CN113612699B - 一种提高IP over CCSDS传输效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高IP over CCSDS传输效率的方法，包括：在IP over CCSDS协议转换设备的网络接口处按照实时数据和延时数据对星上网络数据进行分包；将网络固存集成在IP over CCSDS协议转换设备中，并针对网络延时数据增加开辟大容量延时IP缓存；在网络固存与大容量延时IP缓存间使用LVDS接口进行匀速IP数据传输，并使用专用直连通道实时反馈当前IP缓存列队状态；网络固存根据当前IP缓存列队状态对LVDS传输速率进行快速、平滑调整。本方法基于在IP over CCSDS协议转换设备中进行网络分包和大容量固存集成，将外部延时网络数据的波动、突发传输转换为设备内部LVDS接口IP匀速传输，结合输出接口的优先级调度，既保证了关键数据传输的实时性，又大大提高了IP over CCSDS传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及IP over CCSDS传输技术领域，特别涉及一种提高IP over CCSDS传输效率的方法。
背景技术
随着航天技术的发展，航天器内部***复杂度、数据传输速率不断提高，越来越多航天器开始采用IP技术和IP网络实现设备互联。为实现天地一体化网络通信，需配置协议转换设备，基于IP over CCSDS协议标准，将IP数据转换为适应天地链路传输的CCSDS协议数据。因此，IP over CCSDS传输效率对天地传输性能至关重要。
航天器对地中继或数传链路均为固定带宽，为保证链路的同步性，传输过程中有数据时传输有效数据，无数据时传输填充帧。由于IP网络数据具有突发、延时不可控、网络抖动等特性，造成IP数据下行时与天地链路的固定带宽传输不匹配，IP over CCSDS传输过程中往往会产生大量的填充帧，造成传输效率低下。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高IP over CCSDS传输效率的方法，本方法基于在IP over CCSDS协议转换设备中进行网络分包和大容量固存集成，将外部波动、突发传输的延时网络数据进行存储后，通过设备内部LVDS接口按照自定义协议将IP包匀速传输给大容量延时IP缓存，并根据大容量延时IP缓存反馈的实时列队状态进行动态速率调整，使得后级组帧缓存队列始终处于合理范围内，既保证了关键数据传输的实时性，又大大提高了IP over CCSDS传输效率。
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高IP over CCSDS传输效率的方法，包括以下步骤：
(1)在IP over CCSDS协议转换设备的网络接口处按照实时数据和延时数据对星上网络数据进行分包；
(2)将网络固存集成在IP over CCSDS协议转换设备中，并针对网络的延时数据增加开辟大容量延时IP缓存；
(3)在网络固存与大容量延时IP缓存间使用LVDS接口进行匀速IP数据传输，并使用专用直连通道实时反馈当前延时IP缓存列队状态；
(4)网络固存根据当前延时IP缓存列队状态，对LVDS传输速率进行快速、平滑调整；
(5)优先级调度模块在输出接口处对实时数据和延时数据进行调度，实时数据优先级高于延时数据。
进一步的，上述方法中，(1)在IP over CCSDS协议转换设备的网络接口处按照实时数据和延时数据对星上网络数据进行分包，包括：
在网络接口处对IP包中源IP地址进行判断，根据不同网络终端数据的特性和实时性要求，按照实时数据和延时数据分包；
分包后实时数据送往小容量实时IP缓存直接组帧输出，延时数据则送往网络固存存储。
进一步的，上述方法中，(2)将网络固存集成在IP over CCSDS协议转换设备中，并针对网络的延时数据增加开辟大容量延时IP缓存，包括：
在IP over CCSDS协议转换设备中集成大容量网络固态存储器，对输入的延时网络数据按照IP格式存储；同时，在网络固存后端增加开辟大容量延时IP缓存，在IP overCCSDS组帧前对网络固存输出的IP数据进行高速缓存。
进一步的，上述方法中，(3)在网络固存与大容量延时IP缓存间使用LVDS接口进行匀速IP数据传输，并使用专用直连通道实时反馈当前延时IP缓存列队状态，包括：
网络固存通过设备内部专用的高速LVDS接口，按照自定义协议将存储的IP数据匀速发送给大容量延时IP缓存；
大容量延时IP缓存实时统计自身缓存队列状态，并将实时统计的缓存队列状态通过设备内部专用的直连通道实时传输给网络固存。
进一步的，上述方法中，(4)网络固存根据当前延时IP缓存列队状态，对LVDS传输速率进行快速、平滑调整，包括：
网络固存通过专用直连通道实时读取延时IP缓存列队状态，结合当前LVDS输出速率，网络固存按照预设的策略或算法，对输出LVDS接口的有效数据速率进行动态调整，使得延时IP缓存中数据队列始终处于合理的范围内。
进一步的，上述方法中，(5)优先级调度模块在输出接口处对实时数据和延时数据进行调度，包括：
优先级调度模块根据实时数据帧缓存、延时数据帧缓存的调度请求进行输出调度，优先输出实时数据；无实时数据时输出延时数据；两种数据都没有时输出填充帧。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
本方法在IP over CCSDS协议转换设备中进行网络分包和大容量固存集成，并采用基于实时缓存列队状态的动态速率调整策略，将外部延时网络数据的波动、突发传输转换为设备内部LVDS接口IP匀速传输，适应了天地链路固定带宽传输的特性，结合输出接口的优先级调度，既保证了关键数据传输的实时性，又大大提高了IP over CCSDS传输效率，减少甚至消除传输过程中的填充帧，传输效率可达100％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明实施例一种提高IPoverCCSDS传输效率的方法示意图；
图2为本发明实施例一种自定义LVDS接口协议示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的一种提高IP over CCSDS传输效率的方法的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1，一种提高IP over CCSDS传输效率的方法，基于在IP over CCSDS协议转换设备中进行改进设计，包括：(1)在IP over CCSDS协议转换设备的网络接口处按照实时数据和延时数据对星上网络数据进行分包；(2)将网络固存集成在IP over CCSDS协议转换设备中，并针对网络延时数据增加开辟大容量延时IP缓存；(3)在网络固存与大容量延时IP缓存间使用LVDS接口进行匀速IP数据传输，并使用LVDS接口实时反馈当前IP缓存列队状态；(4)网络固存根据当前延时IP缓存列队状态对LVDS传输速率进行快速、平滑调整；(5)优先级调度模块在输出接口处对实时数据和延时数据进行调度，实时数据优先级高于延时数据。
本实施例中，在IP over CCSDS协议转换设备的网络接口处按照实时数据和延时数据对星上网络数据进行分包。本实施例中网络数据分包方法为：对IP包中源IP地址进行判断，根据不同网络终端数据的特性和实时性要求，对关键遥测、图像、语音、生理等网络终端数据按实时数据分包处理，对载荷试验、延时遥测等网络终端数据按延时数据分包处理；分包后实时数据送往小容量实时IP缓存直接组帧输出，延时数据则送往网络固存存储，转换为匀速LVDS传输并经大容量缓存后组帧输出。
本实施例中，将网络固存集成在IP over CCSDS协议转换设备中，并针对网络延时数据增加开辟大容量延时IP缓存。所述大容量网络固态存储器采用NAND FLASH阵列实现，通过主控FPGA进行控制，支持边写边读工作模式，对输入的延时网络数据按照IP格式存储；同时，在网络固存后端增加开辟所述大容量延时IP缓存，采用FPGA外挂DDR存储器实现，当缓存有空间时，网络固存通过内部LVDS接口输出数据，由所述大容量延时IP缓存对固存输出的IP数据进行高速缓存。
本实施例中，在网络固存与大容量延时IP缓存间使用LVDS接口进行匀速IP数据传输，所述网络固存通过设备内部专用的高速LVDS接口，按照自定义协议将存储的IP数据匀速发送给所述大容量延时IP缓存。本实施例中，一种自定义LVDS接口协议如图2所示。接口信号包括1路选通信号FLAG、1路时钟信号CLK和8路并行传输的数据信号DATA，时钟下降沿对准数据跳变，时钟上升沿对准数据中间，当选通信号低电平有效时，所述大容量延时IP缓存通过时钟上升沿采集有效IP数据。通过将网络固存中存储的大量数据经LVDS接口传输，保证了传输速率的均匀性，适应了天地链路中继或对地数传固定带宽特性。
所述大容量延时IP缓存实时统计自身缓存队列状态，并将其通过设备内部专用的直连通道实时传输给所述网络固存。本实施例中，为确保传输实时性，直连接口采用4路直连线，组成4bit数据直接表示缓存当前队列比例，例如“0001”表示缓存占用1/15，“0002”表示缓存占用2/15，以此类推。网络固存每个时钟周期直接读取直连接口的4bit数据，即可立即获取当前缓存队列状态，实时性相对于外部网络包获取方式大大提高。
本实施例中，网络固存根据当前延时IP缓存列队状态对LVDS传输速率进行快速、平滑调整。一种简单的速率调整策略，其可调参数包括：缓存队列状态查询间隔T，缓存速率调整阈值VL、VH和VF。本实施例中，取T＝1ms，VL＝1/15缓存容量，VH＝8/15缓存容量，VF＝13/15缓存容量。网络固存设置N档输出速率，接口处时钟CLK频率固定，速率调整方法为调整FLAG有效信号的占空比(即帧间隔)，有效占空比降低时速率降低，有效占空比提高时速率提高，最大速率设置为略高于中继或对地数传带宽。网络固存固定时间间隔1ms查询缓存队列状态，当缓存占比小于等于1/15缓存容量时，提高LVDS发送速率；当缓存占比大于1/15缓存容量小于8/15缓存容量时，速率不变；当缓存占比大于8/15缓存容量时，降低LVDS发送速率；当缓存占比大于13/15缓存容量时，停止发数。通过所述速率调整，当实时网络数据有波动时，仍能保证缓存中队列处于合理范围内。
本实施例中，包含两个独立的IP over CCSDS组帧模块，分别对实时网络数据和延时网络数据进行组帧，采用FPGA实现，组帧速率大于中继或对地数传带宽，组帧后的AOS帧存入对应的帧缓存中。
本实施例中，优先级调度模块在输出接口处对实时数据和延时数据进行调度，当实时数据帧缓存、延时数据帧缓存中有1帧组好的AOS帧，则产生调度请求信号，所述优先级调度模块根据实时数据帧缓存、延时数据帧缓存的调度请求进行输出调度。调度策略为：优先响应输出实时数据，无实时数据时响应输出延时数据，两种数据都没有时输出填充帧。
本实施例中，经实测，通过上述改进方法，在网络数据量足够多的情况下，使得IPover CCSDS协议转换设备的下行中继或对地数传的传输效率达到100％，无填充帧情况出现。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (6)
1.一种提高IP over CCSDS传输效率的方法，其特征在于，包括：
(1)在IP over CCSDS协议转换设备的网络接口处按照实时数据和延时数据对星上网络数据进行分包；
(2)将网络固存集成在IP over CCSDS协议转换设备中，并针对网络的延时数据增加开辟大容量延时IP缓存；
(3)在网络固存与大容量延时IP缓存间使用LVDS接口进行匀速IP数据传输，并使用专用直连通道实时反馈当前延时IP缓存列队状态；
(4)网络固存根据当前延时IP缓存列队状态，对LVDS传输速率进行快速、平滑调整；
(5)优先级调度模块在输出接口处对实时数据和延时数据进行调度，实时数据优先级高于延时数据。
2.根据权利要求1所述的提高IP over CCSDS传输效率的方法，其特征在于，(1)在IPover CCSDS协议转换设备的网络接口处按照实时数据和延时数据对星上网络数据进行分包，包括：
在网络接口处对IP包中源IP地址进行判断，根据不同网络终端数据的特性和实时性要求，按照实时数据和延时数据分包；
分包后实时数据送往小容量实时IP缓存直接组帧输出，延时数据则送往网络固存存储。
3.根据权利要求1所述的提高IP over CCSDS传输效率的方法，其特征在于，(2)将网络固存集成在IP over CCSDS协议转换设备中，并针对网络的延时数据增加开辟大容量延时IP缓存，包括：
在IP over CCSDS协议转换设备中集成大容量网络固态存储器，对输入的延时网络数据按照IP格式存储；同时，在网络固存后端增加开辟大容量延时IP缓存，在IP over CCSDS组帧前对网络固存输出的IP数据进行高速缓存。
4.根据权利要求1所述的提高IP over CCSDS传输效率的方法，其特征在于，(3)在网络固存与大容量延时IP缓存间使用LVDS接口进行匀速IP数据传输，并使用专用直连通道实时反馈当前延时IP缓存列队状态，包括：
网络固存通过设备内部专用的高速LVDS接口，按照自定义协议将存储的IP数据匀速发送给大容量延时IP缓存；
大容量延时IP缓存实时统计自身缓存队列状态，并将实时统计的缓存队列状态通过设备内部专用的直连通道实时传输给网络固存。
5.根据权利要求1所述的提高IP over CCSDS传输效率的方法，其特征在于，(4)网络固存根据当前延时IP缓存列队状态，对LVDS传输速率进行快速、平滑调整，包括：
网络固存通过专用直连通道实时读取延时IP缓存列队状态，结合当前LVDS输出速率，网络固存按照预设的策略或算法，对输出LVDS接口的有效数据速率进行动态调整，使得延时IP缓存中数据队列始终处于合理的范围内。
6.根据权利要求1所述的提高IP over CCSDS传输效率的方法，其特征在于，(5)优先级调度模块在输出接口处对实时数据和延时数据进行调度，包括：
优先级调度模块根据实时数据帧缓存、延时数据帧缓存的调度请求进行输出调度，优先输出实时数据；无实时数据时输出延时数据；两种数据都没有时输出填充帧。
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