一种卫星一体化数据交互系统的制作方法

1.本技术涉及航天器通信技术领域，尤其涉及一种卫星一体化数据交互系统。


背景技术：

2.随着航天器通信技术的迅猛发展，卫星通信由于具有通信范围大、可靠性高以及多址联接等优点被广泛应用于多种不同领域，且卫星种类和功能也越来越丰富。针对不同的功能和需求，卫星上配置了多种类型的载荷和计算节点，如，载荷包括星敏、地敏、图像处理设备、数据处理设备等，计算节点包括智能计算节点、逻辑计算节点、数字信号处理计算节点等。为了实现数据处理和信息传输，卫星中载荷和计算节点之间进行数据交互。
3.目前，为了实现载荷和计算节点之间的数据交互，卫星中计算节点和载荷可通过1553b总线或swp总线进行连接，但是由于1553b总线适用于低速数据传输(1mbit/s)，swp总线数据传输速率最大不超过200mbit/s。未来，随着对卫星智能化处理需求的提高，需要载荷与计算节点间进行高速信息交换，其速率高达几gbits/s，甚至几十gbits/s，但是现有的卫星通信系统数据传输速率无法满足其需求，因此如何实现高速数据传输成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术解决的技术问题是：针对现有技术中数据传输能力不足。本技术提供了一种卫星一体化数据交互系统，本技术实施例所提供的方案中，采用高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构多个数据交互架构并存的方式，一方面支持高速数据的传输，以使得卫星系统支持高速数据传输能力，解决当前卫星系统数据交互速率低的问题；另一方面支持多种数据传输速率并存，为高、中、低速其他总线提供接入能力，提高卫星系统的适应性。
5.第一方面，本技术实施例提供一种卫星一体化数据交互系统，该系统包括：高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构，其中，
6.高速数据交互架构包括至少一个计算节点、第一交换机和至少一个第一设备，第一交换机一端通过rapidio总线与至少一个计算节点连接，另一端通过rapidio总线与至少一个第一设备连接，以实现计算节点与第一设备之间的高速数据交互，其中，第一设备是指使用rapidio总线传输数据的设备；
7.中速数据交互架构包括第一交换机、第二交换机以及至少一个第二设备，第二交换机一端通过swp总线与至少一个第二设备连接，另一端与第一交换机连接，以实现第一设备和第二设备之间的中速数据交互，其中，第二设备是指使用swp总线传输数据的设备；
8.中速数据交互架构包括至少一个计算节点和至少一个第三设备，每个计算节点通过1553b总线与至少一个第三设备连接，以通过1553b总线实现计算节点与第三设备之间的低速数据交互，其中，第三设备为1553b总线的远程终端rt。
9.可选地，至少一个第一设备包括卫星内部使用rapidio总线传输数据的设备和/或
卫星外部使用rapidio总线传输数据的设备。
10.可选地，低速数据交互架构，还包括：csb总线的至少一个远程终端rt，至少一个远程终端通过csb总线与一个或多个第二设备连接。
11.可选地，至少一个第二设备包括一个或多个一级远置终端以及一个或多个二级远置终端，其中，每个一级远置终端通过swp总线直接与第二交换机连接，每个二级远置终端通过swp总线与一级远置终端连接。
12.可选地，第一交换机与至少一个第一设备之间，第一交换机和每个计算节点之间均通过一个或多个rapidio通道进行数据交互。
13.可选地，第二交换机与至少一个第二设备之间通过一个或多个swp通道进行数据交互。
14.可选地，每个计算节点，具体用于：
15.通过1553b总线从至少一个第三设备获取低速数据，或通过swp总线从至少一个第二设备获取中速数据，或通过rapidio总线从至少一个第一设备获取高速数据；
16.对低速数据、中速数据或高速数据进行处理得到处理后的数据，其中，处理后的数据包括处理后的低速数据、处理后的中速数据或处理后的高速数据；
17.将处理后的数据低速数据发送给至少一个第二设备或至少一个第一设备；或将处理后的中速数据发送给至少一个第一设备或至少一个第三设备；或将处理后的高速数据发送给至少一个第一设备或至少一个第二设备。
18.可选地，对低速数据、中速数据或高速数据进行处理得到处理后的数据，包括：
19.对于中速数据交互架构与高速数据交互架构之间的传输，对中速数据进行协议转换得到处理后的中速数据，或将高速数据进行协议转换得到处理后的高速数据，其中，处理后的中速数据支持rapidio总线协议，处理后的高速数据支持swp总线协议；
20.对于从低速数据交互架构到高速数据交互架构之间的传输，获取低速数据中传输层协议段数据，将传输层协议段数据封装为vcdu格式的数据，将封装后的数据作为处理后的低速数据。
21.可选地，计算节点，还用于：根据一个或多个rapidio通道的状态选择与每个第一设备进行数据交互的通道；
22.根据一个或多个swp通道的状态选择与每个第二设备进行数据交互的通道。
23.可选地，若将处理后的低速数据发送给至少一个第一设备，则计算节点还用于缓存处理后的低速数据。
24.与现有技术相比，本技术实施例至少具有如下有益效果：
25.本技术实施例所提供的方案中，采用高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构多个数据交互架构并存的方式，一方面支持高速数据的传输，以使得卫星系统支持高速数据传输能力，解决当前卫星系统数据交互速率低的问题；另一方面支持多种数据传输速率并存，为高、中、低速其他总线提供接入能力，提高卫星系统的适应性。
附图说明
26.图1为本技术实施例所提供的一种卫星一体化数据交互系统的结构示意图；
27.图2为本技术实施例所提供的一种不同数据交互架构中数据互传的示意图；
28.图3为本技术实施例所提供的一种不同数据交互架构中数据互传的示意图。
具体实施方式
29.本技术实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
30.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
31.参见图1，为本技术实施例提供的一种卫星一体化数据交互系统的结构示意图。在图1中该系统包括：高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构，其中，高速数据交互架构包括至少一个计算节点、第一交换机和至少一个第一设备，第一交换机一端通过rapidio总线与至少一个计算节点连接，另一端通过rapidio总线与至少一个第一设备连接，以实现计算节点与第一设备之间的高速数据交互，其中，第一设备是指使用rapidio总线传输数据的设备；中速数据交互架构包括第一交换机、第二交换机以及至少一个第二设备，第二交换机一端通过swp(space wire)总线与至少一个第二设备连接，另一端与第一交换机连接，以实现第一设备和第二设备之间的中速数据交互，其中，第二设备是指使用swp总线传输数据的设备；中速数据交互架构包括至少一个计算节点和至少一个第三设备，每个计算节点通过1553b总线与至少一个第三设备连接，以通过1553b总线实现计算节点与第三设备之间的低速数据交互，其中，第三设备为1553b总线的远程终端rt。
32.具体的，在本技术实施例所提供的方案中，每颗卫星中包括一个或多个计算节点，作为举例，计算节点包括但不限制于数字信号处理(digital signal processing，dsp)计算单元、成本计算单元、现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)计算单元以及高可靠性计算单元等。在卫星中各个计算节点可以与星内的其他设备进行数据交互，也可以与星外的设备进行数据交互。即该卫星中数据交互包括两层：一层是计算节点与卫星内部的设备进行数据交互，一层是计算节点与卫星外的设备进行数据交互。在本技术实施例所提供的方案中，为了实现卫星内部或卫星间的数据交互，按照数据传输速率将数据交互系统分为三个域，分别为高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构，其中，在这三种架构中数据传输速率由高到低依次是高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构，其中，高速数据交互架构支持数据传输速率大于200mbit/s，中速数据交互架构支持数据传输速率最大不超过200mbit/s，低速数据交互架构支持数据传输速率为1mbps。为了便于理解下面分别对每种架构进行简要介绍。
33.1、高速数据交互架构
34.具体的，在本技术实施例所提供的方案中，高速数据交互架构由至少一个计算节点、第一交换机和至少一个第一设备组成，其中，第一交换机为srio交换机，即支持rapidio总线协议的交换机。
35.进一步，高速数据交互架构以srio交换机为核心，同具有高速数据处理和传输要求的第一设备进行数据交互，例如，第一设备为星间收发信机、数据传输单元等。在高速数
据交互过程中，处于高速数据交互架构的计算节点需要对所接收到的数据进行处理，同时还将处理后的数据发送给与计算节点连接的其他交互架构中的设备或不同计算节点，以满足异构计算的需求。星上搭载的计算节点(如处理器)可以采用sparc/powerpc/fpga/arm等形式。
36.进一步，在一种可能实现的方式中，至少一个第一设备包括卫星内部使用rapidio总线传输数据的设备和/或卫星外部使用rapidio总线传输数据的设备。
37.作为举例，在本技术实施例所提供的方案中，通过外总线和内总线两种不同表现形式，构建高速数据交互架构。另外，如果有处于其他物理位置的设备具有高速数据交换需求，可通过增加srio交换机的数量，即高速数据交互架构存在一个或多个srio交换机，使用同srio交换机连接的远置终端形式接入高速数据交互架构。
38.进一步，在一种可能实现的方式中，第一交换机与至少一个第一设备之间，第一交换机和每个计算节点之间均通过一个或多个rapidio通道进行数据交互。
39.作为举例，为了保证第一交换机与第一设备之间以及第一交换机和计算节点之间的数据传输，第一交换机与至少一个第一设备之间设备设置一个或多个rapidio通道，例如，设置8个rapidio通道；第一交换机与每个计算节点之间也设置一个或多个rapidio通道，例如，第一交换机与每个计算节点之间设置2个rapidio通道。
40.进一步，为了保证第一交换机和第一设备之间的数据传输，计算节点还根据与第一设备连接的一个或多个rapidio通道的状态选择与每个第一设备进行数据交互的通道。
41.2、中速数据交互架构
42.具体的，在本技术实施例所提供的方案中，中速数据交互架构由第一交换机、第二交换机以及至少一个第二设备组成，其中，第二交换机一端通过swp总线与至少一个第二设备连接，另一端与第一交换机连接，以实现第一设备和第二设备之间的中速数据交互，其中，第二设备是指使用swp总线传输数据的设备。作为举例，第二交换机为swp交换机，即第二交换机为支持swp总线协议的交换机，如swp交换机可使用rmap协议。
43.进一步，中速数据交互架构以spw交换机为核心，spw交换机一端使用srio总线同srio交换机相连，另一端具备多个spw接口，同星上采用spw总线传输的至少一个第二设备相连。在高性能综合电子系统体系中，使用spw总线的第二设备占较大比例，例如，第二设备包括一体化星敏，星上图像处理单元等。在中速数据交互过程中，处于中速数据交互架构的计算节点需要对所接收到的数据进行处理，同时还将处理后的数据发送给与计算节点连接的其他交互架构中的设备或不同计算节点，以满足异构计算的需求。
44.进一步，在一种可能实现的方式中，至少一个第二设备包括一个或多个一级远置终端以及一个或多个二级远置终端，其中，每个一级远置终端通过swp总线直接与第二交换机连接，每个二级远置终端通过swp总线与一级远置终端连接。
45.在本技术实施例所提供的方案中，中速数据交互架构中，计算节点的部分功能，例如，模拟量采集、直接指令输出、矩阵指令和遥测等，也可以采用远置终端的形式接入到spw网络，由计算节点进行数据处理和控制。spw总线采用端到端传输的形式，如果星上接入需求较多，可以采用多级远置终端形式与spw交换机连接，以扩展接入终端的数量。作为举例，多级远置终端包括两级远置终端，分别为通过swp总线直接与第二交换机连接的一级远置终端，以及通过swp总线与一级远置终端连接的二级远置终端。
46.进一步，在一种可能实现的方式中，第二交换机与至少一个第二设备之间通过一个或多个swp通道进行数据交互。
47.作为举例，为了保证第二交换机与第二设备之间的数据传输，第二交换机与至少一个第二设备之间设备设置一个或多个swp通道，例如，设置3个swp通道。
48.进一步，为了保证第二交换机和第二设备之间的数据传输，计算节点还根据一个或多个swp通道的状态选择与每个第二设备进行数据交互的通道。
49.3、低速数据交互架构
50.具体的，在本技术实施例所提供的方案中，中速数据交互架构由至少一个计算节点和至少一个第三设备，每个计算节点通过1553b总线与至少一个第三设备连接，以通过1553b总线实现计算节点与第三设备之间的低速数据交互，其中，第三设备为总线控制终端(bus control，bc)。
51.进一步，低速数据交互架构以1553b_bc为核心。由于1553b总线为指令响应式需要存在一个bc端，因此，1553b_bc也整合在卫星内部，一端由计算节点进行控制，另一端作为bc端接入1553b总线。另外，在1553b总线传输过程中，将具备低速数据传输需求的设备作为远程终端(remote terminal，rt)挂接在1553b总线上，例如，远程终端为电源控制器、载荷配电接口单元、元器件健康考核仪、星载光电处理器、力学参数测量仪等。
52.进一步，在本技术实施例所提供的方案中，低速数据交互架构，还包括：csb总线的至少一个远程终端rt，至少一个远程终端通过csb总线与一个或多个第二设备连接。
53.在本技术实施例所提供的方案中，低速数据交互架构中，还可使用远置终端作为1553b总线中的远程终端bc，该远置终端还可与中速数据交互架构中的第二设备连接，以对仅具备低速数据传输的载荷进行低速数据的采集和转换。作为举例，远置终端可通过csb总线与第二设备连接。
54.为了便于理解下面对上述卫星一体化数据交互系统中计算节点的功能进行简要介绍。
55.在一种可能实现的方式中，每个计算节点，具体用于：通过1553b总线从至少一个第三设备获取低速数据，或通过swp总线从至少一个第二设备获取中速数据，或通过rapidio总线从至少一个第一设备获取高速数据；对低速数据、中速数据或高速数据进行处理得到处理后的数据，其中，处理后的数据包括处理后的低速数据、处理后的中速数据或处理后的高速数据；将处理后的数据低速数据发送给至少一个第二设备或至少一个第一设备；或将处理后的中速数据发送给至少一个第一设备或至少一个第三设备；或将处理后的高速数据发送给至少一个第一设备或至少一个第二设备。
56.在本技术实施例所提供的方案中，高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构中的数据可以互传，例如，计算节点通过第一交换机从任一第一设备接收高速数据，可通过与计算节点连接的1553b总线传输给一个或多个第三设备，即数据从高速数据交互架构传输到低速数据交互架构中；亦或者，计算节点将高速数据通过与第一交换机连接的第二交换机发送给一个或多个第二设备，即数据从高速数据交互架构传输到中速数据交互架构中。具体的，参见图2，为本技术实施例提供的一种不同数据交互架构中数据互传的示意图，其中，在图2中，高速数据交互架构简称高速、中速数据交互架构简称中速、低数据交互架构简称低速；高速数据交互架构通过srio接口发送数据、中速数据交互架构
通过swp总线发送数据，低速数据交互架构通过1553b总线以及异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，urat)发送数据。另外，为了便于说明，在图2中将第一交换机称为高速交换srio交换机，将第二交换机称为中速交换swp交换机。计算节点包括但不限制于智能计算、逻辑计算、浮点计算以及通用计算等功能。
57.由于不同数据交互架构中设备所支持的总线不同，如高速数据交互架构中第一设备支持rapidio总线，中速数据交互架构中第二设备支持swp总线，因此，计算节点将数据从一种数据交互架构传输到另一数据交互架构时，需要对所接收到的待传输的数据进行处理得到处理后的数据。
58.作为举例，在一种可能实现的方式中，对低速数据、中速数据或高速数据进行处理得到处理后的数据，包括：
59.对于中速数据交互架构与高速数据交互架构之间的传输，对中速数据进行协议转换得到处理后的中速数据，或将高速数据进行协议转换得到处理后的高速数据，其中，处理后的中速数据支持rapidio总线协议，处理后的高速数据支持swp总线协议；
60.对于从低速数据交互架构到高速数据交互架构之间的传输，获取低速数据中传输层协议段数据，将传输层协议段数据封装为vcdu格式的数据，将封装后的数据作为处理后的低速数据。
61.在本技术实施例所提供的方案中，对于高速数据交互架构与中速数据交互架构中设备之间的数据传输，计算节点在对数据处理时，主要是进行spw与srio之间的转换。对于从低速数据交互架构进入高速数据交互架构的数据，可以通过在传输层协议数据段重新封装包的形式实现，作为举例，封装后的数据为虚拟信道数据单元(virtual channel data unit，vcdu)格式。进一步，在数据封装过程中，若数据传输量的差异较大，可通过填充数据的方式实现数据封装。
62.作为举例，在一种可能实现的方式中，若将处理后的低速数据发送给至少一个第一设备，则计算节点还用于缓存处理后的低速数据。
63.在本技术实施例所提供的方案中，对于从高速数据交互架构进入低速数据交互架构的数据，必须通过缓存传输的方式实现，若要求数据连续，则高速数据交互架构的数据不能全部传输。因此需要从高速数据交互架构进入低速数据交互架构的数据需要考虑其传输周期，高速数据交互架构支持srio传输协议，发送到spw交换机的srio数据应为可解析的形式，并设定适当的缓存空间。相对的，中速数据交互架构和低速数据交互架构的传输协议相对具备较高的时间冗余度，因此应当考虑数据稳定度和可靠性。具体的，参见图3，为本技术实施例提供的一种不同数据交互架构中数据交互的示意图，其中，高速数据交互架构与中速数据交互架构可通过srio-swp桥接。
64.应理解，本技术实施例所提及的卫星一体化是指将一个或多个计算节点、至少一个第一设备的部分或全部、至少一个第二设备以及至少一个第三设备、第一交换机、第二交换机等集成到卫星内部。
65.本技术实施例所提供的方案中，采用高速数据交互架构、中速数据交互架构以及低速数据交互架构多个数据交互架构并存的方式，一方面支持高速数据的传输，以使得卫星系统支持高速数据传输能力，解决当前卫星系统数据交互速率低的问题；另一方面支持多种数据传输速率并存，为高、中、低速其他总线提供接入能力，提高卫星系统的适应性。
66.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
67.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
68.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
69.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
70.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。