深空通信网络体系结构及相关研究问题

一，深空通信网络结构IPN结构及各个部分的特点

空间技术的发展使火星探测等深空科学任务成为了现实。未来的空间探测任务会需要在行星，月球，卫星，小行星，宇宙飞行器，和登陆车等之间进行通信。这些任务会产生大量的科学数据，这些数据需要高速可靠的在航天器之间传递并传送给地球。

为了实现科学考察数据的有效传输和可靠的导航通信，NASA提出了发展下一代空间互联网体系结构，下一代的深空网络应该是深空星际网络的互联网，定义为星际互联网IPN(InterPlaNetary Network)。

星际互联网可以提供科学考察数据的传输服务和未来深空探测任务的航天器与人造卫星的导航服务。星际互联网的可以提供的主要应用包括：

●时间不敏感的科考数据传输。实现从地外行星和月球收集到的大量科考数据在空

间中的实体间互相通信。

●时间敏感的科考数据传输。将大量的本地视频和音频数据传输给地球，在轨机器

人，甚至是在轨的宇航员。

●任务状态遥测数据传递。将任务，飞行器或登录器的状态和健康报告传输到指挥

中心或其它结点上。这个应用需要一种周期性或事件驱动的不可靠的传输服务。

●指令和控制。另一种星际互联网的重要应用是对在轨单元的命令和控制。闭环命

令和控制可以包括无线结点的直接或多跳通信，比如，地球基站控制在行星表面

漫游的探测器，或者接近的结点，比如在行星轨道上控制登录器。

目前的internet应用已经非常广泛，在internet技术的基础上构建空间互联网既可以节省开支又有高质量服务。因此，大多数深空探测用的网络结构都是基于internet技术的。

NASA的空间互联网通用结构包括以下的结构单元：

●骨干网络。包括NASA的地面网络和空间网络，NASA的以太网和虚拟私有网络，

因特网和商用或者国外的通信系统。

●接入网络。宇宙飞船和登陆车及其内部网络与骨干网的通信接口。

●宇宙飞船之间的网络。宇宙飞船的一个飞行编队或集群之间的网络。

●临近网络。在无线多跳自组织网络adhoc中分布的空间飞行器，登陆车，传感器等。

空间因特网在被定义成因特网的网络，它用一个专用的长距离无线链路的深空骨干网络与因特网连接。因特网或者因特网相关的协议可以用来组成低延时，环绕地球的相对低噪音环境的，飞行器内部，环绕其它星球的网络等本地网络。在不同的环境中应该设计特殊的协议以适应特殊环境的限制。一个新的覆盖协议的概念称为“打包传递”，它将一些异构的因特网联系成一起，完成本地协议不能完成的功能。

星际互联网结构如图1中表示，包括星际骨干网络，星际内部网络和行星网络。

●星际骨干网络。它提供地球，外部空间行星，月球，卫星和处于行星间引力稳定点上的

中继站之间的一个通用通信设施。它包括长距离基本单元之间的数据链路（直接链路或

多跳路径）。

行星际骨干网络链路的最重要的特点如下述：

极长的传播延时。深空通信链路具有极端长的传播延时。长时延。例如:多数情况下低轨系统往返时延是40到50毫秒，中轨系统是120到260毫秒，地球同步卫星轨

道大约550毫秒，并且还受到星间路由选择、星上处理以及缓存等因素的影响。而

在星际骨干网中往返时延更高。例如:从地球到火星的距离在6000万公里以上，传

输的往返时延从8到40分钟之间，其它如木星和冥王星到地球的RTT范围分别是

81. 6到133. 3分钟和593. 3到1044. 4分钟之间。

高链路误码率。现有的卫星信道误码率(Bit Error Ratios, BER)大约是10-6,最坏情况为10-4。在骨干网误码率更高，例如月球距地球约38万公里,而其它行星距地球都

在几千万公里以上。由于距离远，使信号衰减造成信噪比降低，另外，某些行星存

在的电磁辐射引起的干扰，使信噪比进一步下降，导致BER一般只能达到10-1数

量级。

链路暂时中断。因为行星的运动，小行星或者宇宙飞船的干涉造成的光线的不可见，周期性的链路中断很可能发生。

不对称带宽。在一般情况下，前向和反向信道带宽容量之比约为1000:1。在某些情况下，甚至是单向通信.

●行星际外部网络。他包括在行星见的深空飞行的宇宙飞船，传感器结点群，空间站群等。

一些行星际外部网络的结点还拥有远距离通信的能力。

●行星网络。包括行星卫星网络和行星表面网络。如图2中所描述。这种体系结构可以在

所有外部空间行星上实现，提供了行星的卫星和地面之间的互连接和互操作。

行星卫星网络。环绕行星飞行的卫星可以在地球和外部空间行星之间的中继服务，同样也为行星表面的单元进行通信和导航服务【55】。一些行星表面单位有跟卫星

通信的能力，报告本地地形结构，从卫星接收指令和数据。行星卫星网络包括环行

卫星之间的链路，卫星和地面单元之间的链路。它包括图2中所述的多个层次，提

供如下服务：地球和行星之间的存储和中继服务，执行任务的单元之间的中继服务

和行星表面网络的位置管理。

行星表面网络。它提供了漫游者和登陆车等行星表面单元之间的通信服务，他们可以与卫星进行连接。他们还提供了行星表面的能力稳定的无线骨干网络。此外，行

星表面网络还包括不能直接与卫星通信的行星表面单元。这些单元一般是由传感器

和气球等，以集群方式分散分布组成一个无线多跳自组织网络。如图2示。

目前，空间站和卫星已经部署了，可以很容易的整合到星际骨干网络中去。同时，在不远的将来，未来科学研究在深空中部署的传感器结点就可以连接到星际骨干网络

上。根据【9】的说法，为火星表面探测任务计划好的一些科学设备是为了深空探测的传感器结点。这些设备可以根据星际网络的结构进行组织。这些设备所处的探测区域被称为部落区域。在每个部落区域中都可以建立星际表面网络。

总的来说，图1和2描述的行星际因特网体系结构是被分解成了不同的子网。每个子网面临不同的挑战，有自己特点的要求。因此需要有一个通用的协议栈来将不同的部分整合起来，将陆地上的因特网连接到星际互联网中。同时，它也给开发适应每个子网特殊环境的协议留下了很大的空间。

二，CCSDS和DTN Bundle

三，传输层

传输层的功能对于行星际因特网科考数据的可靠传输和多媒体信息的及时传递都是必要的。在图1中所示的行星际因特网的结构体系元素中，行星际骨干网络是可靠传输和多媒体传输的最大困难，它对整个行星际因特网的表现起着重要作用。

现有的为陆地，卫星，无线和多跳自组织网络的传输层协议可以通过一些适当的修改使其应用在图1示的行星际外部网络和行星网络中。然而，行星际因特网面临的挑战需要特别制定的新的传输层协议来解决。

4.1 行星际骨干网络的可靠数据传输

4.11 相关工作

实现行星际因特网满足深空任务通信的需求，，现有的可靠传输协议在深空通信网络的表现都很差。造成这种性能降低的主要原因就是深空链路的极高的延时。这是因为目前TCP 协议在慢启动和拥塞避免算法中使用的基于窗口的机制。在慢启动算法中，拥塞窗口大小(W)直到慢启动阈值(W SS)之前，每收到一个ACK增加一，此时W< W SS。然而，这种方式持续很长时间浪费带宽，持续时间与传播延时成正比。如果W SS=20，RTT=20分钟，慢启动在120分钟内都不能完全的使用全部带宽。

这种低效率的利用链路带宽的基于窗口的机制在慢启动算法中也存在，此时W≥W SS。TCP的源端每一个RTT时间才增加1.如图6所示，目前的基于窗口的TCP协议在链路带宽为1MB/s，丢包率p=10-3,RTT=40分钟时，只能达到10byte/s的吞吐量。换句话说，在连接建立阶段，整个深空链路基本上没有被利用。注意到RTT=40是地球和火星的通信链路的RTT范围之内的，基于所处轨道位置，约8.5-40分钟。

此外，目前的TCP协议是针对有线链路设计的，假定误码率是可忽略的。因此，基于丢包的拥塞探测机制就造成了无谓的速率瓶颈并导致在行星际骨干网络中严重的吞吐量降低。近几年为了解决在无线链路错误造成的吞吐量降低做了很多研究工作。然而，这些解决方案不能直接应用于行星际骨干网络，原因是极高的传播延时和前面所述的特性放大了问题的影响。

基于卫星链路提出了很多传输层协议，卫星链路也有高带宽延时积和高误码率。不过，这些研究几乎都是对于地球同步轨道GEO卫星链路的，典型的RTT大概是550ms,相对与深空通信链路的RTT小的很多。此外，由于链路中断造成的丢包也同样会误导基于丢包的拥塞控制机制。在【53】，开发了为解决因为移动而导致的信号丢失的对TCP的扩展。然后，深空链路中的链路中断的情形由于极高的传播延时而更加复杂，因此【53】中的解决方案并不能直接应用。

行星际因特网传输协议还面临很多别的挑战需要去解决。如下：

●延迟的反馈。TCP期望对链路状态做出反应。这种期望在长延时环境中造成了问题，

因为TCP使用端到端的信号作为它的控制回路。RTT越长，源端接收到的关于链路状态的信息就越晚。因此，基于这样过去时的信息的拥塞控制机制可能不会导致正确的行为。因此对瞬时丢包情况做出反应的拥塞控制机制不会在大延时链路中作出合适的反应。

●缓冲区大小。为了保证100%的可靠传输，重传机制是不可避免的。然而，这就带来了

可观的内存容量的要求。例如，传输协议需要为RTT=20和平均发送速率为1MB/s的链路准备1.2GB的缓存。

现在对深空背景通信网络传输层协议的研究已经很活跃。Space Communications Protocol Standards-Transport Protocol(SCPS-TP)是CCSDS为了深空通信而开发的TCP的扩展集合。SCPS-TP是为了满足目前的通信环境和将来的空间任务而设计的。SCPS-TP是对目前的TCP协议进行一些修改和扩充来解决深空通信中的链路错误，不对称带宽和不持续连接等问题的。它可以根据任务的通信需求提供完整的，尽全力的最小限度的可靠性。SCPS-TP 的能力基本上是目前TCP协议的结合体，而TCP已经显示并不能满足星级骨干网络的要求。例如，使用Vegas拥塞控制的SCPS-TP使用基于窗口的机制和使用了慢启动算法。尽管使用基于速率的SCPS-TP正在开发当中，它不使用拥塞控制机制，通过用户选择的固定速率发送数据。另一方面，SCPS-TP使用TCP-Vegas使用基于RTT变化的拥塞决定机制。然而，因为TCP-Vegas的基于窗口的本质，它不能够完全的使用链路带宽，因为变化的RTT，它也不能感知拥塞。因此，基于RTT的变化的拥塞避免机制并不能提供很好的拥塞控制功能。此外，由于极高的延时，RTT的变化并不能精确的衡量，因此作为结果，拥塞控制行为也可能不精确。在【29】，CFDP也是用CCSDS开发的。这个协议可以在深空链路中达到可靠的文件传输。然而，它也不能解决如上的困难，它也不是一个拥有在行星际因特网实现高数据速率可靠传输功能的传输层协议。

在【94】，介绍了包裹协议来解决不连续连接，大而可变的延迟和高误码率。如图4所示，包裹层协议在应用层和底层协议之间，在延时可容忍网络中表现为一个基于保管的存储和转发方式。此外，这种方法中间路由器有很大的存储空间来储存数据。需要的存储空间大小随着链路延时的变大和发送数据速率的变快而增大。而且，如此巨大的缓存也需要有效和快速的缓存管理机制来防止传输被存储转发机制所影响。基于包裹层的存储和转发机制，DTN方法结合了捆绑的ARQ和捆绑的拥塞控制概念通过本地重传和在区域内拥塞控制来提供可靠传输，也就是在本地节点之间而不是端到端之间进行可靠和拥塞控制。尽管这种方法可以在不连续连接的链路上实现可靠传输，它还需要一个传输层协议，也是为了解决同样的挑战，在两个行星际因特网节点之间达到高吞吐量的包裹传输。在【45】，介绍了长距离传

输协议(LTP)在包裹节点之间来传输包裹。LTP是目前正在开发中的协议，在【113】中描述，作为一个链路层的ARQ添加一些相关的CFDP文件传输协议的功能，而不是类似于TCP的传输协议。

4.1.2 TP-Planet

在【2】中，介绍了一个行星际因特网的传输协议，TP-Planet。TP-Planet是为了行星际骨干网络而开发的，源端和接收器节点基本上都是行星际骨干网络的节点，比如环绕行星的中继卫星或者有直接深空通信能力的地面站。它在因特网协议层IP之上，不需要对目前TCP/IP协议簇底层协议做任何修改。TP-Planet可以作为传输层协议使用在现行CCSDS协议栈和DTN包裹协议栈中。

TP-Planet协议主要由初始状态和稳定状态两个新算法组成。

1.初始状态。为了避免慢启动算法对性能的影响，TP-Planet的初始状态算法，包括两个

主要部分，直接启动和跟随增加。目的就是在可控制的形式下尽可能快的获取可用链路资源。

2.新的基于速率的适应AIMD机制。基于速率的拥塞控制机制相对于基于窗口的机制对于

过大的延时有更大的鲁棒性。

3.新的拥塞控制。为了解决由于行星际骨干链路高误码率而导致的性能降低，TP-Planet

在稳定状态实施了一个新的拥塞探测和控制算法。TP-Planet源端同事发出低和高优先级的NIX段，比数据包要小，40字节。假定通路上的路由器都可以根据优先级排队，低优先级NIX段的高丢失率就可以认为是拥塞的信号。节点接收器周期性的发回低优先级的N low和高优先级的N High接受到的数目。他们的比率Φ=（N low/N High）由预先设定的阈值来测试，Φi和Φd，之后数据传输速率S通过图7来增加或减少。【2】

4.暂时中断状态。为了减少暂时中断的情况对吞吐量的影响，TP-Planet在协议行为中加

入了了暂时中断状态程序。暂时中断行为可以在【2】中看到。为了提供可靠传输，SACK 选项被TP-Planet用了应对突发的丢包。因为可能在很长的中断状态期间SACK选项域的SACK块的数目不够，TP-Planet还包括了超时机制。

5.延时的SACK。为了解决行星际骨干链路中不对称带宽的问题，TP-Planet使用了延时

SACK的机制，降低了反向信道的流量，避免在反向信道上发生拥塞。在这个机制中，源端用一个延时因子d来控制发送SACK包。当出现一个新的丢包时，接收方立即发送SACK包。以这种方式，TP-Planet可以在行星际骨干链路上控制反向信道的流量。

如【2】示，通过仿真实验，TP-Planet在行星际骨干链路中提供了高的吞吐量表现解决了问题。

4．2行星际骨干网络中的多媒体传输

除了可靠传输数据，多媒体流量也是行星际因特网的总体流量的一部分【9】。一些声音和可视化信息包括行星图像和科学观察资料等也会通过这些链路传输。多媒体流量不需要100%的可靠，但是对迟变异，最小带宽和传输速率的迅速变化有很严格的要求。多媒体英语通常被分为两类：实时的或存储的多媒体流和实时的交互多媒体。明显的，实时交互多媒体因为极端长的传播延时是不可能在行星际因特网骨干链路上传输的。然而，实时的或存储的多媒体流可以作为一部分流量在空间链路上传输。对多媒体流量的控制是一个棘手的问题，因为不受控的多媒体流量不但会拥塞网络，还会对其它数据传输造成不公平现象。

4.2.1挑战

除了4章中提到的再行星际骨干网络中可靠传输的挑战之外，多媒体传输还面临其它的挑战。如下所述：

●迟变异。数据包遇到的端到端的延时的变化被称为迟变异。多媒体流量对迟变异有很严

格的要求，因为延时的抖动可以在重组多媒体信息时产生问题。这个挑战一般是通过在接收端使用一个缓存来解决的。

●最小带宽。大部分多媒体应用为了达到最小的媒体感知质量要求最小带宽。如果带宽降

到阈值以下，接收的媒体就不能被正确的察觉出来。

●平滑的流量。媒体速率的中断和频繁的波动可以造成接收媒体质量的大幅降低。因此，

多媒体传输协议的主要目标就不是主动的发现和使用带宽，而是维持一个相对稳定的媒体速率同时对拥塞作出反应。

●错误控制。在行星际因特网传输的多媒体流量可以被编码成MPEG，动态JPEG或者

H.26x。尽管错误恢复技术可以在视频流中使用，压缩的视频流还是对数据丢失很敏感。

4.2.2 相关工作

很多多媒体传输协议是为了在陆地网络中控制多媒体流量而提出的【17，52，54，77，89，90，100】。这些提出的协议可以大体上分成两种类型的控制机制，基于AIMD的和基于方程的？

基于AIMD的速率控制机制是对TCP兼容的，基于反馈信息保守的调整发送速率，相对公平的竞争。流控制协议SCP是TCP的修改版本，使用类似TCP-Vegas速率调整算法。TCP接收端模拟TEAR【90】，使用数据包到来，数据包丢失和超时等信号来决定接收方的接收速率。使用这些信号，TEAR在接受端模拟了包裹慢启动，快速回复和拥塞避免的TCP 流量控制功能。速率适应协议RAP【89】是一个在有线和短距离网络中基于速率的控制机制。速率控制机制RCS[100]是在高带宽延时积和有损链路中的实时流量的速率控制机制。然而，所有这些现存的基于AIMD的速率控制机制都是基于传播延时相对短的假设，这并不适合于行星际骨干网络链路。此外，AIMD机制造成了在锯齿模式中媒体速率的中断和频繁的波动，这对于大多数的多媒体应用来说都是不适用的。

基于程序的速率控制机制是在陆地网络中为了提供相对平滑的多媒体流量传输而提出的。基于程序的拥塞控制的想法是在TCP对应的双方经历同样的丢包率，往返时间和数据包大小时调整发送速率而不是吞吐量。TCP友好速率控制TFRC是一个在拥塞控制机制使用了简单TCP吞吐量模型的基于程序的速率控制机制。MPEG-TFRCP【77】是另一个用来以一个TCP友好方式传输MPEG-2视频基于程序的速率控制机制。不像TFRC,TFRCP在调整视频速率时特别的将视频的特性考虑进来。尽管使用TCP相应功能确保了基于方程的控制机制与TCP长时间范围内的公平竞争，稳定状态下的TCP源端吞吐量模型还是对RTT 非常敏感。因此，基于方程的速率控制机制也不能达到很高的链路利用率而且一次并不是在高传播延时的行星际骨干网络链路上很好的解决办法。

SCPS基于速率的协议是为了深空通信而提出的。然而，协议中没有包含任何的拥塞控

制算法。SCPS基于速率的协议源端的传输速率是由用户和接收端的缓存大小限制决定的。换句话说，SCPS基于速率的协议不能根据网络状况调整发送速率。因此，如果发送速率大于可用带宽，它就可能在行星际骨干网络链路上造成拥塞。

除了上面提到的速率控制机制，为了在陆地网络上最小化视频质量的变化提出了层次化的方法。很大普遍使用的压缩标准，比如MPEG-W,MPEG-4和H.263，都对层次化编码有扩充。使用层次化的编码，源端可以实现一个层次化的编码流，一个基本层和多个加强层。速率控制在增加的或放弃增加的层中实现。如果可以使用更大的带宽，更多的加强层可以用来改善视频的质量。另一方面，如果链路带宽降低，一下加强层可以被放弃。在层次化的方式中，它要求所有的底层可以被正确的接受。在行星际因特网链路中，这样的要求常常得不到满足。此外，相对于不分层的方式，分层的方式也会造成很大的压缩损失。因为这个原因，分层的方式并不适合于行星际因特网。

图4中描述的包裹协议，是深空通信中在传输层之上的【13，19】。如在4.1节所说，包裹协议的基本想法就是以一种存储和转发的模式运行。然而，多媒体流量对时间有很严格的要求，在一个指定点指定时间之后接收到的数据就没用了。因此，存储和转发方式对于多媒体数据来说是不合适的。此外，中间路由器需要以存储和转发的模式缓存数据，这会要求固定的存储空间。假设一跳的RTT值为20分钟，平均传输速率时1MBps，则路由器需要在它的缓存中保留1.2GB的空间。如果平均传输速率和RTT更大，需要的缓冲空间将更大。对于如此巨大的缓冲空间，对缓冲的操作要花很长的时间。结果，包裹协议并不适合于在行星际因特网中对于多媒体流量的速率控制。

包路径分散机制是为了在因特网上进行实时语音通信，在延时，数据丢失率和通话质量之间折中而提出的一种机制。不在一个网络通路中严格控制传输，而是在多个不同的不相关的通路上传输冗余的语音流信息，利用了不同链路之间不相关的丢包和延时特性。然而，因为行星际骨干网络链路主要是点到点的链路，不太可能在不相关的链路上传输多个多媒体流。因此，这个机制对于行星际因特网也不可行。

另一方面，尽管多媒体流量本身就具有容错性，为了在现存的高误码率链路上维持一定的成功概率，还是需要差错控制机制。然而，因为极高的传播延时，基于重传的ARQ机制还不能为了这个目的而在行星际骨干网络链路中使用。因此，数据包级的前向错误纠正机制FEC【83】可以使用在行星际因特网中。这种使用数据包级的多媒体传输的FEC的一个重要参数就是它的编码和解码的时间。传统的FEC机制比如Reed-Solomon编码对于大的FEC 数据块有很慢的编码和解码时间，这将数据块的大小限制得很小。结果是使FEC的冗余代价增加，这是在行星际因特网珍贵的通信资源中应该避免的。另一方面，Tornado编码【15】是基于随机二部图和异或操作的，这让Tornado编码在大规模数据上比标准的擦除性编码运算更快。因此，Tornado编码适合在行星际骨干网络链路上的FEC数据块大小数据包级别的FEC。尽管Tornado编码需要稍微多一点的编码包来重建原始数据，因为较小的FEC开销，这个缺点是可以被大的FEC数据块所补偿。

因此，目前的速率控制机制不能解决行星因特网骨干网络的困难。应该提出适用于行星际因特网的新的多媒体传输协议。

4.2.3 RCP-Planet

RCP-Planet【49】，一个速率控制机制，是为了解决如图1示的源端和目的结点都基本上是环绕行星的中继卫星的行星际骨干网络的多媒体传输的困难而提出的。RCP-Planet运行在IP层，不需要对底层的TCP/IP协议簇做任何修改。

RCP-Planet包括两个状态，初始状态和稳定状态，如图8所示。RCP-Planet的主要功能如下：

1.数据包级别FEC。为了恢复由于在行星际因特网中链路错误或者拥塞引起的数据包丢

失，使用了Tornado编码来进行数据包级别的FEC，原因是它很快的编码和解码速度。

尽管Tornado编码要求略微多的编码包来重建原始数据，由于比较小的FEC开销，这个缺点还是可以通过大的FEC块来补偿的。此外，Tornado编码只使用异或运算，这是他们更好实现。FEC块的大小根据不同的数据包丢失率来选择，以使FEC开销最小。

2.初始状态。在初始状态，因为在开始时得不到任何链路信息，很难判断初始的发送速率。

保守的，我们设置初始多媒体速率为应用程序要求的最小值来避免向网络中发送过多的数据包。因为初始状态的丢包率也是未知的，最近的历史值p n作为目前丢包率的近似值来觉得FEC块的长度n。然而，实际的丢包率可能不会是p n。为了应对最坏的网络状况我们保守的选择一个比p n大得多的丢包率p1作为更坏的网络状态来计算相应的FEC块的长度n‘，n‘是作为实际的FEC块的长度来对数据进行编码的。因为n‘-n的冗余数据包是对解决更坏情况的附加冗余，他们以低优先级发送。低优先级的包在拥塞时不会对正常的流量产生影响。剩下的n个数据包以高优先级发送。

3.新的速率探测机制。速率探测是为了测量接收端的速率来决定可用带宽的机制。这个新

的速率探测机制在每个FEC块中实现，在每个FEC块中，一定数量的被称为探测序列的数据包以一个称为探测速率r p的高速率发出。FEC块中剩下的包使用目前的源端发送速率r s。一些探测包可以因为网络带宽的限制被被网关丢弃，接收端探测序列的观察速率r o是可用带宽。探测序列的长度是一个设计参数并可以适当的选择。另外一个设定参数是探测速率r p。在初始化状态，不能得到任何关于链路状态的信息，因此r p被以一种可以尽快获取可用带宽的方式设置。在稳定状态，探测速率根据网络状态而更新。

4.新的速率控制机制。为了平滑的传输多媒体信息，RCP-Planet实施了一个基于速率探测

机制的新的速率控制机制。在从接收方收到ACK之上，当前的观察速率r o可知，这显示了可用带宽。相对的可用的媒体带宽r a可以从r o算出，这是当前媒体速率的上界。

如果r a≥r m，此时r m是当前的媒体速率，网络带宽并没有完全使用，可以增加媒体速率。

多出的数量（r a- r m）每个平滑线性的RTT增加1，为的是减少网络出现拥塞的机会。

另一方面如果r a < r m，当前的媒体速率过高，发送端需要回退并减少它的媒体速率，因此媒体速率乘法降低。

5.暂时中断状态。为了减少因为暂时中断对吞吐量降低的影响，RCP-Planet在协议中加入

了暂时中断状态。发送端如果在一段时间内收不到任何ACK，就推断为暂时中断并停止发送任何数据包。类似的，接收方也会推断暂时中断并开始发送称为Zero的ACK。

因为RTT非常大，暂时中断对性能的影响根据发生暂时中断的位置有关。Zero ACK和当暂时中断时在传输过程中的ACK被发送方用来根据暂时中断情况获取准确信息和正确行动的标准。

6.FEC数据块级别的ACK。为了解决在行星际骨干链路中的不对称带宽的问题，

RCP-Planet使用了FEC数据块级别的ACK,整个FEC快只发送一个ACK。如果FEC块足够大，不对称带宽问题可以用FEC数据块级别ACK解决。延迟的ACK也可以使用，更进一步减少反向链路的ACK的数量，也就是多个FEC块发送一个ACK。在这种情况，观察速率和目前丢包率都是多个FEC块的平均值。

【49】中的模拟结果显示RCP-Planet在行星际因特网中达到了大吞吐量，公平，并且是延时可容忍的。

4.3 开放研究问题

正如我们刚刚提到的，尽管有很多文献都研究解决行星际因特网传输层协协议的困难，还是有很多开放的研究问题需要被解决，如下：

●行星网络的传输协议。很久以来，对行星际因特网的传输层的研究主要是集中在行星际

骨干网络上。这主要是因为大传播延时和高链路误码率等深空链路特有的挑战。尽管目前行星卫星、无线adhoc和无线传感器网络的传输层解决方案可以应用在行星卫星和表面网络上，还是应该在这些环境下广泛的衡量他们的性能并研究如何改进

●极端的行星际距离。尽管目前有TP-Planet，RCP-Planet等解决方案可以在暂时中断的

情况时改进性能，一些有极端长的距离的行星如木星或冥王星，在一个RTT时间内会有不持续连接。因此不持续连接的影响被极端的RTT放大了。因此，目前提出的解决方案在这些环境下的性能需要很好的衡量，如果需要还应该适当的修改和改进。

●端到端的传输。正如4.1章解释的，一个解决可靠性和拥塞控制的方法是在本地进行重

传和拥塞控制而不是端到端的控制。然而，本地的可靠和拥塞控制可能会导致很大的延时，而且对于中间结点故障没有办法。此外，存储和转发方法对于时间敏感的多媒体传输并不适合。另一方面，因为行星际因特网各个组成不分的不同，端到端的传输可能导致次优解。例如，TP-Planet和RCP-Planet是为了极大传播延时的行星际骨干网络设计的。因此，如果它们被使用在端到端传输上，比如从火星表面到地球互联网，因为行星际骨干网络和行星网络的巨大的延时差异，它们会在端到端的行星网络部分不能对拥塞做出反应。因此，端到端传输的新的传输协议和目前解决方案的扩充应该更深入的研究。

应该对端到端解决方案和存储转发方式的性能进行广泛的比较。此外，端到端的方式应该在行星际因特网的可靠性和多媒体传输上进行研究。根据不同环境对协议进行修改。跨层优化。因为在行星际距离上通信结点的珍贵的能源和运行资源，跨层优化是一个很必要的研究方向。应该研究传输层协议的跨层优化来在行星际因特网等极端网络环境中最大效率的使用链路资源。例如，链路信息对底层是可知的，应该在行星际因特网中最大限度的使用来达到最有效的数据传输和多媒体传输。

四，网络层

五，数据链路层

六，物理层

七，时间同步

深空通信的方法

ITU-R SA.1014-1建议书 载人和无人深空研究的通信要求 （1994-2006年）范围 本建议书简要描述了深空通信的基本特性。这些特性将影响或决定频段的划分、协调、共享和干扰保护。 国际电联无线电通信全会， 考虑到 a) 地球与深空空间站间的通信具有独特的需求； b) 这些要求会影响频段划分、共享、协调、干扰保护以及其它规则和频率管理问题， 建议 1 深空研究及其与其它业务间的相互关系应考虑附件1中对深空通信需求与特性的描述。 附件 1 载人和无人深空研究的通信要求 1 引言 本附件介绍了深空研究任务的某些特性，以及在以航天器为手段开展深空研究时对通信提出的功能与性能要求，此类任务所采用的技术方法和系统参数。 有关带宽特性和要求的考虑，请参见 ITU-R SA.1013建议书。

2 通信要求 深空任务要求在长时间和长距离的情况下确保高度可靠的无线电通信。例如收集有关海王星科学数据的航天器，将历时八年且要求在4.65 ? 109公里的距离上提供通信服务。由于深空研究所需无线电通信距离超长，因此地球站的等效全向輻射功率（e.i.r.p.）很高且接收机十分敏感。 目前持续使用的深空无线电通信频带是针对一批执行中的任务以及正在规划中的任务。由于许多太空任务耗时几年，且经常会同时执行若干项任务，因此在任何时候都需要相应地与几个航天器进行无线电通信。 此外，各项任务都有可能包括一个以上的航天器，因此有必要同时与几个空间站进行无线电通信。另外，可能还需要协调空间站与几个地球站同时进行无线电通信。 2.1 遥测要求 遥测用于从深空发射维护和科学数据。 为确保航天器的安全和任务的成功，必须确保在必要时能够接收到有关航天器状况的维护遥测数据。这便需要一条不受天气影响的、具备足够容量的通信链路。此项要求是确定深空研究优选频段的决定因素之一（见ITU-R SA.1012和ITU-R SA.1013建议书）。 科学遥测的内容包括发送航天器所载科学仪器收集的数据。对于特殊仪器与测量，所需数据速率和可接受的误码率可能大不相同。表1中包括了科学与维护遥测的典型数据传输速率范围。 表 1 太空研究所需的比特率

项目二 认识计算机网络体系结构--习题答案

1.网络层次结构的特点及其优点是什么？ 参考答案：网络体系结构是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。 为了减少网络设计的复杂性，绝大多数网络采用分层设计方法。所谓分层设计方法，就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。 采用层次结构的优点是，：（1）简化相关网络操作；（2）提供即插即用的兼容性和不同厂商之间集成的标准接口；（3）使工程师们能专注于设计和优化不同网络互联设备的互操作性；（4）防止一个区域的网络变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速地升级；（5）把复杂的网络连接问题分解成小的简单的问题，易于学习和操作。 2.ISO/OSI参考模型包括哪些层？简要说明各层的功能。 参考答案： （1）物理层：涉及到通信在信道上传输的原始比特流 （2）数据链路层：这一层提供物理链路上的可靠的数据传输 （3）网络层：关系到子网的运行控制 （4）传输层：本层负责两个端节点之间的可靠网络通信 （5）会话层：此层建立、管理和终止应用程序会话和管理表示层实体之间的数据交换（6）表示层：主要解决用户信息的语法表示问题 （7）应用层：包含大量人们普遍需要的协议 3.TCP/IP协议包括哪些层？简要说明各层的功能。 参考答案： （1）主机网络层：负责接收从IP层交来的IP数据报并将IP数据报通过低层物理网络发送出去，或者从低层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。 （2）网络互联层：负责相邻结点之间的数据传送 （3）传输层：在源结点和目的结点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输（4）应用层：包括所有的高层协议 4.TCP/IP协议族包括那些主要协议？简要说明这些协议的功能。 参考答案： （1）IP协议：属于TCP/IP模型和互连网层，提供关于数据应如何传输以及传输到何处的信息，IP协议的功能是把数据报在互联的网络上传送，通过将数据报在一个个IP协议模块间传送，直到目的模块。 （2）TCP/IP协议；传输控制协议TCP协议和用户数据报协议UDP协议运行于传输层，它利用IP层提供的服务，提供端到端的可靠的（TCP）和不靠的（UDP）服务。 （3）国际报文控制协议（ICMP）：使用IP协议进行信息传递，向数据包中的源端节点提供发生在网络层的错误信息反馈。 （4）ARP/RARP；地址解析协议（ARP）是一个互连网层协议，它获取主机或节点的MAC地址（物理地址）并创建一个本地数据库以将MAC地址映射到主机IP（逻辑）地址上；网络上的主机，如无盘站在启动时无法知道它们的协议地址，它们只知道它们的硬件接口地址。为了使用高层通信协议如IP，必须用某种方法获得它们的协议地址。这个协议的反过程是反向地址解析协议（RARP）。 5.简述TCP的连接过程。 参考答案： 通信双方建立TCP连接应用的是3方握手过程。例如：A、B两个主机要建立连接，如图所示。

网络体系结构参考答案

第二章网络体系结构参考答案 简答题 1．什么是网络体系结构？为什么要定义网络体系结构？ 网络的体系结构定义：指计算机网络的各层及其协议的集合(architecture)。或精确定义为这个计算机网络及其部件所应完成的功能。计算机网络的体系结构综合了OSI和TCP/IP 的优点，本身由5层组成：应用层、运输层、网络层、物理层和数据链路层。 2．什么是网络协议？它在网络中的作用是什么？ 在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定交换数据的格式以及有关的同步问题。为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。 3．什么是OSI参考模型？各层的主要功能是什么？ OSI模型基于国际标准化组织ISO的建议，各层使用国际标准化协议。可理解为当数据从一个站点到达另一个站点的工作分割成7种不同的任务，而且这些任务都是按层次来管理。这一模型被称作 ISO OSI开放系统互联参考模型，因为它是关于如何把相互开放的系统连接起来的，所以常简称它为OSI模型。 应用层提供与用户应用有关的功能。包括网络浏览、电子邮件、不同类文件系统的文件传输、虚拟终端软件、过程作业输入、目录查询和其他各种通用和专用的功能等。 表示层完成某些特定功能。例如，解决数据格式的转换。表示层关心的是所传输信息的语法和语义，而表示层以下各层只关心可靠地传输比特流。 会话层进行高层通信控制，允许不同机器上的用户建立会话（session）关系。会话层允许进行类似运输层的普通数据传输，并提供对某些应用有用的增强服务会话，也可用于远程登录到分时系统或在两台机器之间的文件传递。会话层服务之一是管理对话，会话层允许信息同时双向传输，或只能单向传输。若属于后者，则类似于“单线铁路”，会话层会记录传输方向。一种与会话有关的服务是令牌管理（token management）。 运输层基本功能是从会话层接收数据，必要时把它分成较小的单元传递，并确保到达对方的各段信息正确无误。这些任务都必须高效率地完成。从某种意义上讲，运输层使会话层不受硬件技术变化的影响。 网络层确定分组从源端到目的端的“路由选择”。路由既可以选用网络中几乎保持不变的静态路由表，也可以在每一次会话开始时条件决定（例如，通过终端对话决定），还可以根据当前网络的负载状况，动态地为每一个分组决定路由。 数据链路层主要任务是加强物理传输原始比特的功能。发送方把输入数据组成数据帧方式（典型的帧为几百或几千字节），按顺序传送各帧，并处理接收方送回的确认帧。 物理层负责提供和维护物理线路，并检测处理争用冲突，提供端到端错误恢复和流控制。提供为建立维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流。 4．试说明IP地址与物理地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址。 IP地址（Internet Protocol Address）用于确定因特网上的每台主机，它是每台主机唯一性的标识。联网设备用物理地址标识自己，例如网卡地址。 TCP／IP用IP地址来标识源地址和目标地址，但源和目标主机却位于某个网络中，故

深空通信技术的现状与发展

深空通信技术的现状与发展 摘要：深空通信技术的保障对于深空探测的具有重要的意义。本文从深空通信的概念、特点及其关键技术三方面出发来对深空通信技术进行综述，并在最后对其发展趋势进行了展望。关键词：深空通信远距传输关键技术 1引言 人类的航天活动一般可分为卫星应用、载人航天和深空探测三大领域。我国在前两个领域已经取得令人瞩目成就的基础上开展深空探测活动，是航天技术发展的必然选择，也是人类进一步了解宇宙，了解太阳系，了解地球与生命的起源和演化，获取更多科学认识的必须手段[1]。 我国的第一颗探月卫星——“嫦娥”一号迈出了深空探测的第一步，成功抵达了38万公里外的月球；而之后我国搭乘俄罗斯“福布斯”号探测器的“萤火一号”火星探测器却出师未捷，宣告失败。事实上，前苏联在冷战时期曾多次向火星发射探测器，但几乎都以失败告终，这基本上都是其深空测控网的不完善造成的。 由此可见，深空通信技术对于深空探测是不可或缺的。在深空探测进程中，地面对探测器的所有指令信息、遥测遥控信息、跟踪导航信息、飞行姿态控制、轨道控制等信息及科学数据、图像、文件、声音等数据的传输，都要靠通信系统来完成和保障。从这个意义上讲，离开了深空通信，深空探测就无法进行[2]。 2深空通信概述 2.1深空通信的概念 按照国际电信联盟（ITU）对地球与宇宙飞行器之间通信的定义，这种通信被称为“宇宙无线电通信”，简称为“宇宙通信”、“空间通信”，依通信距离的不同，宇宙通信又分为近空通信和深空通信。 近空通信是指地球上的通信实体与在离地球距离小于2百万公里的空间中的地球轨道上的飞行器之间的通信。这些飞行器包括各种人造卫星、载人飞船、航天飞机等，飞行器飞行的高度从几百公里到几万公里不等。 深空通信是指地球上的通信实体与处于深空（离地球的距离等于或大于2百万公里的空间）的离开地球卫星轨道进入太阳系的飞行器之间的通信。深空通信最突出的特点是信号传输的距离极其遥远。例如，探测木星的“旅行者1号”航天探测器，从1977年发射，1979年到达木星，飞行航程达6.8×108公里。航天器要将采集到的信息发回地球，需要经过37.8分钟后才能到达地球[2]。 深空通信包括三种形式的通信：地球站与航天飞行器之间的通信；飞行器之间的通信；通过飞行器的转发或反射来进行的与地球站间的通信。当飞行器距地球太远时，由于信号太弱，可采用中继的方式来延长通信距离，由最远处的飞行器将信号传到较远处的飞行器进行转接，再将信号传到地球卫星上或直接传到地球站上。 2.2深空通信的历史 深空通信起源于美国20世纪中期对于太阳系内行星及其卫星的探测工程，主要伴随着美国对深空网（DSN）的建设而发展。

网络体系结构及OSI基本参考模型典型例题分析解答

— 网络体系结构及OSI基本参考模型典型例题分析解答 一、填空题 1.计算机网络层次及其协议的集合称为网络的___。 2.为进行计算机网络中的数据交换而建立的____、标准或____的集合称为网络协议。的全称为____,的参考模型是由____制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型。 包括____、服务定义和____三级抽象。 的体系结构定义了一个七层模型,从下到上分别为物理层、数据链路层、____、运输层、会话层、____和____。 6.网络协议包含三要素,这三要素分别是语义、____和____。 ） 二、单项选择题 1.在网络协议中,涉及数据和控制信息的格式、编码及信号电平等的内容属于网络协议的()要素。 A)语法B)语义C)定时D)语用 体系结构定义了一个()层模型。 A)8 B)9 C)6 D)7 3.在OSI的7层模型中,主要功能是在通信子网中实现路由选择的层次为(). A)物理层B)网络层C)数据链路层D)运输层 4.在OSI的7层模型中,主要功能是协调收发双方的数据传输速率,将比特流组织成帧,并进行校验、确认及反馈重发的层次为()。 A)物理层B)网络层C)数据链路层D)运输层 5.在ISO的7层模型中,主要功能是提供端到端的透明数据运输服务、差错控制和流量撞控制的层次为()。 A)物理层B)数据链路层C)运输层D)网络层 6.在ISO的7层模型中,主要功能是组织和同步不同主机上各种进程间通信的层次为(). A)网络层B)会话层C)运输层D)表示层 7.在OSI的7层模型中,主要功能是为上层用户提供共同的数据或信息语法表示转换，也可进行数据压缩和加密的层次为()。 A)会话层B)网络层C)表示层D)运输层 ' 8.在开放系统互连参考模型中,把传输的比特流划分为帧的层次是()。 A)网络层B)数据链路层C)运输层D)分组层 9.在OSI的7层模型中,提供为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功的和规程的特性的层次是()。 A)网络层B)数据链路层C)物理层D)运输层 10。在OSI的7层模型中,负责为OSI应用进程提供服务的层次是() A)应用层B)会话层C)运输层D)表示层 11。在创I的7层模型中,位于物理层和网络层之间的层次是()。 A)表示层B)应用层C)数据链路层D)运输层 12。在OSI的7层模型中,位于运输层之上的层次是()。 A)表示层B)数据链路层C)会话层D)应用层 13。允许计算机相互通信的语言被称为()。 A)协议B)寻址c)轮询D)对话

深空激光通信的现状及关键技术

收稿日期：2011-10-24 基金项目：国家863计划项目资助 作者简介：吕春雷（1980-）,男，博士，讲师，主要从事激光通信方面的研究工作，E-mail:kevindlmu@https://www.wendangku.net/doc/033510876.html, 。 长春理工大学学报（自然科学版） Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ） 第35卷第1期2012年3月 Vol.35No.1Mar.2012 深空激光通信的研究现状及关键技术 吕春雷1，2，佟首峰1，姜会林1，张云峰2 （1.长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，长春 130022；2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033） 摘 要：空间光通信因其体积小、质量轻、数据率高，已经得到世界各国的普遍重视，尤其是近地卫星光通信系统的在轨 实验的成功，使人们建立起用激光进行深空通信的信心，本文以国外两个典型的深空激光通信系统为依据，深入分析了深空激光通信系统的特点，提出了制约深空激光通信系统的关键技术，给出了未来深空激光通信技术的研究方向，为我国开展深空激光通信的研究提供参考。 关键词：深空激光通信；卫星光通信；月球激光通信系统；火星激光通讯演示验证系统中图分类号：TN919 文献标识码：A 文章编号：1672-9870（2012）01-0001-05 Key Technology and Recent Advances of Deep-space Laser Communication LV Chunlei 1，2，TONG Shoufeng 1，JIANG Huilin 1，ZHANG Yuefeng 2 （1.Changchun University of Science and Technology ，Air-ground Caser Communication Techndogies Defense Key Laboratory of Fundameited ；Changchun 130022；2.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033） Abstract ：Free space optical （FSO ）communication has many advantages ，such as small volume ，little mass and high data rate.Many countries nowadays focus on the development of FSO communication techniques.Inter-satellite op-tical communication experimental success has built the confidence to deep-space optical communication techniques.The character of the deep space laser communication system is pointed out after in-depth analysis of two typical deep space laser communication systems.This article puts forward the key technology ，which restricts the development of deep-space laser communication ，and presents the future research direction.All these provide some reference to the study of laser communication. Key words ：deep-space laser communication ；satellite optical communication ；lunar laser communications demonstra-tion ；mars laser communications demonstration system 自1958年8月17日美国发射第一颗月球探测器以来，人类的深空探测活动已经持续了半个世纪。2007年10月25日，我国成功发射了第一颗月球探测卫星（嫦娥一号），卫星于8天后抵达月球轨道并传回了第一张月球照片，嫦娥一号卫星任务的成功标志着我国已迈入深空探测时代［1］。 深空通信是进行深空探测的基础和支撑，是人类与深空探测器联系的通道和纽带，在深空探测任 务中起着关键的作用。随着成像光谱仪、合成孔径雷达等高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的探测仪器在深空探测中的广泛应用，出现了深空探测的海量数据传输需求。目前深空探测数据传输采用微波通信方式，火星和地球之间的最大通信速率仅能达到120kbps ，而激光通信具有通信速率高、信息容量大、体积小、功耗低等突出特点，恰恰能有效解决带宽瓶颈，因此国外竞相开展深空激

深空通信概述

1.介绍 空间技术的发展使火星探测等深空科学任务成为了现实。未来的空间探测任务会需要在行星，月球，卫星，小行星，宇宙飞行器，和登陆车等之间进行通信。这些任务会产生大量的需要被传送到地球上的科学数据。同时，这些任务需要保证空间数据高速的传输，空间设施间互相配合，安全的运行和在各个空间区域中的无缝互操作。 为了实现科学考察数据的有效传输和可靠的导航通信，NASA提出了发展下一代空间互联网体系结构的几个显著的挑战。下阶段设计和实现的深空网络应该是深空星际网络的互联网，定义为星际互联网IPN(InterPlaNetary)。 星际互联网预想为可以提供科学考察数据的传输服务和未来深空探测任务的航天器与人造卫星的导航服务。很多未来的星际探测任务已经由国际空间组织如NASA和欧空局为未来10年进行了规划。这些任务的时间和和目的在表1中列出。像表1中描述的，所有这些未来空间任务都有一个共同的目标就是科学考察数据的获取和传输，也是如下描述的星际互联网的主要应用： ●时间不敏感的科考数据传输。星际互联网的主要目标就是实现空从地外行星和月 球收集大量科考数据空间中的实体间实现互相通信。 ●时间敏感的科考数据传输。这种类型的应用适用于将本地的大量的视频和音频数 据传输给地球，在轨机器人，甚至是在轨的宇航员。 ●任务状态遥测。任务，飞行器或登录器的状态和健康报告应该被传输到指挥中心 或其它结点上。这个应用需要一种周期性或事件驱动的不可靠的传输服务。 ●命令和控制。另一种星际互联网的重要应用是对在轨单元的命令和控制。闭环命 令和控制可以包括无线结点的直接或多跳通信，比如，地球基站控制在行星表面 漫游的探测器，或者接近的结点，比如在行星轨道上控制登录器。 很明显的是，人们期望星际互联网可以将目前的空间通信能力扩展到可以在陆地和空间之间通信。从空间任务中可以理解深空通信环境的独特的挑战。例如，目前NASA的深空网络（Deep Space Netwoek）的通信设施提供了重大的研究和实施经验，同时也建立了发展下一深空通信网也就是星际互联网的技术标准。从之前的空间任务得到经验加上未来空间任务通信的需求，NASA的火星探测通信设施目标是一个三段的实施策略。近期（2001-2010），中期（2010-2020）和远期（2020之后）。一些空间任务在实现火星探测通信设施的架设上担当关键角色。伴随NASA的火星探测任务，IPNSIG（InterPlanetary Internet Special Interest Group）希望在2005-2007年把火星作为第一个陆地互联网的真实的扩展。然而，深空通信网络还是存在重大挑战和独特的特性的，如下所述： ●极端长和可变的延时； ●非对称的前向和反向链路带宽； ●无线通信信道的高链路误码率； ●链路不持续连接； ●缺少固定的通信设施； ●行星际距离对信号强度和协议设计的影响； ●通信硬件的能量，重量，体积和造价以及协议设计的造价； ●由于发射和部署的高代价，而必须向前兼容。 这些特性导致了不同的研究的挑战，因此星际互联网的各个层次的设计都是不同的。尽管一些挑战在陆地无线网络领域中也会遇到，大部分的挑战还是在深空环境中独一无二的而且他们在将来还会访谈其它类似因素的影响。很多研究人员和国际研究组织目前整在致力与解决这些挑战并开发实现星际互联网的技术。这篇文章我们描述深空通信网络和星际互联网的结构和和通信协议和算法。我们的目标是提供在这个领域目前研究情况的更好的理解。

软件体系结构知识点完整

1、构件是核心和基础，重用是必需的手段。 2、软件重用是指在两次或多次不同的软件软件开发过程中重复使用相同或相近软件元素的过程。 3、软件元素包括程序代码、设计文档、设计过程、需求分析文档甚至领域知识。 4、把可重用的元素称作软构件，简称为软构件。 5、可重用软件元素越大，就说重用的粒度越大。 6、构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、通信接口和代码实现的复合体。 7、面向对象技术达到类级重用，以类为封装的单位。 8、构件模型是对构件本质特征的抽象描述。三个主要流派，分别是OMG(对象管理组织)的CORBA（通用对象请求代理结构)、Sun的EJB和Microsoft的DOM（分布式构件对象模型）。 9、获取构件的四个途径：（1）从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用构件。（2）通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用构件。（3）从市场上购买现成的商业构件，即COTS构件。（4）开发符合要求的构件。 10、构件分类方法三大类：关键字分类、刻面分类法、超文本组织方法 11、构件检索方法：基于关键字的检索、刻面检索法、超文本检索法和其他检索方法。 12、减少构件修改的工作量，要求工作人员尽量使构件的功能、行为和接口设计更为抽象画、通用化和参数化。 13、构件组装技术：基于功能的组装技术、基于数据的组装技术和面向对象的组装技术。 14、软件体系结构的定义：软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。软件体系结构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。 软件体系结构的意义：（1）体系结构是风险承担者进行交流的手段；（2）体系结构是早期设计决策的体现--①软件体系结构明确了对系统实现的约束条件②软件体系结构决定了开发和维护组织的组织结构③软件体系结构制约着系统的质量属性④通过研究软件体系结构可能预测软件的质量⑤软件体系结构使推理和控制更改更简单⑥软件体系结构有助于循序渐进的原型设计⑦软件体系结构可以作为培训的基础；（3）软件体系结构是可传递和可重用的模型。 软件体系结构发展的四个阶段：（1）无体系结构设计阶段。以汇编语言进行小规模应用程序开发为特征。（2）萌芽阶段。出现了程序结构设计主题，以控制流图和数据流图构成软件结构为特征。（3）初期阶段。出现了从不同侧面描述系统的结构模型，以UML为典型代表。（4）高级阶段。以描述系统的高层抽象结构为中心，不关心具体的建模细节，划分了体系结构与传统软件结构的界限，该阶段以Kruchten提出的“4+1”模型为标志。 通用体系结构风格分类 数据流风格：批处理序列、管道与过滤器。 调用/返回风格：主程序与子程序、面向对象风格、层次结构。 独立构件风格：进程通信、事件系统。 虚拟机风格：解释器、基于规则的系统。 仓库风格：黑板系统、传统型数据库。 管道与过滤器 特点：（1）使得软构件具有良好的内聚、耦合的特点。 （2）允许设计师将整个系统的输入/输出行为看成是多个过滤器的行为的简单合成。（3）支持软件重用。 （4）系统维护和增强系统性能简单。 （5）允许对一些如吞吐量、死锁等属性的分析。 （6）支持并行执行。

计算机网络(第二版)课后习题答案第三章

计算机网络参考答案第三章（高教第二版冯博琴） 1 什么是网络体系结构？网络体系结构中基本的原理是什么？ 答：所谓网络体系就是为了完成计算机间的通信合作，把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务。将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构。 网络体系结构中基本的原理是抽象分层。 2 网络协议的组成要素是什么？试举出自然语言中的相对应的要素。答：网络协议主要由三个要素组成： 1）语义 协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解释，也即“讲什么”。2）语法 语法是用于规定将若干个协议元素和数据组合在一起来表达一个更完整的内容时所应遵循的格式，即对所表达的内容的数据结构形式的一种规定（对更低层次则表现为编码格式和信号电平），也即“怎么讲”。 3）时序 时序是指通信中各事件发生的因果关系。或者说时序规定了某个通信事件及其由它而触发的一系列后续事件的执行顺序。例如在双方通信时，首先由源站发送一份数据报文，如果目标站收到的是正确的报文，就应遵循协议规则，利用协议元素ACK来回答对方，以使源站知道其所发出的报文已被正确接收，于是就可以发下一份报文；如果目标站收到的是一份错误报文，便应按规则用NAK元素做出回答，以要求源站重发该报文。 　 3 OSI/RM参考模型的研究方法是什么? 答：OSI/RM参考模型的研究方法如下： 1）抽象系统 抽象实系统中涉及互连的公共特性构成模型系统，然后通过对模型系统的研究就可以避免涉及具体机型和技术实现上的细节，也可以避免技术进步对互连标准的影响。 2）模块化 根据网络的组织和功能将网络划分成定义明确的层次，然后定义层间的接口以及每层提供的功能和服务，最后定义每层必须遵守的规则，即协

信息安全整体架构设计

信息安全整体架构设计 1.信息安全目标 信息安全涉及到信息的性(Confidentiality)、完整性(Integrity)、可用性(Availability)。 基于以上的需求分析，我们认为网络系统可以实现以下安全目标：?保护网络系统的可用性 ?保护网络系统服务的连续性 ?防网络资源的非法访问及非授权访问 ?防入侵者的恶意攻击与破坏 ?保护信息通过网上传输过程中的性、完整性 ?防病毒的侵害 ?实现网络的安全管理 2.信息安全保障体系 2.1信息安全保障体系基本框架 通过人、管理和技术手段三大要素，构成动态的信息与网络安全保障体系框架WPDRR模型，实现系统的安全保障。WPDRR是指：预警（Warning）、保

护（Protection）、检测（Detection）、反应（Reaction）、恢复（Recovery），五个环节具有时间关系和动态闭环反馈关系。 安全保障是综合的、相互关联的，不仅仅是技术问题，而是人、管理和技术三大要素的结合。 支持系统安全的技术也不是单一的技术，它包括多个方面的容。在整体的安全策略的控制和指导下，综合运用防护工具（如：防火墙、VPN加密等手段），利用检测工具（如：安全评估、入侵检测等系统）了解和评估系统的安全状态，通过适当的反应将系统调整到“最高安全”和“最低风险”的状态，并通过备份容错手段来保证系统在受到破坏后的迅速恢复，通过监控系统来实现对非法网络使用的追查。 信息安全体系基本框架示意图 预警：利用远程安全评估系统提供的模拟攻击技术来检查系统存在的、可能被利用的脆弱环节，收集和测试网络与信息的安全风险所在，并以直观的方式进行报告，提供解决方案的建议，在经过分析后，了解网络的风险变化趋势和严重风险点，从而有效降低网络的总体风险，保护关键业务和数据。 保护：保护通常是通过采用成熟的信息安全技术及方法来实现网络与信息的

软件体系结构知识点完整

1、构件就是核心与基础,重用就是必需得手段。 2、软件重用就是指在两次或多次不同得软件软件开发过程中重复使用相同或相近软件元素得过程。 3、软件元素包括程序代码、设计文档、设计过程、需求分析文档甚至领域知识。 4、把可重用得元素称作软构件,简称为软构件。 5、可重用软件元素越大,就说重用得粒度越大。 6、构件就是指语义完整、语法正确与有可重用价值得单位软件,就是软件重用过程中可以明确辨识得系统;结构上,它就是语义描述、通信接口与代码实现得复合体。 7、面向对象技术达到类级重用,以类为封装得单位。 8、构件模型就是对构件本质特征得抽象描述。三个主要流派,分别就是OMG(对象管理组织)得CORBA(通用对象请求代理结构)、Sun得EJB与Microsoft得DOM(分布式构件对象模型)。 9、获取构件得四个途径:(1)从现有构件中获得符合要求得构件,直接使用或作适应性修改,得到可重用构件。(2)通过遗留工程,将具有潜在重用价值得构件提取出来,得到可重用构件。(3)从市场上购买现成得商业构件,即COTS构件。(4)开发符合要求得构件。 10、构件分类方法三大类:关键字分类、刻面分类法、超文本组织方法 11、构件检索方法:基于关键字得检索、刻面检索法、超文本检索法与其她检索方法。 12、减少构件修改得工作量,要求工作人员尽量使构件得功能、行为与接口设计更为抽象画、通用化与参数化。 13、构件组装技术:基于功能得组装技术、基于数据得组装技术与面向对象得组装技术。 14、软件体系结构得定义:软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为与属性得高级 抽象,由构成系统得元素得描述、这些元素得相互作用、指导元素集成得模式以及这些模式得约束组成。软件体系结构不仅指定了系统得组织结构与拓扑结构,并且显示了系统需求与构成系统得元素之间得对应关系,提供了一些设计决策得基本原理。 软件体系结构得意义:(1)体系结构就是风险承担者进行交流得手段;(2)体系结构就是早期设计决策得体现--①软件体系结构明确了对系统实现得约束条件②软件体系结构决定了开发与维护组织得组织结构③软件体系结构制约着系统得质量属性④通过研究软件体系结构可能预测软件得质量⑤软件体系结构使推理与控制更改更简单⑥软件体系结构有助于循序渐进得原型设计⑦软件体系结构可以作为培训得基础;(3)软件体系结构就是可传递与可重用得模型。 软件体系结构发展得四个阶段:(1)无体系结构设计阶段。以汇编语言进行小规模应用程序开发为特征。(2)萌芽阶段。出现了程序结构设计主题,以控制流图与数据流图构成软件结构为特征。(3)初期阶段。出现了从不同侧面描述系统得结构模型,以UML为典型代表。(4)高级阶段。以描述系统得高层抽象结构为中心,不关心具体得建模细节,划分了体系结构与传统软件结构得界限,该阶段以Kruchten提出得“4+1”模型为标志。 通用体系结构风格分类 数据流风格:批处理序列、管道与过滤器。 调用/返回风格:主程序与子程序、面向对象风格、层次结构。 独立构件风格:进程通信、事件系统。 虚拟机风格:解释器、基于规则得系统。 仓库风格:黑板系统、传统型数据库。 管道与过滤器 特点:(1)使得软构件具有良好得内聚、耦合得特点。 (2)允许设计师将整个系统得输入/输出行为瞧成就是多个过滤器得行为得简单合成。 (3)支持软件重用。 (4)系统维护与增强系统性能简单。 (5)允许对一些如吞吐量、死锁等属性得分析。 (6)支持并行执行。 缺点:(1)通常导致进程成为批处理得结构。 (2)不适合处理交互得应用。 (3)系统性能下降,并增加了编写过滤器得复杂性。

网络系统集成练习试题和答案

单选： 1、为数据交换数据而制定的规则、约定和标准统称为（B）。 A．网络结构 B.网络协议 C.参考模型 D.体系结构 2.同层次进程通信的协议及相邻层接口统称为（A） A.对等层协议 B.网络体系结构 C.数据链路层协议 D.物理层协议 3.数据多层封装采用的形式为（）Ｂ A．自下而上 B.自上而下 C.自左而右 D.自右而左 ４.世界上第一个网络体系结构由（B）公司提出 A .HP B.IBM C.DELL D.微软 ５、物理层的PDU名称为（C）。 A.数据段 B.分组数据报文C二进制比特流 D.数据帧 ６.物理层之间的数据用（A）实现介质访问，数据表示，端到端的连接. A．比特流 B. 帧 C 数据包 D 数据段 ７.网际层将数据封装为（Ｃ） Ａ比特流Ｂ数据段Ｃ数据包Ｄ帧 8.下列哪些层封装的不只有数据（D） A 应用层 B 表示层 C 会话层D传输层 9.在数据封装过程中哪层会加上尾部（B） A 物理层B数据链路层 C 网际层 D传输层 10、IPv4要寻找的“地址“是（B）位长的。 A.64位 B.32位 C.48位 D.96位 11. IPV6要寻找的“地址”是（C）位长的。 A 48 B 64 C 128 D 36 １2.传输层的PDU特定名称是（）A A数据段 B 分组报文 C 数据帧 D 比特流 １3.C类地址的最大主机数目是（）C A 250 B 252 C 254 D256 １4.OSI体系结构分为应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，（B），物理层 A IP层 B 数据链路层 C 网际层 D 网络接口层 １5、系统集成是将（A）和网络软件系统性地组合成整体的过程。 A．网络设备 B.交换机 C.路由器 D.服务器 １6、下列（Ｄ）不是ＤＮＳ的组成部分。 Ａ．域名空间Ｂ．名字服务器Ｃ．解析程序Ｄ．ｉｐ地址 １7、下列（Ｃ）不是子网划分后的ｉｐ地址的组成部分。 Ａ．网络号Ｂ．主机号Ｃ．端口号Ｄ．子网号 １8、ＡＲＰ协议是从（Ａ）的解析。 Ａ．ｉｐ地址到ＭＡＣ地址Ｂ．ＭＡＣ地址到ｉｐ地址 Ｃ．源地址到目的地址Ｄ．目的地址到源地址 １9.RARP是（）协议 B A. 地址解析协议 B.反地址解析协议 C超文本传输协议 D.文件传输协议 20 DNS用于将( B)

关于卫星光通信技术发展现况综述

·信息光学课程论文· 关于卫星光通信技术发展现况综述 陈毅强 (哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001) 摘要光通信是人们经过多年探索并于近几年取得突破性进展的新技术。而卫星光通信更是一种崭新的空间通信手段。利用人造地球卫星作为中继站转发激光信号，可以实现在多个航天器之间以及航天器与地球站之间的通信。其传输速率高、可利用频带宽、安全性（可靠性）高、保密性强、终端设备体积小、质量轻、功耗低等优点吸引着各国专家锲而不舍地探索。本文介绍了卫星激光通信系统组成及其关键技术，之后介绍了影响卫星光通信系统性能的因素及对策，最后详细介绍了国内外卫星激光通信的研究现状及最新发展动态。 关键词卫星光通信星间通信系统对准跟踪发展现况 中图分类号O436 文献标识码 A On satellite optical communication technology development status overview yiqiang chen (Harbin Institute of Technology，Space Academy，Harbin，Heilongjiang 150001，China) Abstract Optical communication is that people after years of exploration and breakthroughs in recent years, new technology. The satellite optical communication is a brand new space communications means. The use of artificial earth satellites as a relay station forwards the laser signal can be achieved in a number of spacecraft, as well as between the spacecraft and the earth station communication. Its transmission rate is high, available bandwidth, security (reliability) high, confidentiality, terminal equipment, small size, light weight, low power consumption and persistently attracted national experts to explore. This paper describes the satellite laser communication system components and its key technology, and then introduces the impact of satellite optical communication system performance factors and countermeasures, the final details of the domestic and international satellite laser communications research status and recent developments. Keywords Satellite optical communication; Inter-satellite communication system; Alignment Tracking; Development Status 1 引言 在现在信息量高速增长的情况下, 人们对通信系统容量的要求也在高速增长, 而当前无线通信受到带宽和容量限制, 已经不能满足当前需要, 对图像信息的实时传递更是无能为力。随着激光的产生, 光波通信技术日益表现出适应这种通信需求的势头。卫星激光通信是一个较新的研究领域,美国欧洲、日本等国都对此极其关注, 并已进行了深入的研究, 这主要是因为用激光进行卫星间通信具有如下优点: 开辟了全新的通信频道使调制带宽可以显著增加、能把光功率集中在非常窄的光束中、器件的尺寸、重量、功耗都明显降低、各通信链路间的电磁干扰小、保密性强并且显著减少地面基站, 最少可只有一个地面站。 卫星激光通信包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星间的光通信, 有GEO (geosynchronous earth orbit , GEO)- GEO,GEO- LEO ( low- earth orbit , LEO), LEO - LEO, LEO- 地面等多种形式, 同时还包括

软件体系结构课后作业及答案

一次 就项目管理方面而言，软件重用项目与非重用项目有哪些不同之处。 答：使用软件重用技术可减少重复工作,提高软件生产率, 缩短开发周期。同时，由于软构建大多经过严格的质量认证，因此有助于改善软件质量，大量使用构建，软件的灵活性和标准化程度可得到提高。 2、实际参与/组织一个软件重用项目的开发，然后总结你是如何组织该项目的开发的答：参加了一个网页管理系统的开发，该项目重复使用已有的软件产品用于开发新的软件系统，以达到提高软件系统的开发质量与效率，降低开发成本的目的。在过程中使用了代码的复用、设计结果的复用、分析结果的复用、测试信息的复用等。 3、为什么要研究软件体系结构 答：1.软件体系结构是系统开发中不同参与者进行交流和信息传播的媒介。 2．软件体系结构代表了早期的设计决策成果。 3．软件体系结构可以作为一种可变换的模型。 4、根据软件体系结构的定义，你认为软件体系结构的模型应该由哪些部分组成 答：构件(component)可以是一组代码，如程序的模块;也可以是一个独立的程序(如数据库的SQL服务器)； 连接件(connector)是关系的抽象，用以表示构件之间的相互作用。如过程调用、管道、远程过程调用等； 限制(constrain)：用于对构件和连接件的语义说明。 5、在软件体系结构的研究和应用中，你认为还有哪些不足之处 答：（1）缺乏同意的软件体系结构的概念，导致体系结构的研究范畴模糊。 （2）ADL繁多，缺乏同意的ADL的支持。 （3）软件体系结构研究缺乏统一的理论模型支持。 （4）在体系结构描述方便，尽管出现了多种标准规范或建议标准，但仍很难操作。（5）有关软件体系结构性质的研究尚不充分，不能明确给出一个良体系结构的属性或判定标准，没有给出良体系结构的设计指导原则，因而对于软件开发实践缺乏有力的促进作用。 （6）缺乏有效的支持环境软件体系结构理论研究与环境支持不同步，缺乏有效的体系结构分析、设计、方针和验证工具支持，导致体系结构应用上的困难。 （7）缺乏有效的体系结构复用方案。 （8）体系结构发现方法研究相对欠缺。 二次 1、选择一个规模合适的系统，为其建立“4+1”模型。 逻辑视图（Logical View），设计的对象模型（使用面向对象的设计方法时）。 过程视图（Process View），捕捉设计的并发和同步特征。 物理视图（Physical View），描述了软件到硬件的映射，反映了分布式特性。 开发视图（Development View），描述了在开发环境中软件的静态组织结构。 架构的描述，即所做的各种决定，可以围绕着这四个视图来组织，然后由一些用例（use cases）或场景(scenarios)来说明，从而形成了第五个视图。 2、引入了软件体系结构以后，传统软件过程发生了哪些变化这种变化有什么好处 答：软件体系结构的引入使软件设计开发更加具体和形象，它的模型更使得软件过程更加