基于OPNET的SCPS-NP協議仿真設計

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

　　0 引言

　　隨著各國對外層空間資源的不斷探索，開發和利用以及地面因特網技術的不斷發展成熟。將天地通信融入到地面因特網中，建立天地統一的數據網絡成為新的研究熱點。這就需要一套高效統一的空間通信協議來進行保障。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委員會（CCSDS）做了大量工作，制定了一系列協議。

　　1 CCSDS 協議體系結構

　　CCSDS 系列協議可仿照TCP/IP 的分層結構分類到物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層中。每一層包含多個協議。具體介紹如下：

　　（1）物理層

　　在物理層，CCSDS 制定了《無線電頻率和調制體制》建議書。規定了中等通信需求的近地和深空任務的無線電頻率和調制體制。

　　（2）數據鏈路層

　　數據鏈路層包括了數據鏈路層協議和信道編碼。協議主要開發了分包遙測和分包遙控協議，適用于常規航天器數據系統，業務簡單；高級在軌數據系統協議（AOS），適用于大型航天器，業務種類多；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。信道編碼中開發了BCH 編碼、卷積碼、RS 碼及數據鏈路的各種數據結構等[2]。

　　（3）網絡層

　　在網絡層、傳輸層和應用層，CCSDS 開發了與TCP/IP 協議功能上相平行的一系列建議書，即空間通信協議規范SCPS。其出發點是在適應空間通信需求的基礎上盡量與因特網協議實現兼容和互操作。以因特網協議為基礎，進行針對空間環境的改進。SCPS-NP 是其中的網絡層協議。與IP 協議相比，主要改進體現在以下幾點：提出了不同長度的導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；提供由管理機制配置的端到端路由；在SCPS 控制信息協議中（SCMP）中，增加了由于信道質量造成鏈路中斷的信令。

　　（4）傳輸層

　　在傳輸層，除了對應的傳輸層協議SCPS-TP 外，CCSDS還開發了用于文件傳輸的協議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 安全協議（SCPS-SP），是對Internet IPsec 協議改進而制定的。

　　（5）應用層

　　在應用層中，CCSDS 開發文了件傳輸協議SCPS-FP、無損數據壓縮、空間分包協議等。