CC BY
86Материалы IV Научно-практической конференции
УДК 004.057.4
ПРОТОКОЛЫ ДЛЯ БОРТОВЫХ СЕТЕЙ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ SPACEWIRE И SPACEWIRE-PLUG-AND-PLAY
Ю. Е. Шейнин1, В. Л. Оленев1*, И. Я. Лавровская1, Д. В. Дымов2, С. Г. Кочура2
1Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Российская Федерация, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 67 2 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail:*[email protected]
Статья представляет новый транспортный протокол СТП-ИСС для бортовых сетей SpaceWire, который был разработан совместно с АО «ИСС», и описывает возможности по его тестированию. Также авторы описывают новую технологию для автоматической сетевой конфигурации и управления - SpaceWire-Plug-and-Play и приводят перспективные совместные проекты ГУАП и АО «ИСС».
Ключевые слова: транспортный протокол, бортовые сети, SpaceWire, СТП-ИСС, SpaceWire-Plug-and-Play, функциональное тестирование.
PROTOCOLS FOR PROSPECTIVE SPACECRAFT ON-BOARD NETWORKS WITH SPACEWIRE AND SPACEWIRE-PLUG-AND-PLAY TECHNOLOGIES
Y. E. Sheynin1, V. L. Olenev1*, I. I. Lavrovskaya1, D. V. Dymov2, S. G. Kochura2
1Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation 67, Bolshaya Morskaya Str., Saint-Petersburg, 190000, Russian Federation 2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail:*[email protected]
The paper presents a new transport protocol STP-ISS for SpaceWire onboard networks developed in collaboration with JSC "Information Satellite Systems " and considers its testing opportunities. In addition, authors describe new technology for automated network configuration and control - SpaceWire-Plug-and-Play, and new prospective projects of SUAI and JSC "ISS".
Keywords: transport protocol, onboard network, SpaceWire, STPISS, SpaceWire-Plug-and-Play, conformance testing.
Введение. Стандарт SpaceWire является перспективной технологией для построения бортовых сетей космических аппаратов, так как предоставляет высокие скорости передачи данных (до 400 Мбит/с) и позволяет строить распределенные сетевые структуры [1]. Для обеспечения сервисов гарантированной доставки данных, планирования, а также гибкой настройки узлов при передаче данных был разработан новый транспортный протокол СТП-ИСС. В данной статье приводится краткое описание протокола СТП-ИСС, а также разработанного рабочего места для отработки протокола. Протокол СТП-ИСС также был использован при разработке технологии SpaceWire-Plug-and-Р1ау для автоматической сетевой конфигурации и контроля.
Разработка транспортного протокола СТП-ИСС для бортовых сетей SpaceWire. Протокол СТП-ИСС - новый транспортный протокол (ТП), обеспечивающий информационно-управляющее взаимодействие бортовой аппаратуры по сети SpaceWire для космических аппаратов длительного автономного функционирования АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва». ТП представлен в двух редакциях,
отличающихся разными наборами механизмов и сложностью их реализации [2].
СТП-ИСС предоставляет следующие типы качества сервиса: приоритетный, гарантированная доставка данных, планирование, негарантированная доставка данных.
СТП-ИСС определяет три типа пользовательских данных: команды управления, информационные сообщения, системные коды (распределенные прерывания, метки времени SpaceWire). Пакеты информационных сообщений и команд управления защищены контрольной суммой CRC-16. Для каждого пакета задается таймер времени жизни пакетов, который определяет актуальность пакета для отправки в сеть.
Вторая редакция протокола СТП-ИСС определяет такие дополнительные механизмы, как транспортные соединения (ТС) и обнаружение дублированных команд управления [3]. Механизм ТС позволяет устанавливать до 16 ТС - по 8 соединений в каждом направлении передачи данных. Также в рамках данного механизма выполняется контроль потока данных посредством кредитования. Протокол СТП-ИСС предлагает различные профили для аппаратной реализации,
<Тешетневс^ие чтения. 2016
так как задает обязательные и опциональные механизмы для реализации.
Рабочее место аппаратно-программной отработки СТП-ИСС (РМ АПО-С). Рабочее место аппаратно-программной отработки СТП-ИСС предназначено для проведения функционального тестирования бортовой аппаратуры с аппаратной или программной реализацией протокола СТП-ИСС [4]. РМ АПО-С использует референс-код, реализованный на языке C++, для формирования пакетов СТП-ИСС и проверки функционирования объекта тестирования. РМ АПО-С включает в себя ноутбук с предустановленным тестирующим ПО и SpaceWire USB Brick. Объект тестирования подключается к РМ АПО-С по штатному разъему SpaceWire.
Разработка технологии SpaceWire-Plug-and-Play. Из-за повышения числа устройств в бортовых сетях необходимо разрабатывать новые алгоритмы для автоматической сетевой конфигурации без человеческого вмешательства. Технология SpaceWire-Plug-and-Play [5] разрабатывается для достижения следующих целей: сокращение времени проектирования и тестирования бортовой сети, сокращение ошибок «человеческого фактора» на всех этапах создания бортовой сети, повышение надежности, отказоустойчивости, повышение модульности и масштабируемости бортовой сети.
Управление сетью включает в себя мониторинг всей сети, прокладку маршрутов для потоков данных, восстановление сети после сбоев, обеспечение безопасности сети, регистрацию новых устройств и приложений.
В рамках разработки технологии SpaceWire-Plug-and-Play были реализованы: программный комплекс для проектирования структуры и логической организации самонастраивающихся распределенных сетевых структур КБО КА, программный модуль, реализующий алгоритмы самонастройки сетевых структур КБО КА в целом и экспериментальные образцы ПО самонастройки системных компонентов проектируемых сетевых структур КБО КА и сетевых структур КБО КА в целом, функционирующих с применением технологии SpaceWire-Plug-and-Play.
Перспективные проекты. ГУАП и АО «ИСС» планируют следующие перспективные проекты:
Разработка и освоение производства на отечественном предприятии (ПАО «Микрон») СБИС контроллера бортовой информационной сети с аппаратной реализацией контроллеров SpaceWire, RMAP, СТП-ИСС. Срок реализации: 2016-2019 гг.
Разработка и освоение производства на отечественном предприятии (ПАО «Микрон») СБИС сетевого коммутатора бортовой информационной сети с технологией «ТЕСТ-ИСС» (высокоскоростной технологический канал для контроля за портами SpaceWire). Срок реализации: 2016-2019 гг.
Разработка программного комплекса многокритериального проектирования (САПР) и моделирования 4-х уровней модели OSI бортовой информационной сети SpaceWire с учётом имитации внешних дестабилизирующих (стационарных) факторов и случайных помех (сбоев). Срок реализации: 2016-2018 гг.
Разработка проектов группы национальных стандартов (ГОСТ) технологии SpaceWire-RUS (интерфейс SpaceWire, транспортный протокол сети SpaceWire на базе протокола СТП-ИСС). Срок реализации: 2016-2018 гг.
Библиографические ссылки
1. ESA (European Space Agency). Standard ECSS-E-50-12C, Space engineering. SpaceWire - Links, nodes, routers and networks. European cooperation for space standardization / ESA. Noordwijk: ESA Publications Division ESTEC, 2008. 129 p.
2. Вторая редакция транспортного протокола СТП ИСС для бортовых сетей SpaceWire / Ю. Е. Шейнин, В. Л. Оленев, И. Я. Лавровская и др. // Научная сессия ГУАП : сб. докл. В 3 ч. Ч. I. Технические науки / СПб. : ГУАП, 2015. С. 191-203.
3. STP-ISS Transport Protocol for SpaceWire OnBoard Networks: Development and Evolution / V. Olenev, I. Lavrovskaya, Y. Sheynin and others // International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems. № 5(4). Tampere: IGI Global, 2014. Р. 45-76.
4. Olenev V., Lavrovskaya I., Chumakova N. Software-to-Hardware Tester for the STP-ISS transport protocol verification // Proceedings of the AINL-ISMW FRUCT, Saint-Petersburg, Russia, FRUCT Oy, Finland, 2015. P. 60-66.
5. Храменкова К. Н. Задачи децентрализованного алгоритма SpaceWire-Plug-and-Play // Научная сессия ГУАП. Ч. I. Технические науки : сб. докл. : в 3 ч. Ч. I. Технические науки. СПб. : ГУАП, 2015. C. 175-177.
References
1. ESA (European Space Agency). Standard ECSS-E-50-12C, Space engineering. SpaceWire - Links, nodes, routers and networks. European cooperation for space standardization / ESA. Noordwijk: ESA Publications Division ESTEC, 2008. 129 p.
2. Sheynin Y. E., Olenev V. L., Lavrovskaya I. I., Korobkov I. L., Dymov D. V., Kochura S. G., Openko S. I. Vtoraya redaktsiya transportnogo protokola STP ISS dlya bortovykh setey SpaceWire [Second revision of STP-ISS transport protocol for SpaceWire on-board networks] // Proceedings of scientific conference SUAI. Vol. 1. Technical sciences / St. Petersburg: SUAI, 2015. P. 191-203. (In Russ.)
3. STP-ISS Transport Protocol for SpaceWire / Y. Sheynin, V. Olenev, I. Lavrovskaya et al. On-Board Networks: Development and Evolution // International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems. № 5(4). Tampere: IGI Global, 2014. P. 45-76.
4. Olenev V., Lavrovskaya I., Chumakova N. Software-to-Hardware Tester for the STP-ISS transport protocol verification // Proceedings of the AINL-ISMW FRUCT, Saint-Petersburg, Russia, FRUCT Oy, Finland, 2015. P. 60-66.
5. Khramenkova K. N. Zadachi detsentralizovannogo algoritma SpaceWire-Plug-and-Play [Problems of SpaceWire-Plug-and-Play decentralized algorithm] // Proceedings of scientific conference SUAI. Vol. 1. Technical sciences. St. Petersburg : SUAI, 2015. P. 175-177.
© Шейнин Ю. Е., Оленев В. Л., Лавровская И. Я., Дымов Д. В., Кочура С. Г., 2016
