基于OPNET的SCPS-NP協(xié)議仿真設計

摘 要：要分析了空間數據系統咨詢(xún)委員會(huì )（CCSDS，CONsultative Committee for Space Data SySTems）系列協(xié)議的特點(diǎn)。為了驗證CCSDS 根據空間數據通信特點(diǎn)提出的一系列建議中的網(wǎng)絡(luò )層建議（SCPS-NP，Space CommunicationsProtocol Specification—Network Protocol）的性能。通過(guò)OPNET 通信仿真軟件進(jìn)行建模，基本實(shí)現了SCPS-NP 協(xié)議要求的功能，對協(xié)議的性能進(jìn)行了分析，對中國空間通信協(xié)議的發(fā)展方向提出了建議。

　　0 引言

　　隨著(zhù)各國對外層空間資源的不斷探索，開(kāi)發(fā)和利用以及地面因特網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟。將天地通信融入到地面因特網(wǎng)中，建立天地統一的數據網(wǎng)絡(luò )成為新的研究熱點(diǎn)。這就需要一套高效統一的空間通信協(xié)議來(lái)進(jìn)行保障。在此要求下，由各國空間系統研究機構共同組成的空間數據系統咨詢(xún)委員會(huì )（CCSDS）做了大量工作，制定了一系列協(xié)議。

　　1 CCSDS 協(xié)議體系結構

　　CCSDS 系列協(xié)議可仿照TCP/IP 的分層結構分類(lèi)到物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和應用層中。每一層包含多個(gè)協(xié)議。具體介紹如下：

　?。?）物理層

　　在物理層，CCSDS 制定了《無(wú)線(xiàn)電頻率和調制體制》建議書(shū)。規定了中等通信需求的近地和深空任務(wù)的無(wú)線(xiàn)電頻率和調制體制。

　?。?）數據鏈路層

　　數據鏈路層包括了數據鏈路層協(xié)議和信道編碼。協(xié)議主要開(kāi)發(fā)了分包遙測和分包遙控協(xié)議，適用于常規航天器數據系統，業(yè)務(wù)簡(jiǎn)單；高級在軌數據系統協(xié)議（AOS），適用于大型航天器，業(yè)務(wù)種類(lèi)多；近距空間鏈路，適用于互相接近的航天器之間的空間鏈路，主要是點(diǎn)對點(diǎn)通信。信道編碼中開(kāi)發(fā)了BCH 編碼、卷積碼、RS 碼及數據鏈路的各種數據結構等[2]。

　?。?）網(wǎng)絡(luò )層

　　在網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和應用層，CCSDS 開(kāi)發(fā)了與TCP/IP 協(xié)議功能上相平行的一系列建議書(shū)，即空間通信協(xié)議規范SCPS。其出發(fā)點(diǎn)是在適應空間通信需求的基礎上盡量與因特網(wǎng)協(xié)議實(shí)現兼容和互操作。以因特網(wǎng)協(xié)議為基礎，進(jìn)行針對空間環(huán)境的改進(jìn)。SCPS-NP 是其中的網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議。與IP 協(xié)議相比，主要改進(jìn)體現在以下幾點(diǎn)：提出了不同長(cháng)度的導頭供用戶(hù)在功能和效率間取舍；提供多種選路模式，增加了泛洪尋址方式；提供由管理機制配置的端到端路由；在SCPS 控制信息協(xié)議中（SCMP）中，增加了由于信道質(zhì)量造成鏈路中斷的信令。

　?。?）傳輸層

　　在傳輸層，除了對應的傳輸層協(xié)議SCPS-TP 外，CCSDS還開(kāi)發(fā)了用于文件傳輸的協(xié)議CFDP，CFDP 既提供了傳輸層功能，又提供了應用層文件管理功能[2]。此外還提出了具有端到端數據保護能力的SCPS 安全協(xié)議（SCPS-SP），是對Internet IPsec 協(xié)議改進(jìn)而制定的。

　?。?）應用層

　　在應用層中，CCSDS 開(kāi)發(fā)文了件傳輸協(xié)議SCPS-FP、無(wú)損數據壓縮、空間分包協(xié)議等。