天地一体化网络通信方法技术

本发明专利技术提供了一种天地一体化网络通信方法，用于采用天地网关，在航天器和地面网络内部以及天地链路间进行数据通信。该方法包括：在航天器网络中配置航天器网关以及在地面网络中配置地面网关；在航天器网络和地面网络中，配置不同的数据链路层协议和不同的物理层协议，从而分别执行航天器网络和地面网络内部的数据通信；在天地链路的网络层以上，采用网际协议方式执行天地链路间的数据通信。因此，通过本发明专利技术，实现了航天器与地面计算机IP网络的一体化设计，可在地面通过计算机网络直接操作航天器上设备，特别是试验设备，方便试验开展，另外对于载人航天器，航天员可通过笔记本电脑等手段接入地面网络，方便航天员与地面工作人员或家人联系。

【技术实现步骤摘要】
天地一体化网络通信方法
本专利技术涉及航天通信领域，具体地涉及航天器网络与地面计算机网络的网关技术，更具体地，涉及一种天地一体化网络通信方法，用于采用天地网关，在航天器网络内部、地面网络内部、以及天地链路间进行数据通信。
技术介绍
随着计算机网络技术的发展，计算机网络已经从最初的教育科研网络发展成为仅次于电话网的世界第二大网络，并逐渐渗入到人们的生活、学习以及工作中。计算机网络，特别是传输控制协议/网际协议(TransferControlProtocol/InternetProtocol，以下简称为TCP/IP)网络，已经成为全球性的信息基础结构的雏形，为了实现信息共享，各种机构组建了自己的以太网。现在航天器上产品内部使用的计算机系统越来越多，但目前还没有能够将航天器上的计算机网络与地面计算机网络连接的网关，没有真正实现天地一体化计算机网络，航天员还没有真正实现在航天器上连接地面计算机网络。
技术实现思路
为了解决天航天器计算机网络与地面计算机网络的互连问题，本专利技术根据航天器与地面系统通信的特点，提出了一个适用于航天器与地面系统连接的天地网关方案，通过天地间透明转发IP包，从而实现天地间的网络互通。本专利技术提供了一种天地一体化网络通信方法，用于采用天地网关，在航天器网络内部、地面网络内部、以及天地链路间进行数据通信。该方法包括以下步骤：步骤一，在航天器网络中配置航天器网关以及在地面网络中配置地面网关；步骤二，在航天器网络和地面网络中，配置不同的数据链路层协议和不同的物理层协议，从而分别执行航天器网络和地面网络内部的数据通信；以及步骤三，在天地链路的网络层以上，采用网际协议方式执行天地链路间的数据通信。具体地，步骤一包括：在航天器网络中，配置交换机、无线热点、航天器网关、网络摄像机、无线摄像机、和个人计算机；以及在地面网络中，配置地面网关和地面终端设备，其中，交换机为以太网交换机，并且地面网络为地面测控通信计算机网络。额外地，步骤一还可以包括：在天地一体化网络中，采用TCP/IP结构，对各种通信数据进行分层处理，其中，分层处理为5层数据处理并且各层包括应用层、传输层、网络层、数据链路层、和物理层。另外，在步骤二中执行：在航天器网络和地面网络内部，采用数据链路层或网络层执行数据通信。步骤三包括：在天地链路上，当从第一终端向第二终端发送数据时，将数据的IP包发送至第一终端网关；第一终端网关识别出IP包中的IP地址，并判断IP地址的归属终端；当IP地址归属于第二终端时，第一终端网关对IP包进行封装，获得协议数据；以及通过天地链路，将协议数据传输至第二终端。优选地，在步骤三中，封装的步骤包括：为IP包复接一个用于识别网络包类型的IP包扩展头；将复接后的数据包初始化包装为包装协议数据单元；经过多路复接后，将多个包装协议数据单元包装为多路协议数据单元；在多路协议数据单元中，加入天地链路的传输帧头，从而得到协议数据。额外地，第二终端接收到协议数据后，第二终端网关进行拆包以解析出IP包，并根据IP包中的IP地址，将IP包发送给地面终端设备。在步骤三中，当IP地址归属于第一终端时，在第一终端的缓存区中，查找IP地址对应的介质访问控制地址，从而将数据直接转发给第一终端中与IP地址相关的终端设备。具体地，第一终端为航天器网络或地面网络，以及第二终端对应地为地面网络或航天器网络。此外，在本专利技术中，为了确保航天器的网络安全，在地面网络的地面网关上设置防火墙。因此，通过本专利技术，实现了航天器与地面计算机IP网络的一体化设计，可在地面通过计算机网络直接操作航天器上设备，特别是试验设备，并可将航天器上的科学试验设备与在地面实验室设备联为一体，方便试验开展，另外对于载人航天器，航天员可通过笔记本电脑等手段接入地面网络，方便航天员与地面工作人员或家人联系。附图说明图1是根据本专利技术具体实施方式的天地一体化IP网的拓扑结构图；图2是根据本专利技术具体实施方式的协议体系结构的示意图；图3是根据本专利技术具体实施方式的天地间网络包的传递流程的示意图；以及图4图解示出了根据本专利技术具体实施方式的天地间网络包的传输格式。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。通常，航天器天地一体化网络由三部分组成：航天器子网、地面网络、以及连接两个网络的天地链路，其中航天器子网由以太网交换机、无线热点、天地网关、网络摄像机、无线摄像机、个人计算机组成；地面网络由地面测控通信计算机网络组成；天地链路由航天器与地面之间的通信设备组成。航天器内部网络设备的网络通信、地面系统内部设备间的网络通信均通过交换机完成，可以使用链路层(二层)交换，也可以使用网络层(三层)交换。本专利技术的特点是天地之间的IP包传输方法。由于天地之间是不同的子网，为实现网络隔离同时也简化天地的数据传输，在天地间只进行IP包的传输。在航天器和地面网络内均设置网关。当航天器设备需要发送数据至地面时，将IP包发送至航天器网关，网关识别出目的地址为地面IP后，复接一个网际协议包扩展头部(简称为IPE头)，用来识别网络包的类型，并包装为包装协议数据单元(简称为EPDU)，在经过多路复接为多路协议数据单元(简称为MPDU)，加上天地链路传输帧头后通过天地链路传输至地面，地面网关完成相应的拆包工作，解析出IP包后，根据目的IP地址，将该IP发送给相关设备。应了解，地面设备发送IP包给航天器设备的过程与上述过程相同。以下将结合图1-图4来详细介绍本专利技术的具体实施方式。具体地，图1是天地一体化IP网的拓扑结构图，图2是协议体系结构的示意图，图3是天地间网络包的传递流程的示意图，图4图解示出了天地间网络包的传输格式。如图1所示，航天器天地一体化网络由三部分组成：航天器子网、地面网络、以及连接两个网络的天地链路。其中，航天器子网由以太网交换机、无线热点、天地网关、网络摄像机、无线摄像机、个人计算机等网络设备组成；地面网络由地面测控通信计算机网络组成；天地链路由航天器与地面之间的通信设备组成。航天器天地一体化网络采用标准的TCP/IP体系结构，对用户数据进行5层数据处理。如图2所示，具体的协议栈结构分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。应用层包括实时传输协议RTP，校时协议NTP，网络管理协议SNMP协议，以及个人计算机支持的万维网HTTP协议、文件传输FTP协议、电子邮件SMTP等协议，可直接为用户提供服务。传输层支持面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP，为用户终端间的不同进程提供通信服务。网络层支持IP协议、网际控制报文协议ICMP和地址解析协议ARP。数据链路层支持IEEE802.3规定的以太网协议，实现航天器内网络的有线通信，支持IEEE802.11规定的WiFi协议，实现航天器内网络的无线通信。航天器网络设备的交互通过交换机实现。在交换机内部通过生成树算法(RSTP协议)建立各个有线终端物理地址(MAC地址)与交换机接口号的对接关系表(转发表)，该转发表根据接收的用户MAC帧实时更新，确保数据交换的及时性。有线终端、天地网关及无线接入点均支持ARP协议，在每个终端内部均有一个ARP缓存区，根据ARP协议，每个终端在该缓存建立起一个IP地址和MAC地址的对应表，并可实时更新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天地一体化网络通信方法，用于采用天地网关，在航天器网络内部、地面网络内部、以及天地链路间进行数据通信，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在所述航天器网络中配置航天器网关以及在所述地面网络中配置地面网关；步骤二，在所述航天器网络和所述地面网络中，配置不同的数据链路层协议和不同的物理层协议，从而分别执行所述航天器网络和所述地面网络内部的数据通信；以及步骤三，在所述天地链路的网络层以上，采用网际协议方式执行所述天地链路间的数据通信。

【技术特征摘要】
1.一种天地一体化网络通信方法，用于采用天地网关，在航天器网络内部、地面网络内部、以及天地链路间进行数据通信，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在所述航天器网络中配置航天器网关以及在所述地面网络中配置地面网关；步骤二，在所述航天器网络和所述地面网络中，配置不同的数据链路层协议和不同的物理层协议，从而分别执行所述航天器网络和所述地面网络内部的数据通信；以及步骤三，在所述天地链路的网络层以上，采用网际协议方式执行所述天地链路间的数据通信。2.根据权利要求1所述的天地一体化网络通信方法，其特征在于，所述步骤一包括：在所述航天器网络中，配置交换机、无线热点、航天器网关、网络摄像机、无线摄像机、和个人计算机；以及在所述地面网络中，配置所述地面网关和地面终端设备，其中，所述交换机为以太网交换机，并且所述地面网络为地面测控通信计算机网络。3.根据权利要求2所述的天地一体化网络通信方法，其特征在于，所述步骤一还包括：在所述天地一体化网络中，采用传输控制协议/网际协议结构，对各种通信数据进行分层处理，其中，所述分层处理为5层数据处理并且各层包括应用层、传输层、网络层、数据链路层、和物理层。4.根据权利要求3所述的天地一体化网络通信方法，其特征在于，在所述步骤二中执行：在所述航天器网络和所述地面网络内部，采用所述数据链路层或所述网络层执行所述数据通信。5.根据权利要求3所述的天地一体化网络通信方法，其特征在于，所述步骤三包括：在所述天地链路上，当从第一终端向第二终端发送数据时，将所述数据的网际协议包发送至第一终端网关；所述第一终端网关识别出所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁凯，陈淞，朱珂，刘伟升，夏奕，
申请(专利权)人：北京空间技术研制试验中心，
类型：发明
国别省市：北京,11