Интерфейсы передачи данных, используемые на космических аппаратах

2 Интерфейсы передачи данных, используемые на космических аппаратах.

На данный момент для обмена информацией между электронными устройствами на космических аппаратах используются проводные интерфейсы МКО (мультиплексный канал информационного обмена) и SpaceWire.

2.1 Мультиплексный канал информационного обмена.

Интерфейс обмена информацией регулируется ГОСТом 52070- (MIL-STD-1553B) «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей»

Особенностью интерфейса является двойная избыточная линия передачи информации, полудуплексный протокол «команда-ответ» и до 31 удалённого абонента (оконечного устройства). Каждая линия управляется своим контроллером канала. Стандарт устанавливает требования к:

· составу технических средств интерфейса;

· организации контроля передачи информации;

· характеристикам линии передачи информации (ЛПИ);

· характеристикам устройств интерфейса;

· интерфейсу с резервированием.

Структурная схема технических средств интерфейса в ее основной (базовой) конфигурации приведена на рисунке 2

Рис.2 Шина MIL-STD-1553B с двойным резервированием.

На одной шине может быть всего один контроллер в текущий момент времени. Он является инициатором всех сообщений по этой шине.

· оперирует командами из списка в своей внутренней памяти

· командует оконечным устройствам послать или принять сообщения

· обслуживает запросы, получаемые от оконечных устройств

· фиксирует и восстанавливает ошибки

· поддерживает историю ошибок

Оконечные устройства служат для

· организации взаимодействия шины и подключаемой подсистемы

· организации моста между двумя шинами

Монитор канала отличается от оконечного устройства тем, что не может передавать сообщения по шине. Его роль заключается в мониторинге и записи транзакций по шине, без вмешательства во взаимодействие контроллера и оконечных устройств. Эта запись может быть использована для последующего анализа.

Физический уровень: одна шина состоит из пары проводов с волновым сопротивлением 70-85 Ом при частоте 1 МГц. В одном из вариантов соединения используется коаксиальный разъём, по центральному контакту которого передаётся сигнал, закодированный Манчестерским кодом, по экранному проводу проходит возвращение тока сигнала (коаксиал 70-85 Ом), еще есть третий проводник - наружная оплетка, которая является экраном линии. Принимающее и передающее оконечные устройства подключаются к шине с использованием трансформаторной развязки, а не задействованные подключения отделяются с использованием пары изолирующих резисторов, развязанных через трансформатор. Это уменьшает влияние короткого замыкания и добавляет уверенности, что ток шины не течёт по корпусу.

Рис.3 Трансформаторная развязка

Манчестерский код используется для того, чтобы передавать сигнал данных и сигнал синхронизации по одной паре проводников (или коаксиальному проводу), а также для исключения любых постоянных составляющих, задерживаемых трансформаторной развязкой. Тактируемая скорость (электрическая скорость) в канале составляет 1 Мбит/с. Допуск на погрешность и долговременный дрейф скорости тактовых импульсов составляет 0,1 %; краткосрочная стабильность скорости должна быть в пределе 0,01 %. Амплитуда входного напряжения передатчика должна составлять 18-27 В.

Надежность в системе передачи информации может быть достигнута за счёт использования двух или трёх независимых физических каналов (резервирования каналов), к которым подключены все устройства на шине. В случае отказа канала в текущий момент, резервирование канала предусматривает резервирование контроллера шины, проводника и оконечных устройств.

2.2 SpaceWire

SpaceWire— телекоммуникационная сеть для космических аппаратов с пропускной способностью до 400 МБит/сек, узлы которой соединяются при помощи последовательных соединений типа точка-точка, работающая в полнодуплексном режиме( основанная на части стандарта соединения IEEE 1355).

Технология SpaceWire в разной степени поддерживается ведущими космическим агентствами мира – Роскосмосом, ESA (Европейское космическое агенство), NASA (США), JAXA (Япония), реализуется и применяется в перспективных проектах космической техники некоторыми ведущим фирмами космической отрасли в мире.

Рис.4 Обобщённая структурная схема сети

Сеть SpaceWire состоит, в общем случае, из некоторого числа узлов-абонентов (SpaceWire nodes) и сетевых узлов – маршрутизирующих коммутаторов (routing switches) (рис.5).

Узлы-абоненты сети SpaceWire – это устройства, передающие и принимающие потоки данных. Они связаны с маршрутизирующим коммутатором или друг с другом дуплексными каналами связи, называемыми линками (link). Узел оснащен одним или несколькими линк-портами и интерфейсом с источником данных (хост-устройство (host) – процессорный модуль, датчик, исполнительное устройство, периферийный контроллер, и др.).

Модуляция и представление данных в SpaceWire в целом похоже на кодирование передаваемых данных — части стандартов IEEE 1355—1995, описывающей дифференциальную передачу сигналов (DS-DE). SpaceWire использует асинхронное соединение и обладает пропускной способностью на уровне от 2 Мбит/с до 400 Мбит/с. DS-DE оказался предпочтительнее, так как он описывает модуляцию, битовые форматы, маршрутизацию, управление потоком и обнаружение и исправление ошибок на уровне оборудования, лишь с небольшой помощью ПО. Также SpaceWire обладает очень низким уровнем ошибок, определением состояния системы, а также относительно простой цифровой электроникой. В SpaceWire были заменены устаревшие разностные носители PECL на физическом уровне стандарта IEEE 1355 DS-DE на низковольтную дифференциальную передачу сигналов (LVDS). В SpaceWire также предусматривалось использование 9-штырьковых разъемов, используемых в космической отрасли. SpaceWire и IEEE 1355 DS-DE предусматривают более широкий диапазон скоростей для передачи данных, а также некоторые новые возможности автоматического преодоления отказа. Возможности преодоления отказа позволяют данным найти альтернативные пути передачи, так как космический модуль оснащен несколькими шинами данных, в результате чего обеспечивается отказоустойчивость. Кроме того, SpaceWire предусматривает размножение временных прерываний по соединениям SpaceWire, устраняя потребность в отдельных временных дискретных сигналах.

Физический интерфейс на физическом уровне стандарт описывает требования к физической среде передачи, электрическим и механическим интерфейсам, включая типы разъемов и кабелей, а также параметры сигнальных линий на печатных платах.

Рис.5 Кабель SpaceWire для космических применений.

Кабель SpaceWire – восьми проводной, из четырех медных экранированных витых пар проводов (рис.10). Стандартная длина кабеля – до 10 м. Диаметр стандартного кабеля – не более 7 мм, удельный вес – до 80 г/м. В качестве стандартных разъемов для кабелей определены микроминиатюрные 9­контактные разъемы D­типа (4 витые пары плюс сигнальная земля) (рис.11). В следующей редакции SpaceWire планируется расширить число типов разъемов, определить и разъемы для подключения к шине задней стенки (backplane) в блоках. Стандарт ECSS-E-50-12A регламентирует скорости передачи по каналу SpaceWire от 2 до 400 Мбит/с на расстояния до 10 м.

Сетевой уровень определяет методы маршрутизации пакетов и их коммутации при прохождении через сетевые узлы коммуникационной сети. В сети SpaceWire используется так называемая "червячная маршрутизация" (wormhole routing) [9], относящаяся к категории методов коммутации "на лету" (on-the-fly).

Информация о используемых интерфейсах передачи данных в условиях сложной помеховой обстановке и возможных интенсивных внешних воздействий на борту космических аппаратов и аналогичных систем, на которые ориентированы стандарты SpaceWire и МКО, дает некое представление о наборе правил и действий (очерёдности действий), позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между включёнными в сеть устройствами. То есть дает основу разработке протокола передачи данных для беспроводного межмодульного (межплатного) интерфейса для космических аппаратов.

Похожие работы

Разработка локальной сети и защита передачи данных на основе перспективных технологий

Скачать

134036

26

14

... части локальной сети не позволяют останавливаться на известных достигнутых результатах и побуждают на дальнейшее исследование в дипломной работе в направлении разработки локальной сети с беспроводным доступом к ее информационным ресурсам, используя перспективные технологии защиты информации. 2. Выбор оборудования, для перспективных технологий СПД   2.1 Выбор передающей среды Зачастую перед ...

Проблемы телекоммуникаций Банка России

Скачать

65042

0

2

... 20 до 30% от суммы на электронные платежи. Следовательно общая сумма затрат на телекоммуникации РКЦ - ГРКЦ составляет порядка 100 000 Долларов США в год. Пути решения проблемы телекоммуникаций Для решения указанных проблем в соответствии с концепцией развития ЕТКБС ЦБ РФ предполагается: ·     помимо наземных каналов использовать в сети спутниковые каналы; ·     построить магистральную сеть по ...

Использование высоких технологий криминальной средой. Борьба с преступлениями в сфере компьютерной информации

Скачать

430825

6

4

... с применением полиграфических компьютерных технологий? 10. Охарактеризуйте преступные деяния, предусмотренные главой 28 УК РФ «Преступления в сфере компьютерной информации». РАЗДЕЛ 2. БОРЬБА С ПРЕСТУПЛЕНИЯМИ В СФЕРЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ГЛАВА 5. КОНТРОЛЬ НАД ПРЕСТУПНОСТЬЮВ СФЕРЕ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ 5.1 Контроль над компьютерной преступностью в России Меры контроля над ...

Организация сети передачи данных по энергосетям с применением технологии PLC

Скачать

112728

16

26

... технологии широкополосного доступа - по электросетям. Было разработано оборудование PLC первого и второго поколений. Достигнутая предельная скорость передачи данных не превышала 10-14 Мб/с. Реальная же скорость передачи данных в тестовых сетях PLC с применением этого оборудования отличалась на порядок и составляла 1-2 Мб/с. Кроме этого, абонентское оборудование PLC имело сравнительно высокую ...