空間光網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 課件【ch02】空間信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

空間光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)空間信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第二章通信與導(dǎo)航專業(yè)系列教材01CCSDS協(xié)議分層協(xié)議分層CCSDS協(xié)議參考模型如圖2-1所示，包括五層協(xié)議。圖2-2所示為五層協(xié)議的可能組合形式。02CCSDS協(xié)議歷史早期的三種標(biāo)準(zhǔn)，即Packet

Telemetry、Telecommand和AOS后來由CCSDS重新進(jìn)行修訂，形成了更加統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，具體如下。(1)空間分組協(xié)議(SpacePacketProtocol)。(2)TM、TC、AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(3)TM、TC同步和信道編碼。協(xié)議歷史數(shù)據(jù)鏈路層CCSDS提出了4種數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層的協(xié)議。(1)TM空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(2)TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(3)AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(4)Proximity-1空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。TM、TC和AOS可利用SDLS協(xié)議，支持插入安全用戶數(shù)據(jù)到傳輸幀的功能。然而，Proximity-1并沒有安全性要求。SDLS協(xié)議為TM、TC和AOS提供安全服務(wù)，包括認(rèn)證和加密，但只是可選項(xiàng)，并不強(qiáng)制。CCSDS有2個網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)。(1)空間分組協(xié)議(Space

Packet

Protocol)。(2)封裝服務(wù)(Encapsulation)?？臻g分組協(xié)議產(chǎn)生協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDUs),封裝服務(wù)可將經(jīng)CCSDS認(rèn)證的PDUs封裝為空間分組或封裝分組，然后這些分組可利用CCSDS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議在一條空間數(shù)據(jù)鏈路上傳輸。網(wǎng)絡(luò)層傳輸層提供端到端的傳輸服務(wù)，CCSDS提出了SCPS-TP。SCPS-TP的PDUs通常利用空間數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行傳輸，也可直接通過數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行傳輸。TCP、UDP等Internet傳輸協(xié)議也可用于IP報(bào)文over

CCSDS空間數(shù)據(jù)鏈路的頂層。IPSec提供端到端的數(shù)據(jù)保護(hù)。傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層為用戶提供端到端的文件傳輸和數(shù)據(jù)壓縮服務(wù)。CCSDS提出了5類應(yīng)用層的協(xié)議。(1)異步信息服務(wù)。(2)CFDP文件分發(fā)服務(wù)。(3)無損數(shù)據(jù)壓縮服務(wù)。(4)圖像數(shù)據(jù)壓縮服務(wù)。(5)無損多光譜&超光譜圖像壓縮。03CCSDS協(xié)議的主要特征數(shù)據(jù)鏈路層一般特征：CCSD在數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了四個協(xié)議，統(tǒng)稱為空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，這些協(xié)議支持在空間數(shù)據(jù)鏈路上傳輸不同類型的數(shù)據(jù)，其基本功能是傳輸稱為分組的可變長度數(shù)據(jù)單元，4個協(xié)議分別如下。(1)TM空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(2)TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(3)AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。(4)Proximity-1空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的標(biāo)識符空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議標(biāo)識符的值由NASA分配，具體如表2-2所示。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議提供的服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議最重要的服務(wù)是傳輸可變長度的數(shù)據(jù)單元，稱為分組。除此之外，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可為固定或可變長度私有格式數(shù)據(jù)、固定長度短數(shù)據(jù)、比特流和傳輸幀等提供傳輸功能。具體服務(wù)如表2-3所示。同步和信道編碼同步和信道編碼的功能是傳輸幀的界定/同步，糾錯編碼和解碼，比特再生和移除。CCSDS有5個同步和信道編碼協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，TM有3個，即TM同步和信道編碼、高碼率遙感應(yīng)用的靈活高級編碼調(diào)制系統(tǒng)及基于ETSI

DVB-2標(biāo)準(zhǔn)CCSDS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。1個TC的同步和信道編碼標(biāo)準(zhǔn)和1個Proximity-1協(xié)議的同步和信道編碼標(biāo)準(zhǔn)。如表2-4所示。在網(wǎng)絡(luò)層只有一種封裝服務(wù)，它可提供兩類不同的分組服務(wù)：空間分組(Space

Packet)和封裝分組。IP

over

CCSDS只能使用封裝分組服務(wù)?？臻g分組協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸有兩種模式：①從飛行器的源到地面站的一個或多個宿或另一個飛行器的宿；②從地面的一個源到一個或多個飛行器的一個或多個宿。其他經(jīng)CCSDS認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如DTN和IP等，都可使用封裝分組服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層一般特征網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議使用了兩類地址，路徑地址(Path

Address)和宿系統(tǒng)地址(End

SystemsAddress)。路徑地址用于空間分組協(xié)議，標(biāo)識了網(wǎng)絡(luò)中從一個源到一個或多個宿的邏輯數(shù)據(jù)路徑(LDP)。宿系統(tǒng)地址用于IP和DTN,清楚地標(biāo)識了一個或一組宿系統(tǒng)。除非特別說明，否則在宿系統(tǒng)地址中，必須使用一對源和宿地址。這些地址由IP和DTN的PDUs規(guī)定，IP和DTN的路由節(jié)點(diǎn)使用這些地址來執(zhí)行端到端路徑上的路由選擇。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議編址傳輸層CCSDS提出了SCPS傳輸協(xié)議SCPS-TP和CFDP。SCPS-TP支持端到端通信，可滿足的空間任務(wù)范圍很大，它擴(kuò)展了TCP,并以UDP為參考引入，應(yīng)用于空間分組、封裝分組和IP

over

CCSDS的上層。CFDP具有應(yīng)用層的功能，如文件管理等，也具有傳輸層的功能。Internet的傳輸協(xié)議包括TCP、UDP,因此TCP、UDP也能在封裝包或IP

over

CCSDS空間數(shù)據(jù)鏈路的上層應(yīng)用。應(yīng)用層應(yīng)用層為用戶提供端到端的文件傳輸和數(shù)據(jù)壓縮服務(wù)。CCSDS提出了5類應(yīng)用層協(xié)議。04CCSDS協(xié)議配置實(shí)例CCSDS協(xié)議配置實(shí)例一個空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括一個(多個)星載子網(wǎng)系統(tǒng)，一條(多條)空間數(shù)據(jù)鏈路，一個(多個)地面子網(wǎng)。一些空間通信協(xié)議用于星載終端和地面終端間的端到端通信，而另一些則只用于空間段間的端到端通信。一個簡單的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)由四部分組成，有效載荷、飛行器數(shù)據(jù)處理中心、地面站和地面用戶，其具體結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。使用CCSDS定義的分組實(shí)現(xiàn)端到端前向傳送空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議配置如圖2-4所示，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)議配置如圖2-5所示。在每個中間節(jié)點(diǎn)中，某種機(jī)制檢測APID,并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點(diǎn)。在此過程中，沒有終節(jié)點(diǎn)地址，也沒有特殊機(jī)制協(xié)同實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)功能，只通過用戶和服務(wù)提供商間的管理和外部協(xié)定實(shí)現(xiàn)。在此配置實(shí)例中，采用一個由NASA定義、CCSDS認(rèn)證的IP報(bào)文實(shí)現(xiàn)端到端路由。這種配置適用于需要將空間段綜合到nternet中的空間任務(wù)。在每個中間系統(tǒng)配置一個路由機(jī)制，檢查宿地址并實(shí)施路由，將數(shù)據(jù)發(fā)送到路徑中的下一個節(jié)點(diǎn)。宿地址是顯性的，并且所有協(xié)作實(shí)施路由的機(jī)制有著完備的規(guī)定。封裝包可插入IP報(bào)文到CCSDS的空間數(shù)據(jù)鏈路中，并且可在另外一個節(jié)點(diǎn)中提取出來。使用IP

over

CCSDS實(shí)現(xiàn)端到端路由使用CFDP實(shí)現(xiàn)端到端前向傳送CFDP可直接實(shí)現(xiàn)端到端前向傳送。圖2-8中假設(shè)CFDP的數(shù)據(jù)單元可以承載空間分組或封裝分組服務(wù)，也可以承載IP

overCCSDS。05TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議遙控(Telemetry

Control,TC)空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議是一個供空間任務(wù)使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，適用于空間任務(wù)中地面-空間或空間-空間的通信。圖2-10給出了TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議和OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系，CCSDS將數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個子層，即數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層、同步和信道編碼子層。高效的數(shù)據(jù)傳輸TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議支持多個用戶業(yè)務(wù)在一個空間數(shù)據(jù)鏈路上傳輸多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元。該協(xié)議的主要功能包括：①對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分段和分塊；②對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行傳輸控制。空間數(shù)據(jù)鏈路的各類噪聲會造成數(shù)據(jù)傳輸差錯，通過把長業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元分解為多個短的小塊，每小塊業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元比長業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元具有更小的錯誤傳輸概率。TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議使用的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為TC傳輸幀和通信鏈路控制字(CLCW)。對于每個傳輸幀，都包含一個幀頭(提供協(xié)議控制信息)和一個可變長的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(攜帶高層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元)。傳輸幀朝著業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元的方向發(fā)送數(shù)據(jù)。每個CLCW都包含描述接收傳輸幀狀態(tài)的確認(rèn)信息，接收端通常對發(fā)送端的傳輸幀進(jìn)行回復(fù)。共享物理信道尋址C空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議傳輸幀的幀頭中有三個標(biāo)識符：傳輸幀版本號(TFVN)、航天器標(biāo)識符(SCID)和虛擬信道標(biāo)識符(VCID)。連接TFVN和SCID的是主信道標(biāo)識符(MCID),連接MCID和VCID的是全局虛擬信道標(biāo)識符(GVCID)。信道之間的關(guān)系如圖2-11所示。(1)單向服務(wù)：連接的一端可以發(fā)送但不能通過空間數(shù)據(jù)鏈路接收數(shù)據(jù)；而另一端可以接收數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送數(shù)據(jù)。(2)異步服務(wù)：無論是業(yè)務(wù)用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元還是服務(wù)提供商的傳輸幀，都沒有預(yù)定義的定時傳輸規(guī)則。(3)序列保存服務(wù)：按照發(fā)送用戶提供的服務(wù)數(shù)據(jù)單元序列，通過空間數(shù)據(jù)鏈路傳輸后，該序列可得到保持。TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議服務(wù)的基本類型序列控制服務(wù)也稱為A型服務(wù)，在發(fā)送端和接收端，使用回退n幀的自動重傳請求(ARQ)序列控制機(jī)制，接收端返回一個標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告給發(fā)送端。對于序列控制服務(wù)，將在SAP的發(fā)送用戶提供的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元插入傳輸幀，并在虛擬信道上按照它們在SAP上出現(xiàn)的順序進(jìn)行傳輸。重傳機(jī)制確保具有很高的傳輸成功率，即①沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元丟失；②業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元沒有重復(fù)；③沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元不按順序傳送。序列控制服務(wù)快速服務(wù)具體可將TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議提供的服務(wù)分為七類，其中兩個(MAP數(shù)據(jù)包和MAP接入)由MAP信道提供；四個(虛擬信道數(shù)據(jù)包、虛擬信道接入、虛擬信道幀和COP管理)由虛擬信道提供；一個(主信道幀)由主信道提供。TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議提供的服務(wù)名稱和特性如表2-5所示。使用較低層的服務(wù)時，TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議通過把發(fā)送用戶提供的各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元封裝在協(xié)議數(shù)據(jù)單元序列中進(jìn)行傳輸。該協(xié)議數(shù)據(jù)單元也稱為TC傳輸幀，長度可變，能夠通過物理信道異步傳輸。協(xié)議實(shí)體執(zhí)行以下協(xié)議功能。TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的功能協(xié)議實(shí)體內(nèi)部組織圖2-12和圖2-13分別顯示了發(fā)送端和接收端的協(xié)議實(shí)體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。圖2-12中的數(shù)據(jù)流從上到下，圖2-13中的數(shù)據(jù)流從下到上。這些圖的上半部分的四個功能稱為分割子層，下半部分的其他四個功能稱為傳輸子層。通信操作程序(COP)完全指定了由TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的發(fā)送端和接收端執(zhí)行的閉環(huán)程序。COP完全在該協(xié)議內(nèi)，每個虛擬信道都由一對同步程序組成：在發(fā)送實(shí)體中進(jìn)行幀操作程序(FOP);在接收實(shí)體中進(jìn)行幀接收和報(bào)告機(jī)制(FARM)。發(fā)送FOP將傳輸幀傳送到接收的FARM中。該FARM使用通信鏈路控制字(CLCW)向FOP返回傳輸幀接收狀態(tài)報(bào)告，從而關(guān)閉環(huán)路。通信操作程序(COP)本節(jié)只介紹不支持SDLS協(xié)議的協(xié)議數(shù)據(jù)單元和TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的程序。TC傳輸幀如圖2-15所示，包括以下按順序排列的主要字段。傳輸幀幀頭(5字節(jié)，強(qiáng)制)。傳輸幀數(shù)據(jù)字段(高達(dá)1019或1017字節(jié)，強(qiáng)制)。傳輸幀控制字段(2字節(jié)，可選)。TC傳輸幀傳輸幀幀頭傳輸幀幀頭是強(qiáng)制性的，如圖2-16所示，由八個字段組成，連續(xù)定位，按順序排列如下。傳輸幀版本號(2比特，強(qiáng)制)。旁路標(biāo)志(1比特，強(qiáng)制)。控制命令標(biāo)識符(1比特，強(qiáng)制)。保留備用(2比特，強(qiáng)制)。航天器標(biāo)識符(10比特，強(qiáng)制)?！裉摂M信道標(biāo)識符(6比特，強(qiáng)制)。●幀長度(10比特，強(qiáng)制)?！駧蛄刑?8比特，強(qiáng)制)。傳輸幀數(shù)據(jù)字段應(yīng)無間隔地跟在傳輸幀幀頭的后面。傳輸幀數(shù)據(jù)字段應(yīng)包含整數(shù)字節(jié)，其長度變化最多可達(dá)1019字節(jié)(如果存在傳輸幀控制字段，則為1017字節(jié))。傳輸幀數(shù)據(jù)字段應(yīng)包含整數(shù)字節(jié)對應(yīng)于一個幀數(shù)據(jù)單元(用于D型傳輸幀)或整數(shù)個數(shù)據(jù)控制命令信息(用于C類傳輸幀)。傳輸幀數(shù)據(jù)字段傳輸幀控制字段是可選的，其存在或不存在應(yīng)由物理層建立。如果存在，則傳輸幀控制字段將在傳輸幀數(shù)據(jù)字段中占用無間隔以下2字節(jié)。如果不存在，則傳輸幀控制字段將發(fā)生在每個傳輸幀內(nèi)，在整個任務(wù)階段內(nèi)在同一物理信道內(nèi)傳輸。傳輸幀控制字段06TM空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議TM空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議遙測(Telemetry

Measure,TM)空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議是一個供空間任務(wù)使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，適用于空間任務(wù)中地面-空間或空間-空間的通信，圖2-17給出了TM空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議和OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系。其協(xié)議描述和TC空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議基本一致，本書不再贅述，只對其協(xié)議數(shù)據(jù)單元進(jìn)行介紹。TM傳輸幀TM傳輸幀如圖2-18所示，包含連續(xù)的傳輸幀主頭、傳輸幀次級頭、傳輸幀數(shù)據(jù)域和傳輸幀尾。傳輸幀主頭傳輸幀主頭是強(qiáng)制性的，由六個連續(xù)的字段組成，如圖2-19所示。傳輸幀次級頭傳輸幀次級頭是固定長度的，與執(zhí)行空間任務(wù)期間的主信道或虛擬信道相關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖2-21所示。傳輸幀數(shù)據(jù)域長度是整數(shù)字節(jié)，其長度可變，等于一個物理信道上使用的固定傳輸幀長度減去傳輸幀主頭長度，再加上傳輸幀次級頭或傳輸幀尾長度。在相同的虛擬信道上，數(shù)據(jù)包和VCA

SDUs不能混合到一起，而空閑數(shù)據(jù)在傳輸幀數(shù)據(jù)域的虛擬信道上傳輸。在整個任務(wù)期間是固定的。當(dāng)傳輸幀數(shù)據(jù)域包含數(shù)據(jù)包時，數(shù)據(jù)包連續(xù)無間斷，正序插入傳輸幀。傳輸幀數(shù)據(jù)域07AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議基本概念A(yù)OS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議和OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系如圖2-22所示，填充部分表示AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，同步和信道編碼子層的功能和TM空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議功能一致。為了實(shí)現(xiàn)簡單、可靠和魯棒性同步程序，AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議使用固定長度數(shù)據(jù)單元在弱信號、噪聲信道中傳送數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)長度在一個特殊的任務(wù)管理階段為一個特殊的物理信道所構(gòu)建，稱為AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的傳輸幀。每個傳輸幀都包含可提供協(xié)議控制信息的一個幀頭(Header)和固定長度的數(shù)據(jù)域(Data

Field),在數(shù)據(jù)域中承載高層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元。傳輸幀和虛擬信道數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議包括空間數(shù)據(jù)鏈路安全(Space

Data

Link

Security,SDLS)協(xié)議。SDLS協(xié)議能提供認(rèn)證和保密功能，是AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的可選協(xié)議。每個虛擬信道上的安全類型都是可變的，一個有安全協(xié)議，另一個就沒有安全協(xié)議?？蛇x的空間數(shù)據(jù)鏈路安全協(xié)議編址物理信道上的每個虛擬信道均由一個GVCID標(biāo)識，因此，每個虛擬信道都由具有相同GVCID的傳輸幀組成，如圖2-23所示。AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議由以下三種方式描述。(1)為用戶提供的服務(wù)。(2)協(xié)議數(shù)據(jù)單元。(3)由協(xié)議執(zhí)行的程序。協(xié)議描述服務(wù)的一般特征(1)單向服務(wù)：一端只負(fù)責(zé)發(fā)送，另一端只負(fù)責(zé)接收。(2)無確認(rèn)服務(wù)：發(fā)送端不接收從接收端發(fā)來的確認(rèn)信息。(3)不完全服務(wù)：服務(wù)無法確保完整性，但某些服務(wù)會以交付給接收用戶服務(wù)數(shù)據(jù)單元的順序發(fā)送中斷通知。(4)順序保留服務(wù)：發(fā)送端提供的順序服務(wù)數(shù)據(jù)單元在空間數(shù)據(jù)鏈路的傳輸過程中保留，雖然有中斷和復(fù)制等情況出現(xiàn)。AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議提供異步、同步和周期三種服務(wù)，具體采用哪種服務(wù)取決于用戶提供的服務(wù)數(shù)據(jù)單元在空間數(shù)據(jù)鏈路中協(xié)議數(shù)據(jù)單元的傳輸方式。(1)異步服務(wù)：服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳輸和傳輸幀的傳輸沒有定時關(guān)系。(2)同步服務(wù):在同步模式中，服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳輸和虛擬信道傳輸、主信道傳輸頓或一個物理信道的所有傳輸幀的釋放是同步的。(3)周期服務(wù)：周期服務(wù)是同步服務(wù)的一種特殊形式，服務(wù)數(shù)據(jù)單元以恒定的速率發(fā)送。服務(wù)的類型本服務(wù)傳輸一系列長度可變、經(jīng)界定、以字節(jié)排列的服務(wù)數(shù)據(jù)單元。經(jīng)此服務(wù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包(Packets)必須有一個由CCSDS授權(quán)的數(shù)據(jù)包版本號(PVN),它不確保完整性，在順序服務(wù)數(shù)據(jù)單元中也不通知中斷。一個用戶由PVN和GVCID標(biāo)識，不同用戶(如不同版本的數(shù)據(jù)包)能共享一個虛擬信道。若一個虛擬信道中有多個用戶，則該服務(wù)可把不同版本的數(shù)據(jù)包進(jìn)行復(fù)用，形成一個數(shù)據(jù)包流，從而在本虛擬信道中發(fā)送。虛擬信道包服務(wù)一般功能AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議傳輸封裝在一系列協(xié)議數(shù)據(jù)單元的不同類型服務(wù)數(shù)據(jù)單元中。協(xié)議實(shí)體執(zhí)行以下協(xié)議功能。(1)產(chǎn)生和處理協(xié)議控制信息(如頭和尾),以此進(jìn)行數(shù)據(jù)識別、丟失檢測和錯誤檢測。(2)將服務(wù)數(shù)據(jù)單元分段和分塊為可變長度的服務(wù)數(shù)據(jù)單元，在固定長度的協(xié)議數(shù)據(jù)單元中傳輸。(3)按序復(fù)用/解復(fù)用，交換/反交換不同的服務(wù)用戶來共享一個物理信道。假如協(xié)議實(shí)體支持SDLS協(xié)議，它還要完成以下安全配置的功能。協(xié)議實(shí)體(Protocol

Entity)的內(nèi)部組織協(xié)議實(shí)體內(nèi)部流程如圖2-24所示。AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的信道樹如圖2-25所示，復(fù)用將具有不同標(biāo)識符的多個數(shù)據(jù)單元流匯聚為一個數(shù)據(jù)單元流。AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議使用TM的同步和信道編碼子層，實(shí)現(xiàn)的功能如下。錯誤控制編碼/解碼。產(chǎn)生比特轉(zhuǎn)換和移除的功能。定界和同步功能。TM的同步和信道編碼子層將連續(xù)的、固定長度的、經(jīng)定界的協(xié)議數(shù)據(jù)單元當(dāng)作一個連續(xù)的比特流在物理層傳輸。同步和信道編碼子層服務(wù)信道編碼和同步子層有如下性能上的需求?；煜齅CID和VCID的概率比規(guī)定的值要小。利用首頭指針和數(shù)據(jù)包長度域，不能正確解析從傳輸幀來的數(shù)據(jù)包的概率必須小于規(guī)定的值。性能需求協(xié)議數(shù)據(jù)單元對于在一個物理信道中的任何虛擬信道或主信道的特殊任務(wù)階段，AOS傳輸幀是固定長度的，AOS傳輸幀結(jié)構(gòu)如圖2-26所示。傳輸幀主頭傳輸幀主頭是強(qiáng)制的，包括五個連續(xù)的域，它的次序如圖2-27所示。傳輸幀插入域無中斷地緊隨在傳輸幀幀頭后面，是否設(shè)置該域取決于系統(tǒng)管理。假如物理信道支持傳輸周期性數(shù)據(jù)的插入服務(wù)，在同一物理信道上傳送的每個傳輸幀都有該域的內(nèi)容，包括空閑數(shù)據(jù)(OID)傳輸幀。插入域的長度是一個常數(shù)，若管理員設(shè)置了該域，則該域的有和無在整個任務(wù)階段是靜態(tài)不變的。一旦設(shè)置了插入域?yàn)橛行?，那么管理員將減少傳輸幀數(shù)據(jù)域的長度，減小的數(shù)據(jù)域長度和增加的插入域長度是相等的。傳輸幀插入域緊隨在傳輸幀幀頭或傳輸幀插入域后面的是傳輸幀數(shù)據(jù)域，它包含整數(shù)字節(jié)，長度可變，具體包括一個復(fù)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(M

PDU)、一個比特流協(xié)議數(shù)據(jù)單元(B

PDU)、一個虛擬信道接入服務(wù)數(shù)據(jù)單元(VCA

SDU)或空閑數(shù)據(jù)(OID)。上述的M

PDUs、B

PDU、VCA

SDU或OID不會在一個虛擬信道中混合出現(xiàn)，假如一個虛擬信道傳輸M

PDUs,則在該虛擬信道上的每個傳輸幀都應(yīng)該包含一個M

PDUs。具體由管理員確定到底傳輸哪類單元，一旦決定，在整個任務(wù)階段都是不變的。傳輸幀數(shù)據(jù)域復(fù)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Multiplexing

Protocol

Data

Unit,M

PDU)M

PDU緊隨在傳輸幀幀頭或傳輸幀插入域后面。因?yàn)橐凸潭ㄩL度傳輸幀數(shù)據(jù)域匹配，所以對于任意特殊的虛擬信道，M

PDU的長度都是固定的。M

PDU內(nèi)容包括兩部分，如圖2-28所示。比特流協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Bitstream

Protocol

Data

Unit,B

PDU)B

PDU無間隔地緊隨在傳輸幀幀頭或傳輸幀插入域后面。在任何規(guī)定的虛擬信道中，B

PDU的長度都是固定的。B

PDU內(nèi)容包括B

PDU頭和B

PDU比特流數(shù)據(jù)域兩部分，如圖2-29所示。假如在一個B

PDU被釋放用來傳輸數(shù)據(jù)之前，接收到的比特流數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)量不足，則必須插入空閑數(shù)據(jù)。此時，指針指向最后一個合理用戶數(shù)據(jù)比特的位置。B

PDU數(shù)據(jù)比特的位置以升序的方式排列，在此域中，第一個數(shù)據(jù)比特分配的編號為0。指針指向的是在比特流數(shù)據(jù)域中最后一個合理用戶的數(shù)據(jù)比特。如果在比特流數(shù)據(jù)域中沒有空閑數(shù)據(jù)(如B

PDU中僅包含合理用戶數(shù)據(jù)),則指針值全置1。如果在比特流數(shù)據(jù)域中沒有合理用戶數(shù)據(jù)(如B

PDU中僅包含空閑數(shù)據(jù)),則指針值全置0。比特流數(shù)據(jù)指針比特流數(shù)據(jù)域包含固定長度的用戶比特流數(shù)據(jù)塊或空閑數(shù)據(jù)。當(dāng)承載B

PDU的一個虛擬信道的傳輸幀釋放，比特流數(shù)據(jù)塊不可用時，將產(chǎn)生一個僅包含空閑數(shù)據(jù)的B

PDU。操作控制域無間隔地放置在傳輸幀數(shù)據(jù)域的后面，占用4字節(jié)。比特流數(shù)據(jù)域發(fā)送端協(xié)議處理發(fā)送端協(xié)議處理如圖2-30所示，包括數(shù)據(jù)包處理、比特流處理、虛擬信道生成、虛擬信道復(fù)用、主信道復(fù)用和全部幀生成等功能。數(shù)據(jù)包處理功能本功能用來傳輸在傳輸幀固定長度M

PDU中的可變長度數(shù)據(jù)包。一般來講，數(shù)據(jù)包處理功能如圖2-31所示。本功能是傳送在傳輸幀固定長度B

PDU中的可變長度的比特流。比特流處理用來把用戶的比特?cái)?shù)據(jù)填充到B

PDU的數(shù)據(jù)域中。由于傳輸幀釋放算法的限制，在釋放時間內(nèi)，一個B

PDU不一定完全由比特?cái)?shù)據(jù)填充，比特流處理功能可以將本地的特殊空閑數(shù)據(jù)填充到剩余的B

PDU中。比特流處理功能虛擬信道生成功能虛擬信道生成的基本功能是構(gòu)建基本的傳輸幀結(jié)構(gòu)。它也用于構(gòu)建傳輸幀主頭，以實(shí)現(xiàn)在每個虛擬信道中的數(shù)據(jù)傳輸。圖2-32比特流處理基本流程。虛擬信道復(fù)用功能虛擬信道復(fù)用將虛擬信道生成的多個傳輸幀復(fù)用為一個主信道，將復(fù)用后的傳輸幀置于一個隊(duì)列中，其過程如圖2-34所示。主信道復(fù)用功能主信道復(fù)用功能將多個不同主信道的傳輸幀復(fù)用為一個物理信道，它的基本原理和虛擬信道復(fù)用功能一樣，如圖2-35所示。全部幀生成功能全部幀生成功能插入服務(wù)數(shù)據(jù)單元到一個物理信道的傳輸幀中，同時用于實(shí)現(xiàn)錯誤控制編碼，其過程如圖2-36所示。接收端協(xié)議處理接收端協(xié)議處理如圖2-37所示，包括數(shù)據(jù)包解析、比特流解析、虛擬信道接收、虛擬信道解復(fù)用、主信道解復(fù)用和全部幀接收等功能。數(shù)據(jù)包解析功能數(shù)據(jù)包解析功能將可變長度數(shù)據(jù)包從固定長度M

PDU中解析出來。M

PDU的首頭指針與包含在其中的數(shù)據(jù)包長度域協(xié)作，共同提供數(shù)據(jù)包解析時所需的界定信息，如圖2-38所示。比特流解析功能比特流解析功能將可變長度比特流從固定長度B

PDU中解析出來。解析的比特流數(shù)據(jù)交付給GVCID標(biāo)識的比特流服務(wù)用戶，在交付之前，利用比特流數(shù)據(jù)指針信息，任意從發(fā)送端插入進(jìn)來的空閑數(shù)據(jù)都被丟棄，如圖2-39所示。虛擬信道接收功能虛擬信道接收功能解析包含在傳輸幀數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)，然后將它們交付給用戶(如數(shù)據(jù)包解析、比特流解析或虛擬信道接入服務(wù)用戶),其過程如圖2-40所示。虛擬信道解復(fù)用功能解復(fù)用一個主信道中不同虛擬信道的傳輸幀，它檢查傳輸幀輸入流的VCID,并把它們路由到虛擬信道接收或虛擬信道幀服務(wù)用戶。假如檢測到虛擬信道計(jì)數(shù)的中斷，則交付一個丟失標(biāo)識給用戶。OID傳輸幀將被丟棄，不合法VCID的傳輸幀也將被丟棄。虛擬信道解復(fù)用功能主信道解復(fù)用功能將一個物理信道中不同主信道的傳輸幀解復(fù)用，它檢查傳輸幀輸入流的MCID,并把它們路由到虛擬信道解復(fù)用或主信道幀服務(wù)用戶。假如下層信道編碼子層通知幀丟失，則發(fā)送一個丟失標(biāo)識給用戶。主信道解復(fù)用功能全部幀接收功能全部幀接收功能從一個物理信道的傳輸幀中解析插入服務(wù)數(shù)據(jù)單元，同時實(shí)現(xiàn)CCSDS規(guī)定的錯誤控制解碼功能，如圖2-43所示。為了在空間數(shù)據(jù)鏈路上保留帶寬，一些與AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議相關(guān)的參數(shù)必須由管理員而不是在線通信協(xié)議處理。管理參數(shù)一般是靜態(tài)長期有效的，如有變化，則與某個特定任務(wù)相關(guān)的協(xié)議實(shí)體的重新配置相關(guān)。通過使用管理系統(tǒng)，可將必需的信息傳送給協(xié)議實(shí)體。無SDLS協(xié)議的管理參數(shù)為了支持SDLS協(xié)議安全特征，一個安全頭和安全尾加入AOS傳輸幀中。SDLS協(xié)議的使用可以在不同虛擬信道中變化，因此可用一個管理參數(shù)來表明安全頭的設(shè)置。一個安全頭和一個安全尾分別置于傳輸幀數(shù)據(jù)域的兩頭，占用傳輸幀數(shù)據(jù)域的空間，因此實(shí)際的數(shù)據(jù)域長度會減小。支持SDLS協(xié)議的規(guī)范08Proximity-1空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議Proximity空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議用于短距離、雙工、固定或移動無線電鏈路，通常適用于探測器、登陸器、巡游器(如月球車、火星車等)、星座及軌道中繼系統(tǒng)。這些鏈路具有短延時、中等信號強(qiáng)度和小規(guī)模的、獨(dú)立的任務(wù)段。概述Proximity-1空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議定義了數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)約定和如下術(shù)語。(1)異步數(shù)據(jù)鏈路(Asynchronous

Data

Link):一個數(shù)據(jù)鏈路包含一系列可變長度非連續(xù)的PLUTs。(2)caller和responder:Proximity空間數(shù)據(jù)鏈路任務(wù)的發(fā)起者和接收者。Proximity-1空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議定義的術(shù)語Proximity-1協(xié)議棧Proximity-1是一個用作空間任務(wù)的雙向空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，它包含物理層、編碼和同步子層、幀子層、MAC子層、數(shù)據(jù)服務(wù)子層和輸入/輸出子層，如圖2-45所示。發(fā)送端的功能接收由數(shù)據(jù)服務(wù)子層和MAC子層提供的幀，根據(jù)需要對幀的域值進(jìn)行修改。對PLCWs和狀態(tài)報(bào)告進(jìn)行格式化處理，把處理后的內(nèi)容打包到一個P幀中。幀子層幀子層實(shí)現(xiàn)對幀頭格式化(Formatting)和SPDU數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?。在交付給物理層之前，這些幀被發(fā)送給編碼和同步子層，從而組裝成一個PLUT。1)幀復(fù)用處理控制2)幀選擇發(fā)送端幀輸出的選擇MAC子層1.MAC子層控制機(jī)制由于空間信道會導(dǎo)致潛在的幀丟失，因此MAC子層的控制需要一個持續(xù)程序來確保能正確地接收到管理協(xié)議指令。為了完成一個任務(wù)，可以將一系列“持續(xù)活動”進(jìn)行鏈接，但MAC子層一次只能應(yīng)用到一個活動中。2.指令解碼指令解碼對從本地或遠(yuǎn)程控制器接收到的管理協(xié)議指令進(jìn)行解碼。指令解碼處理接收到的指令，設(shè)置物理層和數(shù)據(jù)鏈路層參數(shù)。數(shù)據(jù)服務(wù)子層的功能數(shù)據(jù)服務(wù)子層控制一次會話中待傳用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送順序。主要通過COP-P來實(shí)現(xiàn)，而COP-P主要包括FOP-P和FARM-P兩部分。1)發(fā)送端2)COP-P數(shù)據(jù)服務(wù)子層輸入/輸出子層為收發(fā)器、星載數(shù)據(jù)系統(tǒng)和任務(wù)提供接口，其功能如下。1.發(fā)送端2.向下層的接口為了接收U幀，輸入/輸出子層提供了兩個隊(duì)列：加速隊(duì)列和序列控制隊(duì)列，可支持通信信道所規(guī)定的最大傳輸速率。通過序列控制隊(duì)列傳送序列控制服務(wù)所需的SDUs,通過加速隊(duì)列傳送加速服務(wù)所需的SDUs。輸入/輸出子層其他參數(shù)(1)物理層頻率為UHF頻段，從390～450MHz的60MHz寬。前向頻段：435～450MHz,反向頻段：390～405MHz。(2)握手信道(HailingChannel):握手是一個雙工過程，由任意一個發(fā)起握手的用戶終端發(fā)起，它速率低且?guī)捳员阕钚』加糜行?。握手是一個使用半雙工或全雙工的異步信道或異步數(shù)據(jù)鏈路，使得收發(fā)信件建立初始通信的一個頻段，前向握手信道為435.6MHz,反向握手信道為403.4MHz。如果系統(tǒng)只支持一個通信信道，則握手信道和通信信道是一致的；如果系統(tǒng)不止一個通信信道，則握手信道和通信信道要加以區(qū)分。服務(wù)類型1)CCSDS的數(shù)據(jù)包分發(fā)服務(wù)2)用戶定義的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)用戶定義的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(User

Defined

Data

Delivery

Service)為單個用戶的字節(jié)集合傳輸提供服務(wù)。SDU是以字節(jié)排列的數(shù)據(jù)單元，對服務(wù)來說，其具體格式是未知的。該服務(wù)不使用任何SDU中的信息。1)序列控制服務(wù)2)快速服務(wù)快速服務(wù)與上層協(xié)議一起使用，提供重傳或在異常情況下使用，如飛行器恢復(fù)過程。發(fā)送端的加速SDUs不使用ARQ。在發(fā)送端，加速SDUs在規(guī)定的物理信道中傳輸，它與等待發(fā)送的序列控制服務(wù)SDUs在相同的物理信道中獨(dú)立傳輸。服務(wù)質(zhì)量協(xié)議數(shù)據(jù)單元Proximity-1協(xié)議數(shù)據(jù)單元如圖2-46所示。Proximity-1協(xié)議數(shù)據(jù)單元的幀頭包括連續(xù)的十部分。(1)傳輸幀版本號2比特。(2)服務(wù)質(zhì)量(QoS)1比特：“0”代表隊(duì)列控制服務(wù)，“1”代表隊(duì)列加速服務(wù)。(3)PDU類型ID1比特：規(guī)定了傳輸幀數(shù)據(jù)傳送協(xié)議控制數(shù)據(jù)或用戶數(shù)據(jù)信息?！?”代表用戶數(shù)據(jù)，此幀稱為U幀，“1”代表SPDUs,此幀稱為P幀。幀頭1)U幀數(shù)據(jù)包(Packets

in

a

U-frame)當(dāng)U幀的DFCID是“00”時，數(shù)據(jù)域包含整數(shù)個數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包都分配相同的端口ID和PCID。數(shù)據(jù)域的第一個比特是一個數(shù)據(jù)包頭的第一個比特。2)U幀的分段數(shù)據(jù)單元當(dāng)U幀的DFCID是“01”時，數(shù)據(jù)域包含分段數(shù)據(jù)單元，這些數(shù)據(jù)