В разделе представлен обзор технологии SpaceWire: предназначение, стек протоколов, физический уровень, адресация и маршрутизация, сравнение версий стандарта, принципы построения и примеры сетей SpaceWire, публикации по теме.
Для быстрого перемещения по разделу используйте навигацию сбоку.
Содержание раздела
1 Что такое SpaceWire
2 Краткий обзор стандарта SpaceWire
2.1 Стек протоколов
2.2 Общая информация о физическом уровне
2.3 Адресация и маршрутизация
2.4 Тайм-коды
2.5 Распределенные прерывания
2.6 Сравнение версий стандарта ECSS-E-50-12C и ECSS-E-50-12C Rev.1
3 Принципы построения сетей SpaceWire, примеры сетей
3.1 Примеры существующих сетей SpaceWire
3.2 Космические миссии с применением технологии SpaceWire
4 Публикации по SpaceWire
2 Краткий обзор стандарта SpaceWire
2.1 Стек протоколов
2.2 Общая информация о физическом уровне
2.3 Адресация и маршрутизация
2.4 Тайм-коды
2.5 Распределенные прерывания
2.6 Сравнение версий стандарта ECSS-E-50-12C и ECSS-E-50-12C Rev.1
3 Принципы построения сетей SpaceWire, примеры сетей
3.1 Примеры существующих сетей SpaceWire
3.2 Космические миссии с применением технологии SpaceWire
4 Публикации по SpaceWire
1 Что такое SpaceWire
SpaceWire – это сетевая технология, предназначенная для соединения датчиков с высокой скоростью передачи данных, блоков обработки, запоминающих устройств и подсистем телеметрии / телеуправления на борту космических аппаратов.
Каналы SpaceWire:
• двунаправленные,
• высокоскоростные (от 2 до 400 Мбит/с),
• полнодуплексные.
Сети SpaceWire могут иметь произвольную структуру, построенную на коммутаторах. Данные приложений передаются в дискретных пакетах. Управляющая информация и системное время передается в специальных кодах, также предусмотренных стандартом.
Спецификация стандарта SpaceWire определена в документе ECSS-ST-E-50-12C — SpaceWire — Links, nodes, routers and networks. Данная спецификация разработана международной рабочей группой SpaceWire WG под эгидой Европейской ассоциации по стандартизации космических систем ECSS (European Cooperation for Space Standardisation).
Каналы SpaceWire:
• двунаправленные,
• высокоскоростные (от 2 до 400 Мбит/с),
• полнодуплексные.
Сети SpaceWire могут иметь произвольную структуру, построенную на коммутаторах. Данные приложений передаются в дискретных пакетах. Управляющая информация и системное время передается в специальных кодах, также предусмотренных стандартом.
Спецификация стандарта SpaceWire определена в документе ECSS-ST-E-50-12C — SpaceWire — Links, nodes, routers and networks. Данная спецификация разработана международной рабочей группой SpaceWire WG под эгидой Европейской ассоциации по стандартизации космических систем ECSS (European Cooperation for Space Standardisation).
2 Краткий обзор стандарта SpaceWire
2.1 Стек протоколов
Технология SpaceWire – системообразующая технология высокоскоростных коммуникаций и комплексирования бортовых систем КА.
Стандарт SpaceWire разрабатывался в соответствии с требованиями аэрокосмических применений:
• двунаправленные,
• высокие скорости передачи информации,
• малые задержки доставки сообщений,
• устойчивость к отказам и сбоям,
• низкое энергопотребление,
• требования ЭМС,
• компактная реализация в СБИС,
• поддержка систем реального времени, системных функций бортовых комплексов.
Стандарт SpaceWire регламентирует физические разъемы и кабели, электрические свойства и логические протоколы, которые определяют канал связи SpaceWire, обеспечивают средства передачи пакетов информации от исходного узла до требуемого узла назначения через масштабируемую коммуникационную сеть.
Соотношение уровней стека протоколов SpaceWire и уровней модели OSI показано на рисунке ниже.
Стандарт SpaceWire разрабатывался в соответствии с требованиями аэрокосмических применений:
• двунаправленные,
• высокие скорости передачи информации,
• малые задержки доставки сообщений,
• устойчивость к отказам и сбоям,
• низкое энергопотребление,
• требования ЭМС,
• компактная реализация в СБИС,
• поддержка систем реального времени, системных функций бортовых комплексов.
Стандарт SpaceWire регламентирует физические разъемы и кабели, электрические свойства и логические протоколы, которые определяют канал связи SpaceWire, обеспечивают средства передачи пакетов информации от исходного узла до требуемого узла назначения через масштабируемую коммуникационную сеть.
Соотношение уровней стека протоколов SpaceWire и уровней модели OSI показано на рисунке ниже.
Стек протоколов стандарта SpaceWire
SpaceWire
2 Краткий обзор стандарта
2.1 Стек протоколов
На физическом уровне стандарт описывает:
• требования к физической среде передачи,
• электрическим и механическим интерфейсам, включая типы разъемов и кабелей,
• параметры сигнальных линий на печатных платах.
Характеристики кабеля SpaceWire, определенные в стандарте ECSS-E-50-12С:
• восьмипроводный: четыре медных экранированных витых пар проводов
• стандартная длина кабеля – до 10 м
• диаметр стандартного кабеля – не более 7 мм
• удельный вес – до 80 г/м.
• требования к физической среде передачи,
• электрическим и механическим интерфейсам, включая типы разъемов и кабелей,
• параметры сигнальных линий на печатных платах.
Характеристики кабеля SpaceWire, определенные в стандарте ECSS-E-50-12С:
• восьмипроводный: четыре медных экранированных витых пар проводов
• стандартная длина кабеля – до 10 м
• диаметр стандартного кабеля – не более 7 мм
• удельный вес – до 80 г/м.
Кабель SpaceWire по стандарту ECSS-E-50-12С для космических применений
о физическом уровне
2.2 Общая информация
Стандартный разъем для кабелей: микроминиатюрный 9-контактный разъем D-типа (4 витые пары плюс сигнальная земля).
Для лабораторного применения НПЦ «МиТ» разработал кабель SpaceWire Lab.
Ознакомиться с его характеристиками и заказать.
Ознакомиться с его характеристиками и заказать.
2.3 Адресация и маршрутизация
В сети SpaceWire используется так называемая «червячная маршрутизация» (wormhole routing), относящаяся к категории методов коммутации "на лету" (on-the-fly).
При поступлении заголовка пакета во входной порт маршрутизатора пакет сразу маршрутизируется (выбирается направление его дальнейшей передачи, т.е. выходной порт) и начинается сквозная передача потока символов пакета в выходной порт, без промежуточной буферизации и хранения в маршрутизаторе.
При поступлении заголовка пакета во входной порт маршрутизатора пакет сразу маршрутизируется (выбирается направление его дальнейшей передачи, т.е. выходной порт) и начинается сквозная передача потока символов пакета в выходной порт, без промежуточной буферизации и хранения в маршрутизаторе.
Червячная маршрутизация
Маршрутизация
2.3 Адресация
и маршрутизация
SpaceWire поддерживает три метода адресации:
• Путевая
• Логическая
• Регионально-логическая
При путевой адресации адрес назначения задается в виде последовательности номеров выходных портов маршрутизаторов, через которые должен пройти данный пакет. При прохождении пакета через маршрутизатор, удаляется первый символ из поля адреса. Таким образом, в узел-приемник приходит пакет с пустым заголовком.
• Путевая
• Логическая
• Регионально-логическая
При путевой адресации адрес назначения задается в виде последовательности номеров выходных портов маршрутизаторов, через которые должен пройти данный пакет. При прохождении пакета через маршрутизатор, удаляется первый символ из поля адреса. Таким образом, в узел-приемник приходит пакет с пустым заголовком.
Методы адресации
При логической адресации каждому узлу-абоненту присваивается уникальный номер – логический адрес. Когда источник посылает пакет приемнику, он вставляет логический адрес приемника в заголовок пакета. Маршрутизатор на основании таблицы маршрутизации и определяет номер выходного порта для поступившего пакета. При логической маршрутизации при передаче пакетов через маршрутизатор адреса не удаляются.
Маршрутизация при логической адресации
Регионально-логическая адресация является комбинацией логической адресации и структуризации сети на регионы. Внутри одного региона используется обычная логическая адресация. Если источник и получатель принадлежат разным областям, используются несколько логических адресов (адрес региона и логический адрес в регионе) и механизм их удаления при прохождении маршрутизаторов на границе областей. Количество узлов в сети при регионально-логической адресации не ограничено.
Маршрутизация при регионально-логической адресации
Удаление заголовка пакета при путевой адресации
2.4 Тайм-коды
Для поддержания единого системного времени в сети стандарт SpaceWire предусматривает специальный управляющий код – маркер времени, time-code. Рассылка тайм-кодов ведется широковещательно.
Тайм-коды могут быть использованы для следующих целей:
• Синхронизация
• Распространение системного времени
• Сигнализация событий в канале «точка-точка»
В большинстве реально применяемых конфигураций сети задержка доставки тайм-кода до любого узла-абонента не превышает 1 мкс.
Общие правила распространения тайм-кодов:
На рисунке в общем виде приведен пример распространения тайм-кода от узла-источника по сети. Цифра внутри устройства обозначает значение тайм-кода.
Тайм-коды могут быть использованы для следующих целей:
• Синхронизация
Периодическая отправка тайм-кодов может использоваться для синхронизации работы сети SpaceWire, разделяя время на дискретные временные интервалы, в течение которых выполняются запланированные транзакции.
• Распространение системного времени
С предоставлением этой базовой функции распределения времени протоколы прикладного уровня могут использоваться для распространения определенных значений времени и для выдачи команд, зависящих от времени и т.д.
• Сигнализация событий в канале «точка-точка»
Тайм-коды также могут использоваться для сигнализации о событиях или для передачи высокоприоритетного байта информации по каналу «точка-точка». Этот метод не следует использовать, если в сети SpaceWire есть маршрутизаторы.
В большинстве реально применяемых конфигураций сети задержка доставки тайм-кода до любого узла-абонента не превышает 1 мкс.
Общие правила распространения тайм-кодов:
• Источником тайм-кода является терминальный узел, а обрабатывают отосланный в сеть
тайм-код все устройства, получающие его.
тайм-код все устройства, получающие его.
• Каждое устройство, принявшее тайм-код, отсылает его по всем портам, кроме порта по которому оно было получено.
• Для защиты от распространения ошибочных кодов, стандарт SpaceWire предусматривает механизм проверки корректности принятого тайм-кода.
На рисунке в общем виде приведен пример распространения тайм-кода от узла-источника по сети. Цифра внутри устройства обозначает значение тайм-кода.
Пример распространения тайм-кода
2.5 Распределенные прерывания
Механизм распределенных прерываний предоставляет сервис передачи системной информации с низкой задержкой между терминальными узлами в сетях SpaceWire. Передача кодов распределенных прерываний по каналам выполняется независимо от передачи пакетов SpaceWire. Коды распределенных прерываний могут быть переданы даже тем по каналам, которые заблокированы пакетами SpaceWire. В версии стандарта (ECSS‐E‐ST‐50‐12C) от 2008 г. данный механизм ещё не специфицирован, однако в новой версии стандарта, ECSS‐E‐ST‐50‐12C Rev.1 механизм распределенных прерываний добавлен.
Распространение прерываний реализуется посредством двух специальных управляющих кодов: Interrupt-код и Interrupt_Acknowledge-код. Механизм распределенных прерываний поддерживает работу в сети до 32 кодов распределенных прерываний, различных идентификатора прерывания с номерами от 0 до 31.
Предусмотрено два режима функционирования:
В маршрутизирующих коммутаторах Распределенные прерывания маршрутизируются по специальным правилам, широковещательно рассылаются во все порты, кроме порта-источника. Специальный механизм предотвращает зацикливание распространяемых кодов.
Распространение прерываний реализуется посредством двух специальных управляющих кодов: Interrupt-код и Interrupt_Acknowledge-код. Механизм распределенных прерываний поддерживает работу в сети до 32 кодов распределенных прерываний, различных идентификатора прерывания с номерами от 0 до 31.
Предусмотрено два режима функционирования:
• с подтверждениями
• без подтверждений
В маршрутизирующих коммутаторах Распределенные прерывания маршрутизируются по специальным правилам, широковещательно рассылаются во все порты, кроме порта-источника. Специальный механизм предотвращает зацикливание распространяемых кодов.
2.5 Распределенные
прерывания
2.6 Сравнение версий стандарта
В 2019 году международный комитет по стандартизации утвердил новую версию стандарта SpaceWire — ECSS-E-ST-50−12C Rev.1.
В новой версии стандарта была проведена реструктуризация уровней с четким определением интерфейсов между ними. Ниже показано сравнение разбиения на уровни в предыдущей версии стандарта с новой версией. Версия ECSS-E-ST-50−12C Rev.1 предлагает более крупное деление на уровни.
В новой версии стандарта была проведена реструктуризация уровней с четким определением интерфейсов между ними. Ниже показано сравнение разбиения на уровни в предыдущей версии стандарта с новой версией. Версия ECSS-E-ST-50−12C Rev.1 предлагает более крупное деление на уровни.
ECSS-E-50-12C и ECSS-E-50-12C Rev.1
Стандарт SpaceWire Rev.1 был направлен на улучшение стандарта SpaceWire без внесения существенных технических изменений.
Основные изменения:
• стек протоколов был рационализирован
• введены три типа кабельных сборок
• улучшена машина состояний установки соединения (при этом старые устройства остаются совместимыми с новой версией стандарта)
• добавлены распределенные прерывания и обновлено определение временных кодов
• по всему документу были внесены различные другие незначительные исправления и пояснения, чтобы облегчить понимание и использование стандарта.
Основные изменения:
• стек протоколов был рационализирован
• введены три типа кабельных сборок
• улучшена машина состояний установки соединения (при этом старые устройства остаются совместимыми с новой версией стандарта)
• добавлены распределенные прерывания и обновлено определение временных кодов
• по всему документу были внесены различные другие незначительные исправления и пояснения, чтобы облегчить понимание и использование стандарта.
2.6 Сравнение версий
и ECSS-E-50-12C Rev.1
стандарта ECSS-E-50-12C
Стандарт SpaceWire не накладывает ограничений на топологию сети. Сеть SpaceWire состоит, в общем случае, из некоторого числа узлов абонентов и сетевых узлов – маршрутизирующих коммутаторов.
примеры сетей
Обобщенная структура сети SpaceWire
3 Принципы построения сетей SpaceWire,
3 Принципы построения сетей
SpaceWire, примеры сетей
Для лабораторного применения НПЦ «МиТ» разработал сетевой мост Ethernet-SpaceWire.
Ознакомиться с его характеристиками и заказать.
Ознакомиться с его характеристиками и заказать.
3.1 Примеры существующих сетей SpaceWire
3.1.1 Архитектура сети SpaceWire в ExoMars
PanCam, NavCam, LocCam – камеры, необходимые для навигации ровера. SpaceWire используется для передачи изображений с камер в память, а оттуда в процессор и чип обработки изображений. Маршрутизатор SpaceWire используется для соединения различных устройств SpaceWire. Остальные инструменты также подключаются к системе обработки данных с помощью SpaceWire.
3.1.1 Архитектура сети
SpaceWire в ExoMars
3.1 Примеры существующих
сетей SpaceWire
3.1.2 Архитектура сети сети SpaceWire
SpaceWire используется для соединения камер и Mini-RF радара к системе управления и обработки данных (Command and Data-handling). SpaceWire также используется для передачи данных от системы управления и обработки данных к коммуникационным системам Ka и S-band. Система управления и обработки данных включает в себя 4-портовый коммутатор SpaceWire для обеспечения взаимодействия по сети SpaceWire.
в Lunar Reconnaissance Orbiter
3.1.2 Архитектура сети сети
SpaceWire в Lunar Reconnaissance Orbiter
3.2 Космические миссии с применением
3.2.1 Орбитальный эксперимент «НОРБИ»
«НОРБИ» – малый космический аппарат формата CubeSat 6U. «НОРБИ» был успешно запущен в космос в составе кластера из 19 малых космических аппаратов 28 сентября 2020 года.
технологии SpaceWire
Состав участинков
3.2 Космические миссии
с применением технологии SpaceWire
3.2.1 Орбитальный
эксперимент «НОРБИ»
Цель орбитального эксперимента – орбитальные испытания и опытная эксплуатация бортовой сети и протоколов передачи данных для дальнейшей интеграции аппаратуры в состав федеральных космических аппаратов.
В составе «НОРБИ» функционируют три платы полезной нагрузки: ПН1.1, ПН1.2 и ПН2.
SpaceWire в «НОРБИ»
В качестве полезной нагрузки в «НОРБИ» выступал набор перспективных плат аэрокосмических сетей SpaceWire.
Ниже показана плата полезной нагрузки ПН1.2, которая представляет собой модуль, предназначенный для тестирования различных аспектов технологий SpaceWire / SpaceFibre / GigaSpaceWire.
В составе «НОРБИ» функционируют три платы полезной нагрузки: ПН1.1, ПН1.2 и ПН2.
SpaceWire в «НОРБИ»
В качестве полезной нагрузки в «НОРБИ» выступал набор перспективных плат аэрокосмических сетей SpaceWire.
Ниже показана плата полезной нагрузки ПН1.2, которая представляет собой модуль, предназначенный для тестирования различных аспектов технологий SpaceWire / SpaceFibre / GigaSpaceWire.
Текущий статус «НОРБИ»
• Функционирование более полугода на орбите
• Стабильная доставка логов работы ПН1.2
• Стабильная доставка логов работы ПН1.2
• На ранних этапах: 3 раза в сутки
• Сейчас: 1 раз в два дня
• Сейчас: 1 раз в два дня
3.2.2 Зарубежные космические миссии
Ниже представлены наиболее крупные известные миссии, которые используют технологию SpaceWire:
Swift – многоволновая обсерватория, наблюдающая гамма-всплески с 2004 г. Реализовано NASA
Lunar Reconnaissance Orbiter – аппарат предоставлял обширные данные о Луне в высоком разрешении. Запущен в 2009 году NASA. Lunar Crater Observation and Sensing Satellite – смежная миссия по изучению наличия воды на южном полюсе Луны.
Gaia – это миссия по составлению звездных карт, целью которой является измерение около миллиарда звезд в нашей Галактике и за ее пределами, уделяя особое внимание их положению, движениям и другим физическим характеристикам. Реализовано ESA, запуск состоялся в декабре 2013 года.
ASTRO-H – рентгеновский космический телескоп, разработанный Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Запуск состоялся в феврале 2016 года.
The James Webb Space Telescope – орбитальная инфракрасная обсерватория, которая предположительно заменит космический телескоп «Хаббл». Реализуется в NASA, запуск запланирован на 2021 год.
BepiColombo Mercury Planetary Orbiter – миссия направлена на исследования поверхности и внутренней структуры Меркурия. Реализован ESA, запуск состоялся в октябре 2018 года.
ExoMars – совместная программа ESA и «Роскосмоса» по исследованию Марса, основной целью которой является поиск доказательств существования в прошлом и настоящем жизни на Марсе.
3.2.2 Зарубежные космические
миссии
4 Публикации по SpaceWire
Design and Simulation of Onboard SpaceWire Networks
V. Olenev, I. Lavrovskaya, I. Korobkov and Y. Sheynin
The paper describes SpaceWire Automated Network Design and Simulation (SANDS) — the new CAD system for SpaceWire networks. SANDS system supports the full on-board network design and simulation flow, which begins from the network topology automated generation and finishes with getting the network structure, configuration and parameters setting, simulation results and statistics. The paper also provides use cases for SANDS application.
Опубликовано в: 24th Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 2019, pp. 291−299
V. Olenev, I. Lavrovskaya, I. Korobkov and Y. Sheynin
The paper describes SpaceWire Automated Network Design and Simulation (SANDS) — the new CAD system for SpaceWire networks. SANDS system supports the full on-board network design and simulation flow, which begins from the network topology automated generation and finishes with getting the network structure, configuration and parameters setting, simulation results and statistics. The paper also provides use cases for SANDS application.
Опубликовано в: 24th Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 2019, pp. 291−299
1
Deterministic services for SpaceWire networks
V. Olenev, I. Lavrovskaya, E. Podgornova, Y. Sheynin
Deterministic behavior is an important paradigm for verification and validation of real-time systems such as those on crewed space vehicles and robotic spacecrafts. Providing deterministic characteristics of the data transfer for the spacecraft that uses the SpaceWire technology is an essential problem, especially for autonomous vehicles like satellites. Deterministic data delivery guarantees that transmission of data from one node of the onboard network to the target node would not take longer than the specified time period. Such task is solved by using specific communication protocols that include a scheduling service. Modern space industry demands a protocol running over SpaceWire, which can provide deterministic data transmission characteristics. The scheduling problem becomes more complicated, when we consider a number of communication protocols simultaneously operating in every node of the network, e.g. RMAP, STP-ISS, CCSDS PTP. Traffic from different transport protocols can interfere especially while getting access to the SpaceWire link in a node. The paper presents Multiprotocol Scheduling Service — a new scheduling protocol for SpaceWire networks which provides deterministic data delivery in a network and performs arbitration of data coming from several transport protocols. Firstly, we give an overview of TDMA-based network protocols that have been developed for the ground-based and onboard networks. Then, we present Multiprotocol Scheduling Service which is based on the STP-ISS scheduling mechanism and extended with additional features.
Опубликовано в: Proceedings of 7th International SpaceWire Conference 2016 (ISC2016) pp. 159−166, Yokohama, Japan, 2016
V. Olenev, I. Lavrovskaya, E. Podgornova, Y. Sheynin
Deterministic behavior is an important paradigm for verification and validation of real-time systems such as those on crewed space vehicles and robotic spacecrafts. Providing deterministic characteristics of the data transfer for the spacecraft that uses the SpaceWire technology is an essential problem, especially for autonomous vehicles like satellites. Deterministic data delivery guarantees that transmission of data from one node of the onboard network to the target node would not take longer than the specified time period. Such task is solved by using specific communication protocols that include a scheduling service. Modern space industry demands a protocol running over SpaceWire, which can provide deterministic data transmission characteristics. The scheduling problem becomes more complicated, when we consider a number of communication protocols simultaneously operating in every node of the network, e.g. RMAP, STP-ISS, CCSDS PTP. Traffic from different transport protocols can interfere especially while getting access to the SpaceWire link in a node. The paper presents Multiprotocol Scheduling Service — a new scheduling protocol for SpaceWire networks which provides deterministic data delivery in a network and performs arbitration of data coming from several transport protocols. Firstly, we give an overview of TDMA-based network protocols that have been developed for the ground-based and onboard networks. Then, we present Multiprotocol Scheduling Service which is based on the STP-ISS scheduling mechanism and extended with additional features.
Опубликовано в: Proceedings of 7th International SpaceWire Conference 2016 (ISC2016) pp. 159−166, Yokohama, Japan, 2016
2
Multichannel adaptive routing for intensive data packet flows transmission
V. Olenev, I. Lavrovskaya, Y. Sheynin
In many networks there is a necessity to transmit data packets flows, the intensity of which exceeds the throughput of one channel SpaceWire, GigaSpaceWire, SpaceFibre. This flow can be a packet flow from a single source to a single destination, for example, from a camera to a monitor. Also, a packet flow can include packets from different sources to different destinations that goes via two neighboring routers. An example is transmission of packets between two routers located on the boundaries of neighboring regions. The packets, belonging to one flow can have almost same length (transmission of uncompressed video), or quite different length (transmission of compressed video, transmission of packets with different content between two regions). The adaptive routing can be used for transmission of such packet flows. This mechanism includes in SpaceWire standard. A set of alternative output ports (a group of ports) can be determined in routing table for the logical (or regional address). Any output port from this group (if connection for this port is established and port is not occupied by other packet) may be used for transmission of packet with this address. Thus, the summary throughput of all ports belongs to the group can be used for transmission of data packets with this address. However, the possibility of parallel transmission of packets from this flow to different output ports belongs to the group is required for effective utilization of this summary throughput. If the length of packets may be different or if the quantity of input ports for considered flows is not equal to the quantity of output ports in the group, the router should include special mechanisms to ensure efficient parallel transmission of packets to all ports belongs to the group. Adaptive routing for intensive data flows transmission can be implemented not only in SpaceWire/GigaSpaceWire networks, but also in SpaceFibre networks. We consider the specific of its implementation taking into account the features of data link layer (virtual channels with a fairly large buffers, retry mechanism) In this paper we discuss possible implementations of these mechanisms for SpaceWire, GigaSpaceWire and SpaceFibre, estimate achievable bandwidth utilization of port's group, the overhead of the implementation of these mechanisms for packets flows with different characteristics. A side effect of adaptive routing is a possible mismatch of the order in which packets are sent to the network form the source and the order of their receipt by destination. We evaluate the packet's window size that required in the destination node for recovery order of packets and the associated delays. The ports of router belonging to the same group may be connected to one or several different routers (according to the standard). In the first case all packets from the flow will be transmitted via one chain of routers (via one path via network). In the second case, they will be transmitted through the network in different ways. The reordering of packets is possible in both cases. However, in the first case, the mechanisms, that prevent the packets reordering, can be implement in routers. But its implementation can lead to decrease of throughput utilization, to additional hardware costs and to increase of packet's transmission time. In the paper we estimate these overheads for data packets flows with different parameters.
Опубликовано в: Proceedings of 7th International SpaceWire Conference 2016 (ISC2016) pp. 289−297, Yokohama, Japan, 2016
V. Olenev, I. Lavrovskaya, Y. Sheynin
In many networks there is a necessity to transmit data packets flows, the intensity of which exceeds the throughput of one channel SpaceWire, GigaSpaceWire, SpaceFibre. This flow can be a packet flow from a single source to a single destination, for example, from a camera to a monitor. Also, a packet flow can include packets from different sources to different destinations that goes via two neighboring routers. An example is transmission of packets between two routers located on the boundaries of neighboring regions. The packets, belonging to one flow can have almost same length (transmission of uncompressed video), or quite different length (transmission of compressed video, transmission of packets with different content between two regions). The adaptive routing can be used for transmission of such packet flows. This mechanism includes in SpaceWire standard. A set of alternative output ports (a group of ports) can be determined in routing table for the logical (or regional address). Any output port from this group (if connection for this port is established and port is not occupied by other packet) may be used for transmission of packet with this address. Thus, the summary throughput of all ports belongs to the group can be used for transmission of data packets with this address. However, the possibility of parallel transmission of packets from this flow to different output ports belongs to the group is required for effective utilization of this summary throughput. If the length of packets may be different or if the quantity of input ports for considered flows is not equal to the quantity of output ports in the group, the router should include special mechanisms to ensure efficient parallel transmission of packets to all ports belongs to the group. Adaptive routing for intensive data flows transmission can be implemented not only in SpaceWire/GigaSpaceWire networks, but also in SpaceFibre networks. We consider the specific of its implementation taking into account the features of data link layer (virtual channels with a fairly large buffers, retry mechanism) In this paper we discuss possible implementations of these mechanisms for SpaceWire, GigaSpaceWire and SpaceFibre, estimate achievable bandwidth utilization of port's group, the overhead of the implementation of these mechanisms for packets flows with different characteristics. A side effect of adaptive routing is a possible mismatch of the order in which packets are sent to the network form the source and the order of their receipt by destination. We evaluate the packet's window size that required in the destination node for recovery order of packets and the associated delays. The ports of router belonging to the same group may be connected to one or several different routers (according to the standard). In the first case all packets from the flow will be transmitted via one chain of routers (via one path via network). In the second case, they will be transmitted through the network in different ways. The reordering of packets is possible in both cases. However, in the first case, the mechanisms, that prevent the packets reordering, can be implement in routers. But its implementation can lead to decrease of throughput utilization, to additional hardware costs and to increase of packet's transmission time. In the paper we estimate these overheads for data packets flows with different parameters.
Опубликовано в: Proceedings of 7th International SpaceWire Conference 2016 (ISC2016) pp. 289−297, Yokohama, Japan, 2016
3
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
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
4
GigaSpaceWire-Gigabit Links for SpaceWire Networks
Yablokov, E., Sheynin, Y., Suvorova, E., Stepanov, A., Solokhina, T., Petrichcovitch, Y., Alekseev, I.
SpaceWire network technology is intended to be used for spacecraft on-board communication. Providing low implementation and overhead costs as well as hard real-time communication services, currently SpaceWire fails to meet the latest communication system requirements in the fields of data transmission rate, galvanic isolation, cable length and cable mass raised by world-wide space industry. This paper discusses the new physical layer for SpaceWire called GigaSpaceWire which is aimed to make SpaceWire networks satisfying the requirements.
Опубликовано в: Proceedings of the 5th International SpaceWire Conference 2013, Gothenburg, Sweden, 2013, pp. 28−34.
Yablokov, E., Sheynin, Y., Suvorova, E., Stepanov, A., Solokhina, T., Petrichcovitch, Y., Alekseev, I.
SpaceWire network technology is intended to be used for spacecraft on-board communication. Providing low implementation and overhead costs as well as hard real-time communication services, currently SpaceWire fails to meet the latest communication system requirements in the fields of data transmission rate, galvanic isolation, cable length and cable mass raised by world-wide space industry. This paper discusses the new physical layer for SpaceWire called GigaSpaceWire which is aimed to make SpaceWire networks satisfying the requirements.
Опубликовано в: Proceedings of the 5th International SpaceWire Conference 2013, Gothenburg, Sweden, 2013, pp. 28−34.
5
Коллектив НПЦ «МиТ» обладает многолетней экспертизой в области проектирования и тестирования вычислительных систем на стандартах SpaceWire и SpaceFibre.
«МиТ» проектирует цифровые схемы, специализированное ПО для бортового оборудования, разрабатывает протоколы передачи данных, а также оборудование для разработки и тестов.
«МиТ» проектирует цифровые схемы, специализированное ПО для бортового оборудования, разрабатывает протоколы передачи данных, а также оборудование для разработки и тестов.
Научно-производственный центр
«Микропроцессорные Технологии»
«Микропроцессорные Технологии»
190020, Санкт-Петербург,
Старо-Петергофский пр., 40
Старо-Петергофский пр., 40
ОПИШИТЕ СВОЮ ЗАДАЧУ – МЫ ПРОКОНСУЛЬТИРУЕМ
(+7 812) 928-82-36