DTN協(xié)議在空間信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探究

作者/李鵬飛,河南省南陽(yáng)市第五中學(xué)校三年級(jí)A03班

DTN協(xié)議在空間信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探究

作者/李鵬飛,河南省南陽(yáng)市第五中學(xué)校三年級(jí)A03班

通過(guò)閱讀資料可以發(fā)現(xiàn)，近幾年我國(guó)航天事業(yè)得到了快速發(fā)展，傳統(tǒng)空間信息傳輸已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足復(fù)雜空間在具體操作過(guò)程中的各項(xiàng)需求，因此為了確保航天信息的獲取、存儲(chǔ)、分發(fā)的合理性，構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)是必要的，其也是推進(jìn)信息化進(jìn)程的關(guān)鍵，因此加強(qiáng)對(duì)該方面知識(shí)的了解，對(duì)日后計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)有著巨大幫助。

DNT協(xié)議；空間信息網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用探究

DTN是Delay Tolerant Networks的縮寫(xiě)，即時(shí)延容忍網(wǎng)絡(luò)。在特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)情況十分常見(jiàn)，而一旦網(wǎng)絡(luò)粗線(xiàn)斷開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文傳輸無(wú)法確保端到端路徑，該類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)作延容忍網(wǎng)絡(luò)。

1.DTN發(fā)展空間及相關(guān)應(yīng)用

■1.1 發(fā)展空間

DTN作為一種新興領(lǐng)域，其是位于區(qū)域網(wǎng)絡(luò)上的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，在具體處理過(guò)程中，受限網(wǎng)絡(luò)會(huì)頻繁斷開(kāi)，并且會(huì)伴隨著異構(gòu)性和高延遲等各項(xiàng)問(wèn)題的發(fā)生[1]。從目前的情況來(lái)看，DTN研究熱點(diǎn)主要集中在機(jī)會(huì)主義路由、網(wǎng)絡(luò)安全、擁塞控制等多個(gè)方面。

■1.2 相關(guān)應(yīng)用

DTN潛在應(yīng)用領(lǐng)域，例如車(chē)載網(wǎng)絡(luò)、IPN等受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。DTN對(duì)端到端連接和節(jié)點(diǎn)資源，有一種限時(shí)網(wǎng)絡(luò)解決方案，因此在具體應(yīng)用過(guò)程中，可以完成異步效益?zhèn)鬟f。隨著人們對(duì)DTN的研究與發(fā)展的深入，將會(huì)對(duì)航天通信、災(zāi)難恢復(fù)等不同領(lǐng)域的消息交互提供技術(shù)和科學(xué)理論支持，并且可以推動(dòng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信向融合化、智能化等方向發(fā)展。

2.DNT的主要特點(diǎn)

■2.1 節(jié)點(diǎn)資源有限

通過(guò)學(xué)習(xí)與課外資料閱讀可以發(fā)現(xiàn),DTN網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常會(huì)分布在戰(zhàn)場(chǎng)、深空等特殊環(huán)境中，因此其節(jié)點(diǎn)將會(huì)受到重量和體積兩者的雙重限制，這也直接導(dǎo)致其在電源以及其它各種設(shè)備的攜帶受到一定程度限制，同時(shí)也限制了其應(yīng)用效能，因此在節(jié)點(diǎn)的處理上，需要采用一定的策略，達(dá)到節(jié)省資源使用量的目的，這也將會(huì)對(duì)鏈路性能造成一定影響。

■2.2 連接間接性

導(dǎo)致DTN網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)間接性的原因種類(lèi)有很多，例如當(dāng)前是不存在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的端到端路徑，為了減少電能消耗量，暫時(shí)將電源關(guān)閉，由于節(jié)點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)，引起拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變，以上情況的出現(xiàn)，都會(huì)導(dǎo)致連接中斷情況的發(fā)生。網(wǎng)絡(luò)中斷通常都具有一定的規(guī)律性，例如衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，也有部分網(wǎng)絡(luò)終端是隨機(jī)的，比較常見(jiàn)的有傳感器網(wǎng)絡(luò)[2]。

■2.3 非對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)速率

非對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)速率表示輸入和輸出流量?jī)烧叩乃俾蚀嬖谳^大差異。DTN網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的傳輸通常都為雙向的，并且速率非對(duì)稱(chēng)，空間任務(wù)完成時(shí)，通常情況下，雙向速率比能夠得到1000：1，差距之大顯而易見(jiàn)。

■2.4 低信噪比和高誤碼率

在DTN網(wǎng)絡(luò)中，受整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響，低信噪比將會(huì)引起信道中的信號(hào)出現(xiàn)較高的誤碼率，這對(duì)大地信號(hào)接收端信號(hào)的恢復(fù)與解碼都會(huì)產(chǎn)生不同程度影響。

3.DTN協(xié)議體系需求與設(shè)計(jì)

發(fā)展天地一體化空間信息網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)階段是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展中的重點(diǎn)內(nèi)容。但是，從實(shí)際情況來(lái)看，空間信息網(wǎng)路所處的環(huán)境十分復(fù)雜，并且鏈路傳輸過(guò)程中會(huì)存在較大延遲、數(shù)據(jù)效率低等特點(diǎn)，因此會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)終端失效等情況，這也是比較典型的“受限網(wǎng)絡(luò)”，假設(shè)TCP/IP協(xié)議會(huì)發(fā)生急劇惡化情況。因此，我國(guó)研究人員，在對(duì)國(guó)外現(xiàn)有CCSDS（國(guó)際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢(xún)委員會(huì)） DTN 協(xié)議架構(gòu)與規(guī)范的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了符合我國(guó)空間信息網(wǎng)絡(luò)，并且可以實(shí)現(xiàn)“集成”多種網(wǎng)路技術(shù)的協(xié)議體系框架，這也是目前我國(guó)空間信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的核心問(wèn)題。從目前我國(guó)的具體情況來(lái)看，我國(guó)在CCSDS DNT協(xié)議體系的需求，主要體現(xiàn)在任務(wù)需求、傳輸方式、服務(wù)質(zhì)量等方面上。

通過(guò)對(duì)相關(guān)研究人員的研究結(jié)果進(jìn)行了解，可以發(fā)現(xiàn)為了滿(mǎn)足以上需求，CCSDS DNT協(xié)議體系需要具有層次化特征，數(shù)據(jù)傳輸要經(jīng)過(guò)協(xié)議棧封裝和控制，底層操作對(duì)上層應(yīng)用為透明的。因此，為了確保傳輸效率、服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)安全，需要依據(jù)我國(guó)的具體情況，制定符合我國(guó)空間信息網(wǎng)絡(luò)的體系方案[3]。由于地面段、空間段、航天器都可以應(yīng)用不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此將DTN協(xié)議覆蓋在傳輸層上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下層差異的屏蔽，使系統(tǒng)的兼容性得到了進(jìn)一步提升。傳輸層中包含許多協(xié)議，以L(fǎng)TP、UDP、TCP等協(xié)議為主，而在網(wǎng)絡(luò)層中，同時(shí)包含IP協(xié)議和SPP空間包協(xié)議，從而使該協(xié)議體系可以兼容互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組和CCSDS標(biāo)準(zhǔn)。同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)“域”之間的連接通過(guò)DTN網(wǎng)關(guān)完成。

相關(guān)研究人員對(duì)我國(guó)未來(lái)空間信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)火星進(jìn)行探測(cè)的具體應(yīng)用情況進(jìn)行了構(gòu)想[4]。其由地面網(wǎng)絡(luò)、地球空間信息網(wǎng)絡(luò)、火星通信衛(wèi)星、火星探測(cè)車(chē)四部分共同構(gòu)成，最終形成一個(gè)閉環(huán)傳輸網(wǎng)絡(luò)，火星探通信衛(wèi)星為中繼節(jié)點(diǎn)，然后將信息傳輸給地球空間信息網(wǎng)絡(luò)，最后轉(zhuǎn)發(fā)給地面站。在整體體系中，控制中心、地球空間信息網(wǎng)絡(luò)地面站都支持DTN；而位于地面段的網(wǎng)絡(luò)則通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的連接。

火星網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備探測(cè)，可以為單一著陸器，也可以為多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人共同構(gòu)成的IP網(wǎng)絡(luò)或Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。在具體運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)空間段的每一跳，傳輸層都采用的都為L(zhǎng)TP協(xié)議，而物理層和數(shù)據(jù)鏈路層在具體運(yùn)行過(guò)程中，采用的都為CCSDC定義的物理層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。

4.結(jié)束語(yǔ)

DNT協(xié)議在空間信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，人們對(duì)其的研究也來(lái)越深入，針對(duì)其研究的資料逐漸增多，在對(duì)其內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，可以通過(guò)閱讀大量的知識(shí)獲取。針對(duì)DTN協(xié)議的學(xué)習(xí)并不是一朝一夕完成的，需要日積月累，不斷完善，增加自身知識(shí)的儲(chǔ)備量，從而為日后的學(xué)習(xí)與研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

＊ [1]楊志華,袁鵬,張欽宇. 空間互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議技術(shù)及應(yīng)用[J]. 中興通訊技術(shù),2016,(04):46—48.

＊ [2]陳運(yùn)軍. 空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展分析與建議[J]. 飛行器測(cè)控學(xué)報(bào),2016,(02):153—160.

＊ [3]燕洪成,張慶君,孫勇. 空間延遲/中斷容忍網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略研究[J]. 通信學(xué)報(bào),2016,(01):142—150.

＊ [4]周紅彬,李勇,吳靜,等. 異構(gòu)協(xié)議空間信息網(wǎng)絡(luò)的DTN互聯(lián)方法研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2015,05:734—738.