02 空间数据系统 相关技术基础

CCSDS 标准将“网络通信技术”引入空间领域，对空间技术的发展和应用具有极为关键的作用

1 通信网络分层模型¹

• 几种协议分层模型

  

• CCSDS 空间通信协议特点

  1. 强大的数据链路层与物理层。因为大多数航天器以地面站对单个航天器的形式进行通信，网络层和传输层在该情况下作用不大。
  2. 针对于空间网络的特殊解决方案。空间网络环境由高误码率、长延迟、前反向链路不对称等特点，不能简单地把地面因特网协议直接引入空间。（解决方案包括 IPoC、SCPS-TP、DTN 等）

  1. 不够成熟完善的空间网络通信协议。相较于数据链路层而言。

2 协议、服务和业务²

• 网络通信协议 3 要素

  语法：传输数据单元的格式，由协议所传输的数据和控制信息组成
  语义：传输数据单元的意义，即协议控制信息的功能和意义
  同步(时序)：通信过程中各种操作的顺序

• 服务原语：原语名称.原语类型（原语参数）

  

• 服务类型与服务质量 QoS

  

• 3 种传输服务质量等级

  

• 协议、服务、业务间的关系

  协议：规定为上层用户提供服务所需的规则和步骤
  服务：服务原语中所规定的内容，不包含服务具体的操作过程
  业务：服务的具体操作过程（即执行协议）
  

• CCSDS 标准建议书内容

  前一部分：用服务原语的形式规定本层协议向上一层用户提供的服务
  后一部分：规定数据格式、数据处理方法、操作步骤等业务

3 交换技术³

在不直接相连的节点间建立一条固定或不固定的逻辑通路，用于数据传输

4 网络寻址和路由⁴

• 网络地址

  

• 通信要素：

  协议，本机IP地址，本地端口号（半相关/三元组）
  协议，本机IP地址，本地端口号，远程IP地址，远程端口号（全相关/五元组）

• 网络路由

  网络层使用从传输层接收的 SDU 中提取出的源 IP 地址和目的 IP 地址，根据一定的条件和策略在网络中选择一条最佳的传输路径的过程

  • 路由选择算法：

    

  • 路由表

    路由表是路由选择算法计算出的结果，记录了网络中每个节点的路由信息（目的节点所对应的下一跳节点的地址）

5 多路复用⁵

• 多路复用实质：通过信号的正交参量对信号进行划分和识别

  • 经典的多路复用方法

    频分、时分、码分、空分复用 按照事先设计好的固定间隔传输

  • 动态多路复用方法

    采用动态调度策略分享同一物理信道
    间隔是根据数据源、信道忙闲情况、系统数据缓存等各种资源状况等诸多因素的变量

• 虚拟信道

  CCSDS 采用的动态多路复用方法之一，是空间数据系统实现动态时分多路复用及其相关的各种操作的基础

  

6 差错控制⁶

• 常用差错控制技术

  前向纠错 FEC：信道纠错编码，循环冗余
  自动重发请求 ARQ：收发两端对通信过程的确认

• 自动重发请求

  

1. 赵和平, 何熊文, 刘崇华, 强晖萍. 空间数据系统[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2018, 65-69. ↩︎

2. 赵和平, 何熊文, 刘崇华, 强晖萍. 空间数据系统[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2018, 70-75. ↩︎

3. 赵和平, 何熊文, 刘崇华, 强晖萍. 空间数据系统[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2018, 76-79. ↩︎

4. 赵和平, 何熊文, 刘崇华, 强晖萍. 空间数据系统[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2018, 80-85. ↩︎

5. 赵和平, 何熊文, 刘崇华, 强晖萍. 空间数据系统[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2018, 86-89. ↩︎

6. 赵和平, 何熊文, 刘崇华, 强晖萍. 空间数据系统[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2018, 90-92. ↩︎