空間數據與信息傳輸系統(tǒng) 航天器信息系統(tǒng)業(yè)務和協(xié)議體系結構 征求意見稿

1GB/TXXXX—XXXX空間數據與信息傳輸系統(tǒng)航天器信息系統(tǒng)業(yè)務和協(xié)議體系結構本文件規(guī)定了航天器信息系統(tǒng)業(yè)務和協(xié)議體系結構、業(yè)務和協(xié)議之間的關系、業(yè)務和協(xié)議與硬件之間的關系。本文件適用于航天器信息系統(tǒng)的業(yè)務和協(xié)議的設計、選擇和使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T42041航天術語空間數據與信息傳輸GB/T42037-2022空間數據與信息傳輸系統(tǒng)參考體系架構GB/T39348-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)遙測同步與信道編碼GB/T39345-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)高級在軌系統(tǒng)空間數據鏈路協(xié)議GB/T39352-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)鄰近空間鏈路協(xié)議數據鏈路層GB/T39350-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)遙控空間數據鏈路協(xié)議GB/T39353-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)鄰近空間鏈路協(xié)議同步和編碼子層GB/T39349-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)遙控同步與信道編碼GB/T39354-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)鄰近空間鏈路協(xié)議物理層GB/T39351-2020空間數據與信息傳輸系統(tǒng)遙測空間數據鏈路協(xié)議GB/T42038-2022空間數據與信息傳輸系統(tǒng)文件傳輸協(xié)議GB/T42039-2022空間數據與信息傳輸系統(tǒng)空間包協(xié)議GB/T42040-2022空間數據與信息傳輸系統(tǒng)統(tǒng)一空間數據鏈路協(xié)議GB/T42634-2023空間數據與信息傳輸系統(tǒng)圖像數據壓縮GB/T42636-2023空間數據與信息傳輸系統(tǒng)無損數據壓縮GB/T42644-2023空間數據與信息傳輸系統(tǒng)束（BP）協(xié)議GB/T42649-2023空間數據與信息傳輸系統(tǒng)利克萊德傳輸（LTP）協(xié)議GB/T43375-2023空間數據與信息傳輸系統(tǒng)封裝包協(xié)議GB/T43372-2023空間數據與信息傳輸系統(tǒng)深空光通信物理層GB/T43423-2023空間數據與信息傳輸系統(tǒng)深空光通信編碼與同步GB/T43669-2024空間數據與信息傳輸系統(tǒng)航天器1553B總線通信協(xié)議2GB/T43671-2024ECSS-E-ST-70-41CCCSDS735.1-B-1ISO/IEC14496-10CodingISO/IEC13818-7GB/TXXXX—XXXX空間數據與信息傳輸系統(tǒng)航天器CAN總線通信協(xié)議TelemetryandTelecommandPacketUtilizationAsynchronousMessageService.Issue1Informationtechnology-Codingofaudio-visualobjects-Part10:AdvancedVideoInformationtechnology–Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation–Part7:AdvancedAudioCoding(AAC)RFC3550RTP:ATransportProtocolforReal-TimeApplicationCCSDS875.0-M-1-SSpacecraftOnboardInterfaceServices--MessageTransferServiceCCSDS871.0-M-1-SSpacecraftOnboardInterfaceServices--DeviceAccessServiceCCSDS871.2-M-1-SSpacecraftOnboardInterfaceServices--DeviceVirtualizationServiceCCSDS871.1-M-1-SSpacecraftOnboardInterfaceServices--DeviceDataPoolingServiceCCSDS872.0-M-1-SSpacecraftOnboardInterfaceServices—TimeAccessServiceRFC793TransmissionControlProtocolRFC768UserDatagramProtocolRFC6071IPSecurity(IPsec)andInternetKeyExchange(IKE)DocumentRoadmapRFC791InternetProtocolRFC2460InternetProtocol,Version6(IPv6)SpecificationCCSDS702.1-B-1IPoverCCSDSSpaceLinksISO18425:2013SpacecraftOnboardInterfaceServices--SubnetworkPacketServiceISO18426:2013SpacecraftOnboardInterfaceServices--SubnetworkMemoryAccessServiceISO18427:2013SpacecraftOnboardInterfaceServices--SubnetworkSynchronizationServiceISO18428:2013SpacecraftOnboardInterfaceServices—SubnetworkDeviceDiscoveryServiceISO18438:2013SpacecraftOnboardInterfaceServices—SubnetworkTestServiceSAEAS6802-2011(R2016)Time-TriggeredEthernetCCSDS401.0-B-32RadioFrequencyandModulationSystems-Part1：EarthStationsandSpacecraft3術語和定義GB/T42041界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1亞網層subnetworklayer處于網絡層以下，對上層提供統(tǒng)一的接口，以屏蔽底層數據鏈路的不同。4縮略語下列縮略語適用于本文件。AMS：異步消息業(yè)務（AsynchronousMessageService）AOS：高級在軌系統(tǒng)（AdvancedOrbitingSystem）3GB/TXXXX—XXXXAPI：應用程序編程接口（ApplicationProgrammingInterface）AN：模擬量（Analogue）BSP：板級支持包（BoardSupportPackage）CCSDS：國際空間數據系統(tǒng)咨詢委員會（ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems）CFDP：文件傳輸協(xié)議（CCSDSFileDeliveryProtocol）CPU：中央處理器（CentralProcessingUnit）DACP：設備抽象控制規(guī)程（DeviceAbstractionControlProcedure）DAP：設備特定訪問協(xié)議（Device-specificAccessProtocol）DAS：設備訪問業(yè)務（DeviceAccessService）DDPS：設備數據池業(yè)務（DeviceDataPoolingService）DES：設備枚舉業(yè)務（DeviceEnumerationService）DVS：設備虛擬化業(yè)務（DeviceVirtualisationService）DS：串行數字量（DigitalSerial）ECSS：歐洲航天標準化組織（EuropeanCooperationforSpaceStandardization）IP：網際互聯(lián)協(xié)議（InternetProtocol）IPoC：IP通過CCSDS（IPoverCCSDS）IETF：國際互聯(lián)網工程任務組（TheInternetEngineeringTaskForce）IO：輸入輸出（Input/Output）ML：內存加載（MemoryLoad）MTS：消息傳輸業(yè)務（MessageTransferService）PUS：包應用標準（PacketUtilisationStandard）RAM：隨機存取存儲器（RandomAccessMemory）ROM：只讀存儲器（Read-OnlyMemory）RT：遠置終端（RemoteTerminal）SCPS-TP：空間通信協(xié)議標準-傳輸協(xié)議（SpaceCommunicationsProtocolStandards-TransportProtocol）SIS：空間網絡互聯(lián)業(yè)務（SpaceInternetworkingService）SLS：空間鏈路業(yè)務（SpaceLinkService）SDIU：航天器數據接口單元（SpacecraftDataInterfaceUnit）SMU：航天器管理單元（SpacecraftManagementUnit）SOIS：航天器接口業(yè)務（SpacecraftOnboardInterfaceServices）TAS：時間訪問服務（TimeAccessService）TC：遙控（Telecommand）4GB/TXXXX—XXXXTCP：傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol）TM：遙測（Telemetry）TTE：時間觸發(fā)以太網（TimeTriggeredEthernet）UDP：用戶數據報協(xié)議（UserDatagramProtocol）USLP：統(tǒng)一空間數據鏈路協(xié)議（UnifiedSpaceDataLinkProtocol）5業(yè)務和協(xié)議體系結構5.1總體設計5.1.1總體設計原則業(yè)務和協(xié)議體系結構的設計遵循如下原則：a)可擴展性。通過分層將復雜的系統(tǒng)協(xié)議分解為處于特定層次的相對簡單的多個獨立協(xié)議，每一層的協(xié)議可以隨著技術的發(fā)展獨立更新和完善而不影響其它層次，使得系統(tǒng)具有良好的可擴展性。b)兼容性。未來要實現(xiàn)空間網絡、航天器內部網絡、地面互聯(lián)網之間的互聯(lián)互通，在協(xié)議體系結構設計時需考慮目前航天器以及地面互聯(lián)網已經廣泛使用的標準協(xié)議，盡量做到兼容現(xiàn)有的協(xié)議標準。c)適應性。協(xié)議體系結構既要考慮近地空間拓撲結構高動態(tài)變化、誤碼率高的特性，又要考慮深空環(huán)境下長延遲、上下行不對稱等特性，可適應不同的應用場景。d)安全性。由于各類網絡均遵循統(tǒng)一的體系結構和標準協(xié)議，網絡安全也需要重點關注。e)可實現(xiàn)性。目前航天器的資源包括計算能力、存儲能力、網絡能力等相對地面而言是受限的，需綜合考慮各類協(xié)議在航天器中的可實現(xiàn)性以及效率。5.1.2協(xié)議體系分層結構根據設計原則，業(yè)務和協(xié)議體系結構采用分層的結構，從CCSDS的空間通信協(xié)議體系、航天器內部通信協(xié)議體系、ECSS協(xié)議體系以及TCP/IP協(xié)議體系中按需選取了部分協(xié)議，自頂向下分別為應用層、傳輸層、網絡層、亞網層，如圖1所示。該協(xié)議體系分為四層，自上至下分別為應用層、傳輸層、網絡層、亞網層。5GB/TXXXX—XXXX圖1航天器信息系統(tǒng)業(yè)務和協(xié)議體系結構a)應用層：通過PUS實現(xiàn)遙控遙測標準化，通過AMS支持多星信息共享,通過BP實現(xiàn)多種傳輸協(xié)議并存，通過CFDP支持文件的標準化傳輸，通過消息傳輸業(yè)務實現(xiàn)星內信息共享，通過設備訪問業(yè)務、設備虛擬化業(yè)務和設備數據池業(yè)務實現(xiàn)對設備的統(tǒng)一訪問接口，通過時間訪問業(yè)務實現(xiàn)對時間的統(tǒng)一訪問接口。支持應用層安全協(xié)議。b)傳輸層：通過LTP/UDP實現(xiàn)多種傳輸質量支持。c)網絡層：通過空間包/IPv6實現(xiàn)星地、星間、星內、地面協(xié)議一體化設計。d)亞網層-數據鏈路層：空間鏈路通過USLP/AOS實現(xiàn)星地、星間鏈路層統(tǒng)一，支持65536個衛(wèi)星；星內鏈路通過包業(yè)務+1553/TTE/TSN實現(xiàn)總線接口統(tǒng)一。e)亞網層-物理層：空間通信支持激光、微波兩種體制，星內通信支持1553B、CAN、TTE、TSN等多種總線。在業(yè)務及協(xié)議體系結構中，核心是SOIS業(yè)務。而SOIS業(yè)務與其他業(yè)務之間、SOIS內部各業(yè)務之間、SOIS業(yè)務與硬件之間有關聯(lián)關系。5.2應用層設計5.2.1應用層結構應用層是體系結構中的最高層，直接為用戶的各種應用提供服務，可以直接針對用戶的需要，設計6GB/TXXXX—XXXX特定的應用協(xié)議。應用層包括應用管理層和應用支持層。應用支持層提供大量通用化的業(yè)務，對應用管理層的各類智能化應用提供基礎支撐。通過將任務相關部分（應用管理層）與通用支持部分（應用支持層）分離，實現(xiàn)任務相關部分輕量化，通過更改任務參數配置代替特定任務的編程。通用支持部分通過抽象和歸納形成完善和靈活通用服務支持機制，同時提供開放的擴展機制，滿足任務特殊要求。應用層組成及上下層關系見圖2所示，其中應用管理層功能與應用支持層業(yè)務關系見表1。圖2應用層組成及上下層關系針對應用支持層，推薦遵循標準引用的CCSDS和ECSS開發(fā)的相關協(xié)議，也可以使用用戶專用協(xié)議完成相關任務，可供選用的主要協(xié)議及其標準如下：a)PUS遵循ECSS-E-ST-70-41C的要求。b)CFDP遵循GB/T42038-2022的要求。c)AMS遵循CCSDS735.1-B-1的要求。d)BP遵循GB/T42644-2023的要求。e)無損數據壓縮遵循GB/T42636-2023的要求。f)圖像數據壓縮遵循GB/T42634-2023的要求。g)視頻編碼H.264遵循ISO/IEC14496-10的要求。h)音頻編碼ACC遵循ISO/IEC13818-7的要求。7GB/TXXXX—XXXXi)RTP遵循RFC3550的要求。j)應用層安全協(xié)議由用戶自行開發(fā)。k)消息傳輸業(yè)務遵循CCSDS875.0-M-1-S的要求。l)設備訪問業(yè)務遵循CCSDS871.0-M-1-S的要求。m)設備虛擬化業(yè)務遵循CCSDS871.2-M-1-S的要求。n)設備數據池業(yè)務遵循CCSDS871.1-M-1-S的要求。o)時間訪問業(yè)務遵循CCSDS872.0-M-1-S的要求。p)用戶專用協(xié)議由用戶自行開發(fā)。表1應用管理層與應用支持層的業(yè)務關系表功能遙測遙控時間內務熱控能源姿態(tài)和軌解鎖與轉網絡智能移動擴展應用業(yè)務/協(xié)議管理管理管理管理管理管理道控制動機構管理管理管理管理PUS遙控確認業(yè)務√√√√√√√√√√√PUS設備命令分發(fā)業(yè)務√√√√√√√√PUS內務診斷數據報告業(yè)務√√√PUS參數統(tǒng)計報告業(yè)務√√PUS事件報告業(yè)務√√√√√√√√√PUS存儲器管理業(yè)務√√PUS功能管理業(yè)務√√√√√√√√PUS時間管理業(yè)務√√PUS在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務√√PUS在軌監(jiān)視業(yè)務√√√√√√√√PUS大數據傳輸業(yè)務√√√√√PUS包傳送控制業(yè)務√√√√√√√√√PUS在軌存儲和回收業(yè)務√√PUS測試業(yè)務√√PUS在軌作業(yè)程序業(yè)務√√PUS事件動作業(yè)務√√√√√√√√應用層安全協(xié)議√√√√√√√√√√√√AMS√√√√√√√√√√√√8GB/TXXXX—XXXXRTP√√√√視頻編碼√√√√音頻編碼√√√√SNMP√√消息傳輸業(yè)務√√√√√√√√√√√√命令與數據獲取業(yè)務√√√√√√√√√√√√時間訪問業(yè)務√√√√√√√√√√√√設備枚舉業(yè)務√√文件及包存儲業(yè)務√√√√CFDP√√√BP√√√√5.2.2遙測遙控包應用標準PUSPUS提供地面操作用戶對航天器進行監(jiān)視和控制的服務。該協(xié)議主要用于以下領域的航天器監(jiān)視與控制：遙控、遙測報告、軟件管理、星上操作調度、在軌監(jiān)視、在軌作業(yè)程序、在軌事件響應、在軌存儲和回收、遙測生成和傳送、存儲器管理以及診斷與測試等。該標準在空間包協(xié)議的基礎上，對空間包的副導頭以及數據域格式進行了標準化定義。PUS可應用于應用層協(xié)議(如：AMS等)、傳輸層協(xié)議(如：TCP、UDP、SCPS-TP等)或者網絡層空間包協(xié)議之上。5.2.3文件傳輸CFDPCFDP提供航天器到地面、地面到航天器以及航天器之間的可靠文件傳輸服務，該協(xié)議是一個跨層的協(xié)議，既具有應用層文件管理的功能，也具有傳輸層的功能。CFDP可以采用存儲-轉發(fā)的方式實現(xiàn)在空間鏈路中的多跳文件傳輸。CFDP能夠應用在應用層協(xié)議(如：BP)、傳輸層協(xié)議(如：TCP、UDP、SCPS-TP)或者網絡層協(xié)議(如：空間包協(xié)議、封裝業(yè)務)之上。5.2.4異步消息業(yè)務AMSAMS提供用戶間的端對端空間消息傳輸，支持消息訂閱/發(fā)布、消息廣播、消息查詢/回復、消息發(fā)送/接收等功能。AMS對于用戶提供豐富的消息服務，對下屏蔽網絡協(xié)議的不同、通信用戶所在位置的不同以及硬件接口的不同。AMS能夠應用在傳輸層協(xié)議（如：TCP、UDP、SCPS-TP等）、網絡層空間包協(xié)議之上。5.2.5束協(xié)議BPBP提供端到端的網絡服務，運行于鏈路或網絡提供的數據傳輸服務之上，構建基于存儲-轉發(fā)機制的網絡。BP能夠應用在傳輸層協(xié)議（如：LTP、TCP、UDP、SCPS-TP等）、網絡層封裝業(yè)務之上。5.2.6視頻編碼H.264編碼效率高，容錯能力強，可支持各種視頻應用，如視頻會議、高清晰度電視廣播等。視頻編碼在RTP之上，與之配合使用。9GB/TXXXX—XXXX5.2.7音頻編碼ACC是一種高質量音頻編碼標準，可支持多達48個音軌，5.1多聲道支持，具有采樣率高、采樣精度高等特點。音頻編碼在RTP之上，與之配合使用。5.2.8實時傳輸協(xié)議RTPRTP為實時應用提供端到端的傳輸服務，不提供任務服務質量保證。需要發(fā)送的多媒體數據，包括音頻和視頻數據經過壓縮編碼后，先送給RTP封裝，再裝入傳輸層的UDP協(xié)議。5.2.9簡單網絡管理協(xié)議SNMPSNMP用于專門設計在IP網絡管理節(jié)點的一種標準協(xié)議，在傳輸層依靠UDP協(xié)議進行傳輸。5.2.10消息傳輸業(yè)務消息傳輸業(yè)務（MTS）可以提供航天器內部應用程序之間基于消息的相互通信，可以保證有限延時，并支持多播和組播功能。該業(yè)務可以屏蔽應用程序的物理位置。消息傳輸業(yè)務的目的提供一種支持星上軟件任務通信調度的模型化業(yè)務方法。MTS提供如下功能：a)按照特定優(yōu)先級將消息發(fā)送給另一個其它的應用程序；b)接收來自其它應用程序的下一條消息。決定下一條消息的方法可以采用基于優(yōu)先級或FIFO的隊列實現(xiàn)；c)按照特定優(yōu)先級將消息發(fā)送給另一個其它的應用程序后，接收來自另一個應用程序的消息應答。d)多播一個消息到一個已定義分組內的所有應用程序。例如，消息訂閱-發(fā)布模式的實現(xiàn)；e)廣播一個消息到航天器內所有的應用程序。5.2.11命令與數據獲取業(yè)務命令與數據獲取業(yè)務包括如下三個業(yè)務：5.2.12設備訪問業(yè)務設備訪問業(yè)務(DAS)提供了最基本的設備讀寫的能力，應用軟件可以對其進行直接調用，也可以使用它來提供更復雜的功能，比如一些數據轉換業(yè)務或者是監(jiān)視業(yè)務。業(yè)務用戶不需要關心設備的物理位置或電子接口單元詳細信息。它被看成是特定設備的驅動程序。提供的功能包括：a)設備讀取功能：從設備讀取數據，業(yè)務用戶提供一個邏輯標識符(identifier)和值標識符(identifier),DAS負責通過解析邏輯地址來指定設備物理地址和實際訪問接口。DAS讀取設備數據并將其數據返回給業(yè)務用戶。b)設備寫入功能：向設備寫入數據，業(yè)務用戶提供一個邏輯標識符(identifier)、值標識符(identifier)和寫入數據,DAS負責指定設備物理地址和實際訪問接口，將數據寫入到該設備后返回。GB/TXXXX—XXXX設備虛擬化業(yè)務設備虛擬化業(yè)務(DVS)提供給業(yè)務用戶通過物理設備的虛擬映像來訪問設備的方法。業(yè)務用戶使用設備的虛擬映像來訪問設備，DVS負責將用戶發(fā)給虛擬映像的指令轉化為實際的物理設備指令。提供的功能包括：a)指令發(fā)送：向設備發(fā)送指令，業(yè)務用戶提供設備標識符，指令標識符和指令參數。DVS啟動指令發(fā)送并返回一個指示指令執(zhí)行結果的狀態(tài)信息。b)數據獲?。合蛟O備獲取數據，業(yè)務用戶提供設備標識符和數據標識符。DVS啟動數據標識符相關的數據獲取動作，并將數據返回給用戶。設備數據池業(yè)務設備數據池業(yè)務（DDPS）維護了一系列設備的狀態(tài)信息。業(yè)務用戶可以通過數據池直接訪問設備狀態(tài)信息，不再需要產生一個對真實設備的讀請求指令。DDPS可以周期性的按照指定的采集頻率對設備狀態(tài)進行采集，或者通過中斷請求來刷新數據。DVS需要負責保證軟件映像的正確性和數據池中參數的更新周期。DDPS需要借助于DVS或DAS來實現(xiàn)。提供的功能包括：a)從設備中獲取數據并將其存儲在設備池中?？赏ㄟ^兩種形式：1)DDPS周期性的從設備中獲取數據；2)設備周期性或突發(fā)性的向DDPS發(fā)送數據。b)從設備池中讀取數據:允許業(yè)務用戶從數據池中讀取數據。5.2.13時間訪問業(yè)務時間訪問業(yè)務（TAS）提供給業(yè)務用戶訪問本地時間源的統(tǒng)一接口。該業(yè)務提供的時間值可被應用程序用來進行某項調度操作，例如，獲取映像值或為遙測數據加時間戳。提供的功能包括：a)提供應用程序按需獲取時間的能力。b)提供用戶在某一指定時刻進行事件通知的功能。c)提供用戶周期性進行事件觸發(fā)的功能。5.2.14文件及包存儲業(yè)務業(yè)務用于訪問本地或遠程文件存儲區(qū)的文件或包存儲區(qū)的包。5.2.15設備枚舉業(yè)務用于對航天器設備增加、刪除等的管理，實現(xiàn)設備的即插即用。5.2.16應用安全協(xié)議應用安全協(xié)議可采用QUIC協(xié)議，用于對應用數據進行安全防護。5.2.17應用特定協(xié)議應用特定協(xié)議由用戶自行開發(fā)，可應用于模型中的各層通信協(xié)議之上，支持協(xié)議的擴展。例如可開GB/TXXXX—XXXX發(fā)一些網關轉換協(xié)議，用于兼容現(xiàn)有在軌航天器的具體任務特定協(xié)議。5.3傳輸層設計傳輸層提供可靠傳輸和不可靠傳輸兩種業(yè)務以及安全業(yè)務，傳輸層的組成及上下層關系如下圖所示。圖3傳輸層組成及上下層關系不可靠傳輸業(yè)務采用UDP協(xié)議，當需要進行數據的傳輸確認時，可通過應用支持層的PUS遙控確認業(yè)務或應用層的應用特定協(xié)議實現(xiàn)?？煽總鬏敇I(yè)務采用TCP、LTP等。安全業(yè)務采用IPSec。根據網絡層中協(xié)議的不同，本層的協(xié)議可通過網絡層中IP協(xié)議中的協(xié)議標識、封裝業(yè)務中的協(xié)議標識、空間包協(xié)議中的APID進行區(qū)分。傳輸層各協(xié)議遵循的標準如下：a)TCP遵循RFC793的要求；b)UDP遵循RFC768的要求；c)LTP遵循GB/T42649-2023的要求；d)IPSec遵循RFC6071的要求。5.3.1TCPTCP支持上層應用之間的端到端通信，主要適用于地面任務，在空間任務也可應用，但會對速率造成一定影響。TCP對應用層提供有連接的、可靠的傳輸服務。該協(xié)議應用在IPv4或者IPv6協(xié)議之上。5.3.2UDPUDP支持上層應用之間的端到端通信，適用于地面任務和空間任務。UDP對應用層提供無連接的、GB/TXXXX—XXXX不可靠的傳輸服務。該協(xié)議應用在IPv4或者IPv6協(xié)議之上。5.3.3LTPLTP對應用層提供單跳數據鏈路上的可靠數據通信，適用于長延時、時斷時續(xù)的空間任務，是DTN網絡中的核心傳輸協(xié)議，應用在封裝業(yè)務或者UDP之上。5.3.4IPSECIPSec為空間傳輸協(xié)議提供端到端的數據保護能力。5.4網絡層設計網絡層的主要功能是實現(xiàn)兩個網絡系統(tǒng)中的數據透明傳送，同時提供網絡的管理功能，具體包括路由選擇、可靠傳輸、擁塞控制、動態(tài)接入等。網絡層的組成及上下層關系如圖4所示。圖4網絡層組成及上下層關系網絡層兼容地面的IP協(xié)議以及CCSDS的封裝業(yè)務、空間包協(xié)議、IPoverCCSDS（IPoC）協(xié)議、路由協(xié)議。本層的協(xié)議通過各協(xié)議頭中的包版本號以及封裝業(yè)務中的協(xié)議標識進行區(qū)分。由于IPv4地址已全部分配完畢，下一代互聯(lián)網采用IPv6協(xié)議，后續(xù)建議直接采用IPv6實現(xiàn)互聯(lián)互通。在星內目前由于采用低速1553B總線，可在網絡層采用簡單的空間包協(xié)議，通過空間鏈路傳輸時將空間包封入IP包中傳輸。后續(xù)新系統(tǒng)可采用高速時間觸發(fā)以太網（TTE）總線，網絡層可直接應用IPv6協(xié)議，與空間網絡實現(xiàn)互聯(lián)。GB/TXXXX—XXXX網絡層可供選用的主要協(xié)議及其標準如下：a)空間包協(xié)議遵循GB/T42039-2022的要求。b)封裝業(yè)務遵循GB/T43375-2023的要求。c)IPv4遵循RFC791的要求。d)IPv6遵循RFC2460的要求。e)IPoC遵循CCSDS702.1-B-1的要求。網絡層協(xié)議的PDU是通過空間數據鏈路協(xié)議在空間鏈路上進行傳輸。其中，空間包協(xié)議的PDU可以直接在通過空間鏈路協(xié)議傳輸。IPv4和IPv6的PDU應通過IPoC以及封裝業(yè)務進行封裝后才能通過空間數據鏈路傳輸。這些協(xié)議并不提供對于丟失或損壞的數據進行重傳的能力，因此若需要傳送完整數據，則需要在更高層協(xié)議中實現(xiàn)重傳。5.4.1空間包協(xié)議SPP提供了通過一個或多個底層子網將數據從源應用過程傳送到一個或多個目的應用過程的單向數據傳輸服務。SPP提供了在空間鏈路中高效的傳送數據的能力，以及路由數據穿越空間數據系統(tǒng)的能力。SPP主要用于低速的測控鏈路以及星內鏈路。5.4.2封裝業(yè)務封裝業(yè)務使用空間數據鏈路協(xié)議傳輸一系列變長的、有限的、字節(jié)對齊的數據單元。該業(yè)務用于發(fā)送或接收未經非CCSDS授權包版本的PDU，業(yè)務提供者不關心使用該業(yè)務傳輸的數據單元的格式或內容。封裝業(yè)務將用戶提供的數據單元不加改變的包裝成一個符合數據鏈路層協(xié)議格式要求的空間包或一個封裝包，一個單獨的包最多只包含一個數據單元。5.4.3IPIP用于在源端和目的端之間傳送數據塊，支持長數據塊的分段和重新組裝功能。IP包括IPv4和IPv6兩個版本，出于擴展性考慮，建議采用IPv6協(xié)議。當其PDU需要通過空間鏈路傳送時，與IPoC協(xié)議以及封裝業(yè)務配合使用。IP主要用于高速數傳/星間鏈路以及星內高速鏈路。5.4.4IPOC為完成各種IPPDU的多路復用，IPoC使用了被稱為IPE的數據結構，將IPPDU封裝到IPE，然后再使用封裝業(yè)務一對一地形成封裝包。IPoC屏蔽不同網絡層協(xié)議可能造成的差異化影響，支持IPv4、IPv6、SPP等不同網絡層協(xié)議的一體化設計，通過CCSDS提供的數據鏈路協(xié)議，實現(xiàn)在航天器之間，或者航天器與地面設備之間進行數據交換和傳輸。5.4.5路由協(xié)議路由協(xié)議用于在自治系統(tǒng)內自主決策路由，該協(xié)議支持負載均衡和基于服務類型的選路，也支持多種路由形式，需要單獨開發(fā)。5.5亞網層設計亞網層位于網絡層以下，提供一系列業(yè)務供上層調用，包含空間通信和星內通信兩部分。GB/TXXXX—XXXXa)空間通信提供的業(yè)務為包傳輸業(yè)務，提供網絡層及以上IP包、空間包、封裝包等多種包的傳輸。b)星內通信采用航天器星載接口業(yè)務（SOIS）標準的包業(yè)務、存儲器訪問業(yè)務、同步業(yè)務。亞網層組成及與上層關系如圖5所示。圖5亞網層組成及與上層關系5.5.1亞網層-空間通信數據鏈路層.1協(xié)議選用要求數據鏈路層包含數據鏈路協(xié)議子層、同步和信道編碼子層兩個子層。.1.1數據鏈路協(xié)議子層數據鏈路協(xié)議子層可供選用的協(xié)議如下：a)采用遙控空間數據鏈路協(xié)議時，應遵循GB/T39350-2020的要求。b)采用AOS空間數據鏈路協(xié)議時，遵循GB/T39345-2020的要求，并與CCSDS142.0-B-1配合使用。c)采用統(tǒng)一空間數據鏈路協(xié)議時，遵循GB/T42040-2022的要求，并與CCSDS142.0-B-1配合使用。GB/TXXXX—XXXXd)a)~c)中包含了可選的安全協(xié)議?？臻g動態(tài)接入協(xié)議需要單獨開發(fā)。.1.2同步和信道編碼子層同步和信道編碼子層可供選用的協(xié)議如下：a)采用遙控同步和信道編碼時，應遵循GB/T39349-2020的要求。b)采用遙測同步和信道編碼時，應遵循GB/T39351-2020的要求。c)采用激光信道編碼和同步時，應遵循CCSDS142.0-B-1的要求。.2遙控空間數據鏈路協(xié)議遙控空間數據鏈路協(xié)議用于在地面到空間或者空間到空間的空間鏈路中傳輸多種類型和特征的應用數據。最常見的用法是地面通過該協(xié)議向航天器傳輸前向數據。遙控空間數據鏈路協(xié)議的主要特點如下：a)傳送幀的幀長可變，支持不同長度的數據通過空間鏈路靈活傳送；b)提供分段功能，支持將大塊的專用數據或者包切成段后放入傳送幀進行傳送；c)對用戶提供兩種服務類型，一種是序列控制服務(A類服務)，另一種是便捷服務(B類服務)。在A類服務中，提供重傳功能，在數據出錯后支持按傳送幀進行自動重傳。在B類服務中，用戶提供的服務數據單元只被傳送一次(即無重傳)；d)最大支持64個VC，一個物理信道可分為多個VC，每個VC上可傳送不同類型和服務質量的數據，從而提高數據傳送的靈活性；e)在VC中可通過MAP支持多個不同來源的數據在一個虛擬信道中傳送，每個虛擬信道最大可支持64個MAP；f)對用戶提供7種不同的服務，用于處理不同特征的數據。遙控空間數據鏈路協(xié)議一般與COP-1配合使用，COP-1通過重傳機制，保證在有噪聲的空間鏈路上傳送數據的正確性、完整性以及順序性。COP-1支持序列控制服務和便捷服務兩種服務等級，可與遙控空間數據鏈路協(xié)議配合使用，對于每個虛擬信道，COP-1都包含一對同步的規(guī)程，即在發(fā)送端運行的FOP-1和在接收端運行的FARM-1兩個規(guī)程。發(fā)送端的FOP-1發(fā)送傳送幀到接收端的FARM-1，F(xiàn)ARM-1將傳送幀的接收狀態(tài)報告通過CLCW返回到FOP-1。.3AOS空間數據鏈路協(xié)議AOS用于在空間到地面、地面到空間、空間到空間的空間鏈路中傳輸多種類型和特征的應用數據。AOS可將平臺和載荷數據流統(tǒng)一，支持遙測、遙控、音頻、視頻、靜止圖像、實驗數據等不同信息同時傳送。AOS的協(xié)議的主要特點如下：a)支持的用戶數據率變化范圍大，可從幾bit/s到上Gbit/s；GB/TXXXX—XXXXb)可為大量用戶提供方便、透明和標準化的服務，可廣泛地滿足科學研究、工程試驗和商業(yè)經營等各種任務的需要；c)可處理新的數字化的數據類型(包括音頻和視頻信號)；d)可通過空地數據信道對稱地進行數據傳送；e)采用兩種多路復用機制，即包信道的多路復用及虛擬信道的多路復用，且用戶動態(tài)分享信道，提高了空間數據信道的利用率；f)設置7種不同的服務，用于處理不同性質的數據；g)根據用戶對業(yè)務質量的不同要求，采用三種不同的服務等級，既簡化了系統(tǒng)配置，又滿足了不同質量要求的用戶的需求；h)設置VC，多個應用可分享一個VC，各個VC分時占用物理信道，從而可避免長數據源壟斷信道，解決了有序地管理信道的問題，最大支持64個虛擬信道；i)不同類型用戶采用不同格式的數據單元，最后合為一個數據流，通過物理信道傳輸。.4統(tǒng)一空間數據鏈路協(xié)議USLP用于在空間到地面、地面到空間、空間到空間的空間鏈路中傳輸多種類型和特征的應用數據。USLP的主要特點如下：a)支持的用戶數據率達到30Gbit/s；b)支持的最大幀長達到65536字節(jié)；c)支持最大65536個航天器標識；d)支持可變長度幀和固定長度幀兩種類型；e)兼容COP-1和COP-P兩類規(guī)程；f)在幀中具有協(xié)議標識，可區(qū)分上層協(xié)議；g)支持數據分段，具備尾部字節(jié)指針以指示有效數據的結束；h)支持應急短命令發(fā)送；i)支持在沒有數據域的情況下傳輸操作控制域數據，從而使COP規(guī)程可以在沒有其它數據發(fā)送時也能發(fā)送報告；j)提供8種服務。.5遙測同步和信道編碼遙測同步和信道編碼提供的功能包括：信道編碼(含幀校驗)、同步和偽隨機化。推薦的遙測信道編碼體制包括：卷積編碼、R-S編碼、Turbo編碼、LDPC編碼，以及以卷積碼為內碼、R-S碼為外碼的級聯(lián)信道編碼。.6遙控同步和信道編碼遙控同步和信道編碼提供的功能包括:差錯控制編碼/譯碼，碼字的定界/同步，隨機化/解隨機化等GB/TXXXX—XXXX服務。推薦的遙控信道編碼包括改進BCH編碼和LDPC編碼。改進BCH編碼有兩種工作模式，分別是檢錯模式和糾錯模式，選用哪種工作模式需根據任務需求確定。.7激光通信編碼和同步激光通信編碼和同步提供的功能包括：信道編碼、同步和遙測傳送幀校驗。該標準一共規(guī)定了兩種類型的傳輸，分別是遙測信號傳輸，信標及可選數據信號傳輸。遙測信號傳輸推薦的編碼為卷積編碼，信標及可選數據信號傳輸推薦的編碼為LDPC編碼。物理層.1協(xié)議選用要求物理層可供選用的主要的協(xié)議為：a)無線電頻率和調制遵循CCSDS401.0-B-32的要求。b)激光通信物理層遵循GB/T43372-2023的要求。.2無線電頻率和調制無線電頻率和調制主要功能是為航天器與地面站之間、或航天器與航天器之間提供雙向射頻通信鏈路，對頻段的有效利用和航天器的占用帶寬、調制與解調方式等進一步進行了規(guī)定。.3激光通信物理層激光通信物理層規(guī)定了遙測信號傳輸、信標及可選數據信號傳輸的物理特性，包括激光中心頻率、調諧范圍、偏振、調制等。GB/TXXXX—XXXX5.5.2亞網層-星內通信亞網層業(yè)務.1協(xié)議選用要求亞網層-星內通信可供選用的主要業(yè)務和標準如下：a)采用包業(yè)務時，應遵循CCSDS851.0-M-1的要求。b)采用存儲器訪問業(yè)務時，應遵循CCSDS852.0-M-1的要求。c)采用同步業(yè)務時，應遵循CCSDS853.0-M-1的要求。d)采用設備發(fā)現(xiàn)業(yè)務時，應遵循CCSDS854.0-M-1的要求。e)采用測試業(yè)務時，應遵循CCSDS855.0-M-1的要求。.2包業(yè)務提供在單一子網的包傳輸功能。此處的包是指字節(jié)對齊的定界的數據單元。可以是CCSDS定義的空間包（SpacePacket地面因特網定義的IP包，或者是高層的其它特定協(xié)議數據單元。包業(yè)務通過數據鏈路層的業(yè)務進行包的傳送和接收。.3存儲器訪問業(yè)務提供到設備存儲器的直接訪問功能，包括存儲器讀、寫、塊移動操作等?？墒褂迷摌I(yè)務獲?。ㄗx）簡單設備的遙測數據或向設備發(fā)送（寫）離散指令等。.4同步業(yè)務提供航天器時間和事件的同步。.5設備發(fā)現(xiàn)業(yè)務提供在亞網層發(fā)現(xiàn)新接入設備的功能。.6測試業(yè)務提供在亞網層測試設備是否在線的功能。匯聚子層亞網層的業(yè)務主要是由具體的數據鏈路提供和實現(xiàn)，如果某個特定數據鏈路的業(yè)務不能完全滿足亞網層的業(yè)務，則對應該數據鏈路的匯聚子層將提供額外的協(xié)議從而增加功能以滿足亞網層業(yè)務的需求。如果某個特定數據鏈路的業(yè)務能直接滿足亞網層業(yè)務需求，則匯聚子層可直通數據鏈路層。數據鏈路層和物理層數據鏈路層的實現(xiàn)與物理層采用的外總線相關，需要完成匯聚子層所需要的功能。GB/TXXXX—XXXX外總線共有兩種類型。低速總線：用于傳輸控制指令、遙測信息等低速關鍵數據，速率不超過1Mbps。采用1553B總線或CAN總線。高速總線：用于傳輸載荷數據、實驗數據等高速數據，速率不小于100Mbps。采用TTE/TSN總線。具體任務中可以根據需要對上述總線進行靈活搭配使用。a)采用1553B總線時，應遵循GB/T43669-2024的要求。b)采用CAN總線時，應遵循GB/T43671-2024的要求。c)采用TTE時，應遵循SAEAS6802的要求。d)采用TSN時，應遵循TSN相關標準要求。6SOIS業(yè)務與其它業(yè)務的關系6.1SOIS與PUS業(yè)務的關系6.1.1概述在業(yè)務及協(xié)議體系結構中，應用了PUS中的13類業(yè)務，包括遙控確認業(yè)務、設備指令分發(fā)業(yè)務、內務和診斷數據報告業(yè)務、參數統(tǒng)計報告業(yè)務、事件報告業(yè)務、內存管理業(yè)務、功能管理業(yè)務、時間管理業(yè)務、操作調度業(yè)務、監(jiān)視業(yè)務、包傳送控制業(yè)務、存儲和獲取業(yè)務、事件-動作業(yè)務。由于SOIS對上層已經提供了一套標準的業(yè)務接口，隔離底層不同鏈路以及協(xié)議的差異，因此在應用PUS業(yè)務時，可以將SOIS作為底層支持業(yè)務，使PUS業(yè)務更關注于其本身的算法處理。在具體應用時，主要應用SOIS應用支持層提供的業(yè)務，用法為：a)應用設備數據池業(yè)務完成數據的采集。b)應用設備虛擬化業(yè)務完成設備指令的發(fā)送。c)應用消息傳輸業(yè)務完成包的收發(fā)。d)應用時間訪問業(yè)務完成星上時間的獲取。6.1.2PUS在軌監(jiān)視業(yè)務PUS在軌監(jiān)視業(yè)務可以對指定的參數自動進行多類型的檢查，并在參數越限時產生事件報告。PUS在軌監(jiān)視業(yè)務在運行過程中需要獲取所監(jiān)視的參數值，并且將產生的事件報告遙測包傳送至地面或者航天器內部其它應用過程，其中獲取參數值可以使用SOIS命令與數據獲取業(yè)務完成，事件報告的傳送可以經由PUS包傳送控制業(yè)務，由SOIS消息傳輸業(yè)務完成。此處重點說明PUS在軌監(jiān)視業(yè)務與SOIS命令與數據獲取業(yè)務的接口關系以及如何配合應用。SOIS命令與數據獲取業(yè)務由設備數據池業(yè)務、設備虛擬化業(yè)務、設備訪問業(yè)務組成，針對PUS在軌監(jiān)視業(yè)務的需求，可以使用命令與數據獲取業(yè)務的設備數據池業(yè)務完成參數的采集。設備數據池業(yè)務共提供11種服務原語，在軌監(jiān)視業(yè)務與設備數據池業(yè)務的原語交互過程如下：a)在軌監(jiān)視業(yè)務根據預先配置或者地面發(fā)送的指令，調用ADD_ACQUISITION_ORDER.request原語添加訂單，原語中的DeviceValueList對應要監(jiān)視的參數，AcquisitionInterval對應要監(jiān)視GB/TXXXX—XXXX參數的最快采集周期；b)設備數據池業(yè)務返回給用戶ADD_ACQUISITION_ORDER.indication，含訂單號信息；c)在軌監(jiān)視業(yè)務根據訂單號提交START_ACQUISITIONS.request，啟動訂單采集；d)設備數據池業(yè)務返回給用戶START_ACQUISITIONS.indication，同時啟動后臺采集過程，后臺采集過程可依據訂單中設備的屬性，應用設備訪問業(yè)務或設備虛擬化業(yè)務的完成數據的采集；e)設備數據池業(yè)務在采集完成后，若訂單中設置了AsynchronousAcquisitionIndicationFlag標識，則通過ACQUISITION.indication通知在軌監(jiān)視業(yè)務；f)在軌監(jiān)視業(yè)務收到通知或者運行周期到后，通過READ_SAMPLES.request獲取采集的數據樣本；g)設備數據池業(yè)務返回給用戶READ_SAMPLES.indication，提交采集的數據Samples以及數據的有效狀態(tài)ResultMetadata；h)在軌監(jiān)視業(yè)務根據提交的數據以及有效狀態(tài)，進行參數的判別以及相應處理。上述過程中，兩個業(yè)務進行配合的關鍵是業(yè)務之間參數的轉換問題。附錄A.1給出一種設計示例供參考解決在a）步驟的在軌監(jiān)視業(yè)務中的參數標識（Para_id）與設備數據池中使用的設備值清單（DeviceValueList）如何對應的問題。6.1.3PUS在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務PUS在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務用于實現(xiàn)指令的延時調度，該業(yè)務可接收地面或航天器其它應用過程傳來的命令，在其定時計劃列表中添加、刪除需要定時執(zhí)行的命令，或者進行計劃的下傳等操作。該業(yè)務一般周期性運行，通過時間訪問業(yè)務獲取航天器時間，并與定時計劃中命令的時間進行比對，將定時時間到的命令通過消息傳輸業(yè)務發(fā)送到目的地。該業(yè)務主要使用SOIS的時間訪問業(yè)務以及消息傳輸業(yè)務。附錄A.2以在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務將一個到時間的PUS遙控包發(fā)送為例，說明其具體應用過程。6.1.4PUS設備命令分發(fā)業(yè)務PUS設備命令分發(fā)業(yè)務用于實現(xiàn)指令的實時發(fā)送，該業(yè)務中包括3個服務子類型，附錄A.3以其中的存儲器加載(ML)命令分發(fā)子服務為例說明其與SOIS業(yè)務的關系。6.2SOIS與SLS協(xié)議的關系在航天器信息系統(tǒng)軟件體系結構中應用的SLS協(xié)議主要包括TC協(xié)議、AOS協(xié)議、空間包協(xié)議和封裝業(yè)務。TC協(xié)議與空間包協(xié)議或封裝業(yè)務配合ECSS的PUS協(xié)議共同完成遙控功能，AOS協(xié)議與空間包協(xié)議或封裝業(yè)務配合ECSS的PUS協(xié)議共同完成遙測功能，其與SOIS的關系主要通過空間包協(xié)議或、封裝業(yè)務實現(xiàn)。6.2.1遙控應用過程對于遙控而言，其應用過程如下：a)TC空間鏈路協(xié)議接收并處理TC傳送幀，根據傳送幀所采用的業(yè)務類型將空間包或封裝包通GB/TXXXX—XXXX過MAPP.indication或者VCP.indication提交到網絡層。b)網絡層的空間包協(xié)議通過PACKET.request得到提交的空間包、APID等信息，再依據APID進行路由，通過PACKET.indication將空間包提交給用戶。封裝業(yè)務通過向下提供的接口得到封裝包，并提交至用戶。此處的用戶一類是傳輸層之上的業(yè)務、協(xié)議或者其它程序，另一類是需要通過亞網層包業(yè)務傳送到其它節(jié)點，由后續(xù)節(jié)點進行路由。6.2.2遙測應用過程對于遙測而言，其應用過程如下：a)用戶通過網絡層空間包協(xié)議的PACKET.request請求傳送空間包，傳入空間包、APID等參數。此外，還可以通過封裝業(yè)務傳入封裝包及參數。b)網絡層空間包協(xié)議依據APID進行路由，得知APID目的地為地面時，調用AOS空間鏈路協(xié)議的PACKET.request原語將空間包發(fā)送至AOS空間鏈路協(xié)議；封裝業(yè)務獲取下傳至地面的數據后，組裝封裝包并調用AOS空間鏈路協(xié)議將封裝包發(fā)送至AOS空間鏈路協(xié)議。c)AOS空間鏈路協(xié)議生成傳送幀并發(fā)往地面。6.3SOIS與SIS協(xié)議的關系在航天器信息系統(tǒng)軟件體系結構中應用的SIS協(xié)議包括異步消息傳輸業(yè)務（AMS）和UDP/IP協(xié)議。前者作為消息傳輸業(yè)務（MTS）的底層業(yè)務，配合MTS完成消息傳輸的功能。后者與封裝業(yè)務配合SOIS協(xié)議和ECSS的PUS協(xié)議共同完成數據傳輸功能。6.3.1AMS應用裁剪說明在實際應用過程中，經過對CCSDSMTS標準中關于對AMS實現(xiàn)裁剪的建議的分析，并考慮到軟件實現(xiàn)的復雜度和運行開銷，對AMS的應用進行了進一步裁剪，主要包括：a)在整個航天器內不存在一個中心節(jié)點，即AMS協(xié)議中的配置服務器CS，各注冊機之間地位對等，成為無中心分布式網絡結構。b)由消息傳輸業(yè)務后臺維護MIB中包含一張用戶表和一張信息需求表，用戶表包括航天器內全部用戶的身份ID和通信地址，信息需求表包括期望接收的信息的主題號、信息需求者的身份ID、信息處理優(yōu)先級。c)在消息傳輸業(yè)務啟動時進行管理信息同步，通過向其它設備上的消息傳輸業(yè)務后臺發(fā)送同步請求，從其它設備獲得其用戶表和信息需求表的信息，用于同步本地的用戶表和信息需求表。d)除了初始啟動階段，在各設備之間的消息傳輸業(yè)務后臺之間沒有周期性的同步信息交換。6.3.2UDP/IP協(xié)議應用過程在航天器信息系統(tǒng)軟件體系結構中應用的UDP/IP協(xié)議主要包括UDP協(xié)議、IPv6協(xié)議和IPoverCCSDS協(xié)議。其應用過程如下：GB/TXXXX—XXXXa)UDP/IP協(xié)議通過封裝業(yè)務提供的接口獲取封裝包內部數據，或者通過本地上層協(xié)議或程序獲取業(yè)務數據。b)IPv6協(xié)議通過路由功能，提交IP報文至用戶。此處的用戶有兩類：一類是傳輸層之上的業(yè)務、協(xié)議、其它程序，另一類是通過亞網層通信的業(yè)務、協(xié)議、其他程序。7SOIS各業(yè)務之間的關系7.1一般說明航天器信息系統(tǒng)業(yè)務和協(xié)議體系結構應用了SOIS應用支持層的5種業(yè)務、網絡層的空間包協(xié)議以及亞網層的3種業(yè)務。各層業(yè)務以及協(xié)議都有相應的命名機制，并且存在關聯(lián)，如何建立各層業(yè)務以及協(xié)議之間的關聯(lián)，是應用SOIS業(yè)務及協(xié)議的一個關鍵所在。本章將從以下幾個方面進行說明：a)命名機制；b)主要業(yè)務關系以及尋址機制，包含消息傳輸業(yè)務與下層業(yè)務關系、命令與數據獲取業(yè)務與下層業(yè)務關系、時間訪問業(yè)務與下層業(yè)務關系、網絡層與亞網層業(yè)務關系。7.2命名機制圖給出了SOIS業(yè)務的命名層次關系圖。GB/TXXXX—XXXX圖6命名層次關系圖a)在應用管理層采用APID對各應用過程進行區(qū)分。b)在應用支持層，采用節(jié)點標識對消息傳輸業(yè)務的用戶進行標識，設備虛擬化業(yè)務的主要名稱有GB/TXXXX—XXXX虛擬設備ID、虛擬值ID。設備訪問業(yè)務的主要名稱有物理設備ID、物理值ID。實際使用時，消息傳輸業(yè)務的節(jié)點標識直接采用APID或IP地址。對于每一個設備內模塊對應的接口都分配了一個物理設備標識和虛擬設備標識，接口內的數據通過物理參數值進行區(qū)分。c)在網絡層，采用APID或IP地址進行路由，對于網絡上的每個設備分配1個或多個APID或IP地址。d)在亞網層，包業(yè)務具有鏈路標識、亞網地址等名稱。在應用時，鏈路標識和亞網地址一起構成包業(yè)務原語中的PDSAP地址。包業(yè)務通過鏈路標識選擇對應的匯聚鏈路，當采用1553B實現(xiàn)包業(yè)務時，由1553B的匯聚層將亞網地址轉化為RT地址和RT子地址。存儲器訪問業(yè)務具有鏈路標識、亞網地址、存儲器區(qū)域、起始地址等名稱，其中鏈路標識、亞網地址對應存儲器訪問業(yè)務的目的地址。由于有網絡層，傳到亞網層包業(yè)務和存儲器訪問業(yè)務的數據包都有源地址和目的地址，所有沒有使用包業(yè)務的原語中的PSSAP地址和存儲器訪問業(yè)務的MASAP地址。各設備對應的驅動程序通過設備名進行識別。7.3主要業(yè)務關系以及尋址機制7.3.1命令與數據獲取業(yè)務與下層業(yè)務關系命令與數據獲取業(yè)務包含設備數據池業(yè)務、設備訪問業(yè)務、設備虛擬化業(yè)務。設備數據池業(yè)務使用設備訪問業(yè)務或設備虛擬化業(yè)務獲取設備數據，設備虛擬化業(yè)務使用設備訪問對設備進行指令發(fā)送或數據獲取。命令與數據獲取業(yè)務與下層業(yè)務關系主要是通過設備訪問業(yè)務建立。設備訪問業(yè)務的主要功能包括：對用戶的設備訪問請求中的設備和參數進行識別；選擇對應的訪問業(yè)務類型，通過網絡層調用下層的訪問業(yè)務，或將訪問請求發(fā)給遠程設備上的設備訪問業(yè)務；接收訪問結果，為用戶進行緩存或將結果發(fā)送給遠程設備上的設備訪問業(yè)務；向用戶提交獲得的訪問結果。下面重點說明設備訪問業(yè)務與底層的關系。設備訪問業(yè)務與下層業(yè)務的交互包括包業(yè)務以及存儲器訪問業(yè)務。在航天器信息系統(tǒng)軟件體系結構中，對設備訪問業(yè)務的兩類DAP進行了進一步細分，包括：a)基于包業(yè)務的DAP。設備訪問業(yè)務中的協(xié)議引擎通過底層包業(yè)務與設備中的協(xié)議引擎進行包交換，設備中的協(xié)議引擎對設備進行實際操作。該類包括3種類型：1)基于設備主動發(fā)包DAP：由設備主動發(fā)送包到計算機。典型應用場景是處理器軟件采集掛接在DS口的其它分系統(tǒng)設備數據、通過1553B總線采集其它分系統(tǒng)設備（只支持包業(yè)務）主動發(fā)來的包數據。2)向設備發(fā)包DAP：由計算機向設備發(fā)送包。典型應用場景是處理器軟件向掛接在ML接口的其它分系統(tǒng)設備發(fā)送ML指令、向其它分系統(tǒng)總線終端（無應用支持層，只支持包業(yè)務）發(fā)送包數據等。3)基于遠程包訪問的DAP：通信雙方通過遠程設備訪問協(xié)議進行對等通信，實現(xiàn)遠程設備GB/TXXXX—XXXX訪問。典型應用場景是計算機通過1553B總線基于遠程包訪問DAP對其它分系統(tǒng)設備的接口進行訪問。b)基于存儲器訪問業(yè)務的DAP。設備訪問業(yè)務中的協(xié)議引擎確定要讀取或寫入的存儲器位置，并通過底層存儲器訪問業(yè)務進行訪問。該類包括2種類型：1)通用存儲器訪問DAP：計算機通過存儲器訪問業(yè)務直接對存儲器進行讀寫操作。典型應用場景是處理器模塊采集其它模塊的內部狀態(tài)遙測。2)模擬量訪問DAP：計算機通過通用存儲器訪問DAP進行數據采集后需進行數據的過濾后提交用戶。典型應用場景是處理器模塊采集模擬量采集模塊的模擬量數據。設備訪問業(yè)務統(tǒng)一通過網絡層與包業(yè)務、存儲器訪問業(yè)務進行接口。附錄B.4以發(fā)送指令為例說明其具體過程。7.3.2消息傳輸業(yè)務與下層業(yè)務關系消息傳輸業(yè)務產生的PDU需要通過下層業(yè)務進行傳送。在AMS標準中，下層傳送業(yè)務可采用TCP、UDP、FIFO、vxmq、smmq等多種協(xié)議或機制傳送。在航天器信息系統(tǒng)軟件體系結構中，統(tǒng)一通過傳輸層與網絡層進行傳送，目前支持空間包協(xié)議，后續(xù)可進一步擴展。附錄A.5以消息傳輸業(yè)務的消息發(fā)送為例，說明其與下層業(yè)務的交互過程。7.3.3時間訪問業(yè)務與下層業(yè)務關系時間訪問業(yè)務與亞網層的同步業(yè)務進行交互，用于獲取航天器時間。在具體應用過程中，將時間分為絕對時間和相對時間兩種，其中相對時間為在絕對時間基礎上減去一個固定的差值。附錄A.6以絕對時間的獲取為例，說明其交互過程。7.3.4網絡層與亞網層業(yè)務關系網絡層可與亞網層的包業(yè)務、存儲器訪問業(yè)務進行交互。附錄A.7以向ML匯聚發(fā)送數據為例，說明網絡層與包業(yè)務的交互過程。附錄A.8以采集模擬量數據為例，說明網絡層與存儲器訪問業(yè)務的交互過程。8SOIS業(yè)務與硬件間的關系8.1一般說明將SOIS業(yè)務應用到航天器信息系統(tǒng)軟件體系結構中，如何將SOIS業(yè)務與信息系統(tǒng)硬件平臺建立映射關系也非常關鍵。SOIS業(yè)務中與硬件相關的業(yè)務主要包括：a)亞網層的包業(yè)務與匯聚層的功能需要由具體的星載鏈路提供，因此需與體系結構中硬件層中的1553B總線、DS接口、ML接口等建立映射關系；b)亞網層的存儲器訪問業(yè)務與存儲器相關，因此需與體系結構中硬件層中的存儲器接口建立映射關系；GB/TXXXX—XXXXc)亞網層的同步業(yè)務和時間有關，因此需與體系結構中硬件層中時鐘接口建立映射關系；d)亞網層中的設備訪問業(yè)務、設備虛擬化業(yè)務、設備數據池業(yè)務與硬件設備相關，需與航天器中各設備建立映射關系。本章將先對信息系統(tǒng)硬件節(jié)點對象進行分析，然后按照節(jié)點的分類分別說明對各類節(jié)點的訪問方法。8.2信息系統(tǒng)硬件節(jié)點對象分析從智能程度看，航天器中通信的節(jié)點可分為三類：智能節(jié)點：此類節(jié)點具備較強的處理能力，支持完整的協(xié)議棧，具備消息處理能力，相互之間可以進行對等通信。協(xié)議支持節(jié)點訂閱某一類感興趣的數據而無需關心數據的發(fā)送者、發(fā)布自身的數據而無需關心數據的接收者、向系統(tǒng)的某個節(jié)點進行數據發(fā)送以及查詢等功能。此類節(jié)點的典型代表為星載計算機的處理器模塊等。簡單智能節(jié)點：此類節(jié)點的智能程度比智能節(jié)點稍低，只支持亞網層業(yè)務，具備空間包的處理能力。該類節(jié)點可以發(fā)送或接收空間包并按照其中的內容進行協(xié)議處理。此類節(jié)點的典型代表為遙測采集模塊、指令發(fā)送模塊等模塊。非智能節(jié)點：此類節(jié)點可以接收、發(fā)送原始數據或者空間包，一般由智能節(jié)點或簡單智能節(jié)點進行管理。此類節(jié)點的典型代表為掛接在ONOFF、AN、DS、ML等接口上的設備。下面以信息系統(tǒng)硬件平臺的一個實例為例，對上述三類節(jié)點進行映射。作為實例的信息系統(tǒng)硬件平臺包含衛(wèi)星管理單元（SMU）、數據接口單元（SDIU）各一臺，其中衛(wèi)星管理單元、數據接口單元通過標準的模塊組裝而成，模塊之間通過內總線進行連接，衛(wèi)星管理單元、數據接口單元之間通過1553B總線連接，硬件平臺組成示意圖如圖7所示。圖7信息系統(tǒng)硬件平臺組成示意圖GB/TXXXX—XXXX信息系統(tǒng)硬件平臺對外部提供的接口包括：a)測控接口：包括遙控接口、遙測接口等；b)指令類接口：包括ONOFF指令接口、ML指令接口等；c)遙測類接口：包括AN接口、DS接口等；d)總線接口：包括1553B總線接口等。SMU和SDIU由于都具有較強的處理能力，其處理器模塊可以認為是智能節(jié)點，IO模塊可以認為是簡單智能節(jié)點，連接在1553B總線上的其他智能節(jié)點如姿軌控計算機可以通過消息傳輸業(yè)務與SMU或SDIU進行信息交互，簡單智能節(jié)點通過子網層包業(yè)務與SMU或SDIU進行信息交互。通過指令類接口、遙測類接口與SMU或SDIU的處理器模塊進行通信的其它分系統(tǒng)設備可認為是非智能節(jié)點。此種情況處理器模塊通過設備訪問業(yè)務經由網絡層、包業(yè)務、存儲器訪問業(yè)務、設備驅動與之通信。8.3信息系統(tǒng)硬件節(jié)點訪問方法8.3.1智能節(jié)點訪問方法通過1553B總線通信的訪問方法以通過1553B總線進行通信的兩個智能節(jié)點為例，其協(xié)議配置如圖8所示。圖8使用1553的智能節(jié)點協(xié)議配置各層協(xié)議配置為：GB/TXXXX—XXXXa)應用管理層：智能節(jié)點之間的應用過程通過消息傳輸業(yè)務的原語進行消息的訂閱、發(fā)布、發(fā)送等，節(jié)點通過APID進行區(qū)分；b)應用支持層：消息傳輸業(yè)務使用異步消息傳輸業(yè)務（AMS）實現(xiàn)，底層通過空間包協(xié)議進行協(xié)議數據單元（PDU）的交互；c)網絡層：空間包協(xié)議對上提供包傳輸接口，對下應用包業(yè)務進行數據在總線等鏈路上的傳輸；d)亞網層：包業(yè)務經由1553B匯聚協(xié)議、ECSS1553B總線鏈路協(xié)議、美軍標1553B總線鏈路協(xié)議及物理層協(xié)議將數據通過硬件傳送。上述過程中與硬件建立聯(lián)系的關鍵是亞網層。由于不同的數據鏈路具有其特有的數據鏈路層協(xié)議，為了對上層提供統(tǒng)一的接口，需要亞網層包業(yè)務對上層應用提供統(tǒng)一的數據包發(fā)送接口，以屏蔽底層數據鏈路的不同，使上層應用無需關心底層各種異構鏈路的物理特性、接口特點、傳輸性能等方面的差異，只需要確定目標地址信息，以及數據傳輸所需要的QoS需求等信息，再由上層（如網絡層）根據目的端設備條件及數據傳輸要求等實際情況確定將要使用的鏈路。最后，通過匯聚子層中的鏈路將數據發(fā)送到目的端或者中間端（如果一跳無法直接到達目的端，可能需要經過多個中間端）。為了達到通過亞網層包業(yè)務屏蔽底層數據鏈路不同的目的，匯聚子層是一個關鍵所在。由于不同鏈路采用的協(xié)議不同，難以用一種統(tǒng)一的匯聚層協(xié)議實現(xiàn)各鏈路的統(tǒng)一，在具體實現(xiàn)時可以針對不同數據鏈路分別定義其匯聚層協(xié)議。亞網層包業(yè)務根據上層傳來的子網標識（包含在原語參數PDSAP中選擇對應的匯聚層包發(fā)送接口，由后者經由設備驅動程序將數據通過星載鏈路發(fā)出。以1553B總線協(xié)議為例，可應用ECSS定義的1553B協(xié)議，在此之上加一層匯聚層協(xié)議，其目的是增加分段功能，以支持通過1553B總線傳輸最大64K字節(jié)的包。此處主要是為了與空間鏈路相匹配，TC協(xié)議以及AOS協(xié)議最大可支持傳輸64K字節(jié)的包，若通過星載鏈路直接路由，則星載鏈路也需支持該長度。具體實現(xiàn)時，發(fā)送端的匯聚層將大長度的數據分割成滿足底層MTU的發(fā)送長度，并提供對應的數據ID、分段序號等信息，通過設備驅動程序發(fā)送。當所有分段到達接收端后，接收端匯聚層再通過設備驅動程序接收這些分段并拼接成為完整的數據包，最后發(fā)給上層應用。通過TTE總線通信的訪問方法此外，以通過TTE進行高速通信的兩個智能節(jié)點為例，其協(xié)議配置如圖9所示。GB/TXXXX—XXXX圖9使用TTE的智能節(jié)點協(xié)議配置各層協(xié)議配置為：a)應用管理層：智能節(jié)點之間的應用過程通過消息傳輸業(yè)務的原語進行消息的訂閱、發(fā)布、發(fā)送b)應用支持層：消息傳輸業(yè)務、異步消息傳輸業(yè)務通過UDP協(xié)議完成與其他智能節(jié)點間的數據傳輸；c)傳輸層：UDP協(xié)議對上提供包傳輸接口，對下應用IPv4/v6進行數據傳輸；d)網絡層：IPv6協(xié)議對上提供包傳輸接口，對下應用包業(yè)務進行數據在TTE上的傳輸；e)亞網層：包業(yè)務經由TTE匯聚、TTE鏈路層協(xié)議及物理層協(xié)議將數據通過硬件傳送。上述過程中與高速通信相關的關鍵是亞網層的TTE協(xié)議，該協(xié)議完成高速以太網鏈路層的對接；同時，與組網相關的關鍵是IPv4/v6和UDP，該協(xié)議完成高速以太網網絡層和傳輸層的對接。8.3.2簡單智能節(jié)點訪問方法以通過1553B總線進行通信的智能節(jié)點與簡單智能節(jié)點為例，其協(xié)議配置圖10所示，各層協(xié)議配置為：a)應用管理層：智能節(jié)點的應用過程通過命令與數據獲取業(yè)務對簡單智能節(jié)點進行訪問；b)應用支持層：命令與數據獲取業(yè)務底層通過空間包協(xié)議進行與簡單智能節(jié)點的交互，例如通過設備訪問業(yè)務向簡單智能節(jié)點發(fā)送一個空間包。c)網絡層：空間包協(xié)議對上提供包傳輸接口，對下應用包業(yè)務進行數據在總線等鏈路上的傳輸；GB/TXXXX—XXXXd)亞網層：包業(yè)務經由1553B匯聚協(xié)議、ECSS1553B總線鏈路協(xié)議、美軍標1553B總線鏈路協(xié)議及物理層協(xié)議將數據通過硬件傳送。該過程中命令與數據獲取業(yè)務中的設備訪問業(yè)務的設計是關鍵，在設備訪問業(yè)務中需建立可訪問的簡單智能節(jié)點列表，表中需配置簡單智能節(jié)點的訪問DAP，對于本例而言，簡單智能節(jié)點的訪問DAP為基于包業(yè)務的DAP，具體包括三種，可根據設備的具體實現(xiàn)方式以及連接方式進行選擇。當簡單智能節(jié)點可主動發(fā)送空間包到智能節(jié)點時，其DAP可配置為基于設備主動發(fā)包DAP，當簡單智能節(jié)點可接收智能節(jié)點的包數據時，其DAP可配置為向設備發(fā)包DAP。圖10簡單智能節(jié)點協(xié)議配置8.3.3非智能節(jié)點訪問方法以通過DS、ML、串口等接口與智能節(jié)點進行通信的非智能節(jié)點為例，其協(xié)議配置圖11所示，各層協(xié)議配置為：a)應用管理層：智能節(jié)點的應用過程通過命令與數據獲取業(yè)務對簡單智能節(jié)點進行訪問；b)應用支持層：命令與數據獲取業(yè)務底層通過空間包協(xié)議進行與簡單智能節(jié)點的交互，例如通過設備訪問業(yè)務向簡單智能節(jié)點發(fā)送一個空間包。c)網絡層：空間包協(xié)議對上提供包傳輸接口，對下應用包業(yè)務、存儲器訪問業(yè)務進行數據在鏈路上的傳輸；d)亞網層：包業(yè)務經由串口、DS、ML等匯聚協(xié)議將數據通過硬件傳送。與硬件的交互通過設備驅動程序完成。GB/TXXXX—XXXX圖11非智能節(jié)點協(xié)議配置對于每一個接口，都需配備相應的設備驅動程序，通過匯聚協(xié)議將包業(yè)務、存儲器訪問業(yè)務與設備驅動程序建立關聯(lián)，實現(xiàn)對硬件的訪問。在應用過程中若底層使用包業(yè)務，則需配置設備訪問業(yè)務的設備解析表、空間包協(xié)議的路由表、包業(yè)務的鏈路選擇表、匯聚層中的設備名。若底層使用存儲器訪問業(yè)務，則需配置設備訪問業(yè)務的設備解析表、空間包協(xié)議的路由表、存儲器訪問業(yè)務匯聚層中的設備名。其中存儲器訪問業(yè)務用于對模擬量、指令等接口進行訪問。在航天器信息系統(tǒng)軟件體系結構中，將存儲器訪問業(yè)務根據被訪問對象在系統(tǒng)中的物理連接方式，分為以下幾類：遠程訪問，即通過星載外總線（如1553B總線）或空間鏈路訪問；本地模塊間訪問，即通過星載I/O總線訪問；模塊內訪問，即通過本模塊CPU總線或局部總線（如CPCI總線）訪問。其中遠程訪問通過網絡層和傳輸層配合實現(xiàn)，即上層（例如應用支持層）將存儲器訪問的請求封裝為包，其目的地為遠程設備存儲器訪問業(yè)務的地址（例如APID將包傳給網絡層，網絡層將該包路由至遠程的存儲器訪問業(yè)務，后者通過本地模塊內訪問或模塊間訪問操作完成存儲器訪問操作后，將結果封裝為包再通過網絡層和傳輸層傳輸至請求發(fā)起端。本地模塊間訪問以及模塊內訪問所涉及的接口都配備設備驅動程序，同一類接口可以對應多個設備。GB/TXXXX—XXXX（資料性）示例A.1PUS在軌監(jiān)視業(yè)務示例本示例中，將參數標識與工程應用中的參數代號關聯(lián)，對每個分系統(tǒng)使用單獨的參數代號，例如使用參數代號TMSXXX表示數據管理分系統(tǒng)的參數。Para_id可據此進行轉換，見下表。表A.1參數標識劃分分系統(tǒng)標識對應參數通道標識5bit（對應TMS）11bit（對應XXX）前5bit用于標識各分系統(tǒng)，例如數據管理分系統(tǒng)標識為0x07，對應參數通道標識0~63對應為采集的模擬量通道。如此可使用TMS001~TMS64表示數據管理分系統(tǒng)的第1~64路模擬量通道。其對應的Para_id范圍為0x3800~0x3840。在設備數據池中，DeviceValueList由一組標識組成的數組組成，標識包括16bit的設備標識（Device_id）、16bit的參數值標識（Value_id）、8bit的訪問業(yè)務類型（Service_type，表示使用設備訪問業(yè)務或設備虛擬化業(yè)務）。在設備數據池中建立一個Para_id與DeviceValueList的查找表。當在軌監(jiān)視業(yè)務需要添加要監(jiān)視的參數時，可通過查表將Para_id轉化為Device_id、Value_id、Service_type，并通過ADD_ACQUISITION_ORDER.request原語將各參數轉換后的一組參數傳入DeviceValueList。設備數據池業(yè)務在后臺進行采集時，即可使用Device_id和Value_id作為底層設備訪問業(yè)務或設備虛擬化業(yè)務的輸入參數，完成對設備參數值的獲取。A.2PUS在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務示例在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務所在應用過程APID_A設為0x421,要發(fā)送的PUS遙控包對應的目的應用過程APID_B設為0x422。1)在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務（所在應用過程APID_A）調用消息傳輸業(yè)務的注冊原語Register.request完成注冊；2)其它需要接收從在軌作業(yè)定時計劃業(yè)務發(fā)來遙控包的應用過程APID_B也同樣使用Register.request完成注冊，并且向應用過程APID_A發(fā)送主題為命令消息的Assert_invitation.request邀請；3)應用過程APID_A向應用過程APID_B回復Assert_invitation.indication