عمليات مهمة CCSDS

الموسوعة الحرة

تقوم مجموعة العمل المعنية بمراقبة المركبات الفضائية والتحكم بها ( SM&C ) التابعة للجنة الاستشارية لأنظمة بيانات الفضاء (CCSDS)، والتي تشهد مشاركة فعالة من الوكالات الرئيسية [ 1 ] ، بتحديد بنية موجهة نحو الخدمة تتكون من مجموعة من الخدمات القياسية الشاملة بين الوظائف الموجودة على متن المركبة الفضائية أو الموجودة على الأرض، والتي تكون مسؤولة عن عمليات المهمة [ 2 ] .

تحديد المشكلة

هناك اتجاه عام نحو زيادة تعقيد المهام بالتزامن مع تزايد الضغط لخفض تكلفة عملياتها، سواءً من حيث النشر الأولي أو النفقات المتكررة. لا تسمح بنى أنظمة عمليات المهام المغلقة، أو "المتجانسة"، بإعادة توزيع الوظائف بين الفضاء والأرض، أو بين وحدات النظام الأرضي. ويؤدي هذا النقص في انفتاح البنية إلى ما يلي:

  • عدم القدرة على العمل المشترك بين الوكالات؛
  • عدم إمكانية إعادة الاستخدام بين المهام والأنظمة الأرضية؛
  • زيادة تكلفة التطوير والنشر الخاصين بالمهمة؛
  • عدم توفر الأدوات التجارية العامة؛
  • عدم القدرة على استبدال تكنولوجيا التنفيذ دون إعادة تصميم النظام بشكل جذري؛
  • عدم وجود توافق تشغيلي بين أنظمة المهام، وزيادة تكاليف التدريب.

والنتيجة هي وجود العديد من البنى التحتية المتوازية للأنظمة الخاصة بعائلة معينة من المركبات الفضائية أو الوكالة المشغلة، مع احتمال ضئيل للتلاقح بينها.

نهج إطار الخدمة

تحلّ بنية الخدمات الموجهة (SOA) تدريجيًا محلّ البنية المتجانسة كمبدأ تصميم رئيسي للتطبيقات الجديدة في الأنظمة الخاصة والموزعة على حد سواء. وهي من المبادئ الأساسية لتصميم تطبيقات الشبكات الموزعة، حيث يجب تحديد واجهات العمليات وكائنات البيانات بدقة نظرًا لتنوع العملاء في كثير من الأحيان. وتعتمد بنية الخدمات الموجهة على تحديد مكونات معيارية أصغر حجمًا تتواصل فيما بينها عبر واجهات خدمة مفتوحة ومنشورة، بدلًا من الاعتماد على مواصفات نظام متكامل متجانس.

تعمل مجموعة عمل إدارة السلامة والتحكم على تحديد مجموعة من الخدمات القياسية، والتي تُشكل إطار عمل يُتيح تجميع العديد من الأنظمة المتشابهة من مكونات "إضافية" متوافقة. يمكن وضع هذه المكونات في أي مكان، شريطة أن تكون متصلة عبر بنية تحتية مشتركة. وهذا يسمح بإعادة استخدام المكونات في عمليات نشر مختلفة خاصة بمهام محددة: بين الوكالات، وبين المهام، وبين الأنظمة.

إذا تم تحديد الخدمات مباشرةً من خلال بنية تحتية محددة، فإنها ستكون مرتبطة بتلك التقنية. أما من خلال تنظيم الخدمات نفسها، فيمكن جعل مواصفات الخدمة مستقلة عن التقنية الأساسية. وتتيح محولات تقنية محددة نشر إطار عمل الخدمة فوق تلك التقنية. وهذا بدوره يُمكّن من استبدال البنية التحتية، بالإضافة إلى مكوناتها. كما يُمكن الربط بسلاسة بين مختلف تطبيقات البنية التحتية، حيثما يكون ذلك مناسبًا لبيئات اتصالات مختلفة (مثل الفضاء أو الأرض)، أو ببساطة يعكس خيارات النشر لدى مختلف الجهات.

ملاحظة: تتواصل مكونات الإضافات فقط عبر واجهات الخدمة القياسية من خلال بنية تحتية مشتركة. إطار عمل الخدمة نفسه متعدد الطبقات ومستقل عن تنفيذ البنية التحتية الأساسية.

من المهم أيضًا ملاحظة أن هذا النهج لا يحدد المكونات نفسها أو كيفية تنفيذها، بل يقتصر على توحيد واجهات الخدمة بينها. يتيح ذلك الابتكار والتخصص والتمييز بين المكونات، مع ضمان إمكانية دمجها بسرعة في النظام. مع ذلك، لكي يكون إطار الخدمة فعالًا، يجب أن يضمن تبادل المعلومات المهمة المرتبطة بعمليات المهمة عبر واجهات الخدمة، وليس مجرد البيانات. كما يجب أن يحترم إطار الخدمة الأنظمة القديمة. فعندما يؤدي نظام قديم متكامل وظيفة عدة مكونات من إطار الخدمة، لا يلزم تغيير بنيته الداخلية أو تنفيذه. فقط الواجهات التي يعرضها للأنظمة الأخرى تحتاج إلى "تغليف" لجعلها متوافقة مع واجهات الخدمة المقابلة. يوفر إطار الخدمة مجموعة من الواجهات القابلة للتشغيل البيني، والتي يمكن اختيار الأنسب منها: فالتوافق لا يعتمد على دعمها جميعًا. وبهذه الطريقة، يمكن إعادة استخدام الأنظمة القديمة مع مكونات أخرى متوافقة لبناء نظام خاص بالمهمة. يهدف هذا النهج إلى التطوير التدريجي لا إلى التغيير الجذري.

طبقات الخدمة

من السمات الرئيسية لإطار عمل خدمات عمليات المهمة [ 3 ] هو تعدد طبقات الخدمات. فبينما توجد مجموعة من الخدمات المحتملة التي تتوافق مع أنواع مختلفة من معلومات عمليات المهمة التي يتم تبادلها داخل النظام (مثل معلمات الحالة، وإجراءات التحكم، وبيانات المدار، والجداول الزمنية للمهمة، وما إلى ذلك)، تُنفَّذ هذه الخدمات على مستوى التطبيق من خلال مجموعة أصغر من أنماط التفاعل العامة التي تسمح بمراقبة الحالة الراهنة، واستدعاء العمليات، ونقل كميات كبيرة من البيانات. وهذا يوفر فائدتين رئيسيتين: أولاً، قابلية التوسع المتأصلة، حيث يمكن إضافة خدمات جديدة فوق الخدمات المشتركة الحالية؛ وثانياً، عزل الاستثمار في تطبيقات عمليات المهمة عن تقنية التنفيذ. تسمح محولات التقنية بتغيير (أو ربط) البنية التحتية للاتصالات الأساسية بأقل تأثير على التطبيقات نفسها. وهذا يُحسِّن قابلية الصيانة على المدى الطويل، حيث غالباً ما تتجاوز مدة صلاحية المهمات التقنية الأرضية المستخدمة في نشرها في البداية.

طبقات إطار عمل خدمة عمليات المهمة [1] هي:

يتم تحديد الواجهة بين كل طبقة في معايير CCSDS، وبالتالي يمكن استبدال تطبيقات كل طبقة دون تغيير في البرامج الأخرى.

الفوائد المحتملة

يوفر توحيد إطار عمل خدمة عمليات المهمة [1] عددًا من الفوائد المحتملة لتطوير ونشر وصيانة البنية التحتية لعمليات المهمة:

  • زيادة قابلية التشغيل البيني بين الوكالات، على مستوى المركبات الفضائية أو الحمولات أو مكونات البنية التحتية للقطاع الأرضي
  • يؤدي توحيد واجهات البنية التحتية، حتى داخل الوكالات، إلى إعادة استخدامها بين المهام والقدرة على إنشاء بنية تحتية مشتركة متعددة المهام، وبالتالي تقليل تكاليف تدريب الفرق التشغيلية والوقت اللازم لإعداد مهام جديدة.
  • توحيد واجهات التشغيل للمركبات الفضائية من مختلف الشركات المصنعة
  • انخفاض تكلفة النشر الخاص بالمهام من خلال دمج المكونات القابلة لإعادة الاستخدام
  • القدرة على اختيار أفضل منتج لمهمة معينة من بين مجموعة من المكونات المتوافقة
  • مرونة أكبر في حدود النشر: يمكن نقل الوظائف بسهولة أكبر بين مواقع القطاعات الأرضية أو حتى من الأرض إلى الفضاء
  • توحيد عدد محدود من الخدمات بدلاً من عدد كبير من واجهات المكونات المحددة
  • زيادة المنافسة في توفير الأدوات التجارية، مما يؤدي إلى خفض التكاليف واستقلالية الموردين
  • تحسين قابلية الصيانة على المدى الطويل، من خلال تطوير النظام على مدار عمر المهمة من خلال استبدال كل من المكونات والبنية التحتية.

عمليات المهمة

يُستخدم مصطلح عمليات المهمة (MO) للإشارة إلى مجموعة الأنشطة اللازمة لتشغيل المركبات الفضائية وحمولاتها. وهي تشمل ما يلي:

  • مراقبة والتحكم في الأنظمة الفرعية والحمولات الخاصة بالمركبة الفضائية
  • تحليل أداء المركبات الفضائية وإعداد التقارير
  • تخطيط وجدولة وتنفيذ عمليات المهمة
  • تحديد المدار والوضع، والتنبؤ بهما، والتحضير للمناورة
  • إدارة البرامج الموجودة على متن المركبة (تحميل وتفريغ)
  • تسليم منتجات بيانات المهمة.

تُعتبر هذه الوظائف عادةً من اختصاص مركز التحكم بالمهمة، ويؤديها فريق عمليات المهمة بدعم من نظام عمليات المهمة. يشمل نظام عمليات المهمة القدرة على أرشفة بيانات عمليات المهمة وتوزيعها. مع أن هذا قد يشمل معالجة منتجات بيانات المهمة، إلا أن الأنشطة المتعلقة تحديدًا باستغلال بيانات المهمة (مثل معالجة البيانات الخاصة بالمهمة وأرشفتها وتوزيعها) تُعتبر خارج نطاق نظام عمليات المهمة. يتزايد توزيع وظائف نظام عمليات المهمة بين الوكالات المتعاونة ومواقع القطاع الأرضي، أو تفويضها جزئيًا إلى وظائف مستقلة على متن المركبة الفضائية نفسها. يهتم إطار عمل خدمات نظام عمليات المهمة بالتفاعل الشامل بين برامج تطبيقات نظام عمليات المهمة، أينما وُجدت داخل النظام الفضائي. وهو لا يُعنى تحديدًا بتوفير خدمات نقل البيانات أو تخزينها، ولكنه في الوقت نفسه مستخدم لهذه الخدمات.

انظر أيضاً

مراجع

[1] مفهوم خدمات عمليات المهمة. CCSDS 520.0-G-3. الكتاب الأخضر. الإصدار 3. ديسمبر 2010 https://web.archive.org/web/20130531013416/http://public.ccsds.org/publications/archive/520x0g3.pdf