面向空天通信的网关协议转换测试系统的制作方法

本发明属于电学技术领域，特别涉及到电通信技术专业的一种面向空天通信的网关协议转换测试系统。

背景技术：

空间通信是以航天器(或天体)为对象的无线电通信，空间通信的基本形式有地球站和航天器之间的通信，航天器相互之间的通信，通过航天器转发或反射电磁波进行的地球站之间的通信，主要业务有跟踪定位、遥测、通信个电视等。

通过空天通信技术的支撑，现有的无人机系统可有效的实现地质勘察、森林防火、灾害预警，救援等功能，为获取第一手现场资讯奠定了物质基础。

空天通信系统中各环节遵循相应的协议规范及标准，而网关作为纽带为空天通信系统提供高效的服务。但由于硬件网关的设计和验证周期长，导致正确性和实效性无法保证，所以有必要提供一种具有创造性的面向空天通信的网关协议转换测试系统，以此来验证空天通信中网关协议转换的正确性和有效性。

技术实现要素：

本发明提出一种面向空天通信的网关协议转换方法，以此来验证空天通信中AOS协议(卫星)和Link协议(无人机)转换的正确性和有效性，面向空天通信的网关协议转换测试系统是具有真实测试能力，通过建立可靠的、稳定的、可扩展的网关协议转换测试系统，实现不同通信系统间协议的转换测试。

本发明是通过以下技术方案来实现的：面向空天通信的网关协议转换测试系统由硬件、软件两部分组成，硬件部分包括3台计算机和一台服务器，为软件功能成员提供硬件运行环境，软件部分包括：AOS协议功能成员、网关协议转换功能成员、Link协议功能成员：

所述AOS协议功能成员包括协议接收、解析和协议生成、发送；协议接收、解析负责接收网关协议转换功能成员发送来的数据，并按照AOS协议进行解析；协议生成、发送负责分发图像、数据及指控类型数据段信息，并按照AOS协议进行封装；

所述Link协议仿真成员包括协议接收、解析和协议生成、发送；协议接收、解析负责接收网关协议转换功能成员发送来的指控类型数据，并按照Link协议进行解析；协议生成、发送负责分发图像及数据类型数据段信息，并按照类Link协议进行封装；

所述网关协议转换仿真成员根据协议交互方完成空天仿真功能成员之间有效的协议交互，依据地址信息进行有效的数据处理并分发；所述网关协议转换仿真成员管理整个仿真系统的运行，是整个仿真系统的核心成员，同时控制仿真系统中其他功能成员并完成网关协议的交互，确保仿真系统的正确运行，所述网关协议转换仿真成员包括开始仿真、暂停仿真、继续仿真以及结束仿真；

采用面向空天通信的网关协议转换测试系统的转换方法包括AOS传输帧和Link传输帧的相互转换、Link传输帧到AOS传输帧转换和AOS传输帧到Link传输帧转换；

所述AOS传输帧和Link传输帧的相互转换，包括两种方式：(1)从一种数据格式中解析出有效数据，再封装到另一种数据格式的有效数据域中；(2)不去解析有效数据，直接将一种格式中的所有内容封装到另一种数据格式的有效数据域中；

所述Link传输帧到AOS传输帧转换是指：若Link传输帧长度大于AOS传输帧的有效数据域长度，则将Link传输帧分段，不足的部分用填充字段填充；若Link传输帧长度与AOS传输帧的有效数据域长度相等，则直接填充；若Link传输帧长度小于AOS传输帧的有效数据域长度，同样直接填充，但不足的部分用填充字段填充；

所述AOS传输帧到Link传输帧转换分为AOS传输帧无填充数据和AOS传输帧有填充数据两种情况，具体包括以下步骤：首先，解析AOS数据帧；其次，检测B_PDU帧头查看AOS传输帧的有效数据域内是否包含填充数据，若无则直接还原有效数据，若有则丢弃填充数据后还原有效数据；最后，根据Link帧的段码，将还原出的AOS传输帧的有效数据集装成一个Link帧。

面向空天通信的网关协议转换测试系统的转换仿真验证，网关协议转换测试系统根据信息系统信息交互过程的分析，交换协议的输入输出有所差异，采用分段式的仿真策略，即空天通信网关协议转换测试系统中网关协议功能成员控制初始化后，首先启动，然后等待AOS协议功能成员和Link协议功能成员都加入到仿真系统后，开始执行控制各功能成员之间的交互，各成员开始仿真，随着仿真的推进，AOS协议功能成员和Link协议功能成员进行互联互通互操作的交互，并可通过界面调整相应成员的仿真状态显示。

作为一种优选的技术方案，所述网关协议转换功能成员管理整个仿真系统的运行，发送控制指令并完成状态交互，在典型信息系统网关交换协议仿真系统的搭建中，采用基于信息产生、处理并分发的网关交换协议控制机制。

作为一种优选的技术方案，所述空天通信网关协议转换测试系统是一个由多个功能成员组成的仿真系统，在仿真过程中，各功能成员必须协调工作，共同完成空天通信网关协议转换测试系统的测试验证；由于各对象成员分布于各个物理节点上，为确保各节点工作的有效性、一致性和时效性，采用基于Socket的方式控制实现。

作为一种优选的技术方案，在既定的仿真场景下，按仿真方案的硬件拓扑结构搭建相应的测试系统，完成各个仿真单元的实际功能，所述AOS协议到Link协议的协议转换测试链路，即子测试链路一为：AOS协议→网关协议转换→Link协议；所述Link协议到AOS协议，即子测试链路二为：Link协议→网关协议转换→AOS协议，且设置子测试链路一和子测试链路二的数据帧长度均为50；

子测试链路一，即正向测试链路产生的数据包括卫星类数据、探测目标类数据，帧格式遵循AOS协议，数据表如7所示，其中发送数据文本框中的数据即为AOS封装后的一帧数据；

子测试链路一中网关协议转换的测试结果如表8所示，

网关协议转换将接收的密文信息经过解密、校验后再次加密发出，原始数据文本框中的数据为接收到中继卫星的数据，转发数据文本框中的数据为处理后发送给地面指控中心的数据，地面指控中心解析有用数据后再经网关协议转换将数据由Link协议格式发送给无人机，数据流向的路径如图7所示；

子测试链路一中接收到Link数据文本框中的数据即为接收到一帧数据，如表10所示，经过解密处理后显示到接收Link数据的显示单元中，子测试链路一中收到的Link协议数据与发送的AOS协议数据一致，测试结果验证子测试链路一中的网关协议转换的正确性；

子测试链路二，即返回链路产生的数据包括目标类数据，帧格式遵循Link协议，子测试链路二中Link协议产生数据的测试结果如表11所示，发送数据文本框中的数据即为Link封装后的一帧数据，

子测试链路二中网关协议转换的测试结果如表12所示，网关协议转换将接收的密文信息经过解密、校验后再次加密发出,原始数据文本框中的数据为接收到指控中心的数据，转发数据文本框中的数据为处理后发送给中继卫星的数据,数据流向的路径如图7所示；

子测试链路二中接收到的AOS数据的测试结果如表13所示，接收数据文本框中的数据即为接收到一帧数据，经过解密处理后显示到接收数据的显示单元中,链路二中收到的AOS数据与发送的Link数据一致，测试结果验证链路二中的网关协议转换的正确性。

通过上述测试链路的仿真测试结果，可以验证网关在两个仿真功能成员之间均实现了数据的转发，实现了各协议之间帧格式的转换，即AOS协议可以与Link协议之间进行有效的互操作，测试结果证明空天通信网关协议转换测试系统的正确性和有效性。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本系统可在一个局域网络上实现面向空天通信的网关协议转换测试过程，空天通信中主要的通信协议为AOS协议和Link协议，可有效的将空天通信中AOS协议和Link协议进行相互转换，在仿真测试验证中采用基于Visual C++的Socket技术实现各成员的同步通信与交互，进而保证系统各部分协调、有序运行，为空天通信中的协议转换提供测试。

附图说明

图1是AOS协议帧格式结构图；

图2是Link协议帧格式结构图；

图3是空天通信网关Link到AOS转换示意图；

图4是空天通信网关AOS到Link转换示意图；

图5是空天通信网关协议仿真拓扑图；

图6是AOS协议产生仿真测试图；

图7是子测试链路一网关转换AOS协议和Link协议时的数据流向双向关系图；

表1是子测试链路一中网关协议转换接收AOS协议发送仿真测试数据；

表2是子测试链路一中网关协议转换识别、过滤及转换数据(一)；

表3是子测试链路一中网关协议转换识别、过滤及转换数据(二)；

表4是子测试链路一中无人机接收Link协议数据仿真测试数据；

表5是子测试链路二中无人机Link协议发送仿真数据；

表6是子测试链路二中网关协议转换识别、过滤及转换数据，即Link协议到AOS协议转换数据；

表7是子测试链路二中卫星接收AOS协议接收仿真数据。

具体实施方式

面向空天通信的网关协议转换测试系统由硬件、软件两部分组成，硬件部分包括3台计算机和一台服务器，为软件功能成员提供硬件运行环境，软件部分包括：AOS协议功能成员、网关协议转换功能成员、类Link协议功能成员。

空天通信中的主要协议包括：AOS协议和Link协议；

AOS协议是指空天通信中，信息在空间链路传递时，主要遵循基于CCSDS的AOS协议。(参照GJB5823.1-2006，高级在轨系统网络及数据链路)

为了构建天地一体化的网络系统，实现天基与地基的无缝数据对接，空间链路是无线卫星链路，链路层采用CCSDS委员会制定的AOS空间链路层协议，由于地面与空间底层链路的差异，所以卫星链路层我们无法使用与地面相同的协议，但网络层可以屏蔽此差异。

域：由两部分组成，重放标志和空闲区域，当空间链路没有连接的时候，需要存储传输帧，如果链路重新建立，需要重新发送这些数据。重放标志域告知接收端这些数据是实时数据(“0”)或者是重放数据(“1”)。它主要的用途就是当在一个虚拟信道里同时存在数据和重放数据区分他们，空闲区域现在习惯置为全“00"。

帧头部差错控制：该域是可选的，如果使用了该域，为主头部的48-63位。该域使用具备纠错能力的RS(10，6)码来保护头部中的关键信息—MCID，VCID和信令域。这个域的存在与否一旦确定，那么在同一物理信道的每个传输帧里都必须一致。

插入域：如果使用，该域应插在主头部之后，如果物理信道在周期数据传输中启用该业务，那么在该物理信道传输的每个帧中，哪怕是空的传输帧，都包含这个区域。插入区域的长度与物理信道的NI_SDU长度相等，，是固定的，插入区域包含一个以字节为单位的IN_SDU。

数据单元域：数据区单元域紧随主头部或者插入区域，包含一个M_PDU，一个B_PDU，一个VCA_SDU或者空数据。M_PDU，B_PDU，VCA_SDU和空数据不会复用到一个虚拟信道，例如：如果一个虚拟信道传输M_PDU。那么这个虚拟信道每个传输帧里都包含一个M_PDU，这么规定是因为在传输帧中并没有一个域来标识所传输数据的类型，如果混合传输，接收方无法识别数据的类型，如果在发送传输帧的时候没有用户数据需要发送，那么一个包含特定格式的空数据的传输帧被发送，这么一个传输帧被称为空帧。空帧的VCID被设为全“1"数据区域的长度是以字节为单位的，可变的，但等于以下两者之差：

a)特定物理信道的传输帧的长度

b)主头部的长度加上插入区域的长度和/或者尾部的长度

帧尾部：包含操作控制域OCF和帧差错控制域，都是可选字段。OCF的使用比较特殊，根据不同的虚拟信道而不同，一旦使用，那么在固定的任务时间内，每个虚拟信道的每个帧中都包含这个域。OCF的第一个bit是类型标志位，用来表示其中装载的报告类型，“0”代表是类型1的报告，“1”代表的是类型2报告。帧差错控制域提供了发现发送和数据处理过程中导致传输帧(除头部以外)错误的能力，它的使用与否根据下层编码层提供的能力的不同而不同。

随着天基设备中各种新的应用的增加，应用类型越来越丰富。越累越多的地面应用被实施于天基设备中，以提供丰富空中服务。空天通信中网关的作用就显示尤为重要。

Link协议是指空天通信中，Link类协议具有较强的抗干扰和抗截获能力，Link-16通过高速跳频应用最为广泛。

Link-16数据链系统的报文编号为J_n.m，报文编号里的n是由起始字的标记字段的5bit所对应的25(0～31)标记值表示；m是由起始字的子标识符字段的3bit对应的23(0～7)子标记值表示。由此可得32×8＝256种报文格式，而每一个编号的报文都唯一确定了一种报文的类型。

报头是在每个时隙开始的时候发送的，而Link-16数据链系统的消息接在报头后面发送。报头不是Link类数据链系统的消息，它的信息内容主要是协助平台设备处理Link类数据链系统的消息。报头字一共416μs，由16个双脉冲组成。报头字由35bit信息构成，将它们分成5bit的7组，并对其进行RS(16，7)的编码。

Link-16协议的报头字分为四个部分，分别是时隙类型字段、RI/TM字段、航迹号标识字段、安全数据单元系列号字段。3bit的时隙类型字段，其作用主要是用来标识消息的封装类型、消息类型(格式化的消息还是可变格式消息)及自由电文里是否包含纠错码等；1bit的(RI/TM)字符段，这1bit的字符在传输自由电文时，标识采用的是单脉冲还是双脉冲字符，而在传输固定格式化消息或可变格式化消息时，判断传递的是中继还是非中继的消息；15bit的航迹号标识主要存储当前时隙的发射源的编号；16bit的安全数据单元系列号主要标识本时隙的消息的加密方法，以便接收端机完成消息的解密。

面向空天通信的网关协议转换测试系统，该系统包括AOS协议功能成员、网关协议转换功能成员和Link协议功能成员；其中

所述AOS协议功能成员包括协议接收、解析和协议生成、发送；协议接收、解析负责接收网关协议转换功能成员发送来的数据，并按照AOS协议进行解析；协议生成、发送负责分发图像、数据及指控类型数据段信息，并按照AOS协议进行封装；

所述Link协议仿真成员包括协议接收、解析和协议生成、发送；协议接收、解析负责接收网关协议转换功能成员发送来的指控类型数据，并按照Link协议进行解析；协议生成、发送负责分发图像及数据类型数据段信息，并按照类Link协议进行封装；

所述网关协议转换仿真成员根据协议交互方完成空天仿真功能成员之间有效的协议交互，依据地址信息进行有效的数据处理并分发；所述网关协议转换仿真成员管理整个仿真系统的运行，是整个仿真系统的核心成员，同时控制仿真系统中其他功能成员并完成网关协议的交互，确保仿真系统的正确运行，所述网关协议转换仿真成员包括开始仿真、暂停仿真、继续仿真以及结束仿真；

采用面向空天通信的网关协议转换测试系统的转换方法包括AOS传输帧和Link传输帧的相互转换、Link传输帧到AOS传输帧转换和AOS传输帧到Link 传输帧转换；

所述AOS传输帧和Link传输帧的相互转换，包括两种方式：(1)从一种数据格式中解析出有效数据，再封装到另一种数据格式的有效数据域中；(2)不去解析有效数据，直接将一种格式中的所有内容封装到另一种数据格式的有效数据域中；

结合图2和图3所示：Link传输帧到AOS传输帧转换是指：若Link传输帧长度大于AOS传输帧的有效数据域长度，则将Link传输帧分段，不足的部分用填充字段填充；若Link传输帧长度与AOS传输帧的有效数据域长度相等，则直接填充；若Link传输帧长度小于AOS传输帧的有效数据域长度，同样直接填充，但不足的部分用填充字段填充；

结合图1和图4所示：AOS传输帧到Link传输帧转换分为AOS传输帧无填充数据和AOS传输帧有填充数据两种情况，具体包括以下步骤：首先，解析AOS数据帧；其次，检测B_PDU帧头查看AOS传输帧的有效数据域内是否包含填充数据，若无则直接还原有效数据，若有则丢弃填充数据后还原有效数据；最后，根据Link帧的段码，将还原出的AOS传输帧的有效数据集装成一个Link帧。

结合图6所示：面向空天通信的网关协议转换测试系统的转换仿真验证，网关协议转换测试系统根据信息系统信息交互过程的分析，交换协议的输入输出有所差异，采用分段式的仿真策略，即空天通信网关协议转换测试系统中网关协议功能成员控制初始化后，首先启动网关转换线程，然后等待AOS协议功能成员和Link协议功能成员都加入到仿真系统后，开始执行控制各功能成员之间的交互，各成员开始仿真，随着仿真的推进，AOS协议功能成员和Link协议功能成员进行互联互通互操作的交互，并可通过界面调整相应成员的仿真状态显示。

作为一种优选的技术方案，所述网关协议转换功能成员管理整个仿真系统的运行，发送控制指令并完成状态交互，在典型信息系统网关交换协议仿真系统的搭建中，采用基于信息产生、处理并分发的网关交换协议控制机制。

结合图5所示：所述空天通信网关协议转换测试系统是一个由多个功能成员组成的仿真系统，在仿真过程中，各功能成员必须协调工作，共同完成空天通信网关协议转换测试系统的测试验证；由于各对象成员分布于各个物理节点上，为确保各节点工作的有效性、一致性和时效性，采用基于Socket的方式控制实现。

作为一种优选的技术方案，所述在既定的仿真场景下，按仿真方案的硬件拓扑结构搭建相应的测试系统，完成各个仿真单元的实际功能，所述AOS协议到Link协议的协议转换测试链路，即子测试链路一为：AOS协议→网关协议转换→Link协议；所述Link协议到AOS协议，即子测试链路二为：Link协议→网关协议转换→AOS协议，且设置子测试链路一和子测试链路二的数据帧长度均为50；

子测试链路一，即正向测试链路产生的数据包括卫星类数据、探测目标类数据，帧格式遵循AOS协议，数据表如1所示；

表1：

其中发送数据文本框中的数据即为AOS封装后的一帧数据；子测试链路一中网关协议转换的测试结果如表2所示，

表2：

表3：

网关协议转换将接收的密文信息经过解密、校验后再次加密发出，原始数据文本框中的数据为接收到中继卫星的数据，转发数据文本框中的数据为处理后发送给地面指控中心的数据，地面指控中心解析有用数据后再经网关协议转换将数据由Link协议格式发送给无人机，数据流向的路径如图7所示；

子测试链路一中接收到Link数据文本框中的数据即为接收到一帧数据，如表4所示，

表4：

经过解密处理后显示到接收Link数据的显示单元中，子测试链路一中收到的Link协议数据与发送的AOS协议数据一致，测试结果验证子测试链路一中的网关协议转换的正确性；

子测试链路二，即返回链路产生的数据包括目标类数据，帧格式遵循Link协议，子测试链路二中Link协议产生数据的测试结果如表5所示，

表5：

发送数据文本框中的数据即为Link封装后的一帧数据，

子测试链路二中网关协议转换的测试结果如表6所示，

表6：

网关协议转换将接收的密文信息经过解密、校验后再次加密发出,原始数据文本框中的数据为接收到指控中心的数据，转发数据文本框中的数据为处理后发送给中继卫星的数据,数据流向的路径如图7所示；

子测试链路二中接收到的AOS数据的测试结果如表7所示，

表7：

接收数据文本框中的数据即为接收到一帧数据，经过解密处理后显示到接收数据的显示单元中,链路二中收到的AOS数据与发送的Link数据一致，测试结果验证链路二中的网关协议转换的正确性。

通过上述测试链路的仿真测试结果，可以验证网关在两个仿真功能成员之间均实现了数据的转发，实现了各协议之间帧格式的转换，即AOS协议可以与Link协议之间进行有效的互操作，测试结果证明空天通信网关协议转换测试系统的正确性和有效性。

以上结合附图对本发明的具体实例方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。