【摘要】：分析了發(fā)展深空通信網(wǎng)絡(luò)的需求,結(jié)合深空通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),對(duì)深空通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系和路由策略等的技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析,并對(duì)深空通信網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。
【圖文】：

�。其中｀迲┗查斅氷Yㄈ舾?子層及多種可供組合的協(xié)議。對(duì)不同的通信場(chǎng)景，CCSDS定義了4種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：用于遙測(cè)的TM協(xié)議[14]、用于遙控的TC[15]協(xié)議、高級(jí)在軌系統(tǒng)AOS協(xié)議[16]和近距離Proximity-1通信協(xié)議[17]。而針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層，針對(duì)不同應(yīng)用，CCSDS建議采用空間分組協(xié)議（SPP）[18]、SCPS-NP或成熟的TCP/IP協(xié)議族[19]。在傳輸層及應(yīng)用層，則可選用SCPS-SP[20]、CCSDS文件傳輸協(xié)議等協(xié)議�？臻g通信協(xié)議規(guī)范(SCPS,spacecommunicationprotocolspecification)于1999年提出，其針對(duì)空間圖1CCSDS標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)2016133-3

渴鴰?于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)并同時(shí)建立適用于長(zhǎng)延遲、高誤碼率信道的IPN空間骨干網(wǎng)絡(luò)，用于連接這些外部網(wǎng)及行星網(wǎng)，創(chuàng)建低延時(shí)與高延時(shí)環(huán)境的中繼網(wǎng)關(guān)[30]。通過研究發(fā)現(xiàn)，在通信時(shí)延高、信道誤碼率大的深空空間環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳輸只能通過逐跳（hop-by-hop）傳輸?shù)男问健?002年，Intel公司伯克利研究實(shí)驗(yàn)室Fall等科學(xué)家首次提出了DTN的概念[31,32]，并于2007年公布了第一份體系結(jié)構(gòu)文檔——RFC4838[33]，針對(duì)DTN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目標(biāo)，應(yīng)用背景和運(yùn)行機(jī)制等給出了系統(tǒng)的說明，其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2DTN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)DTN網(wǎng)絡(luò)的核心是Bundle層[34]，它是一種面向消息的端到端的覆蓋層，位于傳輸層和應(yīng)用層之間，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋層。為了互操作性，Bundle層的命名采用統(tǒng)一的資源識(shí)別符，可用同樣的命名語法來封裝多種命名尋址模式。Bundle層提供了一種近似于網(wǎng)關(guān)（gateway）的功能，兼容底層各個(gè)協(xié)議，為它們提供了一定的互操作性。Bundle層分為3個(gè)子層，其中，應(yīng)用代理子層的功能是為Bundle層與應(yīng)用層提供接口服務(wù),Bundle層協(xié)議運(yùn)行在協(xié)議代理子層，匯聚層則負(fù)責(zé)Bundle層協(xié)議與下層協(xié)議的協(xié)議轉(zhuǎn)換及接口處理工作，使Bundle層能夠獨(dú)立于下層協(xié)議之上[34]。DTN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是以Bundle協(xié)議為核心構(gòu)建的，且兼容CCSDS及TCP/IP協(xié)議體系，包括以下協(xié)議。1)Bundle協(xié)議Bundle協(xié)議[35]由DTNRG提出，是一種覆蓋層協(xié)議，運(yùn)行于Bundle層，主要功能包括：基于保管方式的重傳機(jī)制、處理鏈路時(shí)斷時(shí)續(xù)的情況、可利用預(yù)先設(shè)定、預(yù)測(cè)和隨機(jī)的鏈路連接、覆蓋層端綁定網(wǎng)絡(luò)終端標(biāo)識(shí)符并形成網(wǎng)絡(luò)地址[36]。2016133-4

·56·通信學(xué)報(bào)第37卷圖3算法所需先驗(yàn)知識(shí)與算法預(yù)期性能關(guān)系基于鏈路代價(jià)的路由協(xié)議要求在數(shù)據(jù)分組傳遞過程中，中繼節(jié)點(diǎn)首先需要對(duì)某一種或多種網(wǎng)絡(luò)先驗(yàn)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并依照相應(yīng)準(zhǔn)則計(jì)算出轉(zhuǎn)發(fā)鏈路代價(jià)函數(shù)，并以該結(jié)果決定數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)或繼續(xù)存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)中直至找到合適的鏈路。通過考察兩節(jié)點(diǎn)間的鏈路通斷規(guī)律，文獻(xiàn)[48]介紹了以鏈路的最小評(píng)估期望時(shí)延（MEED,min-imumestimatedexpecteddelay）作為路由轉(zhuǎn)發(fā)的代價(jià)函數(shù)，在鏈路最小評(píng)估期望時(shí)延的計(jì)算時(shí)，節(jié)點(diǎn)不需要全網(wǎng)絡(luò)的先驗(yàn)知識(shí)，僅根據(jù)本地信息進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)在中間節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行路由重算，以保證中間節(jié)點(diǎn)對(duì)機(jī)會(huì)鏈路的利用率。文獻(xiàn)[54]將以不同節(jié)點(diǎn)之間的分組轉(zhuǎn)發(fā)概率為每條鏈路的代價(jià)值，提出了PRoPHET路由協(xié)議，該算法基于節(jié)點(diǎn)之間的歷史相遇信息，網(wǎng)絡(luò)中全部節(jié)點(diǎn)需要統(tǒng)計(jì)并保存一段時(shí)間內(nèi)所有相遇節(jié)點(diǎn)的歷史信息，并以該信息為判據(jù)，制定相應(yīng)的路由策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在網(wǎng)絡(luò)資源受限的前提下，其數(shù)據(jù)分組投遞成功率比傳染路由高約40%[54]。文獻(xiàn)[55]在PRoPHET路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，針對(duì)節(jié)點(diǎn)短時(shí)間內(nèi)多次可見引發(fā)的鏈路代價(jià)值增長(zhǎng)過快等情況，進(jìn)一步優(yōu)化了路由策略，提高了PRoPHET路由協(xié)議在突發(fā)狀況下的性能。文獻(xiàn)[56]提出MaxProp協(xié)議，該協(xié)議利用最短路徑算法評(píng)估消息傳輸?shù)母怕食杀静?duì)消息進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分，節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳輸隊(duì)列中優(yōu)先級(jí)高的消息，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)則刪除優(yōu)先級(jí)低的消息。文獻(xiàn)[57]對(duì)傳染路由算法、噴射等待路由算法、PRoPHET算法及MaxProp算法進(jìn)行了比較，對(duì)4種算法的數(shù)據(jù)分組傳輸成功率（packetdeliveryratio）、傳輸代價(jià)（deliverycost）及平均數(shù)據(jù)分組傳輸時(shí)延（averagepacketdelay）進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示MaxProp算法具有更好的傳輸成功率及

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