CCSDS空间通信协议规范(SCPS)的应用分析.pdfVIP

应用分析 北京航天指挥控制中心 崔晓峰 摘要： 随着航天事业的发展，空间任务越来越多，复杂度也越来越高。于是对空 间与地面间以及航天器之间构成网络形式的数据通信提出了新的要求．本文分析了空间数 据系统咨询委员会(CCSDS)新近定稿，并被IS0采纳为国际标准的“空间通信协议规范 (SOPS)”．结合其设计思想、适用性．rj生能等特点，探讨了实际运用中的一些问题。 关键词： CCSDS：空间通信协议规范(SePs》：TCP／IP 1 引 言 随着空间任务复杂度越来越高，尤其是载人航天任务的开展，对天一地间数据通信 的要求已大大不同于以往的常规任务。这不仅表现在数据量激增，通信效率需要大大提高， 而且由于航天器自主性增强，需要更具可操作性的信息传输和处理方式。随着空间任务越 来越频繁，关联更加紧密，例如未来的在轨空间站、登陆器、探测器等，相互之间存在大 量信息传递和协同工作需求，则需要在它们之间建立纵横交错的通信网。 在这种情况下，探讨空间数据通信的新型体系结构，对于保证后续任务的顺利实施， 具有积极的现实意义。 2 SOPS概述 21 sops背景与目标 进入90年代，由于新技术发展、任务目标更高、政府预算压缩、开发商业市场等因 素，使得在空间任务领域发生了很大的变化，主要包括： a．任务篆略向分散化转移。从“投资昂贵、次数较少”到“成本降低、次数增多” 的航天器发射。 b．对合作(国内或国际间)的依赖性增强，以达到复杂的空间任务目标。民用、军 用和商业任务相互间不断渗透。 c引入标准化的互操作，通过共享基础设施，提高任务效率，减少重复性劳动的浪 费。 d．通过增加自动化，减少人类操作，更多采用商业现成产品，显著降低任务运行费 用。 “空间通信协议标准(SCPS)”的工作。SCPS的目标可毗归结为满足以下几个主要方面 的需求： 122 a．需要支持高效、可靠的空间数据传输的标准化协议； b需要适应发展中的多节点任务配置对空间网络路由功能的要求； c需要提供广泛应用的互联网络的兼容性和互操作性； d．增进任务间、机构间、以及国家间的协作和互操作： e需要大幅度降低运行费用。 SCPS首当其冲的目标是减少空陌任秀系统的开发和运转费用．降低生命周期成本。 SCPS通过标准化、互操作性、端到端功能、对ii同任务和网络环境一致的服务、提高自 动化等，帮助满足降『氐成本的要求。 2 2 SOPS技术方法 SCPS协议被设汁为在空间任务之㈣．以及空间数据系统与广泛的地面网络环境闯， 提供互臻作眭。它。门提供一套可以被缩放的选项和协议数据单元格式，从而满足各种任务 的通信需求。 SCPS对当前的空间链路和地面西议进行补充，增加端到端协议设计，在空间和地面 _I；i=境之间架设桥粟。 够提洪空间通信的许多功能，特别是端多J端的能力、高层协议功能以及标准化，这些都是 SCPS所需要的。同时，它是无数丁程师多年开发、使用和测试的结果．因而特别坚固面 灵活。 但是，Internet协议设计时所要满足以环境需求与遥远的空间航天器通信时遇到的情 况迥然不同。现在的Intefnct协议是为陆基网络开发的。假设连接可阻保持，很少由于毁 坏造成数据丢失，且可以使用平衡的舣向链路．数据丢失多是由于拥塞造成等。另外，实 现这些协议的商业通信产品洪应商使用这些假设来提高性能和经济陛，但对重传、恢复、 超时等的处理则很不适合空间运行。大多数至间项目的任务环境无法接受这些协议的性 能、 特殊需求。SCPS同时融台了一些源于其它协议的概念。按照这种方法，SCPS以最经济、 简便的手段达到功能、性能、兼容性、标准化等多重设计目标。 控源报文捂式。CCSDS无线电频率和调制连议也不受影响。 2 3 SOPS进展阶段 SCPS开发按照三个阶段进行： · SCPS阶段l：1993～1994，探损j弓定义阶段。调研需求和协议能力。 · SCPS阶段2：1995～1997．开发阶段。规范、实现、和测试。 · SCPS阶段3：1998以后，实施阶段。展示和标准终结。 2．4 SOPS标准化现状 全标准化的进程，SCPS被ISO采纳为国际标准。 表l是SCPS各部分协议分别在CCSDS、美国军方、ISO标准系列中的文档编号。