[发明专利]一种面向载人深空探测的信息中心网络架构的方法

说明书

一种面向载人深空探测的信息中心网络架构的方法，根据空间区域及节点通信范围，根据连接计划可以选择出各个域内的汇聚节点作为该域的域服务器，对内负责域内信息管理，对外负责构建域间传输链路，实现数据跨域传输；通过该域服务器，各个域之间构成顶级域拓扑网络，进行组网通信，数据和信息在这些顶级域之间进行同步和传输；每个顶级域内的数据传输及组网管理通过分层域的概念实现；根据经纬度、海拔高度地理信息空间位置，将顶级域或域空间细分为多个二级域，每个二级域也具有域服务器，所有域服务器之间互联，构成全网骨干传输网络和树状的网络拓扑管理，解决未来载人深空探测域间灵活组网、容忍延时问题。

技术领域

本发明涉及空间信息网络领域，具体而言涉及一种面向载人深空探测的信息中心网络架构的方法。

背景技术

随着航天技术的发展，人类对于深空的探测从未停止。我国深空探测活动于2004年开始，历经十几年的高速发展，从月球起步走向了全面发展的新步骤，并预计在2020年前完成“绕”、“落”、“回”探月工程三步走，同年启动火星探测任务，开启深空探测的新篇章。

当前的深空网络结构呈现出节点稀少、通信业务单一的特征，在这种情况下，延时容忍网络(Delay Tolerant Networks，DTN)能够较好地满足通信需求，解决长延时、常中断环境下的传输问题。但是随着世界各大航天强国深空探测计划的推动，未来的深空网络结构也会发生很大的变化。首先节点数量与种类会大幅度增加，如移动栖息地、通信基站、无人探测车、中继卫星和宇航员等；探测任务仍然包括机器遥测，但这些操作可由宇航员和他们的运载工具来执行；各节点之间会进行频繁的数据交互，数据传输量大大增加；通信业务更加多样化，除了传统数据的推送业务，还会包括email、语音、视频等多媒体业务，在业务的时敏性和优先级方面也会有更高要求。通信业务不仅包含周期性探测数据的推送，各节点也会对特定数据有主动获取需求。在这种情况下，DTN单一的推送模式和在高效内容分发策略上的缺失会严重阻碍其在未来载人深空探测场景下的应用。因此，设计一个合适的网络协议以满足当前及未来深空探测需求是极其重要的。

信息中心网络(Information Centric Networking，ICN)抛弃传统的以主机为中心的思想，将网络重心放在数据的获取上，即用户在对数据进行请求时，不必知道内容源地址，只需把需求信息发送至网络即可。相比于DTN，ICN拥有更多组网、内容分发上的优势。首先，ICN提供了更加多样化的传输方式以满足未来不同通信场景的业务需求，如周期性探测数据推送、特定内容主动获取和指令数据推送等等；另外缓存机制允许中间节点对热门数据进行备份，这样在其他节点对此数据进行重复请求时，中间节点就能够直接回复，以此减少传输路径，降低往返时延；多源传输机制可以使多个数据源对同一请求进行回复，以此提高数据传输可靠性，同时也能够实现不同数据源传输同一数据的不同内容块，从而降低内容提供者的负载压力，提高传输效率。除此之外，ICN对安全性和移动性等方面也有一定的支持。

因此，虽然DTN能够较好地解决当前场景的传输问题，但随着未来深空网络结构和通信需求的复杂化，本发明认为信息中心网络ICN在高效组网及内容分发上的优势会使其更适合未来载人深空探测场景。

发明内容

技术问题：

本发明旨在提供一种面向未来载人深空探测的网络架构的方法，解决载人探测网络中的网络节点类型多样化、网络规模化、网络异构等特征问题，以及由此带来的组网管理、域划分等组网问题；解决未来载人探测网络中的业务和服务需求的多样化，以及多样化所带来的服务发现、服务管理等问题；解决深空的长时延、高误码乃至中断以及非对称等链路特性所带来的数据传输效率低下等问题，使得该网络架构设计方法能应用于未来复杂的载人深空探测场景之中。

技术方案：

为实现上述目的，本发明提出了一种基于信息中心网络的网络架构的方法，利用信息中心网络的订阅发布机制，结合信息多源传输、组网、网络拓扑等技术思想，解决未来载人深空探测的多业务/服务管理、网络管理、域间灵活组网、容忍延时等问题。