1 Что такое SpaceFibre

Обнаружение ошибок выполняется на всех уровнях стека протоколов SpaceFibre:

восстановление после ошибок

Большое значение в технологии SpaceFibre придается развитым механизмам борьбы с ошибками и сбоями на всех уровнях сетевой архитектуры.

изоляция, восстановление после ошибок

Виртуальный канал – это независимый логический канал, который может передавать информацию по одному физическому каналу параллельно с другими независимыми каналами передачи информации.

На виртуальных каналах базируются механизмы обеспечения гарантированного качества сетевого сервиса в сетях SpaceFibre. Механизм виртуальных каналов обеспечивает логическую изоляцию информационных потоков в звене передачи данных и в сети в целом.

Каждый виртуальный канал предоставляет интерфейс типа FIFO, аналогичный SpaceWire. Когда данные из пакета SpaceWire помещаются в виртуальный канал SpaceFibre, они передаются по каналу SpaceFibre и помещаются в виртуальный канал с тем же номером на другом конце канала. Данные из нескольких виртуальных каналов чередуются по физическому соединению SpaceFibre. Для поддержки чередования данные отправляются короткими кадрами до 256 символов SpaceWire в каждом. Виртуальному каналу может быть назначено качество сервиса, которое определяет приоритет, с которым этот виртуальный канал будет конкурировать с другими виртуальными каналами за отправку данных по каналу SpaceFibre.

виртуальные сети

Мультиплексирование передачи пакетов

Сеть SpaceFibre фактически представляет собой набор независимых параллельных сетей SpaceWire. Эти независимые параллельные сети называются «виртуальными сетями SpaceFibre». Каждая виртуальная сеть работает через свой собственный, отдельный набор виртуальных каналов SpaceFibre, включающий виртуальный канал на каждом физическому канале, используемом виртуальной сетью. Таким образом, несколько виртуальных сетей могут работать одновременно в одной физической сети SpaceFibre. Общая физическая сеть и совокупность виртуальных сетей, которые работают в этой физической сети, называются «сетью SpaceFibre».

Пример виртуальных сетей в сети SpaceFibre показан на рисунке ниже.

Пример виртуальных сетей в сети SpaceFibre

3.1 Сети SpaceFibre

Адресация и маршрутизация
SpaceFibre использует как путевую, так и логическую адресацию, которые работают аналогично адресации в SpaceWire.
Маршрутизатор SpaceFibre поддерживает маршрутизацию пакета только в рамках одной виртуальной сети. Маршрутизировать пакет между двумя разными виртуальными сетями невозможно.
Более подробно об адресации и маршрутизации см. в разделе «Адресация и маршрутизация SpaceWire»

Широковещательные сообщения
Широковещательные (короткие) сообщения представляют собой сообщения длиной в 8 байт, которые широковещательно распространяются в сети SpaceFibre до всех узлов сети.

Широковещательные сообщения предназначены для оперативной доставки информации о некоторых событиях в системе, в узлах сети SpaceFibre, с минимальной задержкой. Данные сообщения используются для:
· передачи меток времени
· сигналов синхронизации событий
· системных сигналов
· оперативных сообщений от прикладных программ и т.д.

Широковещательный кадр при отправке имеет наивысший приоритет и всегда отправляется в канал в первую очередь, даже если в виртуальных каналах есть кадры данных к отправке.

Широковещательные сообщения передаются по широковещательным каналам. Согласно стандарту SpaceFibre должно поддерживаться 256 широковещательных каналов.

Для лабораторного применения НПЦ «МиТ» разработал сетевой мост SpaceFibre-Ethernet.
Ознакомиться с его характеристиками и заказать.

Сеть SpaceFibre может в себе совмещать сегменты сети SpaceWire, при этом данные будут успешно передаваться из одного сегмента в другой. Достичь такой совместимости можно посредством двух способов:

· Использование мостов SpaceWire/SpaceFibre, имеющих по одному порту SpaceWire и SpaceFibre и преобразующих данные формата одного протокола в данные формата другого

· Использование коммутаторов SpaceWire/SpaceFibre, имеющих по несколько портов SpaceWire и SpaceFibre и совмещающие функции моста и коммутатора


Данные, передаваемые по сети SpaceWire, при переходе в сегмент сети SpaceFibre передаются в рамках одной виртуальной сети, независимо от других передаваемых в этом сегменте данных. Пример совмещения в одной сети технологии SpaceWire и SpaceFibre мостов приведен на рисунке ниже.

Time Synchronization in SpaceFibre Networks
E. Suvorova

Real-time requirements are actual for most aerospace systems. Time synchronization in all network devices needs for implementation of real-time mechanisms. The SpaceFibre standard is developed for aerospace networks. But current version of this standard does not include any time synchronization mechanism. In this paper, we consider time synchronization mechanisms supported in standards currently used for aerospace systems and propose several mechanisms for time synchronization in SpaceFibre networks. We evaluate achievable synchronization accuracy for proposed mechanisms. For some of them achievable synchronization accuracy is better than that for considered standards. We propose implementation of proposed mechanisms based on dynamically reconfigurable local time controller unit. This implementation made it possible to explore the achievable characteristics of all proposed mechanisms. It is planned to use it in further research due to the possibility of reconfiguration. In the paper we show that in different networks, it may be advisable to use different synchronization mechanisms depending on user requirements. Our implementation with the dynamic reconfiguration provides the possibility of using various mechanisms, including when implemented with ASIC technology.

Опубликовано в: Proceedings of the 28th Conference of Open Innovations Association FRUCT, Moscow, Russia, 2021, pp. 439-450.

Механизмы синхронизации времени для сетей SpaceFibre
Суворова Е.А.

Требования реального времени очень важны для большинства систем аэрокосмического назначения. Для поддержки механизмов реального времени необходима синхронизация времени во всей сети, во всех сетевых устройствах. Стандарт SpaceFibre разработан для аэрокосмических сетей. Однако текущая версия этого стандарта не включает какой-либо механизм синхронизации времени. В этой статье мы рассматриваем механизмы синхронизации времени, поддерживаемые стандартами, которые в настоящее время используются для аэрокосмических систем, и предлагаем несколько механизмов для синхронизации времени в сетях SpaceFibre. Мы приводим оценки достижимой точности синхронизации для предлагаемых механизмов. В статье предлагается реализация предложенных механизмов на основе динамически реконфигурируемого блока контроллера локального времени. Эта реализация позволила оценить достижимые характеристики всех предложенных механизмов. Планируется использовать его в дальнейших исследованиях, поскольку он обеспечивает возможность перенастройки для реализации других режимов. В статье мы показываем, что в разных сетях может быть целесообразно использовать разные механизмы синхронизации в зависимости от требований пользователя. Наша реализация с динамической реконфигурацией предоставляет возможность использования различных механизмов, в том числе при реализации с использованием технологии ASIC.

Опубликовано в: Сборник докладов Второй Международной научной конференции. Аэрокосмическое приборостроение и эксплуатационные технологии, Санкт-Петербург, ГУАП, 2021, с. 325-338.

Streaming Services over SpaceFibre Networks
I. Korobkov, E. Suvorova, Y. Sheynin, V. Olenev

Modern and prospective spacecraft data system networks consist of many systems and sensors producing streaming traffic. Outside spacecraft video cameras also generate intensive data streams. Motion video traffic requires specific latency and speed. Video frames should be delivered with small delays and jitter over high-rate SpaceFibre networks. The paper considers live streaming video over onboard spacecraft networks with its fixed packet size and periodical issue, detection of packet reordering, small delays. ARINC-818-2 and CCSDS Digital Motion Imagery streaming traffic, characteristic of video streams are analysed, requirements for streaming services and transport protocol are presented, the overview of existing streaming protocols is done. The STP-2 protocol was proposed for streaming data service in SpaceFibre networks. It is based on STP, which provides a number of native streaming features. STP-2 has some significant modifications that improve delivery of streaming data flows over high-rate SpaceFibre networks. Use cases for it application illustrate its benefits.

Опубликовано в: Proceedings of 7th International SpaceWire Conference 2016 (ISC2016) Yokohama, Japan, pp. 151-158.

QoS in SpaceFibre and SpaceWire/GigaSpaceWire protocols
Matveeva N., Sheynin Y., Suvorova E.

Nowadays SpaceWire, SpaceFibre, GigaSpaceWire protocols are widely used in spacecraft design. SpaceWire is established as one of the main standards for data transmission. It is used in many Russian, European, American and Japanese spacecraft. SpaceFibre is a newly emerging standard for the SpaceWire technology standards family, which is able to operate over fiber-optic and copper cable and supports data rates up to 2 Gbit/s. GigaSpaceWire link specification is also developed for SpaceWire technology extension. It provides gigabit link technology with longer distances and galvanic isolation capability for SpaceWire networks. Quality of service (QoS) becomes important network characteristic for prospective onboard networks. There are various approaches for QoS provision in networks. Some of them provide QoS at every data link and node inside the network, some provide QoS features at the network boundary, in its terminal nodes, some combine these approaches in a way. The SpaceFibre follows the first approach. In every data link it has QoS services, providing priorities, guaranteed bandwidth, guaranteed data delivery, scheduled frames transmission. Implementation of these mechanisms is associated with additional overhead such as frame transmission delay, transmitting overhead information such as header and end of frame, traffic planning and dispatching, retransmission in every data link, etc. These factors lead to increasing overheads and packet transmission time, to useful bandwidth degradation. For SpaceWire/GigaSpaceWire the second approach for QoS provision is evolving. QoS services can be implemented over the basic SpaceWire/GigaSpaceWire network interconnection, e.g. at the Transport layer, with much more economical implementation and overheads. In the article we analyze both approaches, their feasibility and value of QoS in SpaceWire/GigaSpaceWire and in SpaceFibre networks. Networks with different topologies and traffic pattern are used to study and to evaluate the performance. Various traffic types such as the data packets, streaming data, commands will be transmitted in networks. Data delivery characteristics for SpaceFibre and SpaceWire/GigaSpaceWire networks are analyzed and compared.

Опубликовано в: Proceedings of 6th International Conference SpaceWire 2014, Athens, Greece, 2014, pp. 145−152