El Grupo de Trabajo de Monitoreo y Control de Naves Espaciales ( SM&C ) del Comité Consultivo de Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS), que cuenta con la participación activa de las principales agencias espaciales, está definiendo una arquitectura orientada a servicios que consiste en un conjunto de estándares de extremo a extremo. servicios finales entre funciones residentes a bordo de una nave espacial o basadas en tierra, que son responsables de las operaciones de la misión.
Identificación del problema
Existe una tendencia general hacia el aumento de la complejidad de la misión al mismo tiempo que aumenta la presión para reducir el costo de las operaciones de la misión, tanto en términos de despliegue inicial como de gastos recurrentes. Las arquitecturas de sistemas de operaciones de misión cerradas o "monolíticas" no permiten la redistribución de la funcionalidad entre el espacio y el suelo, o entre los nodos del sistema terrestre. Esta falta de apertura arquitectónica conduce a:
- falta de interoperabilidad entre agencias;
- falta de reutilización entre misiones y sistemas terrestres;
- aumento del costo del desarrollo y despliegue específicos de la misión;
- indisponibilidad de herramientas comerciales genéricas;
- incapacidad para reemplazar la tecnología de implementación sin un rediseño importante del sistema;
- falta de concordancia operativa entre los sistemas de misión, aumento de los costos de capacitación.
El resultado son muchas infraestructuras de sistemas paralelos que son específicas de una familia determinada de naves espaciales o agencia operativa, con pocas perspectivas de fertilización cruzada entre ellas.
El enfoque del marco de servicios
La arquitectura orientada a servicios (SOA) está reemplazando gradualmente a la arquitectura monolítica como el principio de diseño principal para nuevas aplicaciones tanto en sistemas privados como distribuidos. Es uno de los principios de diseño fundamentales de las aplicaciones distribuidas en red donde las interfaces, tanto las operaciones como los objetos de datos, deben estar bien definidas ya que los clientes suelen ser heterogéneos. SOA es un enfoque para el diseño de sistemas que no se basa en la especificación de un sistema integrado monolítico, sino en la identificación de componentes modulares más pequeños que se comunican solo a través de interfaces de servicio abiertas y publicadas.
El SM&C WG está definiendo un conjunto de servicios estándar, que constituye un marco que permite ensamblar muchos sistemas similares a partir de componentes "plug-in" compatibles. Estos componentes pueden ubicarse en cualquier lugar, siempre que estén conectados a través de una infraestructura común. Esto permite que los componentes se reutilicen en diferentes implementaciones específicas de la misión: entre agencias, entre misiones y entre sistemas.
Si los servicios se especifican directamente en términos de una implementación de infraestructura específica, entonces están vinculados a esa tecnología. En cambio, al colocar los servicios en capas, las especificaciones del servicio pueden independizarse de la tecnología subyacente. Los adaptadores de tecnología específicos permiten la implementación del marco de servicio sobre esa tecnología. Esto, a su vez, hace posible reemplazar la implementación de infraestructura así como las implementaciones de componentes. También es posible establecer un puente transparente entre diferentes implementaciones de infraestructura, cuando sean apropiadas para diferentes entornos de comunicaciones (por ejemplo, espacial o terrestre) o simplemente reflejen las opciones de implementación de diferentes agencias.
NOTA: Los componentes enchufables se comunican solo a través de interfaces de servicio estándar a través de una infraestructura común. El marco de servicios en sí mismo está estratificado y es independiente de la implementación de la infraestructura subyacente.
También es importante señalar que el enfoque no prescribe los componentes en sí ni su implementación. Solo las interfaces de servicio entre componentes están estandarizadas. Esto permite la innovación, la especialización y la diferenciación en los componentes, al tiempo que garantiza que puedan integrarse rápidamente en un sistema. Sin embargo, para que el marco de servicios sea eficaz, debe garantizar que la información significativa asociada con las operaciones de la misión se pueda intercambiar a través de las interfaces de servicio, no solo datos. El marco de servicio también debe respetar los sistemas heredados. Cuando un sistema heredado integrado realiza la función de varios componentes del marco de servicios, no es necesario cambiar su arquitectura e implementación internas. Solo las interfaces que expone a otros sistemas deben estar "envueltas" para que sean compatibles con las interfaces de servicio correspondientes. El marco de servicios ofrece una gama de interfaces interoperables, entre las que se puede seleccionar la más adecuada: el cumplimiento no depende de que se admitan todas. De esta manera, los sistemas heredados se pueden reutilizar junto con otros componentes compatibles para construir un sistema específico para una misión. El enfoque pretende ser evolutivo y no revolucionario.
Capa de servicios
Una característica clave del marco de servicios de operaciones de la misión [1] es la estratificación de los servicios. Si bien hay una gama de servicios potenciales identificados que corresponden a diferentes tipos de información de operaciones de misión que se intercambian dentro de un sistema (parámetros de estado, acciones de control, datos orbitales, cronogramas de misión, etc.), estos servicios de nivel de aplicación se implementan en términos de un conjunto más pequeño de patrones de interacción genéricos que permiten observar el estado actual, invocar operaciones y transferir datos masivos. Esto tiene dos ventajas clave: es intrínsecamente extensible, ya que los nuevos servicios se pueden superponer a los servicios comunes existentes; y la inversión realizada en aplicaciones de Operaciones de Misión está aún más aislada de la tecnología de implementación. Los adaptadores de tecnología permiten cambiar (o puentear) la infraestructura de comunicaciones subyacente con un impacto mínimo en las aplicaciones mismas. Esto mejora la capacidad de mantenimiento a largo plazo, ya que las misiones a menudo sobreviven a la tecnología terrestre utilizada para implementarlas inicialmente.
Los niveles del marco de servicios de operaciones de la misión [1] son:
- La capa de servicios de operaciones de misión (MO) (que incluye los servicios comunes de MO)
- La capa de abstracción de mensajes (MAL)
- Una capa de transporte de mensajes
La interfaz entre cada capa se define en los estándares CCSDS y, por lo tanto, las implementaciones de cada capa se pueden reemplazar sin cambiar a otro software.
Beneficios potenciales
La estandarización de un marco de servicios de operaciones de la misión [1] ofrece una serie de beneficios potenciales para el desarrollo, despliegue y mantenimiento de la infraestructura de operaciones de la misión:
- mayor interoperabilidad entre agencias, a nivel de naves espaciales, cargas útiles o componentes de infraestructura del segmento terrestre
- estandarización de las interfaces de infraestructura, incluso dentro de las agencias, lo que lleva a la reutilización entre misiones y la capacidad de establecer una infraestructura común para múltiples misiones, lo que reduce los costos de capacitación de los equipos operativos y el tiempo para preparar nuevas misiones
- estandarización de interfaces operacionales para naves espaciales de diferentes fabricantes
- Reducción del costo de implementación para misiones específicas mediante la integración de componentes reutilizables.
- capacidad para seleccionar el mejor producto para una tarea determinada entre una gama de componentes compatibles
- Mayor flexibilidad en los límites de implementación: las funciones se pueden migrar más fácilmente entre sitios del segmento terrestre o incluso desde el suelo al espacio.
- estandarización de un número limitado de servicios en lugar de un gran número de interfaces específicas entre componentes
- Mayor competencia en la provisión de herramientas comerciales, lo que lleva a la reducción de costos y la independencia del proveedor.
- mejor capacidad de mantenimiento a largo plazo, a través de la evolución del sistema a lo largo de la vida útil de la misión mediante el reemplazo de componentes e infraestructura.
Operaciones de la misión
El término operaciones de misión (MO) se utiliza para referirse al conjunto de actividades necesarias para operar naves espaciales y sus cargas útiles. Incluye:
- seguimiento y control de los subsistemas y cargas útiles de la nave espacial
- análisis e informes del rendimiento de las naves espaciales
- planificación, programación y ejecución de las operaciones de la misión
- Determinación de órbita y actitud, predicción y preparación de maniobras.
- gestión de software a bordo (carga y descarga)
- entrega de productos de datos de misión.
Por lo general, se consideran funciones del Centro de control de la misión (MCC) y las realiza el equipo de operaciones de la misión, con el apoyo del Sistema de operaciones de la misión. MO incluye la capacidad de archivar y distribuir datos de operaciones de la misión. Si bien esto puede incluir el manejo de productos de datos de la misión, las actividades específicamente relacionadas con la explotación de los datos de la misión (como el procesamiento, el archivo y la distribución de datos específicos de la misión) se consideran fuera del alcance de MO. Cada vez más, las funciones de MO pueden distribuirse entre agencias colaboradoras y sitios del segmento terrestre, o delegarse parcialmente a funciones autónomas a bordo de la propia nave espacial. MO Service Framework se ocupa de la interacción de un extremo a otro entre el software de la aplicación MO, dondequiera que resida dentro del sistema espacial. En concreto, no se ocupa de la prestación de servicios para el transporte o la persistencia (almacenamiento) de datos. Sin embargo, es un usuario de dichos servicios.
Ver también
Referencias
[1] Concepto de servicios de operaciones de la misión. CCSDS 520.0-G-3. Libro Verde. Número 3. Diciembre de 2010 https://web.archive.org/web/20130531013416/http://public.ccsds.org/publications/archive/520x0g3.pdf