목차
1. Application layer
2. Transport layer
3. Network layer
4. Data Link layer
5. Physical layer
6. 위성 시스템 구성요소 간 패킷 교환 방식
7. IP주소 구성방식
CCSDS는 OSI 7 layer 모델을 기반으로 우주 환경의 특수성에 맞게 변형된 프로토콜 스택을 사용한다. 각 계층에서 header가 덧붙는 encapsulation 과정을 통해 최종적으로 전송 가능한 신호 형태로 만들어진다.
1. Application layer
역할: 실제 사용자가 다루는 데이터가 생성되는 최상위 계층으로, 위성 센서가 측정한 데이터 및 파일 등의 TM이 여기에 해당한다.
데이터 단위: Application Data
주요 프로토콜: CFDP, SPP
흐름: 사용자가 보낼 데이터 원본을 만든다.
2. Transport layer
역할: end-to-end 즉, 지상의 최종 사용자 컴퓨터와 위성 내의 특정 sw 간 데이터 전송을 책임진다. 데이터의 신뢰성을 보장(재전송)하거나, 순서르 제어하는 역할을 한다.
데이터 단위: Segment 혹은 Datagram
주요 프로토콜: SCPS-TP(TCP/UDP의 space ver.), CFDP(전송 계층 기능도 일부 수행)
흐름: application layer에서 받은 데이터에 TCP/UDP 헤더를 붙인다. 이 헤더에는 어떤 프로그램이 데이터를 주고 받을지 구분하는 Port number와 Data sequence 정보 등이 포함된다.
3. Network layer
역할: 서로 다른 네트워크(지상 인터넷망, 위성 내부망)를 넘어 데이터의 최종 경로를 routing한다. 데이터의 출바지와 최종 목적지를 지정하는 역할을 한다.
데이터 단위: Packet(IP) 혹은 Bundle(DTN)
주요 프로토콜: IP, DTN의 BP(지연 감내 네트워크의 번들 프로토콜)
흐름: 전송 계층에서 받은 데이터에 IP 헤더를 붙인다. 이 헤더에는 데이터를 보낼 컴퓨터의 IP주소와 받을 컴퓨터의 IP주소가 적힌다.
4. Data Link layer
역할: 하나의 링크(위성-지상국 간 wireless link) 내에서 데이터를 안정적으로 전송하는 것을 책임진다. 우주 통신에서 가장 핵심적이고 복잡한 계층이다.
데이터 단위: Transfer Frame
주요 프로토콜: TM, TC, AOS, USLP
흐름: 네트워크 계층에서 받은 IP 패킷을 전송 프레임이라는 고정/가변 길이의 프레임에 담는다. IP 패킷이 너무 크면 여러 프레임에걸쳐 segmentation되어 담긴다. 이 프레임 헤더에는 가상채널ID 등 링크 내에서 데이터를 구분하기 위한 정보가 포함된다.
Data Link 계층에서만 Security Protocol을 제공한다!!!
5. Physical layer
역할: 데이터 링크 계층에서 받은 digital data를 안테나를 통해 전송할 수 있는 Radio wave로 변환한다.
데이터 단위: Bits/Symbols
주요 프로토콜: RF 및 변조 방식에 대한 CCSDS 표준
흐름: 전송 프레임을 궝하는 비트들을 전파에 실어 우주 공간으로 송신한다.
6. 위성 시스템 구성요소 간 패킷 교환 방식
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Satellite & User Segment on Satellite
위성 카메라가 사진을 촬영 - 위성 컴퓨터는 이 사진 데이터를 TCP/IP 스택을 통해 캡슐화하여 IP 패킷으로 만듦 - 이 IP 패킷을 다시 TM 프로토콜을 사용해 여러 개의 TM 전송 프레임으로 캡슐화 -
우주-지상 링크
위성 안테나(물리계층)가 TM 전송 프레임을 전파 신호로 변환하여 지상으로 송신 -
Ground Segment
지상의 거대한 안테나가 이 전파 신호를 수신 - 수신 장비는 신호를 다시 디지털 데이터(TM 전송 프레임)으로 복원 - 지상국 시스템은 역캡슐화를 통해 TM 프레임의 포장을 벗겨내고 원래의 IP 패킷을 추출 -
Ground & User Segment on Ground
지상국 라우터는 IP 패킷의 목적지 IP주소를 보고, 일반 인터넷망을 통해 최종 목적지인 서버로 라우팅 - 최종 사용자는 IP 패킷을 수신하여 TCP/IP 스택을 통해 모든 헤더를 제거하고 마침내 원본 데이터를 획득
결론적으로, 정보는 계층별로 캡슐화된 데이터 패킷의 형태로 각 구간을 이동하며, 각 구간의 장비(위성, 지상국, 라우터)는 자신이 이해할 수 있는계층의 헤더만 보고 데이터를 처리/전달한다.
7. IP주소 구성 방식
위성 통신에서는 일반 인터넷처럼 공인(Public) IP와 사설(Private) IP를 함께 사용한다.
지상 세그먼트 (Ground Segment)
:지상국, 임무 관제 센터, 데이터를 수신하는 대학이나 연구소 등은 모두 인터넷에 연결된 장비이므로, 전 세계에서 유일하게 식별 가능한 공인 IP 주소를 사용한다.
위성 세그먼트 (Satellite Segment)
:위성과 그 내부의 장비들은 외부 인터넷과 직접 연결되지 않는 하나의 독립적인 사설 네트워크를 구성합니다. 따라서 192.168.x.x나 10.x.x.x와 같은 사설 IP 주소를 사용한다. 이는 보안을 강화하고 IP 주소를 효율적으로 사용하기 위함이다.
연결점: 게이트웨이 (Gateway)
:지상국이 이 두 네트워크를 연결하는 게이트웨이 역할을 한다.
지상에서 위성으로 명령을 보낼 때: 지상국은 공인 IP 주소를 가진 명령 패킷을 받아, 위성이 이해할 수 있도록 목적지 주소를 위성의 사설 IP 주소로 변환(NAT, Network Address Translation)하여 전송한다.
위성에서 지상으로 데이터를 보낼 때: 지상국은 사설 IP 주소를 가진 위성 데이터 패킷을 받아, 출발지 주소를 자신의 공인 IP 주소로 바꿔서 인터넷으로 내보낸다.
