星际互联网IPN

1、1896192019872006宽带综合通信网的交换和业务量理论李连强李连强 015034910024姜志乾姜志乾 0150349100581896192019872006星际互联网（星际互联网（IPN)IPN)Inter Planetary InternetInter Planetary InternetPart 11896192019872006一：一：IPN概念：概念：星际互联网星际互联网(IPN)就是一个把各种轨道飞行器、就是一个把各种轨道飞行器、探测器、登陆车以及其他航空发射装置和其他探测器、登陆车以及其他航空发射装置和其他太空元素太空元素(如月球、火星等如月球、火星等)等连接起来的

2、互联等连接起来的互联网络。网络。1896192019872006二：二：IPNIPN的体系结构的体系结构1896192019872006三：三：IPN的主要特点和研究难点的主要特点和研究难点1：传输传输时延可变且非常大，时延可变且非常大，可达可达几十分钟几十分钟甚至数甚至数小时小时的数量级的数量级2：间断性的连接，：间断性的连接，即即本地节点和远端节点能够建本地节点和远端节点能够建立和维持一个能够连续通信的路径能力有限立和维持一个能够连续通信的路径能力有限3：发送和接收信息的速率不对称，有时甚至只有：发送和接收信息的速率不对称，有时甚至只有单向通信，深空网络可能达到单向通信，深空网络可能达到1

3、000：1或者更大。或者更大。4：信息在传输过程中非常容易发生错误，未编码：信息在传输过程中非常容易发生错误，未编码的误码率达到了的误码率达到了1：105：深空通信资源宝贵，航天器的存储容量和处理：深空通信资源宝贵，航天器的存储容量和处理能力都是有限的能力都是有限的1896192019872006四：四：IPN关键技术关键技术IPN是一个综合性的复杂信息网络，涉及很多关键是一个综合性的复杂信息网络，涉及很多关键技术，主要有以下：技术，主要有以下：1：天线技术和高效地调制解调技术：天线技术和高效地调制解调技术2：射频技术的高效编码技术信源压缩技术：射频技术的高效编码技术信源压缩技术3：最重要的是

4、星际互联网的路由技术和网络协议：最重要的是星际互联网的路由技术和网络协议方面的技术方面的技术1896192019872006五：研究的方向五：研究的方向地面地面上的上的网络网络体系体系1896192019872006CFDP是是CCSDS的协的协议栈中最重议栈中最重要的协议之要的协议之一一特点：特点：a：文件管理文件管理功能功能b：可靠传输可靠传输机制机制c：不需要：不需要下下层协议来获层协议来获得可靠性得可靠性1896192019872006束层的优点：束层的优点：a:存储一转存储一转发机制和保发机制和保管机制管机制b:确保数据确保数据不会在路由不会在路由中丢失中丢失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。特点：增加特点：增加束层的概念束层的概念1896192019872006五：五：IPN的总结与展望的总结与展望 空间互联网是地面互联网向空中太空空间的空间互联网是地面互联网向空中太空空间的延伸和拓展，是实现全球互联互通的基础支撑，延伸和拓展，是实现全球互联互通的基础支撑，是未来互联网的发展方向，具有广阔的应用前是未来互联网的发展方向，具有广阔的应用前景。与此同时，空间互联网在发展中还面临着景。与此同时，空间互联网在发展中还面临着许多需要解决的问题，随着信息技术和互联网许多需要解决的问题，随着信息技术和互联网技术的发展，特别是人类对空间应用的旺盛需技术

6、的发展，特别是人类对空间应用的旺盛需求，将推动空间互联网技术快速稳步前进。求，将推动空间互联网技术快速稳步前进。1896192019872006天基移动通信网络天基移动通信网络Space-Based Mobile Communication NetworkPart 21896192019872006一：天基网的概念一：天基网的概念 天基网天基网又可以称为又可以称为天基综合信息网，国际天基综合信息网，国际上尚无明确的定义。通常的说法是天基上尚无明确的定义。通常的说法是天基移动通移动通信网络信网络是通过星间、星地链路连接在一起的不是通过星间、星地链路连接在一起的不同轨道、种类、性能的飞行器及相应地

7、面设施同轨道、种类、性能的飞行器及相应地面设施和应用系统，按照空间信息资源的最大有效利和应用系统，按照空间信息资源的最大有效利用原则所组成的空天地一体化综合信息网用原则所组成的空天地一体化综合信息网，等等价于卫星骨干网和平流层网络和地面网络的一价于卫星骨干网和平流层网络和地面网络的一种组网体系布局。种组网体系布局。1896192019872006二：天基网的二：天基网的 体系结构体系结构三部分组成三部分组成1：卫星骨干网：卫星骨干网2：空基网：空基网3：地面网：地面网1896192019872006三：天基网与三：天基网与IPN的关系的关系1：从结构上看，：从结构上看，天基网是天基网是IPN的

8、子网（子集），的子网（子集），可以理解为是它的一个行星网（以地球为核心搭可以理解为是它的一个行星网（以地球为核心搭建的）。建的）。2：从功能功能上看从功能功能上看，天基网起到承上启下的作天基网起到承上启下的作用，我们搭建用，我们搭建IPN的目的是为了进行深空探测，的目的是为了进行深空探测，在外太空建立信息网络。但是所有的一切终将是在外太空建立信息网络。但是所有的一切终将是服务地面上的人类，地面和遥远的宇宙的网络特服务地面上的人类，地面和遥远的宇宙的网络特性不一样，由于天基网特性介于二者之间，可以性不一样，由于天基网特性介于二者之间，可以起到桥梁的作用，将二者有机的联合起来。起到桥梁的作用，将二

9、者有机的联合起来。1896192019872006四四：天基网的技术特点：天基网的技术特点 天基网可分为天基网可分为确定式的和动态的。确定式的和动态的。1：确定的特点：确定的特点，星间链路数据确定和通信连接关星间链路数据确定和通信连接关系不变，不支持连接关系的动态变化。系不变，不支持连接关系的动态变化。2：动态的特点：动态的特点，卫星的数量关系是随着时间的变卫星的数量关系是随着时间的变换而变化的，不是一成不变的，时星间组网的关换而变化的，不是一成不变的，时星间组网的关键技术，但实现起来很困难。早期星座应用背景键技术，但实现起来很困难。早期星座应用背景居多，现在小卫星编队居多，现在小卫星编队/集

10、群为背景的技术研究成集群为背景的技术研究成为热点为热点。18961920198720061：物理层：物理层星间链路的微波技术：一般采用频分双工模式实现星间链路的微波技术：一般采用频分双工模式实现双向通信，要求天线具有指向跟踪能力，天线的数量双向通信，要求天线具有指向跟踪能力，天线的数量根据需要建立的星间链路数量而定。目前普遍用根据需要建立的星间链路数量而定。目前普遍用Ka波波段，段，V波段是发展方向波段是发展方向星间激光通信技术：是未来的星间通信技术发展的星间激光通信技术：是未来的星间通信技术发展的重要方向，集中于研究激光链路跟瞄技术，光调制解重要方向，集中于研究激光链路跟瞄技术，光调制解调技

11、术，光中继等链路技术。调技术，光中继等链路技术。 五五:天基网研究方向天基网研究方向18961920198720062：数据链路层：数据链路层ATM链路层协议及其改进链路层协议及其改进HDLC链路层协议及其改进。链路层协议及其改进。采用采用CCSDS标准的标准的Proximity-1近距离链近距离链路层协议。协议定义的对象是空间近距离，路层协议。协议定义的对象是空间近距离，固定或移动单元间的无线电链路固定或移动单元间的无线电链路，其链路特其链路特征为短时延，中等强度信号，简短独立对话。征为短时延，中等强度信号，简短独立对话。18961920198720063：网络层：网络层 网络层技术以路由技

12、术研究为主，卫星通网络层技术以路由技术研究为主，卫星通过星间链路构成了网络，又可分为三种过星间链路构成了网络，又可分为三种，对应，对应着三种链路形式。着三种链路形式。单层网络（单层网络（LEO），），同轨道的同轨道的ISL 双层网络（双层网络（LEO/MEO），），不同轨道的不同轨道的IOL多层网络（多层网络（LEO/MEO/GEO，卫星与地面的卫星与地面的UDL。 这其中又包含了两种路由关系，星间路由这其中又包含了两种路由关系，星间路由和边界路由，我们所说的路由一般指星间路由。和边界路由，我们所说的路由一般指星间路由。具体的示意如具体的示意如下下图所示：图所示： 1896192019872006 卫星卫星S 与卫星与卫星D间存在一条最短路径，各种路间存在一条最短路径，各种路由算法要解决的就是在某特定要求下如何找到由算法要解决的就是在某特定要求下如何找到S与与D之间的最优路径之间的最优路径。1896192019872006六：天基网的总结与展望六：天基网的总结与展望 随着基于星间链路的星上组网技术、星随着基于星间链路的星上组网技术、星上路由技术以及天地一体化卫星网管理技术上