发布时间 : 星期五 文章CCSDS标准更新完毕开始阅读39167f01e87101f69e31955f
天管理局（NASA)、日本国家宇宙开发事业团（NASDA）、俄罗斯空间局（RCA）、中国国家航天局（CNSA）。国际上主要航天机构均参加了该组织，为该组织各项技术活动的开展提供支持。CCSDS推出了一系列建议和技术报告，内容涉及到分组遥测、遥控、射频、调制、时码格式、遥测信道编码、轨道运行、标准格式化数据单元、无线电外测和轨道数据等，反映了当前世界空间数据系统的最新技术发展动态。业界预计，CCSDS建议不仅将成为航天测控与通信领域的天基网标准，也有可能成为将天基ISDN与地基ISDN合在一起构成21世纪全球的ISDN标准。
2、发展前景。CCSDS近期的具体目标是：主持制定和推广应用与空间信息有关的国际标准；指导各个空间组织的基础设施建设；获取最大的交互性；指导开发可扩展、集成快、成本低、满足不同用户交互操作的通用硬件与软件；实现支持空间飞行任务的合作与成果共享；将空间飞行任务信息系统与全球信息基础设施（GII）相结合。CCSDS的21世纪战略目标是：建立和不断扩大空间飞行任务信息系统的配套交换能力，在整个太阳系建立一个国际性可交互的空间数据通信与导航基础设施；支持近地的、深空的、以及飞向太阳系其他星体的飞行器，保证增强性、安全性和可靠性，减少任务成本和集成时间，提高空间信息的利用率。
3、与我国现行标准的关系。我国现行航天测控标准主要源于IRIG标准和ESA标准。遥测技术标准基本参照IRIG标准，该标准适用于各种导弹、运载火箭等航天飞行器，技术条文明确、成熟，在靶场遥测上预计会长期使用。我国航天器测控和数据管理技术标准大部分参照ESA标准，载人航天工程的现行测控体制是ESA USB标准的多副载波与残余载波跟踪的单站定轨测控体制，上下行载波调相，双程侧音测距与相干载波多普勒测速，残余载波多通道单脉冲测角，基本符合CCSDS推荐采用的残余载波与载波抑制并存的多载波混合体制。目前，国内航天测控通信总体研究部门正在积极开展符合CCSDS建议书的系列标准制定工作。
4、在中国的应用。我国20世纪90年代初开始跟踪研究CCSDS建议，经过近20年的努力，已实现了从单纯的跟踪研究到工程应用、前沿技术验证的转变。1999年5月发射的“实践”五号卫星上，首先对神舟飞船有效载荷数管系统的主要技术进行了先期在轨飞行验证性试验，这次试验取得了圆满成功，达到了预期目的，特别是采用CCSDS标准的数据系统可以在空间正常工作。2001年初发射的神舟二号飞船是国内公用航天器首次采用CCSDS标准，实现了高速多路复接器，按该标准组装数据，通过S波段发射器下行。2007年下半年发射的嫦娥一号月球探测卫星，其载荷数据管理系统（PDMS）中的
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高速复接器也按CCSDS标准组装数据下行。2008年上半年发射的风云三号气象卫星，在其L波段的实时传输信道、X波段的实时及延时传输信道中，都采用了CCSDS的AOS标准。根据我国航天科技发展规划，在航天测控通信领域逐渐采用CCSDS标准已经成为必然。
三、结构特征
CCSDS推出的建议书具有显著的前瞻性和创新性。在至今为止近百份建议书中，提出了大量的新概念系统和技术，引领着世界空间数据系统领域技术不断向前发展。20世纪80年代，CCSDS提出了以分包遥测、分包遥控为核心的常规在轨系统（COS），它以分包和虚拟信道动态调度的系统思想解决了中低速率异步数据流的传输问题，支持为多用户、多信源服务的开放式系统实现。目前已经成为世界航天器工程数据传输的主流体制。20世纪90年代，CCSDS以国际空间站需求为背景，提出了高级在轨系统（AOS），它是在COS基础上发展起来的，能够支持宽带数据传输，并提出了八种业务和三种业务质量等级。它把航天器的载荷数据和工程数据统一为一个数据流，改变了传统分离为两个数据流的做法，使系统更有效更开放。目前也已经成为大多数新航天器数据系统体制的首选方案，且COS 可以兼容在AOS中。为了适应空间通信的特点，CCSDS提出了空间通信协议（SCPS）和空间文件传输协议（CFDP），它们都适用于使用大容量存储器的航天器，在空间进行大数据文件的可靠安全地传输与操作。针对空间航天器之间的邻近链路，CCSDS开发了邻近链路协议，它是CCSDS的COS和AOS思想在邻近链路上的延伸，更能适应信号不弱、时延短、通信过程短和独立等邻近链路特点，提供了单工、半双工、全双工等灵活工作方式以及多频段的通信，采用先握手互设参数后通信的方法。由深空探测任务牵引，CCSDS提出了下一代空间因特网的新概念，把地面因特网扩展到近空和深空。它不是简单地搬用地面因特网的做法，而是提出了建立动态利用空间链路的通信，整合端到端资源预留，实现移动IP，保证安全等一系列措施。这些思想的实现，将不仅对深空，而且对近空空间飞行都会发生深刻的影响。除了对上述各类系统体制提出了许多新概念外，还对信道和调制技术、信息压缩技术、时间码格式等专项技术也提出了不少新的方法，尤其对地面数据交换标准格式（SFDU）和交互支持方法做了大量标准化的规范研究，这些为未来国际广泛的空间合作打下了坚实的技术基础。
1、CCSDS协议体系结构
空间通信协议体系结构自下而上包括：物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层。其中，每一层又包括若干个可供组合的协议。空间通信协议的参考模型如图1所
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示。
（1）物理层
物理层标准包括两部分：无线射频和调制系统和 Proximity-1。无线射频和调制系统对星地之间使用的频段、调制方式等作出了定义。 Proximity-1是个跨层协议，规定了邻近空间链路物理层特性，包含物理层和数据链路层。物理层主要为同步和信道编码子层提供输入输出比特时钟和一些状态信息：如载波捕获信号。而数据链路层又包含五个子层：同步和信道编码子层、帧子层、媒体接入控制子层 、数据服务子层和I/O子层。
（2）数据链路层
CCSDS数据链路层定义了数据链路协议子层和同步与信道编码子层。数据链路协议子层规定了传输高层数据单元的方法。数据链路层以传送帧（Transfer Frame）为传输单元。同步与信道编码子层规定了在空间链路上传送帧的同步与信道编码方法。
CCSDS 开发了数据链路层协议子层的以下四种协议：TM空间数据链路协议、TC空间数据链路协议、AOS空间数据链路协议，以及Prox-1空间链路协议的数据链路层。这些协议提供了在单条空间链路上的数据传输功能，统称为空间数据链路协议（Space Data Link Protocol，SDLP）。与之相对应，CCSDS还开发了数据链路层的同步与信道编码子层三个标准：TM同步与信道编码、TC同步与信道编码，以及Prox-1空间链路协议的编码
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与同步层标准。TM和 AOS空间数据链路协议使用底层的TM同步与信道编码。TC空间数据链路协议使用底层的TC同步与信道编码。Prox-1 空间链路协议具有数据链路层和物理层的功能，其中，Prox-1空间链路协议的数据链路层使用底层的 Prox-1 同步与信道编码。
（3）网络层
网络层空间通信协议实现空间数据系统的路由功能。空间数据系统包括星上子网和地面子网两大部分。CCSDS开发了两种网络层协议：空间分组协议SPP和SCPS-NP。网络层的协议数据单元通过空间数据链路协议传输。路由是根据协议数据单元（PDU）的地址决定的。这两个协议都不提供重传功能，重传由高层协议保证。在某些情况下，空间分组协议SPP的协议数据单元的源和目的地址可以标识为相应的应用进程，此时，该协议既作为网络层协议，又作为应用层协议。为了同现有的地面网相兼容，网络层使用封装技术后，因特网的IPv4和IPv6分组也可以通过空间数据链路协议传输，与SPP、SCPS-NP可复用或独用空间数据链路。SCPS- NP提供了可选择的路由方案与灵活的路由表维护方案，对空间网络动态拓扑的特点具有良好的适应性。SCPS- NP主要的不足在于不支持与IPv4或者IPv6的互操作。若要将网络层基于SCPS- NP的网络与基于IPv4或者IPv6的网络互联，需要将SCPS- NP头转换为IPv4或者IPv6。然而这种转换必然会损失SCPS- NP的部分功能。
（4）传输层
CCSDS开发了传输层SCPS-TP协议，向空间通信用户提供端到端传输服务。CCSDS 还开发了用于文件传输的协议CFDP，CFDP既提供了传输层的功能，又提供了应用层文件管理功能。传输层协议的协议数据单元（PDU）通常由网络层协议传输，在某些情况下，也可以直接由空间数据链路协议传输。因特网的TCP、UDP 可以基于SCPS-NP、IPv4 或IPv6。
作为一个传输层协议，SCPS- TP也提供可靠的、面向字节的数据流传输服务。但与Internet 的TCP相比，SCPS- TP进行了如下几个方面的改进：使用TCP分离( TCP- splitting) 技术，这使得SCPS- TP的可靠性是通过在端到端路径中各段的可靠性来获得的；SCPS- TP使用选择性的负确认即 selective- NAK，而不是TCP中使用的ACK。这样在SCPS- TP中就不用为每个发送的数据包都发送一个确认，而是发送方定期地要求接收方对它已经成功接收到的数据包进行确认，这样就减少了确认发送的数量，从而减轻了通信链路负载。此外，SCPS- TP中没有重传定时器，也不在传输数据之前通过三次握手建立连接。
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