DTN协议在空间信息网络中的应用探究

2017-12-30作者李鹏飞河南省南阳市第五中学校三年级A03班

电子制作 2017年6期

作者/李鹏飞,河南省南阳市第五中学校三年级A03班

DTN协议在空间信息网络中的应用探究

作者/李鹏飞,河南省南阳市第五中学校三年级A03班

通过阅读资料可以发现，近几年我国航天事业得到了快速发展，传统空间信息传输已经无法满足复杂空间在具体操作过程中的各项需求，因此为了确保航天信息的获取、存储、分发的合理性，构建一个系统平台是必要的，其也是推进信息化进程的关键，因此加强对该方面知识的了解，对日后计算机技术的学习有着巨大帮助。

DNT协议；空间信息网络；应用探究

DTN是Delay Tolerant Networks的缩写，即时延容忍网络。在特定的网络环境下，网络断开情况十分常见，而一旦网络粗线断开，网络中的报文传输无法确保端到端路径，该类型网络被称作延容忍网络。

1.DTN发展空间及相关应用

■1.1 发展空间

DTN作为一种新兴领域，其是位于区域网络上的覆盖网络，在具体处理过程中，受限网络会频繁断开，并且会伴随着异构性和高延迟等各项问题的发生[1]。从目前的情况来看，DTN研究热点主要集中在机会主义路由、网络安全、拥塞控制等多个方面。

■1.2 相关应用

DTN潜在应用领域，例如车载网络、IPN等受限网络环境。DTN对端到端连接和节点资源，有一种限时网络解决方案，因此在具体应用过程中，可以完成异步效益传递。随着人们对DTN的研究与发展的深入，将会对航天通信、灾难恢复等不同领域的消息交互提供技术和科学理论支持，并且可以推动未来网络通信向融合化、智能化等方向发展。

2.DNT的主要特点

■2.1 节点资源有限

通过学习与课外资料阅读可以发现,DTN网络经常会分布在战场、深空等特殊环境中，因此其节点将会受到重量和体积两者的双重限制，这也直接导致其在电源以及其它各种设备的携带受到一定程度限制，同时也限制了其应用效能，因此在节点的处理上，需要采用一定的策略，达到节省资源使用量的目的，这也将会对链路性能造成一定影响。

■2.2 连接间接性

导致DTN网络连接过程中经常出现间接性的原因种类有很多，例如当前是不存在两个节点的端到端路径，为了减少电能消耗量，暂时将电源关闭，由于节点发生移动，引起拓扑结构改变，以上情况的出现，都会导致连接中断情况的发生。网络中断通常都具有一定的规律性，例如卫星网络，也有部分网络终端是随机的，比较常见的有传感器网络[2]。

■2.3 非对称数据速率

非对称数据速率表示输入和输出流量两者的速率存在较大差异。DTN网络中，数据的传输通常都为双向的，并且速率非对称，空间任务完成时，通常情况下，双向速率比能够得到1000：1，差距之大显而易见。

■2.4 低信噪比和高误码率

在DTN网络中，受整体网络环境的影响，低信噪比将会引起信道中的信号出现较高的误码率，这对大地信号接收端信号的恢复与解码都会产生不同程度影响。

3.DTN协议体系需求与设计

发展天地一体化空间信息网络现阶段是我国航天事业发展中的重点内容。但是，从实际情况来看，空间信息网路所处的环境十分复杂，并且链路传输过程中会存在较大延迟、数据效率低等特点，因此会导致网络出现终端失效等情况，这也是比较典型的“受限网络”，假设TCP/IP协议会发生急剧恶化情况。因此，我国研究人员，在对国外现有CCSDS（国际空间数据系统咨询委员会） DTN 协议架构与规范的基础之上，设计了符合我国空间信息网络，并且可以实现“集成”多种网路技术的协议体系框架，这也是目前我国空间信息网络建设的核心问题。从目前我国的具体情况来看，我国在CCSDS DNT协议体系的需求，主要体现在任务需求、传输方式、服务质量等方面上。

通过对相关研究人员的研究结果进行了解，可以发现为了满足以上需求，CCSDS DNT协议体系需要具有层次化特征，数据传输要经过协议栈封装和控制，底层操作对上层应用为透明的。因此，为了确保传输效率、服务质量、网络安全，需要依据我国的具体情况，制定符合我国空间信息网络的体系方案[3]。由于地面段、空间段、航天器都可以应用不同网络技术，因此将DTN协议覆盖在传输层上，从而实现对下层差异的屏蔽，使系统的兼容性得到了进一步提升。传输层中包含许多协议，以LTP、UDP、TCP等协议为主，而在网络层中，同时包含IP协议和SPP空间包协议，从而使该协议体系可以兼容互联网工程任务组和CCSDS标准。同一网络节点“域”之间的连接通过DTN网关完成。

相关研究人员对我国未来空间信息网络对火星进行探测的具体应用情况进行了构想[4]。其由地面网络、地球空间信息网络、火星通信卫星、火星探测车四部分共同构成，最终形成一个闭环传输网络，火星探通信卫星为中继节点，然后将信息传输给地球空间信息网络，最后转发给地面站。在整体体系中，控制中心、地球空间信息网络地面站都支持DTN；而位于地面段的网络则通过IP网络实现相应的连接。

火星网络终端设备探测，可以为单一着陆器，也可以为多个移动机器人共同构成的IP网络或Ad Hoc网络。在具体运行过程中，针对空间段的每一跳，传输层都采用的都为LTP协议，而物理层和数据链路层在具体运行过程中，采用的都为CCSDC定义的物理层协议和数据链路层协议。