MF-TDMA数据链路层协议详解

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：在MF-TDMA体制的卫星网络中，为了保证其特有的链路建立过程以及较高的系统运行效率，卫星数据链路层协议通常采用自定义卫星链路帧结构。MF-TDMA接收端根据发送站和接收站标识，恢复出原始的IP数据帧。图2-8帧中继数据帧在MF-TDMA网络寻址原理

在MF-TDMA体制的卫星网络中，为了保证其特有的链路建立过程（如初始捕获、突发同步等）以及较高的系统运行效率，卫星数据链路层协议通常采用自定义卫星链路帧结构。卫星链路帧头主要用来完成卫星链路层的帧定界、链路管理等功能，卫星链路帧净荷则直接封装各子网的链路层数据帧完成数据帧的MAC寻址及交换功能。

2.1.2.1　帧结构

MF-TDMA链路帧通常采用超帧的分层结构，一个超帧由若干帧组成，每个帧又由若干突发组成。MF-TDMA卫星突发可分为参考突发和数据突发两类：参考突发用于为各站提供实时基准和发送控制信息，数据突发是各业务站在指定的时隙内发射的业务信息。MF-TDMA卫星突发由突发帧头和突发净荷组成，其中突发帧头包含前导码、独特字、发送站地址和校验字段，用来完成链路层的帧定界、链路管理等功能；突发净荷由若干业务信息组成，根据承载业务在数据层链路帧的类型，业务信息结构可以有所不同。MF-TDMA链路帧结构如图2-4所示。

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图2-4　MF-TDMA链路帧结构

2.1.2.2　承载IP业务数据帧

MF-TDMA具有点到多点传输、组网灵活等特点，能够较好地适应以IP为平台的业务需求。国内外比较先进的MF-TDMA卫星网络均提供对地面IP网络的局域网接入功能，从而实现地面IP网络的远程互联。在空间信息网络中，不妨假设仍然以IP为协议框架基础，则MF-TDMA也需要提供对空间IP网络的接入功能。

MF-TDMA对于IP网络的接入有两种方式：一是桥接方式；二是路由方式。桥接方式中，MF-TDMA卫星（即空间信息网络中的接入卫星）内嵌网桥功能，承担网桥的角色，网内各站点的MF-TDMA卫星用户在同一网段，通过MAC寻址实现互联；路由方式中，MF-TDMA卫星内嵌IP路由器功能，承担路由器的角色，运行相应的路由协议，为网络中的IP数据包提供寻路功能。IP数据帧在MF-TDMA网络中应用及封装格式如图2-5所示。

在封装过程中，MF-TDMA发送端可将发往同一接收站的若干IP短帧组成一个长帧，也可将长帧拆分封装在不同的业务突发中，以适应MF-TDMA业务突发的固定长度。MF-TDMA接收端根据发送站和接收站标识，恢复出原始的IP数据帧。MF-TDMA网络实现卫星用户所在／携带的IP网络的远程互联，还需要解决IP数据帧在空间信息网络中的寻址问题。寻址方面，MF-TDMA将从不同端口接收到的IP数据帧进行分析，动态维护MF-TDMA网络内所有IP端口的MAC地址与其所在站号的映射表。各节点根据映射表确定以太网数据帧在卫星网络中的路由，实现局域网（空间、地面）通过空间信息网络的连接。IP数据帧在空间信息网络中寻址原理如图2-6所示。

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图2-5　IP数据帧在MF-TDMA空间信息网络中应用及封装方式

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图2-6　IP数据帧在MF-TDMA中的寻址原理

IP数据帧在空间信息网络中寻址的具体流程：MF-TDMA网络用户根据从LAN口接收到的IP数据帧的MAC地址查询地址映射表确定该数据帧的目的地。若目的地为本节点，则将此数据丢弃，否则根据该数据帧的目的地址申请发送时隙，并使用该节点申请得到的发送时隙将IP地址发送给目的地。对于组播、广播IP数据帧，系统采用广播的形式发送给网内的各目的地或复制多份分别发送给各目的地。

2.1.2.3　承载帧中继数据帧

将帧中继（FR）技术与星间通信技术相结合应用于空间信息网络，可以组成集多种数据业务于一体的帧中继星间数据传输系统，帧中继具有节省网络资源、组网灵活、易扩展等优点，在子网互联、天地一体化、多对多传输等方面具有广泛的应用前景。

构成帧中继卫星网络的方案有两种：一种是FDMA卫星网络；另一种是MF-TDMA帧中继卫星网络。MF-TDMA卫星网络具有动态时隙分配全网状链接等优点，将其与帧中继技术结合可以充分发挥两者的优点。因此，在设计话音视频数据等综合业务传输的MF-TDMA卫星网络时，采用帧中继接入的方式有着独特的优势。帧中继技术可通过极小的开销，使其带宽利用率接近100%，比一般的交换技术（X.25或IP）性能都要优越。帧中继数据帧在MF-TDMA卫星网络中应用及封装格式如图2-7所示。

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图2-7　帧中继数据帧在MF-TDMA空间信息网络中应用及封装格式

与IP数据帧在MF-TDMA卫星网络中寻址方式不同，帧中继数据帧在MF-TDMA卫星网络中，通过永久虚电路完成信息包的端到端传送，用数据链路控制标识（DLCI）表示永久虚电路的路由并指定目的地址。永久虚电路在源站配置时，需要将接入卫星号、接入卫星的端口号、该永久虚电路的远端DLCI值映射到本地的DLCI值上。帧中继卫星网络寻址原理如图2-8所示。帧中继访问设备（FRAD）用于复接各类数据业务。图中DLCI1，DLCI2，DLCI3表示了3条不同的路由，指向3个不同用户卫星。

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图2-8　帧中继数据帧在MF-TDMA网络寻址原理

MF-TDMA数据链路层协议详解

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