一種基於IPoverCCSDS協議轉換的改進方法
2023-05-25 19:32:06
一種基於IP over CCSDS協議轉換的改進方法
【專利摘要】本發明提出一種基於IP?over?CCSDS協議轉換的改進方法，具體為：（1）在協議轉換過程中，新增了一個CCSDS?AOS緩存窗口和一個CCSDS?AOS緩存區；（2）對新增的CCSDS?AOS緩存窗口設置了定時器控制功能；（3）對整個IP?over?CCSDS協議轉換流程進行了優化。本方法即保持了IP?over?CCSDS協議轉換的特性，又改進了控制CCSDS?AOS幀發送的處理方式；為了減少協議轉換的時延，提高協議轉換效率，當大量IP包連續達到地面網關時，可以由CCSDS?AOS緩存窗口溢出控制CCSDS?AOS幀的發送；當數據量較少時，可以由定時器定時控制CCSDS?AOS幀的發送。
【專利說明】—種基於IP over CCSDS協議轉換的改進方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及IP協議與CCSDS協議轉換領域，特別是針對IP over CCSDS網關協議轉換領域，具體是指一種基於IP over CCSDS協議轉換的改進方法。
【背景技術】
[0002]目前，地面通信系統和空間通信系統分別運行著不同的通信協議，地面通信系統事實上的標準是TCP/IP，而空間通信系統則採用CCSDS委員會制定的通信協議。要實現天空地一體化通信網絡，採用兩套完全不同的通信協議不能互聯互通。若能在空間通信系統底層採用CCSDS委員會制定的標準，而在CCSDS AOS空間數據鏈路層之上採用IP進行傳輸，則可以利用現有的網際網路基礎設施方便地實現天空地一體化通信網絡。要完成採用不同通信協議的通信系統中對象之間的通信，可以用隧道模式把其中一種協議的數據包整體作為另一種協議的數據部分封裝起來傳輸；也可以在兩個通信系統的交接處進行協議轉換，把要傳送的目的數據拆包取出來、進行重組成為另一種協議的數據包再進行下一步的傳輸。由於空間環境的特殊性，目前空間通信系統的傳輸速率相比地面通信系統而言較低，對傳輸的數據量要求嚴格。採用隧道模式增加了額外的開銷，加重空間通信系統的負擔，在地面網關處採用IP包到CCSDS AOS空間鏈路數據幀轉換的做法更為合理。
[0003]然而，目前已提出且已實現的IP包到CCSDS AOS空間鏈路數據幀轉換都是基於存儲數據、讀取數據、對數據包拆包和重新封裝成新的數據包再發送的方法。這樣的處理對於實時性要求不高的通信沒什麼影響，但是對於實時性有較高要求的通信來講，增加的延時可能會嚴重影響到系統的通信性能，甚至使系統無法滿足實時性要求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種基於IP over CCSDS協議轉換的改進方法，對IP包到CCSDS AOS空間鏈路數據幀轉換進行了處理步驟的優化，棄用其原來對IP包進行轉換採用的存儲、讀取、拆包和重新封裝成CCSDS AOS幀再發送的方法；而是採取直接對IP包進行拆包、重新封裝成CCSDS AOS幀並由CCSDS AOS緩存窗口溢出和定時器共同控制CCSDS AOS幀發送的方法，使改進後的IP包到CCSDS AOS幀轉換的時延更短，更好地滿足對實時性要求較高的天空地一體化通信服務質量需求。
[0005]為便於說明，首先給出相關定義:
[0006](I)設置一個CCSDS AOS幀緩存窗口和一個CCSDS AOS幀緩存區；緩存窗口為把有效數據封裝成CCSDS AOS幀提供存儲空間，其大小等同為一個標準CCSDS AOS幀的大小，假設為M ;緩存區的作用是緩存不能立即發送的CCSDSA0S幀，其容量由公式B=N*M求得，其中，B表示緩存區的容量；N為大於I的整數，N的具體值可根據網關設備的性能和應用要求來設定，但不能使B的值大於網關設備可用的內存空間大小。
[0007](2)在設置緩存窗口的同時設置一個定時器來控制緩存窗口，定時時間由T=Tftci求得，其中Ttl為連續從IP包拆包、取出有效數據寫滿一個CCSDS AOS幀緩存窗口花費的時間，t0為數據處理設備可能產生的額外時延。
[0008](3)優化了 IP包到CCSDS AOS幀轉換流程，如說明書附圖1所示，以下是流程描述:
[0009]步驟110:轉換算法開始。
[0010]步驟120:設定CCSDS AOS幀緩存窗口、CCSDS AOS幀緩存區和設定定時器定時時間。
[0011]步驟130:接收到IP包跳到步驟140，否則跳到步驟170。
[0012]步驟140:對IP包進行拆包，取出有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口中。
[0013]步驟150:清空緩存窗口、重置定時器。
[0014]步驟160 =CCSDS AOS幀緩存窗口溢出跳到步驟210，否則跳到步驟170。
[0015]步驟170:定時器時間到跳到步驟180，否則跳到步驟130。
[0016]步驟180:用O填充未滿的CCSDS AOS幀緩存窗口。
[0017]步驟190:IP包中剩餘有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口中。
[0018]步驟200 dECCSDS AOS幀緩存窗口中的數據發送出去。
[0019]步驟210:不能及時發送的數據跳到步驟220，否則跳到步驟200。
[0020]步驟220:把CCSDS AOS幀緩存窗口中的數據寫入緩存區。
[0021]這樣，接收到IP包就不需要先存儲起來，而是直接對IP包拆包、取出有效數據放入CCSDS幀緩存窗口中，一旦緩存窗口滿了，立即根據數據的性質決定是發送還是寫入緩存區中。同時，為了防止接收了全部的IP包還有未填滿的CCSDS AOS幀緩存窗口，設置定時器，定時時間到時用數據O填充滿CCSDSA0S幀緩存窗口。在傳輸大量數據時，這樣處理不僅節約轉換的時間，滿足系統對實時性的要求，同時還省去對IP包存儲、讀取的開銷，提高系統的性能。
[0022]注:雖然本發明提出的是一種IP包到CCSDS AOS幀的優化轉換方法，但是反向轉換同樣適用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1IP包到CCSDS AOS空間鏈路數據幀轉換處理流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面對本發明做進一步說明。由於IP包有效載荷與CCSDS AOS幀有效載荷之間的大小關係並不影響協議轉換的具體實施流程，下面僅以CCSDS AOS幀有效載荷大小為IP包有效載荷大小整數K倍的情況來說明。
[0025]地面網關依次接收到IP包P1、P2和P3，Pl與P2到達的時間間隙t12、P2與P3到達的時間間隙t23。當Pl到達時，地面網關對Pl直接進行拆包，取出有效數據放入CCSDSAOS幀緩存窗口的操作，當P2、P3到達時，對P2、P3進行與Pl相同的拆包、取有效數據和放入CCSDS AOS幀緩存窗口的操作。
[0026]考慮到P1、P2和P3中有效數據的大小與CCSDS AOS幀緩存窗口大小之間的關係及P1、P2和P3到達的時間間隙對地面網關處理的影響。本實施方式分兩大類情況討論。
[0027](1外1、？2和？3間斷地到達地面網關，即t12 = 0、t23 = O[0028]①K≥ 4
[0029]在完成對P3的拆包取出有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口後，等待定時時間至|J，用數據O填充CCSDS AOS幀緩存窗口剩餘空間，若是能立即發送的數據就把緩存窗口中的數據發送出去，否則把緩存窗口中的數據寫入CCSDSA0S幀緩存區，之後清空緩存窗口的同時重置定時器。
[0030]②K=3
[0031]在完成對Ρ3的拆包、取出有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口後，若是能立即發送的數據就把緩存窗口中的數據發送出去，否則把緩存窗口中的數據寫入CCSDS AOS幀緩存區，之後清空緩存窗口的同時重置定時器。
[0032]③Κ=2
[0033]在完成對Ρ2的拆包、取出有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口後，若是能立即發送的數據就把緩存窗口中的數據發送出去，否則把緩存窗口中的數據寫入CCSDS AOS幀緩存區，之後清空緩存窗口的同時重置定時器；完成對Ρ3的拆包、取有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口後，定時時間到後，用數據O填充CCSDS AOS幀緩存窗口中的剩餘空間，若是能立即發送的數據就把緩存窗口中的數據發送出去，否則把緩存窗口中的數據寫入CCSDSAOS幀緩存區，之後清空緩存窗口的同時重置定時器。
[0034]④K=I
[0035]在完成對Pl的拆包、取出有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口後，若是能立即發送的數據就把緩存窗口中的數據發送出去，否則把緩存窗口中的數據寫入CCSDS AOS幀緩存區，之後清空緩存窗口的同時重置定時器；在完成對Ρ2的拆包、取出有效數據放入CCSDSAOS幀緩存窗口後，若是能立即發送的數據就把緩存窗口中的數據發送出去，否則把緩存窗口中的數據寫入CCSDS AOS幀緩存區，之後清空緩存窗口的同時重置定時器；在完成對Ρ3的拆包、取出有效數據放入CCSDS AOS幀緩存窗口後，若是能立即發送的數據就把緩存窗口中的數據發送出去，否則把緩存窗口中的數據寫入CCSDS AOS幀緩存區，之後清空緩存窗口的同時重置定時器。
[0036](2)卩1、卩2和？3間斷地到達地面網關，即t12=0、t23古O,或t12古0、t23=0,或t12古O、
t23 幸 O
[0037]參照(I)的處理方式，有所區別的是在CCSDS AOS幀緩存窗口未溢出的情況下，由t12決定處理完Pl之後是進行等待定時時間到還是接著處理P2，由t23決定處理完P2之後是進行等待定時時間到還是接著處理P3。
[0038]在此說明書中，本發明已參照特定的實施實例做了描述。但是，很顯然仍可以做出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
【權利要求】
1.一種基於IP over CCSDS協議轉換的改進方法，其特徵在於:(I)在CCSDS AOS數據鏈路幀處理中，新增加了一個緩存窗口和一個緩存區；(2)對新增的CCSDS AOS緩存窗口，設置了定時器控制功能；(3)提出了一種基於CCSDS AOS緩存窗口、CCSDS AOS緩存區和定時器的IP over CCSDS協議轉換的改進方法。
2.根據權利要求1所述的在地面網關新增CCSDSAOS幀緩存窗口和CCSDS AOS幀緩存區，其特徵在於:緩存窗口為把有效IP數據封裝成CCSDSA0S幀提供存儲空間，大小等同為一個標準CCSDS AOS幀的大小；緩存區的作用是緩存不能立即發送的CCSDS AOS幀，緩存區的容量由公式B=N*M求得，其中，B表示緩存區的容量，M表示CCSDS AOS幀緩存窗口的大小，N為大於I的整數，N的具體值可根據網關設備的性能和應用要求來設定，但B的值不能大於網關設備可用的內存空間大小。
3.根據權利要求1所述的在CCSDSAOS緩存窗口新增的定時器，其特徵在於:在設置緩存窗口的同時設置一個定時器，定時時間由T=Tftci求得，其中Ttl為連續從IP包拆包、取出有效數據寫滿一個CCSDS AOS幀緩衝窗口花費的時間，h為數據處理設備可能產生的額外時延；當定時器時間到且緩存窗口沒有溢出時，未填滿的有效負載用O填充。
4.根據權利要求1所述的基於CCSDSAOS緩存窗口、CCSDS AOS緩存區和定時器的IPover CCSDS協議轉換的改進方法，其特徵在於:地面網關接收到IP包後，直接對IP包進行拆包、取出有效數據寫入CCSDS AOS緩存窗口中；當緩存窗口溢出或者定時時間到時，再根據當前緩存窗口中的數據能否立即發送進行進一步處理，可以立即發送的，就把緩存窗口中的數據發送出去，不能立即發送的，則把緩存窗口中的數據寫入到緩存區中，之後清空緩存窗口的同時重置定時器。
【文檔編號】H04L29/06GK103442017SQ201310424681
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】廖勇, 梁裕銘, 姚王泮, 郭博文, 魏海波, 楊力生 申請人:重慶大學