軟件所發布面向天地一體化組網“天智協議棧”

文章來源:  |  發布時間:2019-07-12  |  【打印】 【關閉

  
      7月5日,在2019软件定义卫星高峰论坛上,中國科學院软件研究所正式发布支持天地一体化组网的“天智協議棧”公测版。“天智協議棧”由软件所天基综合信息重点实验室历经十余年研究攻关,可有效推动中国航天系统向网络化、智能化和服务化演进。 
  天智協議棧提供了天地一體化的整體解決方案,可有效支持星座、編隊、天空地一體等不同的組網模式;動態可變的組網規模和多樣化的業務流程,實現了協議流程的固定化到柔性可重組,信息傳輸的盡力化到綜合安全保障,網絡處理的單一化化到傳輸、計算、存儲一體化跨越,填補了國內天地一體組網協議棧設計領域的空白。同時,該協議棧也是“天智”系列軟件定義衛星的重要組成部分。
  “天智協議棧”由物理层、链路层、网络层、传输层以及应用层五层组成,核心代码411200余行,基础协议模块28个,核心协议模块37个,关键模型15个(环境模型、故障模型、安全模型等)。通过不同的功能组合与调用,不仅可支持短报文、文本、指令、语音、图像、视频等常规业务类型,还具有数据分级、安全可靠、实时分发、频谱认知等不同传输模式可供选择。
  應用層設計了支持不同QoS應用,面向一體化的衛星網絡管理協議;輕量化的安全協議和滿足大規模網絡管理的多功能網控協議,能夠實現測控、運控、管理的一體化;
  傳輸層面可充分利用軌道特點,斟辯擁塞起因,可容忍鏈路大延遲和無規則中斷。支持點對點和端到端不同類型的確認模式,支持網絡編碼傳輸優化。比TCP數據加速協議、CCSDS-TP協議以及VCP等傳輸協議性能提高20%以上;
  網絡層采用動態網絡虛擬化技術,設計了針對單層、雙層、三層等不同衛星網絡架構以及地面和空間一體化路由機制和地址管理協議,將衛星網絡的高動態拓撲變化對路由的影響減小到最低,有效支持斷點續傳和負載均衡,減少源端重路由,性能明顯優于快照、狀態優化等路由協議;
  鏈路層針對衛星和終端的移動性特點,重點設計了一體化網絡的移動管理協議,接入和鑒權協議,實現了網絡資源的有效管理和開放。
  物理層采用開放式架構,支持多種編解碼模式的自適應,除了可利用規劃資源外,還支持空閑頻譜資源的快速發現,提高未來有限頻譜的利用率。
  与国内外其他系统相比,天智協議棧具有以下鲜明特色: 
  第一,支持動態可擴展星座規模,具有星座構型自學習能力,支持衛星節點動態加入和退出,支持衛星節點數目大于1萬,終端節點數量優于1000萬,協議收斂速度可達秒級。
  第二,支持不同帶寬、不同誤碼率的鏈路形態,具有鏈路特性自感知能力,支持單、雙工及激光和L、S、C、Ku、Ka等鏈路類型,有效數據傳輸效率優于99%。
  第三,支持會話、交互、傳輸、采集等不同的業務類型,具有窄帶、寬帶業務自適應能力,支持規則和不規則組網模式。
  第四,采用動態網絡虛擬化技術和創新的移動性管理模型,從體系架構上解決了衛星、終端雙移動導致的拓撲高速變換、尋址困難等問題;
  第五,采用C語言實現,具有自主知識産權,具有架構層次化、協議模塊化、接口透明化的特點,適用于天地一體化組網、天基物聯網、天基互聯網、天基編隊等不同的組網場景。
  在未来的研发道路上,软件所将开放该协议栈的顶层框架,邀请国内优势单位共同打造“天智協議棧1.0”,加速推进协议栈的完善和应用,为中国航天事业的发展贡献自己的力量。