星际网络通信协议的应用

2016-03-14唐海洋

大科技 2016年35期

关键词：卫星网络通信协议星际

唐海洋

（湖南省武冈市第二中学 422000）

星际网络通信协议的应用

唐海洋

（湖南省武冈市第二中学 422000）

星际网络通信协议的诞生有效解决了传统通信模式在太空探测领域中应用的不足，不仅可以保证服务质量，还可以节约资金。本文主要针对星际网络通信协议的结构与应用进行分析。

星际网络通信协议；结构；应用

近年来，各个国家都在太空探测领域上投入了大量的人力、物力和财力，学者也发现，传统的航空航天通信技术已经难以适应深空测探技术的发展，这种传统地面控制与飞行器单一的点对点通信技术濒临淘汰，星际网络通信协议的诞生有效解决了传统通信模式的弊端。

1 星际网络通信协议的结构分析

星际网络（IPN）可以将探测器、飞行器、登陆车灯装置与太空探测对象联合起来，是一种新型的互联网络，现有IPN体系的设计参考了传统网络体系结构，借鉴了现有的开放性协议互操作标准，不仅可以保证服务质量，还可以节约资金。星际网络通信协议的结构的核心包括三个子网：

①星际骨干网：该种网络可以为地球、卫星、太空探测器提供一个稳定的通信设施，还可以在其他的深空通信领域中传输网络节点；②行星网络：行星网络包括表面网络节点与行星卫星网络组成，可以为行星表面网以及星际骨干网提供信息服务，行星网络可以用作无线骨干网络，应用非常广泛；③星际外延网：星际外延网可以为太空探测器、太空飞行器与轨道空间站提供信息服务，有着良好的通信能力，可以节约大量的资源。

2 星际网络通信协议的应用

传统TCP/IP协议性能不佳，如果将其应用在星际网络通信协议中，无法满足通信要求，为此，必须要对传统的TCP/IP协议进行完善，这可以采用两种方式：①对传统TCP/IP协议进行优化，但是该种方式无法改变通信协议栈，因此，一般很少使用；②放弃传统的TCP/IP通信协议栈，设计新的协议体系，该种新型协议体系是基于星际网络通信的使用要求来设计，虽然应用范围更广，但是无法借鉴现有的网络协议，会耗费大量的人力、物力、财力。但是，实践证实，在星际网络通信协议的应用中，无论怎样进行修改，都无法取得理想的通信效果，因此，有必要建立全新的协议栈，使其更好的适应星际网络通信的要求。目前，常用的协议类型有几种：

2.1 行星网络通信协议

行星网络与星际骨干网络之间的通信环境是不同的，从全世界范围来看，还有大量的地区没有实现网络接入，而卫星网络的应用则为宽带的接入提供了良好的解决方案。与宽带网络相比，卫星网络覆盖面积大，不会受到自然灾害与地理条件的影响，通信容量大、通信质量高，目前，各个国家都在研究卫星网络与地面网络之间的整合，让网络通信协议可以在卫星网络的应用中得到普及。

例如，在TP-Planet中，为了解决网络吞吐量下降的问题，研究人员提出了AIMD拥塞控制机制，利用新增拥塞窗口算法来替代传统的算法，提升了链路资源的利用率，避免由于链路错误引发错误判断，提升了计算的准确性。

此外，还可以使用分段TCP协议，虽然在经过修改后，TCP协议可以应用在星际网络中，但是在部分特殊情况下，即便是最优化的协议，也无法取得理想的效果，为此，可以采用分段TCP协议。其中代表性的有三类：假冒TCP协议，在该种方式中，TCP与一端网关连接，网关可以通知卫星主机，分析出数据传输的目的地；分离TCP协议，在该种协议中，TCP协议的连接是经过分段处理的，产生分段的网关需要启用全新的TCP连接；浏览器缓存，如果将用户直接接入到浏览器环境中，那么浏览器缓存即可将TCP连接分割开来。但是分段技术的应用也存在显著的问题，如数据传输性是否可靠，路由复杂性大大增加、资源开销增加等等，且数据在经过加密处理后，就不适宜再采用该种方案了。

2.2 DTNRG通信协议体系结构

虽然CCSDS的通信方案是切实可行的，但它的一个缺点是必须根据不同的通信环境人工选择不同的通信协议。如果想让通信协议自动适应不同的通信环境，就必须有一个高度优化的局部网络通信协议栈。人们发现容忍延迟网络为这一难题提供了很好的解决方案。容忍延迟网络是一类特殊的网络，在该类网络中，端到端传播时延很大且端到端的连接很难维持，通信链路具有很高的误码率和比特差错率，链路传输速率一般是不对称的。星际网络可以看做一类特殊的容忍延迟网络。