Интегрированная космическая сеть: обоснование архитектурных и технических решений космической миссии Reshucube-2

Интегрированная космическая сеть: обоснование архитектурных и технических решений космической миссии Reshucube-2

Автор: Кустов Н. Д., Евдокимов К. С., Шахматов А. В.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление

Статья в выпуске: 2 т.24, 2023 года.

Бесплатный доступ

Космические миссии с применением малых космических аппаратов типа CubeSat получили широкое распространение. В связи с этим перспективным направлением развития данной отрасли являются интегрированные космические сети. В данной работе предложена архитектура такой сети. Планируется, что первым узлом данной сети станет аппарат ReshUCube-2. Были определены функциональные требования и технические ограничения описанной архитектуры. На основе требований проведен обзор и сравнительный анализ сетевых протоколов и технологий разных уровней. В результате предложен сетевой стек, который соответствует данным требованиям. Ключевыми протоколами в стеке были выбраны: LoRa, 802.15.4, IPv6, 6LoWPAN, RPL, TCP, UDP и CoAP. Предложены методы программной и аппаратной реализации узлов сети. Продемонстрирован тестовый стенд на основе специально разработанных унифицированных устройств, на котором предлагается отрабатывать функции сетевого взаимодействия. Также показана тестовая плата полезной нагрузки для малых космических аппаратов - узлов космического сегмента. Полученные результаты будут использованы в процессе разработки будущих космических миссий СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Кроме того, результаты могут быть полезны при проектировании сетей интернета вещей, интернета транспортных средств и подобных сетей. Результаты работы могут также послужить основой для будущих исследований в области сетевых технологий, цифровой обработки сигналов, межспутникового взаимодействия и космических информационных систем.

Еще

Космическая интегрированная сеть, cubesat, lora, ieee 802.15.4, 6lowpan, ipv6, rpl

Короткий адрес: https://sciup.org/148326823

IDR: 148326823   |   DOI: 10.31772/2712-8970-2023-24-2-260-272

Список литературы Интегрированная космическая сеть: обоснование архитектурных и технических решений космической миссии Reshucube-2

  • Предварительные результаты космической миссии ReshUCube-1 / В. Х. Ханов, Д. М. Зуев, А. В. Шахматов [и др.] // Решетневские чтения: материалы XXVI Междунар. науч.-практич. конф., посвященной памяти генерального конструктора ракет.-космич. систем ак. М. Ф. Решетнева, Красноярск, 09–11 ноября 2022 г. Красноярск: СибГУ им. ак. М. Ф. Решетнева, 2022. С. 452–454.
  • Liu J., Shi Y., Fadlullah Z. M. Space-Air-Ground Integrated Network: A Survey // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2018. Vol. 20, No. 4. P. 2714-2741. DOI: 10.1109/COMST.2018.2841996.
  • Internet of Things for Smart Cities / A. Zanella, N. Bui, A. Castellani et al. // IEEE Internet of Things Journal. 2014. Vol. 1, No. 1, P. 22–32. DOI: 10.1109/JIOT.2014.2306328.
  • Кустов Н. Д. Применение концепций интегрированной космической сети и интернета транспортных средств // Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте: сб. материалов VI Междунар. науч.-практич. конф. 2022. C. 378–382.
  • Кустов Н. Д., Евдокимов К. С. Определение стека сетевых протоколов и технологий для космических интегрированных сетей // Решетневские чтения: материалы XXVI Междунар. науч.-практич. конф., посвященной памяти генерал. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева, Красноярск, 09–11 ноября 2022 г. Красноярск: СибГУ им. ак. М. Ф. Решетнева, 2022. С. 434–436.
  • Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks, RFC 4944 / G. Montenegro, N. Kushalnagar, J. Hui, D. Culler. DOI: 10.17487/RFC4944, September 2007 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfc-editor.org/info/rfc4944 (дата обращения 03.01.2023).
  • RPL: IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks, RFC 6550 / A. Brandt, J. Hui, R. Kelsey et al. DOI: 10.17487/RFC6550. March 2012 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfc-editor.org/info/rfc6550 (дата обращения 03.01.2023).
  • Shelby Z., Hartke K., Bormann C. The Constrained Application Protocol (CoAP), RFC 7252, DOI: 10.17487/RFC7252. June 2014 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfc-editor.org/info/rfc7252 (дата обращения 05.01.2023).
  • IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks in IEEE Std 802.15.4-2020 (Revision of IEEE Std 802.15.4-2015), 23 July 2020. DOI: 10.1109/IEEESTD.2020.9144691.
  • Semtech, AN1200.22 LoRa™ Modulation Basics, Application Note [Электронный ресурс]. URL: http://www.semtech.com/images/datasheet/an1200.22.pdf (дата обращения 05.01.2023).
  • LoRaWAN™ Regional Parameters, LoRa Alliance [Электронный ресурс]. URL: https://www.loraalliance.org/ (дата обращения 08.01.2023).
  • Cotrim J. R., Kleinschmidt J. H. LoRaWAN Mesh Networks: A Review and Classification of Multihop Communication // Sensors (Basel). 2020. No. 20(15). P. 4273. DOI: 10.3390/s20154273.
  • Thubert P. Compression Format for IPv6 Datagrams over IEEE 802.15.4-Based Networks, RFC 6282, DOI: 10.17487/RFC6282. September 2011 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfc-editor.org/info/rfc6282 (дата обращения 08.01.2023).
  • Yang Y., Kumar V. Routing in IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPAN): A Survey // Journal of Computer Networks and Communications. 2012. DOI: https://doi.org/10.1155/2012/316839.
  • Neighbor Discovery for IP version 6 (IPv6), RFC 4861 / T. Narten, E. Nordmark, W. Simpson, H. Soliman. DOI: 10.17487/RFC4861. September 2007 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfc-editor.org/info/rfc4861 (дата обращения 08.01.2023).
  • Hennebert C., Dos Santos J. Security Protocols and Privacy Issues into 6LoWPAN Stack: A Synthesis // IEEE Internet of Things Journal. 2014. No. 1 (5). P. 384–398. DOI: 10.1109/JIOT.2014.2359538ff.
  • Kempf J., Zill B., Nikander P. SEcure Neighbor Discovery (SEND), RFC 3971. DOI: 10.17487/RFC3971. March 2005 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfceditor.org/info/rfc3971 (дата обращения 09.01.2023).
  • Rescorla E. The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.3, RFC 8446. DOI: 10.17487/RFC8446. August 2018 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfc-editor.org/info/rfc8446 (дата обращения 09.01.2023).
  • Rescorla, E. and N. Modadugu. Datagram Transport Layer Security Version 1.2, RFC 6347. DOI: 10.17487/RFC6347. January 2012 [Электронный ресурс]. URL: https://www.rfc-editor.org/info/rfc6347 (дата обращения 09.01.2023).
  • STMicroelectronics. Datasheet – STM32WLE5xx STM32WLE4xx [Электронный ресурс]. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32wle5cc.pdf (дата обращения 11.01.2023).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp