【正文】 此業(yè)務(wù)只適用于嚴(yán)格按照CCSDS協(xié)議構(gòu)造數(shù)據(jù)單元的用戶(hù)，用此業(yè)務(wù)傳輸自己構(gòu)造VCDU/CVCDU，并與虛擬信道訪問(wèn)子層產(chǎn)生的VCDU/CVCDU一起多路復(fù)用物理信道。并利用同步頭進(jìn)行定界。固定虛擬信道數(shù)據(jù)單元的長(zhǎng)度有利于系統(tǒng)同步，有利于控制系統(tǒng)延時(shí)量及存儲(chǔ)量，有利于采用統(tǒng)一的糾錯(cuò)編碼，也便于防止大容量用戶(hù)獨(dú)占信道。虛擬信道調(diào)度包括兩層復(fù)用機(jī)制。(1)全同步多路復(fù)用在這種方式中各虛擬信道在指定時(shí)隙占用物理信道，每個(gè)虛擬信道的順序是固定的且不斷重復(fù)。(3)混合多路復(fù)用同步/異步混合多路復(fù)用將采用一個(gè)兩級(jí)多路復(fù)用的方式。 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了CCSDS AOS協(xié)議。在特定的任務(wù)內(nèi)MPDU的長(zhǎng)度是固定的，并恰好能裝入固定長(zhǎng)度的虛擬信道數(shù)據(jù)單元(VCDU)的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)， 所示。針對(duì)高效率幀生成算法中可能出現(xiàn)的在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有足夠多的包到達(dá)，導(dǎo)致幀生成時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而造成幀生成時(shí)延超過(guò)業(yè)務(wù)所允許的最大時(shí)延情況。在模型1中對(duì)包長(zhǎng)度的限制使得到達(dá)的包不會(huì)被分割到下一個(gè)MPDU中，也就是包串恰好能放入到MPDU的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)。通過(guò)對(duì)載人航天器的用戶(hù)和業(yè)務(wù)需求的分析，選擇9路虛擬信道(VC)下行傳輸航天器用戶(hù)所需要的全部數(shù)據(jù)。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行研究。傳送緊迫度定義為： ()在調(diào)度過(guò)程中，在任一異步調(diào)度時(shí)刻，首先調(diào)度傳送具有最高傳送緊迫度D的虛擬信道，如果出現(xiàn)兩個(gè)或更多虛擬信道同時(shí)具有最高傳送緊迫度的情況，這時(shí)，需要比較這些虛擬信道的緊迫度加權(quán)系數(shù)，優(yōu)先調(diào)度選擇緊迫度加權(quán)系數(shù)最高的虛擬信道，如果緊迫度加權(quán)系數(shù)相同的信道也不止一個(gè)，則優(yōu)先調(diào)度選擇序號(hào)小的信道并為之提供服務(wù)。VC允許的最大調(diào)度時(shí)延，每個(gè)VC都有一個(gè)允許的最大調(diào)度時(shí)延，不同的信源對(duì)最大時(shí)延的要求各不相同。虛擬信道調(diào)度策略一直以來(lái)都是AOS研究的重要內(nèi)容之一。在下述性能分析的公式推導(dǎo)中所用到的物理量的意義如下： :表示在第個(gè)調(diào)度時(shí)刻VC2能夠占用物理信道的概率；:表示在第個(gè)調(diào)度時(shí)刻VC2不能占用物理信道的概率；:表示在第個(gè)調(diào)度時(shí)刻VC2剩余個(gè)包的概率；:表示系統(tǒng)緩存容量為時(shí)，在第k個(gè)調(diào)度時(shí)刻VC2丟個(gè)包的概率。反之VC2不能占用物理信道。 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法時(shí)延。分析了傳統(tǒng)的虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法，最后做出了幾種算法的仿真結(jié)果。reliable。具體內(nèi)容包括： 分析了等時(shí)幀生成算法中成幀等待時(shí)間與MPDU復(fù)用效率關(guān)系，指出對(duì)于一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)中不同幀的MPDU復(fù)用效率是不同的，且當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，MPDU的復(fù)用效率將趨于一定值，分析了高效率幀生成算法的幀生成時(shí)間均值。 先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法延遲。即有： () （）其中，表示在時(shí)間內(nèi)到達(dá)的新包數(shù)，表示上個(gè)時(shí)刻剩余的包數(shù)，表示在（即當(dāng)前一個(gè)調(diào)度時(shí)間)內(nèi)，新到達(dá)個(gè)包的概率。本節(jié)的理論分析中，假設(shè)虛擬信道數(shù)據(jù)源包到達(dá)率服從泊松分布，且采用高效率幀生成算法生成虛擬信道數(shù)據(jù)幀，進(jìn)而按照靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度發(fā)送。 本章小結(jié) 本章研究分析了傳統(tǒng)的虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度方案，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)提出了一種新的基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度方案，與傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法相比，該算法不僅考慮了虛擬信道中幀已經(jīng)等待的時(shí)間，也考慮了調(diào)度模塊中每個(gè)虛擬信道中幀所允許的最大時(shí)延。 基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法 本文提出來(lái)的基于幀的緊迫度的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法涉及到3個(gè)因素：VC允許的最大調(diào)度時(shí)延、VC中幀已經(jīng)等待的時(shí)間、靜態(tài)優(yōu)先級(jí)。緊迫度加權(quán)系數(shù)，用來(lái)體現(xiàn)各個(gè)虛擬信道對(duì)傳輸延遲不同要求的加權(quán)系數(shù)被定義為緊迫度加權(quán)系數(shù)。合路器的調(diào)度策略是根據(jù)當(dāng)前傳輸實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行調(diào)度的，靜態(tài)優(yōu)先級(jí)(即靜態(tài)傳輸實(shí)時(shí)性)只決定于未開(kāi)始傳送前的傳輸實(shí)時(shí)性[32]。 虛擬信道的劃分 虛擬信道的劃分 在空間鏈路子層中，CCSDS的一個(gè)重要特征就是虛擬信道(VC)的概念。分散數(shù)據(jù)包和集中數(shù)據(jù)塊的生成均符合泊松過(guò)程規(guī)律。 MPDU主導(dǎo)頭MPDU包區(qū)VCDU主導(dǎo)頭VCDU數(shù)據(jù)區(qū)CADU同步標(biāo)志信道尋去時(shí)隙 多路復(fù)用中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化本章主要對(duì)幀生成模塊進(jìn)行研究，分析了在幀長(zhǎng)、包長(zhǎng)比值一定的前提下成幀等待時(shí)間與MPDU復(fù)用效率(MPDU復(fù)用效率是指在一個(gè)MPDU中，有CCSDS包的總長(zhǎng)度與MPDU包區(qū)長(zhǎng)度之比)的關(guān)系。這一過(guò)程是由虛擬信道調(diào)度中的幀生成算法實(shí)現(xiàn)的。 虛擬信道調(diào)度技術(shù)是AOS的關(guān)鍵技術(shù)之一，正是在這種技術(shù)的支持下，AOS在網(wǎng)絡(luò)層提供了路徑業(yè)務(wù)和網(wǎng)間業(yè)務(wù)，在空間鏈路層提供了包裝業(yè)務(wù)、多路復(fù)用業(yè)務(wù)、位流業(yè)務(wù)、虛擬信道存取業(yè)務(wù)、虛擬信道數(shù)據(jù)單元業(yè)務(wù)、及插入業(yè)務(wù)等多種業(yè)務(wù)，從而AOS可以傳輸多信源、多用戶(hù)、多目標(biāo)的高速率數(shù)據(jù)。因此，這種方式較適合于輸入數(shù)據(jù)路數(shù)較少的情況。只有按類(lèi)組織虛擬信道，才能有效防止某一虛擬信道對(duì)物理信道的壟斷[23]。為有效傳輸這些多信源多用戶(hù)且業(yè)務(wù)質(zhì)量要求各不相同的信息，提高空間數(shù)據(jù)信道的利用率。每一個(gè)CADU對(duì)應(yīng)于一個(gè)信道存取時(shí)隙，連續(xù)的并且首尾相連的CADU就構(gòu)成了PCA_PDU。MPDU導(dǎo)頭MPDU包區(qū)備用首導(dǎo)頭指針第k個(gè)包的剩余部分第k+1個(gè)包……第m個(gè)包第m+1個(gè)包5bits11bits變長(zhǎng) MPDU數(shù)據(jù)單元(5)VCDU/CVCDU 數(shù)據(jù)單元為使同步過(guò)程簡(jiǎn)單可靠，SLS采用固定長(zhǎng)度的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，即虛擬信道數(shù)據(jù)單元。 (5)虛擬信道訪問(wèn)業(yè)務(wù) 該業(yè)務(wù)是將由用戶(hù)提供的、長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)單元VCASDU(其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)CPN是未知的)放入虛擬信道長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)域(VCDU/CVCDU)內(nèi)，通過(guò)空間鏈路傳輸，傳輸可同步或異步且有序。位流業(yè)務(wù)主要用于高速率實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)傳送。它們的描述如下：(1)包裝業(yè)務(wù) 該業(yè)務(wù)是將輸入的非CCSDS格式的定界、長(zhǎng)度可變的、按字節(jié)排列的數(shù)據(jù)單元(ESDU)包裝在版本1的CCSDS包內(nèi)，以便在虛擬信道內(nèi)復(fù)用。(2)網(wǎng)間業(yè)務(wù)該業(yè)務(wù)是路徑業(yè)務(wù)的補(bǔ)充業(yè)務(wù)。包括路徑業(yè)務(wù)和網(wǎng)間業(yè)務(wù)。采用兩種多路復(fù)用機(jī)制，即包信道多路復(fù)用和虛擬信道多路復(fù)用。 高級(jí)在軌系統(tǒng) AOS的特點(diǎn) AOS協(xié)議是在CCSDS制定的COS分包遙測(cè)、遙控的基礎(chǔ)上發(fā)展并完善起來(lái)的。遙控空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議使用可變長(zhǎng)度的傳輸幀來(lái)保證長(zhǎng)度較短的信息(通常為命令信息)短時(shí)延的接收。如果需要在航天器和地面間的兩路在線通信[17]。 CCSDS件類(lèi)型及相應(yīng)的封面顏色文件類(lèi)型封面顏色說(shuō)明建議CCSDS藍(lán)皮書(shū)(Blue Book,BB)CCSDS紅皮書(shū)(Red Book,RB)CCSDS粉皮書(shū)(Pink Book,PB)批準(zhǔn)發(fā)布的正式建議建議的初稿，技術(shù)委員會(huì)已原則同意，但最后還需要成員結(jié)構(gòu)審查通過(guò)對(duì)CCSDS藍(lán)皮書(shū)建議的修改方案，但最后還需有成員機(jī)構(gòu)審查通過(guò)報(bào)告CCSDS綠皮書(shū)(Green Book,GB) CCSDS報(bào)告，輔助性文件，補(bǔ)充相關(guān)建議的原理，提供背景信息草稿管理CCSDS白皮書(shū)(White Book,WB)CCSDS黃皮書(shū)(YellowBook,YB)CCSDS所有技術(shù)報(bào)告和建議的原始草稿CCSDS 的內(nèi)部文件，大多是非技術(shù)性的管理文件與標(biāo)準(zhǔn)的OSI模型相似CCSDS協(xié)議的層次模型可分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。 CCSDS協(xié)議結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用研究 CCSDS 協(xié)議層次模型 CCSDS自成立以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展已有30多個(gè)空間機(jī)構(gòu)參與支持并逐步建立了一套基本的空間通信標(biāo)準(zhǔn)[14]。1986年制定的CCSDS COS常規(guī)建議書(shū)重點(diǎn)關(guān)注了常規(guī)自由飛行科學(xué)衛(wèi)星的要求。通過(guò)仿真運(yùn)行得到一些比較經(jīng)典的虛擬信道調(diào)度算法的長(zhǎng)短處和應(yīng)用情況，并采用分析和仿真相結(jié)合的方式著重研究了靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法。 本論文的結(jié)構(gòu)安排 本文在高級(jí)在軌系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，主要對(duì)AOS中虛擬信道調(diào)度算法進(jìn)行探討研究，全文共分為四章，具體結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章首先總結(jié)了課題的研究背景和意義。1995年由我國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院總體技術(shù)專(zhuān)業(yè)部開(kāi)展的863課題計(jì)劃“空間站信息與數(shù)據(jù)系統(tǒng)概念研究”首次向國(guó)人計(jì)劃并提出了未來(lái)我國(guó)空間站采用AOS體制的設(shè)計(jì)方案[9]。這是空間站與AOS 數(shù)據(jù)體制成功結(jié)合的典型例子。通過(guò)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流，AOS利用一個(gè)信道可以同時(shí)傳送數(shù)據(jù)、話音、電視圖象、靜止圖象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、遙測(cè)、遙控等各種不同信息[5]。 最后，對(duì)傳統(tǒng)的虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行了分析研究 ，通過(guò)建立虛擬信道調(diào)度的仿真模型，分別研究了靜態(tài)優(yōu)先級(jí)算法，時(shí)間片輪轉(zhuǎn)和先到先服務(wù)三種調(diào)度算法，最后對(duì)這些虛擬信道調(diào)度算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果后進(jìn)行了對(duì)比分析。理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要 首先，對(duì)虛擬信道進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯瑢?duì)信道的劃分、包的研究都做了詳細(xì)的研究，接著，對(duì)虛擬信道調(diào)度中的經(jīng)典虛擬信道調(diào)度算法進(jìn)行深度研究。是一個(gè)空間對(duì)空間和空間對(duì)地面的測(cè)控與通信數(shù)據(jù)及其他有效載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)， 其目的是建立一個(gè)關(guān)于空空或空地的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，AOS的主要技術(shù)特征是面向由小容量、低速率到大容量、高速率的寬帶數(shù)據(jù)通信需求，提供動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)包自動(dòng)路由和多用戶(hù)聯(lián)網(wǎng)能力[4]。國(guó)際空間站在數(shù)據(jù)系統(tǒng)體制上就采用了CCSDS的AOS建議標(biāo)準(zhǔn)[7]。我國(guó)空間技術(shù)研究院于1996年專(zhuān)門(mén)成立了CCSDS工作小組。其后在“神舟”二號(hào)至“神舟”六號(hào)飛船上有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)全面應(yīng)用了AOS標(biāo)準(zhǔn)[10]。建立虛擬信道調(diào)度的仿真模型。這個(gè)委員會(huì)的任務(wù)是開(kāi)發(fā)空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的通信體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議與業(yè)務(wù)使未來(lái)的空間業(yè)務(wù)能夠以標(biāo)準(zhǔn)化的途徑進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與處理[12]，從而達(dá)到國(guó)際間的相互支持、合作與交流的目的。最后介紹了虛擬信道及調(diào)度的基本內(nèi)容。各類(lèi)文件則需采用不同顏色的封面。遙測(cè)空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議通常(但不局限于)從航天器發(fā)送遙測(cè)信息到地面遙控空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議通常(但不局限于)從地面發(fā)送指令到航天器。 遙控 AOS 包 空間包協(xié)議AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議遙測(cè)空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議遙控空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議通信操作規(guī)程1 幀 遙控同步和信道編碼信號(hào)編碼 重構(gòu)的CCSDS遙測(cè)和遙控建議空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的基本數(shù)據(jù)單元為傳輸幀。為了在物理層實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位同步技術(shù)，這兩個(gè)協(xié)議還提供了對(duì)傳輸幀進(jìn)行偽隨機(jī)化的功能。結(jié)構(gòu)上采用分層將整個(gè)通信網(wǎng)分成具有不同功能且采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的若干層，其中各層的數(shù)據(jù)單元中均設(shè)置導(dǎo)頭域，用于記錄一些有用信息，方便接收端能夠正確地提取用戶(hù)數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)的描述分別如下： 一、端到端業(yè)務(wù)。盡管路徑業(yè)務(wù)可在CPN的任一方向上工作，但其主要用途是將大量的高速數(shù)據(jù)從空間傳到地面。這六種業(yè)務(wù)可以用同步或者異步方式工作。(3)位流業(yè)務(wù) 該業(yè)務(wù)是將非定界的、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邊界對(duì)數(shù)傳系統(tǒng)是未知或保密的位流數(shù)據(jù)放入位流業(yè)務(wù)協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU的數(shù)據(jù)域內(nèi)，通過(guò)空間鏈路子網(wǎng)傳輸，傳輸可同步或異步，但須保持順序。插入業(yè)務(wù)與VCDU業(yè)務(wù)不能在一條物理信道上同時(shí)使用。B_PDU導(dǎo)頭B_PDU位流數(shù)據(jù)域備用位流數(shù)據(jù)指針2bits6bits可變 BPDU數(shù)據(jù)單元(4)復(fù)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元為了充分利用空間信道資源，提高信道的利用率，復(fù)用業(yè)務(wù)把同一虛擬信道上的CCSDS包復(fù)用并合路到一個(gè)多路復(fù)用數(shù)據(jù)單元(MPDU)中。一個(gè)VCDU或CVCDU加上同步標(biāo)志之后，就成為所謂的CADU。各信源或用戶(hù)信息產(chǎn)生的時(shí)刻獨(dú)立無(wú)關(guān)，且數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)率和實(shí)時(shí)性要求各不相同。虛擬信道的分配應(yīng)該按照數(shù)據(jù)包的類(lèi)別而不是按照實(shí)際物理源進(jìn)行，因?yàn)楦黝?lèi)不同數(shù)據(jù)需要提供不同的服務(wù)等級(jí)，而不同的物理源包往往包含相同類(lèi)型的數(shù)據(jù)包。這種方式可以靈活地處理突發(fā)性業(yè)務(wù)，信道利用率較高，但對(duì)于那些優(yōu)先權(quán)較低的同步業(yè)務(wù)，有可能因?yàn)榕抨?duì)延遲過(guò)長(zhǎng)而超過(guò)它所規(guī)定的最大延遲。使用混合多路復(fù)用方式雖增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，但它能較好地避免前兩種方式的缺陷，因此這種方式適合于具有多數(shù)據(jù)源且各數(shù)據(jù)源特性相差較大的系統(tǒng)。其入口處的信源模型是多個(gè)物理信源合路后的邏輯信源。 ……會(huì)對(duì)物理信道產(chǎn)生壟斷，稱(chēng)為集中數(shù)據(jù)。假定一個(gè)MPDU中包含足夠多數(shù)量的包，即值足夠大，則采用模型1時(shí)進(jìn)行分析的性能與采用模型2進(jìn)行分析的性能是相近的，因此只需采用較簡(jiǎn)單的源包模型1 來(lái)分析系統(tǒng)的性能，所得到的結(jié)論同樣適用于采用模型2的系統(tǒng)。 虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法虛擬信道調(diào)度決定數(shù)據(jù)幀(VCDU)在發(fā)送到物理信道時(shí)的先后排序，也即是決定著整個(gè)合路傳輸?shù)男省．?dāng)一個(gè)虛擬信道被服務(wù)過(guò)后，如果其虛擬信道緩存中沒(méi)有完整的傳送幀那么它的傳送緊迫度基數(shù)自動(dòng)降為0，否則其傳送緊迫度基數(shù)就自動(dòng)變?yōu)?。仿真實(shí)驗(yàn)表明本文所提出的基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的虛