卫星通信与卫星网络 课件 (李晖) 第19章 星际网络与星际互联.pptx

第19章 星际网络与星际互联;19.1 背 景;　　该网络的任务是为深空探测任务提供地面支持,具体如下:　　(1)确定探测器的运行轨道;　　(2)接收、处理探测器的探测信息及工程遥测信息;　　(3)向探测器发送上行指令和数据,控制探测器的工作状态。;　　星际互联网就像一个经过改进的超大型互联网,由以下三个基本部分组成:　　(1)美国国家航空航天局(NASA,NationalAeronauticsandSpaceAdministration)的深空网络(DSN,DeepSpaceNetwork);　　(2)由6颗人造卫星组成的围绕火星的卫星群;　　(3)用于传输数据的新型协议。;　　深空网络是 NASA 用来跟踪数据和控制星际航天器导航系统的国际天线网络。该网络旨在支持与航天器进行不间断无线电通信。深空网络由三处全球基地(加利福尼亚、澳大利亚和西班牙)共同组成,每个基地都配备有:直径34m 的高能天线1座,直径34m 的波束波导天线1座(加利福尼亚有3座),直径70m、26m、11m 的天线各1座;　　IP和 TCP为现有互联网提供了信使服务,它们将传输信息拆分打包成很小的数据单位,然后传送到指定目标,负责两种协议开发的研究人员也参与了新协议的开发。这个新的太空协议必须确保即使部分数据包在传输过程中丢失,星际互联网仍能正常工作,同时它还必须能够滤除在数百万公里的远距离数据传输过程中产生的噪音,以便实现行星和航天器间远距离可靠数据的传输。;　　新 太 空 协 议 的 其 中 一 种 想 法 是 数 据 包 传 输 协 议 (PTP,Packet TransmissionProtocol),该协议能够在每个行星的网关处储存和转发数据。该协议将处理送到网关的信息请求,并将它转发到最终目的地,网关随后检查和处理信息,并将信息按原路返回。;　　星际互联网能使数据在太空中更快地传递,保证地球与数百万公里外的探测器和其他航天器正常通信。在我们通过网络进行虚拟火星之旅之前,工程师们需 要 解 决 如 下挑战:　　(1)光速延时。　　(2)人造卫星维护。　　(3)潜在的黑客入侵危机。　　;　　星际互联网极有可能在十年内帮助我们与火星建立网络连接,并在此后几十年内将我们带入其他行星。在未来,我们不需进入太空,就能体验太空之旅,太空景象将出现在我们的桌面上。随着数据传输速度的提高,我们很快就能对火星群山、土星环和木星大红斑来一次虚拟太空旅行。;19.2 星际网络体系结构;　　为了更形象地说明星际网络体系结构的划分,下面以一次火星探测任务为例作一介绍。假设围绕火星布设有中继星座,着陆器到达火星后释放漫游器。着陆器可以与地球的深空站直接通信,或通过中继星座转发。漫游器只能通过着陆器与地球通信。那么深空站到火星中继星或着陆器之间的链路属于星际骨干网;着陆器、漫游器和火星中继星构成火星区域网。其中,火星中继卫星为火星卫星子网的节点,而着陆器、漫游器则分别为火星表面子网中的第一类、第二类节点。;19.3 星际网络关键技术;　　地面采用的 TCP一般忽略传输时延,而且链路中断概率很低,误码率、分组丢失率很小,上下行链路带宽对称。TCP要求发送双方先进行协商建立 TCP连接,要经过三次握手之后才能真正开始数据传输。TCP采用自动重传过程来保证所传信息按照顺序传输,因此任意一段数据的丢失都意味着之后所有的数据都要重新发送,这在信息延迟很大、误码率较高的深空环境中会降低文件的传输效率。发送与接收信息速率的不对称对 TCP的吞吐量也有不利影响。;　　TCP处理数据丢失和网络拥塞的策略决定了其吞吐量随着往返时延、信息丢失概率的增加而降低。由于 TCP是基于端到端重传的协议,因此只有信息正确到达接收端后,发送端才能释放用于重传的通信资源;因信息传输不可靠导致重传后,资源的保留时间会进一步延长,这对存储容量、处理能力有限的航天器不合理。;　　星际网络的环境特殊,IPN 所采用的协议需要在低时延、低噪声的环境中建立本地网络。因此,IPN 网络互联互通难以采用地面网络中协议标准的主要原因如下:　　(1)传输时延超长。　　(2)链路时断时续。　　(3)上下行链路非对称。　　(4)信噪比极低。;19.3.1 集束协议　　在地球及其周围、单独的飞行器内部、其他行星表面和周围等本地网络之间,IPN 通过由远距离的无线链路互联而成的骨干网采用集束(Bundling)的方法连接,因此IPN 需要包含一个集束协议层。与地面互联网使用IP协议一样,IPN 采用一定的路由算法将数据(一个个集束/消息)在IPN 网络上进行传播,直到到达目的地。为了确保端到端的可靠传输,集束的传输也采用了类似互联网 TCP的集束重传机制。;19.3.2