UDP协议在微小卫星通信上的分析与实现

第４Ｏ卷第ｌ期

２０１３年１月

计算机科学

Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｊａｎ ２０１３

ＵＤＰ协议在闪亮的瞬间 微小卫星通信上的分析与实现

于世洁徐勇航张帆

（清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室 北京１０００８４）

摘要ＴＣＰ／ＩＰ协议在卫星通信中的应用受到越来越广泛关注。传输层ＴＣＰ协议在星间链路中存在诸多问题，而

ＵＤＰ协议的简洁、快速、高效的特点，可以符合卫星通信的需求。该星载计算机采用ＭＰＣ８２６０处理器，集成￣Ｃ／ＯＳ－ＩＩ

嵌入式实时操作系统，选用ＬｗｌＰ协议族，通信链路层采用Ｓｌｉｐ串口协议，利用Ｎｒｆ ２４Ｅ１ ＺｉｇＢｅｅ无线通信模块，搭建

星间链路通信实验测试平台，实现传输层基于Ｌ兀）Ｐ协议的０ｔ３（；与ＰＣ间的无线通信。实验结果证明，ＵＤＰ协议具有

较低的首部开销比，是一种较好的可选的星间链路协议。

关键词ＵＤＰ协议，ｇＣ／ＯＳ－ＩＩ，ＺｉｇＢｅｅ，微小卫星，ＭＰＣ８２６０，Ｓｌｉｐ协议

中图法分类号ＴＰ３９３ 文献标识码Ａ

Ａｎａｌｙｓｉｓｅ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ－ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＤＰ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ

ＹＵ Ｓｈｉ－ｊｉｅ ＸＵ Ｙｏｎｇ－ｈａｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｆａｎ

（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍ困难申请 ｅｎｔｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ

Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｏｌｏ自律名言 ｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｈｅｓｅｓ ｙｅａｒｓ，ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐａｙｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｒｏｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ

ＴＣＰ／ＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏ１．Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ－ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｌｉｎｋｓ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＴＣＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌａ－

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ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｌ１．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｏｎ ｔｈｅ ｏｎ ｂｏａｒｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＯＢＣ）ｉｓ ＭＰＣ８２６０，ｗｈｉｃｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｜

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ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｓ ｔｈｅ ｌｉｎｋ ｌａｙｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｔｈｅ Ｎｒｆ ２４Ｅ１ ＺｉｇＢｅｅ ａｓ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｔｏｏ１．Ｉｔ ｓｅｔｓ ｕｐ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ－ｓａｔｅｌｌｉｔｅ

ｌｉｎｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｒｅｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ＯＢＣ ａｎｄ ＰＣ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＵＤＰ ｐｒｏｔｏ—

ｃｏ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＵＤＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｃａｎ ｐｅｒ｛ｏ１ＴＩ１ ｗｅｌｌ ａｎｄ ｉｓ ａｎ ｏｐｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ￣ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｌｉｎｋ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＵＤＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｇＣ／ＯＳ－ＩＩ，ＺｉｇＢｅｅ，Ｍｉｃｒｏ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ，ＭＰＣ８２６０，Ｓｌｉｐ ｐｒｏｔｏｃｏｌ

随着小卫星技术的不断发展，分布式空间系统逐渐成为

各国空间机构研究的热点。文献春天手抄报内容 ［１］列出了美国和欧洲从

２（）（）Ｏ一２０２０年的分布式空间系统任务，其实现形式主要包括

１ ＵＤＰ协议分析及ＡＰＩ函数的应用

小卫星网络各模块之问需要有一条可靠的星间链路，但

由于太空环境的实际特点，例如星与星之间进行的是无线连

星座、星群、编队飞行等。２００７年，美国国防高级研究计划局

（ＤＡＲＰＡ）提出Ｆ６概念，其英文全称为“Ｆｕｔｕｒｅ，Ｆａｓｔ，Ｆｌｅｘｉ—

ｂｌｅ，Ｆｒａｃｔｉｏｎ，Ｆｒｅｅ－Ｆｌｙｉｎｇ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ ｕｎｉｔｅｄ ｂｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘ—

ｃｈａｎｇｅ”ｊ２ｊ

。

接，间隔较远，相互位置不固定，信息数据量不对称，受外界干

扰较大等，因此，在选择网络协议时，要综合考虑这些因素。

ＴＣＰ／ＩＰ协议作为地面成熟且广泛使用的网络协议，其

稳健性和可靠性已经得到无数实际应用的验证，并在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ

网络中占有绝对的统治地位。国际上有多个组织都在研究如

作为一种新的分布式空间系统形式，其目标是构

建一个快速、灵活、自由飞行的模块化航天系统，建立一种面

向未来的、高效的航天体系结构。在分布式空间系统中，各模

块之间以信息交互为纽带，以网络化的形式协同完成空间任

务。一个高效稳定的网络化协议对于空间系统的有效工作起

着重要的作用，主要体现在需要保证较快的传输速率、较低的

误码率、较少的传输延时、较合理的带宽比，能提供较稳定的

应用开发平台等。目前，空间网络协议已越来越受到国内外

何将ＴＣＰ／ＩＰ协议应用到卫星网络中，著名的有ＣＣＳＤＳ组织

（Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｖｅ ｏｍｍｉＣｔｔｅｅ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅ Ｄａｔａ Ｓｙｓｔｅｍｓ、空间数据系

统咨询委员会、全球性空间技术协商性机构 和ＯＭＮＩ组

织（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｍｉｓｓｉｏｎ ａｓ Ｎｏｄｅｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｍｅｔ），其由ＮＡＳＡ

哥达德航天中心设立［５］，并已取得一定的成果。卫星网络的

典型特点，包括高信道误码率、长延时、信道不对称脚心发热是怎么回事 等，导致标 的重视，以美国ＮＡＳＡ、ＤＡＲＰＡ为代表的著名空间机构补肾水果 对该

准的ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，传输控制协议）协

领域进行了广泛的研究。

到稿日期：２０１２—０３—１２返修日期：２０１２—０６—１２ 本文受国家高技术研究发展计划（８６３计划）（２０１２ＡＡ１２Ｏ６Ｏ３）资助。

生，主要研究方向为微小卫星组网。

・

于世洁（１９７６一），男，博士，副研究员，主要研究方向为微小卫星技术、微米纳米技术，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕ ｓｊ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ；徐勇航（１９８６一），男，硕士

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