空间信息网络DTN互联方法研究论文
空间信息网络DTN互联方法研究论文(精选2篇)
空间信息网络DTN互联方法研究论文 第1篇
当前通信网络的应用范围飞速扩展,地面有线网、地面无线网、空间卫星网均已成为承载网络,信息在传输过程中可能会经历几种不同的网络环境,端与端之间的通信不再是单一的协议形式.而空间网络通信的主要挑战来自于链路误码率高、传输时延长、上下行带宽不对称、链路可用时间有限、拓扑变化频繁等,此外不同空间位置(远地链路、星间链路、星地链路等)的通信子网也有很大的性能差异[1],使其难以实现传统地面网络技术所达到的Qos及可靠性要求,要想使其成为未来网络系统的一个重要且可靠的组成部分,则需要针对以上挑战设计有效的协议体系.目前面向空间网络的协议主要分为4类:CCS-DS协议体系[2]、TCP/IP协议体系[3]、CCSDS与TCP/IP结合的协议体系[4]、DTN协议体系.基于DTN的协议体系相比其他体系,在空间网络环境下具有更好的性能和可扩展性[5],被CCSDS作为空间网络互联的发展方向.随着天地一体化的发展,基于DTN的空间网络与基于TCP/IP的地面网络的互联问题亟待解决,本文面向此问题提出DTN环境下异构协议网络互联的设计方法,并通过半物理仿真实验对其性能进行分析.
1相关工作
目前很多针对空间网络异构性的研究面向改进传统的TCP/IP协议[6,7],使之适应空间通信的特点,但这些工作未实现根本机制的改变,所实现的性能改善程度有限.文献[8-10]在地面节点上实现了互联卫星网和地面网的功能,但没有考虑到卫星网中的间断连通特性.空间网络的一个根本特点是链路通断切换频繁,必须以DTN的角度展开设计,文献[11]设计了面向DTN的协议适配网关,但主要面向各种版本TCP协议的兼容.为了促进DTN的快速部署以及与传统TCP/IP网络的互联,NASA提出了IP-over-DTN方案[12].其核心思想是在网络中优先采用IP技术,只有当数据通过受限网络或者网络出现链路中断时才将IP包封装到DTN的Bundle包中,由DTN继续完成数据的传输.这种方案的优点是既可以利用DTN技术在受限网络环境下保证数据的可靠传输,又不用牺牲IP技术的高效性和兼容性,但由于将IP包直接封装到Bundle包中,这种方案有较大的开销.本文的异构协议互联方法则采用协议代理方案实现空间节点上的DTN网关及协议转换功能.该方案不仅开销小,而且突破了DTN网络对传统TCP应用的限制.
2协议代理方案
空间异构协议互联方法在客户端和服务器端使用标准的TCP/IP协议栈,在TCP/IP网络与DTN网络的交界处由DTN网关实现TCP/IP协议与DTN协议间的转换.DTN的核心思想是在应用层与下层之间引入“Bundle层”作为连接不同网络的覆盖层.Bundle层可以通过汇聚层适配器(如TCP适配器、UDP适配器等)在IP网络之上传输DTN流量,从而实现DTN网络与TCP/IP网络的互联.应用层协议需要基于Bundle层接口进行重构,但目前传统IP应用所提供的功能在这种协议体系下还不够成熟.为了实现Bundle协议与TCP协议(卫星链路对TCP/IP数据传输的影响主要体现在TCP协议)的转换,需要定义一个合适的映射协议,解决应用协议负载的传递、地址映射、传输可靠性等问题.以下是协议代理中实现的主要功能:1)ACK欺骗:客户端的DTN网关会伪装成服务器与客户端建立并维持TCP连接.这需要客户端将DTN网关设置为代理服务器或者直接将DTN网关设置为默认网关.另外还要在DTN网关上设置需要代理的协议,并监听相应的TCP端口.2)地址映射:DTN端点和应用可以用端点号(EID)来标识,本文所使用的EID格式为:应用协议名://IP地址/传输层协议/端口号例如,IP地址为192.168.1.100的客户端的HTTP应用的EID为HTTP://192.168.1.100/TCP/80.当客户端应用第一次与DTN网关建立TCP连接时,DTN网关按照这一格式自动根据源和目的IP地址、应用协议名、传输层协议、端口号等信息生成相应的源和目的EID,并且在该DTN网关的Bundle层中为代理的客户端应用注册EID.而靠近服务器方的DTN网关则采用后绑定的方式在Bundle层中注册该目的EID,从目的EID中解析出应用协议名、服务器IP地址、传输层协议和端口等信息,主动与服务器建立连接.3)应用数据的封装和解封装:已经在Bundle协议中注册EID的应用可以使用Bundle协议提供的服务发送和接收数据.当收到普通应用发过来的数据时,TCP代理需要从TCP协议中取出应用数据,然后调用Bundle协议服务,把应用数据封装成Bundle包发送出去.当TCP代理收到Bundle协议交付的数据时,会从相应的TCP连接把应用数据发送出去.此外,在调用Bundle协议的服务时,需要提供Bundle的处理控制参数,指定Bundle所要提供的服务,如是否允许Bundle分片、是否需要托管传输、是否需要状态报告等.这些参数需要TCP代理根据应用的特点以及预先配置的规则决定.
3空间DTN转发节点设计
DTN采用异步通信模式(类似Email),通过DTN路由转发Bundle包以实现源节点到目的节点的信息传输.DTN的Bundle层处于应用层之下,但Bundle下层不一定是传输层,也可以是链路层.这种结构可以实现任意下层协议栈网络间的互联.在托管模式下,DTN路由通过将交付责任委派给下一个有能力交付的DTN路由来确保数据的可靠传输.Bundle可以通过状态报告传送数据交付过程中的状态信息,如来自中间路由的转发和托管信号以及来自目的节点的交付信号.CCSDS针对空间通信的特点提出了一系列链路层协议,在图1所示的空间DTN转发系统架构中,采用IPOVERCCSDSAOS[13]作为链路层协议,可用于空对空、空对地和地对空的通信链路中,在CCSDS链路上实现IP数据报的携带、建立路由、交换和空间IP网际元素的管理等,使空间和地面采用一致的网络协议,实现天基网络与地基网络的无缝连接;采用SCPS-TP[14]作为传输层协议,与TCP协议和UDP协议保持良好的兼容和互操作性;在地面站以及星上局域网中则采用标准的TCP/IP协议栈.DTN转发节点的具体设计如图2所示,Bundle协议代理包括5个模块:Bundle管理、Bundle路由、链路管理、汇聚层适配器和邻居发现.其中Bundle管理实现了Bundle协议的核心功能,包括Bundle封装、注册、保管传输、分片与重组、Bundle冗余等;考虑到卫星都按规划的轨道运行,星间、星地间的连通性可以推导出来,故Bundle路由模块实现了静态路由和接触图路由[15];邻居发现模块用于发现周围邻节点;链路管理模块利用邻居发现模块提供的接触信息来管理链路有效性信息;汇聚层适配器利用汇聚层的服务发送和接受Bundle包.Bundle进程中添加的本地协议代理模块实现了传输层代理的功能,包括IP过滤、传输层欺骗和自动注册等.使用本地代理前,需要先设置过滤条件,DTN转发节点起到网关的作用,会将符合过滤规则的IP包提交给上层,经过传输层提取出数据,然后交给本地代理,本地代理根据传输层协议以及端口号区分不同应用,自动为它们注册EID.注册成功后,来自Internet应用的数据会直接交给Bundle协议代理,由Bundle协议代理对数据进行Bundle封装、发起托管传输,当Bundle包到达目的端DTN网关节点时,本地代理会自动为目的节点应用在目的端DTN网关上进行注册,注册成功后,DTN网关发起交付规程将数据从Bundle包中解封并交付给目的节点.
4半物理仿真与验证
4.1实验场景设置
半物理仿真的目的是用真实的Internet应用验证DTN互联方法的功能,其实现基于来自OPNETModeler14.5的系统在环(SystemintheLoop,简称SITL)模块,提供物理网络与OPNET仿真网络连接的接口,通过真实数据包与虚拟数据包格式的转换来完成数据包在真实网络与虚拟网络间的流动.图3为半物理仿真场景图,总共使用3台计算机,PC1和PC3分别运行Internet的客户端和服务器,而PC2运行OPNET仿真场景,它具有两个网卡,分别连接到PC1和PC3.OPNET仿真场景中,两个SITL模块用于数据的实虚转换,两个DTN转发节点用作网关,分别为PC1和PC2上的Internet应用提供本地代理以及接入DTN网络的服务.图4为基于OPNET的空间网络域,meo_sat_subnet_4为一颗中轨卫星,geo_subnet_1为一颗同步卫星,它们的轨道通过STK生成然后导入OP-NET中,Groud-sat_subnet_6为地面站,中轨卫星和地面站中分别包含了一个STIL模块和一个DTN网关(To_node_1和To_node_3为SITL模块,DTN_gateway1和DTN_gateway2为星地间综合网关结点),同步卫星中包含一个DTN路由节点.以上场景中中轨卫星与地面站是不可见的,需要通过同步卫星进行路由转发.为了模拟节点移动造成的链路中断,采用OPNET中的节点失效模型,让同步卫星节点在20~30s、40~50s、60~70s、80~90s、100~110s、120~130s等时间段内失效.4.2基于Iperf的实验结果与分析
基于Iperf[16]展开网络性能测试,客户端向服务器端发送数据流,服务器监听接收来自客户端的数据,统计收包速率、丢包率和延迟抖动.客户端向服务器的UDP协议的5001端口发送数据包,发送速率为1Mbps/s,UDP包大小为1kbyte.图5(a)为采用IP互联测试的结果,实线为客户端发送数据,虚线为服务器收到的数据,结果显示在没有端到端连接的这段时间内,客户端发送的数据全部丢失.图5(b)为DTN互联方法的测试结果,结果显示虽然没有端到端的连接,数据仍可以通过保管转发,最终交付给服务器.统计结果显示,使用IP互联方法的丢包率为33%,使用DTN互联方法的丢包率为0.
4.3VLC视频点播实验结果与分析
VLC(VideoLANClient)是VideoLAN[17]计划的开源多媒体播放器,它能作为单播或多播的流服务器在IPv4或IPv6的高速网络连接下使用.客户端向服务器的10001端口发送一个视频流.格式为avi,分辨率为1104×622,速率1210kbps.图6(a)为使用IP互联方法传输视频的统计结果,在链路断开时传输的视频流丢失.图6(b)为使用DTN互联方法传输视频的统计结果,可以看到在链路重新连接上时,服务器收到的数据远比客户端发送的数据多,这些多出来的数据就是DTN互联方法在链路断开时间内所保管的视频流数据.
5结语
开发具有协议代理功能的空间DTN转发节点,实现了其中Bundle层的关键功能,能实现CCS-DS协议体系、TCP/IP协议体系、DTN协议体系的功能一体化.设计半物理仿真环境模拟异构协议空间通信场景,在其中对比了采用传统IP互联方法和本文的DTN互联方法进行UDP数据流和视频流业务传输的性能,结果体现了DTN互联方法在数据保管能力上的优越性.
空间信息网络DTN互联方法研究论文 第2篇
【关键词】“互联网+”;网络空间;治理机制
【作者单位】李洁,西安体育学院传媒系;杨木生,江苏理工学院艺术设计学院。
2014年4月21日,腾讯总裁马化腾在《人民日报》公开提出了“互联网+”的概念,他认为“互联网+”是一种趋势,“+”的是传统的各行各业[1]。在2015 年两会上,马化腾提出了加快推动“互联网+”的建议。在这份建议中,他对“互联网+”的解释是,“利用互联网的平台和信息通信技术,把互联网和包括传统行业在内的各行各业连接起来,在新的领域创造一种新的生态” [2]。从技术层面看,随着媒介技术的不断创新发展,信息传播呈现即时、广泛、互动和跨界的特点,互联网将不同领域的产业信息连接起来;从社会文化层面看,互联网搭建了民众与政府、民众与民众交流的社交平台,促进普通的公民参与到政府决策中来。但是,网络空间的虚拟性、匿名性和自由性等特点导致了各种社会问题出现。而网络空间的治理体制不健全,法制建设不完善,网络安全技术不发达等问题,使网络空间治理难上加难。2015年12月16日,习近平总书记在乌镇第二届世界互联网大会上就共同构建网络空间命运共同体提出五点主张,其中关于网络法制化建设的内容是“保障网络安全,促进有序发展;构建互联网治理体系,促进公平正义”。由此可见,网络治理对国家安全、社会稳定具有重要作用,党和政府对网络治理也高度重视。
一、“互联网+”下网络空间治理存在的问题
随着“互联网+”时代的来临,网络技术的不断发展使网络空间迅速扩展。而网络空间的扩展速度之快,逐渐超出国家网络管理的范围。网络快速发展与网络空间问题的矛盾日益突出。因此,党和政府对网络空间治理的重视程度愈发强烈,对网络空间的治理已经成为迫切需要解决的问题,并考验着政府的执政能力。当下,我国网络空间治理主要存在以下三个方面的问题。
1.网络空间安全技术不发达
网络是一个虚拟性的空间,网络空间的治理需要一定的技术支持。目前,我国在网络建设、传播与维护方面有着高端的技术人才,但是对网络空间治理的重视程度不够,网络空间治理技术比较落后。中国互联网信息中心2016年7月发布的《国家互联网络发展状况统计报告》显示,截止到2016年6月,我国的互联网普及率已达到51.7%,网民数量已达到7.1亿,其中手机网民达到6.56亿。网络已经成为网民生活、工作和学习不可或缺的部分,人们的权利和义务也从线下转到线上。但是由于网络的自由性,以及国家缺乏对网络安全的管理,个人信息很容易遭到泄露,网络诈骗、网络谣言愈演愈烈,人们现实社会中的利益受到损害。这就要求我们在享受互联网技术带来便捷的同时,也要加强对网络安全技术的运用,确保个人、政府信息的安全性。“十三五”规划纲要提出,“集中力量突破信息管理、信息保护、安全审查和基础支撑关键技术,提高自主保障能力”。习近平总书记指出,“网络空间的竞争,归根结底是人才竞争”, “要有高素质的网络安全和信息化人才队伍”。
2.网络空间法治体制不健全
目前,我国有关网络空间的法律法规并不多,网络立法落后,且现有网络法律较分散,没有形成体系,网络执法力度不够,在网络空间中很难做到有法可依,依法治理,这就助长了一些不法分子利用法律漏洞实施犯罪的行为。譬如,2016年3月的“网贷事件”,郑州21岁大学生郑某因无力偿还60万元的网贷而跳楼自杀,结束了年轻的生命。该学生只要用自己的身份信息,抑或是用同学的信息就可以进行网络贷款,不需要更多的条件。从网络贷款平台角度看,为何网络贷款平台不需要借款者本人的真实意愿,只要有了其身份信息,就能借款;网络贷款平台在发放贷款时,是否考虑到学生的偿还能力。从网络治理角度看,相关部门在这些网络贷款平台注册和运行时,有无对这些网络贷款平台进行审核;这些网络贷款平台是否具备运行的资质;当事件发生时,受害者是否能够有法可依,通过相关法律来维护自己的权益;同时,网络贷款平台应当承担什么样的法律责任?
网民的法律意识淡薄,导致网络违法现象越发严重。由于网络空间的信息传播具有即时性、广泛性,加上网民可以隐蔽自己的身份信息,从而使网民可以在虚拟的网络空间中肆无忌惮地发泄对现实生活的不满,导致网络环境更加污浊;还有一些网民无视法律,在网络空间中攻击他人,发布谣言,制造恐慌,从而破坏现实生活的稳定。
3.网络空间舆论监管不力
随着我国网民规模日益扩大,网络舆论给人们的日常生活也带来深刻的影响。由于网络的匿名性、开放性和交互性等特点,人们可以在网络空间中自由地发表言论。而有些所谓的“水军”利用互联网的特点,在网络空间里大肆地传播虚假信息,扰乱网络空间秩序。他们甚至通過一些言论来煽动用户的情绪,从而诱发群体事件,从线上到线下,严重影响了社会的稳定,损害了国家的利益。例如,2016年的江苏高考减招事件,2016年4月26日,教育部公布“减招计划”,在计划中只告诉大家“江苏计划调出3.8万高考招生指标到中西部地区”,而未提及江苏2016年总体考生人数和招考情况。江苏家长对此消息提出质疑,因为相关部门未能及时公布“减招”的详细情况,有些媒体或个人为了追求自己网页的浏览量和点击量对其进行片面解读,传播虚假信息,煽动家长们的情绪,使家长们通过微信群串联,到教育局门前请愿,通过网络舆论,引发群体事件,引起社会动荡。在此事件中,相关部门对网络空间的舆论监督力度还远远不够。
nlc202309090515
二、“互联网+”下的网络治理机制
1.建立网络空间安全技术体系
随着“互联网+”的不断推进和大数据、社交网络及移动互联网等新应用的快速发展,网络给社会的政治生态、经济结构和社会文化带来了深刻的影响,成为人们获取信息和交流的主要途径。但是,网络在给人们生活带来便捷的同时,也给信息安全带来了挑战。在信息化的今天,网络犯罪事件已屡见不鲜,并呈逐渐上升趋势,由此,网络信息安全的重要性可见一斑。当下,网络应用技术发展很快,但是相对应的网络空间安全管理技术十分落后。先进的网络安全技术是营造健康网络空间的保障。首先,在技术管理方面,相关部门可以建立多级别、多层次的安全用户鉴别技术管理体系,在用户源头上进行安全控制;其次,运用安全加密技术,使信息更加安全,防止信息被盗;再次,开发并安装网络安全软件,以确保网络空间运营的安全。譬如DPI技术,即深度包检测技术,能有效地对网络空间信息进行控制和分配。
2.依法建网,守法用网
“法治作为现代社会最基本的治理方式,具有强大的包容力,也是被广泛认可的文明和现代化表征。針对网络公共空间的兴起、扩张和发展,法治不仅能够在制度层面提供治理的渠道,还能实现不同价值和利益之间的协调和利益主体的自我约束。”[3]
从政府层面看,依法建网并逐渐完善网络空间立法,是建设纯净网络空间的基础。网络立法首先要做到在普遍立法的基础上对不良信息的遏制,在保护公民隐私、打击网络欺诈、保障国家安全等方面进行重点的法律规范。其次,要从中国特色社会主义社会的实际出发,严谨、有效并全面地制定专门管理互联网的法律法规,从而为网络空间治理提供有效的法律依据。最后,在建立相关法律的基础上,政府要加强执法队伍的建设,使执法队伍做到依法治网,从而切实有效地保障网络安全和人民的生命财产安全,维护好网络空间秩序。
从网络运营商和个人层面看,运营商与个人作为网络信息传播的主体,需要严格做到守法用网,依法上网。第一,网络运营商在网络空间经营中,要增强法律意识,依法经营,规范守信,这是国家依法治网的基本要求,也是企业需要承担的社会责任。只有网络运营商带头守法,依法办网,起到引导示范的作用,才能让网络空间更加安全可靠。第二,网民作为网络空间中规模庞大的群体,是信息传播的主要接收者和发出者。不负责任的言论在网络空间中很容易形成“蝴蝶效应”,并被广泛地传播下去,从而使不明真相的网民跟帖、转发,影响网络空间的健康、稳定发展,甚至会导致现实社会的不稳定。因此,网民提升自身法律意识,依法上网,势在必行。网络赋予网民无限的使用权和信息资源,但网民也要对自己的言论负责,遵守国家相关的法律法规,文明上网,自觉维护网络空间的道德秩序和法律秩序。
3.构建多元化的合作机制
与传统社会治理不同,网络空间的治理需要政府、媒体、社会和个人多元主体的共同努力。此外,政府不应是治理的中心,而是个人、社会、媒体和政府协同监督,治理网络空间,从信息的源头上担负起管理网络空间的责任。俞可平提出,“社会治理的理想结果是‘善治’,其本质特征是政府和社会多元主体对公共生活的合作管理”[4]。“互联网+”时代的到来为政府、社会、媒体和个人搭建了合作交流的平台,更加有利于这些主体互相合作。在协同合作中,首先,政府应起到带头引导作用,加强网络空间管理;其次,社会、媒体应公平公正报道相关信息,切勿为了自身的利益而曲解信息,传播错误信息,引起网络谣言;最后,个人在网络空间中要从自身做起,不发布虚假、违法信息。在协同合作的管理下,政府要注重从信息源头治理网络空间,阻止不健康信息的传播,发酵,从而创造良好的舆论网络空间环境。
三、结语
综上所述,网络空间治理是涉及政府、个人和运营商等多方主体的问题,是一个极其复杂的系统工程。要想高效治理网络空间,维护健康的网络空间环境,我们就必须建立科学规范的网络空间安全技术体系,明确网络治理的主体及其各自责任,并构建健全的法制治理体系,使网络运营商能依法建网,网民守法用网,从而创建和平、安全、开放、合作和创新的网络空间,推动国家法制建设的完善。
[1]乔杉.20 年互联网带来的改变才刚开始[N].人民日报,2014-4-21.
[2]腾讯研究院.关于以“互联网+”为驱动推进我国经济社会创新发展的建议[EB/OL].(2015-4-13)2015-12-10http://www.tisi.org/Article/lists/id/3776.html.
[3]秦前红,李少文.网络公共空间治理的法治原理[J].现代法学,2014(6):16.
[4]俞可平.治理理论与公共管理[J].南京社会科学,2001(9).
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