AOS system key technique”, which is the key tackling item of science and technology in Inner Mongolia. As the sub-project, the research and the realization will lay a foundation for the concrete implement of the AOS key parts and do expect preparation for the further research and the development work. Key words:Key words: General Link controller；AOS；CCSDS；GT2000；ARCA 内蒙古工业大学硕士学位论文 目 录 第一章 绪 论 .1 1.1 课题研究的背景1 1.2 国内外研究与应用现状2 1.3 课题的研究内容3 1.4 论文的组织结构3 第二章 AOS 体制综述.5 2.1 AOS 的特点 5 2.2 AOS 数据源 6 2.3 CCSDS 主网及业务模型 6 2.3.1 CCSDS 主网 .6 2.3.2 CCSDS 主网业务模型及所提供的业务 .7 2.4 空间链路子网 .12 2.4.1 SLS 的结构.12 2.4.2 VCLC 子层13 2.4.3 VCA 子层14 2.4.4 SLS 的数据传输过程.15 2.4.5 SLS 业务等级.16 第三章 综合链路控制器的结构与功能分析 .17 3.1 AOS 应用系统验证模型 .17 3.2 综合链路控制器在 AOS 系统的地位和作用 .17 3.3 数据流处理过程 .18 3.3.1 下行发送端数据流的处理过程.18 3.3.2 上行接收端数据流的处理过程.19 3.4 几种相关的数据单元格式.20 3.5 数据格式之间的转换关系.26 内蒙古工业大学硕士学位论文 第四章 系统开发平台的构建. 28 4.1 方舟 GT2000 开发板简介 . 28 4.2 嵌入式 Linux 系统的移植 29 4.2.1 嵌入式 Linux 系统的构成 29 4.2.2 嵌入式 Linux 的开发模式 29 4.2.3 嵌入式 Linux 系统的移植顺序 30 4.2.4 建立交叉编译环境 30 4.2.6 Bootloader 移植 31 4.2.7 Linux 内的移植 32 4.2.8 构建根文件系统 34 第五章 综合链路控制器软件的设计与实现. 35 5.1 设计的原则和性能要求 35 5.2 几个关键问题的研究 35 5.2.1 VCDU 数据长度. 35 5.2.2 标识. 36 5.3 软件设计与实现 37 5.3.1 socket 简介 38 5.3.2 客户机/服务器模式. 38 5.3.3 综合链路控制器端程序 39 5.3.4 各任务模块功能 40 5.3.5 各主要模块的工作流程及调用关系 41 5.4 仿真验证 46 5.4.1 客户端数据的选择 46 5.4.2 客户端程序 47 5.4.3 仿真验证结果 47 第六章 结束语. 52 6.1 全文总结 52 6.2 进一步工作展望 52 内蒙古工业大学硕士学位论文 参考文献 54 致 谢 56 在读期间取得的科研成果 57 作 者 简 介 .58 附录一、开发工具链的安装 59 附录二、JTAG 调试环境的建立60 附录三、RedBoot 移植和加载.61 附录四、内核的移植 62 附录五、内核的加载 64 附录六、根文件的制作 65 附录七、根文件系统的加载 66 第一章 绪 论 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 课题研究的背景课题研究的背景 随着航天技术的不断发展，空间技术已经成为代表一个国家科技实力的重要标 志。空间站作为一种重要的载人航天器，是发展航天技术，开发利用空间资源的活动 基地，利用它可以进行空间生产、科学实验及和空间观测活动，各航天大国都对空间 站给予高度重视，积极研究、制定和实施自己的空间计划。 空间站数据系统是空间站的重要组成部分， 是空间站长期可靠运营的重要支柱之 一。空间站的数据包括传统的遥测遥控数据，还包含空间科学的实验数据、音频视频 通信数据、电子邮件等。这些数据从类型上是复杂多样的，数据量大，数据率从小到 几bps大到几百Mbps 26。为了高效的利用空间与地面的信道资源，对这些信数据的处 理和传输进行动态统一的调度管理是很有必要的。同时，空间站是一个开放的系统， 系统庞大，设备配置复杂，需要根据任务进行裁减和扩展，其内部设备，特别是有效 载荷，可以随时更换。从以上两点可以看出，空间站数据系统的主要问题是如何有效 地管理空间站上的数据和如何在空间站和地面之间快速准确地传送数据。 这两个问题 的解决将直接关系到空间站担负的实验能力。 为了解决空间任务中所存在的信息处理与传输问题， 由世界上主要的一些空间组 织(如NASA、ESA等)于 1982 年成立了空间数据系统咨询委员会(CCSDS, Consultative Committee for Space Data Systems)，主要讨论与空间信息和数据系统相关的共同 问题， 建立一套新的标准化的和开放的空间数据系统， 其主要目的是建立统一的规范， 提高空间数据系统的性能，适应日益复杂的空间任务的需要，通过标准化的途径降低 空间任务的开发和运行成本，缩短空间数据系统的开发研制周期，促进各国和各空间 组织的相互支持与合作 27。 CCSDS成立以来，先后制定了适用于低、中数据率航天器的常规在轨系统(COS， Conventional Orbiting Systems)和适用于中、 高数据率航天器的高级在轨系统(AOS) 标准，以标准化的方式进行数据交换与处理，以更为经济有效的方式满足不同航天器 和不同类型用户的业务需要，并为有效地进行交互支持、国际合作提供了保证 23,24。 采用 AOS 体制的空间站，遥测、电视、话音、大量实验数据、静止图象等各类信 息可动态地合路为一个数据流， 通过一个射频信道传送， 有效地提高了信道的利用率。 采用 AOS 体制易于模块化设计，系统配置简化，提高了系统可靠性。 - 1 - 内蒙古工业大学硕士学位论文 CCSDS 标准目前仍在不断修正补充与发展，它是航天测控与通信进入国际时代的 产物，也是航天测控与通信技术发展的必然。CCSDS 的一部分标准已转化为国际标准 化组织(ISO)的正式标准，并已广泛地应用于各国空间团体。 我国的航天技术要发展，不能闭关自守，参加国际合作是必然趋势，因此，研究 分析 AOS 理论、思想和标准，掌握 AOS 应的用的关键技术，研制开发符合 AOS 标准的 数据处理和传输的硬件、软件系统是我国今后航天事业发展的必由之路和当务之急。 1.2 国内外研究与应用现状国内外研究与应用现状 目前已有相当多的国家的空间组织和商业机构都采用了CCSDS标准，如NASA哥达 德飞行中心、NASA喷气推进实验室、美国的Lockheed Martin导弹与航天公司、ESA 欧洲空间技术中心等 27。由美国、俄罗斯为首，包括欧空局、加拿大等 16 个国家参 与研制的国际空间站，在数据系统体制上，就采用了CCSDS的AOS系列标准。 另外,近年来CCSDS产品在欧美已经市场化。例如，美国的TSITelsys公司为商业 和政府性的国内外用户提供大量高性能的CCSDS遥测处理系统，可提供高达 300Mb/s 的持久实时处理速度和广泛的协议处理功能。1996 年，该公司首次为NASA交付了三 套 75Mb/s的CCSDS通信信关站系统(CGS),用以支持“阿尔法”国际空间站的CCSDS遥 测处理。此后又交付了十六套 105Mb/s的CCSDS系统统。该公司还向NASA的斯坦尼斯 航天中心交付了CCSDS CGS和Vipstation系统，用以支持商业遥感项目(CRSP)的多任 务地面站。同时该公司已向日本交付大量了CCSDS系列产口，支持NASDA的“日本实验 舱”的组装和测试 25。由此可见，国外对CCSDS标准的应用已经进入一个成熟阶段， 为设计我国未来空间站的AOS方案提供了很有价值的参考。 我国作为CCSDS标准的观察国，跟踪和研究CCSDS系列标准已有十几年间的历史， 1996 年专门成立了CCSDS工作组，跟据CCSDS最新发展以及在现有条件如何应用CCSDS 体制。中国空间技术研究院还进行了一系列关于将AOS应用于我国航天器的研究。在 “九五”期间，该院完成了“CCSDS体制空间数据系统研究”预研项目，其中包括了 我国未来空间站、高速卫星采用AOS体制的设计方案。使CCSDS体制的常规在轨系统技 术达到了可供工程应用的程度，为正式开展AOS体制研究莫定了基础。1998 年至 1999 年，该院完成了国家 863 课题“空间站AOS方案研究” ，该课题以我国未来空间站和空 间站的需求为背景，在调研国内外有关资料的基础上，研究了AOS系统的相应标准， 分析了我国未来空间站数据系统的功能性能需求， 提出了我国未来空间站数据系统采 -2- 第一章 绪 论 用AOS体制和标准的方案设计 36。在方案设计中详细分析论证了我国空间站数据系统 的拓扑结构、各级网络的选型、高级在轨系统业务的选择、各种不同类型数据流的分 析和处理方式的确定、调度策略研究、关键技术分析和地面站适应性改造的方法和途 径。 我国的其他的研究院所和高等院校也不同程度进行了相关研究， 如西北工业大学 已初步完成的空间站AOS方案研究、 AOS空间实验室卫星通信仿真系统的设计与实现等 等。内蒙古工业大学进行的高级在轨系统的关键技术研究项目，已由上一届的同学初 步完了RS编译码接口卡的设计与FPGA实现、多路复用功能的研究与仿真、帧同步器的 设计与实现等 3638。 这些研究成果为我们以后进行高级在轨系统的研究提供了很高的 参考价值，也为我们继续研究高级在轨系统(AOS)的其他关键部件奠定了基础。 1.3 课题的研究内容课题的研究内容 从国内外对 CCSDS 标准和 AOS 体制的研究与应用来看,我国的空间技术采用 AOS 体制势在必行。 本论文的课题正是基于这种背景下， 作为内蒙古科技厅攻关项目 “AOS 关键技术研究”的子课题，对高级在轨系统的关键部件综合链路控制器进行研究与设 计。 课题的主要研究内容包括： 1、研究和掌握 AOS 概念、思想和标准。 2、研究 AOS 综合链路控制器的功能、结构、验证性实体的实现方案。 3、采用我国自主知识产权的高性能嵌入式微处理器“方舟 2 号”的应用开发系 统板作为硬件平台，研究并实现 Linux 操作系统的裁剪、配置和嵌入，以满 足 AOS 综合链路控制器验证系统的开发和运行要求。 4、在 GT2000 和 Linux 平台上设计实现 AOS 综合链路控制器的验证性系统。 1.4 论文的组织结构论文的组织结构 本文共分六章,每章内容如下: 第一章 引言，介绍了课题研究背景和意义，国内外研究和应用现状，以及论文 的主要研究内容和组织结构。 第二章 AOS 体制综述，重点研究分析了 CCSDS AOS 系列标准建议书，介绍了 AOS 的特点、业务类型、体系结构等。 - 3 - 内蒙古工业大学硕士学位论文 第三章 综合链路控制器结构与功能的分析，详细说明了综合链路控制器的结构 与功能，以及在整个空间站 AOS 系统中的位置和作用，并分析了综合链路控制器对上 下行数据流的处理过程。 第四章 Linux 操作系统的定制与嵌入，重点研究 Linux 的内核结构、集成开发 环境、内核的裁剪、配置、嵌入及根文件系统的制作。 第五章 综合链路控制器的设计与实现，应用 Linux 网络编程，进行综合链路控 制器软件的编写，并进行仿真验证。 第六章 结束语，对全文进行总结。 -4- 第二章 AOS 体制综述 第二章第二章 AOS 体制综述体制综述 2.1 AOS 的特点 2.1 AOS 的特点 高级在轨系统是一个空-空和空-地的测控与通信数据及其他有效载荷数据进行 数据处理和数据管理的系统。可处理高速、大容量的数据、支持不同需要的许多用户 同时访问。通过建立统一数据流，通过对信道的动态管理同时传输数据、话音、电视 图象、静止图象、实验数据、遥测、遥控等各种不同信息，通过动态地对虚拟信道进 行管理调度、合理利用的合路机制、有效的纠、检错措施，保证了信道的高速率、高 质量，保证了系统高可靠性，从而可满足高速率、大容量、多用户的复杂航天器的数 据处理、数据传输要求。 一、 AOS的应用特点是 37： 1、用户数据率变化范围大。 2、可为大量用户提供方便、透明和标准化的服务，可广泛地满足科学研究、工 程试验和商业经营等各种任务的需要。 3、可处理新的数字化的数据类型。 4、可通过空、地数据信道对称地进行数据传输。 二、AOS 的设计特点是： 1、采用结构上分层的思想，把整个通信网分为若干层，不同层具有不同功能、 采用不同的数据结构，各层的数据单元中设置导头域，用于记录一些有用信 息，以便在接收端正确地提取用户数据。 2、采用两种多路复用机制，即包信道的多路复用及虚拟信道的多路复用，用户 动态分享信道，提高了空间数据信道的利用率。 3、设置八种不同的业务，用于处理不同性质的数据。 4、根据用户对业务质量的不同要求，采用三种不同的业务等级，既简化了系统 配置，又满足了不同质量要求的用户的需求。 5、在空间链路子网(SLS,CCSDS Space Link Subnetwork)中设置虚拟信道(VC, Virtual Channel)，每个 SLS 的应用分享一个 VC，各个 VC 分时占用物理信 道，从而避免了长数据源垄断信道，解决了有序地管理信道的问题。 6、不同类型用户采用不同格式的数据单元，最后合为一个数据流，通过物理信 道传输。 - 5 - 内蒙古工业大学硕士学位论文 7、设置航天器标志符，对不同航天器进行统一分配其航天器标志符，这样在目 标端可获得并区分来自不同航天器的数据。 2.2 AOS 数据源 2.2 AOS 数据源 AOS 的用户主要有三类： 观测科学用户、 实验科学用户和空间通信系统操作用户， 这些用户所产生的数据源也主要有以下三类： 1、观测科学数据：是在航天器内的封闭平台上进行的，如天文观测、空间物理、 地球观测等观测科学产生的数据。主要包括有效载荷高速数据、高速遥测数据、双向 会议电视及标准图像传输等。观测数据的速率较高，用户需要高效的传输技术将大量 的观测数据从空间传送到地面。AOS 提供的“路径业务”正是为满足这些观测用户对 数据处理的需求。 2、实验科学数据：一般是在空间交互进行的，如生理遥测、工程测试等产生的 实验科学数据。主要有命令和控制信息、电子邮件、远程终端访问等实时交互操作数 据。与观测科学相比，实验科学仅需要一段时间，使用的设备位置不要求相对稳定， 但需要在源和目的之间有对话或交流，因此，实验科学的最大特点是具有交互性，发 送到地面或从地面接收数据的量较少。AOS 提供的“网间业务”就是为满足这些实验 用户对数据处理的需求。 3、空间通信系统数据：由空间通信操作用户及时响应控制命令产生的数据(类似 于实验科学数据)、系统监控数据(类似于观测科学数据)和通信信息数据。主要包括 音频信号和视频信号。对于地面和空间操作者来说，希望得到的音频信号和视频信号 是完整的连续的，而路径业务和网间业务是满足不了，需要 AOS 系统提供其他业务 支持。 2.3 CCSDS 主网及业务模型主网及业务模型 2.3.1 CCSDS 主网 2.3.1 CCSDS 主网 AOS建议定义了CCSDS主网(CPN, CCSDS Principal Network)的模型概念 2，AOS 数据在CPN中传输，CPN在空间任务中起着数据管理网的作用，为各种空间任务用户提 供端对端的数据传输服务，即为空-地或空-空提供空间传输的中介网络。CPN主网包 括在轨网、 地面网(或位于另一在轨部分的在轨网)以及将二者联系起来的空间链路子 网(SLS,Space Link Subnet)。CPN主网的结构如图 2-1 所示。其中空-地配置的CPN - 6 - 第二章 AOS 体制综述 见图 2-1(a)，空-空配置的CPN见图 2-1(b)。 由于AOS建议对在轨网和地面网的内部操作协议未做出规定， 只规定了SLS内部操 作的一整套业务和协议。因此CPN上的在轨网网可以是在轨段或空间段，如卫星、飞 船、空间站等航天器。每个航天器内部构成一个独立内部网络。其内部的互联结构可 以是局域网或光纤网。 在轨网系统内部完成各种空间操作， 如导航、 生命环境、 能源、 通信、数据处理等，最后通过经过空间链路子网传输到地面网络。同样，地面网也是 由地面设备、系统以及相关数据接口构成的独立内部网络，其通过空间链路子网与在 轨网进行通信。CPN的空间链路子网是CPN主网的核心子网，包括了传输双方的空间传 输部分和空间链路，必须遵循AOS标准建议书中的相关规定 1,2,4。 图 2-1(a) 空-地配置 Fig. 2-1(a) SPACE/GROUND CONFIGURATION 图 2-1(b) 空-空配置 Fig. 2-1(b) SPACE/SPACE CONFIGURATION 2.3.2 CCSDS 主网业务模型及所提供的业务 2.3.2 CCSDS 主网业务模型及所提供的业务 为了处理不同性质的用户数据，AOS建议规定了八种类型的业务，图 2-2 为CPN 数据传输业务的概念模型 2。由于在轨子网、空间链路子网、地面网提供的各种业务 数据的流向是双向的，空-空与空-地的模型图相同。因为CCSDS主网是由结构对称的 两部分组成，为便于对业务模型图的理解，用图 2-3 进行分析和说明。图 2-2 和图 2-3 中的阴影部分表示了CCSDS未定义的部分。 - 7 - 内蒙古工业大学硕士学位论文 - 8 - 第二章 AOS 体制综述 图 2-3 简化的 CPN 业务模型 Fig.2-3 Simplified CCSDS Principal Network Service Model 路径业务和网间业务工作在整个 CPN 中，即从 CPN 的一个端点到另一个端点，这 两种业务是异步工作方式。其余六种业务是 SLS 层的数据传输业务，分别为：包装业 务、多路复用业务、位流业务、插入业务、虚拟信道存取业务，和虚拟信道数据单元 业务，这六种业务以异步或同步的方式工作，以支持前两种端到端业务，或满足话音 和视频信息传输等特殊要求。 一、端到端数据传输业务 AOS 系统提供了两种端到端数据传输业务：路径业务与网间业务。从概念上讲， 这两种业务都对应于开放系统互连 OSI 参考模型的网络层， 为上层协议和应用提供透 明的网络访问服务(如数据库访问和文件传输协议)。 (1)网间业务(Internet Service) 该业务把空间链路与地面商业网(如Internet )连接起来，支持动态变化的信源 和信宿之间断续地传输有界数据，如服务于航天器远程操作的用户业务。CCSDS网间 业务可为天地交互操作提供极大的灵活性，但开销大，处理速度和效率较低。CCSDS 选用商用ISO8473 无连接网络协议 1。实际上该业务是将在空、地两网内传递的ISO 8473 版本的包，封装在CPN通用CCSDS版本 1 的包中，通过空间链路子网传送到接收 - 9 - 内蒙古工业大学硕士学位论文 端后，提取ISO 8473 版本的包，即可在空、地计算机网内继续传递，实现空、地之 间点对点交互通信。这种业务适用于命令和控制信息、电子邮件、远程终端访问等实 时交互操作。这种灵活性对科学实验更为重要，因为需要多方面的参与、配合、监视 和评价，信源和信宿地址要经常变化。 (2)路径业务(Path Service) 路径业务传送端到端变长的应用层业务数据单元， 从一个应用程序源业务访问节 点(SAP，Service Access Point)到一个或者多个可访问的应用程序业务访问节点 (SAPS)。路径业务数据单元都是带分界符的字节串。路径业务是以异步方式工作的， 且无序。 路径业务主要用于在比较固定的信源和信宿之间，以中等到很高的数据率，传输 大容量、结构化、定界的数据单元。路径业务是最常用的业务，如传输来自有效载荷 的测量数据。 路径业务寻址依靠“逻辑数据路径”(LDP ,Logical Data Path)。LDP 是 CCSDS 专门开发的协议，这种协议能使高速遥测数据传输最佳化，用于支持相对静止的信源 和信宿之间大量有界数据的传输， 例如航天器有效载荷仪器高速数据、 高速遥测数据、 双向会议电视及标准图像传输。 LDP 是被网络管理预先建立的。 对于简单的任务配置， 可以完全使用版本 1 的 CCSDS 包，由 CCSDS 包导头内的应用进程标识字段(APID， Application Process Identifier)表示。CPN 管理者为了以后使用路径业务，事先 定义了 LDP 的取值范围，APID 字段有 11bit，提供了 2048 个不同的 LDP。 路径业务的数据单元是版本 1 的 CCSDS 包，由于版本 1 的 CCSDS 包也是 CCSDS 常规空间任务中的标准数据结构， 所以 AOS 的路径业务还提供了对所有空间应用都兼 容的用户接口。 路径业务用于传输以下两种数据： 1、包业务数据，即包业务数据单元(P_SDU,Packet Service Data Unit)。由用 户预先将数据格式化成版本1的CCSDS包， 并将其直接作为路径协议数据单元(CP_PDU, CCSDS Packet Protocol Data Unit)，然后直接传输不做变化。 2、 字节串业务数据， 即字节串业务数据单元(O_SDU ,Octet Service Data Units)。 这类数据是未经构造的字节串，用户需要将这类数据格式化成版本 1 的 CCSDS 包，即 CP_PDU 包，然后经过 CPN 传输。这种方式可以减少用户方数据传输的复杂程度。 二、空间链路子网数据传输服务 空间链路子网 SLS 包括六种基本业务： - 10 - 第二章 AOS 体制综述 (1)包装业务(Encapsulation Service) 该 业 务 是 将 上 层 送 来 的 非CCSDS格 式 的 包 装 业 务 数 据 单 元 (Encapsulation-Service Data Units，E_SDU)包装成 CCSDS 版本的包，以便下一步 在包信道和虚拟信道内复用。该业务实际是路径业务和网间业务的补充业务，可将非 CCSDS 版本的包如 ISO 8473 版本的包，或者是任意的以字节定界的字节串封装在 CCSDS 版本的包内，经多路复用送到下一层。在接收端，将 ISO 8473 包和其它的字 节串从 CCSDS 包中提取出来， 并根据 APID 和虚拟信道标识(VCDU_ID， Virtual Channel Data Unit Identifer，简称 VCID)交给对应的用户。 (2)多路复用业务(Multiplexing Service) 多路复用业务用于传输可变长度的、定界的、按字节排列的、已经是 CCSDS 版本 的数据单元。多路复用业务把这些数据单元复合在一起,生成多路复用协议数据单元 (M_PDU，Multiplexing Protocol Data Unit)在 SLS 中用一个虚拟信道传输，有效地 利用了虚拟信道容量，它的传输是异步有序的。 多路复用业务是为路径业务和网间业务提供服务的，其中，路径业务数据单元直 接提供与多路复用业务兼容的业务数据单元(SDU，Service Data Unit)；网间业务中， 在 2001 年的CCSDS建议修改书规定，IPV4 数据报也可以直接被多路复用业务识别 3， 而其他的ISO 8473 版本包必须先经过包装业务将其封装成CCSDS版本，然后多路复用 业务进行路径SDU与网间SDU的混合，在共同的虚拟信道上传输。 (3)位流业务(Bitstream Service) 位流业务用于传送用户定义的未经构造的、 面向码位的、 无固定长度的串行位流, 其内部结构和边界对数据传输系统是未知或保密的。位流数据的传输是有序的，既可 以是同步传输也可以是异步传输。 同步传输以固定的最大延迟从一个业务接口到另一 个业务接口传输。高速视频数据可以采用同步位流业务。不同的位流数据不能在同一 虚拟信道内多路复用，即一个虚拟信道只能用于一个位流数据源。 位流业务把位流数据划块放入一个位流业务协议数据单元(B_PDU，Bitstream Protocol Data Unit)中。通常有必要填充无效数据来使位流达到固定长度，并在导 头内设置“位流数据指针”来指明有效数据和填充数据的边界。这种业务主要用于航 天器上的磁带重放数据、高速视频数据、单双向话音数据和保密数据的传送。 (4)虚拟信道存取业务(Virtual Channel Access Service) 虚拟信道存取业务用来传输私有业务数据。虚拟信道存取业务将长度固定，格式 未知的用户数据，放在虚拟信道数据单元的数据域，通过空间链路子网，在一条专用 - 11 - 内蒙古工业大学硕士学位论文 的虚拟信道传输。传输是异步或同步的，但有序。 虚拟信道存取业务适用于高速率视频、 时分多路遥测数据流或专门加密数据组的 传送。 由多路复用业务生成的 M_PDU 和位流业务生成的 B_PDU 都是虚拟信道存取业务 数据单元。 (5)虚拟信道数据单元业务(Virtual Channel Data Unit Service) 虚拟信道数据单元业务用来在 SLS 传输定长的按字节对齐的虚拟信道数据单元 (VCDU，Virtual Channel Data Unit)或编码虚拟信道数据单元(CVCDU，Coded Virtual Channel Data Unit)。传输是有序的，要么同步要么异步，并按照预先指定的优先级。 该业务让值得信赖的用户独立构造符合格式的虚拟信道数据单元。 值得信赖的用 户，主要是指数据单元的构造严格按照 CCSDS 协议的用户，用此业务传输自己构造的 VCDU 或 CVCDU，并与虚拟信道存取子层产生的 VCDU 或 CVCDU 一起多路复用，在物理 信道传输。 (6)插入业务(Insert Service) 插入业务在每个虚拟信道数据单元中建立插入域， 这种虚拟信道数据单元必须在 特定的物理信道中传输， 然后将用户的少量、 定长、 以字节定界的数据放到插入域中。 因为 VCDU 或 CVCDU 是等时间间隔出现的，故可传送等时采样的信息，特别适用于空 间链路总数传速率较低场合下话音信息的传送。 2.4 空间链路子网空间链路子网 空间链路子网(SLS)是组成 CPN 的核心，也是 CCSDS AOS 建议书主要定义的部分， 在 SLS 内部，CCSDS 定义了交互支持需要的全部协议。SLS 支持 CPN 端到端的双向数 据传输，使分布式的高级在轨系统互相连接。 SLS 建立在虚拟信道(VC,Virtual Channel)概念之上。虚拟信道使一个物理上的 空间信道可以被多个具有不同需求的高层传输流共享。因此，一个物理信道被分割为 若干独立的逻辑数据信道，称为虚拟信道，每个虚拟信道具有自己独立的业务等级。 2.4.1 SLS 的结构 2.4.1 SLS 的结构 AOS 数据传输是面向数据流的，在结构上采用分层的思想。它以国际标准化组织 开放系统互连(ISO-OSI)为参考模型。空间链路子网从分层的角度看，由空间链路层 和物理层组成，与 OSI 层次模型的对应关系如图 2-4 所示。 - 12 - 第二章 AOS 体制综述 图 2-4 空间链路层与 OSI 层对应关系 Fig.2-4 Space Link Sublayering Rrelationships 空间链路层又分为虚拟信道控制链路(VCLC，Virtual Channel Link Contrlo) 子层和虚拟信道存取(VCA，Virtual Channel Access Sublayer)子层，其结构如图 2-5 所示。 空间链路层在这两个子层中提供了两个级别的复用： 其一是VCLC子层提供的包信 道的复用，允许多个独立的应用进程的数据包共用一条虚拟信道，包信道复用过程称 为多路复用过程。其二是VCA层提供的虚拟信道的复用，允许多个用户并发的共用一 条物理信道，虚拟信道的复用过程称为VCDU生成过程或信道存取过程(Channel Access Procedures) 2。 图 2-5 空间链路子网结构 Fig.2-5 Space Link Subnet Arch