NASASTRS开放架构软件层次

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1、NASASTRS开放架构软件层次胡行毅(中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080)摘要NASASTRS软件的分层架构框架因其开放性、集成性、统一性和标准化能满足NASA未来空间新任务的互操作性与灵活性的需求。本文介绍NASASTRS开放架构软件分层的相关内容，供我国空间科学与应用任务顶层设计和试验床验证参考。关键词空间任务空间通信软件无线电STRS1引言空间软件无线电（SDR）的出现给NASA提供了一个机会去改进空间任务的研发和运行空间通信与导航收发信机的方法。在任务研发阶段和发射后，SDR能够改变无线电系统的功能。通过部署于空间的

2、软件改变无线电系统运行特征的能力使传统的空间平台能适应满足专门的任务需求，从而可以减少研发成本与风险。空间通信无线电系统（STRS）架构标准减少了NASA任务对专门的SDR实现的依赖，增强了可靠性、灵活性和可扩充性，并使经济性上升接近于NASA的开放标准环境。STRS标准的好处至少包括：①支持从小尺度到大尺度空间无线电系统的可伸缩架构；②具有公开规范的开放架构；③可扩展、不断革新和技术插入以便延长NASA无线电系统的生命周期和减少平均生命周期的成本；④提升平台信号波形的可移植性，以使不同的STRS无线电平台实现的端口波形需求最小化；⑤保证无

3、线电系统支持未来波形的规范和现有波形的互操作性，并允许空间无线电系统向其他无线电系统提供和接受服务，使其能有效地一起共存；本文描述了STRS开放架构的软件分层，包括：层次定义、结构、内容、配置，重点介绍了硬件抽象层（HAL）。可供空间科学与应用任务的顶层设计和试验床验证参考。2软件通信架构美国国防部（DoD）和工业部门曾花费极大的努力去研发软件通信架构（SCA），它是一个美军下一代军事无线电系统的开放架构框架，主要用于联合战术无线电系统（JTRS），JTRS是美军数字化网络中心战的核心，公开竞争和开放架构是JTRS发展计划的策略基础。SCA

4、不是一个具体实现方面的体系结构，而是要建立一种为JTRS研发但又与实现无关的框架。SCA是一组描述无线电系统不同的硬软件部件之间进行交互和提供软件指令控制的规范。它控制JTRS的结构和运行，让JTRS设计者知道硬软件部件如何和谐地在JTRS系统中运行。目前已经形成可供设计者使用的详细的SCA定义文件标准，定义文件让设计者知道要设计什么设备和程序，并不说明如何设计这些设备和程序。SCA规范v.1.0经历了JTRSSteps2A、Steps2B的修正改进，2001年年中发布v.2.1，11月发布v.2.2，2006年5月升级为2.2.2最终版本

5、，版本3.0也在讨论与评价。SCA规范包括了描述SCA的主要文档和相关附录文档。附录文档有JTRS定义的应用环境配置描述文件(AEP)和域配置描述文件(DomainProfile)。配357置描述文件包含协议信息。SCA规范的附录文档还包括波形配置的应用程序接口(API)、服务定义API、安全性说明、RationalUML文档，以及配置管理文档。STRS架构和SCA有许多诸如可移植、重用、重配置、互操作等共享的目标，作为对DoD工作的支持，NASA格伦研究中心（GRC）考查了SCA可装备STRS架构的设计与实现。STRS和SCA的共性能让N

6、ASA利用商业的研发与测试工具、共享波形部件、降低维护架构编程的费用。高效能的商业软件开发工具正在减少符合SCA波形和平台研发的时间与成本。STRS采用商业工具将提供一致性的标准和实现集合，从而降低开发平台和波形的成本。图1是SCA从底层硬件开始的SCA应用软件分层。基于SDR的SCA选择了CORBA作为图1SCA应用/分离的硬件，CORBA设计和研发其无线电的应用。SCA的运行环境由一个核心框架、CORBA中间件、POSIX和RTOS组成。核心框架在应用层（SCA的符合波形）和附属于底层处理硬件的操作系统之间提供一组接口。CORBA是一个

7、要研发的多平台分布通信系统。SCA用RTOS控制软件的执行时间来满足实时的需求。STRS架构和SCA在众多方面有共性，NASA能支持从SCA导出有价值的贡献。然而空基系统需求和约束的限制阻止了NASA可以充分利用SCA。空间环境的约束要求系统的尺寸、重量和功耗（SWaP）最小化，用于空间的处理器和其他电子器件需要抗辐射加固，STRS通常工作在比现在符合SCA工作的无线电系统有更高的频率和数据速率，空间SDR也必须考虑关于附加软件的复杂性及其对系统可靠性的影响。在NASA任务期间，存取通常是受限于改变无线电系统行为的遥注入上载。NASA必须在

8、SCA大的尺寸、资源利用以及由于动态部署波形应用的能力而导致的复杂性方面进行革新。对于一个适合于NASASTRS的SDR架构必须纳入空间环境的唯一约束和需要。随着空间环境技术的发