即插即用衛星中電子數據表單的設計研究

摘要： 針對即插即用衛星模塊自識別及自適應進行了分析研究，提出一種用于解決即插即用衛星各模塊自識別及自適應問題的接口描述設計方法，即基于XML的可擴展電子數據表單設計方法。首先依據要求設計出相應的XML Schema，以衛星太陽能帆板為例，依據XML Schema及太陽能帆板的接口需求設計出帆板的XML文檔，并對XML文檔進行了分析。研究結果表明，使用可擴展電子數據表單設計方法能有效解決即插即用衛星模塊的自檢測、自識別及自適應問題，為在軌服務打下基礎。

關鍵詞： 即插即用； 可擴展標記語言； 可擴展電子數據表單； 衛星模塊

中圖分類號： TN710?34； V411.8 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0038?04

0 引 言

目前，隨著軍事戰略的不斷調整和航天技術的不斷進步，衛星快速組裝以及模塊在軌更換已經成為未來天基平臺發展的一個主要方向[1]。由于即插即用技術在在軌模塊更換、在軌組裝、快速響應戰術衛星等方面具有廣闊的應用前景，對即插即用衛星相關技術的研究已經成為各國衛星發展的重要組成部分[2]。

為使衛星模塊具備即插即用特性，需要一種有效的方法完成即插即用模塊的自我描述，從而使各模塊能夠自識別及自適應。然而，傳統的電子表單TEDS（Transducer Electronic Data Sheet）在接口模塊硬件FLASH中采用二進制數值存儲，數據表中每項的內容對應于FLASH中的某個或某幾個存儲單元，這種方式下電子數據表單的存儲格式缺乏必要的規范性和自描述性，給電子數據表單的讀/寫和應用帶來較多的不便，無法適應空間即插即用電子設備的靈活性。為解決該問題，參照TEDS設計思想[3]和衛星特點， 本文提出一種基于XML的可擴展電子數據表單xTEDS[4?5]設計方法，以有效完成即插即用模塊的自我描述。本文首先依據XML文檔編寫規范以及即插即用模塊要求設計出相應的XML Schema；然后以衛星太陽能帆板模塊的更換為例，討論帆板正常工作所需的通信接口；最后依據XML Schema及太陽能帆板的接口需求設計出帆板的XML文檔。

1 XML Schema設計

XML文檔設計者通過XML Schema指定一個XML文檔所允許的結構和內容，并可據此檢查一個XML文檔是否是有效的。XML Schema定義一類XML文檔需要包含的術語，包括可出現的元素及屬性，它們之間的關系，它們中會有什么類型的數據以及其他限定約束信息[6]。在xTEDS中，定義一個根元素“xTEDS”，所有元素都可作為子元素被直接嵌套進去。圖1顯示xTEDS的結構和全部元素及其之間的嵌套關系。

1.1 根元素及Schema總體設計

首先確定Schema文檔的根元素為xTEDS，該元素為全局元素（Global Element）。然后根據完整的xTEDS要求，設計出根元素的屬性及子元素，具體結構如圖2所示。

圖2描述出xTEDS中應該包含的屬性及子元素，這就約束了一份xTEDS可具備內容模型：name、version及description屬性；Application和Device元素中的一種（組件只能為硬件或者是軟件）；Interface元素，并對Interface進行了惟一性約束。其中，子元素Application的數據類型為ApplicationType（該類型具體定義在后文中給出），Device的數據類型為DeviceType；Interface的數據類型為InterfaceType。其框圖下方的標記“1…∞”表示xTEDS中可以有1個或者多一個Interface元素。這些子元素的內容模型可以在后面給出定義，使得文檔具有很強可讀性及層次性。

1.2 Application和Device元素

本文提出一種用于解決即插即用衛星各模塊自識別及自適應問題的接口描述設計方法。研究基于XML的可擴展電子數據表單xTEDS設計方法，能有效完成即插即用模塊和接口的自我描述，使傳感器信息更清晰，更易解析。文中并以太陽能帆板模塊為例，設計出其xTEDS，研究表明基于XML的可擴展電子數據表單xTEDS能夠準確而又方便地完成即插即用模塊描述，提高星上電子系統操作電子數據表單的效率。下一步的研究重點是進行軟件設計，真正實現即插即用模塊的即插即用。

參考文獻

[1] 林來興.小衛星技術發展和應用前景：兼談衛星設計思想演變[J].航天器工程，2006，15（3）：14?18.

[2] 趙亞雄，李新洪，郝大功.基于XML的衛星即插即用接口模塊設計[J].裝備學院學報，2012，23（2）：68?71.

[3] IEEE Standard Board. IEEE Std 1451.2?1997 IEEE standard for a smart transducer interface for sensors and actuators： transducer to microprocessor communication protocols and transducer electronic data sheet （TEDS） formats [S]. US： IEEE Standard Board， 1997.

[4] CANNON Scott. Responsive space plug play with the satellite data model， AIAA 2007?2924 [R]. Atlanta， Georgia， US： AIAA， 2007.

[5] 劉建園.基于IEEE 1451_2智能傳感器研究與設計[D].秦皇島：燕山大學，2009.

[6] LANZA Denise， VICK Robert， LYKE James C. The space plug?and?play avionics common data dictionary： constructing the language of SPA， AIAA 2010?3496 [R]. Atlanta， Georgia， US： AIAA， 2010.