楊增印，李賀武，吳茜，吳建平1,，劉君

（1. 清華大學計算機科學與技術系，北京 100084；2. 清華大學網(wǎng)絡科學與網(wǎng)絡空間研究院，北京 100084；3.清華大學北京信息科學與技術國家研究中心，北京 100084）

1 引言

隨著偏遠地區(qū)、海洋區(qū)域、空中區(qū)域等全球范圍內對互聯(lián)網(wǎng)服務需求的增長，利用空間網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡在覆蓋范圍和移動接入等方面的互補性，建設覆蓋全球的天地一體化信息網(wǎng)絡，不僅成為未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，也是我國科技創(chuàng)新 2030重要項目[1]。概括地說，天地一體化網(wǎng)絡是空間衛(wèi)星網(wǎng)絡和地面網(wǎng)絡的融合網(wǎng)絡[2]，其中，地面網(wǎng)絡包括互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡，空間衛(wèi)星網(wǎng)絡包含多個由高軌（GEO, geosynchronous orbit）衛(wèi)星、中軌（MEO,mediumearth orbit）衛(wèi)星、低軌（LEO, low earth orbit）衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)。由于不同衛(wèi)星節(jié)點具有不同的運動規(guī)律，整個空間網(wǎng)絡拓撲表現(xiàn)出頻繁但有規(guī)律的變化。

天地一體化信息網(wǎng)絡本質上就是利用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，特別是互聯(lián)網(wǎng)域間協(xié)議，實現(xiàn)各類空間衛(wèi)星網(wǎng)絡及天地網(wǎng)絡融合。在天地一體化信息網(wǎng)絡中部署現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)域間協(xié)議，不僅能充分發(fā)揮其網(wǎng)間互聯(lián)優(yōu)勢，還能加速天地一體化信息網(wǎng)絡建設。然而，現(xiàn)有域間協(xié)議設計之初缺少對空間網(wǎng)絡獨特性的考慮，若將它們直接部署至天地一體化信息網(wǎng)絡，可能面臨各類性能問題。

目前，已有一些工具來驗證互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在空間網(wǎng)絡環(huán)境下的性能，如數(shù)值仿真平臺、在軌運行衛(wèi)星驗證系統(tǒng)和地面實驗驗證系統(tǒng)。但這些驗證工具驗證場景單一或缺少真實協(xié)議部署，缺少面向天、地一體的協(xié)議驗證設計。具體的原因如下：1) 數(shù)值仿真平臺具有部署容易、支持網(wǎng)絡規(guī)模大等優(yōu)勢，如 NS2[3]、Qualnet[4]、Omnet++[5]、Opnet[6]等，但該類工具將互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的行為轉化為一系列離散事件，這造成協(xié)議驗證的驗證損耗，且網(wǎng)絡規(guī)模越大，網(wǎng)絡協(xié)議的驗證損耗越嚴重；2) 在軌衛(wèi)星驗證系統(tǒng)是最可靠的驗證工具，如思科在軌驗證路由器[7]，然而衛(wèi)星發(fā)射周期長、耗費大，支持的實驗場景單一、規(guī)模小，使其難以滿足系統(tǒng)建設前期復雜多變的實驗驗證；3) 地面實驗驗證系統(tǒng)是利用地面網(wǎng)絡設備模擬空間網(wǎng)絡環(huán)境，能充分發(fā)揮數(shù)值仿真平臺和在軌衛(wèi)星實驗系統(tǒng)的優(yōu)勢，目前，已有一些簡單場景下的實驗平臺[8-13]，其考慮的實驗場景主要針對衛(wèi)星平臺（如OpenSAND[8]、SATIP6[9]）或衛(wèi)星平臺與地面站、用戶間的網(wǎng)絡接入場景（如MSET[12]、SNTB[13]），由于缺少多種衛(wèi)星系統(tǒng)互聯(lián)的考慮，這些實驗平臺尚不能有效模擬空間網(wǎng)絡的高動態(tài)特性，不能有效支持天地融合場景下的實驗驗證，此外，受物理設備數(shù)量和管理復雜性的限制，現(xiàn)有實驗系統(tǒng)難以快速部署大規(guī)模網(wǎng)絡場景。

本文主要考慮采用運行真實互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的虛擬網(wǎng)絡設備來建立天地一體化信息網(wǎng)絡實驗平臺，在保證協(xié)議驗證可靠性的基礎上，采用少量物理設備支持大規(guī)模實驗驗證。受限于空間網(wǎng)絡高動態(tài)特性和天地網(wǎng)絡差異性，協(xié)議驗證平臺設計面臨諸多挑戰(zhàn)。其中，主要難點是如何利用靜態(tài)虛擬網(wǎng)絡設備來模擬大規(guī)模動態(tài)空間網(wǎng)絡?？臻g網(wǎng)絡可能包含數(shù)十個到數(shù)百個衛(wèi)星節(jié)點，且節(jié)點間的鏈路連接關系和鏈路質量不斷有規(guī)律變化。然而，現(xiàn)有虛擬網(wǎng)絡設備是靜態(tài)的，彼此間互聯(lián)關系也是靜態(tài)的，如Mininet[14]、Docker[15]、KVM[16]等虛擬技術創(chuàng)建的虛擬網(wǎng)絡設備。此外，伴隨著天地一體化信息網(wǎng)絡研究發(fā)展，網(wǎng)絡規(guī)模不斷增加，包含的衛(wèi)星節(jié)點類型不斷增多，天地融合策略不斷更新，迫切需要協(xié)議實驗平臺具有高可擴展特性，支持各類實驗場景。

針對上述挑戰(zhàn)，本文基于Mininet虛擬化工具，設計和實現(xiàn)了大規(guī)模、可擴展的天地一體化信息網(wǎng)絡實驗平臺，開展了互聯(lián)網(wǎng)域間協(xié)議的性能驗證。本文主要貢獻如下。

1) 利用真實衛(wèi)星參數(shù)建立空間網(wǎng)絡特征仿真器。根據(jù)空間衛(wèi)星運動的規(guī)律性，計算出空間網(wǎng)絡拓撲變化的關鍵特征，包括動態(tài)鏈路連接關系、時變鏈路質量等。

2)采用虛擬網(wǎng)絡技術構建天、地網(wǎng)絡實驗環(huán)境。根據(jù)實驗驗證需求，采用虛擬化技術在少量物理設備上創(chuàng)建大量虛擬網(wǎng)絡設備。然后，將 1）中計算得到的空間網(wǎng)絡特征映射到虛擬網(wǎng)絡設備中，通過實時改變虛擬網(wǎng)絡設備之間的互聯(lián)關系來模擬高動態(tài)、大規(guī)模的空間網(wǎng)絡。同時，通過天地互聯(lián)系統(tǒng)融合空間網(wǎng)絡和模擬地面網(wǎng)絡。該實驗平臺高度模塊化，具有易部署、高管控的特性，可支持各類實驗場景。

3) 設計多種天地一體的實驗場景，部署多種天地互聯(lián)策略，驗證現(xiàn)有域間路由協(xié)議（BGP，border gateway protocol）及其依賴網(wǎng)絡協(xié)議[17]在實現(xiàn)多衛(wèi)星系統(tǒng)融合及天地網(wǎng)絡融合時的性能。實驗發(fā)現(xiàn)，隨著空間網(wǎng)絡規(guī)模的增加，現(xiàn)有域間協(xié)議在空間網(wǎng)絡中的開銷越來越大，甚至引起地面網(wǎng)絡的不穩(wěn)定；同樣，現(xiàn)有地面網(wǎng)絡的大規(guī)模路由表和頻繁變化的路由信息嚴重損耗空間網(wǎng)絡的性能，使天、地網(wǎng)絡間的互聯(lián)效率低下。

2 研究背景

2.1 天地一體化信息網(wǎng)絡概述

天地一體化信息網(wǎng)絡的總體方案如圖1所示[2]。其中，地面網(wǎng)絡包括互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡（如2G/3G/4G/5G）[2]?？臻g網(wǎng)絡組網(wǎng)方式采用類似地面互聯(lián)網(wǎng)的“主干-接入”模式，其包含一張覆蓋全球的主干網(wǎng)以及多張接入網(wǎng)絡。主干網(wǎng)由相對靜止的高軌（GEO）衛(wèi)星和地面站組成，為各類空間接入網(wǎng)提供全球范圍的互聯(lián)服務。接入網(wǎng)是由多顆中軌/低軌（MEO/LEO）衛(wèi)星組成的獨立衛(wèi)星系統(tǒng)，如通信、廣播、遙感、導航等衛(wèi)星系統(tǒng)，其擁有自己的管理系統(tǒng)，獨立地為用戶提供服務。各接入網(wǎng)選出一個或多個衛(wèi)星作為邊界路由器接入主干網(wǎng)。

圖1 天地一體化信息網(wǎng)絡的總體架構

地面互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過長期快速發(fā)展，路由表規(guī)模非常龐大，存在大量異常流量，但地面網(wǎng)絡拓撲相對穩(wěn)定，路由器間鏈路變化頻率是幾小時或幾天發(fā)生一次。而空間網(wǎng)絡受衛(wèi)星運動的影響，其網(wǎng)絡拓撲頻繁但有規(guī)律地變化，具體包括動態(tài)鏈路連接關系和時變鏈路質量。

1) 動態(tài)鏈路連接關系。鏈路連接關系分為接入網(wǎng)與主干網(wǎng)之間的鏈路切換和接入網(wǎng)內部鏈路中斷/連接。① 接入網(wǎng)與主干網(wǎng)間的鏈路切換。受MEO/LEO衛(wèi)星相對運動的影響，接入網(wǎng)到主干網(wǎng)間的鏈路會被地球大氣層、地球表面較高物體遮擋，使空間鏈路衰減嚴重而主動中斷。當舊鏈路中斷時，接入網(wǎng)重新選擇主干網(wǎng)新的邊界路由器建立連接，鏈路發(fā)生切換。鏈路切換頻率達秒級[18-19]。② 接入網(wǎng)內部鏈路中斷/連接主要受工程設計的影響。當2個衛(wèi)星之間天線夾角或天線旋轉速度達到一定閾值時，為了滿足工程建設需求，會強制中斷對應鏈路。如在極地區(qū)域內，“銥星”系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道間的鏈路會因天線旋轉角度過快而中斷。

2) 時變鏈路質量?？臻g鏈路本質是無線鏈路，通信質量容易受空間環(huán)境的影響?？臻g鏈路質量隨衛(wèi)星間相對運動而變化，變化特征分為突變型和漸變型。① 突變型鏈路質量變化主要由鏈路連接關系變化導致。當鏈路連接關系發(fā)生變化時，舊鏈路斷開或新鏈路建立都會導致鏈路質量發(fā)生突變。② 漸變型鏈路質量變化主要由衛(wèi)星間相對位置緩慢變化導致。衛(wèi)星相對位置的變化，使鏈路經(jīng)過的空間環(huán)境發(fā)生緩慢變化，包括鏈路傳播長度，鏈路傳播的天氣、大氣等空間環(huán)境，最終導致鏈路質量發(fā)生緩慢變化。

2.2 現(xiàn)有域間協(xié)議在天地一體化信息網(wǎng)絡中面臨的挑戰(zhàn)

本節(jié)主要定性分析現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)域間協(xié)議在天地一體化信息網(wǎng)絡中的工作性能，為后續(xù)實驗平臺設計和協(xié)議驗證提供基礎。

BGP是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)中應用最廣泛的域間路由協(xié)議，用來實現(xiàn)各獨立網(wǎng)絡的互聯(lián)。其通過 eBGP（external border gateway protocol）會話建立網(wǎng)絡間的互聯(lián)關系，同時通過路由更新方式向網(wǎng)絡內其他路由器和其他網(wǎng)絡共享路由信息。在天地一體化信息網(wǎng)絡，BGP實現(xiàn)空間網(wǎng)絡中的主干網(wǎng)與各接入網(wǎng)間的互聯(lián)，以及空間網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡之間的互聯(lián)。同時，為支持域間路由協(xié)議工作，需在網(wǎng)間邊界路由器上部署 ARP（address resolution protocol）、ICMP（Internet control message protocol）、ND（neighbor discovery protocol）、TCP（transmission control protocol）等協(xié)議，在網(wǎng)內路由器上部署域內路由協(xié)議，如 OSPF（open shortest path first）[20]。

2.2.1 空間網(wǎng)絡動態(tài)鏈路連接關系的影響

受空間網(wǎng)絡動態(tài)鏈路連接關系的影響，BGP不斷改變eBGP會話、觸發(fā)路由更新。如圖2所示，當接入網(wǎng)AS1的邊界路由器與主干網(wǎng)邊界路由器間的連接關系發(fā)生變化，B0與A0間的eBGP會話將斷開，B0與A2的eBGP會話將重建；同時，A0撤銷AS1的路由前綴信息，A2重新宣告AS1的路由前綴。該路由更新不僅擴散到空間網(wǎng)絡其他接入網(wǎng)中，還將擴散到地面網(wǎng)絡中。同樣，當接入網(wǎng)內的鏈路連接關系發(fā)生變化時，域內路由協(xié)議會將鏈路變化信息分發(fā)到域間路由協(xié)議中，進而擴散到全網(wǎng)。

圖2 現(xiàn)有域間協(xié)議在天地一體化信息網(wǎng)絡中的工作狀態(tài)

空間網(wǎng)絡拓撲頻繁變化，將頻繁觸發(fā) BGP路由更新，甚至導致大量路由更新在其前一個路由更新沒有收斂前被觸發(fā)，導致空間網(wǎng)絡和地面網(wǎng)絡不穩(wěn)定。

2.2.2 空間網(wǎng)絡時變鏈路質量的影響

時變鏈路質量主要影響B(tài)GP控制分組的傳輸，包括分組傳輸時延、帶寬、分組丟失率等。為保證協(xié)議正常工作，BGP引入了4種關鍵控制分組，包括 open、notification、update、keep-alive等分組[21]。open分組周期性嘗試建立 eBGP會話，notification分組將本端域間協(xié)議的工作狀態(tài)變化告知鄰居節(jié)點，keep-alive分組周期性檢測eBGP會話的通斷，update分組擴散路由更新消息。在地面網(wǎng)上，由于網(wǎng)絡拓撲和eBGP 會話是基本固定的，open消息不需要周期性發(fā)送。但在空間網(wǎng)絡中，為實現(xiàn) eBGP會話隨鏈路變化自動切換，邊界路由器需要利用open消息周期性嘗試與所有可能互聯(lián)的鄰居邊界路由器建立eBGP會話。

2.2.3 地面網(wǎng)絡大規(guī)模路由表、動態(tài)路由信息的影響

地面互聯(lián)網(wǎng)存在路由表規(guī)模龐大和大量異常路由信息等問題。若將這些網(wǎng)絡信息直接共享到空間網(wǎng)絡中，將使資源受限的衛(wèi)星難以承受，使天、地互聯(lián)效率低。

2.3 協(xié)議實驗平臺的研究現(xiàn)狀

目前，針對地面互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議性能分析，特別是域間協(xié)議分析，已有大量研究者開展相關研究。由于地面網(wǎng)絡已經(jīng)非常成熟且規(guī)模非常龐大，難以獲得全部互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，現(xiàn)有工作往往基于采集到的部分互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過數(shù)學建模來分析整個互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議性能。例如，Liu等[22]使用簡單K-means算法分析2011年日本海嘯對互聯(lián)網(wǎng)的影響；Livadariu等[23]在全球629個自治域中部署探測服務器來獲取互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，分析IPv6 （Internet protocol version 6）網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)平面和控制平面的穩(wěn)定性。互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議性能分析往往需要大量網(wǎng)絡運營數(shù)據(jù)，更適合分析已建成的大規(guī)模網(wǎng)絡，不太適合建設初期的網(wǎng)絡。

針對空間衛(wèi)星網(wǎng)絡的協(xié)議性能分析，已有工作主要考慮搭建網(wǎng)絡驗證平臺，直接進行協(xié)議性能分析。主流的網(wǎng)絡驗證平臺包括：數(shù)值仿真平臺、在軌運行衛(wèi)星驗證系統(tǒng)和地面實驗驗證系統(tǒng)。

1) 數(shù)值仿真平臺是最容易部署的實驗工具，如 NS2[3]、Qualnet[4]、Omnet++[5]、Opnet[6]等。但該類工具的協(xié)議驗證往往是將網(wǎng)絡協(xié)議的行為轉化為一系列離散事件。這嚴重損耗協(xié)議驗證的真實性，且隨著網(wǎng)絡規(guī)模增大，網(wǎng)絡協(xié)議的驗證損耗越嚴重。

2) 在軌衛(wèi)星驗證系統(tǒng)是最可靠的驗證工具，如思科在軌驗證路由器[7]。然而，衛(wèi)星發(fā)射周期長、耗費大、實驗場景單一，使在軌衛(wèi)星驗證系統(tǒng)難以滿足系統(tǒng)建設前期復雜多變的實驗驗證，以及難以開展大規(guī)模網(wǎng)絡場景的實驗驗證。

3) 地面實驗驗證系統(tǒng)是利用地面網(wǎng)絡設備模擬空間網(wǎng)絡環(huán)境，能充分發(fā)揮數(shù)值仿真平臺和在軌衛(wèi)星驗證系統(tǒng)的優(yōu)勢。目前，已有一些簡單場景下的實驗平臺。例如，Dubois等[8]針對DVB-RCS衛(wèi)星系統(tǒng)（digital video broadcastingreturn channel via satellite）提出了OpenSAND實驗平臺。該平臺主要模擬衛(wèi)星多波束和多地面站接入，并可通過網(wǎng)關設備接入互聯(lián)網(wǎng)。同樣針對DVB-RCS衛(wèi)星系統(tǒng)，Alphand等[9]提出了一種支持IPv4/IPv6協(xié)議的SATIP6 衛(wèi)星模擬平臺，并重點實現(xiàn)用戶接入和QoS （quality of service）保證的功能模塊。Marchese等[10]提出了一個基于數(shù)據(jù)分組交換的衛(wèi)星平臺，其采用中央仿真器（elaboration unit）來模擬衛(wèi)星支持 IP（Internet protocol）數(shù)據(jù)分組的轉發(fā)。但該衛(wèi)星系統(tǒng)缺少路由協(xié)議部署，主要考慮的是衛(wèi)星與地面網(wǎng)關之間靜態(tài)連接場景。Guo等[11]提出一種 Inter-planet emulator，通過網(wǎng)卡和 Linux的IP堆棧之間的仿真層來模擬空間鏈路質量，其主要考慮靜態(tài)鏈路質量的模擬，缺少空間鏈路的時變特性的考慮。Chertov 等[12]提出一個衛(wèi)星模擬平臺 MSET，模擬衛(wèi)星和多終端之間的時分多址接入。美國宇航局的Etefia等[13]通過搭建地面實驗床來分析一顆衛(wèi)星路由器通過域間路由協(xié)議 BGP接入多個子網(wǎng)用戶時的性能。其主要考慮多個用戶子網(wǎng)絡接入單顆衛(wèi)星的情景，如船、飛機接入高軌衛(wèi)星場景；另外，其實驗場景中的用戶移動規(guī)律是隨機設置的，缺少網(wǎng)絡真實動態(tài)性的考慮。不同于上述實驗場景（衛(wèi)星平臺或用戶子網(wǎng)接入場景），天地一體化信息網(wǎng)絡域間協(xié)議研究要考慮的網(wǎng)絡場景是各衛(wèi)星系統(tǒng)間以及空間衛(wèi)星系統(tǒng)與地面網(wǎng)絡間的域間互聯(lián)場景。

本文設計的實驗平臺與上述實驗驗證系統(tǒng)最主要區(qū)別是，本文的實驗平臺主要針對空間各衛(wèi)星系統(tǒng)間互聯(lián)及空間衛(wèi)星系統(tǒng)與地面網(wǎng)絡間互聯(lián)的協(xié)議驗證場景；現(xiàn)有地面實驗驗證系統(tǒng)主要針對衛(wèi)星平臺、衛(wèi)星鏈路或者簡單衛(wèi)星接入場景。此外，現(xiàn)有實驗驗證系統(tǒng)尚未實現(xiàn)與地面網(wǎng)絡有效互聯(lián)，其實驗場景要么將空間網(wǎng)絡當做地面網(wǎng)絡的用戶子網(wǎng)，要么將空間網(wǎng)絡當做與地面網(wǎng)絡隔離的網(wǎng)絡系統(tǒng)而不進行兩者間的互聯(lián)。

為驗證天一體化信息網(wǎng)絡的協(xié)議性能，特別是數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，課題組搭建了由 30多臺服務器組成的空間網(wǎng)絡實驗平臺[1]，并通過天地一體化互聯(lián)節(jié)點實現(xiàn)與真實地面網(wǎng)絡 CERNET2[24]進行主干級的互聯(lián)。但構建如此規(guī)模、純硬件設備組成的驗證環(huán)境，需要的時間周期長、耗資巨大。本文設計了輕量級的域間協(xié)議驗證平臺，可供廣大科研人員使用。相比較文獻[1]的實驗環(huán)境，本文優(yōu)勢是低成本、規(guī)模大、高管控、易部署和易移植。從技術角度，本文提出的實驗平臺采用具有高管控特性的虛擬網(wǎng)絡技術，使實驗平臺在總體方案設計、空間網(wǎng)絡鏈路特征模擬，以及天地互聯(lián)系統(tǒng)設計等方面都具獨特性。

3 天地一體化信息網(wǎng)絡域間協(xié)議實驗平臺的設計與實現(xiàn)

為深入驗證現(xiàn)有域間協(xié)議在大規(guī)模天地一體化信息網(wǎng)絡中的工作性能，本文搭建了高可擴展的協(xié)議驗證平臺。

3.1 協(xié)議驗證平臺的總體方案

協(xié)議驗證平臺的核心設計思想是：利用衛(wèi)星運動可預測性計算出空間網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)特征，再將空間網(wǎng)絡動態(tài)拓撲實時映射到由虛擬化技術構建的地面靜態(tài)網(wǎng)絡中，通過自動編排后者的組網(wǎng)結構來模擬空間網(wǎng)絡，并利用天地互聯(lián)系統(tǒng)實現(xiàn)空間網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡之間的融合。另外，為支持多種網(wǎng)絡場景的驗證，本文對協(xié)議驗證平臺進行模塊化，使各模塊彼此間協(xié)同工作。

圖3為天地一體化信息網(wǎng)絡實驗驗證平臺的總體方案，其中包括空間網(wǎng)絡模擬環(huán)境、天地互聯(lián)系統(tǒng)、地面網(wǎng)絡及控制平面。各模塊的功能如下。

1) 在控制平面中，用戶可輸入實驗驗證的場景、天地互聯(lián)策略。根據(jù)用戶的配置參數(shù)，實驗系統(tǒng)編排相應的實驗環(huán)境、配置天地互聯(lián)策略、完成互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的實驗驗證。

圖3 協(xié)議驗證平臺的總體方案

2) 在空間網(wǎng)絡模擬環(huán)境中，實驗平臺將根據(jù)用戶輸入的實驗場景對空間網(wǎng)絡的拓撲特征進行抽象建模，刻畫出其動態(tài)鏈路連接關系和時變鏈路質量。通過聯(lián)動機制，再將空間網(wǎng)絡特征參數(shù)實時地配置到虛擬網(wǎng)絡設備中，構建空間網(wǎng)絡模擬環(huán)境。

3) 天地互聯(lián)機制實現(xiàn)空間網(wǎng)絡實驗環(huán)境與地面網(wǎng)絡的互聯(lián)。同時進行兩者的隔離，屏蔽空間動態(tài)特性對地面網(wǎng)絡的影響，以及抑制大量地面網(wǎng)絡路由信息頻繁向空間網(wǎng)絡宣告。

3.2 空間網(wǎng)絡實驗環(huán)境

空間網(wǎng)絡實驗環(huán)境包含網(wǎng)絡特征仿真器、聯(lián)動機制、空間網(wǎng)絡模擬平臺。

3.2.1 網(wǎng)絡特征仿真器

空間網(wǎng)絡特征仿真器主要進行空間拓撲特征建模，抽象出空間網(wǎng)絡的時變特征。本文主要建立STK（satellite tool kit）等衛(wèi)星工具包[25]和 Matlab聯(lián)合構建仿真平臺，其工作流程如圖4所示，主要是根據(jù)用戶輸入Matlab的衛(wèi)星參數(shù)（如衛(wèi)星軌道高度、衛(wèi)星軌道傾角、衛(wèi)星升交點赤經(jīng)、衛(wèi)星平近點角等），利用STK等數(shù)值計算工具，采用牛頓萬有引力定律計算出衛(wèi)星實時位置，進而計算出動態(tài)鏈路連接關系和時變鏈路質量。

鏈路連接關系的計算主要包括以下2個步驟。步驟 1：計算出衛(wèi)星節(jié)點間的可見性關系?？梢娦躁P系是構建空間鏈路的基本條件，只有2個衛(wèi)星節(jié)點間具有可見性關系時，衛(wèi)星間才有可能建立空間鏈路。衛(wèi)星間可見性關系的判定條件是空間鏈路是否被地球或地球上的障礙物阻擋。步驟 2：計算出鏈路連接關系變化的動態(tài)特性。當衛(wèi)星節(jié)點飛離其互聯(lián)衛(wèi)星節(jié)點的覆蓋區(qū)域時，會斷開與其互聯(lián)節(jié)點間的舊鏈路，并與其他具有可見性關系的節(jié)點建立新鏈路。鏈路連接動態(tài)特性主要依賴何時斷開舊鏈路和如何選擇新鏈路的計算。

圖4 空間網(wǎng)絡特征仿真器的工作流程

時變鏈路質量的計算主要利用3個典型的信道模型計算，即C. Loo模型[26]、Corazza模型[27]和Lutz模型[28]。 C. Loo模型用于純空間環(huán)境中的鏈路質量計算；Corazza模型和Lutz模型用以計算天氣和地面環(huán)境（如村莊、城市等）對星地鏈路質量的影響。鏈路質量可由一些直接影響網(wǎng)絡協(xié)議性能的參數(shù)來詳細描述，如鏈路延遲，分組丟失率和鏈路帶寬。

3.2.2 聯(lián)動機制

該機制的功能包括離散化空間網(wǎng)絡拓撲特征和分發(fā)離散后的網(wǎng)絡拓撲。聯(lián)動機制采用細粒度的時間片離散化緩慢變化的鏈路質量，即每隔固定時間生成一組的鏈路參數(shù)。同時，采用觸發(fā)方式離散化突變的鏈路質量，即當鏈路質量突變時直接進行記錄。此外，由于鏈路連接關系變化是離散的，聯(lián)動機制直接記錄離散的鏈路連接關系變化。當離散的網(wǎng)絡拓撲所攜帶的時間信息到達時，聯(lián)動機制通過集中控制器向各空間網(wǎng)絡模擬平臺的各節(jié)點分發(fā)拓撲信息。分發(fā)方式采用多線程并行方式，保證各空間網(wǎng)絡模擬節(jié)點幾乎同時收到信息。

3.2.3 空間網(wǎng)絡模擬平臺

空間網(wǎng)絡模擬平臺根據(jù)聯(lián)動機制發(fā)送的拓撲信息自動模擬動態(tài)空間網(wǎng)絡、部署網(wǎng)絡協(xié)議、輸出協(xié)議驗證結果?？臻g網(wǎng)絡模擬平臺的邏輯結構如圖5所示，包括實驗參數(shù)輸入模塊、網(wǎng)絡模擬模塊和實驗結果輸出模塊。

1) 實驗參數(shù)輸入模塊

該模塊通過建立與聯(lián)動機制之間通信管道，周期性接收聯(lián)動機制發(fā)送的鏈路連接關系和時變鏈路質量信息，再通過函數(shù)調用將接收的信息傳遞到空間網(wǎng)絡模擬模塊中。實驗參數(shù)傳遞過程是采用進程間管道模式和系統(tǒng)調用方式實現(xiàn)的。該實現(xiàn)方式是非常輕量級的，信息傳遞通信時延幾乎可以忽略。

圖5 空間網(wǎng)絡模擬平臺的邏輯結構

2) 網(wǎng)絡模擬模塊

該模塊利用開源虛擬化軟件Mininet和開源路由軟件 Quagga[29]構建虛擬網(wǎng)絡設備。網(wǎng)絡模擬模塊由大量虛擬路由器、虛擬網(wǎng)卡、虛擬鏈路和虛擬交換機組成。每個虛擬路由器相當于物理路由器的鏡像，彼此獨立運行，擁有普通路由器的幾乎所有功能。虛擬網(wǎng)卡、虛擬鏈路及虛擬交換機用來互聯(lián)虛擬路由器。主干網(wǎng)和接入網(wǎng)絡內部的虛擬路由器間采用靜態(tài)虛擬鏈路進行互聯(lián)。為便于模擬接入網(wǎng)絡與主干網(wǎng)之間的鏈路切換，采用虛擬交換機來互聯(lián)接入網(wǎng)與主干網(wǎng)之間的虛擬邊界路由器。每個主干網(wǎng)虛擬邊界路由器連接交換機的接口被分配不同網(wǎng)段地址，以實現(xiàn)虛擬邊界路由器間隔離。同時，接入網(wǎng)虛擬邊界路由器連接交換機的接口將根據(jù)其關聯(lián)主干網(wǎng)邊界路由器的接口地址進行分配，保證主干網(wǎng)和接入網(wǎng)間的2個虛擬邊界路由器接口地址在同一個網(wǎng)段內。

系統(tǒng)啟動時，空間網(wǎng)絡模擬平臺根據(jù)初始網(wǎng)絡拓撲和協(xié)議配置信息調用系統(tǒng)命令自動創(chuàng)建虛擬路由器、虛擬網(wǎng)卡、虛擬鏈路及虛擬交換機，并建立虛擬路由器間互聯(lián)關系和啟動相應的網(wǎng)絡協(xié)議。

系統(tǒng)自動運行時，每個虛擬路由器根據(jù)接收的輸入?yún)?shù)進行不同操作。

① 當收到時變鏈路質量的消息時，其調用虛擬網(wǎng)卡的流控機制，配置相應虛擬網(wǎng)卡出口流量的帶寬、排隊時間及分組丟失率，來模擬空間網(wǎng)絡鏈路的帶寬、時延及分組丟失。對于主干網(wǎng)或接入網(wǎng)內部鏈路（圖 5中實線表示），通過不斷配置虛擬路由器上的虛擬網(wǎng)卡來實現(xiàn)域內鏈路質量模擬。對于主干網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的鏈路，通過配置交換機的虛擬網(wǎng)卡來模擬網(wǎng)間鏈路質量；同時，保證交換機與主干網(wǎng)之間鏈路質量不受限（鏈路帶寬為足夠大，鏈路時延為0，分組丟失率為0），即不影響多個接入網(wǎng)虛擬邊界路由器同時接入到同一個主干網(wǎng)虛擬邊界路由器的鏈路質量。

② 當收到主干網(wǎng)或接入網(wǎng)內部鏈路連接關系的變化信息時，虛擬路由器通過改變虛擬接口up/down來實現(xiàn)鏈路通斷的模擬。

③ 當收到主干網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的鏈路切換信息時，通過改變接入網(wǎng)虛擬邊界路由器的接口地址來實現(xiàn)鏈路切換。例如，當圖5中的D0與A0斷開連接并與A4建立連接時，D0將刪掉對應A0的接口地址，并根據(jù) A4的接口地址配置新接口地址和配置D0默認網(wǎng)關為A4，使D0和A4的2個接口在同一個網(wǎng)段。

④ 當收到網(wǎng)絡協(xié)議配置的信息時，虛擬路由器通過部署在虛擬路由器上的腳本與網(wǎng)絡協(xié)議進行交互，動態(tài)修改網(wǎng)絡協(xié)議配置。

3) 實驗結果輸出模塊

該模塊通過在各虛擬路由器上部署自動化運行的腳本來實時獲取實驗結果，包括部署周期性調用Linux系統(tǒng)命令的腳本來獲取路由表信息、路由器內存、CPU（central processing unit），以及捕獲網(wǎng)絡協(xié)議的控制分組。

3.3 天、地互聯(lián)機制

天、地互聯(lián)機制用于實現(xiàn)空間網(wǎng)絡模擬環(huán)境與地面網(wǎng)絡之間的互聯(lián)和隔離，其工作原理如圖6所示。圖中虛線右側主要為控制平面協(xié)議，左側主要為數(shù)據(jù)平面協(xié)議，箭頭表示模塊間的依賴/調用關系。通過 BGP協(xié)議實現(xiàn)模擬地面網(wǎng)絡和空間網(wǎng)絡模擬平臺間的互聯(lián)。同時，采用路由更新抑制機制和路由表壓縮機制在路由發(fā)布、路由引入、分組出入等方面進行策略管控。

圖6 天地互聯(lián)系統(tǒng)的工作原理

首先，BGP采用eBGP會話建立空間網(wǎng)絡模擬環(huán)境與地面網(wǎng)絡之間的互聯(lián)關系。天、地網(wǎng)絡間通過共享域間路由信息，實現(xiàn)彼此間網(wǎng)絡層融合。

然后，引入路由更新抑制機制和路由表壓縮機制來實現(xiàn)空間網(wǎng)絡實驗環(huán)境和地面網(wǎng)絡之間的隔離?？臻g網(wǎng)絡拓撲頻繁變化可能頻繁觸發(fā)全網(wǎng)絡路由更新，進而擴散至地面網(wǎng)絡，影響地面網(wǎng)絡穩(wěn)定性。為抑制空間網(wǎng)絡頻繁路由更新，天地互聯(lián)系統(tǒng)可通過配置訪問控制列表（ACL, access control list）策略實現(xiàn)路由更新的抑制。同時，為了避免地面網(wǎng)絡的大規(guī)模路由信息沖擊空間網(wǎng)絡模擬環(huán)境，天、地互聯(lián)系統(tǒng)支持通過配置 ACL和路由策略將地面網(wǎng)絡宣告的多條路由前綴聚合成一個路由前綴。路由更新抑制機制和路由表壓縮機制可根據(jù)實驗驗證需求進行配置。

3.4 地面網(wǎng)絡

考慮到接入真實地面網(wǎng)絡的條件苛刻、代價高昂，實驗開展受地面網(wǎng)絡安全策略限制，許多實驗難以開展。本文利用虛擬路由器來模擬地面互聯(lián)網(wǎng)。通過腳本將地面網(wǎng)絡核心路由器的歷史路由信息[30]實時配置到虛擬路由器中，控制該虛擬路由器按照地面網(wǎng)絡核心路由器的歷史行為進行工作，實現(xiàn)地面網(wǎng)絡的模擬。該模擬過程可分為以下兩步。

第一步，實驗開始前，將實驗初始時刻的地面網(wǎng)絡核心路由器的路由表寫入虛擬路由器。虛擬路由器再將收到的地面網(wǎng)絡路由表信息向天、地互聯(lián)系統(tǒng)分發(fā)，進而擴散到每個空間路由器。

第二步，實驗自動運行過程，虛擬路由器將根據(jù)地面網(wǎng)絡核心路由器的歷史路由信息向空間網(wǎng)絡進行路由信息宣告或撤銷。如果地面網(wǎng)絡核心路由器的歷史路由信息表明要撤銷某條路由前綴，則虛擬路由器向天、地互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)布相應路由前綴的路由撤銷分組；如果地面網(wǎng)絡核心路由器的歷史路由信息表明要宣告某條新的路由前綴，則虛擬路由器向天、地互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)布相應路由前綴的路由宣告分組。虛擬路由器發(fā)布的路由撤銷或宣告分組將通過天、地互聯(lián)系統(tǒng)擴散到空間網(wǎng)絡，進而在空間網(wǎng)絡內部擴散。

4 協(xié)議實驗平臺的能力分析

協(xié)議實驗平臺能力分析是對實驗平臺支持的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議種類和網(wǎng)絡規(guī)模進行評估。

在協(xié)議實驗平臺中，虛擬路由器不僅包含傳統(tǒng)路由器中常用各類路由協(xié)議，還包含操作系統(tǒng)內核中的各層互聯(lián)協(xié)議，即虛擬路由器支持從網(wǎng)絡層到應用層各類 IPv4/IPv6互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的驗證，包括：網(wǎng)絡層 ICMP、ND、ARP、BGP[21]、OSPF[20]；傳輸層 TCP、UDP（user datagram protocol）、MPTCP（MultiPath TCP）[31]；應用層 HTTP（hypertext transfer protocol）、FTP（file transfer protocol）、SSH（secure shell）。

該實驗平臺支持的網(wǎng)絡規(guī)?？赡苁芟抻谒褂梅掌鞯膬却婧虲PU。由于內存比較便宜、易擴展，內存資源可認為相對寬裕，而服務器 CPU限制著所有虛擬設備的總處理能力。對于不同網(wǎng)絡協(xié)議的驗證，服務器CPU限制表現(xiàn)有所不同。

1) 對應網(wǎng)絡層協(xié)議的驗證，服務器CPU資源可認為是無限制的，這主要由于網(wǎng)絡層協(xié)議傳遞消息主要是控制分組，分組處理消耗的 CPU資源相對地面服務器處理能力是非常小的。

2) 對于傳輸層協(xié)議而言，服務器CPU可能成為網(wǎng)絡規(guī)模的瓶頸。因為傳輸協(xié)議可能傳遞大量用戶數(shù)據(jù)，這會消耗服務器 CPU資源。一般而言，要求所有虛擬路由器瞬時帶寬的總和不大于服務器網(wǎng)卡總速率。對于域間協(xié)議依賴的TCP傳輸協(xié)議而言，傳輸域間協(xié)議的控制消息數(shù)據(jù)分組小，流量短，所消耗CPU資源有限。根據(jù)先前實驗結果[18]，在1 Gbit/s網(wǎng)絡處理的計算機上，驗證平臺可支持232個虛擬路由器以1 Mbit/s（Iridium Next提供的最大數(shù)據(jù)服務速率[32]，BGP控制分組傳輸速率遠小于此值）轉發(fā)分組。

總之，實驗平臺可支持現(xiàn)有域間協(xié)議及其所依賴的網(wǎng)絡層各類協(xié)議以及傳輸層TCP等協(xié)議，滿足現(xiàn)有域間協(xié)議在大規(guī)模場景下的實驗驗證。

5 天地一體化信息網(wǎng)絡域間協(xié)議性能驗證

5.1 天地一體化信息網(wǎng)絡實驗環(huán)境搭建

針對天地一體化信息網(wǎng)絡中不同層次衛(wèi)星系統(tǒng)（如圖1所示），本文從在軌運行的Inmarsat系統(tǒng)中選出4顆GEO衛(wèi)星，從在軌運行的Globalstar系統(tǒng)[33]中選出 15個地面站，構成主干網(wǎng)的邊界路由器?？紤]到天地一體化信息網(wǎng)絡是逐步建成的，本文實驗給出了5種不同網(wǎng)絡規(guī)模的場景，保持主干網(wǎng)節(jié)點數(shù)量不變下，LEO類型接入網(wǎng)數(shù)依次為12、24、32、48、60，MEO類型接入網(wǎng)數(shù)依次為2、4、8、12、16、20（每個接入網(wǎng)選擇一個衛(wèi)星作為邊界路由器）。

接入網(wǎng)與主干網(wǎng)邊界路由器間部署域間路由協(xié)議 BGP實現(xiàn)系統(tǒng)間路由信息共享，主干網(wǎng)內部部署OSPF實現(xiàn)域內路由學習，并部署域間協(xié)議依賴的網(wǎng)絡協(xié)議，如ARP、ICMP、TCP等。

實驗部署在一臺8 GB內存、1 Gbit/s轉發(fā)能力的ThinkPad T450，并隨機選取真實運行10 800 s的實驗數(shù)據(jù)進行分析，對域間協(xié)議在空間網(wǎng)絡中天地融合時的工作性能進行分析。

5.2 域間協(xié)議在空間網(wǎng)絡中的性能分析

本文選取幾個域間協(xié)議性能評價的關鍵指標，分別為協(xié)議分組開銷、路由收斂時間、網(wǎng)絡穩(wěn)定性。其中，網(wǎng)絡穩(wěn)定性定義為在實驗周期內所有路由器的路由信息與真實網(wǎng)絡拓撲保持一致的時間與實驗周期的比值。

1) 分組開銷

協(xié)議分組是域間路由協(xié)議的控制消息。圖7 顯示了open、notification、update、keep-alive等控制分組數(shù)量隨網(wǎng)絡規(guī)模的變化情況。隨著網(wǎng)絡規(guī)模增加，各分組數(shù)量快速增加。其中，update分組數(shù)量變化最大，增加了80倍；open和keep-alive消息占比最大，最大值分別為1 470 501條和183 936條。控制分組數(shù)量急劇增加，意味著域間協(xié)議在實際部署時將消耗大量的衛(wèi)星資源。update分組數(shù)量對應著網(wǎng)絡拓撲變化頻率；keep-alive分組和open分組都是周期性發(fā)送的消息，發(fā)送間隔影響著控制分組的數(shù)量和重建網(wǎng)絡間互聯(lián)的時延。如何結合空間鏈路的廣播特性、拓撲變化可預測特性，在快速重建網(wǎng)絡間互聯(lián)關系的同時減少控制分組數(shù)量，成為一個關鍵問題。

圖7 不同場景下的各類分組開銷

2) 路由收斂時間和網(wǎng)絡穩(wěn)定性

圖8顯示，隨著網(wǎng)絡拓撲增加，路由收斂時間發(fā)生緩慢變化，但網(wǎng)絡穩(wěn)定性快速下降。這主要因為大多數(shù)路由更新的收斂時間（約40 s）大于路由更新的觸發(fā)間隔（在10 800 s的實驗時間內發(fā)生456次路由更新，路由更新的平均間隔為23.6 s），大量路由更新將在其前一個路由更新未收斂前被觸發(fā)，使全網(wǎng)的路由更新長時間無法收斂。此時，大量接入網(wǎng)將因缺少有效路由而無法互聯(lián)。

圖8 不同場景下的路由收斂時間和網(wǎng)絡穩(wěn)定性

5.3 域間協(xié)議在天地互聯(lián)時的性能分析

5.3.1 空間網(wǎng)絡對地面網(wǎng)絡的影響

圖9給出了不同網(wǎng)絡場景下空間網(wǎng)絡對地面網(wǎng)絡的影響。從圖中可看出，隨著網(wǎng)絡規(guī)模增加，地面網(wǎng)絡收到來自空間網(wǎng)絡的路由更新分組數(shù)量會快速增加。同時，地面網(wǎng)絡將啟動自我防護措施，常用RFD（route flap damping）機制[34]，通過抑制空間網(wǎng)絡路由信息來拒絕相應空間接入網(wǎng)的互聯(lián)。

圖9 不同場景下空間網(wǎng)絡對地面網(wǎng)絡的影響

圖10給出了大規(guī)模場景下（4個GEO、15個地面站、60個LEO接入網(wǎng)、20個MEO接入網(wǎng)），各空間接入網(wǎng)被地面網(wǎng)絡拒絕互聯(lián)的時間。從圖10中可以看出，有28.7%的接入網(wǎng)路由信息被抑制超過0.5 h。在一些極端情況下，一些接入網(wǎng)路由信息被抑制超過1.5 h，約為實驗時間的50%。這主要因為這些接入網(wǎng)頻繁進行路由更新和撤銷，互聯(lián)網(wǎng)認為其是很不穩(wěn)定的，進而多次延長其抑制時間。

圖10 大規(guī)模場景下各接入網(wǎng)路由信息被抑制的時間

5.3.2 地面網(wǎng)絡對空間網(wǎng)絡的影響

本節(jié)重點分析地面網(wǎng)絡路由信息變化對空間網(wǎng)絡的影響。相比空間網(wǎng)絡，地面網(wǎng)絡的主要特點是路由表規(guī)模龐大、路由前綴受網(wǎng)絡異常的影響會頻繁撤銷和宣告。地面網(wǎng)絡路由前綴頻繁變化不同于空間網(wǎng)絡頻繁路由更新，前者是接入網(wǎng)的某些路由信息因網(wǎng)絡異常而發(fā)生的變化，后者是接入網(wǎng)的全部路由信息受網(wǎng)絡拓撲變化影響而發(fā)生的變化。

實驗選取位于倫敦的互聯(lián)網(wǎng)交換節(jié)點[30]的域間路由信息來模擬地面互聯(lián)網(wǎng)。該互聯(lián)網(wǎng)交換節(jié)點為780個互聯(lián)網(wǎng)服務供應商提供彼此間的互聯(lián)服務，并間接互聯(lián)全球網(wǎng)絡。實驗選取了衛(wèi)星上存儲消耗、路由更新分組數(shù)量、路由更新收斂時間這3個指標分別分析路由表規(guī)模和路由前綴變化對空間網(wǎng)絡的影響。同時通過限制地面網(wǎng)絡向空間網(wǎng)絡宣告的路由前綴最大長度，來壓縮地面互聯(lián)網(wǎng)路由表規(guī)模和路由抑制路由前綴，即只允許前綴長度小于最大長度的路由信息向空間網(wǎng)絡宣告。實驗分別限制向空間網(wǎng)絡宣告路由前綴的最大長度為8、16、20、24、32，開展多組實驗。

圖 11顯示，隨著允許向空間網(wǎng)絡宣告的網(wǎng)絡前綴最大長度的增加，空間網(wǎng)絡收到的地面網(wǎng)絡路由更新數(shù)量不斷增加，最后達到811條，比地面網(wǎng)絡收到的空間網(wǎng)絡路由更新分組數(shù)量（685條）還多了126條。另外，路由表開銷先增加后不變，最大達6.36 MB。這對資源受限衛(wèi)星而言，是一個極大的存儲開銷。需要注意到，在路由前綴長度小于或等于16或者大于或等于24范圍內時，路由更新數(shù)量和路由表開銷基本不變。這是因為地面核心網(wǎng)絡上僅有少量路由信息其前綴長度處于該范圍內。

圖11 不同場景下的地面網(wǎng)絡對空間網(wǎng)絡的影響

圖 12詳細顯示了在不限制地面網(wǎng)絡向空間網(wǎng)絡宣告路由前綴（允許向空間網(wǎng)絡宣告的路由前綴長度小于或等于32）時，每次地面網(wǎng)絡路由更新在空間網(wǎng)絡中的路由收斂時間處于0～60 s范圍內，平均收斂時間為52.6 s。其中，少量路由更新的收斂時間為小于1 s，這類路由更新主要用以撤銷地面網(wǎng)絡路由信息，而其他路由更新是用以重新宣告地面網(wǎng)絡路由信息。

圖12 地面網(wǎng)絡路由信息在空間網(wǎng)絡中的收斂時間

6 結束語

域間協(xié)議是快速實現(xiàn)天地一體化信息網(wǎng)絡中多種衛(wèi)星系統(tǒng)及天、地異構網(wǎng)絡間互聯(lián)的關鍵。本文提出了大規(guī)模、可擴展天地一體化信息網(wǎng)絡實驗驗證平臺，旨在測試現(xiàn)有域間協(xié)議在大規(guī)模天地一體化信息網(wǎng)絡中的性能。實驗驗證平臺采用虛擬網(wǎng)絡技術，利用少量物理設備高效模擬大規(guī)模、高動態(tài)空間網(wǎng)絡，具有低成本、高管控、易部署、易移植等特色。目前，該實驗驗證平臺可支持包含數(shù)百衛(wèi)星節(jié)點的網(wǎng)絡規(guī)模下的域間協(xié)議驗證。

本文進一步開展天地一體化網(wǎng)絡域間協(xié)議實驗驗證。實驗發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有域間協(xié)議雖能快速實現(xiàn)空間各衛(wèi)星系統(tǒng)間以及天、地網(wǎng)絡間互聯(lián)，但頻繁變化的空間網(wǎng)絡拓撲會觸發(fā)域間協(xié)議產(chǎn)生大量控制消息，頻繁進行路由更新，使整個空間網(wǎng)絡無法收斂，引起地面網(wǎng)絡不穩(wěn)定，甚至導致地面網(wǎng)絡拒絕空間網(wǎng)絡的互聯(lián)。

未來，考慮將該協(xié)議驗證平臺與真實地面互聯(lián)網(wǎng)CERNET2進行互聯(lián)來擴展實驗范圍，以及考慮引入更多硬件設備來增強驗證平臺中的虛擬設備轉發(fā)能力，為域間協(xié)議優(yōu)化提供可靠實驗依據(jù)。同時，根據(jù)空間網(wǎng)絡動態(tài)特性，開展協(xié)議優(yōu)化工作，包括利用空間鏈路的廣播特性減少控制消息數(shù)量，利用空間拓撲變化的可預測性減少不必要的路由更新，利用天、地網(wǎng)絡特征設計天地網(wǎng)間的有效融合機制。