IP Over AOS的軟件設計實現

邢衛國 趙亞松 郭海鵬

(1 中國電子科技集團公司第五十四研究所河北石家莊 050081)

(2 河北省中小企業信息中心河北石家莊 050051)

IP Over AOS的軟件設計實現

邢衛國1趙亞松1郭海鵬2

(1 中國電子科技集團公司第五十四研究所河北石家莊 050081)

(2 河北省中小企業信息中心河北石家莊 050051)

AOS是一種空間合作開發、空間資源廣泛采用的標準，采用AOS技術，對視頻數據進行空地傳輸是勢在必行的。針對IP視頻數據的空地傳輸進行研究，采用AOS協議封裝，并在地面接收端再將IP數據恢復出來，通過以太網進行傳輸。根據視頻數據的特點，詳細描述了傳輸格式的要求，提出了不同于傳統采用FPGA硬件電路實現的軟件實現方法，對數據處理過程進行了仿真測試，給出了軟件處理的效率，證明了在實際應用中的可行性。

軟件實現 AOS Over IP IP視頻

1 引言

隨著空間技術的的不斷發展，國際合作開發逐漸成為發展趨勢，為國際社會所認可。AOS標準的推出為空間合作提供了基礎，不斷地得到推廣應用。將IP視頻數據采用AOS協議進行傳輸，在地面再將IP數據恢復出來，在地面以太網進行傳輸。隨著計算機技術的飛速發展，軟件可實現的功能越來越多，以前由硬件電路或FPGA完成的功能也逐步移植到應用軟件來實現。

2 實現方法

CCSDS對IP包的封裝進行了定義，AOS對應于地面網絡OSI模型的數據鏈路層，采用固定長度傳輸幀傳輸各種空間數據。AOS提供包服務和位流服務等7種服務類型，數據域可以為M_PDU、B_PDU、VCA_SDU和空閑數據。IP視頻數據經過IP頭封裝后采用M_PDU進行傳輸。在接收端，取出AOS傳輸的各種封裝頭，將IP數據幀恢復出來，再按照傳統的處理方法進行視頻數據的處理。

2.1 封裝格式

對要傳輸的IP數據，進行IP頭封裝、M_PDU頭封裝和AOS幀封裝，如表1、表2、表3和表4所示。

表1 CCSDS傳輸IP封裝包格式[1,2]

表2 PACKET HEADER格式

協議標識：000：空閑包；110：用4bit的協議ID擴展域來識別協議；111：自定義數據。(第一字節：0xe0標識空閑包，0xeb標識有效包)

表3 M_PDU格式[3]

保留位填全0。第一包指針指向數據區第一個包頭位置，從0開始計數，若數據區不含包頭，填寫全1，若數據區空閑數據在填寫為“全1”減1，即“11111111110”。

表4 AOS幀格式（不含幀同步字和RS校驗符）[4,5]

傳輸幀長度N+6 Bytes（AOS幀頭6 Bytes）；版本號填“01”；VCID：000011：遙控數據；000110：視頻及話音IP數據；000101：網絡數據；111111：充數據；幀計數：為每個虛擬信道上產生的傳輸幀獨立按順序編號。信令域定義如下：延時標志：1 bit，0表示實時，1表示延時；幀計數循環使用標志：1 bit，0不使用，1使用；保留位：2 bit；幀計數循環：4 bit，當幀計數歸零時加1。

2.2 封裝過程

對要傳輸的IP幀，首先進行IP封裝頭，再進行M_PDU封裝，最后封裝為AOS包，交信道進行傳輸。接收方按照反過程進行處理，但要考慮漏幀和誤碼等情況[6]。其封裝及接收流程如圖1和圖2所示。

圖1 封裝發送流程

圖2 接收解封裝流程

3 軟件關鍵設計

在IP視頻通信中，考慮到IP包的長度不會超過2 K Bytes，軟件采用4 K的緩沖區存儲接收的數據，并采用2個緩沖區，如圖3所示，一個純數據緩沖區，一個指針緩沖區，用指針緩沖區的數據指針解析數據緩沖區的完整數據包，提高了程序效率。考慮到漏幀情況，當AOS幀序號不連續時，通過插入空數據幀，減少對后續數據包的影響，提高視頻性能[7]。

圖3 接收緩沖區

4 性能統計

通過代碼分析，軟件資源開銷主要包括內存搬移和比對判斷等。經過實際測試，在主流臺式計算機上運行處理軟件，在處理10 M圖像數據流時，CPU占用率不足5%，處理時間不超過200 ms，效果很好。

5 結束語

經過對仿真數據的處理及性能統計，為工程實踐提供了參考數據。為未來采用GPU等新型計算技術，處理帶校驗的更復雜的數據提供了思路，奠定了基礎。采用軟件技術實現IP Over AOS功能，代替了傳統的硬件實現，節約成本、便于維護和可靠性高，有很高的經濟價值和推廣前景，必將在工程實現中得到廣泛應用。

參考文獻

[1]CCSDS133 0-B-1,Space Packet Protocal[S].

[2]CCSDS135 0-B-4,Encapsulation Service[S].

[3]CCSDS702 1-R-4,Ip Over Ccsds Space Links[S].

[4]CCSDS732 0-B-2,Aos Space Data Link Protocal[S].

[5]CCSDS 700 0-G-3,Ccsds Advanced Orbiting Systems, Networks and Data Links[S].

[6]王曉波孫甲琦.IP OVER CCSDS空間組網應用淺析[J].飛行器測控學報,2011(S1):37-40.

[7]蔣立正.IP OVER CCSDS空間組網通信關鍵技術研究[D].北京:中國科學院研究生院,2009.

Software Design and Implementation of IP Over AOS

XING Wei-guo1ZHAO Ya-song1GUO Hai-peng2
(1 The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)
(2 Hebei Center for SME Information,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

The AOS is a standard,which is widely used in space cooperation development and space resources.The application of AOS technology in air--to-ground transmission of video data is imperative.Aiming at the research on air--to-ground transmission of IP video data,this paper uses AOS encapsulation protocol to recover IP data on ground receiver,and transfers the data by Ethernet.Based on the characteristics of video data,this paper describes the requirements of transmission format in detail,proposes a software realization method which is different from the traditional method realized by FPGA hardware circuit.The simulation and test of data processing are performed and the efficiency of software processing is given.The results prove the feasibility of this method in practical application.

software realization;AOS Over IP;IP video

TP393

A

1008-1739（2014）20-70-3

定稿日期：2014-09-26