CN112512066B - 一种星载高低速混合数据的传输系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种星载高低速混合数据的传输系统，该系统包括：一个星载路由器和多个网络节点设备；其中，所述星载路由器，用于接收并转发卫星载荷数据和卫星平台测控数据；所述多个网络节点设备，与所述星载路由器连接，包括多个卫星载荷处理设备和多个卫星平台设备，用于将所述多个卫星载荷处理设备的卫星载荷数据以及所述多个卫星平台设备的卫星平台测控数据发送给所述星载路由器。本申请解决了现有技术中星载数据传输系统结构复杂、可靠性较低的技术问题。

Description

一种星载高低速混合数据的传输系统

技术领域

本申请涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种星载高低速混合数据的传输系统。

背景技术

近年来，卫星在轨组网已成为卫星通信领域的发展趋势，越来越多的卫星开始具备星间链路与组网的能力，其中具有代表性的主要包括低轨移动卫星星座以及高轨通信卫星星座。而卫星星座与地面系统之间进行通信是卫星通信中的重要环节，卫星数据传输速率、延时以及可靠性等对卫星通信质量有着重要影响。

目前，常见的低轨卫星星座和高轨卫星星座的数据传输包括星载数据路由系统以及卫星平台测控数据传输系统，其中，星载数据路由系统主要用于传输卫星载荷数据，卫星平台测控数据传输系统主要用于传输卫星平台测控数据；即现有的卫星在传输过程中，星载数据路由系统主要当前星载路由系统主要实现卫星载荷数据的路由及转发，而卫星平台测控数据是通过独立的测控链路进行转发的，卫星载荷数据和测控数据的转发完全分开，两者占用独立的软硬件资源，星载数据传输系统结构复杂、可靠性较低。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中星载数据传输系统结构复杂、可靠性较低的问题，提供了一种星载高低速混合数据的传输系统，本申请实施例所提供的方案中，星载高低速混合数据的传输系统包括一个星载路由器和多个网络节点设备；其中，所述多个网络节点设备不仅包括多个卫星载荷处理设备，还包括多个卫星平台设备，即星载路由器不仅能接收转发卫星载荷处理设备的卫星载荷数据，还可以接收转发卫星平台设备的卫星平台测控数据，实现了卫星载荷数据和卫星平台测控数据的融合与转发，进而降低了星载数据传输系统结构复杂性以及提高了星载数据传输系统可靠性。

第一方面，本申请实施例提供一种星载高低速混合数据的传输系统，该系统包括：一个星载路由器和多个网络节点设备；其中，

所述星载路由器，用于接收并转发卫星载荷数据和卫星平台测控数据；

所述多个网络节点设备，与所述星载路由器连接，包括多个卫星载荷处理设备和多个卫星平台设备，用于将所述多个卫星载荷处理设备的卫星载荷数据以及所述多个卫星平台设备的卫星平台测控数据发送给所述星载路由器。

本申请实施例所提供的方案中，星载高低速混合数据的传输系统包括一个星载路由器和多个网络节点设备；其中，所述多个网络节点设备不仅包括多个卫星载荷处理设备，还包括多个卫星平台设备，即星载路由器不仅能接收转发卫星载荷处理设备的卫星载荷数据，还可以接收转发卫星平台设备的卫星平台测控数据，实现了卫星载荷数据和卫星平台测控数据的融合与转发，进而降低了星载数据传输系统结构复杂性以及提高了星载数据传输系统可靠性。

可选地，所述星载路由器包括第一主份模块、第一备份模块、电源模块以及遥控遥测模块；所述第一主份模块以及所述第一备份模块，均用于接收并存储所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据；所述电源模块，用于为所述第一主份模块和所述第一备份模块供电；所述遥控遥测模块接收并转发所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

可选地，所述第一主份模块和所述第一备份模块均包括CPU系统模块以及多个数据交换模块，且所述第一主份模块和所述第一备份模块的工作方式为冷备份；其中，

所述CPU系统模块，用于接收以及处理所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

每个所述数据交换模块，分别与所述第一主份模块和所述第一备份模块中的CPU系统模块连接，用于转发所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

可选地，所述CPU系统模块，包括：SIP子模块、IO外设电路以及接口子模块，其中，

所述SIP子模块，用于对所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据进行处理；

所述IO外设电路，包括1553B总线接口、CSB接口以及RS422接口，用于与所述多个网络节点设备连接；

所述接口子模块，包括第一高速接口和第二高速接口，所述第一高速接口用于所述第一主份模块中的CPU系统模块和数据交换模块连接，所述第二高速接口用于所述第一主份模块中的CPU系统模块与所述第一备份模块中的数据交换模块连接。

本申请实施例所提供的方案中，星载路由器包含IO外设电路和接口子模块，IO外设电路包括1553B、CSB、RS422三种典型的电路接口，接口子模块包括第一高速接口和第二高速接口两个高速接口，即星载路由器采用高低速混合接口设计，不仅可适应卫星平台主流的1553B总线、UART总线、CSB总线等低速接口，也可适应载荷Spacewire总线高速接口，实现高低速数据统一转发，提升系统效率。

可选地，所述第一高速接口采用同步并行数据传输模式进行数据收发。

可选地，所述数据交换模块，包括：端口子模块、多个端口缓存器、缓存器以及调度器；其中，

所述端口子模块包括多个端口，用于与所述CPU系统模块以及多个网络节点设备连接；

每个所述端口缓存器，与一个所述端口连接，用于临时存储所述端口收发的数据以及帧数据解析；

所述缓存器包括高优先级缓存队列和低优先级缓存队列，所述高优先级缓存队列，用于根据卫星平台测控数据中携带的优先级信息存储所述卫星平台测控数据，所述低优先级缓存队列，用于根据卫星载荷数据中携带的优先级信息存储所述卫星载荷数据；

所述调度器，用于实时对所述缓存器中存储的所述卫星平台测控数据以及所述卫星载荷数据进行调度。

可选地，所述调度器，具体用于：实时确定所述高优先级缓存队列中是否存在数据；若存在，则优先发送所述高优先级缓存队列中的数据帧，直到所述高优先级缓存队列中不存在数据为止，对所述低优先级缓存队列中的数据帧进行调度。

本申请实施例所提供的方案中，星载路由器中数据交换模块包括缓存器以及调度器；缓存器包括高优先级缓存队列和低优先级缓存队列，所述高优先级缓存队列，用于根据卫星平台测控数据中携带的优先级信息存储所述卫星平台测控数据，所述低优先级缓存队列，用于根据卫星载荷数据中携带的优先级信息存储所述卫星载荷数据；通过调度器先对高优先级缓存队列中的卫星平台测控数据进行调度，再对低优先级缓存队列中的卫星载荷数据进行调度。即星载路由器基于优先级队列的数据缓存设计方法，可以根据测控业务和载荷业务对Qos需求的不同进行数据转发，对于测控数据实现优先转发。

可选地，所述多个卫星平台设备均为主备冗余结构，所述多个卫星平台设备包括第二主份模块和第二备份模块；其中，所述第一主份模块与所述第二主份模块连接，所述第一备份模块与所述第二备份模块连接；和/或所述第一主份模块与所述第二主份模块以及所述第二备份模块连接，所述第一备份模块与所述第二主份模块以及所述第二备份模块连接；

每个所述卫星载荷处理设备分别与所述第一主份模块以及所述第一备份模块连接。

可选地，当任一卫星平台设备中第二主份模块或第二备份模块失效时，所述星载路由器通过更改目的地址来实现从所述任一卫星平台设备中第二主份模块或第二备份模块获取数据。

可选地，所述星载路由器包括转发层、控制层以及管理层；其中，

所述转发层，用于数据交换模块、调度模块、数据处理模块以及转发管理模块；

所述控制层，包括路由协议软件模块和系统软件模块，所述路由协议软件模块用于路由协议以及路由表管理，所述系统软件模块包括操作系统和硬件驱动；

所述管理层，包括网络管理模块、遥测遥控管理模块、总线通信管理模块、能源管理模块、热控管理模块、FDIR管理模块、软件维护模块。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种星载高低速混合数据的传输系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种星载路由器的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种数据交换模块的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种星载路由器的软件架构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，本申请实施例提供了一种星载高低速混合数据的传输系统，该系统包括：一个星载路由器1和多个网络节点设备2；其中，

所述星载路由器1，用于接收并转发卫星载荷数据和卫星平台测控数据；

所述多个网络节点设备2，与所述星载路由器1连接，包括多个卫星载荷处理设备21和多个卫星平台设备22，用于将所述多个卫星载荷处理设备21的卫星载荷数据以及所述多个卫星平台设备22的卫星平台测控数据发送给所述星载路由器。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，星载路由器1是整个传输系统的核心，其负责接收来自各网络端口的数据，并解析成各个独立的数据帧，每个数据帧包含目的地址、源地址、优先级及数据段。星载路由器1根据预设的本地路由器表，确定当前数据帧目的地址对应的物理端口号，并将该数据转发至对应的物理端口号；例如，星载路由器1包含1～N共N个端口，某一时刻其从i端口接收到数据帧，经过路由表查询确定出该数据帧中目的地址对应的端口为j，则星载路由器1将该数据直接转发至端口j，该过程为一次完整的数据转发过程。在星载路由器1运行过程中，每个端口都存在大量的数据转发过程，星载路由器1需要实时对各端口的数据进行流量控制，确保数据传输过程中不出现丢帧、错帧等。

网络节点设备2是传输系统中的用户设备，是网络中数据产生与处理的源端；例如，卫星A的网络节点设备1通过卫星A的星载路由器端口i将数据转发至端口k，端口k将数据发送至卫星A的星间链路，经星间链路，数据传输至相邻卫星B，卫星B的星载路由器根据目的地址将该数据转发至卫星B星载路由器端口m对应的网络节点设备2，该过程为网络节点设备之间的一次数据传输过程。网络节点设备主要包括卫星平台各分系统遥测采集与指令分发设备、载荷处理设备等。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述星载路由器1包括第一主份模块11、第一备份模块12、电源模块13以及遥控遥测模块14；所述第一主份模块11以及所述第一备份模块12，均用于接收并存储所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据；所述电源模块13，用于为所述第一主份模块11和所述第一备份模块12供电；所述遥控遥测模块14接收并转发所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述第一主份模块11和所述第一备份模块12均包括CPU系统模块111以及多个数据交换模块112，且所述第一主份模块11和所述第一备份模块12的工作方式为冷备份；其中，

所述CPU系统模块111，用于接收以及处理所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

每个所述数据交换模块112，分别与所述第一主份模块和所述第一备份模块中的CPU系统模块连接，用于转发所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，为确保在复杂的空间环境下数据传输系统能够正常工作，因此在传输系统设计上需要冗余与备份，即星载路由器1包括第一主份模块11和第一备份模块12。参见图2，本申请实施例提供的一种星载路由器的结构示意图。星载路由器1由电源模块13、遥控遥测模块14、CPU系统模块111以及数据交换模块112组成。为了便于理解下面分别对星载路由器1中的各模块以及其功能进行简要介绍。

1)电源模块13

电源模块13是星载路由器内部供电转换的功能模块，其主要将卫星平台输入的100V转化为星载路由器自身需要的二次电源，主要包括+5V、+12V、-12V。电源模块内部采用双冗余设计，DC/DC1和DC/DC2是两份冷备份独立工作的隔离型电源模块，其中DC/DC1用于给星载路由器主份电路供电，DC/DC2用于给星载路由器备份电路供电。DC/DC1及DC/DC2均由卫星平台的遥控指令进行控制。电源模块的输出功率需要考虑设计裕度，为满足星载路由器端口可扩展的设计要求，电源模块需要留有30％的功率设计余量，用于给端口扩展电路供电。

2)遥控遥测模块14

遥测遥控模块14是星载路由器内部遥测遥控的管理模块，其中遥测电路主要用于采集单机内部各类硬件电路的工作状态，例如电源电压值、硬件加断电状态等等，遥测电路将采集的状态通过转换、匹配及隔离后，输出给平台遥测单元，遥测单元将星载路由器的工作状态下转至地面。遥控电路主要用于对单机内部硬件电路的切换控制，遥控电路接收来自卫星平台遥控单元的指令信号，经遥控电路转换、驱动后，将最终的控制信号传递至星载路由器内部各模块的硬件电路上，例如对DC/DC1及DC/DC2的加断电，对CPU系统模块的加断电等。

3)CPU系统模块111

CPU系统模块111是星载路由器内部实现运转与控制的核心。在本申请实施例所提供的方案中，CPU系统模块111采用主备份冗余设计，即在第一主份模块11和第一备份模块12中均设置有CPU系统模块111，且第一主份模块11和第一备份模块12中所设置的CPU系统模块111结构完全相同，互为备份，两者供方式为冷备份，即第一主份模块11中的CPU系统模块111加电工作时，第一备份模块12中的CPU系统模块111断电；第一备份模块12中的CPU系统模块111加电工作时，第一主份模块11中的CPU系统模块111断电。

在一种可能实现的方式中，所述CPU系统模块111，包括：SIP子模块1111、IO外设电路1112以及接口子模块1113，其中，所述SIP子模块1111，用于对所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据进行处理；所述IO外设电路1112，包括1553B总线接口、CSB接口以及RS422接口，用于与所述多个网络节点设备2连接；所述接口子模块1113，包括第一高速接口11131和第二高速接口11132，所述第一高速接口11131用于所述第一主份模块11中的CPU系统模块111和数据交换模块112连接，所述第二高速接口11132用于所述第一主份模块11中的CPU系统模块111与所述第一备份模块12中的数据交换模块112连接。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述第一高速接口11131采用同步并行数据传输模式进行数据收发。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，SIP子模块1111实质是一个小型化抗辐射处理器系统，相比传统的处理器系统，SIP子模块1111具备占用电路面积小、功耗低、高集成度等特点。SIP子模块1111内部包括了基于SPARC V8架构的32位处理器、SRAM存储器、NORFLASH存储器以及收发FIFO缓存电路，其中，处理器主要运行星载路由器1的应用软件，其运行主频为80MHz，具备EDAC能力，可以实现纠一检二的容错能力；SRAM存储器用于提供应用程序运行所需的内存空间，其容量为4MB；NOR FLASH是非易失数据存储器，其掉电后存储的数据不丢失，因此，NOR FLASH存储器用于提供应用程序镜像文件的存储空间，其容量为4MB，NOR FLASH是非易失数据存储器，其掉电后存储的数据不丢失；收发FIFO缓存电路主要用于SIP子模块与IO外设电路之间的数据缓存，接收FIFO及发送FIFO缓存电路提供不小于1KB的数据缓存能力。

IO外设电路1112主要包括1553B、CSB、RS422等三种典型的电路接口，其中1553B总线是卫星平台一级总线，CPU系统模块111既是星载路由器1的控制核心，也是卫星平台的控制核心，CPU系统模块111同时完成卫星平台星务管理功能，CPU系统模块111是1553B总线的BC端，平台各类测控设备是1553B总线的RT端，CPU系统模块111周期性(500ms/次)的向总线各下位机收集遥测信息。当CPU系统模块111收到来自地面的遥控指令时，CPU系统模块111通过1553B总线分发至总线各RT端平台设备。CSB总线接口是卫星平台载荷系统使用的低速测控总线，CPU系统模块111是CSB总线接口的BC端，所有的任务发起均由CPU系统模块111发起，CPU系统模块111周期性(500ms/次)的向CSB总线各下位机收集遥测信息。当CPU系统模块111收到来自地面的遥控指令时，CPU系统模块111通过CSB总线分发至总线各RT端载荷设备。RS422接口是CPU系统模块111与卫星平台遥测单元、遥控单元的数据传输接口，接口采用三线制同步串口，采用RS422差分传输电平。CPU系统模块111通过RS422接口接收来自遥控单元的指令数据，SIP子模块1111解析指令数据，根据指令数据中的目的地址将指令数据转发至IO外设电路1112相关的总线上。CPU系统模块111周期性的收集各总线上设备的遥测数据，并对遥测数据进行组帧，将组帧后的数据通过RS422接口发送至遥测单元，遥测单元将遥测数据发送至地面。

进一步，CPU系统模块111还包含接口子模块1113，其中，接口子模块1113包括两个高速接口，分别为第一高速接口11131和第二高速接口11132，这两个高速接口采用LVDS电平标准进行数据传输，其中第一高速接口11131P1用于CPU系统主机模块与数据交换模块1(主份)通信，第二高速接口11132P2用于CPU系统主机模块与数据交换模块1(备份)通信，通过该架构，可以实现CPU系统模块与数据交换模块的交叉访问。其中P1口采用同步并行数据传输模式，收发完全独立，其中对于发送而言，包括门控信号、时钟信号、数据信号(B7-B0)，共9路信号，时钟信号最高250MHz，最低2MHz，可通过软件动态配置实现。该P1口等效最大发送码速率为：250*8Mbps＝2000Mb ps，可以满足数据交换模块最大交换容量的要求。对于P1的接收而言，其实现方式与发送相同，包括门控信号、时钟信号、数据信号(B7-B0)，共9路信号，码速率设置与发送接口相同。相比与串行LVDS数据传输，同步并行口可以进一步降低电路实现难度，通过增加数据位宽的方式可以有效降低传输时钟频率，便于单机内部信号完整性设计。

本申请实施例所提供的方案中，星载路由器1包含IO外设电路1112和接口子模块1113，IO外设电路1112包括1553B、CSB、RS422三种典型的电路接口，接口子模块1113包括第一高速接口11131和第二高速接口11132两个高速接口，即星载路由器1采用高低速混合接口设计，不仅可适应卫星平台主流的1553B总线、UART总线、CSB总线等低速接口，也可适应载荷Spacewire总线高速接口，实现高低速数据统一转发，提升系统效率。

4)数据交换模块112

参见图3，在一种可能实现的方式中，所述数据交换模块112，包括：端口子模块1121、多个端口缓存器1122、缓存器1123以及调度器1124；其中，所述端口子模块1121包括多个端口，用于与所述CPU系统模块111以及多个网络节点设备2连接；每个所述端口缓存器1122，与一个所述端口连接，用于临时存储所述端口收发的数据以及帧数据解析；所述缓存器1123包括高优先级缓存队列和低优先级缓存队列，所述高优先级缓存队列，用于根据卫星平台测控数据中携带的优先级信息存储所述卫星平台测控数据，所述低优先级缓存队列，用于根据卫星载荷数据中携带的优先级信息存储所述卫星载荷数据；所述调度器1124，用于实时对所述缓存器1123中存储的所述卫星平台测控数据以及所述卫星载荷数据进行调度。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述调度器1124，具体用于：实时确定所述高优先级缓存队列中是否存在数据；若存在，则优先发送所述高优先级缓存队列中的数据帧，直到所述高优先级缓存队列中不存在数据为止，对所述低优先级缓存队列中的数据帧进行调度。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，数据交换模块112是星载路由器1数据转发功能的关键模块。数据交换模块112采用主备冗余设计，即在第一主份模块11和第一备份模块12中均设置有数据交换模块112，且第一主份模块11和第一备份模块12中所设置的数据交换模块112结构完全相同，互为备份，两者供方式为冷备份，即第一主份模块11中的数据交换模块112加电工作时，第一备份模块12中的数据交换模块112断电；第一备份模块12中的数据交换模块112加电工作时，第一主份模块11中的数据交换模块112断电。

进一步，第一主份模块11和第一备份模块12中设置有多个数据交换模块112，其中，多个数据交换模块112包括数据交换模块1、数据交换模块2、……、数据交换模块n，n为大于1的正整数；第一主份模块11中的数据交换模块1与CPU系统模块111连接，第一备份模块12中的数据交换模块1与CPU系统模块111连接。

进一步，参见图2，星载路由器1中的数据交换模块1是必选模块，其包含了8路Spacewire高速接口，每路最高速率200Mbps(向下兼容)，还包含了8路UART低速接口，每路最高速率1Mbps(向下兼容)。按照最大速率计算，星载路由器峰值交换速率为：200Mbps*8+1Mbps*8＝1608Mbps。

数据交换模块2、……、数据交换模块n为可选模块，当星载路由器接口数量不够时可通过配置多个数据交换模块来实现接口的扩展。数据交换模块1与数据交换模块2形成交叉架构，对于数据交换模块1(主份)而言，其可通过P19端口与数据交换模块2(主份)通信，可通过P20端口与数据交换模块2(备份)通信。当数据交换模块1识别到数据需要从数据交换模块2(扩展模块)的端口输出时，其可通过P19、P20两个端口将数据转发至数据交换模块2(主份/备份)。数据交换模块1(备份)、数据交换模块2(备份)的工作原理与上述内容相同，不再重复。

进一步，在图3中，数据交换模块中端口子模块1121包括20个端口，分别为P1至P20端口。P1至P20端口均设置有端口缓存器1122，其中，每个端口缓存器1122分为收缓存和发缓存两个区域，且收发缓存两个区域完全独立，主要用于星载路由器1端口收发数据的临时存储及帧数据解析。

在数据交换模块112中还设置有缓存器1123，缓存器1123包括高优先级缓存队列和低优先级缓存队列，其中，高优先级缓存队列和低优先级缓存队列均分为收发两个缓存区域，且收发两个缓存区域完全独立。高优先级缓存队列主要用于存储卫星平台设备需要转发的数据，其优先级最高，以满足卫星平台测控数据的Qos要求。低优先级缓存队列主要存储卫星载荷数据，其优先级最低。调度器1124是整个数据交换模块的控制核心，调度器1124实时的对高优先级缓存队列的数据帧进行调度，当高优先级缓存队列中有数据时，优先发送该队列中的数据帧，当高优先级缓存队列为空时，再对低优先级缓存队列中的数据帧进行调度。

为了便于理解上述数据交换模块112进行数据转发的过程，以数据接收为例下面对其进行简要介绍。

具体的，参见图3，P1至P8端口从卫星载荷处理设备接收到数据帧，数据帧由端口缓存送至低优先级缓存队列，在进入缓存队列时，P1至P8端口接收的数据帧按照数据帧头部中优先级信息在低优先级缓存队列中存储。P9至P16端口从卫星平台设备接收到数据帧，数据帧由端口缓存送至低优先级缓存队列，在进入缓存队列时，P9至P16端口接收的数据帧按照数据帧头部中优先级信息在高优先级缓存队列中存储。P17至P18端口从卫星CPU系统模块收到数据帧，数据帧由端口缓存送至CPU数据队列，P17至P18端口接收的数据帧按照数据帧头部中优先级信息在CPU数据队列中存储。P19至P20端口从扩展交换模块收到数据帧，数据帧由端口缓存送至扩展端口数据队列，P19至P20端口接收的数据帧按照数据帧头部中优先级信息在扩展端口数据队列中存储。入队/出队调度器首先对CPU数据队列进行调度，因为CPU数据队列中的数据均为平台测控数据，因此，将CPU数据队列中的数据帧调度至高优先级缓存队列。再对扩展端口数据队列进行调度，对于队列中的平台数据调度至高优先级缓存队列，对于队列中的载荷数据调度至低优先级缓存队列。接下来对高优先级缓存队列进行调度，按队列内部优先级顺序依次对每个数据帧进行调度，根据数据帧中的目的地址，查找转发表，得出转发表中的目的端口，入队/出队调度器将该数据帧转发至星载路由器相应的端口缓存，由端口缓存按序将数据帧转发出去。最后对低优先级缓存队列进行调度，按队列排队顺序依次对每个数据帧进行调度，根据数据帧中的目的地址，查找转发表，得出转发表中的目的端口，入队/出队调度器将该数据帧转发至星载路由器相应的端口缓存，由端口缓存按序将数据帧转发出去。数据的发送过程与上述流程相近。

本申请实施例所提供的方案中，星载路由器1中数据交换模块112包括缓存器1123以及调度器1124；缓存器1123包括高优先级缓存队列和低优先级缓存队列，所述高优先级缓存队列，用于根据卫星平台测控数据中携带的优先级信息存储所述卫星平台测控数据，所述低优先级缓存队列，用于根据卫星载荷数据中携带的优先级信息存储所述卫星载荷数据；通过调度器1124先对高优先级缓存队列中的卫星平台测控数据进行调度，再对低优先级缓存队列中的卫星载荷数据进行调度。即星载路由器1基于优先级队列的数据缓存设计方法，可以根据测控业务和载荷业务对Qos需求的不同进行数据转发，对于测控数据实现优先转发。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述多个卫星平台设备22均为主备冗余结构，所述多个卫星平台设备22包括第二主份模块221和第二备份模块222；其中，所述第一主份模块11与所述第二主份模块221连接，所述第一备份模块12与所述第二备份模块222连接；和/或所述第一主份模块11与所述第二主份模块221以及所述第二备份模块222连接，所述第一备份模块12与所述第二主份模块221以及所述第二备份模块222连接；每个所述卫星载荷处理设备21分别与所述第一主份模块11以及所述第一备份模块12连接。

进一步，在一种可能实现的方式中，当任一卫星平台设备22中第二主份模块221或第二备份模块222失效时，所述星载路由器1通过更改目的地址来实现从所述任一卫星平台设备22中第二主份模块221或第二备份模块222获取数据。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，为确保在复杂的空间环境下数据传输系统能够正常工作，因此在传输系统设计上需要冗余与备份。以图1所述的传输系统为例，该传输系统包括4台网络节点设备，其中，4台网络节点设备分别为网络节点设备1、网络节点设备2、网络节点设备3以及网络节点设备4，网络节点设备1和网络节点设备2为主备冗余设计，网络节点设备3和网络节点设备4为单份设计；第一主份模块和第一备份模块包括16个对外物理端口，P1～P16。

对于一般的卫星平台设备采用网络节点设备1的网络拓扑形式，即星载路由器(主份)可通过P1口与网络节点1(主份)P1口通信，星载路由器(备份)可通过P1口与网络节点设备1(备份)P1口通信，在这类拓扑形式下，如果网络节点设备1主份或者备份失效，则星载路由器需要进行主备切换。

对于重要关键的平台设备，一般采用网络节点设备2的网络拓扑形式，即星载路由器(主份)可通过P2口与网络节点1(主份)P1口通信，星载路由器(主份)可通过P3口与网络节点设备2(备份)P1口通信；星载路由器(备份)可通过P2口与网络节点设备1(主份)P2口通信，星载路由器(备份)可通过P3口与网络节点设备2(备份)P2口通信，在这类拓扑形式下，如果网络节点2主份或者备份失效，星载路由器无需进行主备切换，仅需要更改目的地址即可。

对于一般的载荷设备，一般采用网络节点设备3、4的网络拓扑形式，即星载路由器(主份)可通过P4口与网络节点3(主份)P1口通信，星载路由器(备份)可通过P4口与网络节点3(备份)P2口通信。

在一种可能实现方式中，所述星载路由器1包括转发层、控制层以及管理层；其中，所述转发层，用于数据交换模块、调度模块、数据处理模块以及转发管理模块；所述控制层，包括路由协议软件模块和系统软件模块，所述路由协议软件模块用于路由协议以及路由表管理，所述系统软件模块包括操作系统和硬件驱动；所述管理层，包括网络管理模块、遥测遥控管理模块、总线通信管理模块、能源管理模块、热控管理模块、FDIR管理模块、软件维护模块。

具体的，参见图4，为本申请实施例提供的一种星载路由器的软件架构示意图。在图4中，星载路由器的软件架构包括转发层、控制层以及管理层。

转发层软件包括了数据交换功能、优先级调度功能、数据帧处理功能、转发表管理功能，转发层软件主要部署在数据交换模块上，其一般由FPGA软件或者ASIC实现，具有很强的实时性，以满足星载路由器高速数据转发的应用场景。数据交换、优先级调度均是入队/出队调度器主要功能，主要实现数据帧在各个队列中的调度，同时满足测控数据Qos的需求。数据帧处理功能由入队/出队调度器及端口缓存实现，主要对各端口的数据帧格式进行解析与校验，对于合法的数据帧，对其帧头信息进行解析，根据帧头中的优先级进行出入队，根据帧头中的目的地址找表转发端口。转发表管理是指对转发表信息的更新与维护，CPU系统模块可根据路由计算结果对转发表进行动态更新，实现各端口数据流量均衡。

控制层软件主要包括两个模块：路由协议软件及系统软件，控制层软件主要部署在CPU系统模块上。其中，路由协议软件主要包括路由协议及路由表管理，路由协议是按照星座拓扑构型设计的专用协议，包括拓扑发现、路由路径生成等；路由表管理是指对星载路由器的路由表信息的更新与维护，路由表可根据整网的流量情况进行动态调整。系统软件主要包括操作系统及硬件驱动，其中操作系统为星载路由器软件提供多任务环境，实现任务调度、中断处理、时钟管理、任务间通信、空间抗辐射容错等功能；硬件驱动主要包括CPU系统模块各类总线接口、硬件接口的驱动软件，包括接口数据发送、数据接收及控制管理等，硬件驱动主要由管理层各软件模块调用。

管理层软件主要包括七个模块：网络管理、遥测遥控管理、总线通信管理、能源管理、热控管理、FDIR管理、软件维护等。管理层软件部署在CPU系统模块上，其是控制层软件的上层软件。网络管理模块主要实现全网流量的管理，及时发现网络中拥塞的(或不可用的)节点，重新计算路由表，绕开拥堵(或不可用的)网络节点。同时对本星星载路由器的工作情况、数据转发量等进行实时监控，网络管理模块主要通过调用路由协议和路由表管理来实现管理与控制功能。遥测遥控管理主要实现星载路由器与卫星平台遥测单元、遥控单元的数据通信，完成数据组帧与拆帧。能源管理主要实现整星自主能源管理，包括锂电池充放电管理等。热控管理主要实现整星控温加热器的自主通断控制。FDIR管理主要实现整星各类故障的检测、隔离与恢复，可以及时发现卫星出现的故障并进行恢复及重组。软件维护主要实现星载路由器各层的软件更新，可以实现转发层、控制层、管理层各功能模块的独立更新，也可以实现星载路由器软件整体更新。

本申请实施例所提供的方案中，星载高低速混合数据的传输系统包括一个星载路由器1和多个网络节点设备2；其中，所述多个网络节点设备2不仅包括多个卫星载荷处理设备21，还包括多个卫星平台设备22，即星载路由器1不仅能接收转发卫星载荷处理设备21的卫星载荷数据，还可以接收转发卫星平台设备22的卫星平台测控数据，实现了卫星载荷数据和卫星平台测控数据的融合与转发，进而降低了星载数据传输系统结构复杂性以及提高了星载数据传输系统可靠性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种星载高低速混合数据的传输系统，其特征在于，包括：一个星载路由器和多个网络节点设备；其中，

所述星载路由器，用于接收并转发卫星载荷数据和卫星平台测控数据；

所述多个网络节点设备，与所述星载路由器连接，包括多个卫星载荷处理设备和多个卫星平台设备，用于将所述多个卫星载荷处理设备的卫星载荷数据以及所述多个卫星平台设备的卫星平台测控数据发送给所述星载路由器；

所述星载路由器包括第一主份模块、第一备份模块、电源模块以及遥控遥测模块；所述第一主份模块以及所述第一备份模块，均用于接收并存储所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据；所述电源模块，用于为所述第一主份模块和所述第一备份模块供电；所述遥控遥测模块接收并转发所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一主份模块和所述第一备份模块均包括CPU系统模块以及多个数据交换模块，且所述第一主份模块和所述第一备份模块的工作方式为冷备份；其中，

所述CPU系统模块，用于接收以及处理所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据；

每个所述数据交换模块，分别与所述第一主份模块和所述第一备份模块中的CPU系统模块连接，用于转发所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述CPU系统模块，包括：SIP子模块、IO外设电路以及接口子模块，其中，

所述SIP子模块，用于对所述卫星载荷数据和所述卫星平台测控数据进行处理；

所述IO外设电路，包括1553B总线接口、CSB接口以及RS422接口，用于与所述多个网络节点设备连接；

所述接口子模块，包括第一高速接口和第二高速接口，所述第一高速接口用于所述第一主份模块中的CPU系统模块和数据交换模块连接，所述第二高速接口用于所述第一主份模块中的CPU系统模块与所述第一备份模块中的数据交换模块连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一高速接口采用同步并行数据传输模式进行数据收发。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据交换模块，包括：端口子模块、多个端口缓存器、缓存器以及调度器；其中，

所述端口子模块包括多个端口，用于与所述CPU系统模块以及多个网络节点设备连接；

每个所述端口缓存器，与一个所述端口连接，用于临时存储所述端口收发的数据以及帧数据解析；

所述缓存器包括高优先级缓存队列和低优先级缓存队列，所述高优先级缓存队列，用于根据卫星平台测控数据中携带的优先级信息存储所述卫星平台测控数据，所述低优先级缓存队列，用于根据卫星载荷数据中携带的优先级信息存储所述卫星载荷数据；

所述调度器，用于实时对所述缓存器中存储的所述卫星平台测控数据以及所述卫星载荷数据进行调度。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调度器，具体用于：

实时确定所述高优先级缓存队列中是否存在数据；

若存在，则优先发送所述高优先级缓存队列中的数据帧，直到所述高优先级缓存队列中不存在数据为止，对所述低优先级缓存队列中的数据帧进行调度。

7.如权利要求2~6任一项所述的系统，其特征在于，所述多个卫星平台设备均为主备冗余结构，所述多个卫星平台设备包括第二主份模块和第二备份模块；其中，所述第一主份模块与所述第二主份模块连接，所述第一备份模块与所述第二备份模块连接；和/或所述第一主份模块与所述第二主份模块以及所述第二备份模块连接，所述第一备份模块与所述第二主份模块以及所述第二备份模块连接；

每个所述卫星载荷处理设备分别与所述第一主份模块以及所述第一备份模块连接。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，当任一卫星平台设备中第二主份模块或第二备份模块失效时，所述星载路由器通过更改目的地址来实现从所述任一卫星平台设备中第二主份模块或第二备份模块获取数据。

9.如权利要求2~6任一项所述的系统，其特征在于，所述星载路由器包括转发层、控制层以及管理层；其中，

所述转发层，用于数据交换模块、调度模块、数据处理模块以及转发管理模块；

所述控制层，包括路由协议软件模块和系统软件模块，所述路由协议软件模块用于路由协议以及路由表管理，所述系统软件模块包括操作系统和硬件驱动；

所述管理层，包括网络管理模块、遥测遥控管理模块、总线通信管理模块、能源管理模块、热控管理模块、FDIR管理模块、软件维护模块。