CN102801626B - 一种基于aos标准的星载数据管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AOS标准的星载数据管理方法，包括数据封装步骤；调度发送步骤。其中，数据封装步骤分别对平台数据、业务数据和实验数据进行不同的业务封装，调度发送步骤采用优先级对数据封装步骤产生的VCDU数据进行调度。本发明还公开了一种基于AOS标准的星载数据管理装置，包括数据封装单元、数据调度单元、三级业务编码单元和二级业务编码单元，其中，所述数据封装单元包括第一数据封装单元、第二数据封装单元和第三数据封装单元；所述数据调度单元包括一级调度单元和二级调度单元。本发明所述方法或装置对卫星产生的各类数据格式化封装和调度，提高了对卫星的数据传输效率和信道利用率。

Description

一种基于AOS标准的星载数据管理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于AOS标准的星载数据管理方法及装置。

背景技术

AOS是国际空间数据系统协商委员会针对20世纪80年代后期载人航天活动而制定出的标准，对星载数据系统中数据链路层提供的服务业务类型、协议数据帧格式、服务质量等级进行了详细规定。随着航天技术的发展，该标准已广泛应用于国外各类型航天器。当前，国内航天器，在星载数据系统设计时，多采用传统体制，将整星信息流按照测控和数传两个信道进行单独设计，测控信道采用常规的PCM遥测体制，负责组织处理整星的平台数据；数传信道采用部分AOS标准体制，主要负责组织处理整星的载荷等业务数据。这种设计方法灵活性差，信道利用率低，且标准化程度不高，难以支持国际交互操作。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种基于AOS标准的星载数据管理方法及装置，对卫星产生的各类数据格式化封装和调度，提高了对卫星的数据传输效率和信道利用率。

本发明的技术解决方案是：

一种基于AOS标准的星载数据管理方法，包括对航天器数据进行封装产生VCDU数据包的数据封装步骤，所述航天器数据包括航天器终端产生的平台数据，载荷设备产生的业务数据和实验设备产生的试验数据；通过数传物理信道和/或激光物理信道对VCDU数据包进行发送的调度发送步骤。

所述调度发送步骤包括一级调度发送步骤和二级调度发送步骤，其中，一级调度发送步骤用于将平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包通过数传物理信道进行发送；二级调度发送步骤用于将平台数据VCDU数据包和业务数据的VCDU数据包封装为集合VCDU数据包后和试验数据的VCDU数据包通过激光物理信道进行发送；

在所述一级调度发送步骤或二级调度发送步骤中，优先发送优先级最高的VCDU数据包；对于优先级相同的VCDU数据包，优先发送虚拟信道标示符最小的VCDU数据。

进一步的，所述调度发送步骤中还包括针对数传物理信道的三级业务编码步骤和针对激光物理信道的二级业务编码步骤，

在三级业务编码步骤中，对经一级调度发送步骤后的VCDU数据包的版本号、航天器标识、虚拟信道标示符、信令域进行RS(10，6)编码并对整个VCDU数据包进行CRC编码；

在二级业务编码步骤中，对经二级调度发送步骤后的整个VCDU数据包进行RS(255，223)编码和深度为4的交织；

所述VCDU数据包括一级调度发送步骤中的平台数据的VCDU数据和业务数据的VCDU以及二级调度发送步骤中的集合VCDU数据和试验数据的VCDU数据。

进一步的，对经所述三级业务编码步骤和/或二级业务编码步骤后的VCDU数据包进行伪随机化并添加同步头后进行发送。

进一步的，所述数据封装步骤包括第一数据封装步骤、第二数据封装步骤和第三数据封装步骤；

第一数据封装步骤将平台数据首先封装成E_PDU；然后将多个E_PDU复用成一个M_PDU；最后将M_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成平台数据的VCDU数据包；

第二数据封装步骤将业务数据首先封装成B_PDU；然后将B_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成业务数据封的VCDU数据包；

第三数据封装步骤将试验数据作为VCDU的数据域进行封装，形成试验数据VCDU数据包。

一种基于AOS标准的星载数据管理装置，包括：数据封装单元、数据调度单元、三级业务编码单元和二级业务编码单元，其中，所述数据封装单元包括第一数据封装单元、第二数据封装单元和第三数据封装单元；所述数据调度单元包括一级调度单元和二级调度单元；

第一数据封装单元将航天器终端产生的平台数据首先封装成E_PDU；然后将多个E_PDU复用成一个M_PDU；最后将M_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成平台数据VCDU数据包并发送给一级调度单元；

所述第二数据封装单元将载荷设备产生的业务数据先封装成B_PDU；然后将B_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成业务数据VCDU数据包并发送给一级调度单元；

所述第三数据封装单元将实验设备产生的试验数据作为VCDU的数据域进行封装，形成试验数据VCDU数据包并发送给二级调度单元；

所述一级调度单元将所述平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包进行缓存，在可利用数传物理信道进行数据包传输时，将平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包输出到三级业务编码发送单元；或，在可利用激光物理信道进行数据包传输时，将所述平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包封装成集合VCDU数据包后发送到二级调度单元；

所述二级调度单元在可利用激光物理信道进行数据包传输时，将集合VCDU数据包和试验数据VCDU数据包输出到二级业务编码发送单元；

所述三级业务编码发送单元对平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包中VCDU数据包的版本号、航天器标识、虚拟信道标示符、信令域进行RS(10，6)编码并对整个VCDU数据包进行CRC编码后，进行伪随机化并添加同步头后通过数传物理信道进行发送；

所述二级业务编码发送单元将集合VCDU数据包和试验数据VCDU数据包进行RS(255，223)编码和深度为4的交织后，进行伪随机化并添加同步头后通过激光物理信道进行发送。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明对卫星中的平台数据、业务数据和实验数据在数据链路层上通过数据封装进行统一设计，为各种数据类型提供标准的业务服务，并通过编码提供了统一的业务服务质量。满足各种星载终端设备对数据处理的需求，设计灵活，适应性广。

(2)本发明针对星上不同服务要求的不同数据按照虚拟信道进行动态调度，使物理信道可以被多个不同业务所共享，提高了信道利用率，使数传应用站在不改变现有状态的情况下可以获得平台数据。

(3)本发明中采用的基于优先级的调度发送策略，相对于传统的全同步调度或静态调度策略，应对数据负载突发变化的适应性更高，提高了数据传送效率。

(4)本发明中的实现方法基于AOS标准，很好的满足了海洋遥感卫星数据系统设计，为我国海洋遥感卫星参与国际合作提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为第一数据封装步骤示意图；

图3为第二数据封装步骤示意图；

图4为第三数据封装步骤示意图；

图5为调度发送步骤流程图；

图6为伪随机化处理流程图；

图7为本发明装置示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

实施例1

如图1所示为本发明方法流程图，包括数据封装的步骤和调度发送的步骤。

由航天器各设备产生的数据根据数据源类型可分为低速数据、中速数据和高速数据。其中，低速数据包括姿态与轨道数据、DORIS数据、激光跟瞄数据和整星的遥测数据，为航天器的平台数据。中速数据包括由雷达高度计、微波辐射计、微波散射计、校正辐射计和力学环境监测产生的数据，为航天器的业务数据。高速数据包括LVDS试验数据和1394总线试验数据，该数据服务于激光通信试验，为航天器的试验数据。因此，针对不同的数据类型，数据封装的步骤进一步分为第一数据封装步骤、第二数据封装步骤和第三数据封装步骤。

如图2所示，在第一数据封装步骤中，首先将各平台数据封装成E_PDU；然后将多个E_PDU复用成一个M_PDU；最后将M_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成平台数据的VCDU数据包。此步骤中选用了包装业务和多路复用业务，很好的适应了平台数据终端数量多、类型多和面向字节但长短不一的特点，具有很强的灵活性和可扩展性，同时实现将多终端数据复用成一路VCDU，节省了数据系统中的VCID资源。

如图3所示，在第二数据封装步骤中，首先将业务数据封装成B_PDU；然后将B_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成业务数据封的VCDU数据包。此步骤中选用了位流业务，很好的适应了业务数据长度不定、速率各不相同，且彼此独立的特点，利于数据下传地面后的恢复处理。

如图4所示，在第三数据封装步骤中，将试验数据作为VCDU的数据域进行封装，形成试验数据VCDU数据包。按照虚拟信道存取业务对所述高速LVDS实验数据进行协议封装，按照虚拟信道数据单元业务对所述1394总线实验数据进行协议封装。此步骤中选用了虚拟信道存取业务，很好的适应了试验数据长度固定、速率高的特点，利于星上数据处理和下传地面后的恢复处理。

VCDU数据包的格式如下表所示

表1VCDU数据包格式

包括：

版本号(2bits)：“01”，表示CCSDS虚拟信道数据单元；

航天器标识SCID(8bits)：固定数，由CCSDS统一分配；

虚拟信道标示符VCID(6bits)；

虚拟信道计数器(24bits)：“0～2²⁴-1”，循环计数；

信令域(回放标志1bit)：“0”表示实时VCDU，“1”表示回放VCDU；

VCDU数据单元区：有效数据；

CRC校验符：16比特循环冗余码，对数据域进行校验。

虚拟信道是建立在一个物理信道上的多个并行的“虚拟”通路，通过虚拟信道机制物理信道可以被多个不同业务的用户共享。

调度发送的步骤用于对数据封装的步骤产生的各VCDU数据包进行合路并调度发送。针对传输使用的数传物理信道和激光物理信道，调度发送的步骤可分为对数传物理信道的一级调度发送步骤和对激光物理信道的二级调度发送步骤。

一级调度发送步骤用于在卫星进入数传地面站可视弧段内时将平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包以及固态存储器存储的VCDU数据包通过动态调度合成一路数据，送数传物理信道进行发送。在卫星进入数传地面站可视弧段外时将平台数据和业务数据的VCDU数据包送固态存储器存储。

二级调度发送步骤用于在卫星进入激光地面站可视弧段时，将固态存储器存储的平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包合成为集合VCDU数据包后和试验数据的VCDU数据通过动态调度合成一路数据，送激光物理信道进行发送；

如图5所示，为一级调度发送步骤和/或二级调度发送步骤对VCDU数据包的调度策略，为了保证高效、有序地完成合路调度的任务，采用动态调度策略，为每一个VCDU都定义一个优先级，在任何情况下，首先传送优先级高的VCDU，如果某个时刻，有两个相同优先级的VCDU提出传送请求，则为VCID小的VCDU提供服务。相对于传统的全同步调度或静态调度策略，应对数据负载突发变化的适应性更高，同时根据各VCDU数据量大小和优先级动态分配虚拟信道，提高了信道利用效率。

在发送VCDU数据包前，本发明还针对不同的物理信道选用了质量服务等级，即对数据进行差错控制编码。

对于数传物理信道，三级业务编码步骤为：对VCDU数据包的版本号、航天器标识、虚拟信道标示符、信令域采用RS(10，6)编码，对整个VCDU数据包进行CRC校验。

RS(10，6)编码参数如下：

●每个RS码元的位数：4；

●一个RS码字内RS码元的纠错能力：2；

●每个编码字包含10个码元；

●域生成多项式：F(x)＝x⁴+x+1；

●码生成多项式：g(x)＝(x+α⁶)(x+α⁷)(x+α⁸)(x+α⁹)。

CRC编码参数如下：

●码生成多项式为：g(x)＝x¹⁶+x¹²+x⁵+1

星上实时生成校验码，并插入VCDU数据包的尾序列中。

对于激光物理信道，二级业务编码步骤为：对整个VCDU数据包进行RS(255，223)编码和深度为4的交织。

RS编码参数如下：

每个RS码元的位数：8；

一个RS码字内R-S码元的纠错能力：16；

每个编码字包含255个码元；

域生成多项式：F(x)＝X⁸+X⁷+x²+x+1；

码生成多项式： $g\left(x\right)=\underset{j=112}{\overset{143}{\mathrm{\Π}}}(x-{\mathrm{\α}}^{11j})=\underset{i=0}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i{x}^i.$

对经过编码后的VCDU数据包进一步进行伪随机化和同步化处理，伪随机化处理过程如下：对编码输出的数据进行伪随机化处理，避免数据中出现全“0”、全“1”长码，利于地面接收时的数据恢复。伪随机化生成多项式：

h(x)＝x⁸+x⁷+x⁵+x³+1

伪随机化处理实现框图如图6所示。各触发器D0～D7上电初始状态为“11111111”，在发送时钟的驱动下，按bit产生伪随机序列并与待发送的数据进行按位异或，使最终的发送数据序列中有一定的比特跳变密度，利于地面接收端的比特同步。

同步化处理过程如下：对伪随机化输出的数据加上32bit的同步头0x1ACFFC1D，用于地面接收时的帧定界。

实施例2

如图7所示，本基于本发明所述方法的装置示意图。包括数据封装单元、数据调度单元、三级业务编码单元和二级业务编码单元，其中，所述数据封装单元包括第一数据封装单元、第二数据封装单元和第三数据封装单元；所述数据调度单元包括一级调度单元和二级调度单元。

数据封装单元中包括分别与第一数据封装步骤、第二数据封装步骤和第三数据封装步骤向对应的第一数据封装单元、第二数据封装单元和第三数据封装单元，用于分别按照对应的数据封装步骤对平台数据、业务数据和实验数据进行封装。封装产生的平台数据VCDU数据包、业务数据VCDU数据包输入到一级调度单元，实验数据VCDU数据包输出到二级调度单元。

一级调度单元对平台数据VCDU数据包、业务数据VCDU数据包按照图5所示的调度方法在卫星进入数传地面站可视弧段内时，通过数传物理信道进行发送。在卫星进入数传地面站可视弧段外时将平台数据和业务数据的VCDU数据包送固态存储器存储。

二级调度单元在卫星进入激光地面站可视弧段时，将固态存储器存储的平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包合成为集合VCDU数据包后和试验数据的VCDU数据通过动态调度合成一路数据，送激光物理信道进行发送，调度方法同样如图5所示。

二级业务编码单元和三级业务编码单元分别用于在对VCDU数据包通过激光物理信道和数传物理信道进行发送前对VCDU数据包进行编码。

三级业务编码单元对平台数据VCDU数据包、业务数据VCDU数据按照三级业务编码步骤进行编码；二级业务编码单元对集合VCDU数据包和实验数据VCDU数据包按照二级业务编码步骤进行编码。

编码后的VCDU数据包进行伪随机化并添加同步头后通过数传物理信道或激光物理信道进行发送。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种基于AOS标准的星载数据管理方法，包括对航天器数据进行封装产生VCDU数据包的数据封装步骤，所述航天器数据包括航天器终端产生的平台数据，载荷设备产生的业务数据和实验设备产生的试验数据；通过数传物理信道和/或激光物理信道对VCDU数据包进行发送的调度发送步骤，其特征在于，

所述调度发送步骤包括一级调度发送步骤和二级调度发送步骤，其中，一级调度发送步骤用于在卫星进入数传地面站可视弧段内时将平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包通过数传物理信道进行发送；二级调度发送步骤用于在卫星进入激光地面站可视弧段时将平台数据VCDU数据包和业务数据的VCDU数据包封装为集合VCDU数据包后和试验数据的VCDU数据包通过激光物理信道进行发送；

在所述一级调度发送步骤或二级调度发送步骤中，优先发送优先级最高的VCDU数据包；对于优先级相同的VCDU数据包，优先发送虚拟信道标示符最小的VCDU数据。

2.如权利要求1所述的一种基于AOS标准的星载数据管理方法，其特征在于：所述调度发送步骤中还包括针对数传物理信道的三级业务编码步骤和针对激光物理信道的二级业务编码步骤，

在三级业务编码步骤中，对经一级调度发送步骤后的VCDU数据包的版本号、航天器标识、虚拟信道标示符、信令域进行RS(10，6)编码并对整个VCDU数据包进行CRC编码；

在二级业务编码步骤中，对经二级调度发送步骤后的整个VCDU数据包进行RS(255，223)编码和深度为4的交织；

所述VCDU数据包括一级调度发送步骤中的平台数据的VCDU数据和业务数据的VCDU以及二级调度发送步骤中的集合VCDU数据和试验数据的VCDU数据。

3.如权利2所述的一种基于AOS标准的星载数据管理方法，其特征在于：对经所述三级业务编码步骤和/或二级业务编码步骤后的VCDU数据包进行伪随机化并添加同步头后进行发送。

4.如权利要求1所述的一种基于AOS标准的星载数据管理方法，其特征在于：所述数据封装步骤包括第一数据封装步骤、第二数据封装步骤和第三数据封装步骤；

第一数据封装步骤将平台数据首先封装成E_PDU；然后将多个E_PDU复用成一个M_PDU；最后将M_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成平台数据的VCDU数据包；

第二数据封装步骤将业务数据首先封装成B_PDU；然后将B_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成业务数据封的VCDU数据包；

第三数据封装步骤将试验数据作为VCDU的数据域进行封装，形成试验数据VCDU数据包。

5.一种根据权利要求1所述方法的星载数据管理装置，其特征在于包括：数据封装单元、数据调度单元、三级业务编码单元和二级业务编码单元，其中，所述数据封装单元包括第一数据封装单元、第二数据封装单元和第三数据封装单元；所述数据调度单元包括一级调度单元和二级调度单元；

第一数据封装单元将航天器终端产生的平台数据首先封装成E_PDU；然后将多个E_PDU复用成一个M_PDU；最后将M_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成平台数据VCDU数据包并发送给一级调度单元；

所述第二数据封装单元将载荷设备产生的业务数据先封装成B_PDU；然后将B_PDU作为VCDU的数据域进行封装，形成业务数据VCDU数据包并发送给一级调度单元；

所述第三数据封装单元将实验设备产生的试验数据作为VCDU的数据域进行封装，形成试验数据VCDU数据包并发送给二级调度单元；

所述一级调度单元将所述平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包进行缓存，在可利用数传物理信道进行数据包传输时，将平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包输出到三级业务编码发送单元；或，在可利用激光物理信道进行数据包传输时，将所述平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包封装成集合VCDU数据包后发送到二级调度单元；

所述二级调度单元在可利用激光物理信道进行数据包传输时，将集合VCDU数据包和试验数据VCDU数据包输出到二级业务编码发送单元；

所述三级业务编码发送单元对平台数据VCDU数据包和业务数据VCDU数据包中VCDU数据包的版本号、航天器标识、虚拟信道标示符、信令域进行RS(10，6)编码并对整个VCDU数据包进行CRC编码后，进行伪随机化并添加同步头后通过数传物理信道进行发送；

所述二级业务编码发送单元将集合VCDU数据包和试验数据VCDU数据包进行RS(255，223)编码和深度为4的交织后，进行伪随机化并添加同步头后通过激光物理信道进行发送。