一種航天器上多子網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

穆強(qiáng) 裴楠 郭堅(jiān) 程慧霞

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

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一種航天器上多子網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

穆強(qiáng) 裴楠 郭堅(jiān) 程慧霞

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

基于1553B總線歸納了對(duì)等子網(wǎng)和上下級(jí)子網(wǎng)2種子網(wǎng)間的連接方式，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，提出多子網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想。該設(shè)計(jì)既能保證子網(wǎng)的獨(dú)立性，又能將子網(wǎng)連接為一體,既可解決突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題,又能適用于復(fù)雜多子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的航天器。以某具體航天器為例，完成包含對(duì)等子網(wǎng)和上下級(jí)子網(wǎng)的多子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證了其可行性。文章提出的設(shè)計(jì)已應(yīng)用到航天器工程中，降低了多子網(wǎng)航天器協(xié)議設(shè)計(jì)的難度。

航天器上多子網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；組網(wǎng)方式；傳輸機(jī)制

1 引言

我國(guó)的航天器上廣泛采用1553B總線連接各個(gè)終端，組成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。這些終端分為總線控制器(BC)和遠(yuǎn)程終端(RT)，其中總線控制器是總線系統(tǒng)中的主控終端，控制和發(fā)起數(shù)據(jù)的傳輸[1]。目前，大多數(shù)航天器僅采用結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的單級(jí)總線網(wǎng)絡(luò)，所有的數(shù)據(jù)傳輸由總線控制器集中控制，多級(jí)總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用并不多；而且，網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交互要求也比較簡(jiǎn)單，一般僅傳輸少量常規(guī)的遙測(cè)信息，傳輸頻率和數(shù)據(jù)量也比較固定。由于航天器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)展，以及多個(gè)艙段既能組合工作、又能獨(dú)立工作的需求，航天器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)也向多級(jí)化發(fā)展，須要將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為不同子網(wǎng)，再進(jìn)一步組合為整個(gè)航天器的網(wǎng)絡(luò)，各子網(wǎng)應(yīng)具備完全對(duì)等的功能。這對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，各種不同傳輸頻率的數(shù)據(jù)及突發(fā)的上下行數(shù)據(jù)要在各個(gè)子網(wǎng)中傳輸共享，依靠總線控制器集中控制的方式很難實(shí)現(xiàn)上述靈活的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。

在國(guó)外的航天器中，特別是大型航天器，多1553B總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用比較常見。例如，“國(guó)際空間站”中的俄羅斯服務(wù)艙信息系統(tǒng)由2層總線網(wǎng)絡(luò)組成：第1層以6條1553B總線為核心，6條總線分為3組，各組總線分工明確，完成空間站整體管理；第2層混合使用1553B及RS-485等總線連接各分系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)完成本分系統(tǒng)的內(nèi)部任務(wù)[2]。在國(guó)內(nèi)的航天器中，多總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用還較少，且通信協(xié)議是針對(duì)航天器具體功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此很難推廣至其他航天器中應(yīng)用。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)多總線網(wǎng)絡(luò)航天器的應(yīng)用逐漸增加，建立多子網(wǎng)間通信機(jī)制的需求越來(lái)越明顯。為此，本文歸納了目前國(guó)內(nèi)航天器實(shí)際采用的2種較為常見的子網(wǎng)間的連接方式，并基于網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，提出了多子網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想，可滿足各類數(shù)據(jù)的子網(wǎng)共享需求，適用于建立多子網(wǎng)的航天器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合具體的多子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)思想的可行性。

2 多子網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1 多子網(wǎng)的組網(wǎng)方式

根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，多個(gè)1553B總線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)包括并行組網(wǎng)、層次化組網(wǎng)和混合組網(wǎng)等概念[3]?？紤]到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的復(fù)雜度，目前國(guó)內(nèi)航天器實(shí)際采用2種較為常見的連接方式，本文將其分別稱為對(duì)等子網(wǎng)(見圖1)和上下級(jí)子網(wǎng)(見圖2)。

如圖1所示，在對(duì)等子網(wǎng)中，將每個(gè)1553B總線系統(tǒng)看作1個(gè)子網(wǎng)，2個(gè)子網(wǎng)各自存在自己的總線控制器，且有1個(gè)公共終端分別作為2個(gè)總線系統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端，作為連接2個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。與之對(duì)比，圖2中，公共終端(即網(wǎng)關(guān))作為總線1的遠(yuǎn)程終端，同時(shí)又作為總線2的總線控制器，此時(shí)總線1所在子網(wǎng)稱為上級(jí)子網(wǎng)，總線2所在子網(wǎng)稱為下級(jí)子網(wǎng)?？梢姡?種連接方式的差別在于，作為網(wǎng)關(guān)的公共終端在2個(gè)子網(wǎng)中都是作為遠(yuǎn)程終端，還是在其中1個(gè)子網(wǎng)中是作為總線控制器。為了使不同的子網(wǎng)既能夠組合工作，又能夠互相分離并獨(dú)立工作，同一個(gè)公共終端不在2個(gè)子網(wǎng)中同時(shí)作為總線控制器。

圖1 對(duì)等子網(wǎng)示意Fig.1 Peer-to-peer subnet

圖2 上下級(jí)子網(wǎng)示意Fig.2 Superior/subordinate subnet

多個(gè)子網(wǎng)以上述方式進(jìn)行連接，可不斷擴(kuò)充航天器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，形成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)需要，子網(wǎng)可以按照終端類型進(jìn)行劃分，也可以按照終端設(shè)備在航天器中的安裝位置劃分。例如：不同類的有效載荷設(shè)備可劃分在不同的子網(wǎng)中，既便于數(shù)據(jù)的匯集，又有利于大型航天器網(wǎng)絡(luò)的管理；當(dāng)多艙段航天器有艙段分離的要求時(shí)，在需要分離的艙段內(nèi)建立獨(dú)立的子網(wǎng)，可使該艙段內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸具有獨(dú)立性，便于分離前后的數(shù)據(jù)傳輸管理。

2.2 多子網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制設(shè)計(jì)

多子網(wǎng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于建立子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，通過(guò)對(duì)子網(wǎng)間共享的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳輸需求設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的傳輸協(xié)議。根據(jù)目前航天器的一般數(shù)據(jù)傳輸需求，可將數(shù)據(jù)分為常規(guī)數(shù)據(jù)和突發(fā)數(shù)據(jù)。其中：常規(guī)數(shù)據(jù)一般包括周期性傳輸?shù)某Ｒ?guī)遙測(cè)數(shù)據(jù)等；突發(fā)數(shù)據(jù)一般包括上行注入數(shù)據(jù)、下行事件報(bào)告數(shù)據(jù)等。常規(guī)數(shù)據(jù)的傳輸由所在子網(wǎng)的總線控制器發(fā)起，根據(jù)使用需求按照數(shù)據(jù)傳輸頻度周期性地通過(guò)網(wǎng)關(guān)向相鄰子網(wǎng)進(jìn)行發(fā)布，最終傳輸至該子網(wǎng)的總線控制器進(jìn)行管理；突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸由數(shù)據(jù)源端發(fā)起，數(shù)據(jù)源端可能是子網(wǎng)的總線控制器或者遠(yuǎn)程終端，當(dāng)由遠(yuǎn)程終端發(fā)起時(shí)，要首先傳輸至所在子網(wǎng)的總線控制器，再由總線控制器根據(jù)數(shù)據(jù)使用需求進(jìn)行分發(fā)。在2類數(shù)據(jù)中，突發(fā)數(shù)據(jù)的高效率傳輸是協(xié)議設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

在傳統(tǒng)的單級(jí)總線網(wǎng)絡(luò)中，所有突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸都需要總線控制器控制，即使遠(yuǎn)程終端到總線控制器的傳輸，也需要總線控制器首先通知遠(yuǎn)程終端準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，等待約定的時(shí)間后再通知遠(yuǎn)程終端發(fā)送數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)方式中，當(dāng)跨越多級(jí)子網(wǎng)時(shí)，總線控制器要控制讀取另外一個(gè)子網(wǎng)的遠(yuǎn)程終端，這時(shí)須考慮2個(gè)子網(wǎng)的傳輸延遲等問(wèn)題，難以確定合適的取回時(shí)間，效率比較低；一旦網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充，還要重新分析傳輸?shù)臅r(shí)間，對(duì)已完成的設(shè)計(jì)帶來(lái)較大影響。另外，在傳統(tǒng)方式中是由總線控制器控制突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸，遠(yuǎn)程終端沒(méi)有主動(dòng)傳輸?shù)哪芰?，?dāng)發(fā)生故障或需要報(bào)告的事件時(shí)，無(wú)法送出對(duì)應(yīng)的事件報(bào)告，地面控制不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

在多子網(wǎng)的系統(tǒng)中，為保證各子網(wǎng)的獨(dú)立性，由每個(gè)子網(wǎng)的總線控制器主控所在子網(wǎng)的通信，并賦予遠(yuǎn)程終端主動(dòng)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Γ豢缱泳W(wǎng)的傳輸由總線控制器進(jìn)行中轉(zhuǎn)，經(jīng)由網(wǎng)關(guān)傳輸至相鄰子網(wǎng)的總線控制器，可解決突發(fā)數(shù)據(jù)跨子網(wǎng)傳輸?shù)膯?wèn)題。根據(jù)突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸要求的發(fā)起方不同，可分為航天器上終端自主發(fā)起和地面遙控發(fā)起，本文對(duì)2種突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。地面遙控發(fā)起的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸要求，如常見的航天器上計(jì)算機(jī)內(nèi)存讀出功能，是由地面發(fā)送指令，被讀出的終端解析后準(zhǔn)備好對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，向其所在子網(wǎng)總線控制器發(fā)起傳送的服務(wù)請(qǐng)求，總線控制器響應(yīng)該請(qǐng)求并獲取遙測(cè)包(稱為數(shù)據(jù)回傳)，并根據(jù)包路由規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。圖3為2級(jí)子網(wǎng)下行突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸示意，將傳輸過(guò)程中的傳輸發(fā)起和數(shù)據(jù)回傳分離，T0時(shí)刻子網(wǎng)1總線控制器發(fā)出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備通知，經(jīng)過(guò)T1時(shí)間后收到回傳的數(shù)據(jù)，T1即為數(shù)據(jù)回傳的延遲，其中包含子網(wǎng)2數(shù)據(jù)回傳延遲T2。數(shù)據(jù)回傳延遲不需要總線控制器控制，而是由遠(yuǎn)程終端的實(shí)際能力動(dòng)態(tài)確定。航天器上終端自主發(fā)起的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)回傳是一致的，因此也具備主動(dòng)發(fā)起自身突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求的能力，從而將2種因?yàn)榘l(fā)起方不同的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸統(tǒng)一。相同的機(jī)制便于擴(kuò)充至更大型的網(wǎng)絡(luò)。

圖3 突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程示意Fig.3 Transfer process of burst data

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以某航天器為例，其數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)見圖4。該航天器通過(guò)1553B總線組成網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為3個(gè)子網(wǎng)。子網(wǎng)1和子網(wǎng)2組成對(duì)等子網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)A連接，網(wǎng)關(guān)A分別作為子網(wǎng)1和子網(wǎng)2的遠(yuǎn)程終端；子網(wǎng)1和子網(wǎng)3組成上下級(jí)子網(wǎng)，其中子網(wǎng)1為上級(jí)子網(wǎng)，子網(wǎng)3為下級(jí)子網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)B連接，網(wǎng)關(guān)B分別作為子網(wǎng)1的遠(yuǎn)程終端和子網(wǎng)3的總線控制器。

航天器由多個(gè)艙段組成，子網(wǎng)1、2、3分別位于不同的艙段中，當(dāng)子網(wǎng)2所在艙段和子網(wǎng)1所在艙段需要分離時(shí)，分離開關(guān)2斷開，分離后，子網(wǎng)2獨(dú)立工作。子網(wǎng)3所在艙段和子網(wǎng)1所在艙段需要分離時(shí)，分離開關(guān)3斷開，分離后，子網(wǎng)1和子網(wǎng)3都處于獨(dú)立工作狀態(tài)。為了應(yīng)對(duì)艙段分離的需求，子網(wǎng)1、2、3所在艙段中都配備了獨(dú)立的對(duì)地上下行測(cè)控通道，可各自獨(dú)立地對(duì)地傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸由各子網(wǎng)中的總線控制器控制。在組合狀態(tài)下，地面控制中心可通過(guò)任意一個(gè)艙段的測(cè)控通道對(duì)航天器實(shí)施測(cè)控。由于3個(gè)子網(wǎng)具備獨(dú)立工作能力，因此在獨(dú)立狀態(tài)下仍可以單獨(dú)對(duì)獨(dú)立艙段進(jìn)行測(cè)控。另外，當(dāng)航天器某個(gè)對(duì)地測(cè)控通道發(fā)生故障時(shí)，作為故障預(yù)案，3個(gè)艙段中的測(cè)控通道可以實(shí)現(xiàn)互相備份。因此，須要設(shè)計(jì)子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分發(fā)和匯集等數(shù)據(jù)跨艙段共享，同時(shí)還要適應(yīng)艙段分離后的工作需求。

圖4 航天器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Spacecraft network structure

3.2 數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制

空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)(CCSDS)建議的高級(jí)在軌系統(tǒng)(AOS)鏈路協(xié)議[4]、空間包協(xié)議[5]、遙控?cái)?shù)據(jù)鏈路協(xié)議[6]，在我國(guó)航天器中已逐漸廣泛應(yīng)用。另外，為提高天地信道的利用率，獲取盡可能多的航天器信息，多個(gè)國(guó)內(nèi)航天器上實(shí)現(xiàn)了對(duì)下行遙測(cè)包的調(diào)度[7]。設(shè)計(jì)子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，須要綜合考慮航天器對(duì)地測(cè)控鏈路的協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸需求[8-9]，使天地傳輸結(jié)合為一體，簡(jiǎn)化地面操作，提高易用性。因此，本文結(jié)合CCSDS的協(xié)議，應(yīng)用多子網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想，完成第3.1節(jié)所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多子網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

3.2.1 上行數(shù)據(jù)的傳輸

上行天地鏈路采用CCSDS建議的遙控?cái)?shù)據(jù)鏈路協(xié)議，其中主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括遙控包、遙控傳送幀(遙控幀)、通信鏈路傳輸單元(CLTU)，三者之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)格式如圖5所示，遙控包的數(shù)據(jù)格式符合CCSDS空間包協(xié)議中遙控包的規(guī)定。圖6和圖7分別為遙控傳送幀和遙控包的數(shù)據(jù)格式。

上行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了2次分發(fā)的方式：第1次為鏈路層分發(fā)，確定該遙控幀的目的子網(wǎng)；第2次為網(wǎng)絡(luò)層分發(fā)，確定遙控幀中遙控包在子網(wǎng)內(nèi)的目的終端。通過(guò)2次分發(fā)，最大程度地保證了子網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)通信的獨(dú)立性，子網(wǎng)間互不影響，地面注入的數(shù)據(jù)可傳送至指定的終端。

由于多個(gè)艙段具有組合/獨(dú)立2種狀態(tài)，因此為3個(gè)艙段分配了不同的航天器標(biāo)識(shí)(SCID)，即通過(guò)遙控幀主導(dǎo)頭中的航天器標(biāo)識(shí)域可識(shí)別該遙控幀傳送給哪個(gè)艙段。另外，航天器上連接在1553B子網(wǎng)中的終端分配專用的應(yīng)用過(guò)程識(shí)別(APID)，遙控包主導(dǎo)頭中的應(yīng)用過(guò)程識(shí)別域體現(xiàn)了該遙控包的目的終端。地面可通過(guò)任意一個(gè)艙段的測(cè)控通道注入該遙控幀，航天器上收到后，根據(jù)航天器標(biāo)識(shí)進(jìn)行第1次分發(fā)。如果是本艙段的數(shù)據(jù)，則進(jìn)一步解析出內(nèi)部的遙控包，再次分發(fā)至本子網(wǎng)中的目的終端。如果是其他艙段的數(shù)據(jù)，則通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)A或B路由至目的子網(wǎng)，在該子網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行第2次分發(fā)，將解析出的遙控包發(fā)送至目的終端。

與單級(jí)子網(wǎng)設(shè)計(jì)思想相比，多子網(wǎng)間2次分發(fā)的上行數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，特別適用于有艙段分離工作模式的航天器，能保證各艙段的獨(dú)立性，可統(tǒng)一設(shè)計(jì)組合/獨(dú)立狀態(tài)下的數(shù)據(jù)分發(fā)，簡(jiǎn)化了工作模式變化所帶來(lái)的傳輸協(xié)議變化，便于實(shí)現(xiàn)多子網(wǎng)擴(kuò)充，滿足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需求。

圖5 上行鏈路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.5 Uplink data structure

注：m=1,2,…。圖6 遙控傳送幀F(xiàn)ig.6 Telecontrol transfer frame

注：n=1,2,…。圖7 遙控包Fig.7 Telecontrol packet

3.2.2 下行數(shù)據(jù)的傳輸

下行鏈路采用高級(jí)在軌系統(tǒng)鏈路協(xié)議，主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為信道訪問(wèn)數(shù)據(jù)單元(CADU)、虛擬信道數(shù)據(jù)單元(VCDU)、多路協(xié)議數(shù)據(jù)單元(M-PDU)、遙測(cè)包等。其中：VCDU的長(zhǎng)度在一個(gè)特定的航天器任務(wù)中是確定的，M-PDU的長(zhǎng)度與VCDU數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度相同，遙測(cè)包符合CCSDS空間包協(xié)議中遙測(cè)源包的規(guī)定。圖8為CADU和VCDU的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，圖9和圖10分別為VCDU主導(dǎo)頭和M-PDU的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

圖8 信道訪問(wèn)數(shù)據(jù)單元和虛擬信道數(shù)據(jù)單元Fig.8 CADU and VCDU

圖9 虛擬信道數(shù)據(jù)單元主導(dǎo)頭Fig.9 Primary header of VCDU

圖10 多路協(xié)議數(shù)據(jù)單元Fig.10 M-PDU

下行數(shù)據(jù)在3個(gè)艙段的測(cè)控通道下傳，首先需要實(shí)現(xiàn)的是航天器內(nèi)跨子網(wǎng)傳輸，在多個(gè)子網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。因此，航天器內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕康氖墙鉀Q子網(wǎng)間數(shù)據(jù)共享的問(wèn)題。因?yàn)?個(gè)艙段的測(cè)控信道都需要對(duì)遙測(cè)包進(jìn)行調(diào)度下傳，所以子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)共享以遙測(cè)包為單位，各終端將自身數(shù)據(jù)組成規(guī)定的遙測(cè)包，并匯集到所在子網(wǎng)的總線控制器?？偩€控制器通過(guò)網(wǎng)關(guān)將遙測(cè)包發(fā)送至相鄰子網(wǎng)，并接收相鄰子網(wǎng)送來(lái)的其他子網(wǎng)遙測(cè)包。由此，任意一個(gè)子網(wǎng)的總線控制器都可以獲得3個(gè)子網(wǎng)的遙測(cè)包，其中包括需要下行傳輸和航天器上自主管理等功能需要的數(shù)據(jù)信息。

子網(wǎng)間遙測(cè)包分為常規(guī)遙測(cè)包和突發(fā)遙測(cè)包。常規(guī)遙測(cè)包設(shè)計(jì)傳輸周期為1 s，在各個(gè)子網(wǎng)間進(jìn)行傳輸。根據(jù)可利用帶寬資源情況，以及地面遙測(cè)監(jiān)視的需求，分別在3個(gè)測(cè)控通道下傳時(shí)對(duì)所有遙測(cè)源包進(jìn)行多路復(fù)用，形成各自的M-PDU，置入VCDU中，完成下傳。突發(fā)遙測(cè)包由數(shù)據(jù)源端發(fā)起傳輸請(qǐng)求，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿谧泳W(wǎng)的總線控制器?？偩€控制器將突發(fā)遙測(cè)包通過(guò)本艙段測(cè)控信道下傳，并按照包路由規(guī)則將突發(fā)遙測(cè)包傳輸至相鄰子網(wǎng)的總線控制器，通過(guò)相鄰子網(wǎng)的測(cè)控信道再次下傳。綜上所述，遙測(cè)包實(shí)現(xiàn)整個(gè)航天器的網(wǎng)絡(luò)共享，并具備多個(gè)通道下傳的備份能力，且各通道可以獨(dú)立進(jìn)行調(diào)度控制。當(dāng)不需要多次備份時(shí)，可單獨(dú)停止遙測(cè)包在某個(gè)通道的下傳，避免信道資源的浪費(fèi)，而且在單個(gè)通道故障情況下也不會(huì)影響地面測(cè)控。

4 結(jié)束語(yǔ)

在航天器研制任務(wù)中，數(shù)據(jù)系統(tǒng)不斷趨向復(fù)雜化，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)向多級(jí)化發(fā)展，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為不同子網(wǎng)，再進(jìn)一步組合為整個(gè)航天器的網(wǎng)絡(luò)，使多子網(wǎng)數(shù)據(jù)通信需求越發(fā)迫切。本文提出了多子網(wǎng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)外屏蔽，既能保證子網(wǎng)的獨(dú)立性，又能將多個(gè)子網(wǎng)緊密連接為一體。此外，還重點(diǎn)解決了突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，使跨子網(wǎng)的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸簡(jiǎn)便易行。該設(shè)計(jì)能夠滿足多子網(wǎng)組合及分離的工作狀態(tài)，可方便地進(jìn)行擴(kuò)展，降低網(wǎng)絡(luò)管理的難度，適合應(yīng)用于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)航天器。目前，此設(shè)計(jì)方法已在1553B總線上實(shí)現(xiàn)，后續(xù)可對(duì)1553B總線協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行深入研究，以進(jìn)一步推廣其應(yīng)用。

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(編輯：夏光)

Design of On-board Multi-subnet Data Network of Spacecraft

MU Qiang PEI Nan GUO Jian CHENG Huixia

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing 100094,China)

Based on 1553B serial data bus,two link modes of multi-subnets which are peer-to-peer subnet and superior/subordinate subnet are concluded.And a design of multi-subnet is discussed combining with the network link relationship and data transmission mechanism.It can realize the independence of a subnet,and connect multi-subnets together.The problem of transmission of burst data is solved,so the design can be used in a spacecraft including a complex multi-subnet data network.An example of data system design for an actual spacecraft is described which includes a peer-to-peer subnet and a superior/subordinate subnet,and the result shows that this design is feasible.The design proposed has been applied to the spacecraft and can simplify the protocol design of the multi-subnet spacecraft.

spacecraft on-board multi-subnet data network；network mode；transmission mechanism

2015-02-12；

2015-11-10

國(guó)家重大科技專項(xiàng)工程

穆強(qiáng)，男，碩士，高級(jí)工程師，從事航天器數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。Email：muqiang3001@163.com。

V446.4

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.06.007