空间网络数据传输协议的应用研究

蒋浩涵

湖南省长沙市周南中学

空间网络数据传输协议的应用研究

蒋浩涵

湖南省长沙市周南中学

在航天技术与通信技术的发展下，空间网络得到了迅速发展，与传统地面网络相比而言，空间网络有着独特的优势，与现行的TCP/IP协议设计存在一定的冲突。本文主要针对空间网络数据传输协议的应用进行分析。

空间网络数据传输协议 应用 研究

伴随科学技术的快速发展，推动着空间网络技术的不断进步。通过将空间网络与传统地面网络对比，可以发现空间网络所具有的特点包括：网络错综结构变化明显、网络资源和能量受限、网络连接间断不规则的发生、传输延时较大、链路误码率较高以及链路带宽不对称等，与目前的TCP/IP协议族并不适用。所以，在国际上的很多科研机构已经提出多种空间网络的数据传输协议。

1 空间网络在数据传输上的影响

空间网络具有的高延时、高误码率等特点,对传统的TCP性能有很大的影响，其具体可以分为：链路容易被外界因素干扰进而使误码率较高，传输过程数据丢失现象频繁会造成大量的重传；卫星运动和有限的节点资源等都可能造成链路中断；传输距离过长、链路间断和带宽的不对称等现象使传输控制的有效性降低；有限的节点资源使排队与拥塞的情况频繁出现。

2 空间数据传输协议分类

2.1 基于时空分段的空间传输协议

通过对传统TCP在空间网络性能受限问题上的研究发现，使用时空分段的理论是改动复杂性相对较小一种类型。通过把端到端的TCP连接进行分段，能够对卫星链路各阶段进行针对性的优化，进而使整个网络的性能得到提升。具体可划分为TCP Spoofing、Split-TCP以及PETRA。TCP Spoofing是以Split Connection概念为基础解决两个端系统互相不匹配的情况。Split-TCP通过使用传输代理把卫星链路分为上行链路与下行链路。PETRA采用中继转播实体把端到端连接进行分割，对各阶段使用不同的传输协议，进而优化整个网络的性能。

2.2 基于TCP改进的空间传输协议

传统TCP协议依靠包括：数据处理、拥塞控制及差错控制等子功能块来实现。所有子功能块都可以进行优化以达到拥塞与差错控制机制的相互兼容性。所以，科学家们针对这种情况对传统TCP的拥塞与差错控制机制分别进行优化处理。SCTP指的是面向消息的可靠数据传输协议，具有的多宿特性使每个SCTP关联的一端和一组传输地址绑定，确保当首选传输路径出现问题时可以使用第二条路径，避免了数据的传输拥塞。同时其存在的多流特性，使所有的关联中都会存在多个数据流，并且这些关联数据流之间相互独立、互不干扰。ECP Peach使用Sudden Start和Rapid Recovery的算法。其中Sudden Start阶段，在首个数据报后，以固定的时间间隔发送rwnd-1个报文段，可以加快拥塞窗口值的增加速度，使慢启动能够尽快的完成。而如果数据丢失，TCP Peach就会在第一时间使用快速重传算法重传丢失的数据，接收重传数据的ACK报文，并且运行单个RTT时间的Rapid Recover，保证避免拥塞现象。TP-Planet采用的是初始状态算法与稳定状态算法。TP-Planet使用Initial State算法建立连接，然后使用可控方式获取链路的有效资源，使达到较高数据发送速率的过程加快从而避免链路拥塞。

2.3 基于DTN的空间传输协议

DTN是最近几年刚提出的网络体系结构，适用在无法持续性连接的特殊网络，例如空间网络等。由此，科研人员提出了多种面向DTN的空间传输协议。DS-TP是用于深空网络的协议，其特性是：采用预定传输速率，从而使数据传输开始时就具有较高的带宽利用率，然而同样会有拥塞；使用双重自动的重传策略，保证数据传输的成功率；采用混合的应答方式，确保有效的进行差错控制。BP指的是无会话协议，用于异种网络的相互通信。其使用保管传输的模式，确保在链路中断后，能够把数据暂存，当数据丢失时，及时快速的重传，保证数据传输的安全可靠。CFDP指的是文件传输协议，用于可选的传送方式，根据不同的需求，提供相对应级别的可靠性，确保有效的文件数据。LTP以数据信息特性为根据可分为red-part和green-part，对全部的传输数据构建检查点，确保传输过程的安全可靠。LTP在链路的失效时不会造成数据的丢失，然而在节点的存储和处理能力方面有较高的要求，具体操作更加复杂。

3 结束语

本文通过对当前的空间传输协议简要的描述，可以看出目前的空间传输协议是传统TCP在空间网络方面的优化提高，然而其局限性依然存在。由此，对空间网络传输协议的发展的建议分为：始终以高能效的空间传输协议为方向；使用网络编码等新型的传输技术，增强传输性能，以保证数据传输的成功率；对跨层优化技术的进一步研究，重点关注重传机制与数据链路纠检错机制的跨层结合。

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