空间站应用有效载荷数据通信规范

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国家标准 GB/T34829一2017 空间站应用有效载荷数据通信规范 Spaeestationspeeifieationofutilizationpayloaddatacommunieatiom 2017-11-01发布 2018-05-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/34829一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由科学院提出 本标准由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC312)归口 本标准起草单位:科学院空间应用工程与技术中心 本标准主要起草人:闫蕾、曹素芝、宫永生、吴少俊、房亮
GB/34829一2017 空间站应用有效载荷数据通信规范 范围 本标准规定了空间站应用有效载荷数据通信过程中各类型接口从物理层到应用层各层的数据规 范,并规定了MIIsTD-1553B接口、FC-AE-1553接口、以太网接口,RS422接口相关内容 本标准仅 规定有线传输数据通信规范不规定无线数据通信规范 本标准适用于空间站应用有效载荷与应用信息系统之间以及应用有效载荷与实验柜之间的数据通 信 应用有效载荷之间的数据通信参照本标准 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GJB289数字式时分制指令/响应型多路数据传输总线 GJB727航天测控系统术语和缩略语 GJBl198.6航天器测控和数据管理第6部分;分包遥测 GJB1198.7航天器测控和数据管理第7部分:分包遥控 G;JB5186.1一2003数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线测试方法第1部分;远程终端 有效性测试方法 G;JB6410.1一2008光纤通道物理和信号接口第1部分:FCPH 光纤通道物理和信号接口第2部分.FCPH2 GJB6410.22008 GB6410.3一2008光纤通道物理和接口信号第3部分;FC-PH3 ANSIINCITS450-2009信息技术光纤通道物理接口4(FC-PL4)[Informationtechnology FiberChannel一PhysicalInterface一4(FC-P14)] ANSIINCITSTR-42-2007 信息技术光纤通道航空电子环境上层协议(FC-AE-1553 [INCITStechnicalreportforinformation tehnology -FiberchannelAvionicsenvironment -Upper ocolFC-AE-1553力 layerprot ANSI/TIA/EIA-422-BRS422电气协议标准(EleetriealCharaeteristiesofBalaneedVoltageDig italInterfaceCircuits IEEEstd802.3TM-2005 hnology Telecom 以太网协议标准[IEEEStandardforlnformationtee olitanareanetworksSpe municationsandinformationexchangebetweensystems L.ocalandmetropo Part3:Carriersensemut accesswithcollisiondetection(CSMA/CD)access tltiple cificreguirements ecifications methodandPhysieallayerspee IEEEstd802.3ab-1999 4对5类平衡铜缆传输千兆以太网物理层标准[Informat ion elecommunications and between -Local exchange and nformation technology systems specife requirements-Supplement toCarrierSenseMultipleAccess metropolitanareanetworkSSp withCollisionDeteetion(cSMA/CD)AccessMethodandPhysicalLayerSpeetifieations Physical 5 Balanced LayerParametersandSpeeifications、for1000Mb/sOperationOver4-PairofCat ategory copperCabing,Type1000BASET叮
GB/T34829一2017 EEEstd802.3avT-2009接人网技术要求10Gbits/s以太网无源光网络(10G-EPON)[IEEE standardforlnformatontcdhmolo8y一Tdlecommunieationsandinformationexchangebetweenys temms一L.ocalandmetropolitanareanetworksSpeeifcrequirementsPart3:CarrierSenseMultiple AccesswithColisionDetectionCSMA/CDAccessMethodandPhysieallayerSpeefieations Amendment1:PhysicalLayerSpeeificationsandManagementParametersfor10Gb/sPassiveOptical Networks RFc768用户数据报协议(UserDatagramProtocol RFC791互联网协议(InternetProtocol RFC792因特网控制消息协议(InternetControlMessageProtocol smissionControlProtocol RFC793传输控制协议(Trant rnetAddressResolutionProtocol RFC826以太网地址解析协议(AnEther rressAlocationforPrivatelnternets) RFC1918私有网络地址分配(Addr 3 术语、定义和缩略语 3.1术语和定义 GJB289,GJB727,GJB1198.6以及G:JB1198.7界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1.1 应用有效载荷utilizationpayload 装载于空间应用技术平台上,用于执行特定科学实验、科学探测与应用研究任务的仪器及设备 系统 3.1.2 应用信息系统informationsystemforutilization 应用任务中负责系统级的有效载荷数据采集、存储、处理与传输等在轨信息支持工作的电子学 系统 3.1.3 实验柜experimentrack 在飞行平台资源约束下,有统一机,电、热接口的,适用于支持一定学科范围开展不同实验任务的通 用技术设施 3.1.4 总线指令buscommand 总线控制器发给各有效载荷的命令消息 3.1.5 数据注入datauploading 通过通讯信道,把一个或多个运行参数、管理控制命令以编码形式发送,并装订到实验系统中的运 行控制管理过程 3.1.6 科学数据experimentdata 通过有效载荷运行获取的科学与应用信息 3.1.7 有效载荷工程数据payloadhouse-keepingdata 表征有效载荷运行工作状态的测量参数
GB/34829一2017 3.1.8 时间码timecode 时间码采用6字节数据,其中秒值占4个字节,亚秒值占2个字节 排列顺序为高字节在最前,低 字节在最后 第5字节为秒值最高字节,第2字节为秒值最低字节 第1字节为亚秒值高字节,第0字 节为亚秒值低字节 亚秒值的分辨率为254s,即亚秒值为1时表示0.025ms 时间码格式见图1 秒值最高字节 -=--= ----- 秒值最低字节 亚秒值高字节 亚秒值低字节 时间码格式定义 3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件 ARP;地址解析协议(AddressResolutionProtocol E(OF;帧尾(EndofFrame) FC:光纤通道(FiberChannel internetControlMessageProtocol ICMP:因特网控制消息协议(Inm P;因特网协议(InternetProtocol) NC,网络控制器(NetworkControler) NT;网络终端(NetworkTerminal) sOF;头(StartofFrame TCP:传输控制协议(TransmmitionControlProtocolD) UDP;用户数据报协议(UserDatagramProtocol 总则 空间站应用有效载荷(简称有效载荷)与应用信息系统及实验柜进行数据通信 有效载荷与应用信 息系统及实验柜之间的接口见图2 有效载荷数据通信接口符合以下规定 接人应用信息系统的舱内有效载荷可选R(C-AE1553接口和/或MIsTD1533B接口， 接人应用信息系统的舱外有效载荷可选FC-AE-1553接口和/或MIL-STD1553B接口; b) 实验柜内的有效载荷可选RS422接口和/或以太网接口 c d)ML-STD1553B接口传输总线指令、数据注人以及数字量遥测 只具有MIL-STD1553B接 口的载荷也可通过此网络传输有效载荷工程数据和科学数据; FC-AE-1553接口传输总线指令、数据注人、数字量遥测、有效载荷工程数据和科学数据; 同时具有MILSTD-1553B接口和F:C-AE-1553接口的有效载荷,通过FC-AE-1553接口传输 有效载荷工程数据和科学数据 MIL-STD-1553B接口作为备份,在FCAE-1553接口不工作 时传输总线指令、数据注人和数字量遥测; RS422接口传输总线指令、数据注人、数字量遥测以及实验柜内部控制指令; 8 以太网接口传输有效载荷工程数据和科学数据 h) 响应时间要求小于1ms的载荷一般不宜采用以太网和Rs122接口 可靠性要求高的安全关键设备一般不宜采用单一通道的以太网接口和RS4122接口 j
GB/T34829一2017 FCc-AE-1553 有效载荷 舱内 MIL.STD-1553B Fc-AE-1553 有效载荷 M-STD-1553B 应用信息 舱外 系统 FC-A-1553 以太网接口 有效载荷 实骑柜 RS422接口 MIL-STD-1553B 实验柜 图2有效载荷数据接口 5 ML-SD1553B接口 5.1协议结构 有效载荷的MI.sTD1553B网络采用总线型拓扑结构,总线呆用双冗余结构 呆用分层通信模 型,主要包括物理层、链路层和应用层 5.2协议分层 5.2.1物理层 MLSTD1553B接口物理层通讯协议符合以下规定 a)MLSTD1553B物理层接口遵循GJB289的规定 b)总线终端与电缆间采用变压器耦合 总线接口支持带电插拔 5.2.2链路层 ML.STD1553B接口链路层通讯协议符合以下规定 MLSTD-1553链路层接口遵循GJB289的规定; a b)总线控制规则采取静态总线控制,只有一个固定的总线控制器对总线控制 c 对于重要消息推荐采取多次重发的策略,防止丢失和误发 5.2.3应用层 应用层协议符合以下规定 应用层数据包符合图3所示数据包格式规定; a
GB/34829一2017 包数区 主导头 CRC校验 副导头 有效数据区 6字节 可变长度 可变长度 4字节- 包ID 包序列控制 础 序 包 导 但数据长度 列 应用进程ID 包序列计数 标 3b 11b h 也 D 说明: 版本号 3位二进制 包类型 1位二进制 副导头标志 1位二进制 应用进程D 1位二进制,各有效载荷应用进程D 序列标志 -2位二进制,b"00”:代表用户数据的连续块;b"01”:代表用户数据起始块;b"10”:代表用户数据结 束块;b“11";代表不分块数据; 序列计数 14位二进制,为当前包在全部包序列中的顺序; 包数据长度 -16位二进制,单位为字节,值等于包数据长度(包含副导头和有效数据区-l 副导头 可变长度 有效数据区 十六进制数据内容,数据长度应为偶数; CRC校验 4字节,校验范围包括整个源包,即对主导头和包数据区进行校验 图3应用层数据包格式 b)数据传输时,高字节在前按数值递减的次序跟着较低字节 FC-AE-1553接口 6.1协议结构 有效载荷FC-AE-1553接口有两种网络拓扑结构:采用星型拓扑结构的交换式网络以及总线式拓 扑结构网络 舱外有效载荷接人总线式拓扑结构的网络,舱内有效载荷可接人交换式网络或总线式拓 扑结构网络 采用分层通信模型,主要包括Fc-0层,Fc-1层,FC-2层,FC3层,FC4层以及应用层 6.2协议分层 6.2.1C-0 FC-0层协议符合以下规定 交换式接口 a 1光纤光缆;使用OM350/1254m多模光纤光缆,波长850nm; 22) 接口速率;4.25Gbps(兼容2.125Gbps、1.0625Gbps); 3)光模块;符合ANSINCITs4502009规定 b)总线式接口:
GB/T34829一2017 )nm/1330nm 1) 光纤光缆;使用G.652.B9/125m单模光纤光缆,波长1270 2)接口速率;4.25Gbps(兼容2.125Gbps、1.0625Gbps); 3 光模块:符合IEEEstd802.3avTM一2009中10GEPON标准的规定 6.2.2FC-1 编码机制符合GJB6410.12008中第11章的规定 6.2.3Fc-2 FC-2层协议符合以下规定 链路同步符合以下规定: a 1 交换式接口;NC与NT设备通过FC端口状态机实现与交换机的链路同步,链路同步后 NC或NT才能发送FC-AE-1553协议帧,FC端口状态机符合GJB6410.1一2008中第16 章要求; 总线式接口;NC到NT方向采用广播机制,属于连续模式发送;NT到NC方向采用时分 复用机制,属于突发模式发送,NT发送FC-AE-1553协议帧前首先通过原语实现与NC 链路同步 b 流量控制机制符合以下规定 交换式接口:采用缓存到缓存的流量控制,帧发送需R_RDY原语配合,符合GJB6410.1 2008中第26章的规定; 22 总线式接口;帆可以连续发送,无需R_RDY原语应答 帧格式符合以下规定 FCAE-1553的协议倾分为命令倾、数据帧、状态帧三种类型 所有FC-AE-1553帧宜符 糊起始界定符,赖内容与4字节的 合图4所示的通用FC帧格式,包括4字节的sOF EOF帧结束界定符 帧内容由FC通用帧头、数据域与CRC组成 对于FC-AE-1553的 命令帧,数据域包含24字节FC-AE-1553命令帧头,0字节2048字节的载荷数据,0字 节一3字节的填充;对于FC-AE-1553的状态帧,数据域包含8字节的FC-AE-1553状态 帧头,0字节2048字节的载荷数据,0字节一3字节的填充;对于FC-AE-1553数据帧 数据域包含0字节一2048字节的载荷数据与0字节3字节的填充 通用格式 倾内容 oF 通用赖头 CRc 数据域 EOF 命令 可填充 或状态 载荷数据 头 字节 图4FC-2通用帧格式 22 FC通用帧头结构符合图5的规定;
GB/34829一2017 Bits 3124 2316 1508 0700 Word R_CTm DID CS_CTPriority sID TYPE FcTL SEQD DfCTL SEOCNT oxID Rx_ID Parameter 说明: R_CTI -标识传输赖类别 D_ID,SID -地址标识,标识源端地址与目的地址 类型特殊控制" CS_CTL/Priority TYPE 帆类型标识 F_CTL 控制,符合GJB6410.12008中18.5,GJB6410.2一2008中18.5和GJB6410,32008中 18.5的规定; SEQ_ID 序列D,序列在当前交换中的顺序; DFCTL 数据控制字段; SEQ_CNT 序列计数,赖在当前序列中的顺序" OX_ID 发送交换标识; RX_ID 接收交换标识; 在rCAE1553数据赖代表相对偏移量 Parameter 图5FC帧头结构 FC-AE-1553命令帧头与状态帧头,符合ANSIINCITsTR-42一2007中4.4.4的有关 3 规定 d服务类别要求: 服务采用第三类服务,符合GJB6410.1一2008中第22章的规定 6.2.4FC-3 登录方式采用隐式登录机制 6.2.5rC-4 FC-AE-1553的协议规范符合ANsIINCITsTR-42-2007的规定 6.2.6应用层 FCAE-1553接口应用层协议符合5.2.3的规定
GB/T34829一2017 以太网接口 7.1协议结构 空间应用有效载荷以太网采用星型拓扑结构,通过交换机互联 采用分层通信模型,主要包括物理 层、链路层、网络层、传输层和应用层 7.2协议分层 7.2.1物理层 物理层协议符合以下规定 除特殊说明外,物理层协议遵循IEEEstd802.3ab-1999中1000Base-T的规定; a b) 支持传输速率自动协商机制,传输速率向下兼容,兼容接口遵循10BASE-T,100BASE-T的 规定 宜使用满足航天应用要求的连接器,IEEEstd802.3ab1999中40.8.1规定的内容不适用于本 标准 7.2.2链路层 数据链路层协议符合以下规定 除特殊说明外,链路层协议宜遵循IEEEstd802.3TM-2005链路层相关规定; a MAC地址应符合全球唯一性要求; b) MAC帧格式采用IEEEstd802.3TM-2005中MAC帧格式要求,不使用LLc子层 数据格式 c 见图6 目的地址 数据内容 前序 帧起始定界符 源地址 长度/类型 校验序列CRC> 扩展 7字节 1字节 6字节 6字节 2字节 46字节1500字节 4字节 ------ 以太网MAc帧格式 图6 7.2.3网络层 网络层协议符合以下规定 a 网络层协议遵循标准RFC791的规定 b)ARP协议遵循标准RFC826的规定; c ICMP协议遵循RFC792的规定; d IP地址采用统一编址、统一分配的原则,地址分配宜使用RFC1918中C类IP地址,通过子网 掩码区分网络地址和设备节点地址; IP地址分配采用静态分配方式,不使用DHCP协议; e f IP地址选择应避开行标规定地址 采用冷备份设计有效载荷,主备份产品共用一个IP地址 8 7.2.4传输层 传输层协议符合以下规定 UDP协议遵循RFC768的规定; a
GB/34829一2017 b)TCP协议遵循RFC793的规定; c 宜使用UDP协议进行点对点传输,不支持广播传输; d)宜在UDP协议之上自定义协议进行流量控制和差错重传操作 7.2.5应用层 应用层协议符合以下规定 应用层数据包格式符合图7的规定; 可变长度 ?字节字字节2字节 6字节2字节 ?字份 2字节 目 源 的 时间码长度域 同步字 标识符 数据域 CRC " 号 说明 同步字 -用于进行数据包同步; 标识域 表示不同的数据类型 源地址 发送数据包设备自身地址; 接受数据包设备地址; 目的地址 序列标志 2位二进制,By"0",代表用户数据的连续块;By"o1",代表用户数据起始块;B"10",代表用户数据结束 块;“11";代表不分块数据;对于间断的分块数据,应按“o1"“0"“10"对序列进行标志;对连续不间 断的输出数据,应按“11”对序列进行标志; 包序号 14位二进制,为当前包在全部包序列中的顺序 时间码 采用3.l.8的时间定义; 长度域 表示有效数据域的实际长度 数据域 数据的具体内容; CRC校验 -16位CRC校验码,校验范围包括同步头第一个字节开始到数据域字段最后一个字节 图7以太网应用层数据包格式 数据传输时,高字节在前,按数值递减的次序跟着较低字节 b RS422接口 8 8.1协议结构 空间应用有效载荷的RS422接口采用点对点传输模式 采用分层通信模型,主要包括物理层、链 路层和应用层 8.2协议分层 8.2.1物理层 RS422物理层符合以下规定 RS422接口采用双工或者单工通信,数据传输速率宜采用115200bps或9600bps; aa b 电气特性符合ANSI/TIA/EIA-422-B的相关规定; 信号电平(差分)符合以下要求;高电平(空载)3.0V5.0V,低电平0V~0.5V; c d 接口互连时应当使用金属导体的双绞线电缆,必要时可以使用屏蔽线 在发送端和接收端应提供一条信号地通路 e
GB/T34829一2017 8.2.2链路层 链路层协议符合以下规定 RS422接口数据符合图8规定的格式 a 1比特 8比特 1比特 1比特 起始位 数据位 停止位 校验位奇校验 图8RS422链路层格式 b)数据传输时,最高有效位在先,按照数值递减的次序跟着较低的有效位 8.2.3应用层协议 RS422接口应用层协议符合7.2.5的规定 测试 9 各接口测试符合以下规定 MIL-TD-1553B接口测试宜采用GJB5186.1一2003相关方法; a b)FC-AE1553接口FC0层测试符合ANSIINcITs450-2009中第6章眼图相关规定; FC-AE-1553接口FC-1层、FC-2层、FC-3层和FC-4层测试帧格式符合6.2.16.2.5的规定 c 以太网物理层测试宜采用IEEEstd802.3ab1999中1000Base-T测试相关方法 d 以太网链路层、网络层,传输层应用层测试帧格式符合7.2.1一7.2.5的规定; e RS422接口宜进行传输速率测试、数据误码率测试、协议通信测试 0

空间站应用有效载荷数据通信规范GB/T34829-2017

随着人类对太空的探索越来越深入，空间站作为人类在轨道上的重要基地，其应用领域也越来越广泛。而有效载荷数据通信则是空间站运行中至关重要的一环，直接关系到空间站的运行效率和数据传输质量。因此，制定一份专门针对空间站应用有效载荷数据通信的规范也就变得尤为必要。

《空间站应用有效载荷数据通信规范GB/T34829-2017》是我国在这方面的一份重要标准，其主要目的是规范空间站应用有效载荷数据通信时所用的各种术语、定义、符号、单位、要求、测试方法、检验规则以及报告表格等内容，以确保空间站中有效载荷数据的高效、可靠传输。

此规范适用于空间站应用有效载荷数据通信的各个环节，包括各种数据格式、传输方式、接口标准等方面。其中，该规范对空间站应用有效载荷数据通信中的数据编码、信道分配、调制等技术进行了详细的说明和要求，同时也对数据传输的质量指标进行了明确的界定和测试方法的规定。

需要注意的是，虽然该规范是针对空间站应用有效载荷数据通信的，但其所提出的要求和规定同样适用于其他类似应用场景，如卫星通信等领域。

总之，《空间站应用有效载荷数据通信规范GB/T34829-2017》的发布填补了我国在这一领域标准缺失的问题，为保证空间站应用有效载荷数据通信的高效、可靠传输提供了强有力的保障。

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