CC BY
64Решетневскуе чтения. 2014
УДК 004.087.2, 006.072
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ БОРТОВЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ
ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ КА ДЗЗ
С. Ф. Горбунов, В. Ю. Гришин, П. М. Еремеев
ОАО «НИИ «Субмикрон» Российская Федерация, 124460, Москва, Зеленоград, Южная промзона, проезд 4806, д. 4, стр. 2 Е-mail: gsf.submicron@gmail.com, grishin@se.zgrad.ru, epm@se.zgrad.ru
Рассмотрены вопросы проектирования бортовых твердотельных накопителей информации для космических аппаратов дистанционного зондирования Земли с точки зрения унификации и стандартизации основных интерфейсов и протоколов информационного обмена. Представлены основные тенденции развития таких перспективных бортовых накопителей.
Ключевые слова: бортовой накопитель, CCSDS, SAVOIR, информационные системы, передача данных, SpaceWire, SpaceFibre.
DEVELOPMENT TRENDS OF PROSPECTIVE ONBOARD DATA STORAGE FOR EARTH REMOTE SENSING SPACE VEHICLES
S. F. Gorbunov, V. Yu. Grishin, P. M. Eremeev
JSC "Scientific Institute "Submicron" 2 str., 4 bld., 4806 pr-d., Yuznaya promzona, Zelenograd, Moscow, 124460, Russian Federation Е-mail: gsf.submicron@gmail.com, grishin@se.zgrad.ru, epm@se.zgrad.ru
The problems of onboard solid state data storage designed for Earth remote sensing space vehicles based on standardization and unification point of view are considered. Main trends of such prospective onboard data storage are explained.
Keywords: onboard data storage, CCSDS, SAVOIR, information systems, data transmission, Space Wire, Space Fibre.
Одним из составных элементов любого космического аппарата (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) является накопитель информации (запоминающее устройство), предназначенное для приёма, накопления энергонезависимого хранения и воспроизведения цифровой информации от аппаратуры радиолокационного, оптико-электронного зондирования Земли и других видов аппаратуры [1].
В последнее время намечается тенденция к унификации и стандартизации применяемого в КА оборудования с точки зрения как аппаратных, так и программных средств (т. е. архитектура и протоколы информационного обмена). Целью унификации является обеспечение кросс-платформенной совместимости оборудования, применяемого в различных проектах разных стран (в том числе в рамках международного сотрудничества), а также возможность использования ранее разработанных изделий в других проектах, что сокращает время разработки и отладки всего КА в целом.
Многие разработчики информационных систем (ИС) КА зачастую применяют уникальные протоколы информационного обмена между подсистемами различного уровня, что значительно ограничивает область использования этих ИС рамками одного КА или их семейства.
В мировой практике встречаются попытки решить подобные проблемы организацией специальных рабо-
чих групп, консультативных комитетов или ассоциаций, в том числе занимающихся разработкой специальных стандартов в курируемой ими сфере интересов. В области космических информационных технологий и оборудования наиболее известными и общепризнанными являются консультативный Комитет по космическим системам передачи данных CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) [2] и консультативная группа по архитектуре открытых интерфейсов аэрокосмического электрооборудования SAVOIR (Space Avionics Open Interface Architecture) [3].
Основным достоинством стандартов и рекомендаций, разрабатываемых в этих комитетах, является то, что они аккумулируют практические знания и опыт крупнейших космических агентств, что позволяет разработчикам космических ИС закладывать в своих изделиях проверенные и отработанные технические решения, тем самым минимизируя вероятность ошибки разработчика и ускоряя процесс разработки в целом.
Представители «НИИ «Субмикрон» принимали участие в заседании международного семинара в рамках комитета SAVOIR по вопросам проектирования бортовых накопителей. В настоящее время основной тенденцией развития является не пакетная, а файловая организация современных бортовых накопителей
Космическое электронное приборостроение
с поддержкой файловых операций и файловой системой, т. е. информация в них хранится не в виде абстрактных пакетов информации с разделителями пакетов, а в виде файлов, принадлежащих определённым приложениям либо являющихся результатами функционирования устройств полезной нагрузки.
С точки зрения бортового накопителя с файловой структурой наибольший интерес представляют следующие стандарты CCSDS:
- протокол передачи файлов CCSDS 727.0-B-4 «CCSDS File Delivery Protocol (CFDP)»[4];
- сервисы файловых и пакетных запоминающих устройств CCSDS 873.0-M-1. «SOIS - File and Packet Store Services» [5].
Бортовые накопители для КА ДЗЗ как правило характеризуются большими объёмами и скоростью информации, поступающей от устройств полезной нагрузки. В настоящее время вполне обычными считаются накопители объёмом более 1 Тбайта и скоростью записи более 1 Гбит/с. По прогнозам специалистов NASA, в ближайшем будущем (примерно к 2030 году) ёмкости, которые будут требоваться от бортовых накопителей перспективных КА, достигнут величин порядка 16 Тбайт [6].
Что касается дальнейших перспектив развития бортовых накопителей для КА ДЗЗ, то на одном из последних семинаров комитета SAVOIR по бортовым накопителям был выдвинут ряд требований к их архитектуре и свойствам:
1) требования, касающиеся архитектуры бортовых ИС:
- высокоскоростные потоки от устройств полезной нагрузки должны поступать непосредственно в накопитель;
- файлы, критичные для управления/ функционирования КА должны храниться в отдельном накопителе рядом с тем процессором, который выполняет задачу управления. Сам накопитель должен быть устойчивым к сбоям и отказам;
2) требования, касающиеся разработки накопителя:
- запись и чтение должны выполняться параллельно и без ограничений;
- должна быть минимизирована необходимость управления накопителем с Земли;
- не должно быть нарушения ключевых процессов накопителя в случае сбоев;
- низкоуровневые аппаратные процессы не должны управляться с Земли (например, дефрагментация, форматирование);
- большая информативность о состоянии накопителя в нормальном и аварийном режимах работы (информация о заполнении массива памяти, внутренних процессах, о расположении и возможной причине повреждения данных).
Библиографические ссылки
1. Сиренко В. Г., Гришин В. Ю., Еремеев П. М., Горбунов С. Ф., Петричкович Я. Я., Солохина Т. В., Шейнин Ю. Е. Унификация бортовых комплексов управления космическими аппаратами на основе интерфейсов SpaceWire и SpaceFibre // Актуальные про-
блемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли : тезисы докл. Междунар. науч.-техн. конф. / ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ», М., 2013. С. 12-14.
2. Официальный сайт Комитета CCSDS [Электронный ресурс]. URL: http://www.ccsds.org (дата обращения: 27.06.2014).
3. Официальный сайт SAVOIR [Электронный ресурс]. URL: http://www.savoir.estec.esa.int (дата обращения: 27.06.2014).
4. CCSDS File Delivery Protocol (CFDP). Recommended Standard. CCSDS 727.0-B-4, Blue Book. January 2007 [Электронный ресурс]. URL: http://public. ccsds.org/publications/ archive/727x0b4.pdf (дата обращения: 27.06.2014).
5. Spacecraft Onboard Interface Services - File and Packet Store Services. Recommended Practice. CCSDS 873.0-M-1, Magenta Book. September 2012 [Электронный ресурс]. URL: http://public.ccsds.org/publications/ archive/873x0m1.pdf (дата обращения: 27.06.2014).
6. Karl F Strauss. Memory Technologies and Data Recorder Design // IEEE Aerospace conference. Big Sky, Montana, 2009. P. 1-15 [Электронный ресурс]. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber =483 9509&isnumber=483 9294 (дата обращения: 8.09.2014).
References
1. Sirenco V. G., Grishin V. Yu., Eremeev P. M. i dr. Unifikaciya bortovih kompleksov upravleniya kosmicheskimi apparatami na osnove interfeisov SpaceWire i SpaceFibre // Tezisy dokladov mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoj konferencii "Aktualnye problemy sozdaniya kosmicheskih sistem distancionnogo zondirovaniya Zemli" / OAO "Korporaciya "VNIIEM", Moskva, 2013, s. 12-14.
2. CCSDS web site. Available at: http://www.ccsds. org (accessed: 27 June 2014).
3. SAVOIR web site. Available at: http://www.savoir. estec.esa.int (accessed: 27 June 2014).
4. CCSDS File Delivery Protocol (CFDP). Recommended Standard. CCSDS 727.0-B-4, Blue Book. January 2007. Available at: http://public.ccsds.org/ publications/archive/727x0b4.pdf (accessed: 27 June 2014).
5. Spacecraft Onboard Interface Services - File and Packet Store Services. Recommended Practice. CCSDS 873.0-M-1, Magenta Book. September 2012. Available at: http://public.ccsds.org/publications/archive/873x0m1.pdf (accessed: 27 June 2014).
6. Karl F Strauss. Memory Technologies and Data Recorder Design. IEEE Aerospace conference, Big Sky, Montana, 2009. p. 1-15. Available at: http://ieeexplore. ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4839509&isnu mber=4839294 (accessed: 8 September 2014).
© Горбунов С. Ф., Гришин В. Ю., Еремеев П. М., 2014
