基于FPGA的IP﹢over﹢CCSDS设计与实现

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1、第30卷增刊飞行器测控学报v01．30Sup．!!!!生!!旦』壁坚!望璺!壁!璺卫垒璺皇竺!垒!!!!壁￡!曼竺塾旦Q!Qg!望!!：!!!!基于FPGA的IPoverCCSDS设计与实现。周海，卞春江，孟新，张磊，陈宇(中国科学院空间科学与应用研究中心·北京·100080)摘要：首先介绍了TCP／IP(传输控制协ix／网际协议)技术和CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的应用背景，从天地网络一体化和未来空间站与地面交互式通信系统需求的角度出发，提出了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)的IPov

2、erCCSDS处理方法。详细描述了IPoverCCSDS软件的实现方案和技术特点，并对其进行了测试和结果分析。关键词：传输控制协ix／网际协议(TCP／IP)；空间数据系统咨询委员会(CCSDS)；高级在轨系统(AOS)；天地网络一体化中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1674—5620(2011)Sup．～0060～04DesignandImplementationofFPGA—basedIPoverCCSDSZHOUHal，BIANChunjiang，MENGXin，ZHANGLei，CH

3、ENYu(CenterforSpaceScienceandAppliedResearchChinese，theChineseAcademyofSciences，Beijing100080)Abstract：ExtensiveapplicationsofTCP／IPtechnologyandCCSDSrecommendationsareintroduced．ToextendtheInternettospaceandtOmeettherequirementsofaninteractivecommunicat

4、ionsystembetweengroundstationsandaspacestationinthefuture，agatewaydevicebased012TCP—TPprotocolconverterandIPoverCCSDStechnologyisproposed．ThemethodologyandimplementationofIPoverCCSDSFPGAsoftwareareintroducedindetailandtestresultsareanalyzed．Keywords：TCP／

5、IP；CCSDS；AOSSpaceDataLinkProtocol；ExtendedInternettoSpace0引言TCP／IP(传输控制协议／网际协议)是现有互联网数据传输时使用最广泛的协议族，并已成为事实上的标准口]。TCP和IP协议作为协议族中的核心分别控制着数据在互联网上的传输和路由选择。IP被设计成网络之间的互联协议，适用于无连接的网络层，IP数据报可在几乎所有数据链路层协议之上的网关或者路由器之间相互传递。就本质上讲，IP协议负责网络中数据包从发送终端到达目的接收终端，而TCP则用于传输

6、层指导并确保在设备之间的数据能够进行端到端可靠交付。CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议是由空间数据系统咨询委员会提出的一系列面向空间通信系统设计的建议。从1982年创立至今，CCSDS建议被世界各国大多数航天应用接受并采纳，得到广泛应用。其中针对空间数据链路协议，CCSDS先后制定分包TC(遥控)协议、分包TM(遥测)协议、AOS(高级在轨系统)空间链路协议以及最新的Proximity-1协议。4种协议中，AOS协议适用于高速率上／下行链路，并支持多路虚拟通道复用心]。随着互联网的应用在全球急剧膨

7、胀，带宽的紧缺已经是限制其拓展的最大因素。航天器通信的宽覆盖范围、优秀的广播能力以及不受各种地理条件限制的优点，让空间通信在未来无线网络发展中呈现出优异的前景。近年来，如何使用航天器进行TCP／IP数据报传输，构建天地一体化网络已经引起各国科研人员的重视【3_4]。目前，国际空间站内部基于IP的局域网已经形成，同时字航员已经在国际空间站内部对地面互联网实现了访问，因此发展中国未来空间站与地面间基于IP的交互式网络通信是必然趋势。然而空间链路具有长延迟、高误码率和带宽不对称等与地面相异的特点，使得地面网络

8、中基于以太网的TCP／IP协议族不能很好地运用于*收稿日期：2011一07—31；修回日期：2011一09～25第一作者简介：周海(1987一)，男，硕士，工程师，主要从事卫星网络的研究工作；E—mail：zhouhai@nssc．ac，cn增刊周海，等：基于FPGA的IPoverCCSDS设计与实现空间站与地面网络通信‘5I。1目前的解决方案面对未来实现空间与地面交互式网络应用的诸多挑战，本文提出一种网关设备，用于构建空间站和地面交互式业