面向物聯網的近地軌道超大規模衛星星座數據命名機制

羅鴻秋，胡圣波，2*

面向物聯網的近地軌道超大規模衛星星座數據命名機制

羅鴻秋1，胡圣波1，2*

（1.貴州師范大學 智能信息處理研究所，貴陽 550001；2.貴州省教育廳射頻識別與傳感網絡工程中心（貴州師范大學），貴陽 550001）（ ? 通信作者電子郵箱hsb@nssc.ac.cn）

基于信息中心網絡（ICN）的近地軌道（LEO）超大規模衛星星座是一種支持物聯網（IoT）非常理想的網絡架構，而數據命名是ICN基本問題之一。針對IoT低時延傳輸、高吞吐量的數據分發的需要，提出了一種基于ICN的面向IoT的LEO超大規模衛星星座數據命名機制。首先，該數據命名機制采用一種融合分層、多分量、哈希的扁平一體結構。然后，采用前綴標記描述分層名稱，滿足網內功能中多源快速檢索的需要。最后，為檢驗所提數據命名機制的性能，設計開發了一個基于網絡仿真器3（NS-3）的面向IoT的LEO超大規模衛星星座仿真平臺。測試仿真結果表明，與傳統的基于互聯網協議（IP）的體系結構相比，所提出的數據命名機制能夠為面向IoT的LEO超大規模衛星星座提供高吞吐量和低延時等更高的服務質量（QoS）。

近地軌道；超大規模衛星星座；信息中心網絡；數據命名機制；物聯網

0 引言

近年來，對高數據速率應用、大規模連接、通用互聯網接入和無線自組網（Wireless Ad-hoc Network， WANET）的需求不斷增長，使得小衛星在許多領域包括物聯網（Internet of Things， IoT）等得到越來越多的關注。例如，實用的分離式衛星（Departural SATellite， D-SAT）項目采用立方衛星（Cubesat）已完成其覆蓋范圍內傳感數據的廣播測試［1-2］。與此同時，由于第五代移動通信（Fifth Generation mobile communications， 5G）還不能實現全球的無縫覆蓋，超5代移動通信（Beyond Fifth Generation mobile communications， B5G）和第六代移動通信（Sixth Generation mobile communications， 6G）的一個重要發展趨勢就是天地一體化網絡［3-4］。實際上，第三代合作伙伴計劃（Third Generation Partnership Project， 3GPP）工作組已開始了這方面的工作［5］。

相較于地面通信，衛星通信的一大優勢是覆蓋范圍廣，這對于具有超大規模接入設備的大規模機器類型通信（Massive Machine Type Communication， MMTC）類業務即物聯網業務特別有利［6］。3GPP工作組研究了中地球軌道（Medium Earth Orbit， MEO）、地球同步軌道（Geosynchronous Earth Orbit， GEO）、近地軌道（Low Earth Orbit， LEO）這三種軌道的衛星網絡，LEO衛星網絡因其更低的時延成為時延敏感業務、支持新空口（New Radio， NR）的重要選擇。但LEO衛星飛行速度快、覆蓋時間短，要求空間段必須密集部署，以保證地面終端每個時刻至少有一個衛星覆蓋［6］。因此，借助小衛星技術的逐漸成熟，LEO超大規模衛星星座，即由多個衛星軌道面、上百顆小衛星組成的衛星系統，已成為B5G和6G關注的熱點［6-7］，而研究面向物聯網的LEO超大規模衛星星座更是成為產業界、學術界的共同目標［8-11］。

近幾年，隨著物聯網的發展和物聯網接入設備數的爆炸式增長，產生的海量大數據對如何高效實現數據分發和靈活路由對以傳輸控制協議/互聯網協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol， TCP/IP）為基礎的網絡架構提出了嚴峻挑戰［12-13］，其中之一就是如何給IoT接入設備分配互聯網協議（Internet Protocol， IP）地址。由于IPv4地址空間已經耗盡，未來IPv6地址空間也將耗盡，而且IPv6地址過長，并不適合包括無線傳感器等數十億級面向約束（功耗、存儲、大小）設備的接入［14-16］。當然，從數據角度看，業務應用更關心數據本身，而不是數據源的地址。因此，近年來，從頭開始設計新的未來網絡架構成為業內特別關注的重要課題，其中信息中心網絡（Information-Centric Networking， ICN）就是里程碑式的理想解決方案［12-13］，在B5G和6G核心網、IoT等領域尤為受重視［17-19］。ICN網絡架構更為簡單、通用，其組網基于命名的內容目標完成，是接收驅動的模型，數據命名是ICN的基本問題之一，成為近年來的研究熱點［20］。命名數據網絡（Named-Data Networking， NDN）［21-22］則是ICN的實現，使用分層和人類可讀的名稱在網絡中傳輸內容。特別的，NDN的通信范例基于請求、響應模式，通過興趣和數據包使用簡化的基于拉的通信。此外，基于名稱的數據檢索，能夠消除對靜態位置和IP地址的依賴［23］。終端用戶只表達自己對給定內容的興趣，全網根據內容名的請求負責組織路由，并通過反向路徑向最終用戶傳遞內容。ICN特征主要包括與位置無關的命名功能、基于命名的路由、網內緩存、內容自生等，支持移動和多歸屬業務［24］。

可見，ICN是面向數據的網絡，采用數據名稱作為主要元素。因此，如何命名數據是ICN的關鍵問題。本文中，數據命名要與衛星IoT應用緊耦合，需能容易明確標識業務、內容和設備，滿足IoT設備和應用程序異構性的要求，實現不同供應商設備和跨域互操作，具有高效聚合、快速查找和標識動態內容的特性。此外，數據命名還要滿足動態路由組織、轉發、存儲等需要，文獻［25-26］中主要采用分層和扁平命名兩種方式：分層數據命名方式可讀性強，具有很好聚合性，有利于路由組織；扁平數據命名方式路由表查詢效率更高。為此，本文提出了一種融合分層、多分量和哈希（Hierarchical Multi-component Hash， HMcH）扁平一體的數據命名機制——ICN-HMcH。其中，分層-多分量部分包含數據類型、產生（空間、時間）和屬性等面向IoT應用的信息；哈希扁平部分則作為數據唯一標識信息，可滿足空間動態路由組織、轉發、存儲等需要，提高了網絡傳輸性能。

1 面向物聯網LEO超大規模衛星星座

1.1　LEO超大規模衛星星座網絡

5G時代的一個重要應用是萬物互聯，IoT通過機器類型通信（Machine Type Communication， MTC）、人機通信（Man-Machine Communication， MMC），實現人與物、物與物的互聯。IoT由感知層、傳輸層和應用層組成。一般地，感知層通過射頻識別（Radio Frequency IDentification， RFID）［27］、無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network， WSN）［28］、近距離無線通信（Near Field Communication， NFC）［29］、紅外等技術，采用藍牙、超帶寬（Ultra Wide Band， UWB）等短距離通信手段，實現物的感知和數據傳輸。傳輸層采用互聯網、公共移動通信技術（5G、6G）［30］以及WANET［31］、衛星網絡［32］、車載自組織網（Vehicular Ad-hoc NETwork， VANET）［33］等實現感知和采集數據的傳輸。在應用層則通過云計算［34］、大數據等方法完成數據處理和分析，為最終用戶提供服務。

B5G或6G則要求在天地一體化條件下實現萬物的無縫互聯，IoT業務傳輸要求實現低時延、高吞吐量。近年來，包括立方衛星（Cubesat）在內的小衛星技術迅猛發展，采用星間鏈路組網技術，面向物聯網LEO超大規模衛星星座，已得到全球的高度重視，如SpaceX、Amazon、OneWeb和我國的鴻云、鴻雁系統等，主要提供面向IoT應用的低時延、高帶寬的傳輸業務。衛星星座通常是由一些衛星環按一定方式配置組成的衛星網，可提供高性能、靈活的無線覆蓋和通信服務，實現全球連接，能夠滿足萬物互聯的需求。不同星座的技術參數和對地覆蓋情況如表1所示。

表1　不同星座技術參數

Iridium星座是LEO超大規模衛星組網的先驅，利用極地軌道，衛星通過星間鏈路（Inter-Satellite Link， ISL）相互通信。通過衛星可視化仿真軟件SaVi［35-36］給出擁有6軌道面的Iridium星座結構和對地覆蓋情況，如圖1所示。

綜上，由于擁有對地全覆蓋的特性，面向物聯網LEO超大規模衛星星座被認為是一種有前景的網絡體系結構，是地面IoT網絡的有力補充，可利用LEO超大規模衛星星座支持IoT市場的全球擴張，以提供高靈活性的獨特優勢。

圖1　Iridium星座結構及其對地覆蓋情況

1.2　LEO超大規模衛星星座星間鏈路

對于面向物聯網LEO超大規模衛星星座，通常使用圓形軌道，要求星間實現通信。根據LEO超大規模衛星星座拓撲特征，星間通信鏈路包括同一軌道面相鄰衛星間的鏈路和相鄰軌道面間的衛星鏈路。

1）衛星軌道根數。

其中是衛星矢徑的模。

圖3　、和的幾何關系

表2　Iridium星座衛星軌道根數

2）ISL分析。

星間通信鏈路包括同一軌道面間相鄰衛星的鏈路和相鄰軌道面間的衛星鏈路，因此，ISL分析考慮以下兩種情形。

情形一 同軌道面相鄰衛星間ISL。

將表3中相關參數代入，可計算得，，，從而。

情形二 相鄰軌道面相鄰衛星間ISL。

相鄰軌道面間ISL包括通信距離近的鏈路和通信距離遠的鏈路，因此，ISL分析考慮如下兩種情況。

① 通信距離最近ISL。

圖5　相鄰軌道面間通信距離最近的ISL

② 通信距離最遠ISL。

圖6　相鄰軌道面間通信距離最遠的ISL

2 數據命名機制的設計

2.1　ICN

ICN被認為是未來網絡的發展方向［38］，作為網絡服務提供對命名數據的訪問，能夠服務于對命名數據的本地請求，意味著網絡節點可以接收對命名數據的請求，并根據需要執行動作，例如，將請求轉發到合適的下一跳。因此，路徑上的每個網絡節點都能夠執行轉發決策、緩存內容等，網絡能夠在最佳路徑轉發請求。

作為ICN的實現，NDN基于請求-響應模式，數據命名采用分層名稱結構，根據內容本身進行命名。NDN由請求者和內容提供者兩部分組成，通過興趣包和數據包進行通信。數據檢索模型遵循興趣、數據流平衡的原則。請求者若請求某內容，產生帶有相應內容名稱的興趣包，通過網絡轉發到達存有此內容的節點，此節點收到興趣包后，沿反向路徑返回相應名稱的數據包。

可見，命名數據內容是關鍵概念。一般來說，ICN名稱既不代表網絡節點，也不表示接口，而是代表獨立于其位置的網絡節點，這非常適合于IoT應用中遵循面向內容原則的使用模式［39］。正因為ICN通過簡單的數據訪問，可減少數據傳輸時延和數據發布者負載［13］，在快速高效數據傳輸和可靠性方面的明顯優勢使其成為IoT應用中極具前景的網絡模式。因此，在超大規模衛星星座IoT架構中，采用ICN和適宜的內容命名模式，將非常有利于提高數據的傳輸效率和網絡性能。

2.2　數據命名機制

本文提出的ICN-HMcH數據命名機制將分層、多分量的特征整合到一個多分層結構中，采用基于前綴的分層思想，并結合基于LEO衛星星座的IoT業務屬性。

圖7給出了ICN-HMcH自頂向下多層命名結構，采用四層結構，以識別不同應用程序的語義。1）根前綴層：定義發布信息標志和多源信息請求標志。2）任務類型層：定義LEO物聯網數據命名空間，基于執行的請求提出兩類，一類是按需檢索數據和內容提取，另一類是對傳輸的數據進行路由轉發或者緩存。3）服務類型層：定義執行的業務類別，如傳輸數據、視頻或語音等。4）網內功能和本地節點標識層：標識所使用的網內功能，以允許從多個來源檢索數據。

圖7　ICN-HMcH多層多組件名稱設計

除多層設計外，ICN-HMcH命名機制在每一級使用一組屬性值描述不同的內容/服務屬性，如操作類型、安全性等。其中一些命名必需存在，某些命名具有可選性或可動態生成。屬性值對在加強內容安全、保護用戶/通信隱私等方面發揮著重要作用，可保存為關鍵字。

根據ICN-HMcH自頂向下多層命名結構，給出數據傳輸過程內嵌形式的命名機制。結合文獻［40］中提出的面向未來深空探測的多源傳輸和本文面向物聯網LEO超大規模衛星星座的數據傳輸，按照功能劃分，各節點可以分為以下幾類：

1）內容提供者或發布者節點。此類節點將自身擁有的數據告知其他節點，并且在內容變更時及時發布內容更新通知。同時，對于請求者節點請求此數據，發布者節點執行數據源功能并提供下載源。

2）轉發節點。此類節點負責數據接收和轉發，要求能夠連接網絡中大部分節點，匯總各類內容信息，發揮中繼作用，并轉發數據，如每顆衛星都可充當轉發節點，尤其在進行切換衛星時。

3）請求者節點。當需要獲取大量數據，同時又希望獲悉網絡其他節點分布信息時，此類節點發送內容請求。網絡中的轉發節點獲得內容響應，解析獲取內容塊和節點信息，之后多路并發將數據傳輸至請求者節點。此外，請求者節點也可以是發布者節點身份，公布本地存儲的內容，供其他請求者節點直接從此節點進行內容訪問。

由此，數據傳輸可分為3個步驟［40］：

1）信息發布。

內容提供者節點發布本地存儲的內容，內容發布過程發生在任意時刻，內容在發布過程中被分為若干個塊，分塊信息存儲于每個內容塊。發布信息名稱模式為/Publish/Data/Prefix/Version/Timestamp/Number/Host-B/，“Publish”字段告知轉發節點此類數據請求是發布式推送信息，“Data”表示數據標志，“Prefix”表示名稱前綴，“Version”表示數據類型，如視頻、語音或者文件等，“Timestamp”表示時間戳，“Number”表示文件塊序號信息，“Host-B”表示內容發布者的節點信息。

轉發節點接收內容請求，對名稱進行解析。首先判斷出請求內容為發布信息類型，然后對第二字段進行檢測，若為本地節點直接解析處理。解析同時，獲得請求內容的數據名、分塊序號和發布者節點信息，并整理緩存于內容存儲結構，形式如表3所示。若非本地節點，則按照轉發信息庫（Forwarding Information Base， FIB）的內容匹配轉發接口進行路由轉發。

表3　發布信息匯總

如果網絡中某節點擁有新內容，則通過以上流程發布數據。存在某些內容由于移動或者緩存替換策略而離開轉發節點服務范圍，導致此內容被刪除，那么內容提供者節點需向網絡發送對應的內容刪除信息，及時更新內容。

2）內容源信息獲取。

面向物聯網LEO超大規模衛星星座由于衛星的高動態性，數據傳輸存在多源。如果請求者節點想通過多源方式分塊請求獲取數據響應，生成多源信息請求名稱模式/Multi-homing/Data/Prefix/Version/Timestamp/Number1/Number2/，“Multi-homing”字段表示多源請求。普通興趣請求包廣播分發至各類網絡節點，而多源請求的轉發節點僅執行轉發功能，直至請求到達內容請求者節點。數據內容名稱及后面部分的結構與發布信息名稱模式類似。不同的是，信息請求名稱模式包含本地己存儲內容塊，用于告知內容提供者節點不需要再響應相關信息。

3）分塊數據請求下載。

內容提供者節點接收內容請求，對內容名稱進行解析，通過匯總信息查找條目，排除請求者已存儲的內容塊，打包其他內容塊序號、內容提供者內容信息和分塊信息作為響應。請求者節點獲得回復數據包，將內容信息的名稱、分塊序號信息整合自動生成普通請求包/Source/Host-A/Data/Prefix/Version/Timestamp/NumberX/。同時，多條路徑并行傳輸獲得需求數據，以此提升內容傳輸速率，減少內容提供者的負載。

3 仿真設置與結果分析

3.1　仿真平臺設計

NS-3仿真器是一種離散事件驅動的網絡仿真器，由相互依賴的模塊組成，如core模塊、network模塊、applications模塊、internet模塊、point-to-point模塊和ndnSIM模塊等，為網絡仿真提供了不同的功能。其中，ndnSIM模塊是基于NS-3的NDN最新仿真模塊，以模塊化方式實現NDN基本組件。當前的NS-3并未提供LEO衛星網絡仿真模塊［11］，也沒有LEO高速移動和用于星地通信的專用協議，如數字視頻廣播-通過衛星發送返回通道（Digital Video Broadcast-Secend generation Return Channel over Satellite， DVB-RCS2）。ndnSIM也只提供NDN協議的較低層支持，如內容存儲（Content Store， CS）、待定興趣表（Pending Interest Table， PIT）、FIB、轉發策略和緩存替換策略等［41］。因此，本文通過增加LEO衛星模塊擴展NS-3結構，開發了一個分層LEO超大規模衛星星座仿真平臺，如圖8所示。仿真平臺由基礎設施層、網絡模型層、網絡配置層和控制層這四層組成，支持三維位置和移動特性分析。

1）基礎設施層。主要包括LEO超大規模衛星星座和用于與衛星星座通信的地面站等。

2）網絡模型層。考慮網絡中軌道面的數量、每個軌道面的衛星數量、衛星星座軌道高度和ISL等構建LEO衛星星座移動模型。對于每根軌道面，最靠近赤道的衛星被選為“參考衛星”，根據前文1.2節的衛星幾何學分析，將參考衛星和相鄰軌道面最近的衛星間的位移用作增量，以自動確定軌道面中每隔一顆衛星的最近衛星。衛星初始位置根據各星座的軌道坐標設置，隨著時間的推移，衛星圍繞地球運行，并根據1.2節中ISL距離公式計算特定時間點上衛星間的距離。網絡模型層還合并了NS-3中的flow-monitor、point-to-point等模塊。其中：point-to-point模塊在兩個衛星節點間創建了整個仿真期間保持不變的軌道面內鏈路；csma模塊建立了動態的軌道面間衛星鏈路，以及地面站和衛星間的鏈路，且允許通過連接和分離功能實現動態鏈接；flow-monitor模塊允許在星地網絡中的所有節點上啟用流量監控，使用流量監控收集的數據包括數據包傳輸時延、吞吐量等。NS-3代碼中LEO超大規模衛星星座通信鏈路的時延使用光速和星地節點間的距離計算［42］。

3）網絡配置層。為LEO超大規模衛星星座配置廣播信道，為地面站模型配置請求者和內容提供者，對不同的網絡環境安裝相對應的NDN協議或者IP協議。

4）控制層。頂層控制首先應用相關的移動模型，對各軌道面和地面站中的衛星星座網絡節點進行組網。地面站和衛星間的通信是動態的，由于地面站保持靜止，當地面站更新連接衛星時需進行切換，以確保其仍連接到距離最近的衛星。其次，頂層控制負責維護和更新星間以及星地通信的鏈路。此外，頂層控制負責網絡中各節點間的數據包存儲以及路由。

圖8　LEO超大規模衛星星座仿真平臺框架

3.2　仿真場景和性能分析

3.2.1仿真場景

在NS-3環境下，利用LEO超大規模衛星星座仿真平臺，根據圖1的Iridium星座結構配置LEO超大規模衛星星座軌道數量、每個軌道面的衛星數量、軌道高度、同軌道面間衛星和相鄰軌道面間衛星的鏈路等參數，同時，保持動態ISL更新。采用表2中Iridium星座軌道坐標作為LEO超大規模星座的初始位置。

為簡化仿真模型，配置0號和1號地面站在地球上的位置為（31°N，3°E）、（148°N，99°E），分別位于13號和55號衛星的正下方，將0號地面站設置為興趣請求端，將1號地面站設置為數據響應端。地面站間的通信通過LEO超大規模衛星星座ISL實現多跳傳輸，如0號地面站上空的13號衛星將興趣請求分別通過23號衛星、44號衛星、54號衛星、55號衛星ISL傳輸至1號地面站，如圖9所示。

圖9　兩地面站的通信過程

3.2.2性能分析

星地通信業務包括傳輸文本、視頻或語音等，本文圍繞傳輸不同大小的文本型數據包分析傳輸的吞吐量和傳輸時延。星地之間鏈路傳輸速率為1.5 Mb/s，LEO超大規模星座相同軌道面和不同軌道面ISL傳輸速率為25 Mb/s［43］。

同時，為便于分析，本文分別采用基于IP地址的數據包和所提出的基于ICN-HMcH命名機制的數據包進行比較，即在LEO超大規模衛星星座場景中分別配置了IP協議和NDN協議。其中，基于ICN-HMcH命名機制的網絡環境中，內容存儲CS容量為10 000個數據包，使用默認的最近最少使用（Least Recent Used， LRU）緩存替換策略和默認的廣播路由策略。

此外，系統運行事件為2 000 s，每100 s更新一次鏈路，以每秒100包的頻率發送一次數據包。

1）吞吐量。

吞吐量以基于ICN-HMcH命名機制或者基于IP地址的數據包的傳輸速率來衡量。對于星地網絡傳輸的基于IP地址的數據包，吞吐量使用flow-monitor進行計算。對于基于ICN-HMcH命名機制的數據包，使用ndn：：L3RateTracer類計算每個節點的吞吐量。輸出可以在rate-trace.txt中看到，為可視化文本，使用Origin將文本轉換為圖形。

圖10給出了面向物聯網LEO超大規模衛星星座與地面站通信的吞吐量隨不同結構的數據包大小的變化情況。

圖10　兩種結構數據包的吞吐量變化

需要說明的是，圖9中的路由從0號地面站到1號地面站，期間經過了4跳ISL。從圖10可以看出，ICN-HMcH命名機制的體系結構可以顯著提高吞吐量。不管數據包有多大，基于ICN-HMcH命名機制的體系結構總是比基于IP地址的體系結構的吞吐量高54%，即針對不同IoT業務類型，本文提出的分層結構ICN-HMcH命名機制吞吐量性能更好。

2）時延。

基于ICN-HMcH命名機制的網絡中，端到端時延指一個興趣包從請求者傳輸到內容提供者或者數據包從內容提供者傳輸到請求者所需的時間。然而，基于IP地址的網絡，其端到端時延是以IP數據包從內容請求者傳輸到服務器或者從服務器傳輸到請求者所需的時間表示，使用flow-monitor進行計算。對于基于ICN-HMcH命名機制的數據包，使用ndn：：AppDelayTracer類計算時延。跟蹤器的輸出為.txt文件，由時延參數和其他特性組成。

圖11描述了面向物聯網LEO超大規模衛星星座與地面站通信的數據傳輸過程中，端到端時延隨不同結構的數據包大小變化的情況。從圖11可以看出，與基于IP地址的體系結構相比，ICN-HMcH命名機制的體系結構可以在面向物聯網LEO超大規模衛星星座網絡中減少53.97%的內容傳播時延，究其原因是0號地面站發送的興趣包不需考慮內容地址從而快速獲得1號地面站的響應。兩種結構數據包的時延變化結果表明，針對不同IoT業務類型，本文提出的分層結構ICN-HMcH命名機制表現出更低的時延。

圖11　兩種結構數據包的時延變化

4 結語

針對物聯網低時延傳輸、高吞吐量的數據分發的需要，本文提出了一種基于ICN的面向物聯網LEO超大規模衛星星座數據命名機制ICN-HMcH。該命名機制的名稱分層特性允許內容和服務命名，并集成屬性值幫助服務識別以及為名稱添加更多語義，可滿足IoT多業務的需要。同時，使用前綴標記來克服ICN名稱的無界性。

通過設計開發的基于NS-3的面向物聯網LEO超大規模衛星星座仿真平臺進行仿真測試，仿真結果表明，與經典的IP體系結構方法相比，ICN-HMcH命名機制可實現低時延、高吞吐量，在數據傳輸效率上性能更優，能夠提供高服務質量（Quality of Service， QoS），滿足萬物互聯的需求。下一步，將在此基礎上進一步開展網內緩存策略、路由和轉發策略等方面的研究。

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LUO Hongqiu， born in 1997， M. S. candidate. Her research interests include satellite communication， information-centric networking.

HU Shengbo， born in 1964， Ph. D.， professor. His research interests include spaceflight telemetry， tracing and control communication， space-based internet of things.

Data naming mechanism of low earth orbit satellite mega-constellation for internet of things

LUO Hongqiu1， HU Shengbo1，2*

（1，，550001，；2，（），550001，）

The Low Earth Orbit （LEO） satellite mega-constellation based on Information Centric Networking （ICN） is a suitable network architecture to support Internet of Things （IoT）， and the data naming is one of the basic problems in ICN. Concerning the requirements of transmission with low latency and data distribution with high throughput of IoT， a data naming mechanism of LEO satellite mega-constellation for IoT based on ICN was proposed. Firstly， a flat integrated structure fusing hierarchy， multi-component and Hash was adopted by the proposed data naming mechanism. Then， the prefix tags were used to describe hierarchical names to meet the need for fast multi-source retrieval of inner-network functions. Finally， a simulation platform of LEO satellite mega-constellation for IoT was designed and developed based on Network Simulator 3 （NS-3） to test the performance of the proposed data naming mechanism. The test and simulation results show that， compared with the traditional Internet Protocol （IP）-based system structure， the proposed data naming mechanism can provide higher Quality of Service （QoS） such as high throughput and low latency to LEO satellite mega-constellation for IoT.

Low Earth Orbit (LEO); satellite mega-constellation; Information Centric Networking (ICN); data naming mechanism; Internet of Things (IoT)

This work is partially supported by National Natural Science Foundation of China （6156010183）， Program of Education Department of Guizhou Province （KY［2017］031，KY［2020］007）.

1001-9081（2022）07-2146-09

10.11772/j.issn.1001-9081.2021050744

2021?05?10；

2021?11?26；

2021?12?21。

國家自然科學基金資助項目（6156010183）；貴州省教育廳項目（KY［2017］031， KY［2020］007）。

TP393

A

羅鴻秋（1997—），女，貴州龍里人，碩士研究生，主要研究方向：衛星通信、信息中心網絡； 胡圣波（1964—），男，貴州六盤水人，教授，博士，主要研究方向：航天測控通信、天基物聯網。