星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的應(yīng)用

唐海洋

（湖南省武岡市第二中學(xué) 422000）

星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的應(yīng)用

唐海洋

（湖南省武岡市第二中學(xué) 422000）

星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的誕生有效解決了傳統(tǒng)通信模式在太空探測(cè)領(lǐng)域中應(yīng)用的不足，不僅可以保證服務(wù)質(zhì)量，還可以節(jié)約資金。本文主要針對(duì)星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用進(jìn)行分析。

星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

近年來(lái)，各個(gè)國(guó)家都在太空探測(cè)領(lǐng)域上投入了大量的人力、物力和財(cái)力，學(xué)者也發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的航空航天通信技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)深空測(cè)探技術(shù)的發(fā)展，這種傳統(tǒng)地面控制與飛行器單一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)瀕臨淘汰，星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的誕生有效解決了傳統(tǒng)通信模式的弊端。

1 星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的結(jié)構(gòu)分析

星際網(wǎng)絡(luò)（IPN）可以將探測(cè)器、飛行器、登陸車燈裝置與太空探測(cè)對(duì)象聯(lián)合起來(lái)，是一種新型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有IPN體系的設(shè)計(jì)參考了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，借鑒了現(xiàn)有的開(kāi)放性協(xié)議互操作標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以保證服務(wù)質(zhì)量，還可以節(jié)約資金。星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的結(jié)構(gòu)的核心包括三個(gè)子網(wǎng)：

①星際骨干網(wǎng)：該種網(wǎng)絡(luò)可以為地球、衛(wèi)星、太空探測(cè)器提供一個(gè)穩(wěn)定的通信設(shè)施，還可以在其他的深空通信領(lǐng)域中傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；②行星網(wǎng)絡(luò)：行星網(wǎng)絡(luò)包括表面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與行星衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組成，可以為行星表面網(wǎng)以及星際骨干網(wǎng)提供信息服務(wù)，行星網(wǎng)絡(luò)可以用作無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用非常廣泛；③星際外延網(wǎng)：星際外延網(wǎng)可以為太空探測(cè)器、太空飛行器與軌道空間站提供信息服務(wù)，有著良好的通信能力，可以節(jié)約大量的資源。

2 星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的應(yīng)用

傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議性能不佳，如果將其應(yīng)用在星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議中，無(wú)法滿足通信要求，為此，必須要對(duì)傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行完善，這可以采用兩種方式：①對(duì)傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，但是該種方式無(wú)法改變通信協(xié)議棧，因此，一般很少使用；②放棄傳統(tǒng)的TCP/IP通信協(xié)議棧，設(shè)計(jì)新的協(xié)議體系，該種新型協(xié)議體系是基于星際網(wǎng)絡(luò)通信的使用要求來(lái)設(shè)計(jì)，雖然應(yīng)用范圍更廣，但是無(wú)法借鑒現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。但是，實(shí)踐證實(shí)，在星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的應(yīng)用中，無(wú)論怎樣進(jìn)行修改，都無(wú)法取得理想的通信效果，因此，有必要建立全新的協(xié)議棧，使其更好的適應(yīng)星際網(wǎng)絡(luò)通信的要求。目前，常用的協(xié)議類型有幾種：

2.1 行星網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

行星網(wǎng)絡(luò)與星際骨干網(wǎng)絡(luò)之間的通信環(huán)境是不同的，從全世界范圍來(lái)看，還有大量的地區(qū)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，而衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用則為寬帶的接入提供了良好的解決方案。與寬帶網(wǎng)絡(luò)相比，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大，不會(huì)受到自然災(zāi)害與地理?xiàng)l件的影響，通信容量大、通信質(zhì)量高，目前，各個(gè)國(guó)家都在研究衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)之間的整合，讓網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議可以在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中得到普及。

例如，在TP-Planet中，為了解決網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降的問(wèn)題，研究人員提出了AIMD擁塞控制機(jī)制，利用新增擁塞窗口算法來(lái)替代傳統(tǒng)的算法，提升了鏈路資源的利用率，避免由于鏈路錯(cuò)誤引發(fā)錯(cuò)誤判斷，提升了計(jì)算的準(zhǔn)確性。

此外，還可以使用分段TCP協(xié)議，雖然在經(jīng)過(guò)修改后，TCP協(xié)議可以應(yīng)用在星際網(wǎng)絡(luò)中，但是在部分特殊情況下，即便是最優(yōu)化的協(xié)議，也無(wú)法取得理想的效果，為此，可以采用分段TCP協(xié)議。其中代表性的有三類：假冒TCP協(xié)議，在該種方式中，TCP與一端網(wǎng)關(guān)連接，網(wǎng)關(guān)可以通知衛(wèi)星主機(jī)，分析出數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康牡?；分離TCP協(xié)議，在該種協(xié)議中，TCP協(xié)議的連接是經(jīng)過(guò)分段處理的，產(chǎn)生分段的網(wǎng)關(guān)需要啟用全新的TCP連接；瀏覽器緩存，如果將用戶直接接入到瀏覽器環(huán)境中，那么瀏覽器緩存即可將TCP連接分割開(kāi)來(lái)。但是分段技術(shù)的應(yīng)用也存在顯著的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)傳輸性是否可靠，路由復(fù)雜性大大增加、資源開(kāi)銷增加等等，且數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)加密處理后，就不適宜再采用該種方案了。

2.2 DTNRG通信協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

雖然CCSDS的通信方案是切實(shí)可行的，但它的一個(gè)缺點(diǎn)是必須根據(jù)不同的通信環(huán)境人工選擇不同的通信協(xié)議。如果想讓通信協(xié)議自動(dòng)適應(yīng)不同的通信環(huán)境，就必須有一個(gè)高度優(yōu)化的局部網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧。人們發(fā)現(xiàn)容忍延遲網(wǎng)絡(luò)為這一難題提供了很好的解決方案。容忍延遲網(wǎng)絡(luò)是一類特殊的網(wǎng)絡(luò)，在該類網(wǎng)絡(luò)中，端到端傳播時(shí)延很大且端到端的連接很難維持，通信鏈路具有很高的誤碼率和比特差錯(cuò)率，鏈路傳輸速率一般是不對(duì)稱的。星際網(wǎng)絡(luò)可以看做一類特殊的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)語(yǔ)

就現(xiàn)階段來(lái)看，關(guān)于星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議還沒(méi)有成熟的算法，雖然協(xié)議類型眾多，但是有著各自的不足，在未來(lái)階段下，研究人員要需要針對(duì)星際網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的應(yīng)用安全性與支撐網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入的研究。

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