星際互聯(lián)網(wǎng)IPN

1、1896192019872006寬帶綜合通信網(wǎng)的交換和業(yè)務(wù)量理論李連強(qiáng)李連強(qiáng) 015034910024姜志乾姜志乾 0150349100581896192019872006星際互聯(lián)網(wǎng)（星際互聯(lián)網(wǎng)（IPN)IPN)Inter Planetary InternetInter Planetary InternetPart 11896192019872006一：一：IPN概念：概念：星際互聯(lián)網(wǎng)星際互聯(lián)網(wǎng)(IPN)就是一個(gè)把各種軌道飛行器、就是一個(gè)把各種軌道飛行器、探測(cè)器、登陸車以及其他航空發(fā)射裝置和其他探測(cè)器、登陸車以及其他航空發(fā)射裝置和其他太空元素太空元素(如月球、火星等如月球、火星等)等連接起來的

2、互聯(lián)等連接起來的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。1896192019872006二：二：IPNIPN的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)1896192019872006三：三：IPN的主要特點(diǎn)和研究難點(diǎn)的主要特點(diǎn)和研究難點(diǎn)1：傳輸傳輸時(shí)延可變且非常大，時(shí)延可變且非常大，可達(dá)可達(dá)幾十分鐘幾十分鐘甚至數(shù)甚至數(shù)小時(shí)小時(shí)的數(shù)量級(jí)的數(shù)量級(jí)2：間斷性的連接，：間斷性的連接，即即本地節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)能夠建本地節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)能夠建立和維持一個(gè)能夠連續(xù)通信的路徑能力有限立和維持一個(gè)能夠連續(xù)通信的路徑能力有限3：發(fā)送和接收信息的速率不對(duì)稱，有時(shí)甚至只有：發(fā)送和接收信息的速率不對(duì)稱，有時(shí)甚至只有單向通信，深空網(wǎng)絡(luò)可能達(dá)到單向通信，深空網(wǎng)絡(luò)可能達(dá)到1

3、000：1或者更大?；蛘吒?。4：信息在傳輸過程中非常容易發(fā)生錯(cuò)誤，未編碼：信息在傳輸過程中非常容易發(fā)生錯(cuò)誤，未編碼的誤碼率達(dá)到了的誤碼率達(dá)到了1：105：深空通信資源寶貴，航天器的存儲(chǔ)容量和處理：深空通信資源寶貴，航天器的存儲(chǔ)容量和處理能力都是有限的能力都是有限的1896192019872006四：四：IPN關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)IPN是一個(gè)綜合性的復(fù)雜信息網(wǎng)絡(luò)，涉及很多關(guān)鍵是一個(gè)綜合性的復(fù)雜信息網(wǎng)絡(luò)，涉及很多關(guān)鍵技術(shù)，主要有以下：技術(shù)，主要有以下：1：天線技術(shù)和高效地調(diào)制解調(diào)技術(shù)：天線技術(shù)和高效地調(diào)制解調(diào)技術(shù)2：射頻技術(shù)的高效編碼技術(shù)信源壓縮技術(shù)：射頻技術(shù)的高效編碼技術(shù)信源壓縮技術(shù)3：最重要的是

4、星際互聯(lián)網(wǎng)的路由技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：最重要的是星際互聯(lián)網(wǎng)的路由技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面的技術(shù)方面的技術(shù)1896192019872006五：研究的方向五：研究的方向地面地面上的上的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)體系體系1896192019872006CFDP是是CCSDS的協(xié)的協(xié)議棧中最重議棧中最重要的協(xié)議之要的協(xié)議之一一特點(diǎn)：特點(diǎn)：a：文件管理文件管理功能功能b：可靠傳輸可靠傳輸機(jī)制機(jī)制c：不需要：不需要下下層協(xié)議來獲層協(xié)議來獲得可靠性得可靠性1896192019872006束層的優(yōu)點(diǎn)：束層的優(yōu)點(diǎn)：a:存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和保發(fā)機(jī)制和保管機(jī)制管機(jī)制b:確保數(shù)據(jù)確保數(shù)據(jù)不會(huì)在路由不會(huì)在路由中丟失中丟失c:端到端的端到端的可靠

5、性可靠性d:端到端的端到端的安全性。安全性。特點(diǎn)：增加特點(diǎn)：增加束層的概念束層的概念1896192019872006五：五：IPN的總結(jié)與展望的總結(jié)與展望 空間互聯(lián)網(wǎng)是地面互聯(lián)網(wǎng)向空中太空空間的空間互聯(lián)網(wǎng)是地面互聯(lián)網(wǎng)向空中太空空間的延伸和拓展，是實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián)互通的基礎(chǔ)支撐，延伸和拓展，是實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián)互通的基礎(chǔ)支撐，是未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前是未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。與此同時(shí)，空間互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展中還面臨著景。與此同時(shí)，空間互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展中還面臨著許多需要解決的問題，隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)許多需要解決的問題，隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特別是人類對(duì)空間應(yīng)用的旺盛需技術(shù)

6、的發(fā)展，特別是人類對(duì)空間應(yīng)用的旺盛需求，將推動(dòng)空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速穩(wěn)步前進(jìn)。求，將推動(dòng)空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速穩(wěn)步前進(jìn)。1896192019872006天基移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)天基移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)Space-Based Mobile Communication NetworkPart 21896192019872006一：天基網(wǎng)的概念一：天基網(wǎng)的概念 天基網(wǎng)天基網(wǎng)又可以稱為又可以稱為天基綜合信息網(wǎng)，國(guó)際天基綜合信息網(wǎng)，國(guó)際上尚無明確的定義。通常的說法是天基上尚無明確的定義。通常的說法是天基移動(dòng)通移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信網(wǎng)絡(luò)是通過星間、星地鏈路連接在一起的不是通過星間、星地鏈路連接在一起的不同軌道、種類、性能的飛行器及相應(yīng)地

7、面設(shè)施同軌道、種類、性能的飛行器及相應(yīng)地面設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)，按照空間信息資源的最大有效利和應(yīng)用系統(tǒng)，按照空間信息資源的最大有效利用原則所組成的空天地一體化綜合信息網(wǎng)用原則所組成的空天地一體化綜合信息網(wǎng)，等等價(jià)于衛(wèi)星骨干網(wǎng)和平流層網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的一價(jià)于衛(wèi)星骨干網(wǎng)和平流層網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的一種組網(wǎng)體系布局。種組網(wǎng)體系布局。1896192019872006二：天基網(wǎng)的二：天基網(wǎng)的 體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)三部分組成三部分組成1：衛(wèi)星骨干網(wǎng)：衛(wèi)星骨干網(wǎng)2：空基網(wǎng)：空基網(wǎng)3：地面網(wǎng)：地面網(wǎng)1896192019872006三：天基網(wǎng)與三：天基網(wǎng)與IPN的關(guān)系的關(guān)系1：從結(jié)構(gòu)上看，：從結(jié)構(gòu)上看，天基網(wǎng)是天基網(wǎng)是IPN的

8、子網(wǎng)（子集），的子網(wǎng)（子集），可以理解為是它的一個(gè)行星網(wǎng)（以地球?yàn)楹诵拇羁梢岳斫鉃槭撬囊粋€(gè)行星網(wǎng)（以地球?yàn)楹诵拇罱ǖ模?。建的）?：從功能功能上看從功能功能上看，天基網(wǎng)起到承上啟下的作天基網(wǎng)起到承上啟下的作用，我們搭建用，我們搭建IPN的目的是為了進(jìn)行深空探測(cè)，的目的是為了進(jìn)行深空探測(cè)，在外太空建立信息網(wǎng)絡(luò)。但是所有的一切終將是在外太空建立信息網(wǎng)絡(luò)。但是所有的一切終將是服務(wù)地面上的人類，地面和遙遠(yuǎn)的宇宙的網(wǎng)絡(luò)特服務(wù)地面上的人類，地面和遙遠(yuǎn)的宇宙的網(wǎng)絡(luò)特性不一樣，由于天基網(wǎng)特性介于二者之間，可以性不一樣，由于天基網(wǎng)特性介于二者之間，可以起到橋梁的作用，將二者有機(jī)的聯(lián)合起來。起到橋梁的作用，將二

9、者有機(jī)的聯(lián)合起來。1896192019872006四四：天基網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)：天基網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn) 天基網(wǎng)可分為天基網(wǎng)可分為確定式的和動(dòng)態(tài)的。確定式的和動(dòng)態(tài)的。1：確定的特點(diǎn)：確定的特點(diǎn)，星間鏈路數(shù)據(jù)確定和通信連接關(guān)星間鏈路數(shù)據(jù)確定和通信連接關(guān)系不變，不支持連接關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化。系不變，不支持連接關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化。2：動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)，衛(wèi)星的數(shù)量關(guān)系是隨著時(shí)間的變衛(wèi)星的數(shù)量關(guān)系是隨著時(shí)間的變換而變化的，不是一成不變的，時(shí)星間組網(wǎng)的關(guān)換而變化的，不是一成不變的，時(shí)星間組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，但實(shí)現(xiàn)起來很困難。早期星座應(yīng)用背景鍵技術(shù)，但實(shí)現(xiàn)起來很困難。早期星座應(yīng)用背景居多，現(xiàn)在小衛(wèi)星編隊(duì)居多，現(xiàn)在小衛(wèi)星編隊(duì)/集

10、群為背景的技術(shù)研究成集群為背景的技術(shù)研究成為熱點(diǎn)為熱點(diǎn)。18961920198720061：物理層：物理層星間鏈路的微波技術(shù)：一般采用頻分雙工模式實(shí)現(xiàn)星間鏈路的微波技術(shù)：一般采用頻分雙工模式實(shí)現(xiàn)雙向通信，要求天線具有指向跟蹤能力，天線的數(shù)量雙向通信，要求天線具有指向跟蹤能力，天線的數(shù)量根據(jù)需要建立的星間鏈路數(shù)量而定。目前普遍用根據(jù)需要建立的星間鏈路數(shù)量而定。目前普遍用Ka波波段，段，V波段是發(fā)展方向波段是發(fā)展方向星間激光通信技術(shù)：是未來的星間通信技術(shù)發(fā)展的星間激光通信技術(shù)：是未來的星間通信技術(shù)發(fā)展的重要方向，集中于研究激光鏈路跟瞄技術(shù)，光調(diào)制解重要方向，集中于研究激光鏈路跟瞄技術(shù)，光調(diào)制解調(diào)技

11、術(shù)，光中繼等鏈路技術(shù)。調(diào)技術(shù)，光中繼等鏈路技術(shù)。 五五:天基網(wǎng)研究方向天基網(wǎng)研究方向18961920198720062：數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層ATM鏈路層協(xié)議及其改進(jìn)鏈路層協(xié)議及其改進(jìn)HDLC鏈路層協(xié)議及其改進(jìn)。鏈路層協(xié)議及其改進(jìn)。采用采用CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的Proximity-1近距離鏈近距離鏈路層協(xié)議。協(xié)議定義的對(duì)象是空間近距離，路層協(xié)議。協(xié)議定義的對(duì)象是空間近距離，固定或移動(dòng)單元間的無線電鏈路固定或移動(dòng)單元間的無線電鏈路，其鏈路特其鏈路特征為短時(shí)延，中等強(qiáng)度信號(hào)，簡(jiǎn)短獨(dú)立對(duì)話。征為短時(shí)延，中等強(qiáng)度信號(hào)，簡(jiǎn)短獨(dú)立對(duì)話。18961920198720063：網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)以路由技

12、術(shù)研究為主，衛(wèi)星通網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)以路由技術(shù)研究為主，衛(wèi)星通過星間鏈路構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)，又可分為三種過星間鏈路構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)，又可分為三種，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)著三種鏈路形式。著三種鏈路形式。單層網(wǎng)絡(luò)（單層網(wǎng)絡(luò)（LEO），），同軌道的同軌道的ISL 雙層網(wǎng)絡(luò)（雙層網(wǎng)絡(luò)（LEO/MEO），），不同軌道的不同軌道的IOL多層網(wǎng)絡(luò)（多層網(wǎng)絡(luò)（LEO/MEO/GEO，衛(wèi)星與地面的衛(wèi)星與地面的UDL。 這其中又包含了兩種路由關(guān)系，星間路由這其中又包含了兩種路由關(guān)系，星間路由和邊界路由，我們所說的路由一般指星間路由。和邊界路由，我們所說的路由一般指星間路由。具體的示意如具體的示意如下下圖所示：圖所示： 1896192019872006 衛(wèi)星衛(wèi)星S 與衛(wèi)星與衛(wèi)星D間存在一條最短路徑，各種路間存在一條最短路徑，各種路由算法要解決的就是在某特定要求下如何找到由算法要解決的就是在某特定要求下如何找到S與與D之間的最優(yōu)路徑之間的最優(yōu)路徑。1896192019872006六：天基網(wǎng)的總結(jié)與展望六：天基網(wǎng)的總結(jié)與展望 隨著基于星間鏈路的星上組網(wǎng)技術(shù)、星隨著基于星間鏈路的星上組網(wǎng)技術(shù)、星上路由技術(shù)以及天地一體化衛(wèi)星網(wǎng)管理技術(shù)上