延遲／中斷容忍網絡技術及其在行星際因特網中的應用

（北京空間飛行器總體設計部，北京 100094）

1 引言

延遲／中斷容忍網絡（Delay／Disruption Tolerant Network，DTN）最初起源于1998年美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）對行星際因特網（Interplanetary Internet，IPN）的研究。NASA 希望將地面因特網擴展到整個太陽系，從而為散布在太陽系中的航天器和探索其他行星的機器人提供像地面因特網一樣的通信服務［1］。

地面因特網協議一般假定數據源和目的之間存在端到端路徑，節點之間時延不會太長且網絡丟包率較小。IPN 具有不同于傳統地面因特網的特點，如節點之間的傳播延時會非常大，節點之間往往由于天體遮擋而無法實現可持續的連接，通信鏈路誤碼率高且鏈路帶寬不對稱等。IPN 研究小組最后得出以下結論：地面因特網不適合IPN，應開發一種新的DTN 體系結構和網絡協議，以實現最終IPN 的建立［2］。后來，IPN 研究小組發展成IPN 特別興趣小組（IPN Special Interest Group，IPNSIG）。由于IPN 的理念同樣適用于一些地面網絡，因特網研究任務組（Internet Research Task Force，IRTF）成立了一個新的工作組來研究更通用的DTN，即DTN研究小組（DTN Research Group，DTNRG），該小組是目前DTN 體系結構和網絡協議研究的主要公開組織［3］。2004年，美國國防先進研究計劃局（DARPA）提出中斷容忍網絡（Disruption Tolerant Networking，也稱為DTN），希望同一個體系結構或協議能夠同時支持延遲和中斷這兩種情況。

DTN 是實現IPN 的一種重要技術途徑，NASA啟動了多項旨在提高DTN 技術成熟度的飛行驗證計劃，以期將DTN 技術應用于實際的太空飛行任務中，最終實現IPN 的建立。我國早在20世紀末就有科研院校提出了建立天基綜合信息網的設想，并通過專項研究取得了顯著成果［4］。本文首先對DTN 的網絡協議、路由算法和軟件實現等關鍵技術進行了分析，總結了NASA 的DTN 飛行驗證試驗的技術特點，針對我國天基綜合信息網建設的需求，提出了DTN 研究應關注的問題。

2 DTN 關鍵技術

在研究IPN 時研究者發現，沒有一種現有的網絡協議能在IPN 的所有路徑上獲得很好的性能，而且沒有一種應用層下面的端到端協議適合IPN 應用場景的端到端應用［2］。因此，研究者提出了一種新的稱為DTN 的端到端的覆蓋層網絡體系結構，將不同的間斷網絡互連起來，形成一個間斷網絡的互聯網絡［5-6］。

2.1 DTN 網絡協議

2.1.1 束協議

束協議（Bundle Protocol，BP）運行于不同種類的底層協議之上，形成一個覆蓋層，稱為“束層”（Bundle Layer）［7］。束協議是DTN 體系結構中覆蓋層網絡的一個實際例子，既可以運行在當前的因特網上，也可以運行在深空通信網絡、傳感器網絡等其他苛刻的網絡環境中。束層和不同網絡的底層協議互相配合，從而使不同的網絡互連起來，而不同網絡的底層協議可以采用本網絡最適合的協議，因此，束協議可以看作是一個覆蓋層網絡的存儲轉發協議。圖1顯示了束協議在因特網模型中的位置，其中有3個不同的傳輸層和網絡層協議，分別用T1／N1，T2／N2，T3／N3表示［8］。

圖1 束協議在因特網模型中的位置Fig.1 Position of bundle protocol in Internet model

束協議的主要功能有：①基于保管方式的重傳；②可以處理間斷的連接；③除持續性的連接，還能夠利用可以預測的連接和機會連接；④通過覆蓋層網絡端點地址進行后綁定（Late-binding），形成網絡地址。基于保管方式的重傳是束協議非常重要的一個策略，數據段的可靠傳輸會隨著數據段在網絡中每一跳的前進而向前推移，這樣數據段的可靠傳輸從傳統的基于端到端轉變為基于跳到跳，從而更適合在高時延和鏈路中斷情況下的可靠傳輸。

束協議詳細的基本術語、格式和處理過程等由RFC5050定義［8］。它構造了一個存儲-轉發的覆蓋網，并需要一個“匯聚層適配器”完成與底層網絡協議的交互，實現束的發送和接收。

2.1.2 利克里德傳輸協議

利克里德傳輸協議（Licklider Transmission Protocol，LTP）是為了紀念美國計算機科學家J.C.R.Lichlider而命名的，它能在鏈路具有長延時、間歇性連接的情況下，提供遠距離的、基于重傳的可靠連接［9-10］。深空探測任務中的通信就是這種環境里的一個非常典型的例子，深空通信鏈路的延時非常長，而且有時會被其他天體遮擋或者受到地球站調度的限制而發生鏈路中斷。LTP 采用凍結定時器的方式處理間歇性連接的鏈路，而傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）的“兩分鐘超時”機制會導致TCP連接斷開。同時，由于在深空通信中的通信機會非常少且往返延時非常長，因此LTP中并沒有采用傳統TCP 的“三次握手”機制、“擁塞窗口協商”機制和慢啟動過程，從而提高了鏈路的利用率。同時，LTP提供了兩種數據塊（可靠部分和非可靠部分）的傳輸機制，因此能夠同時提供類似TCP的可靠傳輸和類似用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）的非可靠傳輸。LTP通過選擇性的應答（Selective Acknowledgement）機制來實現數據的可靠傳輸。

LTP是一個點到點協議，不必考慮路由和擁塞控制的問題。它也能夠支持束協議，所以可配置成BP／LTP的協議結構。

2.1.3 CCSDS文件傳輸協議

CCSDS文件傳輸協議（CCSDS File Delivery Protocol，CFDP）是一個面向傳輸的應用層協議，能夠靈活、高效地運行于近地軌道到行星際空間具有不同傳輸延時的通信鏈路［11］。CFDP 不僅能夠適應單工、半雙工和全雙工通信鏈路，還能夠支持跨越多個地面站連接機會的傳輸。它既能實現點到點傳輸，也能通過自動存儲轉發完成從發送節點到接收節點的多跳傳輸；通過采用否定應答（Negative Acknowledgement，NAK）的方式提供可靠的傳輸，應答方式根據NAK 信號發送時間的不同又可分為延遲NAK、立即NAK、提示NAK 和異步NAK。

在工程應用方面，2004年發射的“信使”（Messenger）水星探測器是首個使用CFDP 的深空探測任務，其地面系統實現了完整的CFDP，而考慮到探測器的處理和存儲約束，只是實現了CFDP 的核心功能和文件下載功能［12］。2005年發射成功的“深度撞擊”（Deep Impact）彗星探測器，也采用了CFDP作為文件傳輸協議［13］。

2.1.4 Saratoga協議

Saratoga協議是一個可提供點到點文件傳輸服務的輕量級協議，能夠工作于間歇性連接鏈路和極不對稱鏈路情況下［14］。與CFDP相比，Saratoga協議具有更小的代碼空間和更小的處理開銷。在專用鏈路下，Saratoga協議通過提高鏈路利用率來充分利用有限的連接時間。同時，它采用選擇性的否定應答（Selective NAK）自動重傳機制來提供可靠的數據傳輸，也可以作為DTN 的匯聚層協議來支持束協議［15］。

在工程應用方面，Saratoga協議從2004年開始就已經用于“災害監測星座”（DMC）遙感衛星的數據下傳中。DMC遙感衛星每次和地面站的連接時間僅有8～12min，其下行速率為8.1 Mbit／s，上行速率為9.6kbit／s，上下行鏈路通信速率極為不對稱，而Saratoga協議能夠在這類通信鏈路上達到非常高的鏈路利用率［14］。

2.2 DTN 路由算法

文獻［16］首先提出了DTN 的路由問題，并提出了知識庫（Knowledge Oracle）的概念，同時，根據利用知識庫的多少，提出了不同的路由算法。關于地面DTN 的路由算法已有多篇綜述文章［17-18］，本文主要介紹應用于航天任務的DTN 路由算法。

由于航天器和天體之間的運動規律是確定的，因此針對航天任務的DTN 路由算法與傳統的基于預測的地面DTN 路由算法具有本質的不同。NASA 專門針對IPN 提出了連接圖路由（Contact Graph Routing，CGR）算法［19］。在CGR 算法中，假定鏈路的連接機會是計劃好或者規劃好的，而不是預測或發現的。CGR 算法依賴于連接計劃（Contact Plan）生成網絡的連接圖，連接計劃包括連接消息和距離消息兩類。每條連接消息包含連接的起始時刻、結束時刻、發送節點號、接收節點號和在該時段內的通信速率；每條距離消息包含連接的起始時刻、結束時刻、發送節點號、接收節點號和在該時段內預測的通信距離。在每個本地節點，CGR 算法利用一種稱為連接檢查過程（Contact Review Procedure，CRP）的算法在連接圖的基礎上計算束可以轉發的鄰居節點，并通過一定的策略選擇下一跳節點。在下一跳節點，CGR 算法會執行相同的處理過程來計算可轉發的鄰居節點，因此是一種分布式路由算法。圖2為CGR 算法的處理流程。

每個網絡節點根據完整的連接計劃建立自己的連接圖數據結構，并根據此數據結構計算束的轉發路徑。CGR 算法定義結構良好的路徑是指一個連接序列，該連接序列滿足第一個連接是從源節點到某個節點，接下來的每個連接都從上一個連接的接收節點到某個節點，最后一個連接從某個節點到目的節點，且此路徑沒有環路。一條路徑的最早失效（Earliest Forfeit）時間定義為該條路徑中所有連接機會的最早結束時間。

圖2 CGR 算法的處理流程Fig.2 Process flow of CGR algorithm

CGR 算法給出了一個啟發式的路由算法，通過遞歸的調用連接檢查過程來實現路徑的計算。其最終的結果是得到可以轉發該束的鄰居節點集合，然后選擇相應的鄰居節點完成轉發。CGR 算法根據當前的連接關系為每一個到達的束計算轉發路徑，并通過預測鏈路容量的消耗來避免擁塞的發生。該算法能夠區分關鍵束和非關鍵束，會將關鍵束發送到所有可轉發鄰居節點，將非關鍵束只發送到某個最優的可轉發鄰居節點。

對于最優路徑的選擇，CGR 算法提供了幾種不同的標準。在地球軌道航天器網絡中，CGR 算法根據最早到達（Earliest Delivery）標準來選擇路徑；而在深空探測任務中，由于通信連接非常少，為盡量高效地利用鏈路連接機會，提高鏈路利用率，根據最早失效標準來選擇路徑。在進行“深度撞擊”網絡（Deep Impact Network，DINET）試驗時研究人員發現，由于最早失效標準并非單調的，在復雜的網絡拓撲下，最早失效路徑會產生路由環路，因此在DINET 試驗中采用了最早到達標準［20］。

文獻［21］提出了CGR-擴展塊（CGR-Extension Block，CGR-EB）路由，利用在擴展塊中記錄路徑的方式避免最早失效路徑的路由環路問題。CGR-EB采用一種類似源路由的方式，在源節點計算路徑并記錄該完整路徑，中間轉發節點會初步地檢查該路徑的下一跳，如果與原來計算的路徑差別較大，會重新計算完整路徑，否則，繼續使用原來計算的路徑。CGR-EB不僅能夠使用鏈路利用率作為路徑代價，還能夠減少路由計算的次數。

2.3 DTN 軟件的實現

DTN 研究小組負責維護DTN 在各種應用環境下的軟件代碼，并在其網站上對外公布。目前，主要有應用于地面DTN 節點的DTN2和應用于航天器等嵌入式系統的行星際覆蓋網絡（Interplanetary Overlay Network，ION）。ION 軟件實現了束協議、LTP協議、CFDP協議和異步消息服務等，所有的代碼都用C語言編寫，目前支持各種Linux、FreeBSD和Solaris平臺，也支持VxWorks和RTEMS操作系統。

3 DTN 在IPN 中的應用

DTN能夠解決不同間斷網絡的互聯問題，因此NASA啟動了一個太空DTN 發展計劃，以提高DTN技術應用于各種航天任務的技術成熟度，最終實現IPN 的建 立［22］。圖3為NASA 已 開 展 的DTN 飛 行驗證試驗。

圖3 NASA 已開展的DTN 飛行驗證試驗Fig.3 DTN flight validation experiments conducted by NASA

3.1 “災害監測星座”試驗

2008年1月，NASA 格林研究中心（GRC）在“災害監測星座”（DMC）的UK-DMC衛星上第1次在軌測試了DTN 的性能［23］。衛星與地面站之間的數據傳輸采用了IP 技術，并采用Saratoga協議下傳成像數據。由于代碼空間受限，UK-DMC衛星上只實現了DTN 的束轉發部分。試驗利用UK-DMC衛星的3次經過地面站的機會，測試了DTN 的分段、保管轉發和可靠性等特性。由于操作系統命名長度的限制，分段測試中的第2個段沒有生成成功。不過，整個試驗在測試DTN 本身的存儲轉發功能上是成功的，而且可以使用Saratoga協議和束協議實現DTN 束的轉發。

在試驗中發現，DTN 未處理可靠性的問題，沒有采用校驗和技術來支持錯誤檢測和丟棄出錯的束；時間同步對DTN 很關鍵，而DTN 的節點之間保持時間同步并不容易。如果節點之間的時間失步，節點將會拒絕其他節點的束，也會拒絕其他節點的時間請求束。

3.2 “深度撞擊”網絡試驗

2008年10月和11月，NASA 的JPL在“深度撞擊”彗星探測器上測試了DTN 的一些必要的功能，即進行了“深度撞擊”網絡（DINET）試驗，這是IPN 的第一個實例［24］。研究人員將DTN 軟件成功加載到“深度撞擊”探測器上，并在備用計算機上啟動DTN軟件，該軟件采用ION 代碼實現。在整個試驗過程中，“深度撞擊”探測器大約距離地球49～81光秒，共利用8次與深空網（Deep Space Network，DSN）的低速率連接機會。試驗中，研究人員從地球上的JPL節點向“深度撞擊”探測器發送約300幅圖像，探測器自動將這些圖像轉發到其他的JPL 節點。在27天的試驗過程中，研究人員測試了DTN 中束的生成、發送、動態路由計算、擁塞控制、保管傳輸和自動重傳等功能。所有發送出去的束，都自動地經過“深度撞擊”探測器的轉發，被正確地接收。

圖4為DINET試驗的網絡拓撲結構，試驗模擬了火星探測任務情景中的中轉機制，通過地面節點模擬火星著陸器和火星巡視器，通過“深度撞擊”探測器模擬中繼數據的軌道器，地球作為地面接收節點。

圖4 DINET 試驗的網絡拓撲結構Fig.4 Network topology of DINET experiment

經過DINET 試驗后，JPL 實現 的DTN 技術成熟度水平（Technology Readiness Level，TRL）達到了8級（試驗階段的最高等級），后續的實際飛行任務可以較低風險的使用DINET 軟件［25］。DINET飛行試驗驗證了DTN 可以在延時非常長的鏈路條件下正常工作，路徑利用率可以超過90%，且能夠通過自動存儲轉發機制處理鏈路中斷的情況［24］。

3.3 “國際空間站”商業通用生物處理設備試驗

2009年1月，科羅拉多大學與NASA合作，在“國際空間站”的5號商業通用生物處理設備（Commercial Generic Bioprocessing Apparatus，CGBA5）上進行了DTN 的試驗［26］。CGBA5是一個用于生命科學實驗的環境控制容器，提供了一個嵌入式的計算和通信平臺。它的下行鏈路可以支持400kbit／s，上行鏈路需要和其他空間站上的載荷共享帶寬，每5s只能發送一個束（90byte），因此下行鏈路是上行鏈路的2800倍，形成了一種極為不對稱的鏈路，這對束協議反向信道中保管信令的傳輸是一個極大的挑戰。研究人員設計了一種束協議信令壓縮機制，使一個保管信令可以應答多個束，從而使束協議能夠成功運行在這種極不對稱鏈路上。

科羅拉多大學計劃將CGBA5上的DTN 繼續擴展到CGBA4上，將DTN 擴展為2個太空節點，從而可以繼續對DTN 的路由問題展開研究。另外，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）也計劃與NASA 和科羅拉多大學合作，在東京附近的筑波任務運行中心布置一個DTN 節點，試驗與CGBA5科學載荷的通信［26］。

3.4 “跟蹤與數據中繼衛星系統”試驗

NASA 戈達德航天飛行中心（GSFC）針對“跟蹤與數據中繼衛星系統”（TDRSS）進行了DTN 協議測試，旨在探索束協議和IP協議在非對稱鏈路和單向鏈路情況下的性能［27］，因為非對稱鏈路和單向鏈路是地球科學任務和低軌任務通信鏈路的典型特點。試驗中，地球科學任務航天器通過“跟蹤與數據中繼衛星系統”的東星向任務運行中心（MOC）發送一個1.6Mbyte的文件，通信鏈路帶寬為128kbit／s。文件通過東星的非對稱鏈路進行傳輸，非對稱鏈路有一段時間是單向鏈路，從而可以測試DTN 在非對稱鏈路和單向鏈路上的性能。圖5為該試驗的系統概覽和網絡協議概覽。航天器和任務運行中心采用CFDP類別1作為文件傳輸協議，由于LTP已經提供了可靠的傳輸服務，采用CFDP類別2和LTP會造成冗余。東星與航天器和白沙地面站之間采用高級在軌系統（AOS）作為鏈路層協議，而白沙地面站和任務運行中心則采用以太網（Ethernet）作為鏈路層協議。

圖5 “跟蹤與數據中繼衛星系統”試驗的系統概覽和網絡協議概覽Fig.5 System overview and protocol overview of TDRSS experiment

3.5 地球觀測-1試驗

2010年12月-2011年2月，NASA 戈達德航天飛行中心成功利用地球觀測-1（EO-1）衛星展示了一個在軌DTN 節點，試驗的主要目的是驗證DTN 技術能否用于“地球觀測”衛星和其他低軌航天任務［27］。整個試驗分為3 個階段，共利用14 次通信機會。階段1中主要驗證了DTN 基本的束發送和接收功能，包括地球觀測-1 和任務運行中心（MOC）2 個節點。階段2 增加了科學運行中心（SOC）節點，從而組成了包括3個節點的網絡，并驗證了DTN 的自動存儲轉發和優先級機制。階段3增加了瓦勒普斯地面站（Wallops Ground Station，WGS）作為一個DTN 節點，從而組成了一個四節點網絡。整個網絡的配置如圖6所示。

所有的DTN 節點都使用了束協議，但不同的鏈路采用了不同的傳輸協議。對于在地球觀測-1和任務運行中心之間的天地鏈路，使用LTP提供可靠的傳輸服務，鏈路層則使用了AOS協議，LTP段的大小被設置為正好可以放入AOS幀內。在上行鏈路中，LTP段被放入CCSDS遙控包的數據域中進行傳輸。在階段2和階段3的試驗中，所有的地面節點之間均采用TCP作為傳輸層協議，以提供節點之間的可靠傳輸服務。地球觀測-1 試驗中采用的網絡協議如圖7所示。

圖6 地球觀測-1試驗中的網絡配置Fig.6 Network configuration of EO-1experiment

圖7 地球觀測-1試驗中采用的網絡協議Fig.7 Network protocol of EO-1experiment

3.6 “太空因特網路由器”試驗

“太空因特網路由器”（Internet Router in Space，IRIS）試驗是由NASA 戈達德航天飛行中心發起的一項協同傳感網（Sensor Web）演示試驗，旨在展示聯網之后快速的事件響應和自動的信息分發對協同傳感網帶來的性能提升［27］。協同傳感網是NASA構想的一個包括從地球亞表面到地球軌道及深空的各種傳感器組成的智能觀測網絡，可以提供及時、按需的數據和分析，從而為科學探索、經濟發展、自然災害緩解和探索其他行星提供必要的信息。隨著協同傳感網的擴展，傳統的手工配置方式將使運行成本增加，甚至變得不可行，而采用DTN 技術的自動存儲轉發機制和路由機制，可以大大縮短系統的響應延遲。

圖8為整個演示試驗的系統概覽和協議棧概覽，數據流的方向為從右到左，模擬了一個地球科學任務航天器將包含數據的束，如事件預警信息，發送到現場的傳感器，以進一步觀測航天器發現的敏感事件。航天器首先將數據發送到任務運行中心和科學合作中心（SCC），科學合作中心再通過國際通信衛星-14（Intelsat-14）上的“太空因特網路由器”轉發到傳感器任務運行中心（Sensor MOC），傳感器任務運行中心通過各種傳輸方式將數據發送到相應的傳感器，以實現事件的進一步觀測。傳感器主要包括谷歌手機、攝像頭和天氣傳感器，各種傳感器獲取必要的信息后，把信息回傳給科學合作中心，通過綜合利用航天器的信息和現場傳感器的信息，可以實現更加全面的事件觀測。傳感器的信息也可以發回航天器，以便航天器開展進一步的觀測。

圖8 “太空因特網路由器”試驗的系統概覽和網絡協議概覽Fig.8 System overview and network protocol overview of IRIS experiment

整個系統的協議棧根據不同的網絡環境采用不同的協議，以更好地適應本地的網絡環境。例如：航天器和任務運行中心的鏈路層采用AOS 協議，傳輸層采用LTP，而“太空因特網路由器”的底層協議采用了DVB-S2協議，傳感器運行中心與各種傳感器之間的底層協議則采用了IEEE 802.11、以太網和串行接口。

在整個通信過程中，人為地加入了一些鏈路中斷情況。例如：航天器和任務運行中心的鏈路設置為連通5min，中斷5min，再連通10min；“太空因特網路由器”的鏈路也人為中斷了2次。試驗表明，DTN 技術能夠實現自動存儲轉發而無需人工配置，從而可以提高整個系統的響應速度。

3.7 “國際空間站”控制樂高機器人試驗

2012年11月，NASA 和歐洲航天局（ESA）使用IPN 的試驗網絡，從“國際空間站”成功實現了對ESA 達姆施塔特運行中心的樂高（Lego）機器人的控制［28］。這項試驗使用了NASA 的DTN 發送消息，模擬行星軌道飛行器上的航天員控制行星表面機器人的情景。航天員使用NASA 開發的筆記本通過DTN 實現對地面樂高機器人的控制。試驗中的DTN 將可用于火星軌道器上的航天員控制火星表面上的機器人，也可以利用圍繞地球運轉的衛星當作中繼轉發站。

3.8 總結

表1給出了NASA 開展的DTN 飛行驗證試驗的研究機構和應用領域。可以看出，這些飛行驗證試驗由多家研究機構和大學參與，應用領域覆蓋了遙感、空間站、中繼通信和深空探測等。雖然DTN最初起源于深空探測任務需要的IPN，但從NASA開展的DTN 飛行驗證試驗來看，DTN 也可以應用于地球科學任務。

表1 NASA開展的DTN 飛行驗證試驗的研究機構和應用領域Table 1 Research institutes and application fields of DTN flight validation experiments conducted by NASA

DTN 飛行驗證試驗探索了DTN 運行過程中可能會遇到的問題，對DTN 技術的自動存儲轉發機制、網絡協議、路由算法和軟件實現等關鍵技術也進行了驗證。試驗表明，DTN 能夠正常運行在長延時和有中斷情況的鏈路上，也能夠運行在非對稱鏈路和單向鏈路上，從而為DTN 最終實現在IPN 的應用奠定基礎。

4 啟示與建議

DTN 最初起源于NASA 對IPN 的研究，而繁榮于地面DTN 的廣泛應用，地面DTN 的深入研究又會促進IPN 的發展。從最初提出IPN 的設想到現在已經過去了十多年，NASA 正在一步步地實現IPN 的設想。

我國早在20世紀末就提出了天基綜合信息網的設想，DTN 技術為我國建立天基綜合信息網，實現天地一體化的信息網絡提供了一種重要的技術途徑。針對我國未來天基綜合信息網建設的需求，應在以下幾方面對DTN 技術進行深入研究。

1）體系結構的設計

天基綜合信息網是一項龐大的系統工程，首先要在體系結構上進行頂層設計，以指導天基綜合信息網的建設實施。建議在地面采用基于IP 的網絡協議，天基采用基于CCSDS的網絡協議；采用基于束協議的覆蓋層網絡協議將天基網絡和地面網絡互聯為天地一體化的信息網絡。這種體系結構既能夠利用現有基于TCP／IP 的地面網絡的成熟技術，又能利用現有CCSDS網絡協議在我國航天任務中應用的成熟技術。NASA 已開展的在軌飛行驗證試驗，均采用了類似的體系結構。

2）各種匯聚層協議在不同鏈路情景下的性能

LTP、CFDP 和Saratoga 協議均可作為DTN的匯聚層協議，提供可靠的傳輸服務。但是，由于不同協議是針對不同的應用情景提出的，如LTP專門針對長延時鏈路，而Saratoga協議的資源消耗特別少，因此，在確定具體采用哪種匯聚層協議之前，還要針對不同的鏈路情景對各種匯聚層協議進行詳盡的性能測試。例如，對于延時長短不同、誤碼率不同的鏈路，以及不對稱程度不同的鏈路，各種匯聚層協議的性能如何，還要進行深入的研究。

匯聚層協議的最終選取，應是針對不同的鏈路情景選用不同的、最優的協議。對于近地鏈路和深空鏈路的匯聚層協議，應是兩種分別針對各自鏈路特點經過優化的匯聚層協議，而地面網絡可以采用基于TCP的匯聚層協議。基于束協議的覆蓋層協議，使采用不同匯聚層協議的底層網絡能夠互聯起來，類似于地面IP協議將采用不同鏈路層協議的底層網絡互聯起來。

3）DTN 路由算法

NASA 目前開展的在軌飛行驗證試驗網絡規模一般不大，參與節點數量少，拓撲相對簡單，對于連接圖路由算法的測試還不夠充分。我國未來的天基綜合信息網，將包括各種遙感、通信等在軌應用衛星和載人飛船、空間站等，拓撲結構相對復雜，DTN路由算法能否在如此復雜的網絡拓撲下正常工作，還要進行深入的研究。同時，未來的天基綜合信息網對服務質量（QoS）也提出了很高的要求，如某些預警信息要可靠、及時地分發到相應的網絡節點，某些獲取的數據要盡可能多地下傳到地面等，DTN 路由算法能否滿足這些服務質量要求，也是一個值得研究的問題。

4）網關節點的設計

在天基綜合信息網中，某些航天器將不可避免地成為網關節點，這些節點要支持較為復雜、完備的協議體系，提供較強的數據信息處理能力和存儲能力，這要求星上數據系統要具備更高的性能。在目前國內航天電子器件水平條件下，實現比傳統數據處理更復雜的功能和更高的性能，并保證絕對的可靠性，是對現有航天器數據管理和綜合電子技術的新挑戰，要在系統體系結構、軟硬件設計和實現方法方面進行創新研究。

（References）

［1］Hooke A.The Interplanetary Internet［J］.Communications of the ACM，2001，44（9）：38-40

［2］Burleigh S，Hooke A，Torgerson L，et al.Delay-tolerant networking：an approach to interplanetary internet［J］.IEEE Communications Magazine，2003，41（6）：128-136

［3］Farrell S，Cahill V，Geraghty D.When TCP breaks delay-and disruption-tolerant networking［J］.IEEE Internet Computing，2006，10（4）：72-78

［4］閔士權.我國天基綜合信息網構想［J］.航天器工程，2013，22（5）：1-14 Min Shiquan.An idea of China’s space-based integrated information network［J］.Spacecraft Engineering，2013，22（5）：1-14（in Chinese）

［5］Cerf V，Burleigh S，Hooke A，et al.Delay-tolerant networking architecture，RFC4838［EB／OL］.［2013-10-10］.http：／／tools.ietf.org／html／rfc4838.html

［6］Fall K.A delay-tolerant network architecture for challenged internets［C］／／Proceedings of ACM SIGCOMM’03.New York：ACM，2003：27-34

［7］Mcmahon A，Farrell S.Delay-and disruption-tolerant networking［J］.IEEE Internet Computing，2009，13（6）：82-87

［8］Scott K，Burleigh S.Bundle protocol specification，RFC5050［EB／OL］.［2013-10-10］.http：／／tools.ietf.org／html／rfc5050.html

［9］Burleigh S，Ramadas M，Farrell S.Licklider Transmission Protocol-motivation，RFC 5325［EB／OL］.［2013-10-10］.http：／／tools.ietf.org／html／rfc5325.html

［10］Ramadas M，Burleigh S.Licklider Transmission Protocol-specification，RFC5326 ［EB／OL］.［2013-10-10］.http：／／tools.ietf.org／html／rfc5326.html

［11］CCSDS.CCSDS 727.0-B-1CCSDS File Delivery Protocol（CFDP）recommendation for space data systems standards［S］.Washington D.C.：CCSDS，2007

［12］Krupiarz C J，Artis D A，Calloway A B，et al.Filebased data processing on Messenger［J］.Acta Astronautica，2006，59（8／9／10／11）：1071-1078

［13］Sanders F A，Jones G，Levesque M.Transferring files between the Deep Impact spacecraft and the ground data system using the CCSDS File Delivery Protocol（CFDP）：a case study［C］／／Proceedings of IEEE Aerospace Conference 2007.New York：IEEE，2007：1-6

［14］Wood L，Eddy W M，Ivancic W.Saratoga：a delaytolerant networking convergence layer with efficient link utilization［C］／／Proceedings of the 3rd International Workshop on Satellite and Space Communications（IWSSC’07）.New York：IEEE，2007：168-172

［15］Wood L，Mckim J，Eddy W M.Using Saratoga with a bundle agent as a convergence layer for delay-tolerant networking，IRTF internet-draft ［EB／OL］.［2013-10-10］.http：／／tools.ietf.org／html／draft-wood-dtnrgsaratoga-07

［16］Jain S，Fall K，Patra R.Routing in a delay tolerant network［C］／／Proceedings of ACM SIGCOMM’04.New York：ACM，2004：145-157

［17］蘇金樹，胡喬林，趙寶康，等.容延容斷網絡路由技術［J］.軟件學報，2010，21（1）：119-132 Su Jinshu，Hu Qiaolin，Zhao Baokang，et al.Routing techniques on delay／disruption tolerant networks［J］.Journal of Software，2010，21（1）：119-132（in Chinese）

［18］李向群，劉立祥，胡曉惠，等.延遲／中斷可容忍網絡研究進展［J］.計算機研究與發展，2009，46（8）：1270-1277 Li Xiangqun，Liu Lixiang，Hu Xiaohui，et al.Delay／disruption-tolerant network study［J］.Journal of Computer Research and Development，2009，46（8）：1270-1277（in Chinese）

［19］Burleigh S.Contact graph routing，IRTF internet-draft［EL／OL］.［2013-10-10］.http：／／tools.ietf.org／html／draft-burleigh-dtnrg-cgr-00

［20］SeguíJ，Jennings E，Burleigh S.Enhancing contact graph routing for delay tolerant space networking［C］／／Proceedings of IEEE Globecom 2011.New York：IEEE，2011：1-6

［21］Birrane E，Burleigh S，Kasch N.Analysis of the contact graph routing algorithm：Bounding interplanetary paths［J］.Acta Astronautica，2012，75：108-119

［22］Ackerman E.Interplanetary internet tested［J］.IEEE Spectrum，2009，46（7）：13-14

［23］Ivancic W，Eddy W M，Stewart D，et al.Experience with delay-tolerant networking from orbit［J］.International Journal of Satellite Communications and Networking，2010，28（5／6）：335-351

［24］Wyatt J，Burleigh S，Jones R.Disruption Tolerant Networking flight validation experiment on NASA’s EPOXI mission［C］／／Proceedings of the First International Conference on Advances in Satellite and Space Communications （SPACOMM 2009）.New York：IEEE，2009：187-196

［25］Jones R M.Disruption tolerant network technology flight validation report DINET［R］.Pasadena，california：NASA JPL，2009

［26］Jenkins A，Kuzminsky S，Gifford K K.Delay／disruption-tolerant networking：flight test results from the International Space Station［C］／／Proceedings of 2010 IEEE Aerospace Conference.New York：IEEE，2010：1-8

［27］Davis F A，Marquart J K，Menke G.Benefits of delay tolerant networking for earth science［C］／／Proceedings of 2012IEEE Aerospace Conference.New York：IEEE，2012：1-11

［28］Kraft R.NASA，ESA use experimental interplanetary internet to test robot form International Space Station［EB／OL］.［2013-10-10］.http：／／www.nasa.gov／home／hqnews／2012／nov／HQ＿12-391＿DTN.html