IP Over AOS的軟件設(shè)計實現(xiàn)

邢衛(wèi)國 趙亞松 郭海鵬

(1 中國電子科技集團公司第五十四研究所河北石家莊 050081)

(2 河北省中小企業(yè)信息中心河北石家莊 050051)

IP Over AOS的軟件設(shè)計實現(xiàn)

邢衛(wèi)國1趙亞松1郭海鵬2

(1 中國電子科技集團公司第五十四研究所河北石家莊 050081)

(2 河北省中小企業(yè)信息中心河北石家莊 050051)

AOS是一種空間合作開發(fā)、空間資源廣泛采用的標(biāo)準，采用AOS技術(shù)，對視頻數(shù)據(jù)進行空地傳輸是勢在必行的。針對IP視頻數(shù)據(jù)的空地傳輸進行研究，采用AOS協(xié)議封裝，并在地面接收端再將IP數(shù)據(jù)恢復(fù)出來，通過以太網(wǎng)進行傳輸。根據(jù)視頻數(shù)據(jù)的特點，詳細描述了傳輸格式的要求，提出了不同于傳統(tǒng)采用FPGA硬件電路實現(xiàn)的軟件實現(xiàn)方法，對數(shù)據(jù)處理過程進行了仿真測試，給出了軟件處理的效率，證明了在實際應(yīng)用中的可行性。

軟件實現(xiàn) AOS Over IP IP視頻

1 引言

隨著空間技術(shù)的的不斷發(fā)展，國際合作開發(fā)逐漸成為發(fā)展趨勢，為國際社會所認可。AOS標(biāo)準的推出為空間合作提供了基礎(chǔ)，不斷地得到推廣應(yīng)用。將IP視頻數(shù)據(jù)采用AOS協(xié)議進行傳輸，在地面再將IP數(shù)據(jù)恢復(fù)出來，在地面以太網(wǎng)進行傳輸。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件可實現(xiàn)的功能越來越多，以前由硬件電路或FPGA完成的功能也逐步移植到應(yīng)用軟件來實現(xiàn)。

2 實現(xiàn)方法

CCSDS對IP包的封裝進行了定義，AOS對應(yīng)于地面網(wǎng)絡(luò)OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層，采用固定長度傳輸幀傳輸各種空間數(shù)據(jù)。AOS提供包服務(wù)和位流服務(wù)等7種服務(wù)類型，數(shù)據(jù)域可以為M_PDU、B_PDU、VCA_SDU和空閑數(shù)據(jù)。IP視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過IP頭封裝后采用M_PDU進行傳輸。在接收端，取出AOS傳輸?shù)母鞣N封裝頭，將IP數(shù)據(jù)幀恢復(fù)出來，再按照傳統(tǒng)的處理方法進行視頻數(shù)據(jù)的處理。

2.1 封裝格式

對要傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)，進行IP頭封裝、M_PDU頭封裝和AOS幀封裝，如表1、表2、表3和表4所示。

表1 CCSDS傳輸IP封裝包格式[1,2]

表2 PACKET HEADER格式

協(xié)議標(biāo)識：000：空閑包；110：用4bit的協(xié)議ID擴展域來識別協(xié)議；111：自定義數(shù)據(jù)。(第一字節(jié)：0xe0標(biāo)識空閑包，0xeb標(biāo)識有效包)

表3 M_PDU格式[3]

保留位填全0。第一包指針指向數(shù)據(jù)區(qū)第一個包頭位置，從0開始計數(shù)，若數(shù)據(jù)區(qū)不含包頭，填寫全1，若數(shù)據(jù)區(qū)空閑數(shù)據(jù)在填寫為“全1”減1，即“11111111110”。

表4 AOS幀格式（不含幀同步字和RS校驗符）[4,5]

傳輸幀長度N+6 Bytes（AOS幀頭6 Bytes）；版本號填“01”；VCID：000011：遙控數(shù)據(jù)；000110：視頻及話音IP數(shù)據(jù)；000101：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；111111：充數(shù)據(jù)；幀計數(shù)：為每個虛擬信道上產(chǎn)生的傳輸幀獨立按順序編號。信令域定義如下：延時標(biāo)志：1 bit，0表示實時，1表示延時；幀計數(shù)循環(huán)使用標(biāo)志：1 bit，0不使用，1使用；保留位：2 bit；幀計數(shù)循環(huán)：4 bit，當(dāng)幀計數(shù)歸零時加1。

2.2 封裝過程

對要傳輸?shù)腎P幀，首先進行IP封裝頭，再進行M_PDU封裝，最后封裝為AOS包，交信道進行傳輸。接收方按照反過程進行處理，但要考慮漏幀和誤碼等情況[6]。其封裝及接收流程如圖1和圖2所示。

圖1 封裝發(fā)送流程

圖2 接收解封裝流程

3 軟件關(guān)鍵設(shè)計

在IP視頻通信中，考慮到IP包的長度不會超過2 K Bytes，軟件采用4 K的緩沖區(qū)存儲接收的數(shù)據(jù)，并采用2個緩沖區(qū)，如圖3所示，一個純數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一個指針緩沖區(qū)，用指針緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)指針解析數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的完整數(shù)據(jù)包，提高了程序效率?？紤]到漏幀情況，當(dāng)AOS幀序號不連續(xù)時，通過插入空數(shù)據(jù)幀，減少對后續(xù)數(shù)據(jù)包的影響，提高視頻性能[7]。

圖3 接收緩沖區(qū)

4 性能統(tǒng)計

通過代碼分析，軟件資源開銷主要包括內(nèi)存搬移和比對判斷等。經(jīng)過實際測試，在主流臺式計算機上運行處理軟件，在處理10 M圖像數(shù)據(jù)流時，CPU占用率不足5%，處理時間不超過200 ms，效果很好。

5 結(jié)束語

經(jīng)過對仿真數(shù)據(jù)的處理及性能統(tǒng)計，為工程實踐提供了參考數(shù)據(jù)。為未來采用GPU等新型計算技術(shù)，處理帶校驗的更復(fù)雜的數(shù)據(jù)提供了思路，奠定了基礎(chǔ)。采用軟件技術(shù)實現(xiàn)IP Over AOS功能，代替了傳統(tǒng)的硬件實現(xiàn)，節(jié)約成本、便于維護和可靠性高，有很高的經(jīng)濟價值和推廣前景，必將在工程實現(xiàn)中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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[2]CCSDS135 0-B-4,Encapsulation Service[S].

[3]CCSDS702 1-R-4,Ip Over Ccsds Space Links[S].

[4]CCSDS732 0-B-2,Aos Space Data Link Protocal[S].

[5]CCSDS 700 0-G-3,Ccsds Advanced Orbiting Systems, Networks and Data Links[S].

[6]王曉波孫甲琦.IP OVER CCSDS空間組網(wǎng)應(yīng)用淺析[J].飛行器測控學(xué)報,2011(S1):37-40.

[7]蔣立正.IP OVER CCSDS空間組網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京:中國科學(xué)院研究生院,2009.

Software Design and Implementation of IP Over AOS

XING Wei-guo1ZHAO Ya-song1GUO Hai-peng2
(1 The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)
(2 Hebei Center for SME Information,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

The AOS is a standard,which is widely used in space cooperation development and space resources.The application of AOS technology in air--to-ground transmission of video data is imperative.Aiming at the research on air--to-ground transmission of IP video data,this paper uses AOS encapsulation protocol to recover IP data on ground receiver,and transfers the data by Ethernet.Based on the characteristics of video data,this paper describes the requirements of transmission format in detail,proposes a software realization method which is different from the traditional method realized by FPGA hardware circuit.The simulation and test of data processing are performed and the efficiency of software processing is given.The results prove the feasibility of this method in practical application.

software realization;AOS Over IP;IP video

TP393

A

1008-1739（2014）20-70-3

定稿日期：2014-09-26