基于OPNET的SCPS-NP協(xié)議仿真設(shè)計

摘 要：要分析了空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會（CCSDS，CONsultative Committee for Space Data SySTems）系列協(xié)議的特點。為了驗證CCSDS 根據(jù)空間數(shù)據(jù)通信特點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OPNET 通信仿真軟件進(jìn)行建模，基本實現(xiàn)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

　　隨著各國對外層空間資源的不斷探索，開發(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(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)成為新的研究熱點。這就需要一套高效統(tǒng)一的空間通信協(xié)議來進(jìn)行保障。在此要求下，由各國空間系統(tǒng)研究機(jī)構(gòu)共同組成的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會（CCSDS）做了大量工作，制定了一系列協(xié)議。

　　1 CCSDS 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

　　CCSDS 系列協(xié)議可仿照TCP/IP 的分層結(jié)構(gòu)分類到物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層中。每一層包含多個協(xié)議。具體介紹如下：

　　（1）物理層

　　在物理層，CCSDS 制定了《無線電頻率和調(diào)制體制》建議書。規(guī)定了中等通信需求的近地和深空任務(wù)的無線電頻率和調(diào)制體制。

　?。?）數(shù)據(jù)鏈路層

　　數(shù)據(jù)鏈路層包括了數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和信道編碼。協(xié)議主要開發(fā)了分包遙測和分包遙控協(xié)議，適用于常規(guī)航天器數(shù)據(jù)系統(tǒng)，業(yè)務(wù)簡單；高級在軌數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)議（AOS），適用于大型航天器，業(yè)務(wù)種類多；近距空間鏈路，適用于互相接近的航天器之間的空間鏈路，主要是點對點通信。信道編碼中開發(fā)了BCH 編碼、卷積碼、RS 碼及數(shù)據(jù)鏈路的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等[2]。

　　（3）網(wǎng)絡(luò)層

　　在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，CCSDS 開發(fā)了與TCP/IP 協(xié)議功能上相平行的一系列建議書，即空間通信協(xié)議規(guī)范SCPS。其出發(fā)點是在適應(yīng)空間通信需求的基礎(chǔ)上盡量與因特網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)兼容和互操作。以因特網(wǎng)協(xié)議為基礎(chǔ)，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(xiàn)在以下幾點：提出了不同長度的導(dǎo)頭供用戶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(jī)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(yīng)的傳輸層協(xié)議SCPS-TP 外，CCSDS還開發(fā)了用于文件傳輸?shù)膮f(xié)議CFDP，CFDP 既提供了傳輸層功能，又提供了應(yīng)用層文件管理功能[2]。此外還提出了具有端到端數(shù)據(jù)保護(hù)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。

　　（5）應(yīng)用層

　　在應(yīng)用層中，CCSDS 開發(fā)文了件傳輸協(xié)議SCPS-FP、無損數(shù)據(jù)壓縮、空間分包協(xié)議等。