空间数据系统咨询委员会(CCSDS)及其空间激光通信标准研究

本文简要介绍了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)及其标准概况,重点解析了其有关空间激光通信的标准,并就我国后续在空间激光通信领域的标准化工作提出建议。

空间数据系统咨询委员会概况及相关工作建议

空间数据系统咨询委员会（CCSDS）成立于1982年，2012年是该组织成立30周年。经过30年的发展，CCSDS的工作已由最初的制定基本空间／地面通信标准延伸到制定应用于更多复杂空间任务的空间数据系统标准。

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)

制定机构：The Consultative Committee for Space Data Systems 地址：1801 Alexander Bell Drive,Suite 500 Reston,VA 20191-4344 电话：703-264-7515传真：703-264-7551，

CCSDS空间数据链路层安全协议研究

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)一直致力于空间任务安全性方面的工作,并成立了一个工作小组,旨在数据链路层为遥控遥测通信制定安全协议,即空间数据链路安全(SDLS)协议。该协议为已存在的空间数据链路协议(TC、TM和AOS)提供认证、加密和认证性加密安全服务。本文简介了SDLS协议制订的背景及其特点,较为详细地描述了其协议结构、支持的服务类型以及协议的基线实现模式,最后对该协议的应用提出了一些建议。

关于空间数据系统无损压缩算法的零值块研究

通过对CCSDS(国际空间数据系统咨询委员会)建议的无损数据压缩标准的研究,以及对目前常用压缩算法的调查,它阐述了一种具有延迟小速度快抗差错能力强等特点的无损数据压缩算法,即Rice压缩算法,压缩率超过50%以上,而且对多种类型的数据都会达到满意的效果。它对算法中的零值块部分作了较为详细地阐述,因为经过预处理过的数据通常都很小,对于图像来说有相当多的零值。因此,对零值较多的情况下采取零值块压缩处理,效果很好,经过软件测试,结果符合CCSDS的要求标准。

关于开展空间数据传输领域国际标准化工作的思考

航天标准国际化是航天大国走向航天强国的重要抓手。本文从分析空间数据传输系统领域的国际标准化现状及发展趋势入手,结合空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准化工作进展,系统梳理国际标准制定规则与一般过程,提出了我国开展航天国际标准化工作的发展思路与重点方向,期望对在CCSDS组织开展主导性制定标准建议书提供借鉴。

基于CCSDS空间数据链路安全协议的星载遥控认证保护

在国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)规定的空间遥控系统数据传输体制下,对星载遥控认证保护进行了研究。选择了遥控数据认证保护层次,并设计了认证保护数据范围。针对上行遥控的认证保护机制与国际空间数据系统咨询委员会的空间遥控链路命令操作过程(COP-1)之间存在的"闭锁"风险,设计了重传请求保护机制。基于空间数据链路安全(SDLS)协议体制,提出了一种遥控认证帧结构模型。在该模型中,通过插入随机序列码段,使相同指令/数据帧经认证算法计算后,其结果的非线性度扩大;通过插入毫秒级精度的时间序列码段,抵御重放攻击,并极好地适应不同地面控制中心对航天器的并行控制。提出一种针对遥控认证保护的,涉及"常态"和"应急态"的安全关联(SA)周期管理的方法、密钥生存周期管理的方法,有效实现各虚拟信道的独立保护及密钥的科学管理。同时,提出一种开展星载遥控认证保护业务的算法设计方法。

基于CCSDS-CDAS模型的空间机械臂数据管理软件设计

根据某空间机械臂的总线拓扑结构以及指令与数据特性,对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的指令与数据获取业务(CDAS)模型进行了研究,结合设备虚拟化业务,采用面向对象的方法进行设备抽象,阐述了设备数据池业务设计时的遥测数据更新、上层业务数据获取、数据有效性的判别等关键问题。提出了基于指令与数据获取业务模型的机械臂数据管理软件构架,并已在某机械臂中央控制器上成功应用。

卫星光网络数据封装问题研究

研究了地面光纤网络SDH和空间微波链路网络CCSDS数据封装方法与帧结构,对相关协议在卫星光网络中的应用进行了分析,并提出了适应性修改的思路。针对卫星光网络链路容量大、时延长和误码率高的特点,提出了一种高速通信的数据封装方法,设计了相应的帧结构,为卫星光网络标准化数据传输提供基本的解决方法。

空间信息网络协议体系分析

随着我国航天活动和空间探索工程的逐步开展,已有的空间信息传输方式已不适用于未来复杂空间操作,我国建立空间信息网络对国防和军队信息化建设意义重大。文中介绍目前国际上研究和应用的四种空间信息网络协议体系:基于CCSDS的协议体系、基于TCP/IP的协议体系、将CCSDS与TCP/IP结合的协议体系、基于容延迟/中断网络的协议体系。介绍这些协议体系架构、协议组成和功能,并进行分析和比较,总结出这些协议体系用于空间信息传输的优势和待解决的问题。

空间应用载荷的天地端到端IP隧道协议通信架构设计

在地面运控子网和载荷信息网中设计IPsec、GRE或RFC2003三种IP隧道协议,通过平台信息网和天地测控网,封装的用户数据包能在天地通信链路中路由,以支持在轨载荷和地面运控终端之间端到端的灵活通信。设计支持IP隧道协议通信的天地一体化信息网络架构,给出各级路由器的设置和网段IP地址分配,计算和分析出三种IP隧道协议的通信效率与实时性。分析结果表明,采用IP隧道协议对改变传统地面运控模式、提高运控效率具有重要意义。

气象卫星数据传输的发展

分析了国内外气象卫星数据传输的发展方向:气象卫星数据传输的频率正在从传统单一的L波段向L波段和频率更高的X波段及K波段同时使用发展;数据格式采用空间数据系统咨询委员会标准(CCSDS标准)分包传输,信道编码采用了纠错及抗干扰能力较强的R-S加卷积的级联编码技术;原有的模拟传输体制都改为数字传输。文章归纳了各国极轨和静止气象卫星高低速率数据传输特性。便于广大气象卫星数据接收站及早做好接收新的气象卫星数据的准备。

基于CCSDS标准的卫星数据实时处理FPGA设计

根据空间数据系统咨询委员会(CCSDS)分包遥测标准,在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)平台上实现了一套基于CCSDS数据帧格式的实时数据解帧和解包的方案,包含了帧同步、去扰、解帧、解数据源包等模块.方案充分利用FPGA并行处理的优势,解决了地面软件先接收后处理方式实时性差的问题,并实现了现IP(Intellectual property)的模块化复用.实验结果表明,在占用资源较少的情况下,有效完成了CCSDS数据的实时处理功能,为文件的可靠性传输奠定基础.

星载AOS数据链路层的模块化设计与实现

对AOS(高级在轨系统)数据链路层协议进行分析,提出一种模块化的设计方案,采用包装模块、虚拟信道模块和主信道模块分别处理不同特点的数据业务。该方案可利用成熟CPU(中央处理器)结合专用功能芯片实现,其中专用功能芯片可转化为ASIC(专用集成电路)产品。基于DSP(数字信号处理)控制器和FPGA(现场可编程门阵列)设计了原型设备对方案进行验证。结果表明:数据链路层模块化设计方案可行且有效,能够充分利用物理信道资源,经过测试下传数据中空闲帧比例低于0.6%。最后对功能模块的ASIC转化方案进行了讨论。

空间互联网协议体系研究

随着技术的发展,航天测控的概念将发生变革,传统的测控功能将逐步演化为通信与导航。对于新体系架构中的通信部分,空间互联网是一种有效的解决方案。本文按照协议分层的原则,针对空间任务的特点和需求,对可能应用于空间通信环境的各类协议进行了系统比较和基于OPNET(优化网络工程工具)的仿真分析,在此基础上提出了一种空间互联网协议体系建议。

基于CCSDS建议的干涉测量数据格式设计

针对当前VLBI(甚长基线干涉测量)观测数据格式不统一的问题,介绍了进行ΔDOR(双差分单向测距)干涉测量所必需的数据类型和相关信息,分析了当前几种主流的ΔDOR数据交换格式的优缺点和可能性,并根据CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的ΔDOR原始数据交换格式对干涉测量数据格式进行了初步设计。结果表明,该数据格式科学、简洁,包含了丰富的信源、测站和观测过程等信息,适用于作为国际ΔDOR观测数据交换格式的标准。

空间通信协议SCPS/CCSDS研究综述

随着各国对外层空间资源的探索、开发和利用,空间通信系统及其互联技术的研究和开发受到越来越多的重视。空间数据系统咨询委员会(CCSDS)为遥测、遥控和高级在轨系统(AOS)制定了一系列建议标准,包括TM/TC/AOS空间数据链路协议、空间通信系统联网协议以及空间系统的端到端应用协议等。文章分析了CCSDS空间通信系统体系结构,以及空间通信协议标准(SCPS)协议体系,探讨了SCPS/CCSDS空间通信协议族配置实例,并进行了深入的技术分析。

空间互联网传输协议和存在的问题

空间通信需求的迅猛发展使得空间互联服务成为研究热点。由于空间网络具有子网异构,网络拓扑复杂,链路时断时续,传输时延大等特点,在传输协议上区别于地面互联网。本文从空间互联技术的特点和要求出发,综合分析了空间互联网的关键协议,并阐述了目前存在的若干问题。

CFDP与SCPS-TP在空间通信中的性能比较

CFDP和SCPS-TP分别是空间数据咨询委员会(CCSDS)提出的保证空间通信可靠性的文件传输协议和传输控制协议。从理论上分析了传输速率、误比特率、传播时延等因素对文件传输时间的影响,并在OPNET仿真系统中验证了理论分析的正确性。最后得出在信道条件相对恶劣时,CFDP比SCPS-TP能够更加高效地传输文件。

CCSDS AOS及TC空间链路协议吞吐率性能分析

回顾了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的2种空间链路协议,即高级在轨系统空间数据链路协议(CCSDSAOS)及遥控空间数据链路协议(CCSDS TC)。在使用包业务传输集中数据时,分析了CCSDS TC的吞吐率与IP数据包包长的关系,研究了CCSDS AOS的吞吐率与IP数据包包长、传输帧帧长的关系。推导出了使用包业务传输集中数据时的空间链路误码率,空间链路协议的同步帧帧长与空间链路协议的误帧率、误包率、吞吐率的关系公式。在OPNET平台上,通过空地星间链路的仿真实验验证了此吞吐率的关系公式。并在典型空间通信场景下给出了空间链路协议的优化参数配置,为空间数据链路协议的应用提供了参考。