空间信息网络体系架构解析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：激光微波混合的空间信息网络是一个包括光、机、电和网络协议的复杂系统，建设周期长，扩容花费巨大。CCSDS通过改进，参考地面IP技术开发了一套涵盖网络层和应用层的空间通信协议，加强了对深空通信的适应性。图2-1CCSDS网络协议表2-1空间信息网络协议按照一般网络协议的规范，可将空间信息网络分为物理层、数据链路层、网络层、传输层及应用层。

激光微波混合的空间信息网络是一个包括光、机、电和网络协议的复杂系统，建设周期长，扩容花费巨大。因此，如何设计网络体系结构使其在生命周期中可以满足不断增长的业务需求，并且可以进行适当的扩容升级以满足未来无法预测的新型业务类型或激增业务量要求，将是网络设计者必须面对的一个课题。

未来的空间信息网络除了要为陆基网难以覆盖的移动用户提供远程语音和数据通信服务外，还必须满足空间任务、空间透明接入和中继的需求，能够为卫星、飞船和陆基分布式传感数据传输提供特有的高速率、大容量服务。由于目前的卫星网络几乎是基于干线通信网设计，没有特别考虑终端用户需求的多样性，所以必须采用新的思路构建卫星网络来满足各类航空航天信息的传输要求。最初人们研究ATM交换协议在极轨道卫星星座中的应用，由于切换和卫星节点的移动导致虚电路或虚路径被反复重建，协议开销增大，卫星网络效率远低于ATM地面网。随着Internet的迅猛发展，研究者想把地面的IP协议应用到空间信息网络中，虽然取得了一些成果，但是IP路由协议基于实时状态计算路由，对卫星通信系统未来可能路由缺乏预见性，导致开销很大，因此不适用于空间信息网络。

国内外针对不同的应用环境，制定了许多空间信息网络协议，如表2-1所示。在众多的协议中，唯有空间数据系统咨询委员会（CCSDS）被广泛认同，其参与制定的单位包括美国国家航空航天局（NASA）、欧空局（ESA）、德国宇航中心（DLR）、日本太空开发总署（JAXA）以及中国国家航天局等世界权威航天机构，被认为是最接近实际应用的空间网络协议。CCSDS采用了类似于国际标准化组织（ISO）标准协议的分级结构设计方法，包括了物理层、数据链路层、网络层以及可靠传输等内容，如图2-1所示。CCSDS通过改进，参考地面IP技术开发了一套涵盖网络层和应用层的空间通信协议（SCPS），加强了对深空通信的适应性。

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图2-1　CCSDS网络协议

表2-1　空间信息网络协议

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按照一般网络协议的规范，可将空间信息网络分为物理层、数据链路层、网络层、传输层及应用层。下面从数据链路层开始，直至应用层，分别讲述空间信息网络的基本协议。

空间信息网络体系架构解析

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