系统结构

为了提高系统的可靠性,传统的航天器数据管理系统常采用图1所示的架构。这种架构的具体实现形式为双处理器冷备份以及三(多)处理器热备份。

双处理器冷备份系统运行的任何时间段内,只有一个处理器在运行中。在主处理器以及备用处理器之间采用公用存储器。

在三处理器热备份系统工作模式下,每个处理器同步工作,任务被分割成多个部分,并分别赋予不同的处理器来提高系统的处理能力。当系统发生故障时,可以通过多处理器投票的方式实现容错。不论是双处理器冷备份系统还是三处理器热备份系统,由于采用了冗余的架构,从而直接导致了系统采用更多的硬件资源来实现特定的功能,特别是当多个处理器不在同一块电路板时需要的资源量更大。这样设计的系统需要特别考虑单点故障以及系统中的潜电路问题。

关键技术

（1）星载网络技术

对于高可靠、长寿命的复杂航天器，理想的数据系统结构应具有可靠性高，数据传输能力大，支持各应用过程间自由通信，好的开放性和可扩展性。

二维网格网络是一种很有应用前景的航天器数据系统互联结构。它具有许多突出的优点，如形状规则，对称性好,节点间的平均距离小，任意两点间存在多条通信路径，为高可靠的通信奠定了基础。

二维网格网络还是一种分布式系统结构，有利于实现分布式处理，以提高系统的容错能力。同时，由于其对称性和灵活的寻径算法，连接在其中各节点上的计算机之间可自由地通信。1

（2）航天器数据管理系统软件

数据管理系统软件的核心是分布式的实时多任务操作系统。操作系统管理系统中的各种资源，调度各任务的运行，提供各节点间的通信服务。操作系统还应具备系统容错和重组的能力，当某一节点出现故障时，其任务被自动迁移到其他节点完成。1

在操作系统的基础上，数据管理系统的各种服务功能，例如下行数据的组织发送，上行数据的接收、处理和分发，航天器时间的维护和相应的服务，文件信息存储服务、系统管理等，作为标准的“任务”配置。

数据管理系统软件根据航天器的任务和其数据系统的结构特点决定，一般情况下,一经开发成功，对同系列的航天器就无须再做改动，可直接作用。对于必须的修改或调整，可以通过增减或修改服务任务模块来实现。这样的数据管理系统软件构成了航天器飞行软件的标准化的平台。1

应用过程任务软件对每一个航天器来说可能都不相同。但它们都以标准的接口与前两部分连接，享受标准的系统服务。因此,一个新的航天器飞行软件的开发过程可以简化为选择相应的软件平台，配置和开发应用过程软件并以相应的标准接口与数据管理系统软件平台连接。1

这是完全基于开放式系统结构的设计思想,CCSDS标准的分层数据结构为这种标准化的设计奠定了基础。

（3）系统管理层和应用过程层标准

要实现上述通用化的系统设计,首先应明确地定义数据管理系统的标准的服务功能以及与应用过程间的硬、软件接口标准。空间数据系统咨询委员会（CCSDS）目前对高层的标准尚未给出具体的建议。这项工作的困难在于应用过程及其需求的多样性,要制定一个满足各种航天器要求的标准是非常困难的。但是我们认为，针对某一类航天器(例如对地观测卫星或某一种类的小卫星）制定这样的标准是有可能实现的,而且容易取得明显的效益。1

首先需要做的是在现有工程经验和用户需求的基础上，对数据管理系统的各种功能和用户需求进行分类和抽象，并实现标准化。