CN107395264A - 一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高级在轨***技术领域,具体来说是一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置及方法,包括用IP数据输入接口、FPGA程序存储器、晶体振荡器、输出接口、遥测输出模块、电源模块、协议控制器等组成通信装置,利用FPGA内部缓存资源,通过复用的物理链路和共享缓存,从而将来自不同IP地址的终端数据按照IP OVER CCSDS AOS协议进行处理并下传,即使其中某个终端数据传输量较大时,保证了较为充分的缓存资源以供该虚拟信道使用,大大提高了传输效率和数据的实时性,从而为航天或其他军事领域提供高速、稳定、可靠并具有通用性和可扩展性的数据传输。

Description

一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置及方法
技术领域
本发明涉及高级在轨***技术领域,具体来说是一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置及方法。
背景技术
高级在轨***(AOS:Advanced Orbiting System)是将空间飞行器上各种应用数据按照CCSDS标准进行处理,其调度部分的设计是基于时分复用原理,按固定优先级固定速率对各个虚拟信道数据进行复接。但随着世界各国航天技术的飞速发展,空间通信模式也不断的发展变革,建立天地一体化的互联网络,实现任意时刻、任意两点之间的端到端通信,是空间数据发展的必然趋势。在诸多地面网络***的数据通信协议中,使用最多的就是TCP/IP协议簇。但是由于太空数据传输的特殊性,在太空中组建通信网络,并实现地面网络与太空网络之间数据的交换过程中,太空中数据传输需要采用另外的协议,实现天地网络互通就需要采用协议转换的方式。
CCSDS根据空间互联网趋势,于2010年4月,提出了IP OVER CCSDS标准草稿推荐书,并于2012年9月推出了标准建议书。IP over CCSDS AOS的概念是在空间链路层AOS协议上实现IP数据报的传递,IP over CCSDS AOS协议将使空间和地面采用一致的网络协议,可以实现天基网络和地基网络的无缝连接。
要实现IP over CCSDS AOS数据传输,其核心是在AOS协议上实现IP数据包的传递,目前没有发现类似技术的说明或报道,也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决IP数据包在AOS链路上的传输问题,本发明提供了一种基于IPoverCCSDS AOS标准的通信方法和装置,解决了CCSDS AOS协议中传输IP数据的问题,使飞行器在轨运行期间能够将IP数据实时可靠的传回地面。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案:
一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置,包括:
IP数据输入接口,用于输入对协议控制器的IP数据进行信号整形及电平转换;
FPGA程序存储器,用于储存协议控制器运行的程序;
晶体振荡器与协议控制器连接,用于产生供协议控制器工作的时钟信号;
输出接口,用于对协议控制器输出的数据进行电平转换并输出;
遥测输出模块,用于对协议控制器输出的遥测数据进行电平转换;
电源模块,用于为通信装置中的各个模块提供电源;
协议控制器,用于缓存不同网络终端通过IP数据输入接口输入的IP数据,将缓存的IP数据进行IP+over+CCSDS+AOS协议处理,并按照预设优先级将按照协议处理好的数据帧发送给输出接口。
在本发明的一些具体实施方式中,所述的协议控制器对接空间飞行器上的多个网络终端,多个网络终端的IP数据按照IP数据的源IP地址区间和预设的虚拟信道一一对应区分,对应进行动态调度。
在本发明的一些具体实施方式中,所述的协议控制器按照预设的源IP地址区间对不同网络终端、不同数据速率的IP数据进行区分,并按照IP+over+CCSDS+AOS协议进行复接和封装处理生成数据块,协议控制器按照优先级输出数据。
在本发明的一些具体实施方式中,所述的协议控制器支持六个AOS虚拟信道,协议控制器将不同的虚拟信道的数据复接为一路数据。
在本发明的一些具体实施方式中,在协议控制器对接空间飞行器的多个网络终端时,当无数据请求时传输填充帧。
本发明还提供一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信方法,,所述的通信方法包括以下步骤:
S1.建立默认IP地址与VCID配置表;
S2.IP数据从输入接口送入协议控制器;
S3.协议控制器将IP数据及相关信息存入FPGA共享缓存中;
S4.协议控制器根据IP地址与VCID配置表对共享缓存中的数据进行IP OVERCCSDS AOS协议处理;
S5.将经过IP OVER CCSDS AOS协议处理后的数据进行编码、随机化处理后通过输出接口输出。
本发明由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:
本发明利用FPGA内部缓存资源,通过复用的物理链路和共享缓存,设计了基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置及通信方法,从而将来自不同IP地址的终端数据按照IPOVER CCSDS AOS协议进行处理并下传,即使其中某个终端数据传输量较大时,保证了较为充分的缓存资源以供该虚拟信道使用,大大提高了传输效率和数据的实时性,从而为航天或其他军事领域提供高速、稳定、可靠并具有通用性和可扩展性的数据传输。
附图说明
图1为本发明中通信装置的设计原理框图;
图2为本发明中通信方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率,仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
随着高速空间数据通信网络的建设和发展,除了要在空间通信网络中发送、接收各种遥控信息,还需要在空间网络中传输大容量的数据信息,这些信息包含了大量的多媒体信息,未来空间通信将与地面通信融为一体,为传输层以上的应用提供可靠的、有QoS保证的端到端之间通信。面对空间通信协议落后的状况,CCSDS将IP协议层次引入其通信体系,将各种卫星通信业务搭载在TCP/IP协议栈上,降低空间开发的成本的同时,满足空间通信日益复杂的需求形势。
为推进空间通信网络的端到端交互、处理和灵活组网的技术演进,CCSDS发布了IPOVER CCSDS SPACE LINKS作为IP数据包在CCSDS链路协议上传输的推荐标准,CCSDS AOS通过空间链路传输IPv4、IPv6及封装数据单元,提供了支持IP数据包传输的标准,为了在CCSDS AOS上实现IP数据包的传递,IP数据包必须使用其提供的多路复用业务或封装业务。IP OVER CCSDS AOS链路层的核心也即是对IP数据包的多路复用和封装技术。
对此,本发明采用FPGA对IP数据包的多路复用模块进行设计,来解决CCSDS AOS协议中传输IP数据包的问题,以下通过不同实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
请参阅图1,本发明是基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置,主要包括IP数据输入接口、FPGA程序存储器、晶体振荡器、输出接口、遥测输出模块、电源模块、协议控制器,其中,IP数据输入接口,用于输入对协议控制器的IP数据进行信号整形及电平转换;FPGA程序存储器,用于储存协议控制器运行的程序;晶体振荡器与协议控制器连接,用于产生供协议控制器工作的时钟信号,即为整个通信装置提供频率参考源;输出接口,用于对协议控制器输出的数据进行电平转换并输出;遥测输出模块,用于对协议控制器输出的遥测数据进行电平转换;电源模块,用于为通信装置中的各个模块提供可靠的稳压电源;协议控制器(可编程逻辑器件),用于缓存不同网络终端通过IP数据输入接口输入的IP数据,将缓存的IP数据进行IP+over+CCSDS+AOS协议处理,并按照预设优先级将按照协议处理好的数据帧发送给输出接口。
本发明采用FPGA程序存储器作为协议控制器的封装***的实现途径,FPGA相对于分立元器件功耗更小、体积、重量轻、资源丰富且可编程,使得接口速率、模式与数据帧格式更改更简单,协议控制器的适应面更广,提高了设计灵活性,降低了设计成本和技术风险。
协议控制器能对接空间飞行器上的多个网络终端,多个网络终端的IP数据按照IP数据的源IP地址区间和预设的虚拟信道一一对应区分,对应进行动态调度。在协议控制器对接空间飞行器的多个网络终端时,当无数据请求时传输填充帧。协议控制器按照预设的源IP地址区间对不同网络终端、不同数据速率的IP数据进行区分,并按照IP+over+CCSDS+AOS协议进行复接和封装处理生成数据块,支持IP接入数据速率从0到100Mbps不等,协议控制器按照优先级输出符合格式的数据。较佳的,本发明中的协议控制器支持六个AOS虚拟信道,在进行数据传输时,协议控制器将不同的虚拟信道的数据复接为一路数据。
在本发明中,各模块的优选芯片为:FPGA选用Xilinx公司的300万门抗辐射级高可靠芯片VirtexⅡ系列,程序存储器选用Xilinx公司抗辐射级高可靠芯片XQR17V16PLCC44,接口芯片选用TI公司SN55LVDS系列,晶体振荡器选用QT89LD10M系列。显然,本领域的技术人员可以对本发明进行升级或重新配置,包括虚拟信道可扩展、支持IP接入数据速率从0到100Mbps可扩展、支持8种优先级在轨切换可扩展、FPGA选用不限于Xilinx公司、程序存储器选用不限于Xilinx公司、接口芯片选用不限于TI公司、晶体振荡器选用不限于QT89LD10M系列等。
本发明中基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置选用高可靠性的FPGA、PROM和***接口器件等,通过复用的物理链路和共享的缓存,将来自不同IP地址的终端数据按照IP OVER CCSDS AOS协议进行处理并下传。即使其中某个终端数据传输量较大时,保证了较为充分的缓存资源以供该虚拟信道使用,有效的提高了过程中的传输效率,当各个终端的数据量较为平均时,保证了数据的实时性。
实施例2
参见图2,本发明还提供一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信方法,通信方法包括以下步骤:
S1.建立默认IP地址与VCID配置表;
S2.IP数据从输入接口送入协议控制器;
S3.协议控制器将IP数据及相关信息存入FPGA共享缓存中;
S4.协议控制器根据IP地址与VCID配置表对共享缓存中的数据进行IP OVERCCSDS AOS协议处理;
S5.将经过IP OVER CCSDS AOS协议处理后的数据进行编码、随机化处理后
通过输出接口输出。
具体应用时,数据从输入接口送入IP OVER SSCDS AOS协议控制器,用户数据应为标准的IP数据包,为了提高IP数据包的传输速度,缩短天地通信之间的延迟,本发明将会所有的IP数据进入协议控制器后全部写入同一个FPGA内的缓存内,IP核对缓存内的IP数据进行IP OVER SSCDS AOS协议处理之后再由协议控制器内的编码、随机化模块处理后输出。
下面进一步对本发明的工作过程进行描述。当产品上电后FPGA软件执行上电初始配置,建立默认IP地址与VCID配置表,进入默认工作模式,在该模式下,协议控制器通过输入接口接收来自前端的标准IP包数据,将IP数据包以及其IP数据包的相关信息存入共享缓存当中,协议控制器再根据IP地址与VCID配置表对共享缓存中的数据进行IP OVER SSCDSAOS协议处理,处理后的数据经编码、随机化后输出。
由于本发明的通信方法中,所有的IP数据共享同一个缓存,从而可以使得在传输数据量大的特定载荷时,大大提高其传输效率,传输效率可以高达83%,同时接入组网之后的网络应答延迟小于20ms。
本技术领域的技术人员应理解,本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围,以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制,本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (6)

1.一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置,其特征在于,包括:
IP数据输入接口,用于输入对协议控制器的IP数据进行信号整形及电平转换;
FPGA程序存储器,用于储存协议控制器运行的程序;
晶体振荡器与协议控制器连接,用于产生供协议控制器工作的时钟信号;
输出接口,用于对协议控制器输出的数据进行电平转换并输出;
遥测输出模块,用于对协议控制器输出的遥测数据进行电平转换;
电源模块,用于为通信装置中的各个模块提供电源;
协议控制器,用于缓存不同网络终端通过IP数据输入接口输入的IP数据,将缓存的IP数据进行IP+over+CCSDS+AOS协议处理,并按照预设优先级将按照协议处理好的数据帧发送给输出接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置,其特征在于,所述的协议控制器对接空间飞行器上的多个网络终端,多个网络终端的IP数据按照IP数据的源IP地址区间和预设的虚拟信道一一对应区分,对应进行动态调度。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置,其特征在于,所述的协议控制器按照预设的源IP地址区间对不同网络终端、不同数据速率的IP数据进行区分,并按照IP+over+CCSDS+AOS协议进行复接和封装处理生成数据块,协议控制器按照优先级输出数据。
4.根据权利要求2所述的一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置,其特征在于,所述的协议控制器支持六个AOS虚拟信道,协议控制器将不同的虚拟信道的数据复接为一路数据。
5.根据权利要求2所述的一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信装置,其特征在于,在协议控制器对接空间飞行器的多个网络终端时,当无数据请求时传输填充帧。
6.一种基于IP+over+CCSDS+AOS标准的通信方法,其特征在于,所述的通信方法包括以下步骤:
S1.建立默认IP地址与VCID配置表;
S2.IP数据从输入接口送入协议控制器;
S3.协议控制器将IP数据及相关信息存入FPGA共享缓存中;
S4.协议控制器根据IP地址与VCID配置表对共享缓存中的数据进行IP OVER CCSDSAOS协议处理;
S5.将经过IP OVER CCSDS AOS协议处理后的数据进行编码、随机化处理后通过输出接口输出。
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