专利名称：一种用于航天器多级子网的突发下行数据通信方法
一种用于航天器多级子网的突发下行数据通信方法技术领域
本发明公开了一种用于航天器多级子网的突发下行数据通信方法，属于通信技术领域。
背景技术：
根据网络拓扑结构，航天器器载网络由多个子网组成，每个子网存在一个主控终端和多个远程终端，该主控终端同时还作为上一级子网的远程终端，连接两个子网，如图I 所示，子网I为整个网络的最上级子网，子网2、3的主控终端同时也作为子网I的远程终端，从而将3个子网连接为一体。每个子网内传输的下行数据均要通过该子网的主控终端。 通过这种连接方式，多个子网构成了一个完整的器载网络，所有下行数据通过最上级子网的主控终端完成最后的汇集，形成下行数据帧传送至地面站。
航天器存在两种类型的下行数据常规下行数据和突发下行数据。在下行信道的使用上，将物理信道分为两个独立的虚拟信道VCl和VC2，分别常规下行数据和突发下行数据进行下行传送。在平时VCl占用物理信道进行周期性的传输，当航天器上产生了突发下行数据时，可调度VC2通过抢占物理信道的方式，或者与VCl按照一定的传输比例共用物理信道的方式进行传输。
传统的航天器器载网络以单网络为基础，所有的数据传输均由该网络主控终端发起，根据采集到的不同数据选用不同的传输方法。两类数据传输方法分别如下
( I)常规下行数据的传输
此类数据在整个航天器在轨期间一直存在，并根据数据的变化情况按照一定的下传周期进行传输。因此此类数据在网络内的传输有主控终端负责，按照数据的各自采集周期要求，周期性的从各远程终端获取，其中子网2、3的主控终端获取本级各远程终端的常规数据后，根据航天器内部网络通信协议的要求组织好数据，等待子网I主控终端的获取， 子网I获取本级各远程终端及子网2、3主控终端的此类数据后，根据航天器下行数据格式的要求,生成VCl下行数据帧，并传送至地面站。
(2)突发下行数据
此类数据的特点是，在航天器在轨期间，大部分时间都不会产生，但一旦产生此类数据，要在尽量短的时间内完成下传。
原来在进行此类数据传输时，均由主控终端向对应的远程终端发出取数据指令， 间隔一段时间后(假设为Tl )，再到远程终端取回数据，打上相应的数据识别信息，并组成下行数据帧下传。如当子网I的主控终端需要获取子网2的某个远程终端的数据时，在TO时刻，子网I的主控终端通知其远程终端(即子网2的主控终端)准备数据，子网2的主控终端收到命令后，通知其远程终端准备数据；子网2的主控终端等待T2时间后，从其远程终端读取数据并打上相应的数据识别信息2，子网I的主控终端等待(T1+T2)时间后，从其远程终端(即子网2的主控终端)读取数据并打上相应的数据识别信息I。可见，取数据指令和回传的数据均需要经过子网2主控终端的转发，在子网2内也会有一定的间隔时间T2，这样子网I主控终端需要等待T1+T2时间后，进行取数据操作，过程如图2所示。Tl及T2的取值受到子网I、子网2的通信协议、物理层等特性影响，还要保证足够的时间余量，效率不高。
同时，当器载网络扩展到多级子网时，从主控终端发起突发数据获取过程时，需要经过多次发出指令、取回数据、由上一级子网获取的操作，每经过一级子网，根据该子网的特性会增加一个时延，累积到最上层子网，时延增大，且受到不同下级子网网络特性的影响，时延不是一个通用的数值，主控终端控制逻辑臃肿，难以实现。而且，每级主控终端均需要了解数据内容，并根据内容层层打上数据标识，这样上级主控终端就必须了解所有下级子网的组成及特性，设计复杂，且不符合子网互相独立的设计原则，非常不利于网络的扩充。发明内容
鉴于此，本发明提供了一种用于航天器多级子网的突发下行数据通信方法，使得航天器器载网络能够在保证原有常规下行数据传输的功能的同时，提高突发下行数据的灵活性，简化握手协议和主控终端的控制逻辑。
航天器多级子网，即航天器器载网络，由多个子网组成，其中，第一级子网中的主控终端可直接通过航天器应答机与地面站进行通信；子网中的主控终端为上一级子网中的远程终端；
当地面站向航天器多级子网中的某远程终端有数据请求时，所述突发下行数据通信方法的具体实现步骤如下
(I)地面站生成向某远程终端请求数据的遥控包，按照上行信道的上行注入格式的要求封装为遥控帧，遥控帧中携带遥控帧标识用于表示遥控帧属于哪个子网；将所述遥控帧发送给航天器，经应答机解调后传送至第一级子网的主控终端；所述的遥控包包含用于表示遥控包属于哪个远程终端的遥控包标识；
(2)第一级子网的主控终端根据遥控帧标识判断所接收的遥控帧是否属于本级子网，若是，则根据遥控包内容直接通知对应的远程终端准备数据，不再等待，转而执行其他工作；否则将遥控帧转发至自身所连接的下一级子网的主控终端，并在完成转发后转而执行其他工作；
(3)各级子网的主控终端根据遥控帧标识判断所接收的遥控帧是否属于本级子网，若是，则根据遥控包内容直接通知对应的远程终端准备数据，否则将遥控帧转发至自身所连接的下一级子网的主控终端，直至通知到地面站要求上传数据的远程终端准备数据；
(4)地面站要求上传数据的远程终端根据遥控包内容准备好相应的数据，并封装成遥测包，向其所在子网的主控终端提出数据传输服务请求；
(5)各级子网的主控终端以设定的时间为周期，查询所在子网的远程终端是否有数据传输服务请求，一旦查询到数据传输服务请求，则获取远程终端准备好的数据，并通知该远程终端数据传输结束，然后向上一级子网的主控终端提出数据传输服务请求，直到所述准备好的数据到达第一级子网的主控终端；
(6)第一级子网的主控终端将获取到的所述准备好的数据按照下行数据格式的要求，组成突发下行数据帧，按照突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略，占用物理信道完成下传；5
(7)突发下行数据帧下传结束后，第一级子网的主控终端停止突发下行数据帧的传输，恢复传输之前的常规下行数据帧。
当地面站没有生成并发送向航天器多级子网中的某远程终端请求数据的遥控包， 但远程终端有突发下行数据需要下传时，所述突发下行数据通信方法的具体实现步骤为
SI :远程终端将突发下行数据封装成遥测包，向其所在子网的主控终端提出数据传输服务请求；
S2 :各级子网的主控终端以设定的时间为周期，查询所在子网的远程终端是否有数据传输服务请求，一旦查询到数据传输服务请求，则获取远程终端准备好的数据，并通知该远程终端数据传输结束，然后向上一级子网的主控终端提出数据传输服务请求，直到所述准备好的数据到达第一级子网的主控终端；
S3:第一级子网的主控终端将获取到的所述准备好的数据按照下行数据格式的要求，组成突发下行数据帧，按照突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略，占用物理信道完成下传；
S4:突发下行数据帧下传结束后，第一级子网的主控终端停止突发下行数据帧的传输，恢复之前的下传方式。
所述的突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略是指突发下行数据帧抢占常规下行数据帧的传送信道，或者突发下行数据帧和常规下行数据帧按照一定的比例轮流占用传送信道下传数据。
有益效果
本发明涉及在由多级网络组成的航天器器载网络环境下，下行数据如何穿过多级网络，最终汇集到下行信道的一种通信方法，应用于多级器载数据网络拓扑结构的各类航天器，可实现常规下行数据的周期性传输，也可实现由各类突发事件产生的突发下行数据的随时下传，提高了突发下行数据的下传实时性，增强了各网络终端设备自主输出突发下行数据的能力，同时在无突发下行数据下传需求时，不占用常规下行数据的传输通道。
主控终端不再关心时间间隔问题，将数据回传的权利交给远程终端，主控终端能够在最短时间内获取到数据，不需要考虑余量问题，提高了效率；
子网的主控终端不需要为每个远程终端的回传数据标识，该工作由远程终端自行进行，进一步节省了时间，加快了数据读取速度；
主控终端不再需要了解所有下级子网的网络特性，简化控制逻辑，提高各级子网的独立性，当子网级数继续扩充时，对上级子网的工作不会产生任何影响，极大地提高了网络的可扩充能力。
图I为航天器器载网络结构示意图2为传统的突发数据的传输流程；
图3为本发明对突发数据的传输流程；
图4为某航天器器载网络结构示意图5为具体实施例流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于航天器多级子网的突发下行数据通信方法，其基本思想是将航天器网络内突发下行数据传输的发起和数据回传分开，各自由数据的源端负责，其中传输发起由子网的主控终端负责，而数据的回传由远程终端负责，主控终端在向对应的远程终端发出取数据指令后，就不再等待，可以转而进行其他工作，而远程终端准备好数据后，向主控终端提出突发数据传输请求。
航天器多级子网，即航天器器载网络，由多个子网组成，其中，子网I为第一级子网，子网I的主控终端可直接通过航天器应答机与地面站进行通信；子网中的主控终端为上一级子网中的远程终端；
如图3所示，当地面站要求某子网的远程终端上传数据时，具体实现步骤如下
(I)地面站生成符合CCSDS规定格式的向某远程终端A请求数据的遥控包，其中包含远程终端A的内存读出指令，按照上行信道的上行注入格式的要求，封装为遥控帧，遥控帧中携带遥控帧标识用于表示遥控帧属于哪个子网；将所述遥控帧发送给航天器，经应答机解调后传送至子网I的主控终端；
(2)子网I的主控终端根据遥控帧标识判断所接收的遥控帧是否属于本级子网， 若是，则根据遥控包内容直接通知对应的远程终端准备数据，不再等待，转而执行其他工作；否则将遥控帧转发至自身所连接的下一级子网(即图3中的子网2)的主控终端，并在完成转发后转而执行其他工作；子网I的主控终端完成转发后，继续进行其他工作；
(3)第二级子网的主控终端根据遥控帧标识判断所接收的遥控帧是否属于本级子网，若是，则根据遥控包内容直接通知对应的远程终端准备数据，不再等待，转而执行其他工作；否则将遥控帧转发至自身所连接的下一级子网(即图3中的子网3)的主控终端，并在完成转发后转而执行其他工作；第二级子网的主控终端完成转发后，继续进行其他工作；
(4)各级子网的主控终端依次根据遥控帧标识判断所接收的遥控帧是否属于本级子网，若是，则根据遥控包内容直接通知相应的远程终端准备数据，不再等待，转而执行其他工作；否则将遥控帧转发至自身所连接的下一级子网的主控终端，直至通知到地面站要求上传数据的远程终端A准备数据；各级子网的主控终端完成转发后，不再等待，继续进行其他工作；所述的其它工作是指主控终端在被打断前正在进行的工作，例如航天器自主温度控制，也可以是预定要进行的其他工作，如由航天器自主温度控制转向能源管理；
(5)地面站要求上传数据的远程终端A从遥控包中识别出自身的内存读出指令后，准备好相应的数据，并封装成符合CCSDS规定格式的遥测包，向其所在子网(即图3中的子网η)的主控终端提出数据传输服务请求；
(6)地面站要求上传数据的远程终端A所在子网(即图3中的子网η)的主控终端以设定的时间为周期，查询远程终端A是否有数据传输服务请求，一旦查询到数据传输服务请求，则获取远程终端A准备好的数据，并通知远程终端A数据传输结束，远程终端A不再向其所在子网的主控终端提出数据传输服务请求，然后远程终端A所在子网的主控终端向上一级子网(即图3中的子网η-l)的主控终端提出数据传输服务请求；
(7)各级子网的主控终端依次以设定的时间为周期查询本级子网远程终端是否有数据传输服务请求，一旦查询到数据传输服务请求，则获取准备好的数据，并通知发出数据传输服务请求的远程终端传输结束，远程终端不再向其所在子网的主控终端提出数据传输服务请求，然后远程终端所在子网的主控终端向上一级子网的主控终端提出数据传输服务请求，直到所述准备好的数据到达第一级子网I的主控终端；
(8)第一级子网I的主控终端将获取到的所述准备好的数据按照下行数据格式的要求，组成突发下行数据帧，按照突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略，占用物理信道完成下传；
(9)突发下行数据帧下传结束后，第一级子网I的主控终端停止突发下行数据帧的传输，恢复传输之前的常规下行数据帧。
当地面站没有向航天器多级子网中的某远程终端请求数据，但远程终端有突发下行数据需要下传时，具体实现步骤为
SI :远程终端将突发下行数据封装成遥测包，向其所在子网的主控终端提出数据传输服务请求；
S2 :各级子网的主控终端以设定的时间为周期，查询所在子网的远程终端是否有数据传输服务请求，一旦查询到数据传输服务请求，则获取远程终端准备好的数据，并通知该远程终端数据传输结束，然后向上一级子网的主控终端提出数据传输服务请求，直到所述准备好的数据到达第一级子网的主控终端；
S3:第一级子网的主控终端将获取到的所述准备好的数据按照下行数据格式的要求，组成突发下行数据帧，按照突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略，占用物理信道完成下传；
S4:突发下行数据帧下传结束后，第一级子网的主控终端停止突发下行数据帧的传输，恢复传输之前的常规下行数据帧。
所述的突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略是指突发下行数据帧抢占常规下行数据帧的传送信道，或者突发下行数据帧和常规下行数据帧按照一定的比例轮流占用传送信道下传数据。
下面结合说明书附图和具体实例对本发明做进一步详细说明。
某航天器器载网络由3个子网构成，其中子网I为第一级子网，可通过航天器应答机直接与地面站进行通信，子网2和子网3为第二级子网，各级子网中均设有1553B总线；在每个子网中，主控终端和远程终端均连接到本子网的1553B总线上，且主控终端工作于1553B总线控制模式，远程终端工作在1553B总线远程终端模式；而且，除第一级子网外， 其他各子网的主控终端还连接到上一级子网的1553B总线上，但是其仍工作在本子网的 1553B总线远程终端模式；如图4所示，整个网络的组成设备包括
数管系统管理单元SMU1、SMU2、SMU3 ；
姿轨控计算机GNCC1、GNCC2、GNCC3；
其他设备综合接口单元、样品转移机构、采样封装控制器、电源控制器PIU等。
各数管系统管理单元工作于1553B总线控制模式(BC)，作为各子网的主控终端， 其他所有设备均工作在1553B总线远程终端模式(RT)，作为各子网的远程终端。
该航天器与地面站的通信信道由数管系统管理单元SMUl进行统一控制，通过应答机与地面站完成上下行通信，下行信道分为两个虚拟信道VCl和VC2，其中VCl用于传输常规下行数据，VC2用于传输突发下行数据，平时VCl占用物理信道进行数据传输，当有突发下行数据下行时，VC2抢占物理信道进行传输，结束后释放使用权，继续传输VCl。8
以读出该航天器的突发下行数据为例，地面站命令主控终端按照指定读出长度， 将子网2的远程终端GNCC2的内存数据下传至地面站，供地面分析使用。如图5所示，具体实现步骤为
(I)地面站生成符合CCSDS规定格式的GNCC2遥控包，其中包含GNCC2的内存读出指令，按照上行信道的上行注入格式的要求，封装为子网2的遥控帧，并将遥控帧发送给航天器，经应答机解调后传送至SMUl ；
(2)SMU1根据遥控帧标识，识别该帧为子网2的数据，将其转发至SMU2 ；SMU1完成转发后，继续进行其他工作；
(3) SMU2根据遥控包标识，识别该遥控包为GNCC2的遥控包，将其转发至GNCC2 ； SMU2完成转发后，继续进行其他工作；
(4)GNCC2从该遥控包中识别出自身的内存读出指令后，准备好相应的数据，并封装成符合CCSDS规定格式的遥测包，通过总线发送矢量字的方式向SMU2提出数据传输服务请求；
(5)SMU2以125ms为周期，查询GNCC2是否有数据传输的请求，一旦查询到该请求， 则获取该数据，通过同步字通知GNCC2数据传输结束，GNCC2不再向SMU2提出数据传输服务请求，然后SMU2通过总线发送矢量字的方式向SMUl提出数据传输服务请求；
(6)SMU1以125ms为周期，查询SMU2是否有数据传输的请求，一旦查询到该请求， 则获取该数据，通过同步字通知SMU2数据传输结束，SMU2不再向SMUl提出数据传输服务请求；
(7)SMU1将获取到的遥测包按照下行数据格式的要求，组成突发下行数据帧，调度 VC2抢占物理信道完成下传；
(8)突发下行数据帧下传结束后，SMUl停止VC2，恢复VCl继续传输常规下行数据。
综上所述，以上仅为本发明的一种较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于航天器多级子网的突发下行数据通信方法，航天器多级子网由多个子网组成，其中，第一级子网中的主控终端直接通过航天器应答机与地面站进行通信；子网中的主控终端为上ー级子网中的远程终端；其特征在于 所述突发下行数据通信方法具体实现步骤如下 (1)地面站生成向某远程终端请求数据的遥控包，按照上行信道的上行注入格式的要求封装为遥控帧，遥控帧中携带遥控帧标识用于表示遥控帧属于哪个子网；将所述遥控帧发送给航天器，经应答机解调后传送至第一级子网的主控终端； (2)第一级子网的主控终端根据遥控帧标识判断所接收的遥控帧是否属于本级子网，若是，则根据遥控包内容直接通知对应的远程终端准备数据，不再等待，转而执行其他エ作；否则将遥控帧转发至自身所连接的下一级子网的主控终端，并在完成转发后转而执行其他工作； (3)各级子网的主控终端根据遥控帧标识判断所接收的遥控帧是否属于本级子网，若是，则根据遥控包内容直接通知对应的远程终端准备数据，否则将遥控帧转发至自身所连接的下一级子网的主控终端，直至通知到地面站要求上传数据的远程终端准备数据； (4)地面站要求上传数据的远程终端根据遥控包内容准备好相应的数据，并封装成遥测包，向其所在子网的主控终端提出数据传输服务请求； (5)各级子网的主控终端以设定的时间为周期，查询所在子网的远程终端是否有数据传输服务请求，一旦查询到数据传输服务请求，则获取远程终端准备好的数据，并通知该远程终端数据传输结束，然后向上一级子网的主控终端提出数据传输服务请求，直到所述准备好的数据到达第一级子网的主控终端； (6)第一级子网的主控终端将获取到的所述准备好的数据按照下行数据格式的要求，组成突发下行数据帧，按照突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略，占用物理信道完成下传； (7)突发下行数据帧下传结束后，第一级子网的主控终端停止突发下行数据帧的传输，恢复传输之前的常规下行数据帧。
2.如权利要求I所述的ー种用于航天器多级子网的下行数据通信方法，其特征在于所述航天器多级子网中的各子网中均设有1553B总线；在每个子网中，主控终端和远程终端均连接到本子网的1553B总线上，且主控終端工作于1553B总线控制模式，远程终端工作在1553B总线远程终端模式；而且，除第一级子网外，其他各子网的主控终端还连接到上一级子网的1553B总线上。
3.如权利要求I所述的ー种用于航天器多级子网的下行数据通信方法，其特征在于 当地面站没有生成并发送向航天器多级子网中的某远程终端请求数据的遥控包，但所述远程終端有突发下行数据需要下传时，具体实现过程为 Si:远程终端将突发下行数据封装成遥测包，向其所在子网的主控终端提出数据传输服务请求； S2:各级子网的主控终端以设定的时间为周期，查询所在子网的远程终端是否有数据传输服务请求，一旦查询到数据传输服务请求，则获取远程终端准备好的数据，并通知该远程终端数据传输结束，然后向上一级子网的主控终端提出数据传输服务请求，直到所述准备好的数据到达第一级子网的主控终端；· 53:第一级子网的主控终端将获取到的所述准备好的数据按照下行数据格式的要求，组成突发下行数据帧，按照突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略，占用物理信道完成下传； ·54:突发下行数据帧下传结束后，第一级子网的主控终端停止突发下行数据帧的传输，恢复传输之前的常规下行数据帧。
4.如权利要求I或权利要求3所述的ー种用于航天器多级子网的下行数据通信方法，其特征在于所述的突发下行数据帧和常规下行数据帧的传输策略是指突发下行数据帧抢占常规下行数据帧的传送信道，或者突发下行数据帧和常规下行数据帧按照一定的比例轮流占用传送信道下传数据。
全文摘要
本发明公开了一种用于航天器多级子网的突发下行数据通信方法，属于通信技术领域。地面站生成远程终端A遥控包，封装为遥控帧传送至第一级子网主控终端；各级子网主控终端判断遥控帧是否属于本级子网，若是，则通知对应的远程终端准备数据，转而执行其他工作；否则将遥控帧转发至下一级子网的主控终端，直至通知到远程终端A准备数据；远程终端A准备好数据后提出请求；各级子网主控终端一旦查询到远程终端有请求时，获取数据，然后向上一级子网主控终端提出请求，直到数据到达第一级子网主控终端；第一级子网主控终端将获取的数据组成突发下行数据帧，调度对应信道完成下传；下传结束后，恢复传输常规下行数据。本发明能够提高航天器器载网络传输突发下行数据的灵活性。
文档编号H04L12/40GK102984220SQ201210455040
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者穆强, 张亚航, 郭坚, 袁珺, 彭兢, 张红军, 叶志玲, 程慧霞, 裴楠, 禹霁阳 申请人:北京空间飞行器总体设计部