Untitled - MRTC

More documents

Recommendations

Info

Intern realtidskommunikation i framtida Svenska satelliter sid 15 Martin Normark 4 Krav på nästa satellitgenerations internkommunikationsnätverk Generellt kan sägas att det finns ett självändamål med att återanvända så mycket som möjligt av tidigare design, då detta sparar tid och pengar framför allt i utvecklingsfasen. Samtidigt måste givetvis kraven som ställs på nätverket uppfyllas. Dock är vissa krav mer att betrakta som önskemål även om gränsen är tämligen flytande. Vissa kombinationer av krav kan också vara mer eller mindre omöjliga att realisera samtidigt. Sedermera kommer alltså krav att ställas mot återanvändning, men även krav som ställs emot andra krav kommer att förekomma, på samma sätt som det är svårt att bygga en fjäderlätt pansarvagn med gott skydd. Det skall tilläggas att ingen idag vet hur nästa satellit eller satellitgeneration ser ut. Därför får kraven en ganska allmän karaktär och många grundläggande designdrag, varav många givetvis från SMART-1 [1], såsom den av Rymdbolaget ganska flitiga uppdelningen mellan last, (payload) som ofta består av instrument och kameror, och satellitens egna system. 4.1 Systembussen Systembussens uppgift är som namnet antyder att erbjuda kommunikation mellan alla delar i satellitens systemdelar, t.ex. de delar som sköter kommunikationen med jorden, positionsangivning, attitydstyrning, elkraftreglering, huvuddator. Systembussens meddelandekaraktär är således till större delen av typen periodiskt återkommande kontrollmeddelanden. Perioden ligger idag kring 1 Hz. I framtida satelliter där det kan komma att ställas allt högre krav på positions- och attitydstyrningen kommer periodfrekvensen att öka, en ökning med tio gånger ska nog inte ses som orealistisk, även om detta är spekulationer. Detta gäller dock inte den/de närmaste i tiden kommande satelliterna. Trots en ökad periodicitet, kommer inte mängden information per cykel att minska, dock kan tänkas att noggrannheten, d.v.s. antalet databitar, i kontrolldatameddelandena ökar varför även mängden data per cykel kan tänkas öka med upp till 50%. I dagens CAN-buss lösning används 3,25 % av tillgänglig bandbredd, en framtida satellit kan därför tänkas använda: 10 ⋅ ( 1, 5⋅ 3, 25%) = 48, 75% ≈ 50% av tillgänglig bandbredd. Att i princip 50 % av tillgänglig bandbredd används kan tyckas ligga på den övre gränsen av vad som bör allokeras i ett nätverk. Dock kan i ett tidsschememässigt uppstyrt nätverk höga nätlaster tillåtas, då inga toppar och dalar i kommunikationen tillåts. Det är dock stor risk att systemet växer ur nätverket om ytterligare funktionalitet läggs till. Därför kan en bandbreddshöjning tänkas vara klok då nästa nätverksgeneration skall designas. Med större noggrannhet i position och attityd följer ett större noggrannhetskrav vad gäller synkroniseringen noderna emellan och att en distribuerad global tid med hög noggrannhet når alla noder. Ett minsta krav, enligt Gunnar Andersson på Rymdbolaget [18], på noggrannheten är 100µs, gärna bättre. Styrsystem med hög prestanda kräver dessutom att tiden det tar att sända ett meddelande på förhand är känd och kan garanteras för viktiga meddelanden. Detta kräver alltså ett tämligen deterministiskt nätverk. Nätverket bör dessutom vara distribuerat, d.v.s. att alla noder skall höra samtliga meddelanden, detta då flera noder än en sannolikt behöver ta del av information som position, tid och globala uppgifter vid en given tidpunkt. Systembussen är idag skild från payloadbussen av två skäl: Framför allt ökas säkerheten, såtillvida att ett instrument som ”löper amok” inte saboterar trafiken på systembussen utan istället kan stängas av, genom att strömmen till enheten kopplas bort med hjälp av ett kommando från jorden eller från huvuddatorn ombord. Det andra skälet är att en högsta fördröjning av viktiga meddelanden lättare kan garanteras. Kan säkerheten på ett framtida nät höjas, genom att t.ex en busguardian bevakar varje nod och stänger av en skenande dylik, samt den garanterade sändningstiden för viktiga meddelanden hålls låg, kan de både näten slås samman. 4.2 Payloadbussen Syftet med satelliten är i allmänhet att bära en nyttolast. Lasten består ofta av diverse instrument och/eller sambandsutrustning. Payloadbussen erbjuder dessa typer av noder kommunikationsmöjligheter instrumenten emellan men framför allt med controllern, satellitens huvuddator. Då det i själva verket är nyttolasten som ställer de allt högre kraven på satellitens position
Intern realtidskommunikation i framtida Svenska satelliter sid 16 Martin Normark och attityd, är det rimligt att anta att nyttolasten kräver tillgång till samma distribuerade globala tid med samma noggrannhet som systemenheterna d.v.s. 100 µs, gärna bättre. Vad beträffar determinism i kommunikationen ställs inte samma krav som på systemsidan. Ett flexibelt sätt att få tillgång till nätverket kan i själva verket vara att föredra. Ett av skälen är att vissa instrument t.ex. en kamera kanske bara ibland, typiskt när ett foto precis har tagits, vill ha tillgång till bussen och snabbt tömma sin minnesbuffert för att tillåta fler bilder att tas. Flexibiliteten kan lösas antingen genom att arbitrering avgör vilken nod som får sända vid vilket ögonblick, alternativt genom att tidsschemat kan byta mode såtillvida att olika noder får olika tillgång till nätet beroende av vilken huvudsaklig uppgift satelliten löser vid ett givet tillfälle eller genom att bandbredden är så pass stor att alla noder ständigt har tillgång till sin toppbelastning. Den senare av dessa lösningar kan av andra skäl, såsom EMC, effektförbrukning och störningskänslighet, dock vara mindre lämplig Bandbredden är svår att sia om då den är helt beroende av lasten, alla de intervjuade på rymdbolaget är dock överens om att en för liten bandbredd inte får tillåtas begränsa verksamheten. Då payloadbussen ofta utsätts för punktlaster kan det vara lämpligt att dimensionera efter dessa och en bandbredd uppemot 10 Mbps kan vara lämpligt även om 1Mbps räcker gott och väl för SMART-1 och för STEAM. 4.3 Tidsstyrda respektive händelsestyrda nätverk och noder Även om trenden inom inbäddade system går mot mer och mer tidsstyrda noder, planeras systemet bestå av både tidsstyrda- och händelsestyrda noder. Därför bör nätverksprotokollet stödja såväl schemalagd- som spontan sändning av meddelanden. Nätverket skall distribuera global tid samt synkronisera noderna med en noggrannhet om minst 100 µs. Om ett nätverk med endast schemastyrd tilldelning till bussen ändå väljs, måste det ha tillräcklig bandbredd för att de noder som bara behöver sända ibland ändå tilldelas minst en tidslucka i varje TDMA-omgång. Dessutom kan dessa noder behöva ett gränssnitt mellan applikation och nätverk som säkerställer att applikationen använder sina egna tidsluckor även om applikationen i sig inte "känner till" att dessa finns, då applikationen är helt händelsstyrd. 4.4 Testning och utveckling Vikt skall läggas vid att nätverksprotokollet redan tidigare är väl använt och spritt, då detta medger att kringutrustning och kunnig personal är lättare att få tag på. All trafik på en buss skall gå att avlyssna från en punkt i nätet, i syfte att möjliggöra testning och diagnostisering. 4.5 Rymdens krav Att sateliten skall skickas upp i rymden ställer mycket höga krav på utrustningen. Inte bara förhåller det sig så att reparationer i praktiken är helt otänkbara för de flesta satelliter, rymdmiljön i sig är mycket krävande. Nedan tas de ur elektronikutvecklingshänseende besvärligaste aspekterna upp. 4.5.1 Vakuum Elektronik påverkas av vakuum på sådant sätt att komponenter som i vanliga fall använt luft för kylning inte kan göra det. Detta kan leda till överhettning och det problemet löses lättast genom att använda energisnåla komponenter. Värmet kan även ledas till radiatorer där det strålas ut i rymden. Vakuum leder även till att många material, däribland många plaster, gasar ur. Det vill säga att det obefintliga omgivande trycket får materialet att sakta men säkert förgasas. Detta är givetvis inte önskvärt, utan material som klarar vakuum måste användas till isolering, kretskort, komponentinneslutningar m.m. 4.5.2 Strålning Det finns, enligt Leif Granholm [19] på Rymdbolaget, många sorters strålning och de kan delas upp i Gamma- och partikelstrålning. Partikelstrålningen kan i sin tur delas upp i protonstrålning, elektronstrålning och tunga joner. Gammastrålningen, som består av högenergetiska fotoner, skapar bl.a. dislokationer i komponenternas kiselstrukturer, varför komponenterna degenererar vilket leder till ökade läckströmmar, minskade förstärkningar och allmänna defekter. Gammastrålningens intensitet kan minskas med blysköldar men det är knappast aktuellt inom rymdindustrin, med tanke på sköldarnas vikt.
Page 2 and 3: Intern realtidskommunikation i fram
Page 16 and 17: NOD A Intern realtidskommunikation
Page 62 and 63:
Intern realtidskommunikation i fram
Page 64 and 65:
Page 66 and 67:
Page 68 and 69:
Page 70 and 71:
Page 72 and 73:
Page 74 and 75:
Page 76 and 77:
Page 78 and 79:
Page 80 and 81:
show all

Untitled - MRTC

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?