SCPS

('SCPS协议一、背景资料北京时间2013年12月2日凌晨2点17分，我国“长征三号乙”运载火箭在西昌卫星发射中心发射成功，将中国探月工程二期的嫦娥三号月球探测器成功送入太空。嫦娥三号成功发射开启我国航天事业新篇章。经过几十年的努力，我们国家在航天事业的发展方面取得了令国人骄傲、世界瞩目的成就，建成了比较完整的航天科技工业体系。通信卫星、导航卫星、遥感卫星、北斗导航系统在海洋、气象、资源、环境等监测上发挥越来越重要的作用。初步建成了覆盖行星际的深空探测通信网。空间探索的深入发展迫切要求与之适应的空间通信网络的构建，天地一体化网络成为未来网络发展的重要趋势。与传统的地面Internet网络不同，空间通信网络是涵盖卫星、航天器、空间站以及各类探测传感器等通信载体与地面网络融合的复杂的一体化异构型网络。空间通信网络由于空间环境的限制，存在着传播延时长、误码率高、带宽不对称、连接不能持续性、网络拓扑结构动态变化等特点。二、SCPS协议分析SCPS协议簇包含网络协议(SCPS-NP)、安全协议(SCPS-SP)传输协议(SCPS-TP)以及文件协议(SCPS-FP)。SCPS是以TCP/IP协议为模型的。(一)SCPS-NPSCPS-NP(SCPSNetworkProtocol)提供非常简洁灵活的终端地址与组地址表示方法,提供数据报的优先级操作机制和每包路由控制机制。与IPv4的20字节报头相比,SCPS-NP的报头仅仅包含数据报提供服务所需要的域,最小报头只有4个字节,大大节省了比特开销,降低了资源需求。此外,SCPS-NP提供了可选择的路由方案与灵活的路由表维护方案，对空间网络动态拓扑的特点具有良好的适应性。SCPS-NP主要的不足在于不支持与IPv4或者IPv6的互操作。若要将网络层基于SCPS-NP的网络与基于IPv4或者IPv6的网络互联,需要将SCPS-NP头转换为IPv4或者IPv6。然而这种转换必然会损失SCPS-NP的部分功能。SCPS-NP与IP的不同之处还包含:\uf0d8SCPS-NP支持最大的数据报长度为8196字节,却不允许分段;\uf0d8SCPS-NP支持16个独立与服务类型(TOS)的优先级;\uf0d8SCPS-NP支持最多16种传输协议;\uf0d8SCPS-NP的ICMP版本SCMP除了继承ICMP路由选择、传送差错报告和控制信息功能之外，还支持连接中断、拥塞或者误码信息相关信令，前提是这些信息可以从链路层获取到。(二)SCPS-SPSCPS-SP(SCPSSecurityProtocol)为空间网络数据传输提供了可选的端到端保护。SCSP-S是SCSP协议簇中唯一涉及安全保障的协议,提供数据完整性检查、机密性机制、身份认证和接入控制服务，以防止数据受到攻击。SCPS-SP与IPSec主要不同之处在于:\uf0d8SCPS-SP只引入2字节开销,而IPSec需要10字节;\uf0d8SCPS-SP对每一对通信地址只允许各自有一个激活的安全关联，而IPSec允许多个同时存在的安全关联;\uf0d8SCSP-SP不提供抗重传攻击的保护措施,而是由上层的SCPS-TP的序列号提供;\uf0d8处于网络层的SCPS-SP是空间通信协议中唯一提供安全服务的协议，而Internet在不同层具有不同的安全协议。(三)SCPS-TPSCPS-TP为空间通信网络提供端到端的数据传输。SCPS-TP根据可靠性要求,将传输服务区分为3类:完全可靠,针对上行指令、程序重注和下行压缩数据的传输；最大可靠，针对下型遥测和图像数据传输；最小可靠，支持组。SCSP-TP支持基于优先级的处理，支持无连接多播，支持面向数据包的应用。SCPS-TP通过将扩展选项的形式置于带有SYN字段的TCP报头可选域的方法得以实现,因而保证了SCPS-TP与TCP的互通性。在TCP协议的基础上,SCPS-TP作了如下扩展；\uf0d8减少TCP启动必需的握手信号，加快数据传输启动；\uf0d8扩大TCP窗口尺寸，适应空间通信往返时延大的要求；\uf0d8具有往返时延测量功能；\uf0d8具有序列号回卷保护功能；\uf0d8具有选择性被动确认功能；\uf0d8具有包头压缩功能，节省开销；\uf0d8具有数据速率控制功能,防止信道出现拥塞。(四)SCPS-FPSCPS-FP(SCPSFileProtocol)支持带宽受限环境下的文件传输与指令传输。考虑到空间飞行器CPU计算能力与RAM空间有限、文件存储易受单粒子事件影响且由于轨道原因数据传输存在非连续性等问题，SCPS-FP与InternetFTP协议主要不同在于：\uf0d8SCSP-FP支持读取记录与更新；\uf0d8SCSP-FP支持文件完整性检验；\uf0d8SCSP-FP支持重复文本的压缩。SCSP-FP具有读取文件更新部分而不需要重传整个文件的功能,这种功能使得带宽受限或者带宽非对称的空间通信任务大大受益。三、SCPS应用SCPS在实际应用中，主要有3种具体实现方式：\uf0d8端到端SCPS方式：在涵盖地面网络整个网络中，保证传输层与应用层端到端的连接，Internet网络层IP协议仅在卫星地面站处与空间网络层SCPS-NP进行互相转换,或者将SCPS-NP封装到IP的可选域；\uf0d8传输层双网关方式：利用空间网络对分离的地面网络进行中继,保证应用层协议端到端的连接,地面Internet网络路由器交换机等商用设备不需要做任何改动,仅在地面站网关进行TCP协议与SCPS-TP协议之间的转换\uf0d8传输层单网关方式：将地面终端分为Internet网络终端和持SCPS的地面终端,利用单一地面站网关进行协议转换。在空间探索领域，一般采用端到端的SCPS方式。在融合地面Internet与空间网络的一体化网络结构中,传输层双网关方式不需要对现有成熟的Internet网络设备与终端系统作过多改动,且在空间通信链路能够应用SCPS-TP协议克服空间信道的通信制约。四、SCPS应用中的问题在SCPS-TP在天地一体化网络应用中取得广泛应用的同时,SCPS也暴露了一些问题。SCPS-NP、SCPS-SP与SCPS-FP缺乏与地面Internet协议兼容互通的能力以及不适应空间通信带宽的发展变化。安全问题，任何支持SCPS-TP的性能增强网关都要求能够访问传输层TCP报头与SCPS-TP选项域。这些都是任何保证端到端安全的网络层安全体制所不能允许的。由于各类网络不同的链路特性与拓扑结构，这样的异构性网络要求有能力强大的网关进行协议转换。健全SCPS协议与其它各类协议之间的互操作性并保证网络整体性能是应用在一体化网络中的SCPS未来发展的主要趋势。五、结论随着天地一体化网络的发展，未来的网络结构会更加复杂，融合空间网络、地面有线Internet无线局域网与海陆空各种移动终端的混合网络将会是天地一体化网络发展的最终结果。',)