IPv6大赛获奖项目：基于IPv6+的深空网络体系结构的研究

发布时间：2025-01-23 08:03:41

组别：

高校创新组-网络关键技术类

奖项：

特等奖

单位：

南京大学

成员：

朱亦涵王奕阳于见昊蒋辰陈亮赵俊彤

导师：

赵康僆李文峰刘珺

项目背景

根据鹊桥通导遥综合星座系统总体规划：2030年前将基本建成地月空间通信能力；2040年前将全面建成地月空间通导遥能力；2050年前将建成深空通导遥星座基本型。

深空网络因长时延和中断问题提出了DTN架构，核心采用BP/LTP协议栈，实现了数据的可靠传输。随着月球等载人探测任务的增加以及业务类型的多样化，深空网络正逐渐接近互联网架构，而现有DTN架构面临难以组大网、上层应用匮乏等挑战，因而亟需一种更加灵活、高效的网络解决方案。

技术路线

本项目旨在构建基于IPv6+的深空网络体系结构，用纯IP协议栈替代现有DTN架构中的异构BP/LTP协议栈，简化了深空网络的协议栈层次，实现从地面、近地到深空的网络通信的高效对接，提高星际网络的管理和运行效率；搭建下一代深空网络星际信息高速公路，为载人探测提供可靠高效的通信服务。

图一基于IPv6+的深空网络体系架构

本项目包括以下三项关键技术：

1.为应对一些天体的天然遮挡，通信链路断续连通，不存在端到端连通的路径的难题，提出了基于SRv6的IP存储转发技术。在接收与解析报文后，判断当前链路状态——若可达，则转发后存储；若不可达，则直接存储；

2.针对现有的深空网络路由算法无法应对大规模组网需求的难题，提出了基于分域接触图路由的源路由计算技术；通过域间路由与域内路由的分步计算，解决可扩展性受计算时间成本限制的难题；

3.为应对随机分组丢失和长往返时延造成严重的有序分组阻塞的难题，提出了高效深空QUIC传输技术；优化传输参数，适用于深空通信；通过自适应冗余度调整，降低丢包恢复时间，解决低效问题。

实用性

基于IPv6+的深空网络体系结构显著提升了深空通信的效率和可靠性，解决了传统DTN架构在大规模组网及上层应用支持方面的不足，在长时延、高丢包率环境下实现了高效的数据传输，支持月面任务协作、地月通信和深空数据回传等多样化需求。涵盖以下关键应用场景：

月球中继网络

基于中继卫星的多跳IPv6路由体系，使用基于SRv6的IP存储转发技术和基于分域接触图路由的源路由计算技术，解决了深空链路断续连通的问题。进一步，通过使用高效深空QUIC传输技术，使QUIC协议能够适用于深空传输，实现高效的端到端通信；

深空网络与地面互联网融合

深空网络的IPv6体系与地球互联网无缝对接，为深空探测任务提供从地球到深空的统一网络环境。深空卫星和空间站通过IPv6路由器接入地球网络，将采集到的科学数据直接传输至地球控制中心；

未来的星际互联网基础

该体系可扩展至深空的多星际网络架构，例如火星探测任务。通过改进的接触图路由算法和IPv6+特性，动态优化深空链路利用率，提升多星际任务之间的通信效率。这种可扩展的网络体系将成为未来星际互联网的基础设施，为全球深空探索合作提供技术支撑。

图二载人探月通导遥一体化 IPv6+深空网络组网图

应用前景

基于IPv6+的深空网络体系可扩展至月球、火星探测及近地轨道星座，形成覆盖深空和近地的一体化网络架构。同时，它为国际深空合作提供统一协议支持，加速构建全球星际互联网基础设施。其技术经验还可用于推动地面网络的升级，为下一代互联网发展提供创新方向。

该项目成果将助力我国深空通信技术取得突破，推动深空探测迈向新高度，并在国际深空网络领域占据领先地位。

大赛简介

“第二届IPv6技术应用创新大赛科教赛道暨第七届下一代互联网技术创新大赛”由推进IPv6规模部署和应用专家委员会指导，中国教育和科研计算机网CERNET网络中心主办，赛尔网络有限公司承办，推进IPv6规模部署和应用专家委员会教育行业委员会、中国互联网协会学术工作委员会、中国互联网协会智慧教育工委会协办。

科教赛道以“科教融合创新发展”为主题，旨在激发高校学生在下一代互联网领域的创新创业能力，积极开展IPv6技术创新与应用实践，培养下一代互联网创新人才。同时，促进行业产学研用相关领域基于IPv6智慧教育的创新研究及实践，推动赛事成果转化和产学研用紧密结合，助力我国教育信息化快速发展。

面向全国高校和企事业单位共征集创新项目204个，参赛团队覆盖国内27个省、市、自治区。大赛共评选出61个获奖项目，其中高校创新组-网络关键技术类18项，高校创新组-行业应用服务类27项，产业应用组16项。