[发明专利]一种延迟可容忍网络的星上路由器仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星网络技术和计算机技术两大领域，具体涉及一种延迟可容忍网络的星上路由器仿真方法。

背景技术

当前我国航天事业进入飞速发展期，我国发射航天飞行器的数量和种类较以往有很大程度的增加，航天技术及空间应用的迅速发展对空间网络的研究提出了迫切需求。地面互联网的巨大成功使人们自然而然地想到将地面互联网的工作模式搬移到空间网络中，地面互联网IP协议体系的优势是技术成熟度高、能大大缩减航天成本、易于升级。2001年，美国哥达德航天中心开展了名为OMNI的研究项目[1]，主要研究利用地面商用IP协议实现空间通信方案。空间IP协议体系虽然可以基本满足地面与近地轨道航天器间的信息传输，但TCP协议是基于端到端重传的协议，需要假定传输延迟很小，与深空通信不符。此外，按照分级方式实现的地面路由协议不适用于深空通信的操作环境。

空间数据系统咨询委员会（CCSDS）于1982年成立，目前已发布了用于空间链路从物理层到应用层的一系列建议。CCSDS针对空间环境特点，对地面标准TCP/IP协议进行相应改进，开发了一套涵盖网络层到应用层的空间通信协议规范(SCPS)[2]，较为全面地解决了空间信息传输问题。针对深空通信的特点，CCSDS协议也提出了相应的解决方法，如CCSDS文件传输协议CFDP[3]。然而，SCPS针对通信资源非常珍贵的深空通信环境，并未提出具体路由算法；可靠传输依然是采用先建立连接后传送数据的模式；选择重传机制仍然是基于端到端的重传。CFDP协议仅限定于文件传输应用，解决方法不够彻底，缺乏更完善的应用服务，从星际互联的角度考虑的体系结构不够完整。

1998 年NASA 喷气推进实验室(JPL) 的一些工程师和网络先驱之一——Vint Cerf 开始了关于星际网络(Interplanetary Network, IPN) 的研究，其基本想法是让地球和距离很远的太空船之间的数据通信能够简化到像发生在地球上的两个节点之间一样。相关人员后来发展成立了Internet 协会特别兴趣小组，也就是IPNSIG[4]。但是，IPNSIG 遇到了一个问题就是现在还没有这样一个星际网络可以进行试验，而建立星际网络又十分昂贵，所以一部分人开始研究如何将IPN的概念体现在陆地应用中，特别是传感器网络，它与假设的IPN 网络具有很多共性，同时传感器网络的试验很容易进行(有试验的物质基础)。由于这个原因，IRTF 研究组( Internet research task f roce) 成立了新的工作组寻找更通用的延迟可容忍网络，这个工作组称为DTNRG(DTN research group)[5]，是现在DTN 体系结构和协议研究的主要公开组织，并向IETF提交了包括DTN体系结构[6]在内的多项草案和标准。为解决深空环境下的可靠传输问题，JPL于2002年12月提交了一份支持DTN网络的协议草案Lieklider传输协议[7]替代IP协议和TCP协议。2004 年初,美国国防部下的DARPA (Defence Advanced Research Project s Agency) 提出Disruption Tolerant Networking，也简称为DTN[8]。所以，有时用DTN不仅表示延迟可容忍网络，还表示延迟中断可容忍网络。

近年来，还产生CCSDS协议体系与空间IP协议体系相结合的思想，就是在数据链路层仍然可以使用CCSDS建议，如分包遥测、分包遥控、AOS、Proximity等，网络层应用IP及其扩展技术，传输层和应用层选用商业标准协议或CCSDS协议。这种解决方案具有较为灵活的协议配置能力，但没有从根本上消除空间IP协议体系和当前CCSDS协议体系在深空通信中的固有缺陷，协议堆栈的可适应感知能力较弱，仍面临许多挑战。

IP、CCSDS、DTN三种协议体系并非单纯的技术演进，而是互依并存的。地面互联网TCP/IP的成熟技术和空间IP的应用验证为CCSDS建议的改进提供了明确的方向，CCSDS与IP相结合的协议体系成为发挥TCP/IP的巨大优势并能满足空间通信要求的基本解决途径。DTN协议体系结构可以通过整合前两者分层协议和自身协议以解决空间环境异构异质条件下的可靠传输问题。但DTN协议与前两者相比具有明显的区别：一是DTN不假定存在发送端与接收端的端到端路径，包裹采用存储转发的方法进行传递；二是DTN 引入了所谓的“包裹层(Bundle Layer)”作为连接不同受限网络的覆盖层，采用此覆盖的节点依靠发送称为“包裹”的异步消息进行通信。包裹层提供和互联网关相似的功能，但它集中于虚消息转发而不是分组交换。