【正文】 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數(shù)據(jù)。 遙控 AOS 包 空間包協(xié)議AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議遙測空間數(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編碼 重構(gòu)的CCSDS遙測和遙控建議空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的基本數(shù)據(jù)單元為傳輸幀。各類文件則需采用不同顏色的封面。這個委員會的任務(wù)是開發(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)到國際間的相互支持、合作與交流的目的。其后在“神舟”二號至“神舟”六號飛船上有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)全面應(yīng)用了AOS標(biāo)準(zhǔn)[10]。國際空間站在數(shù)據(jù)系統(tǒng)體制上就采用了CCSDS的AOS建議標(biāo)準(zhǔn)[7]。首先，對虛擬信道進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，對信道的劃分、包的研究都做了詳?xì)的研究，接著，對虛擬信道調(diào)度中的經(jīng)典虛擬信道調(diào)度算法進(jìn)行深度研究。 最后，對傳統(tǒng)的虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行了分析研究 ，通過建立虛擬信道調(diào)度的仿真模型，分別研究了靜態(tài)優(yōu)先級算法，時間片輪轉(zhuǎn)和先到先服務(wù)三種調(diào)度算法，最后對這些虛擬信道調(diào)度算法進(jìn)行仿真實驗，得到結(jié)果后進(jìn)行了對比分析。這是空間站與AOS 數(shù)據(jù)體制成功結(jié)合的典型例子。 本論文的結(jié)構(gòu)安排 本文在高級在軌系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，主要對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。1986年制定的CCSDS COS常規(guī)建議書重點關(guān)注了常規(guī)自由飛行科學(xué)衛(wèi)星的要求。 CCSDS件類型及相應(yīng)的封面顏色文件類型封面顏色說明建議CCSDS藍(lán)皮書(Blue Book,BB)CCSDS紅皮書(Red Book,RB)CCSDS粉皮書(Pink Book,PB)批準(zhǔn)發(fā)布的正式建議建議的初稿，技術(shù)委員會已原則同意，但最后還需要成員結(jié)構(gòu)審查通過對CCSDS藍(lán)皮書建議的修改方案，但最后還需有成員機(jī)構(gòu)審查通過報告CCSDS綠皮書(Green Book,GB) CCSDS報告，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(White Book,WB)CCSDS黃皮書(YellowBook,YB)CCSDS所有技術(shù)報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。遙控空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議使用可變長度的傳輸幀來保證長度較短的信息(通常為命令信息)短時延的接收。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。(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)。位流業(yè)務(wù)主要用于高速率實時同步數(shù)據(jù)傳送。MPDU導(dǎo)頭MPDU包區(qū)備用首導(dǎo)頭指針第k個包的剩余部分第k+1個包……第m個包第m+1個包5bits11bits變長 MPDU數(shù)據(jù)單元(5)VCDU/CVCDU 數(shù)據(jù)單元為使同步過程簡單可靠，SLS采用固定長度的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，即虛擬信道數(shù)據(jù)單元。為有效傳輸這些多信源多用戶且業(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。因此，這種方式較適合于輸入數(shù)據(jù)路數(shù)較少的情況。這一過程是由虛擬信道調(diào)度中的幀生成算法實現(xiàn)的。分散數(shù)據(jù)包和集中數(shù)據(jù)塊的生成均符合泊松過程規(guī)律。合路器的調(diào)度策略是根據(jù)當(dāng)前傳輸實時性要求進(jìn)行調(diào)度的，靜態(tài)優(yōu)先級(即靜態(tài)傳輸實時性)只決定于未開始傳送前的傳輸實時性[32]。 基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法 本文提出來的基于幀的緊迫度的動態(tài)調(diào)度算法涉及到3個因素：VC允許的最大調(diào)度時延、VC中幀已經(jīng)等待的時間、靜態(tài)優(yōu)先級。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)先級調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度發(fā)送。 先來先服務(wù)調(diào)度算法延遲。reliable。 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法時延。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： :表示在第個調(diào)度時刻VC2能夠占用物理信道的概率；:表示在第個調(diào)度時刻VC2不能占用物理信道的概率；:表示在第個調(diào)度時刻VC2剩余個包的概率；:表示系統(tǒng)緩存容量為時，在第k個調(diào)度時刻VC2丟個包的概率。VC允許的最大調(diào)度時延，每個VC都有一個允許的最大調(diào)度時延，不同的信源對最大時延的要求各不相同。本節(jié)重點對虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行研究。在模型1中對包長度的限制使得到達(dá)的包不會被分割到下一個MPDU中，也就是包串恰好能放入到MPDU的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)。在特定的任務(wù)內(nèi)MPDU的長度是固定的，并恰好能裝入固定長度的虛擬信道數(shù)據(jù)單元(VCDU)的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)， 所示。(3)混合多路復(fù)用同步/異步混合多路復(fù)用將采用一個兩級多路復(fù)用的方式。虛擬信道調(diào)度包括兩層復(fù)用機(jī)制。并利用同步頭進(jìn)行定界。一個BPDU填滿后，剩余數(shù)據(jù)流接著放入下一個BPDU，并在同一專用虛擬信道內(nèi)傳送。該業(yè)務(wù)的特點是最終端點的數(shù)量和位置可以變化，并且這種變化是難以預(yù)測的。在空間鏈路子（Space Link Subnetwork簡稱SLS)中設(shè)置虛擬信道(Virtual Channel簡稱VC)[21]，每個SLS的應(yīng)用分享一個VC，各個VC分時占用物理信道，從而可避免長數(shù)據(jù)源壟斷信道。遙測空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議和AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議使用固定長度的傳輸幀，以便在空間鏈路實現(xiàn)較可靠的幀同步[19]。在實際應(yīng)用中，整個CCSDS協(xié)議可以被看作是一個混合的、匹配的工具包。目前，CCSDS高級在軌系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的新一代體系標(biāo)準(zhǔn)，許多國家和組織都已經(jīng)采用這一標(biāo)準(zhǔn)。 第二章對高級在軌系統(tǒng)協(xié)議進(jìn)行分析。CPN的結(jié)構(gòu)由一個軌道段中的“星載網(wǎng)”通過CCSDS“SLS（空間鏈路子網(wǎng)）”與一個“地面網(wǎng)”或另一個軌道段中的“星載網(wǎng)”相連。AOS。合理的調(diào)度算法是保證AOS能夠高效、有序的在同一物理信道上傳輸多種不同類型數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。比如歐洲空間技術(shù)中心、哥達(dá)德飛行中心、NASA 噴氣推進(jìn)實驗室、美國的Lockheed Martin導(dǎo)彈與航天公司等[6]。自1993年開始進(jìn)行AOS（高級在軌系統(tǒng)）的應(yīng)用研究，首先在載人飛船有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計中采用了AOS標(biāo)準(zhǔn)。許多空間的任務(wù)要求在航天器與地面站、航天器之間進(jìn)行雙向傳輸多信源、多用戶業(yè)務(wù)要求的信息。與國際電信聯(lián)盟(International Telemunication Union，ITU)相似[15]。目前下列包CCSDS認(rèn)可的空間包、空間通信協(xié)議規(guī)范網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(SCPS NP)數(shù)據(jù)包、IP4數(shù)據(jù)包。同時，該協(xié)議通過利用合理的合路機(jī)制、有效的糾錯、檢錯措施，能夠保證較高的信道利用率和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，從而滿足高速率、大容量、多用戶的空間飛行器等復(fù)雜航天器的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸要求。通過由網(wǎng)絡(luò)管理預(yù)先建立的邏輯數(shù)據(jù)通道LDP(Logical Data Path)。當(dāng)一個MPDU被填滿后，如果仍有剩余，則將剩余部分放入下一個MPDU中。主導(dǎo)頭副導(dǎo)頭用戶數(shù)據(jù)包標(biāo)識符包序列控制包長度版本號類型副導(dǎo)頭標(biāo)識應(yīng)用過程標(biāo)識符順序標(biāo)識報序列標(biāo)識351112141616比特16比特16比特可變可變 CP_PDU數(shù)據(jù)單元(2)包裝業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元ESDU主要來自網(wǎng)間業(yè)務(wù)，它的格式任意。對于低速率系統(tǒng)，則可以采用較短的VCDU長度，以減小低速實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t。(2)全異步多路復(fù)用 在這種方式下只有當(dāng)各虛擬信道被有效數(shù)據(jù)填滿后才開始傳送。對高級在軌系統(tǒng)進(jìn)行研究；并介紹了虛擬信道及虛擬信道調(diào)度的概念，從而為深入研究虛擬信道調(diào)度做鋪墊。正常狀態(tài)下的工程數(shù)據(jù)也可屬于此類，稱為分散數(shù)據(jù)，二是大容量下卸的數(shù)據(jù)。虛擬信道的劃分如下：VC1：采用路徑業(yè)務(wù)，傳輸平臺系統(tǒng)網(wǎng)數(shù)據(jù)，重要性最高，實時性高(要求延時小)，數(shù)據(jù)比特率為10Mbps；VC2：采用路徑業(yè)務(wù)，傳輸生理遙測數(shù)據(jù)，重要性較高，數(shù)據(jù)比特率為10Mbps；VC3：采用路徑業(yè)務(wù)，傳輸延時遙測數(shù)據(jù)，重要性一般；數(shù)據(jù)比特率為35Mbps；VC4：采用網(wǎng)間業(yè)務(wù)，傳輸網(wǎng)間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，重要性一般，數(shù)據(jù)比特率為2Mbps；VC5：采用路徑業(yè)務(wù)，傳輸高速有效載荷的試驗數(shù)據(jù)，重要性一般，數(shù)據(jù)比特率為75Mbps；VC6：采用位流業(yè)務(wù)，傳輸高速有效載荷的CCD圖像類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)比特率為95Mbps；VC7：采用位流業(yè)務(wù)，傳輸視頻監(jiān)視的操作監(jiān)視數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)比特率為44 Mbps；VC8：采用位流業(yè)務(wù)，傳輸話音和視頻等視頻會議數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)比特率11Mbps；VC9：產(chǎn)生并傳輸填充VCDU?！皫木o迫度”被定義為上述兩個物理量的差值與虛擬信道靜態(tài)優(yōu)先級的乘積[23]。 本節(jié)重點對經(jīng)典虛擬信道調(diào)度算法中的靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法進(jìn)行研究。，當(dāng)下行速率，到達(dá)率分別是，包長度為。參考文獻(xiàn)[1] Consultative Committee for Space Data EndtoEnd Data Yellow 2002:89[2] :13[3] 王錚. 高級在軌系統(tǒng)AOS關(guān)鍵技術(shù)研究. :36[4] 黃薇， :3846[5] :79[6] :15[7] 文淵. 高級在軌系統(tǒng)合路器的研究[D]. :216[8] ，.“CCSDS PACKET DATA HANDLING SYSTEM OFETSVll”.National Space Development Agency of Japan2006:147160[9] [10] :2328[11] [D].西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2004:635[12] 于志堅，:1518[13] :1316[14] Luciano Advanced Orbiting Testbed Program: Results and Lessons Learned to Systems. 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