AOS协议论文基于opnet的CCSDS AOS协议建模与仿真.doc

AOS协议论文：基于opnet的CCSDS AOS协议建模与仿真 摘要：ccsds关于aos协议的蓝皮书发布于2001年。文章首先讨论了aos协议的各种关键技术，然后在opnet仿真平台上实现了aos协议的主要通信模块，最后分析了仿真结果。 关键词：aos协议；opnet；建模仿真 一、概述 空间数据系统咨询委员会（consultative committee for space data system，以下简称ccsds）成立于1982年，它是一个由多个国家空间局合作的国际组织，致力于建立空间信息交换的数据系统标准。ccsds的宗旨是建立一个全球范围的、开放、与ccsds标准兼容的虚拟空间数据系统，用于国际交互支持、合作和空间信息交换服务。至今ccsds已经制定了空间数据链路协议，包括遥测、遥控、aos（高级在轨数据系统）；同时，ccsds开发了一套与地面网络协议ftp、tcp/ip在功能上平行的空间通信协议规范scps，这套建议书包括四个部分：文件协议scps-fp、传输协议scps-tp、安全协议scps-sp和网络协议scps-np。目前世界已经公认ccsds是空间数据系统技术权威的国际组织，采用ccsds标准是空间数据系统领域的大势所趋。我国目前属于ccsds的观察员，在空间技术开发和国际合作不断增强的今天，中国有必要在不久的将来成为ccsds的成员之一。 二、aos协议概述 在20世纪90年代以来，空间数据系统迎来了新的发展。ccsds制定了高级在轨数据系统（advanced orbiting system，以下简称aos）。与常规系统相比，高级在轨系统灵活性更强，能提供多样化的数据处理业务，特别是它能满足高数据速率，比如动态视频数据等的传输。aos能够兼用常规系统。例如，一个空间工作aos平台可能与独立的自由飞行器对接，该飞行器使用常规ccsds标准；或者在一个系统中，不含声音和图像的上行数据使用常规的分包遥控标准，而下行链路使用aos标准。 ccsds主网（ccsds principal network，以下简称cpn）是为空间任务用户提供端到端数据流的处理网络，它包括在空间轨道上的星载网络和空间链路子网（space link subnetwork，以下简称sls）。空间链路子网将星载网络与地面网络或另一轨道上的星载网络连接在一起。cpn的构成如图1所示： 空间链路子层（sl）对应于osi模型中的数据链路层，如图2所示。ccsds在aos的建议中规定了空间链路子层的协议和业务，对星载和地面网络的内部结构、采用的协议和扩展网的业务并不限制。可以这么理解，aos协议规范了空间链路子层的标准行为。 三、建模仿真 （一）aos协议关键技术 1．虚拟信道的调度。aos协议链路层将实际的物理信道分为逻辑上的多个虚拟信道。ccsds建议每个航天器可以拥有64个虚拟信道。实际的空间数据传输时，每个航天器怎样调度虚拟信道是aos协议最关键的技术之一。调度策略大体上分为同步调度，异步调度，同步与异步结合的混合调度。同步调度指的是各个航天器在固定时隙占用相应的虚拟信道，非常类似静态tdma接入方式。这种方式适合大多数业务用户的数据速率较固定且同步的场合。 异步调度指的是各虚拟信道只有在被完全填充后，才发送出去。这种方式在数据速率变化较大的情况下，可以有效提高传输速率。但是有时额外的排队延迟也会被引入。 同步与异步相结合的方式将结合前两者的优势，并互补不足，但是如何结合，怎样安排调度策略，这些将增加系统实现的困难。 2．校验与同步编码。aos协议的链路层分为虚拟信道控制子层和虚拟信道存取子层。虚拟信道存取子层实现数据帧的校验编码和同步编码。如图3所示，虚拟信道的数据传送单元为数据帧，数据帧内包含了上层用户发送过来的数据。为了在接收端识别每一个独立的数据帧，发送端在数据帧之间产生了同步编码。接收端根据同步码可以获得与发送端的同步。 3．分包技术。aos协议传送的数据单元——数据帧有固定的长度，当一个数据帧剩余大小不足以装载上层发送过来的一个数据包时，对该数据包进行拆分，分割的另一半由下一数据帧装载。每个拆分的数据单元有相应的标识。在接收端，系统在接收到所有这些分割的单元后，根据这些标识可以回复源数据包。 （二）aos协议建模 1．虚拟信道建模分析。根据opnet在仿真中以包为通信单位的特点，将每个数据包可以作为一个虚拟信道独立的数据帧。每一个虚拟信道的数据帧会有标识表明自身属于哪一个虚拟信道。同时还会有其他的标志位来标识航天器号，数据包的版本号等。数据帧的格式如图4所示： 虚拟信道的调度采用同步调度策略。在实际应用场合，航天器与地面站往往是多个，再加上数据任务众多，因此，用64个虚拟信道来满足数据传输的种种要求。但在本论文讨论的仿真中