【正文】 于嚴(yán)格按照CCSDS協(xié)議構(gòu)造數(shù)據(jù)單元的用戶，用此業(yè)務(wù)傳輸自己構(gòu)造VCDU/CVCDU，并與虛擬信道訪問子層產(chǎn)生的VCDU/CVCDU一起多路復(fù)用物理信道。 (5)虛擬信道訪問業(yè)務(wù) 該業(yè)務(wù)是將由用戶提供的、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)，通過空間鏈路傳輸，傳輸可同步或異步且有序。某個(gè)物理信道上插入?yún)^(qū)存在與否由網(wǎng)管設(shè)置。(4)插入業(yè)務(wù) 該業(yè)務(wù)用來等時(shí)傳送話音或遠(yuǎn)程操作控制信息等按字節(jié)排列的采樣數(shù)據(jù)，適用于傳輸對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)。一個(gè)BPDU填滿后，剩余數(shù)據(jù)流接著放入下一個(gè)BPDU，并在同一專用虛擬信道內(nèi)傳送。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。如果沒有足夠的有效數(shù)據(jù)，則需要進(jìn)行填充。其具體復(fù)用方法是將CCSDS包級(jí)連起來，直至其長(zhǎng)度達(dá)到復(fù)用業(yè)務(wù)協(xié)議數(shù)據(jù)單元MPDU的最大長(zhǎng)度。在接收端，將ESDU從CCSDS包中取出，從而恢復(fù)出原來的定界數(shù)據(jù)單元。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。 二、空間鏈路子網(wǎng)業(yè)務(wù):包括包裝業(yè)務(wù)、多路復(fù)用業(yè)務(wù)、位流業(yè)務(wù)、插入業(yè)務(wù)、虛擬信道訪問業(yè)務(wù)和虛擬信道數(shù)據(jù)單元業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)實(shí)際上是將商業(yè)支持的ISO8473無連接網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的ISO8473包封裝在CPN通用的CCSDS包內(nèi)，再經(jīng)空間鏈路傳送。該業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是最終端點(diǎn)的數(shù)量和位置可以變化，并且這種變化是難以預(yù)測(cè)的。(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)。用Path ID來標(biāo)識(shí)LDP，不需提供完整的端地址，能簡(jiǎn)捷、有效地經(jīng)過整個(gè)CPN傳輸數(shù)據(jù)，路徑業(yè)務(wù)的傳輸是異步且無序的[22]。它以版本1的CCSDS包作為其協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)。端到端業(yè)務(wù)在整個(gè)CCSDS主網(wǎng)CPN內(nèi)以異步方式工作。包括路徑業(yè)務(wù)和網(wǎng)間業(yè)務(wù)。 服務(wù)類型 AOS定義了兩類業(yè)務(wù)，端到端業(yè)務(wù)和空間鏈路子網(wǎng)業(yè)務(wù)，這兩類業(yè)務(wù)包括八種不同業(yè)務(wù)。不同類型的用戶通過采用不同格式的數(shù)據(jù)單元可以合并為一個(gè)數(shù)據(jù)流，從而在一條物理信道上進(jìn)行傳輸設(shè)置航天器標(biāo)識(shí)符。在空間鏈路子（Space Link Subnetwork簡(jiǎn)稱SLS)中設(shè)置虛擬信道(Virtual Channel簡(jiǎn)稱VC)[21]，每個(gè)SLS的應(yīng)用分享一個(gè)VC，各個(gè)VC分時(shí)占用物理信道，從而可避免長(zhǎng)數(shù)據(jù)源壟斷信道。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。從應(yīng)用和設(shè)計(jì)的角度看，AOS的特點(diǎn)包括：可以處理新的數(shù)字化數(shù)據(jù)類型(包括音頻和視頻信號(hào))能夠在空地?cái)?shù)據(jù)信道中對(duì)稱地傳送數(shù)據(jù)，且用戶數(shù)據(jù)率在幾比特每秒到幾百兆比特每秒的范圍內(nèi)變化。可利用一個(gè)物理信道綜合傳送數(shù)據(jù)、話音、電視圖像、靜止圖像、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、遙測(cè)、遙控等各種不同的信息。AOS服務(wù)于空/地和空/空測(cè)控、通信以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它可用于處理大容量、高速率數(shù)據(jù)，并支持許多不同需要的用戶同時(shí)訪問。 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)展并完善起來的。通常，遙測(cè)同步和信道編碼協(xié)議與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)議結(jié)合使用，而遙控同步和信道編碼協(xié)議與遙控空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議結(jié)合使用。因此在應(yīng)用這兩個(gè)協(xié)議時(shí)，如果需要保證完整、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，需要由高層協(xié)議來進(jìn)行重傳控制。遙測(cè)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(zhǎng)度的傳輸幀，以便在空間鏈路實(shí)現(xiàn)較可靠的幀同步[19]。遙控空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議使用可變長(zhǎng)度的傳輸幀來保證長(zhǎng)度較短的信息(通常為命令信息)短時(shí)延的接收。對(duì)于其他類型的包，可以先將其封裝成空間包后，再由空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議進(jìn)行傳輸。PVN必須在空間鏈路標(biāo)識(shí)符文件中注冊(cè)。空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議提供了在空間鏈路傳輸各種類型數(shù)據(jù)的能力，但它們的主要功能是傳輸可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)單元，如包。如果需要在航天器和地面間的兩路在線通信[17]。 CCSDS 空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議 CCSDS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議包括遙測(cè)空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議、 所示。例如，在鏈路層，可以采取COS和AOS的混合配置。在實(shí)際應(yīng)用中，整個(gè)CCSDS協(xié)議可以被看作是一個(gè)混合的、匹配的工具包。 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(huì)已原則同意，但最后還需要成員結(jié)構(gòu)審查通過對(duì)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(bào)告CCSDS綠皮書(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(White Book,WB)CCSDS黃皮書(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建議的形成要經(jīng)過嚴(yán)密的程序。按照內(nèi)容劃分CCSDS的建議和報(bào)告主要有八類：遙測(cè)系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、輔助數(shù)據(jù)、射頻與調(diào)制系統(tǒng)、跟蹤與導(dǎo)航系統(tǒng)、信息獲取與交換系統(tǒng)、高級(jí)在軌系統(tǒng)、交互支持業(yè)務(wù)和結(jié)構(gòu)。目前國(guó)際上已有250 多個(gè)空間任務(wù)采用了CCSDS標(biāo)準(zhǔn)。 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，經(jīng)過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]。主要分對(duì)高級(jí)在軌系統(tǒng)進(jìn)行介紹分析，逐步介紹了AOS的特點(diǎn)、服務(wù)類型、AOS數(shù)據(jù)單元格式以及多路復(fù)用技術(shù)等。他為空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)帶來了極大的方便，同時(shí)向下兼容常規(guī)空間數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[13]。目前，CCSDS高級(jí)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(guó)家和組織都已經(jīng)采用這一標(biāo)準(zhǔn)。1986年制定的CCSDS COS常規(guī)建議書重點(diǎn)關(guān)注了常規(guī)自由飛行科學(xué)衛(wèi)星的要求。1982年，美國(guó)航宇局(NASA)、歐洲空間局(ESA)和許多國(guó)家的空間局成立了空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)。例如，空間生命，空間材料，空間環(huán)境，空間天文等多方面的研究與應(yīng)用。 策略的優(yōu)缺點(diǎn)2222 2 CCSDS協(xié)議及其應(yīng)用分析研究空間科學(xué)的持續(xù)發(fā)展使得許多空間業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和傳輸有了新的需求。通過仿真運(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。第四章主要對(duì)AOS虛擬信道調(diào)度中的典型虛擬信道調(diào)度算法進(jìn)行研究。主要包括AOS的特征、服務(wù)種類、AOS數(shù)據(jù)單元格式以及多路復(fù)用技術(shù)，并做出了虛擬信道及信道調(diào)度的概念。 第二章對(duì)高級(jí)在軌系統(tǒng)協(xié)議進(jìn)行分析。 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。為減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，在1999年發(fā)射的“實(shí)踐”五號(hào)衛(wèi)星上成功地進(jìn)行了采用AOS標(biāo)準(zhǔn)的在軌技術(shù)飛行試驗(yàn)，取得了應(yīng)用AOS標(biāo)準(zhǔn)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。長(zhǎng)期以來，為達(dá)到我國(guó)航天工程有效載荷數(shù)據(jù)管理和飛行器測(cè)控的工作標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心致力于CCSDS高級(jí)在軌系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的科研和工程應(yīng)用，并取得了顯著成果。方案預(yù)計(jì)分兩步完成，第一步首先是采用AOS的部分業(yè)務(wù)及功能。1995年由我國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院總體技術(shù)專業(yè)部開展的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)劃并提出了未來我國(guó)空間站采用AOS體制的設(shè)計(jì)方案[9]。 我國(guó)為了跟蹤C(jī)CSDS的最新發(fā)展以及在現(xiàn)有條件如何應(yīng)用CCSDS體制。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 中國(guó)的空間技術(shù)研究院是CCSDS觀察員成員國(guó)，自從1980年以后。CPN的結(jié)構(gòu)由一個(gè)軌道段中的“星載網(wǎng)”通過CCSDS“SLS（空間鏈路子網(wǎng)）”與一個(gè)“地面網(wǎng)”或另一個(gè)軌道段中的“星載網(wǎng)”相連。這是空間站與AOS 數(shù)據(jù)體制成功結(jié)合的典型例子。1998年11月20日由美國(guó)、俄羅斯為領(lǐng)導(dǎo)的，包括歐洲、加拿大和日本等12 個(gè)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)艙聯(lián)合組成的大型載人航天計(jì)劃（國(guó)際空間站）成功發(fā)射。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 目前CCSDS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被大部分國(guó)家和地區(qū)的空間組織和商業(yè)機(jī)構(gòu)普遍接受并進(jìn)行應(yīng)用。虛擬信道調(diào)度策略是當(dāng)前AOS數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心和研究熱點(diǎn)。通過建立統(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]。 現(xiàn)在，為了使得載人和無人空間站、無人空間平臺(tái)、自由飛行的空間飛行器等各種空間任務(wù)更好的滿足數(shù)據(jù)的處理和傳輸?shù)囊?，CCSDS提出了一種靈活性更強(qiáng)，更多樣化的數(shù)據(jù)通信和傳輸體制——高級(jí)在軌系統(tǒng)( Advanced Orbit Systems， AOS)[3]。Virtual channel II目 錄1 緒論 1 課題研究的背景和意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 本論文的結(jié)構(gòu)安排 22 CCSDS協(xié)議及其應(yīng)用分析研究 4 CCSDS協(xié)議結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用研究 4 CCSDS 協(xié)議層次模型 4 CCSDS 空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議 5 高級(jí)在軌系統(tǒng) 6 AOS的特點(diǎn) 6 服務(wù)類型 7 AOS數(shù)據(jù)單元格式 9 多路復(fù)用技術(shù)與虛擬信道 13 本章小結(jié) 153 AOS虛擬信道的研究 16 源包模型 16 虛擬信道的劃分 17 虛擬信道的劃分 17 虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法 18 傳統(tǒng)的虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法 18 基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動(dòng)態(tài)調(diào)度算法 19 本章小結(jié) 204 AOS虛擬信道調(diào)度算法的研究 21 靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法的性能分析 21 系統(tǒng)緩存容量為無限大時(shí)VC2性能參數(shù)分析 21 性能分析與仿真 22III 其他調(diào)度算法的仿真研究 24 先來先服務(wù)調(diào)度算法 24 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法 25結(jié) 論 28致 謝 29參考文獻(xiàn) 30附錄A 英文原文 32附錄B 漢語(yǔ)翻譯 39附錄C 程序代碼 45IV1 緒論 課題研究的背景和意義 隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，世界上主要的一些空間組織于上世紀(jì)80年代成立了國(guó)際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)( Consultive Committee for Space Data System)[1]，主要為空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)指定標(biāo)準(zhǔn)化的通信體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議與業(yè)務(wù)，建立全球標(biāo)準(zhǔn)化的和開放的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)。AOS。 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。本文重點(diǎn)對(duì)AOS中虛擬信道調(diào)度算法進(jìn)行研究。AOS的核心技術(shù)之一是虛擬信道調(diào)度策略。AOS以標(biāo)準(zhǔn)化的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交換，能夠在空間鏈路中雙向傳輸音頻、視頻、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等多種不同類型的數(shù)據(jù)。理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要 為了適應(yīng)空間技術(shù)的發(fā)展，滿足復(fù)雜航天器的數(shù)據(jù)處理需求，國(guó)際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)CCSDS開發(fā)了高級(jí)在軌系統(tǒng)AOS。目前，AOS在航空航天技術(shù)領(lǐng)域中的作用越來越突出。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。首先，對(duì)虛擬信道進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，?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。關(guān)鍵詞 CCSDS ；AOS；調(diào)度算法；虛擬信道 Abstract In order to adapt to the development of space technology,to meet the plex spacecraft data processing needs,CCSDS in 1986 developed advanced orbiting system. AOS in a standardized way for data processing and exchange,can in the space link in a variety of bidirectional transmission of audio,video,scientific experiment data of different present,the AOS and role in the field of aerospace technology in more of the core technology of AOS is the virtual channel scheduling scheduling algorithm is to guarantee that AOS can be efficient,orderly transfer key to many different types of data in the same physical channel. This paper focuses on the study of virtual channels in AOS scheduling algorithm,the