CN113300756B - 一种基于ccsds规范的星间链路网状路由系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，数据总线采用全网状拓扑结构，包含了总线控制节点、AOS编码节点、星间链路处理节点、测控总线和数据总线，所述总线控制节点，用于完成参数配置的在轨上注更新以及采集其它节点的健康遥测，并对其它节点的健康情况进行诊断；所述AOS编码节点，用于将本星产生的业务数据按CCSDS规范进行组帧和编码；所述星间链路处理节点，用于完成前向链路基带接收处理、返向链路基带发送处理、本星用户数据解析以及与本节点的参数配置和健康管理；所述测控总线采用总线型拓扑完成总线控制节点和所有终端的测控信息连接；所述数据总线采用全网状拓扑完成所有终端之间的数据连接。

Description

一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统

技术领域

本发明涉及星间链路路由技术领域，特别涉及一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统。

背景技术

随着航天技术的发展，航天任务日益复杂，卫星组网和互联互通需求日益增多。当前天基网络大多借鉴地面成熟的TCP/IP网络标准，TCP/IP协议簇对网络的稳定性、连通性要求很高；而由于卫星的稀疏性、高度移动性、通信范围的有限性，往往不存在一条持续的、稳定的、端到端之间的通路，此外星间链路还具有高误码、高时延和链路带宽不对称的特点，因此TCP/IP不太适用于星间链路中的消息传输。信息传输在空间段普遍采用CCSDS协议规范，若卫星和地面均采用TCP/IP协议，需增加定制设备完成CCSDS协议与TCP/IP协议的转换。此外，采用TCP/IP协议开销较大，极大得浪费了星间链路宝贵的带宽资源。且卫星网络大多属于小型稀疏网络，在卫星系统实现TCP/IP协议优势不足。

另一方面，卫星通信一般采用端到端的方式，每个星间链路连接的对象的通信业务优先级关系、通信距离、编解码方式都不完全相同，采用星形拓扑结构容易形成中心路由器的负担较重，形成瓶颈。此外，卫星还具有维修性差、可靠性要求高的特点。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，并支持在轨端口服务参数的独立配置或统一配置，实现与不同服务目标的高效通信；支持在轨星间链路的加入和退出。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，数据总线采用全网状拓扑结构，包含了总线控制节点、AOS编码节点、星间链路处理节点、测控总线和数据总线，其中：

所述总线控制节点，用于完成参数配置的在轨上注更新以及采集其它节点的健康遥测，并对其它节点的健康情况进行诊断；

所述AOS编码节点，用于将本星产生的业务数据按CCSDS规范进行组帧和编码；

所述星间链路处理节点，用于完成前向链路基带接收处理、返向链路基带发送处理、本星用户数据解析以及与本节点的参数配置和健康管理；

所述测控总线采用总线型拓扑完成总线控制节点和所有终端的测控信息连接；

所述数据总线采用全网状拓扑完成所有终端之间的数据连接。

进一步的，所述星间链路空间数据和本星AOS编码数据帧格式均采用相同的CCSDS协议规范，帧格式的插入区增加目标飞行器标识、节点标识和生命周期信息。

进一步的，所述AOS编码节点接收本星用户数据，依据虚拟通道标识映射表完成的数据复接，复接使用CCSDS规范协议，复接后的数据通过数据总线将本星数据发送给星间链路各节点设备；

所述虚拟通道标识映射表包括虚拟通道标识、目标飞行器标识、生命周期和优先级一一对应；所述虚拟通道标识映射表支持在轨注入更新，飞行任务过程中可动态更改，适应不同应用需求。

进一步的，所述星间链路处理节点根据卫星应用需求，可配置1个或多个，每个链路节点支持1路星间前向链路基点处理、1路返向星间链路基带处理、4路本星用户数据解析；

所述星间前向链路基带处理完成前向数据接收及链接状态监测、帧符合性检测、信道译码和信道解密功能；

所述星间返向链路基带处理通过数据总线接收本星数据或/和节点前向已加工数据，完成通道复用、数据路由、业务分级、流量控制、信道编码和信道加密功能；

所述本星用户数据解析将前向链路发往本星用户的数据进行包解析，提取位流业务和多路复用业务数据，然后根据虚拟通道标识、节点标识、端口号和端口路由矩阵将相应的数据单元数据发送给本星用户；

所述参数配置及健康遥测单元通过测控总线接收总线控制节点发送的参数配置信息，并将本节点的健康信息提交给所述总线控制节点。

进一步的，所述星间链路处理节点的前向链路可自适应完成多码率数据接收处理；所述总线控制节点根据卫星的轨道和星间链路拓扑设置各个链路节点的发送速率，完成与不同轨道、不同距离和不同卫星天线的建链需要。

进一步的，所述总线控制节点每隔0.5s通过内部测控总线向总线上的终端节点发起心跳请求，各终端节点接收到请求信号后，连续向总线控制节点发出16次心跳；所述总线控制节点依据心跳的健康状态，对不活动或异常的终端进行剔除，维护网络正常运行。

进一步的，所述星间链路处理节点的返向链路按链路优先级表完成通道复用，按路由矩阵表完成数据路由，按业务优先级关系完成业务分级；

所述链路优先级、路由矩阵表、业务优先级均可支持在轨注入，通过总线控制节点完成所有终端节点的更新控制。

进一步的，所述星间链路处理节点的返向链路在信道空闲时，插入空闲帧，空闲帧虚拟通道标识为“111111”，保持信道连续；星间链路处理节点接收到总线控制节点的链路测试指令后，优先插入三包链路测试帧，链路测试帧虚拟通道标识为“000000”，并在数据区插入时间戳；前向链路接收到链路测试帧时，判读源飞行器标识符是否与本星相同，若相同，则读取数据区的时间戳，并计算信道延时；若不同，优先在本节点返回链路测试帧。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，采用全网状拓扑结构，可以方便地完成星间链路处理节点的加入或退出，满足了组网型卫星在轨运行轨道动态变化导致服务对象或服务类型发生变化的需求，解决了卫星组网不同编队构型数据传输复杂的问题；

2、本发明中星间前向链路和返向链路均相互独立，解决了卫星收发链路带宽不对称问题，并且任一线路或分支点出现故障仅会影响局部区域，不会导致全系统失效，提高了组网型卫星应用的可靠性；

3、本发明中前向链路均可自适应接收星间前向链路的输入数据，简化了链路应用；所有返向链路均相互独立，可根据卫星使用需求和能效比要求，实现对每个返向链路提供的服务进行独立控制，达到最佳能效比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1为本发明的基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统的原理框图；

图2为本发明的CCSDS规范的帧格式；

图3为本发明的基于CCSDS规范的星间链路网状路由数据流。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-3所示，本实施例公开了一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，数据总线采用全网状拓扑结构，包含了总线控制节点、AOS编码节点、星间链路处理节点、测控总线和数据总线，其中：

所述总线控制节点通过1553B总线完成与系统通信，用于完成参数配置的在轨上注更新以及采集其它节点的健康遥测，并对其它节点的健康情况进行诊断；

所述AOS编码节点，用于将本星产生的业务数据按CCSDS规范进行组帧和编码；

所述星间链路处理节点，用于完成前向链路基带接收处理、返向链路基带发送处理、本星用户数据解析以及与本节点的参数配置和健康管理；

所述测控总线采用总线型拓扑完成总线控制节点和所有终端的测控信息连接；

所述数据总线采用全网状拓扑完成所有终端之间的数据连接。

进一步的，所述星间链路空间数据和本星AOS编码数据帧格式均采用相同的CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems，国际空间数据系统咨询委员会)协议规范，帧格式的插入区增加目标飞行器标识、节点标识和生命周期等信息。

本实施例中，本星用户通过LVDS和RS422接口将有效载荷数据发送给所述AOS编码节点，所述AOS编码节点依据虚拟通道标识映射表完成的数据复接，复接使用CCSDS规范协议，复接后的数据通过数据总线将本星数据发送给星间链路各节点设备。所述虚拟通道标识映射表包括虚拟通道标识(VCID，Virtual Channel Identification)、目标飞行器标识、生命周期和优先级一一对应。本实施例虚拟通道标识映射表配置如下表1所示：

表1参数配置表

所述虚拟通道标识映射表中的目标飞行器标识、生命周期和优先级关系信息可通过总线控制节点支持在轨注入更新，飞行任务过程中可动态更改，适应不同应用需求。

进一步的，所述星间链路处理节点根据卫星应用需求，可配置1个或多个，每个链路节点支持1路星间前向链路基点处理、1路返向星间链路基带处理、4路本星用户数据解析。所述星间链路处理节点的前向链路可自适应完成多码率数据接收处理；所述总线控制节点根据卫星的轨道和星间链路拓扑设置各个链路节点的发送速率，完成与不同轨道、不同距离和不同卫星天线的建链需要。

本实施例中，配置4个星间链路处理节点模块，最大一次性可支持4条星间链路的通信。所述总线控制节点每隔0.5s通过内部测控总线向总线上的终端节点发起心跳请求，各终端节点接收到请求信号后，连续向总线控制节点发出16次心跳；所述总线控制节点依据心跳的健康状态，对不活动或异常的终端进行剔除，维护网络正常运行。同时，各节点内部测控总线将节点连接状态发送给所述的总线控制节点，由总线控制节点进行仲裁，接着根据任务规划对各终端节点进行参数设置。所述参数配置及健康遥测单元通过测控总线接收总线控制节点发送的参数配置信息，并将本节点的健康信息提交给所述总线控制节点。

进一步的，所述星间链路处理节点完成参数设置后，开始进行星间通信。所述星间前向链路基带处理完成前向数据接收及链接状态监测、帧符合性检测、信道译码和信道解密等功能。所述星间返向链路基带处理通过数据总线接收本星数据或/和节点前向已加工数据，完成通道复用、数据路由、业务分级、流量控制、信道编码和信道加密等功能。所述本星用户数据解析将前向链路发往本星用户的数据进行包解析，提取位流业务(BPDU，BridgeProtocol Data Unit)和多路复用业务数据(MPDU，Multiplexing Business Data Unit)，然后根据虚拟通道标识(VCID)、节点标识、端口号和端口路由矩阵将相应的数据单元(SDU，Service Data Unit)数据发送给本星用户；

本实施例中，所述星间链路处理节点的返向链路按链路优先级表完成通道复用，按路由矩阵表完成数据路由，按业务优先级关系完成业务分级。所述链路优先级、路由矩阵表、业务优先级均可支持在轨注入，通过总线控制节点完成所有终端节点的更新控制。

本实施例中，所述星间链路处理节点的返向链路在信道空闲时，插入空闲帧，空闲帧虚拟通道标识为“111111”，保持信道连续；星间链路处理节点接收到总线控制节点的链路测试指令后，优先插入三包链路测试帧，链路测试帧虚拟通道标识为“000000”，并在数据区插入时间戳；前向链路接收到链路测试帧时，判读源飞行器标识符是否与本星相同，若相同，则读取数据区的时间戳，并计算信道延时；若不同，优先在本节点返回链路测试帧。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，其特征在于，数据总线采用全网状拓扑结构，包含了总线控制节点、AOS编码节点、星间链路处理节点、测控总线和数据总线，其中：

所述总线控制节点，用于完成参数配置的在轨上注更新以及采集其它节点的健康遥测，并对其它节点的健康情况进行诊断；

所述AOS编码节点，用于将本星产生的业务数据按CCSDS规范进行组帧和编码；

所述星间链路处理节点，用于完成前向链路基带接收处理、返向链路基带发送处理、本星用户数据解析以及与本节点的参数配置和健康管理；

所述测控总线采用总线型拓扑完成总线控制节点和所有终端的测控信息连接；

所述数据总线采用全网状拓扑完成所有终端之间的数据连接；

所述总线控制节点每隔0.5s通过内部测控总线向总线上的终端节点发起心跳请求，各终端节点接收到请求信号后，连续向总线控制节点发出16次心跳；所述总线控制节点依据心跳的健康状态，对不活动或异常的终端进行剔除，维护网络正常运行；

所述星间链路处理节点的返向链路在信道空闲时，插入空闲帧，空闲帧虚拟通道标识为“111111”，保持信道连续；星间链路处理节点接收到总线控制节点的链路测试指令后，优先插入三包链路测试帧，链路测试帧虚拟通道标识为“000000”，并在数据区插入时间戳；前向链路接收到链路测试帧时，判读源飞行器标识符是否与本星相同，若相同，则读取数据区的时间戳，并计算信道延时；若不同，优先在本节点返回链路测试帧。

2.根据权利要求1所述的一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，其特征在于，所述星间链路空间数据和本星AOS编码数据帧格式均采用相同的CCSDS协议规范，帧格式的插入区增加目标飞行器标识、节点标识和生命周期信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，其特征在于，所述AOS编码节点接收本星用户数据，依据虚拟通道标识映射表完成的数据复接，复接使用CCSDS规范协议，复接后的数据通过数据总线将本星数据发送给星间链路各节点设备；

所述虚拟通道标识映射表包括虚拟通道标识、目标飞行器标识、生命周期和优先级一一对应；所述虚拟通道标识映射表支持在轨注入更新，飞行任务过程中可动态更改，适应不同应用需求。

4.根据权利要求1所述的一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，其特征在于，所述星间链路处理节点根据卫星应用需求，可配置1个或多个，每个链路节点支持1路星间前向链路基点处理、1路返向星间链路基带处理、4路本星用户数据解析；

所述星间前向链路基带处理完成前向数据接收及链接状态监测、帧符合性检测、信道译码和信道解密功能；

所述星间返向链路基带处理通过数据总线接收本星数据或/和节点前向已加工数据，完成通道复用、数据路由、业务分级、流量控制、信道编码和信道加密功能；

所述本星用户数据解析将前向链路发往本星用户的数据进行包解析，提取位流业务和多路复用业务数据，然后根据虚拟通道标识、节点标识、端口号和端口路由矩阵将相应的数据单元数据发送给本星用户；

所述参数配置及健康遥测单元通过测控总线接收总线控制节点发送的参数配置信息，并将本节点的健康信息提交给所述总线控制节点。

5.根据权利要求1所述的一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，其特征在于，所述星间链路处理节点的前向链路可自适应完成多码率数据接收处理；所述总线控制节点根据卫星的轨道和星间链路拓扑设置各个链路节点的发送速率，完成与不同轨道、不同距离和不同卫星天线的建链需要。

6.根据权利要求1所述的一种基于CCSDS规范的星间链路网状路由系统，其特征在于，所述星间链路处理节点的返向链路按链路优先级表完成通道复用，按路由矩阵表完成数据路由，按业务优先级关系完成业务分级；

所述链路优先级、路由矩阵表、业务优先级均可支持在轨注入，通过总线控制节点完成所有终端节点的更新控制。

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