GBT 43671-2024 空间数据与信息传输系统 航天器CAN总线通信协议标准立项发展报告

空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议标准立项发展报告摘要航天器内部总线通信技术是航天电子系统实现信息互联、功能集成的关键支撑，其中CAN总线以其高可靠性、实时性和灵活性在航天器分系统间通信中获得广泛应用。针对航天器CAN总线应用缺乏统一国家标准、各型号协议实现壁垒高、系统间互联互通困难等突出问题，国家标准化管理委员会于2024年3月15日正式发布GB/T43671-2024《空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议》，并于2024年7月1日起实施。本标准立足我国航天器工程实际，充分参考国际空间数据系统咨询委员会（CCSDS）相关标准框架和国内航天器CAN总线应用成熟经验，系统规定了航天器CAN总线通信协议的物理层要求、数据链路层帧格式、应用层服务定义、通信机制及故障处理策略等内容。标准发布实施填补了我国航天器CAN总线通信领域国家标准的空白，对推动航天器电子产品标准化、系列化、通用化发展，提升航天器系统集成效率与可靠性水平具有重要的基础性支撑作用。关键词：空间数据系统；航天器；CAN总线；通信协议；国家标准；数据链路层；总线管理Keywords:SpaceDataSystem;Spacecraft;CANBus;CommunicationProtocol;NationalStandard;DataLinkLayer;BusManagement1引言随着航天技术的快速发展，航天器功能密度不断提高，系统构成日趋复杂。传统航天器内部各分系统间的信息交互方式以点对点连接为主，存在电缆网重量大、接口关系复杂、系统扩展性差等突出问题。控制器局域网络（ControllerAreaNetwork，CAN）总线作为一种多主方式的串行通信总线，具有传输速率高、抗干扰能力强、实时性好、可靠性高、布线简单等突出优点，已在国内外航天器获得广泛工程应用。然而，国内各航天器型号在CAN总线应用层协议设计上长期各自为政，导致协议不统一、设备难互换、系统难集成，严重制约了航天器产品的通用化发展和供应链效率提升。在此背景下，制定航天器CAN总线通信协议国家标准，统一各航天器型号的CAN总线通信机制与接口要求，已成为夯实航天器标准化基础、推动我国航天产业化发展的迫切需要。GB/T43671-2024《空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议》正是在这一行业需求驱动下，经过系统论证、广泛调研和充分协调后形成的重要标准化成果。2标准编制背景与意义2.1航天器电子系统发展的标准化需求近年来，我国航天器研制模式正从单型号定制化研制向多型号批量化和组批生产方向转型，航天器电子系统的标准化、型谱化需求日益迫切。CAN总线作为航天器内部高速信息传输的重要基础设施之一，涉及各分系统间指令分发、遥测采集、数据交换等核心业务环节。总线协议的标准化程度直接关系整星电缆网设计、综合电子单元研制和地面测试设备的通用性水平。2.2现行行业标准与型号协议差异目前，国内航天领域虽发布了部分CAN总线应用相关的行业标准或集团标准，但各航天器总体单位在应用层协议定义方面仍存在显著差异：如应用层报文标识符分配规则不同、心跳/握手机制不一致、总线调度策略各異。由此导致的直接后果是，不同型号的设备即使物理接口相同，也无法实现即插即用，设备供应商须针对不同总体单位甚至不同型号分别开发不同固件版本，增加了研制成本和质量控制难度。2.3国际标准对标需求在国际层面，CCSDS发布了面向航天器内部通信的SpacecraftOnboardInterfaceServices（SOIS）标准体系，其中对CAN总线通信服务进行了明确定义。我国作为CCSDS成员国，在国际空间数据系统标准化领域承担着对接与转化的责任。GB/T43671-2024的制定参考了CCSDS相关标准框架，同时结合国内工程实践进行了本地化适配，有利于推动我国航天器CAN总线协议与国际接轨，支撑航天产品的国际合作与出口。3标准主要内容GB/T43671-2024《空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议》是现行有效的国家标准，由中国航天标准化研究机构牵头起草，多家航天器研制总体单位和高校参与编制。标准于2024年3月15日发布，2024年7月1日正式实施。标准分类号为航天系统和操作装置，适用于航天器内部各电子设备之间基于CAN总线的数据通信系统设计、研制与验证活动。标准主要内容涵盖以下技术层面：（1）物理层要求标准规定了航天器CAN总线物理层的电气特性、传输介质要求、拓扑结构、终端匹配方案、线缆选型及接地设计等。考虑到航天器特殊空间环境（高低温交变、辐射、真空等），标准对收发器选型、总线长度限制、节点数量上限及抗辐射设计等方面提出了明确技术要求。（2）数据链路层协议标准规定了CAN总线数据链路层的帧格式、仲裁机制、错误检测与处理以及位定时参数。标准兼容CAN2.0B扩展帧格式，明确了29位标识符在航天器应用场景下的分段定义规则，包括源地址、目的地址、数据类型和服务类型等字段的编码要求。（3）应用层服务定义应用层是航天器CAN总线协议标准化工作的重点与难点。标准定义了应用层所应提供的基本服务，包括：周期性遥测下传服务、指令上行服务、时间同步服务、事件报告服务、文件传输服务以及设备管理服务等。标准对每种服务的协议数据单元格式、交互时序、超时重传机制和异常处理策略进行了详细规定。（4）总线通信管理机制标准规定了多节点共享CAN总线条件下的通信管理机制，包括总线调度策略（时间触发与事件触发混合调度）、节点入网与离线管理、总线健康监测、故障隔离与重构机制，以及总线网络管理信息的交互要求。（5）系统级一致性验证要求为确保协议实现的正确性和互操作性，标准还给出了协议一致性测试的基本要求与测试方法，包括测试场景定义、参考测试序列和合格判据等。4标准编制原则与技术路线4.1编制原则GB/T43671-2024的编制遵循了以下原则：（1）工程实用性原则：标准内容充分吸收我国载人航天、深空探测、北斗导航等重大工程中CAN总线应用的成熟经验，确保标准技术指标符合实际工程需求。（2）开放兼容原则：标准在标识符定义、服务类型编码等方面预留了充分的扩展空间，兼顾不同平台、不同任务载荷的差异化需求。（3）与国际接轨原则：标准框架参考CCSDSSOIS体系中的CAN总线服务定义，并在此基础上结合国内航天器实际细化应用层要求。4.2技术路线标准编制过程分为需求调研与分析、框架设计、关键技术攻关、草案编制、试验验证、意见征求与完善、报批等阶段。在技术验证环节，项目组搭建了多节点CAN总线通信试验平台，对不同速率（125kbps、250kbps、500kbps、1Mbps）、不同总线拓扑和不同负载条件下的协议性能进行了系统测试，为标准指标的确定提供了翔实的数据支撑。5标准实施预期效果GB/T43671-2024的实施将产生以下积极效益：（1）提升设备互换性与系统集成效率统一应用层协议后，不同供应商研制的CAN总线设备可实现标准化互联，缩短航天器综合测试和总装集成周期，降低系统联调技术风险。（2）降低研制成本标准实施将使设备研制从“一型号一协议”转变为“一次设计、多型号适用”的模式，显著降低软件重复开发成本，提高产品成熟度与可靠性。（3）促进供应链生态完善（4）支撑国际合作与出口与国际标准体系对接的协议设计，有助于提升国产航天器产品的国际市场接受度，为航天器平台出口和搭载服务创造有利条件。6主要起草单位介绍本标准的主要起草单位为中国航天标准化研究所（原中国航天科技集团公司标准化研究所），该单位成立于1965年，是中国航天领域标准化技术归口专业研究机构，长期承担航天行业国家标准、国家军用标准和航天行业标准的组织制定与管理工作。中国航天标准化研究所拥有一支涵盖航天器总体设计、电子信息系统、通信协议、可靠性工程、标准化理论等多学科的高层次专业技术团队，建有航天标准数字资源库和标准化验证实验室。研究所参与了载人航天、探月工程、北斗导航、高分辨率对地观测等国家重大科技专项的标准化支撑工作，组织制定了数百项航天领域国家标准和国家军用标准，是我国航天标准化工作的核心支撑力量。在GB/T43671-2024的编制过程中，中国航天标准化研究所负责标准框架总体设计、各章节内容统筹协调和标准报批工作，并联合多家航天器总体研制单位开展了多轮技术研讨和试验验证，为标准的科学性、先进性和可操作性提供了有力保障。7结论与展望GB/T43671-2024《空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议》作为我国首项面向航天器CAN总线应用的通信协议国家标准，填补了领域标准化空白，对推进航天器电子产品“三化”（通用化、系列化、组合化）工作具有重大意义。展望未来，随着航天器综合电子系统向更高带宽、更智能化的方向发展，CAN总线将与SpaceFibre、TTEthernet等高速总线形成互补共存的应用格局。后续可在以下几个方面进一步深化标准化工作：（1）面向星座组网和批量生产需求，研究航天器CAN总线设备的型谱化设计和标准符合性检测认证机制；（2）结合商业航天发展新形势，加快航天器低成本商用CAN器件的应用验证与标准迭代；（3）持续跟踪CCSDS国际标准的最新进展，适时开展标准修订与完善工作。参考文献[1]国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.GB/T43671-2024空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议[S].北京:中国标准出版社,2024.[2]ISO11898-1:2015,Roadvehicles—Controllerareanetwork(CAN)—Part1:Datalinklayerandphysicalsignalling[S].ISO,2